船用螺旋桨的搅拌摩擦加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种搅拌摩擦加工方法，特别涉及一种船用螺旋桨的搅拌摩擦加工方法，属于船用螺旋桨加工的技术领域。
【背景技术】
[0002]我国早已成为世界第一造船大国，正在向造船强国发展。目前我国造船总吨位数稳居世界第一。随着海洋时代的到来，船舶运输行业正处于跨越式的发展的重要阶段，需要大量高性能船舶，且对船舶及其零部件质量的要求也越来越高。因此，对于螺旋桨材料的力学性能、抗空蚀性能的重要性体现也越发明显。螺旋桨在船舶推进过程中，不断产生空泡，空泡产生的负压爆裂对螺旋桨表面产生高达几百MPa到100MPa脉冲应力，在海水腐蚀、空泡剥蚀与应力腐蚀的交互作用下，螺旋桨桨叶会大大缩短使用寿命甚至发生断裂。长期以来，空泡剥蚀、海水腐蚀与应力腐蚀被认为是不易被解决的问题，很多研宄机构从推进系统的结构角度出发，从结构入手解决空泡剥蚀问题，但一直效果不佳，没能解决螺旋桨的空泡剥蚀问题。自上世纪六十年代起，国外研制Cr-N1-Mo系不锈钢、Fe-Mn-Al合金、金属陶瓷、T1-Ni合金等耐海水腐蚀、抗空泡剥蚀的材料，但很少见有用作螺旋桨材料的铜合金。国内外有学者对金属材料表面镀铬处理，通过极化曲线研宄发现腐蚀阻力为母材7?8倍，使用寿命提高2?6倍，在N1-Al青铜螺旋桨材料进行堆焊，激光熔覆方法形成铜合金螺旋桨材料的抗空蚀涂层保护，但很多工艺与方法对重达几百公斤甚至几十吨的螺旋桨应用受到制约与限制。根据有关文献查阅，从上世纪八十年代，国外国内一些学者对螺旋桨材料表面喷涂、表面改性工作进行了较详细的研宄，获得了有益的试验结果，但未对实体螺旋桨进行应用研宄。但这些研宄都比较早，都没能很好的解决螺旋桨的表面性能问题。
[0003]现有技术中的船用螺旋桨多采用铸造的方式制造，由于桨叶厚度是变化的，使得铸造工艺比较严格，这种浆叶在使用过程中也比较容易断裂，如果采用不锈钢的材料铸造，其工艺要求更高。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种船用螺旋桨的搅拌摩擦加工方法，该加工方法操作方便，且该加工方法通过搅拌头的强烈搅拌作用使被加工材料发生剧烈塑性变形、混合、破碎，实现微观结构的致密化、均匀化和细化，使船用螺旋桨质量得到显著改善，螺旋桨表面硬度提升20% ;材料屈服性能提升50% ;材料抗拉强度提升20% ;材料延伸率提升 30%ο
[0005]为了解决上述技术问题，本发明一种船用螺旋桨的搅拌摩擦加工方法，包括如下步骤:
A.选用镍铝青铜材料根据螺旋桨设计出桨叶的形状；
B.对桨叶进行打磨、抛光；
C.将经打磨、抛光后的浆叶与叶套夹紧定位，并通过搅拌摩擦焊接工艺连接成一体。
[0006]上述的船用螺旋桨的搅拌摩擦加工方法，其中，步骤D中搅拌摩擦焊接时，搅拌头的转速为 1100-1220rpm。
[0007]上述的船用螺旋桨的搅拌摩擦加工方法，其中，所述步骤D中搅拌摩擦焊接时，对浆叶和叶套进行加热，加热温度为240-640°C，并保持该温度到焊接结束；同时，对浆叶和叶套焊接处喷淋温度为-5°C的冷却水，并对浆叶与叶套发出超声波，超声波的功率为4O O O W，5 OKhz0
[0008]本发明的有益效果:
本发明通过在搅拌摩擦焊接过程中对桨叶和叶套进行加热，通以超声波，并通过冷却水喷淋，使铜合金材料的流动性及塑性变形能力得以提高，使材料微观结构得到细化、均匀化和致密化，从而大大提高了船用螺旋桨的性能，使螺旋桨表面硬度提升20% ;材料屈服性能提升50% ;材料抗拉强度提升20% ;材料延伸率提升30%。
[0009]优点主要可以概括为以下几点:
(1)固态连接:无粗大凝固组织和熔焊缺陷，可以实现具有特定微观结构材料的焊接;
(2)热输入小:热变形和残余应力小，可以实现大型框架结构的精密焊接；
(3)制造成本低:焊前无需开坡口和特殊清理，无需金属填料、保护气体或焊剂，能量消耗比熔化焊降低80% ;
(4)焊缝表观质量好:焊后工件表面平整，无明显焊缝凸起和焊滴，无需后续表面处理；
(5)力学性能好:疲劳、断裂及弯曲等性能明显优于熔化焊，且接头力学性能各向同性。
【附图说明】
[0010]图1是本发明中性能对比表。
【具体实施方式】
