一種管板與管子大結(jié)合面摩擦封焊的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種摩擦焊接方法，具體涉及一種管板與管子大結(jié)合面摩擦封焊的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用于能量交換的換熱器為管板結(jié)構(gòu)，管板結(jié)構(gòu)的管板與管子結(jié)合面受很大的溫度沖擊和壓力差，產(chǎn)生很大的應(yīng)力，所以管板與管子連接處的工作條件最為惡劣、容易發(fā)生泄漏，一旦發(fā)生泄漏，不僅影響整體結(jié)構(gòu)的負(fù)荷和經(jīng)濟(jì)性，而且影響整體結(jié)構(gòu)的安全性。如果堵漏或焊接工藝選擇不當(dāng)，會(huì)造成管子或管板損壞而出現(xiàn)新的泄漏，投運(yùn)后導(dǎo)致原泄漏管子封堵失效，也可能會(huì)引起鄰近管口的泄漏?，F(xiàn)有的堵漏往往采用熔焊的方法，這種方法導(dǎo)致每一次堵漏或焊接過程都會(huì)使管板處產(chǎn)生應(yīng)力，降低管板的抗沖擊性能，泄漏區(qū)域經(jīng)封堵焊接后所能承受的壓力差和溫度差更小，更容易發(fā)生泄漏，經(jīng)常是越堵越漏。經(jīng)多次堵漏后，被封堵管子越來越多，甚至封堵管子連續(xù)成片，管板結(jié)構(gòu)的抗溫差、壓差沖擊的能力將大大降低，靠傳統(tǒng)的堵漏工藝獲得的接頭抗拉脫能力較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決現(xiàn)有利用熔焊方法實(shí)現(xiàn)管板封焊，所獲得的接頭抗拉脫能力較低和殘余應(yīng)力大的問題，提供了一種管板與管子大結(jié)合面摩擦封焊的方法。
[0004]本發(fā)明的一種管板與管子大結(jié)合面摩擦封焊的方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0005]步驟一、焊前清理:利用鋼刷對(duì)管板和管子的待焊表面進(jìn)行物理清理，去除試件表面的氧化物，并采用有機(jī)溶劑對(duì)管板和管子的待焊表面進(jìn)行化學(xué)清洗；
[0006]步驟二、確定管板與管子的相對(duì)位置，管子的待焊端部應(yīng)高出管板上端面的高度匕為0?2mm ;
[0007]步驟三、確定摩擦頭的各部位尺寸:摩擦頭前端部直徑山、摩擦頭根部直徑d2，摩擦頭肩部直徑d3，肩部內(nèi)凹角β為3。?6°，摩擦頭圓臺(tái)錐角α為Γ?6°，摩擦頭前端部直徑山相比管子內(nèi)徑D/J、0.5mm?1mm，摩擦頭根部直徑d 2相比管子內(nèi)徑D丨大0.5mm?1mm,摩擦頭肩部直徑d3是摩擦頭根部直徑d 2的2?3倍；
[0008]步驟四、摩擦焊接:焊接過程中，摩擦頭高速旋轉(zhuǎn)并逐漸壓入管子的內(nèi)徑中，軸肩的肩部完全與管板端面接觸后，保持高速旋轉(zhuǎn)1?10秒，摩擦頭與管板和管子之間充分摩擦，摩擦頭與管板摩擦產(chǎn)生金屬塑性流動(dòng)形成一體式結(jié)構(gòu)，摩擦頭根部A處斷開，完成管板結(jié)構(gòu)的摩擦封焊過程并獲得封焊接頭。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0010]一、利用本發(fā)明的一種管板結(jié)構(gòu)大結(jié)合面摩擦封焊的方法對(duì)管板與管子進(jìn)行，摩擦頭旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦和塑性材料流動(dòng)作用，可消除管子的原始缺陷，形成的接頭接合面積大，不僅可以提高管板與管子之間的抗拉脫性能和密封性，而且可以提高管子封焊的可靠性。
[0011]二、在整個(gè)焊接過程中不會(huì)產(chǎn)生煙塵、弧光等污染，同時(shí)不需要通保護(hù)氣體和填充材料，節(jié)約成本。
[0012]三、針對(duì)同種或異種材質(zhì)的管板和管子，焊接過程中，可以通過選擇不同材質(zhì)的摩擦頭對(duì)同種或異種材質(zhì)的管板和管子進(jìn)行焊接。
[0013]四、焊接時(shí)，在摩擦頭旋轉(zhuǎn)摩擦壓入過程中，管板與管子可重新調(diào)整相對(duì)位置，對(duì)管板與管子的定位要求不高，可以簡化操作，人為因素對(duì)焊接質(zhì)量影響少。
【附圖說明】
[0014]圖1是焊接前管子1與管板2安裝位置示意圖；
[0015]圖2是摩擦頭3壓入過程示意圖；
[0016]圖3是夾持體4與摩擦頭3的裝配示意圖；
[0017]圖4是摩擦頭3的剖視圖；
[0018]圖5是摩擦頭3肩部與管板2接觸摩擦焊接示意圖；
[0019]圖6是摩擦封焊形成的封焊接頭示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1?圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0021]步驟一、焊前清理:利用鋼刷對(duì)管板2和管子1的待焊表面進(jìn)行物理清理，去除試件表面的氧化物，并采用有機(jī)溶劑對(duì)管板2和管子1的待焊表面進(jìn)行化學(xué)清洗，去除油污等雜物；
