專利名稱：一種提高薄壁管摩擦焊接頭強(qiáng)度的新型加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種提高薄壁管摩擦焊接頭強(qiáng)度的新型加工方法。
背景技術(shù)：
鋁與不銹鋼的焊接存在如下難點(diǎn)(I)鋁在空氣中及焊接時極易氧化，生成的氧化鋁熔點(diǎn)高、非常穩(wěn)定、能吸潮、不易去除，在高真空下也不分解，可妨礙焊接過程的進(jìn)行，可在焊接接頭內(nèi)生成氣孔、夾渣、未熔合、未焊透等缺陷；(2)鋁與不銹鋼物理性能上有很大差異，兩者熔點(diǎn)、膨脹系數(shù)及導(dǎo)熱系數(shù)相差懸 殊，它們將影響焊接的熱循環(huán)和結(jié)晶過程、焊接接頭的應(yīng)力狀態(tài)及接頭的焊接質(zhì)量；(3)兩者有結(jié)晶化學(xué)性的差異，不銹鋼主要成分是鐵，鐵與鋁的晶格常數(shù)、原子半徑、核外電子結(jié)構(gòu)等差別較大，這決定了二者在液態(tài)和固態(tài)下幾乎不能夠相互溶解，二者主要是以脆性的金屬間化合物的形式存在，使接頭性能變脆，界面的結(jié)合性能大大降低。在焊接過程中極容易在界面上造成成分的不均勻、夾渣、微細(xì)裂紋等缺陷，因此普通的熔化焊接無法實(shí)現(xiàn)鋁與不銹鋼的優(yōu)質(zhì)連接。摩擦焊是利用工件表面相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端面達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種壓焊方法。連接鋁與不銹鋼的接頭，具有外觀美、氣密性好、質(zhì)量穩(wěn)定、焊接強(qiáng)度聞等特點(diǎn)。摩擦焊原理為在壓力作用下，被焊界面通過相對運(yùn)動進(jìn)行摩擦?xí)r，機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，被焊材質(zhì)溫度不斷上升，伴隨著摩擦過程的進(jìn)行，工件亦產(chǎn)生一定的變形量，在適當(dāng)?shù)臅r刻，停止工件間的相對運(yùn)動，同時施加較大的頂鍛力并維持一定的時間，即可實(shí)現(xiàn)材質(zhì)間的固相連接。摩擦焊在實(shí)際生產(chǎn)中，尤其對于薄壁管的連接，常出現(xiàn)以下三個問題(I)對于薄壁管，任何一個缺陷都是極為嚴(yán)重的，接頭質(zhì)量往往得不到保證；(2)卡具容易使薄壁管產(chǎn)生較大塑性變形，導(dǎo)致連接界面偏離標(biāo)準(zhǔn)圓形而無法對齊，使得接頭質(zhì)量大大降低；(3)裝卡工件時總會有不同程度的偏心，對薄壁管的對中性影響尤為巨大。因此，如何實(shí)現(xiàn)薄壁管的優(yōu)質(zhì)摩擦焊連接已經(jīng)成為生產(chǎn)中一重大問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于傳統(tǒng)摩擦焊方法焊接薄壁管時卡具易使工件變形、裝卡時易產(chǎn)生偏心及管壁過薄導(dǎo)致接頭強(qiáng)度較低的問題，提出了一種先焊接兩段外徑大于要求薄壁管外徑、內(nèi)徑小于要求薄壁管內(nèi)徑的厚壁管，后在機(jī)械加工過程中通過增加焊接界面面積以提高接頭強(qiáng)度的新工藝。本發(fā)明采用如下方法
一種提高薄壁管摩擦焊接頭強(qiáng)度的新型加工方法，方法如下(I)根據(jù)所要求薄壁管尺寸，選擇外徑大于其外徑5_20mm，內(nèi)徑小于其內(nèi)徑
5-20mm的兩個管材進(jìn)行摩擦焊接；(2)摩擦焊接完成后，將以焊縫為中心的一段5-10mm管材加工成局部厚壁管以實(shí)現(xiàn)連接界面面積的增加，將兩側(cè)加工成所要求薄壁管尺寸，并實(shí)現(xiàn)厚壁與薄壁的圓滑過渡；其中，所述的薄壁管尺寸范圍為壁厚I 3mm，外徑Φ30 80mm。本發(fā)明還具有如下特征所述的摩擦焊接方法為 (I) 一級摩擦階段在2_4Mpa的軸向壓力下，將兩個管材需要焊接的表面的相互摩擦5-10秒，此時焊接表面溫度不斷上升，摩擦表面兩試件間動摩擦因數(shù)下降；(2) 二級摩擦階段增加軸向壓力到4_6Mpa，并繼續(xù)摩擦20_30秒，焊材溫度進(jìn)一步上升，使得靠近摩擦面鋁合金達(dá)到熱塑性狀態(tài)；(3)頂鍛階段兩個管材相對轉(zhuǎn)動停止，同時施加12_15Mpa軸向壓力，高溫材料被大量擠出，飛邊增大，焊縫金屬產(chǎn)生變形、擴(kuò)散以及再結(jié)晶。相對于運(yùn)用傳統(tǒng)摩擦焊方法直接焊接薄壁管的方法，本發(fā)明具有如下顯著效果一、增加了過渡接頭界面連接面積，接頭質(zhì)量大大提高。二、采用先焊厚壁管后加工接頭的方法，解決了卡具使工件產(chǎn)生的塑性變形及裝卡過程產(chǎn)生偏心的問題，接頭質(zhì)量得到保證。


