一种用于提升构筑件界面结合效果的基材表面

本发明属于金属基材构筑成形，具体为一种用于提升构筑件界面结合效果的基材表面。

背景技术：

1、大锻件是制备诸如核电支撑环、风电连接法兰等关键部件的基础件，具有非常重要的应用。大锻件的常规制造方式中通常采用铸造的大型铸锭为初始坯料，由于大型铸锭的浇筑过程中易受到“尺寸效应”的影响，致使浇筑的大型铸锭中容易出现中心缺陷等问题，最终会影响制备出的大锻件的质量。为了避免上述问题，中国科学院金属研究所研究团队率先提出了构筑成形技术，该技术通过小型均质化板坯为基本单元，经表面处理、真空封焊、高温锻压及保温扩散等工序，使板坯与板坯之间的界面结合，最终形成大尺度的锻件。

2、因为构筑成形过程中需要进行高温锻压，大的变形会使得界面结合后的构筑件在侧面产生“鼓肚”现象。在构筑成形锻压时，在0～90°范围内，与结合界面之间的夹角越大，越有利于界面结合。即压力在结合界面方向上的分力越小越有利于界面结合。在构筑件界面的中心位置，界面处所受的力垂直于界面方向，而在构筑件界面的边缘位置，因压缩变形造成的“鼓肚”会使得界面处的力沿界面方向向外扩散，不利于边缘位置界面的结合。上述情况会导致制备的构筑件的界面在中心矩形区域结合很好，而在边缘处结合很差。结合差的边缘位置是整个构筑件的短板，后续处理不当容易形成结合缺陷，为制备出的大锻件埋下质量隐患。因此，需要提升构筑件边缘位置的界面结合效果。此外，对于构筑件界面中心矩形区域的结合，暂时未确定出何种状态的表面最有利于界面结合。

3、目前暂时没有解决构筑件边缘位置结合效果差的方法，也没有提出最适用于构筑件界面结合的基材表面。仅存在部分专利通过改变结合界面的受力情况进而提升界面结合效果。中国专利cn 107520584 a提出了一种异形金属构筑成形方法，该方法将预制坯制备成沙漏形模块，使锻压过程的形变集中于沙漏形模块坯料的界面位置，改善了坯料的受力状态，提升了界面愈合效果，有效降低锻压所需的压力。与上述专利类似，中国专利cn107671216 a提出了一种沙漏形金属构筑方法，该方法将多个坯料堆叠在一起形成从中间向两端横截面面积增加的形状，避免了镦粗过程导致的构筑件的“鼓肚”现象，降低了焊缝开裂的风险。上述专利通过改变坯料的整体形状去改变坯料间结合界面处的受力情况，虽然在一定程度上改善了坯料间的愈合效果，但坯料间边缘处的界面的结合效果并未得到改善，未给出最有利于界面愈合的基材表面。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的构筑件边缘位置的界面结合效果差以及构筑件中心矩形区域未确定出何种状态的表面最有利于界面结合的问题。本发明要提出一种用于提升构筑件界面结合效果的基材表面。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种用于提升构筑件界面结合效果的基材表面，所述基材表面指上基材的下表面和下基材的上表面，亦即待结合界面；所述待结合界面包括中心矩形区域、内回形区域和外回形区域；所述外回形区域的外侧即基材界面外侧，外回形区域的内侧即内回形区域外侧，内回形区域的内侧即中心矩形区域外侧；

3、所述外回形区域为打磨表面，也是待焊接区域，所述外回形区域的宽度h的值由基材的材料决定，外回形区域的宽度等于构筑成形工艺中该材料真空电子束封焊的焊缝深度。

4、所述内回形区域为具有v形结构的表面，所述v形结构由多条平行的v形槽构成；所述内回形区域的宽度及v形结构的尺寸由基材的尺寸决定。所述内回形区域的宽度s的值为基材尺寸w的1/9～1/11。所述v形结构相邻两条v形槽顶部与顶部中心线之间的水平间距d为内回形区域的宽度的1/5～1/6，高度h为间距d的1/2～2/3。

5、所述上基材的待结合界面的内回形区域与下基材待结合界面的内回形区域宽度一致，上基材的待结合界面的内回形区域的v形结构与下基材的待结合界面的内回形区域的v形结构恰好装配吻合，即上基材v形槽的顶部正好与下基材v形槽的底部吻合。