[0011]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0012]实施例1
一种船用螺旋桨的搅拌摩擦加工方法，包括如下步骤:
A.选用镍铝青铜材料根据螺旋桨设计出桨叶及叶套的形状；
B.对桨叶及叶套进行打磨、抛光；
C.将经打磨、抛光后的浆叶与叶套夹紧定位，并通过搅拌摩擦焊接工艺连接成一体，搅拌摩擦焊接时，搅拌头的转速为1220rpm ;搅拌摩擦焊接时，对浆叶和叶套进行加热，加热温度为640°C，并保持该温度到加工结束；同时，对浆叶和叶套焊接处喷淋温度为_5°C的冷却水，并对浆叶与叶套发出超声波，超声波的功率为4 O O O W，5 O K h z。
[0013]实施例2
一种船用螺旋桨的搅拌摩擦加工方法，包括如下步骤:
A.选用镍铝青铜材料根据螺旋桨设计出桨叶及叶套的形状；
B.对桨叶及叶套进行打磨、抛光； C.将经打磨、抛光后的浆叶与叶套夹紧定位，并通过搅拌摩擦焊接工艺连接成一体，搅拌摩擦焊接时，搅拌头的转速为IlOOrpm ;搅拌摩擦焊接时，对浆叶和叶套进行加热，加热温度为560°C，并保持该温度到加工结束；同时，对浆叶和叶套焊接处喷淋温度为_5°C的冷却水，并对浆叶与叶套发出超声波，超声波的功率为4 O O O W，5 O K h z。
[0014]实施例3
一种船用螺旋桨的搅拌摩擦加工方法，包括如下步骤:
A.选用镍铝青铜材料根据螺旋桨设计出桨叶及叶套的形状；
B.对桨叶及叶套进行打磨、抛光；
C.将经打磨、抛光后的浆叶与叶套夹紧定位，并通过搅拌摩擦焊接工艺连接成一体，搅拌摩擦焊接时，搅拌头的转速为1180rpm ;搅拌摩擦焊接时，对浆叶和叶套进行加热，加热温度为260°C，并保持该温度到加工结束；同时，对浆叶和叶套焊接处喷淋温度为_5°C的冷却水，并对浆叶与叶套发出超声波，超声波的功率为4 O O O W，5 O K h z。
[0015]综上所述，该加工技术通过搅拌头的强烈搅拌作用使被加工材料发生剧烈塑性变形、混合、破碎，实现微观结构的致密化、均匀化和细化。使螺旋桨材料表面硬度提升20% ；材料屈服性能提升50% ;材料抗拉强度提升20% ;材料延伸率提升30% ;不仅有效地修补了局部缩松、缩孔等铸造缺陷，还细化了微观结构，使螺旋桨的力学性能和抗腐蚀性能显著改口 ο
[0016]本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。
【主权项】
1.船用螺旋桨的搅拌摩擦加工方法，其特征在于，包括如下步骤: A.选用镍铝青铜材料根据螺旋桨设计出桨叶的形状； B.对桨叶进行打磨、抛光； C.将经打磨、抛光后的浆叶与叶套夹紧定位，并通过搅拌摩擦焊接工艺连接成一体。2.如权利要求1所述的船用螺旋桨的搅拌摩擦加工方法，其特征在于，步骤D中搅拌摩擦焊接时，搅拌头的转速为1100-1220rpm。3.如权利要求1或2所述的船用螺旋桨的搅拌摩擦加工方法，其特征在于，所述步骤D中搅拌摩擦焊接时，对浆叶和叶套进行加热，加热温度为240-640°C，并保持该温度到焊接结束；同时，对浆叶和叶套焊接处喷淋温度为-5°C的冷却水，并对浆叶与叶套发出超声波，超声波的功率为4 O O O W，5 O K h z。
【专利摘要】本发明公开的一种船用螺旋桨的搅拌摩擦加工方法，包括以下步骤：先选用镍铝青铜材料根据螺旋桨设计出桨叶的形状；再对桨叶进行打磨、抛光；再将经打磨、抛光后的浆叶与叶套夹紧定位，并通过搅拌摩擦焊接工艺连接成一体，本发明通过在搅拌摩擦焊接过程中对桨叶和叶套进行加热，并通过冷却水喷淋，使铜合金材料的流动性及塑性变形能力得以提高，使材料微观结构得到细化、均匀化和致密化，从而大大提高了船用螺旋桨的性能，使螺旋桨表面硬度提升20%；材料屈服性能提升50%；材料抗拉强度提升20%；材料延伸率提升30%。
【IPC分类】B23K20/24, B23K103/12, B23K20/26, B23K20/12
【公开号】CN104889562
【申请号】CN201510322031
【发明人】马宗义, 徐高峰, 宋佩学, 王湘来
【申请人】镇江同舟螺旋桨有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月12日