專利名稱：一種異種金屬?gòu)?fù)合接頭制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于管道技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種異種管道的接頭制備，尤其是一種應(yīng)用于航空、航天、船舶、核電等工業(yè)部門(mén)，主要用作其燃料、液壓、冷卻等管件的異種金屬?gòu)?fù)合接頭的制備方法。
背景技術(shù)：
火箭、飛機(jī)、艦船、核反應(yīng)堆中存在大量的燃料輸送管道和液壓動(dòng)力管道以及熱交換管道等，這些管路在生產(chǎn)裝配過(guò)程中涉及大量的可拆卸的機(jī)械接頭連接和不可拆卸的焊接接頭連接，在工程實(shí)踐中常常遇到異種金屬管件的焊接連接，如不銹鋼/銅、鈦合金/銅等，目前通用的方法是用預(yù)先制造好的異種金屬?gòu)?fù)合接頭1分別與其兩端的同種金屬管件焊接，留有焊縫2(見(jiàn)圖1)，目前制造異種金屬?gòu)?fù)合接頭的工藝方法主要有爆炸焊接(見(jiàn)圖 2)與摩擦焊接。在工程實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)爆炸焊接接頭和摩擦焊接接頭冷熱循環(huán)疲勞性能與耐壓性能差，由于異種金屬結(jié)合處存在高的殘余應(yīng)力，在使用過(guò)程中容易開(kāi)裂，影響到設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性。同時(shí)爆炸焊接工藝生產(chǎn)小規(guī)格接頭工藝難度大，且多數(shù)爆炸焊接接頭復(fù)合端管徑不一致，導(dǎo)致管內(nèi)流體不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決爆炸焊接接頭和摩擦焊接接頭冷熱循環(huán)疲勞性能與耐壓性能差的缺點(diǎn)，提供一種異種金屬?gòu)?fù)合接頭制備方法，該方法采用液相/固相擴(kuò)散原理，實(shí)現(xiàn)低熔點(diǎn)液態(tài)金屬向高熔點(diǎn)固態(tài)金屬浸滲擴(kuò)散連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)異種金屬無(wú)縫隙冶金結(jié)合，從而制造出結(jié)合強(qiáng)度很高的復(fù)合金屬接頭。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的這種異種金屬?gòu)?fù)合接頭制備方法，包括以下步驟1)準(zhǔn)備坩堝按照接頭外形尺寸制作坩堝，坩堝內(nèi)徑大于接頭外徑尺寸，坩堝內(nèi)高大于接頭總高度；2)準(zhǔn)備原料分別準(zhǔn)備與待連接的兩種管道材質(zhì)A、B相同的金屬坯料，金屬坯料直徑小于坩堝內(nèi)徑，兩種金屬坯料總高度不高于坩堝內(nèi)高；3)裝料將兩種金屬坯料裝于坩堝內(nèi)，熔點(diǎn)高的金屬坯料置于坩堝底部，熔點(diǎn)低的金屬置于熔點(diǎn)高的金屬上部；4)裝爐將裝好料的坩堝置于真空加熱爐內(nèi)；5)真空侵滲擴(kuò)散連接將真空加熱爐抽真空后通電加熱，設(shè)定保溫溫度介于兩種金屬熔點(diǎn)之間，即保溫溫度高于其中低熔點(diǎn)金屬熔點(diǎn)、低于其中高熔點(diǎn)金屬熔點(diǎn)，保溫時(shí)間不小于1小時(shí)；6)冷卻出爐真空加熱爐斷電自然或通氬氣冷卻，到達(dá)室溫后坩堝出爐并取出坩堝內(nèi)的異種金屬?gòu)?fù)合接頭坯料；
7)機(jī)械加工將真空侵滲擴(kuò)散獲得的異種金屬?gòu)?fù)合接頭坯料按照產(chǎn)品尺寸機(jī)械加工成產(chǎn)品。上述步驟5)中，真空加熱爐內(nèi)的的真空度為0. IPa0上述坩堝采用氧化鋁或石墨坩堝。上述兩種材質(zhì)A和B為不銹鋼和銅或鈦合金和銅。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備以下有益效果本發(fā)明的異種金屬?gòu)?fù)合接頭制備方法生產(chǎn)的異種金屬?gòu)?fù)合接頭的冷熱循環(huán)疲勞性能與耐壓性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于爆炸焊接工藝與摩擦焊接工藝生產(chǎn)的異種金屬?gòu)?fù)合接頭，且其復(fù)合處抗拉強(qiáng)度大于強(qiáng)度較低的基體金屬。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中管件連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的爆炸焊接工藝制備接頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的真空侵滲擴(kuò)散連接工藝制備的接頭結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的異種金屬?gòu)?fù)合接頭制備方法，包括以下步驟1)準(zhǔn)備坩堝按照接頭外形尺寸制作氧化鋁或石墨坩堝，坩堝內(nèi)徑大于接頭外徑尺寸，坩堝內(nèi)高大于接頭總高度；2)準(zhǔn)備原料分別準(zhǔn)備與待連接的兩種管道材質(zhì)A、B相同的金屬坯料，金屬坯料直徑小于坩堝內(nèi)徑，兩種金屬坯料總高度不高于坩堝內(nèi)高；3)裝料將兩種金屬坯料裝于坩堝內(nèi)，熔點(diǎn)高的金屬坯料置于坩堝底部，熔點(diǎn)低的金屬置于熔點(diǎn)高的金屬上部；4)裝爐將裝好料的坩堝置于真空加熱爐內(nèi)；5)真空侵滲擴(kuò)散連接將真空加熱爐抽真空后通電加熱，設(shè)定保溫溫度介于兩種金屬熔點(diǎn)之間，即保溫溫度高于其中低熔點(diǎn)金屬熔點(diǎn)、低于其中高熔點(diǎn)金屬熔點(diǎn)，保溫時(shí)間不小于1小時(shí)；6)冷卻出爐真空加熱爐斷電自然或通氬氣冷卻，到達(dá)室溫后坩堝出爐并取出坩堝內(nèi)的異種金屬?gòu)?fù)合接頭坯料；7)機(jī)械加工將真空侵滲擴(kuò)散獲得的異種金屬?gòu)?fù)合接頭坯料按照產(chǎn)品尺寸機(jī)械加工成產(chǎn)品，如圖3所示。