6、所述中心矩形区域为打磨表面，表面粗糙度为0.18～0.26μm sa；所述中心矩形区域的长度c为基材尺寸w减去两倍的内回形区域宽度和外回形区域宽度。

7、进一步地，所述v形结构中v形槽的数量由内回形区域的宽度和v形槽顶部与顶部的水平间距共同决定，当v形槽的数量不为整数时，将不足v形槽顶部与顶部的水平间距的距离均分至邻近外回形区域和中心矩形区域的v形槽上。

8、进一步地，所述内回形区域的v形结构由四条尺寸相同的v形槽带组成，左侧v形槽带的底边与下侧v形槽带的上侧边连接、上侧v形槽带的左边与左侧v形槽带的右侧边连接、右侧v形槽带的顶边与上侧v形槽带的下侧边连接、下侧v形槽带的右边与右侧v形槽带的左侧边连接。

9、与现有用于构筑成形的基材表面相比，本发明提出的基材表面具有以下有益效果：

10、1、本发明的内回形区域的v形结构可以改善内回形区域在压缩时的受力状态。由于v形结构的存在，将沿界面方向向外扩散的不利于界面结合的力转变为在结合界面方向上的分力较小的利于界面结合的力，有利于提升内回形区域界面结合的有效力，提升构筑件边缘位置的结合效果。

11、2、本发明设置的中心矩形区域的表面具备一定的粗糙度，该粗糙度的表面不易夹杂脱落的磨料，热压过程中形成的局部氧化物聚集效应不明显，进而提升构筑件界面中心矩形区域的结合效果；此外，该粗糙度下的表面制备难度小，加工效率较高。

12、3、本发明设置的外回形区域作为真空电子束封焊的牺牲区域，在焊接时熔融全部的外回形区域，有助于避开真空电子束封焊对设计的内回形区域的影响，保护内回形区域v形结构对沿界面方向向外扩散的力的转变的作用。

技术特征：

1.一种用于提升构筑件界面结合效果的基材表面，所述基材表面指上基材(1)的下表面和下基材(3)的上表面，亦即待结合界面(2)；其特征在于：所述待结合界面(2)包括中心矩形区域(6)、内回形区域(5)和外回形区域(4)；所述外回形区域(4)的外侧即基材界面外侧，外回形区域(4)的内侧即内回形区域(5)外侧，内回形区域(5)的内侧即中心矩形区域(6)外侧；

2.根据权利要求1所述一种用于提升构筑件界面结合效果的基材表面，其特征在于：所述v形结构中v形槽的数量由内回形区域(5)的宽度和v形槽顶部与顶部的水平间距共同决定，当v形槽的数量不为整数时，将不足v形槽顶部与顶部的水平间距的距离均分至邻近外回形区域(4)和中心矩形区域(6)的v形槽上。

3.根据权利要求1所述一种用于提升构筑件界面结合效果的基材表面，其特征在于：所述内回形区域(5)的v形结构由四条尺寸相同的v形槽带组成，左侧v形槽带的底边与下侧v形槽带的上侧边连接、上侧v形槽带的左边与左侧v形槽带的右侧边连接、右侧v形槽带的顶边与上侧v形槽带的下侧边连接、下侧v形槽带的右边与右侧v形槽带的左侧边连接。

技术总结
本发明公开了一种用于提升构筑件界面结合效果的基材表面，包括中心矩形区域、内回形区域和外回形区域。本发明的内回形区域的V形结构可以改善内回形区域在压缩时的受力状态。由于V形结构的存在，将沿界面方向向外扩散的不利于界面结合的力转变为在结合界面方向上的分力较小的利于界面结合的力，有利于提升内回形区域界面结合的有效力，提升构筑件边缘位置的结合效果。本发明设置的中心矩形区域的表面具备一定的粗糙度，该粗糙度的表面不易夹杂脱落的磨料，热压过程中形成的局部氧化物聚集效应不明显，进而提升构筑件界面中心矩形区域的结合效果。本发明设置的外回形区域有助于避开真空电子束封焊对内回形区域的影响。

技术研发人员：郭江,赵勇,张金龙
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14