圖I焊如厚壁管材不意圖；圖2焊后連接接頭示意圖；圖3機(jī)械加工后對于內(nèi)壁有較高要求的管的示意圖。圖4為接頭形式適用于對內(nèi)壁無特殊要求的管的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種加強(qiáng)薄壁管摩擦焊接頭強(qiáng)度的新型工藝流程。實(shí)例I以焊接外徑Φ60πιπι、壁厚Imm的薄壁鋁-不銹鋼過渡接頭為例，結(jié)合附圖對具體實(shí)施步驟做詳細(xì)說明一、如圖I，準(zhǔn)備外徑Φ 70mm、內(nèi)徑Φ40ι πι的鋁管、不銹鋼管各一段；二、運(yùn)用摩擦焊方法將兩段管材連接起來，焊接過程分為如下階段(I) 一級摩擦階段在一個較小軸向壓力下實(shí)現(xiàn)工件表面的相互摩擦，焊材溫度不斷上升，直至工件摩擦表面動摩擦因數(shù)達(dá)到一較小值，可有效防止“悶車”情況發(fā)生。(2) 二級摩擦階段工件相互摩擦同時增加大軸向壓力，焊材溫度進(jìn)一步上升，使得靠近摩擦面鋁合金達(dá)到熱塑性狀態(tài)。(3)頂鍛階段工件間相對轉(zhuǎn)動停止，同時施加一巨大軸向壓力，高溫材料被大量擠出，飛邊增大，焊縫金屬產(chǎn)生變形、擴(kuò)散以及再結(jié)晶。
摩擦焊工藝參數(shù)如下
權(quán)利要求
1.一種提高薄壁管摩擦焊接頭強(qiáng)度的新型加工方法，其特征在于方法如下 (1)根據(jù)所要求薄壁管尺寸，選擇外徑大于其外徑5-20mm，內(nèi)徑小于其內(nèi)徑5_20mm的兩個管材進(jìn)行摩擦焊接； (2)摩擦焊接完成后，將以焊縫為中心的一段5-10_管材加工成局部厚壁管以實(shí)現(xiàn)連接界面面積的增加，將兩側(cè)加工成所要求薄壁管尺寸，并實(shí)現(xiàn)厚壁與薄壁的圓滑過渡； 其中，所述的薄壁管尺寸范圍為壁厚I 3mm,外徑Φ30 80mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種提高薄壁管摩擦焊接頭強(qiáng)度的新型加工方法，其特征在于所述的摩擦焊接方法為 (1)一級摩擦階段在2-4Mpa的軸向壓力下，將兩個管材需要焊接的表面的相互摩擦5-10秒，此時焊接表面溫度不斷上升，摩擦表面兩試件間動摩擦因數(shù)下降； (2)二級摩擦階段增加軸向壓力到4-6Mpa，并繼續(xù)摩擦20-30秒，焊材溫度進(jìn)一步上升，使得靠近摩擦面鋁合金達(dá)到熱塑性狀態(tài)； (3)頂鍛階段兩個管材相對轉(zhuǎn)動停止，同時施加12-15Mpa軸向壓力，高溫材料被大量擠出，飛邊增大，焊縫金屬產(chǎn)生變形、擴(kuò)散以及再結(jié)晶。
全文摘要
一種提高薄壁管摩擦焊接頭強(qiáng)度的新型加工方法，如下(1)根據(jù)所要求薄壁管尺寸，選擇外徑大于其外徑5-20mm，內(nèi)徑小于其內(nèi)徑5-20mm的兩個管材進(jìn)行摩擦焊接；(2)摩擦焊接完成后，將以焊縫為中心的一段5-10mm管材加工成局部厚壁管以實(shí)現(xiàn)連接界面面積的增加，將兩側(cè)加工成所要求薄壁管尺寸，并實(shí)現(xiàn)厚壁與薄壁的圓滑過渡；其中，所述的薄壁管尺寸范圍為壁厚1～3mm，外徑Φ30～80mm。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于一、增加了過渡接頭界面連接面積，接頭質(zhì)量大大提高。二、采用先焊厚壁管后加工接頭的方法，解決了卡具使工件產(chǎn)生的塑性變形及裝卡過程產(chǎn)生偏心的問題，接頭質(zhì)量得到保證。
文檔編號B23K20/12GK102806420SQ201210296779
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者呂世雄, 鄭傳奇, 黃永憲, 敬小軍, 徐永強(qiáng), 范薇 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)