[0022]步驟二、確定管板2與管子1的相對(duì)位置，管子1的待焊端部應(yīng)高出管板2上端面的高度1^為0?2mm，見圖1 ;
[0023]步驟三、確定摩擦頭3的各部位尺寸:摩擦頭3前端部直徑山、摩擦頭3根部直徑d2，摩擦頭3肩部直徑屯，肩部內(nèi)凹角β為3°?6°，摩擦頭圓臺(tái)錐角α為1°?6°，摩擦頭3前端部直徑山相比管子1內(nèi)徑D /J、0.5mm?1mm，摩擦頭3根部直徑d 2相比管子1內(nèi)徑01大0.5mm?1mm，摩擦頭3肩部直徑d 3是摩擦頭3根部直徑d 2的2?3倍，見圖1和圖3 ;
[0024]步驟四、摩擦焊接:焊接過程中，摩擦頭3高速旋轉(zhuǎn)并逐漸壓入管子1的內(nèi)徑中，見圖2，軸肩3-1的肩部完全與管板2端面接觸后，見圖5，保持高速旋轉(zhuǎn)1?10秒，摩擦頭3與管板2和管子1之間充分摩擦，摩擦頭3與管板2摩擦產(chǎn)生金屬塑性流動(dòng)形成一體式結(jié)構(gòu)，摩擦頭3根部A處斷開，見圖4，完成管板結(jié)構(gòu)的摩擦封焊過程并獲得封焊接頭，見圖6。
[0025]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為步驟一中有機(jī)溶劑為酒精或丙酮。其它步驟與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為步驟三中管板2為鋼、管子1為鋁合金時(shí)，摩擦頭3材質(zhì)選擇與管子1相同材質(zhì)和狀態(tài)的鋁合金。其它步驟與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0027]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為步驟三中管板2為鋼、管子1為銅合金時(shí)，摩擦頭3材質(zhì)選擇與管子1相同材質(zhì)和狀態(tài)的銅合金。其它步驟與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為步驟三中管板2和管子1均為鋼時(shí)，摩擦頭3材質(zhì)選擇與管子1相同材質(zhì)和狀態(tài)的鋼。其它步驟與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】六:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為步驟三中管板2和管子1均為銅合金時(shí)，摩擦頭3材質(zhì)選擇與管子1相同材質(zhì)和狀態(tài)的銅合金。其它步驟與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0030]【具體實(shí)施方式】七:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為步驟三中管板2和管子1均為鋁合金時(shí)，摩擦頭3材質(zhì)選擇與管子1相同材質(zhì)和狀態(tài)的鋁合金。其它步驟與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0031]【具體實(shí)施方式】八:結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為步驟三中肩部內(nèi)凹角β為5°。其它步驟與【具體實(shí)施方式】一、二、三、四、五、六或七相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】九:結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為步驟三中摩擦頭3為無螺紋圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)，摩擦頭圓臺(tái)錐角α為3°。其它步驟與【具體實(shí)施方式】八相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】十:結(jié)合圖2和圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為步驟四中摩擦頭3的旋轉(zhuǎn)速度為800r/min?8000r/min、壓入速度為1mm/s?20mm/s，摩擦頭3肩部的壓入深度t為0?0.1_。其它步驟與【具體實(shí)施方式】九相同。