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述實(shí)施例不銹鋼/純銅復(fù)合接頭(規(guī)格D20 X dl2 X (20+20))制備1)準(zhǔn)備坩堝按照接頭外形尺寸制作氧化鋁坩堝，坩堝內(nèi)腔尺寸Φ25Χ60。2)準(zhǔn)備原料分別準(zhǔn)備兩種金屬坯料，不銹鋼坯料規(guī)格ΦΜΧ25、純銅規(guī)格 Φ24Χ25。3)裝料將兩種金屬坯料裝于坩堝內(nèi)，不銹鋼坯料置于坩堝底部，純銅坯料置于不銹鋼坯料上部。
4)裝爐將裝好料的坩堝置于真空加熱爐內(nèi)。5)真空侵滲擴(kuò)散連接將真空加熱爐抽到0. IPa真空度后通電加熱，保溫溫度 1200°C、保溫時(shí)間2小時(shí)。6)冷卻出爐到達(dá)規(guī)定保溫時(shí)間后，真空加熱爐斷電自然冷卻，到達(dá)室溫后坩堝出爐并取出復(fù)合金屬坯料。7)機(jī)械加工將真空侵滲獲得的不銹鋼/純銅復(fù)合接頭坯料機(jī)械加工成規(guī)格為 D20Xdl2X (20+20)產(chǎn)品。8)檢測(cè)按照相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)要求對(duì)復(fù)合接頭進(jìn)行打壓等試驗(yàn)測(cè)試。除了以上實(shí)施例，本發(fā)明還可以對(duì)多種搭配的異種金屬管道之間進(jìn)行復(fù)合接頭的制備，如如不銹鋼和銅、鈦合金和銅、鈦合金和鋁合金等等，其制備方法與實(shí)施例相同。
權(quán)利要求
1.一種異種金屬?gòu)?fù)合接頭制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)準(zhǔn)備坩堝按照接頭外形尺寸制作坩堝，坩堝內(nèi)徑大于接頭外徑尺寸，坩堝內(nèi)高大于接頭總高度；2)準(zhǔn)備原料分別準(zhǔn)備與待連接的兩種管道材質(zhì)A、B相同的金屬坯料，金屬坯料直徑小于坩堝內(nèi)徑，兩種金屬坯料總高度不高于坩堝內(nèi)高；3)裝料將兩種金屬坯料裝于坩堝內(nèi)，熔點(diǎn)高的金屬坯料置于坩堝底部，熔點(diǎn)低的金屬置于熔點(diǎn)高的金屬上部；4)裝爐將裝好料的坩堝置于真空加熱爐內(nèi)；5)真空侵滲擴(kuò)散連接將真空加熱爐抽真空后通電加熱，設(shè)定保溫溫度介于兩種金屬熔點(diǎn)之間，即保溫溫度高于其中低熔點(diǎn)金屬熔點(diǎn)、低于其中高熔點(diǎn)金屬熔點(diǎn)，保溫時(shí)間不小于1小時(shí)；6)冷卻出爐真空加熱爐斷電自然或通氬氣冷卻，到達(dá)室溫后坩堝出爐并取出坩堝內(nèi)的異種金屬?gòu)?fù)合接頭坯料；7)機(jī)械加工將真空侵滲擴(kuò)散獲得的異種金屬?gòu)?fù)合接頭坯料按照產(chǎn)品尺寸機(jī)械加工成廣品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異種金屬?gòu)?fù)合接頭制備方法，其特征在于，所述步驟5)中，真空加熱爐內(nèi)的的真空度為0. IPa0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異種金屬?gòu)?fù)合接頭制備方法，其特征在于，所述坩堝是氧化鋁或石墨坩堝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異種金屬?gòu)?fù)合接頭制備方法，其特征在于，所述兩種材質(zhì)A和 B為不銹鋼和銅、鈦合金和銅。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種異種金屬?gòu)?fù)合接頭制備方法，該方法采用液相/固相擴(kuò)散原理，實(shí)現(xiàn)低熔點(diǎn)液態(tài)金屬向高熔點(diǎn)固態(tài)金屬浸滲擴(kuò)散連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)異種金屬無(wú)縫隙冶金結(jié)合，從而制造出結(jié)合強(qiáng)度很高的復(fù)合金屬接頭。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的異種金屬?gòu)?fù)合接頭制備方法生產(chǎn)的異種金屬?gòu)?fù)合接頭的冷熱循環(huán)疲勞性能與耐壓性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于爆炸焊接工藝與摩擦焊接工藝生產(chǎn)的異種金屬?gòu)?fù)合接頭，且其復(fù)合處抗拉強(qiáng)度大于強(qiáng)度較低的基體金屬。
文檔編號(hào)B23K20/14GK102528273SQ20111044826
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者常輝, 張利軍, 李明生, 狄瑋嵐, 胡銳, 薛祥義, 鄭筠 申請(qǐng)人:西安西工大超晶科技發(fā)展有限責(zé)任公司