本發(fā)明涉及一種鋁銅復(fù)合管的制備方法，適用于鋁包銅復(fù)合管(acc:aluminumcladcopper)或銅包鋁復(fù)合管(cca:coppercladaluminum)的制備。該方法制造工藝簡單，生產(chǎn)成本低廉，效率高，易于推廣應(yīng)用。

背景技術(shù)：

幾十年來，紫銅管作為熱交換管在制冷行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。但是，紫銅管存在質(zhì)量重、價(jià)格高的問題，精密銅管的生產(chǎn)已經(jīng)不能滿足制冷行業(yè)的需求。鋁銅復(fù)合管具有優(yōu)良的綜合性能，是制冷行業(yè)中蒸發(fā)器、冷凝器用管和相應(yīng)連接管、管件的替代管材。研究表明，采用鋁銅復(fù)合管比采用紫銅管重量可以降低36.5％～46.3％，成本可以降低23％～34.8％。同時(shí)，銅的瞬間吸熱能力是鋁的1.6倍，而鋁的散熱速度是銅的2.3倍，鋁/銅復(fù)合管可以綜合兩者優(yōu)勢，提高換熱效能。拉拔法等方法制備的機(jī)械復(fù)合管界面受熱易分層，界面結(jié)合強(qiáng)度低；熱擠壓等方法制備冶金復(fù)合管往往需要復(fù)雜的設(shè)備和工藝流程，增大了生產(chǎn)制造成本。因此，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，嘗試開發(fā)新的鋁銅復(fù)合管制備方法顯得十分必要。

攪拌摩擦焊(fsw)作為一種先進(jìn)的固相焊接技術(shù)，已經(jīng)在航空航天、船舶制造、陸路交通等諸多工業(yè)制造領(lǐng)域得到了成功應(yīng)用。fsw利用攪拌頭與待焊金屬間摩擦產(chǎn)熱及攪拌頭對塑化金屬的攪拌作用實(shí)現(xiàn)金屬間的連接。焊接過程中攪拌頭軸肩、攪拌針側(cè)面及攪拌針端部均與工件摩擦產(chǎn)熱，且軸肩產(chǎn)熱占主要部分，增大攪拌針直徑使軸肩產(chǎn)熱量逐漸降低而攪拌針側(cè)面產(chǎn)熱增加。因此，基于攪拌針側(cè)面摩擦產(chǎn)熱機(jī)制，設(shè)計(jì)一個(gè)帶有特殊軸肩的焊接工具，利用旋轉(zhuǎn)的焊接工具與鋁/銅管之間摩擦、擠壓產(chǎn)生的熱和力的作用實(shí)現(xiàn)鋁銅復(fù)合管的制備顯得十分簡單且具有創(chuàng)新性。該方法可以極大的簡化鋁銅復(fù)合管生產(chǎn)制造過程，擴(kuò)展金屬復(fù)合管制備方法，有利于降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，具有極大的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種鋁銅復(fù)合管的制備方法，可以實(shí)現(xiàn)鋁/銅管界面的冶金結(jié)合，生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低廉。

技術(shù)方案

一種鋁銅復(fù)合管的制備方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將過渡配合的鋁管和銅管進(jìn)行裝配，形成內(nèi)為襯管，外為基管的配合，在裝配好的鋁/銅管一端設(shè)有一通孔；當(dāng)acc管配合時(shí)：鋁管內(nèi)徑和銅管外徑實(shí)現(xiàn)過渡配合，銅管為襯管，鋁管為基管；當(dāng)cca管配合時(shí)：銅管內(nèi)徑和鋁管外徑實(shí)現(xiàn)過渡配合，鋁管為襯管，銅管為基管；

步驟2：采用兩個(gè)固定半模將鋁/銅管固定，在兩個(gè)固定半模與鋁/銅管一端的通孔相應(yīng)位置設(shè)有通孔，將圓柱銷穿過鋁管、銅管和兩個(gè)固定半模，采用夾具將兩個(gè)固定半模夾緊固定；

步驟3：采用攪拌摩擦焊的方法，將焊接工具的端部直徑與襯管內(nèi)徑相同的焊接工具端部插入鋁/銅管進(jìn)行對中；

步驟4：焊接工具端部以95rpm～950rpm的旋轉(zhuǎn)速度，以15mm/min～120mm/min向管內(nèi)的移動速度進(jìn)行焊接；當(dāng)達(dá)到設(shè)定焊接距離后以120mm/min的焊接速度回抽，完成焊接過程。

所述基管和襯管為壁厚為1mm～5mm厚的鋁管或銅管。

所述焊接工具主軸13、芯軸11和端部；所述端部包括摩擦圓柱10、摩擦圓臺9和對中圓柱8；主軸13通過主軸法蘭12連接芯軸11，芯軸11連接端部摩擦圓柱10，然后為摩擦圓臺9和對中圓柱8；所述摩擦圓臺9上開有多個(gè)凹槽；所述對中圓柱8的直徑小于摩擦圓柱10，摩擦圓臺9位于兩者之間呈過度斜面。

