專利名稱：一種提高薄壁管摩擦焊接頭強度的新型加工方法
技術領域：
本發明涉及焊接技術領域，具體說是一種提高薄壁管摩擦焊接頭強度的新型加工方法。
背景技術：
鋁與不銹鋼的焊接存在如下難點(I)鋁在空氣中及焊接時極易氧化，生成的氧化鋁熔點高、非常穩定、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行，可在焊接接頭內生成氣孔、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、膨脹系數及導熱系數相差懸 殊，它們將影響焊接的熱循環和結晶過程、焊接接頭的應力狀態及接頭的焊接質量；(3)兩者有結晶化學性的差異，不銹鋼主要成分是鐵，鐵與鋁的晶格常數、原子半徑、核外電子結構等差別較大，這決定了二者在液態和固態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、微細裂紋等缺陷，因此普通的熔化焊接無法實現鋁與不銹鋼的優質連接。摩擦焊是利用工件表面相互摩擦所產生的熱，使端面達到熱塑性狀態，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、質量穩定、焊接強度聞等特點。摩擦焊原理為在壓力作用下，被焊界面通過相對運動進行摩擦時，機械能轉變為熱能，被焊材質溫度不斷上升，伴隨著摩擦過程的進行，工件亦產生一定的變形量，在適當的時刻，停止工件間的相對運動，同時施加較大的頂鍛力并維持一定的時間，即可實現材質間的固相連接。摩擦焊在實際生產中，尤其對于薄壁管的連接，常出現以下三個問題(I)對于薄壁管，任何一個缺陷都是極為嚴重的，接頭質量往往得不到保證；(2)卡具容易使薄壁管產生較大塑性變形，導致連接界面偏離標準圓形而無法對齊，使得接頭質量大大降低；(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，如何實現薄壁管的優質摩擦焊連接已經成為生產中一重大問題。

發明內容
本發明是基于傳統摩擦焊方法焊接薄壁管時卡具易使工件變形、裝卡時易產生偏心及管壁過薄導致接頭強度較低的問題，提出了一種先焊接兩段外徑大于要求薄壁管外徑、內徑小于要求薄壁管內徑的厚壁管，后在機械加工過程中通過增加焊接界面面積以提高接頭強度的新工藝。本發明采用如下方法
一種提高薄壁管摩擦焊接頭強度的新型加工方法，方法如下(I)根據所要求薄壁管尺寸，選擇外徑大于其外徑5_20mm，內徑小于其內徑
5-20mm的兩個管材進行摩擦焊接；(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現連接界面面積的增加，將兩側加工成所要求薄壁管尺寸，并實現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下降；(2) 二級摩擦階段增加軸向壓力到4_6Mpa，并繼續摩擦20_30秒，焊材溫度進一步上升，使得靠近摩擦面鋁合金達到熱塑性狀態；(3)頂鍛階段兩個管材相對轉動停止，同時施加12_15Mpa軸向壓力，高溫材料被大量擠出，飛邊增大，焊縫金屬產生變形、擴散以及再結晶。相對于運用傳統摩擦焊方法直接焊接薄壁管的方法，本發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生的塑性變形及裝卡過程產生偏心的問題，接頭質量得到保證。


圖I焊如厚壁管材不意圖；圖2焊后連接接頭示意圖；圖3機械加工后對于內壁有較高要求的管的示意圖。圖4為接頭形式適用于對內壁無特殊要求的管的示意圖。
具體實施例方式
本發明提供了一種加強薄壁管摩擦焊接頭強度的新型工藝流程。實例I以焊接外徑Φ60πιπι、壁厚Imm的薄壁鋁-不銹鋼過渡接頭為例，結合附圖對具體實施步驟做詳細說明一、如圖I，準備外徑Φ 70mm、內徑Φ40ι πι的鋁管、不銹鋼管各一段；二、運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現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達到一較小值，可有效防止“悶車”情況發生。(2) 二級摩擦階段工件相互摩擦同時增加大軸向壓力，焊材溫度進一步上升，使得靠近摩擦面鋁合金達到熱塑性狀態。(3)頂鍛階段工件間相對轉動停止，同時施加一巨大軸向壓力，高溫材料被大量擠出，飛邊增大，焊縫金屬產生變形、擴散以及再結晶。
摩擦焊工藝參數如下
權利要求
1.一種提高薄壁管摩擦焊接頭強度的新型加工方法，其特征在于方法如下 (1)根據所要求薄壁管尺寸，選擇外徑大于其外徑5-20mm，內徑小于其內徑5_20mm的兩個管材進行摩擦焊接； (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現連接界面面積的增加，將兩側加工成所要求薄壁管尺寸，并實現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.根據權利要求I所述的一種提高薄壁管摩擦焊接頭強度的新型加工方法，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下降； (2)二級摩擦階段增加軸向壓力到4-6Mpa，并繼續摩擦20-30秒，焊材溫度進一步上升，使得靠近摩擦面鋁合金達到熱塑性狀態； (3)頂鍛階段兩個管材相對轉動停止，同時施加12-15Mpa軸向壓力，高溫材料被大量擠出，飛邊增大，焊縫金屬產生變形、擴散以及再結晶。
全文摘要
一種提高薄壁管摩擦焊接頭強度的新型加工方法，如下(1)根據所要求薄壁管尺寸，選擇外徑大于其外徑5-20mm，內徑小于其內徑5-20mm的兩個管材進行摩擦焊接；(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現連接界面面積的增加，將兩側加工成所要求薄壁管尺寸，并實現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。本發明的優點在于一、增加了過渡接頭界面連接面積，接頭質量大大提高。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生的塑性變形及裝卡過程產生偏心的問題，接頭質量得到保證。
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 優先權日2012年8月9日
發明者呂世雄, 鄭傳奇, 黃永憲, 敬小軍, 徐永強, 范薇 申請人:哈爾濱工業大學