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種管板與管子大結(jié)合面摩擦封焊的方法，其特征在于:所述方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的: 步驟一、焊前清理:利用鋼刷對(duì)管板(2)和管子(1)的待焊表面進(jìn)行物理清理，去除試件表面的氧化物，并采用有機(jī)溶劑對(duì)管板(2)和管子(1)的待焊表面進(jìn)行化學(xué)清洗； 步驟二、確定管板(2)與管子(1)的相對(duì)位置，管子(1)的待焊端部應(yīng)高出管板(2)上端面的高度1^為0?2mm ； 步驟三、確定摩擦頭(3)的各部位尺寸:摩擦頭(3)前端部直徑山、摩擦頭(3)根部直徑(12，摩擦頭(3)肩部直徑屯，肩部內(nèi)凹角β為3°?6°，摩擦頭圓臺(tái)錐角α為Γ?6°，摩擦頭(3)前端部直徑山相比管子⑴內(nèi)徑D/J、0.5mm?1mm，摩擦頭(3)根部直徑(12相比管子⑴內(nèi)徑D:大0.5mm?1mm，摩擦頭(3)肩部直徑(13是摩擦頭(3)根部直徑d 2的2?3倍； 步驟四、摩擦焊接:焊接過程中，摩擦頭(3)高速旋轉(zhuǎn)并逐漸壓入管子(1)的內(nèi)徑中，軸肩(3-1)的肩部完全與管板⑵端面接觸后，保持高速旋轉(zhuǎn)1?10秒，摩擦頭(3)與管板(2)和管子(1)之間充分摩擦，摩擦頭(3)與管板(2)摩擦產(chǎn)生金屬塑性流動(dòng)形成一體式結(jié)構(gòu)，摩擦頭(3)根部A處斷開，完成管板結(jié)構(gòu)的摩擦封焊過程并獲得封焊接頭。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管板與管子大結(jié)合面摩擦封焊的方法，其特征在于:所述步驟一中有機(jī)溶劑為酒精或丙酮。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管板與管子大結(jié)合面摩擦封焊的方法，其特征在于:所述步驟三中管板(2)為鋼、管子(1)為鋁合金時(shí)，摩擦頭(3)材質(zhì)選擇與管子(1)相同材質(zhì)和狀態(tài)的招合金。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管板與管子大結(jié)合面摩擦封焊的方法，其特征在于:所述步驟三中管板(2)為鋼、管子(1)為銅合金時(shí)，摩擦頭(3)材質(zhì)選擇與管子(1)相同材質(zhì)和狀態(tài)的銅合金。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管板與管子大結(jié)合面摩擦封焊的方法，其特征在于:所述步驟三中管板(2)和管子(1)均為鋼時(shí)，摩擦頭(3)材質(zhì)選擇與管子(1)相同材質(zhì)和狀態(tài)的鋼。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管板與管子大結(jié)合面摩擦封焊的方法，其特征在于:所述步驟三中管板(2)和管子(1)均為銅合金時(shí)，摩擦頭(3)材質(zhì)選擇與管子(1)相同材質(zhì)和狀態(tài)的銅合金。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管板與管子大結(jié)合面摩擦封焊的方法，其特征在于:所述步驟三中管板(2)和管子(1)均為鋁合金時(shí)，摩擦頭(3)材質(zhì)選擇與管子(1)相同材質(zhì)和狀態(tài)的招合金。8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7所述的一種管板與管子大結(jié)合面摩擦封焊的方法，其特征在于:所述步驟三中肩部內(nèi)凹角β為5°。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種管板與管子大結(jié)合面摩擦封焊的方法，其特征在于:所述步驟三中摩擦頭(3)為無螺紋圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)，摩擦頭圓臺(tái)錐角α為3°。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種管板與管子大結(jié)合面摩擦封焊的方法，其特征在于:所述步驟四中摩擦頭(3)的旋轉(zhuǎn)速度為800r/min?8000r/min、壓入速度為lmm/s?20mm/s，摩擦頭(3)肩部的壓入深度t為0?0.lmm0
【專利摘要】一種管板與管子大結(jié)合面摩擦封焊的方法，為解決利用熔焊方法實(shí)現(xiàn)管板封焊，所獲得的接頭抗拉脫能力較低和殘余應(yīng)力大的問題。方法：一、利用鋼刷對(duì)管板和管子的待焊表面進(jìn)行物理清理，去除試件表面的氧化物，并采用有機(jī)溶劑對(duì)管板和管子的待焊表面進(jìn)行化學(xué)清洗；二、管子的待焊端部應(yīng)高出管板上端面的高度L1為0～2mm；三、確定摩擦頭的各部位尺寸；四、焊接過程中，摩擦頭高速旋轉(zhuǎn)并逐漸壓入管子的內(nèi)徑中，軸肩的肩部完全與管板端面接觸后，保持高速旋轉(zhuǎn)1～10秒，摩擦頭與管板和管子之間充分摩擦，摩擦頭與管板摩擦產(chǎn)生金屬塑性流動(dòng)形成一體式結(jié)構(gòu)，摩擦頭根部A處斷開，完成管板結(jié)構(gòu)的摩擦封焊過程并獲得封焊接頭。本發(fā)明用于管板焊接。
【IPC分類】B23K20/12, B23K101/14, B23K20/24
【公開號(hào)】CN105414739
【申請?zhí)枴緾N201511023567
【發(fā)明人】黃永憲, 張亞彬, 萬龍, 呂世雄
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月30日