所述摩擦圓臺9的最大直徑較對中圓柱直徑增大0.2～0.6mm。

有益效果

本發(fā)明提出的一種鋁銅復(fù)合管的制備方法，將過渡配合的鋁管和銅管裝配起來，距裝配好的鋁/銅管底部一定距離開通孔，采用開有通孔的兩個(gè)固定半模將鋁/銅管固定，將帶有軸肩的焊接工具端部插入襯管對中，使焊接工具按照設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度和焊接速度向管內(nèi)移動，完成設(shè)定焊接距離后以一定速度回抽，完成焊接過程。本發(fā)明是基于攪拌摩擦焊產(chǎn)熱機(jī)制開發(fā)的一種新型的鋁銅復(fù)合管制備工藝。該工藝節(jié)能環(huán)保，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本；可控性好，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

附圖說明

圖1：焊前裝配示意圖

圖2：為實(shí)施本發(fā)明所涉及的焊接工具形貌示意圖

1-帶有軸肩的焊接工具，2-第一固定半模，3-第二固定半模，4-裝配配合面，5-基管，6-襯管，7-圓柱銷，8-對中圓柱，9-摩擦圓臺，10-摩擦圓柱，11-芯軸，12-主軸法蘭，13-主軸。

圖3：本實(shí)施實(shí)例獲得的接頭形貌:(a)橫截面,(b)中間層

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1中：1是帶有特殊軸肩的焊接工具。2和3為兩個(gè)完全相同的固定半模，其作用是結(jié)合圓柱銷固定基管和襯管。固定半模圓柱側(cè)面銑出的平面是為了方便在焊接過程中對兩個(gè)固定半模進(jìn)行夾緊、固定。4是2和3裝配配合面。5是基管，6為襯管，基管和襯管配合面為過渡配合。7為圓柱銷，其同時(shí)穿過固定半模、基管和襯管，防止基管和襯管在焊接過程中發(fā)生轉(zhuǎn)動。對于本發(fā)明，如果5為鋁管，則6為銅管，即情況1；如果5為銅管，則6為鋁管，即情況2。

圖2中：8為對中圓柱。對中圓柱直徑與襯管內(nèi)徑相同，在焊接開始前，將對中圓柱側(cè)面插入待焊襯管中，進(jìn)行對中。9為摩擦圓臺。摩擦圓臺側(cè)面開有凹槽，其作用在于增大圓臺側(cè)面與襯管內(nèi)壁之間的摩擦，防止焊接過程中圓臺側(cè)面變光滑，降低摩擦產(chǎn)熱量。摩擦圓臺最大直徑較對中圓柱直徑增大0.2～0.6mm，即焊接過程中，鋁/銅管徑向減薄0.1～0.3mm。10為摩擦圓柱。摩擦圓柱既與襯管內(nèi)壁摩擦產(chǎn)熱，還對鋁/銅管界面提供一定的徑向保壓時(shí)間。11為芯軸。芯軸的長短決定了可焊距離的遠(yuǎn)近。12為主軸法蘭，13為主軸。焊接時(shí)主軸旋轉(zhuǎn)帶動芯軸、摩擦圓臺等旋轉(zhuǎn)。

實(shí)施實(shí)例：

選擇尺寸為20mm(外徑)×1.5mm(壁厚)×70mm(高度)的t2紫銅管，24mm(外徑)×2mm(壁厚)×70mm(高度)的1060純鋁管。

步驟1：將過渡配合的鋁管和銅管進(jìn)行裝配，形成內(nèi)為襯管，外為基管的配合，在裝配好的鋁/銅管一端設(shè)有一通孔；當(dāng)acc管配合時(shí)：鋁管內(nèi)徑和銅管外徑實(shí)現(xiàn)過渡配合，銅管為襯管，鋁管為基管；當(dāng)cca管配合時(shí)：銅管內(nèi)徑和鋁管外徑實(shí)現(xiàn)過渡配合，鋁管為襯管，銅管為基管；

步驟2：采用兩個(gè)固定半模將鋁/銅管固定，在兩個(gè)固定半模與鋁/銅管一端的通孔相應(yīng)位置設(shè)有通孔，將圓柱銷穿過鋁管、銅管和兩個(gè)固定半模，采用夾具將兩個(gè)固定半模夾緊固定；防止焊接過程中發(fā)生轉(zhuǎn)動。

步驟3：采用攪拌摩擦焊的方法，將焊接工具的端部直徑與襯管內(nèi)徑相同的焊接工具端部插入鋁/銅管進(jìn)行對中；所述端部直徑為17mm，有效摩擦圓柱側(cè)面高度為8mm；

步驟4：焊接工具端部以950mm/min的旋轉(zhuǎn)速度，以30mm/min向管內(nèi)的移動速度進(jìn)行焊接；當(dāng)達(dá)到設(shè)定焊接距離后以120mm/min的焊接速度回抽，完成焊接過程；所述焊接工具的側(cè)面下壓量為0.3mm。

從圖3(a)可以看出，鋁管和銅管界面實(shí)現(xiàn)焊合，界面結(jié)合過程中在鋁基體和銅基體之間形成了具有一定厚度的中間層。從圖3(b)中間層顯微組織可以看出，鋁管和銅管之間形成了良好的冶金結(jié)合。綜上所述表明，該工藝實(shí)現(xiàn)了鋁管和銅管界面的冶金結(jié)合。因此，本發(fā)明開發(fā)的工藝切實(shí)可行。