一种采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头的方法，其技术方案为：将材料不同的至少两种棒材依次放入模具，且相邻棒材的对接端契合；搅拌棒以设定下压量、转速及下压速度完成搅拌摩擦制备过程；在搅拌棒的旋转搅拌作用下，其周围材料产生塑性流动，同时，在搅拌棒的作用下，材料之间发生摩擦和塑性变形，从而实现连接；发生塑性流动的材料被限制在模具和搅拌棒组成的环状空腔内，形成结构件；取出模具中结构件，经后处理后得到异种管接头。本发明专利技术能够有效地避免异种薄壁管材直接焊接时出现的焊接效率低、接头力学性能低、尺寸不稳定等问题，从而保证异种薄壁管状结构实现稳定连接，提高使用性能。

【技术实现步骤摘要】
一种采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头的方法
本专利技术涉及异种材料搅拌摩擦焊接领域，尤其涉及一种采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头的方法。
技术介绍
在各领域的产品中，经常需要使用各种管材作为系统介质输送的渠道。不同的管件需要使用不同的管材，在管材的应用实际中，由于管材的长度有限，通常需要多根管材进行连接使用。管件的连接形式多样，主要分为外加连接结构件以及直接连接两类。前者通过密封圈密封紧固的方式连接，虽然安装便捷，可拆卸，但是连接强度较低，稳定性较差，可应用的管径范围比较窄，使用年限受到密封圈的制约。同时，连接处通常会有结构凸出，这会使仪器装备其他结构件的组装存在空间限制，还会带来清洁度差等问题。管件直接连接时通常采用焊接技术，可以实现“无接头连接”，适用范围比较广，接头处连接强度高，更具特殊优势。随着我国工业的不断发展以及工程技术的不断进步，对产品安全性能及节能环保的要求也不断提高。为满足产品设备的使用要求，实现结构轻量化，通常需要多种材料混合使用，综合发挥其各自在力学性能、工艺性能、经济性等各方面的优势。因此，需要连接使用的相邻两根管材可能会是异种材料，异种管材连接的应用越来越普遍。由于不同材料的物理性能、化学性能及组织成分等差别较大，所以异种材料的焊接比同种材料的焊接复杂困难许多，对连接技术、连接装置的要求更高。采用熔焊方法容易出现气孔、夹渣、焊不透等焊接缺陷，容易出现废品。而扩散焊、钎焊的焊接效率较低，对工件的尺寸和形状要求比较严格。旋转摩擦焊接头质量好，但当连接薄壁管件时，管件容易受顶锻压力作用发生变形甚至折弯，影响接头性能。搅拌摩擦焊作为一种新型固相连接技术，有效解决了轻合金材料焊接问题，可以实现铝、镁、铜等轻质合金材料高效、优质连接，且在异种材料连接上也表现出独特的优势。焊接时，在摩擦热和塑性变形热的作用下，焊缝两侧的金属软化，在搅拌针的带动下发生塑性流动，经过搅拌针的搅拌和轴肩的锻压作用，形成焊接接头。焊接过程中，材料不熔化，焊缝不存在气孔、夹渣、裂纹等缺陷，操作简单，便于实现自动化。但是焊接过程中待焊工件要承受主轴方向上较大的顶锻力，并且对待焊工件有一定的形状要求，实现管件特别是薄壁管件的搅拌摩擦焊接还存在技术困难。现有技术公开了一种用于搅拌摩擦焊接异种管状结构的新装置，主要由托盘、托盘轴、轴承、搅拌头和搅拌头固定圆形架组成，通过工作台和搅拌头相互反方向旋转形成更高热量实现两种接管的叠加焊接，适合于轻量化合金管接头搅拌摩擦焊接，解决了现有的不同管径的管材焊接效率低，易出现废品的问题。然而，该方法在焊接同管径的管材时，对管材固定以及搅拌头定位的要求较高。另一方面，在连接薄壁管材时，对搅拌针的下压量难控制，容易出现接头处未连接或压塌变形等问题，影响接头质量。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头的方法，能够有效地避免异种薄壁管材直接焊接时出现的焊接效率低、接头力学性能低、尺寸不稳定等问题，从而保证异种薄壁管状结构实现稳定连接，提高使用性能。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：本专利技术的实施例提供了一种采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头的方法，包括：将材料不同的至少两种棒材依次放入模具，且相邻棒材的对接端契合；搅拌棒以设定下压量、转速及下压速度完成搅拌摩擦制备过程；在搅拌棒的旋转搅拌作用下，其周围材料产生塑性流动，发生塑性流动的材料被限制在模具和搅拌棒组成的环状空腔内，形成结构件；取出模具中结构件，经后处理后得到异种管接头。作为进一步的实现方式，下压过程中，搅拌棒不能直接接触模具；搅拌棒的下压量大于单个棒材的长度，且小于所有棒材对接端契合后的长度之和，以保证在搅拌棒即将接触位于下侧的棒材下表面之前，结束搅拌摩擦制备过程。作为进一步的实现方式，搅拌棒高速旋转并缓慢插入棒材内部，搅拌棒与棒材摩擦生热，产生的摩擦热使搅拌棒周围材料处于热塑性状态。作为进一步的实现方式，随着搅拌棒的不断下压，在模具与搅拌棒之间形成的管件材质也随之发生变化；上方管件材质与位于上侧棒材的材质一致，中间管件为所需要的异种管接头，下方管件的材质与下侧棒材的材质一致。作为进一步的实现方式，去除结构件中多余的下底面，获得管状结构，进一步修整以使管件两端面平整光滑，从而得到异种管接头。作为进一步的实现方式，在去除结构件多余部分及修整管件结构端面时，需要保留其两端的单一材料管件部分。作为进一步的实现方式，所述搅拌棒直径小于棒材直径。作为进一步的实现方式，所述棒材直径相同，棒材按照材质从软到硬的顺序从上到下排列。作为进一步的实现方式，相邻棒材通过相互配合的凸起与凹槽结构配合。作为进一步的实现方式，模具内腔中轴线、棒材中心轴线以及搅拌棒的中轴线重合。上述本专利技术的实施例的有益效果如下：(1)本专利技术的一个或多个实施方式采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头，避免了薄壁异种管件直接摩擦焊，降低薄壁管件变形甚至弯折的风险，降低了废品率；保证过渡管接头处力学性能优良，提高了管状结构连接处的使用寿命；便于控制薄壁管材接头处的尺寸精度，提高管状结构接头处的尺寸稳定性。(2)本专利技术的一个或多个实施方式所需棒状材料的结构形状简单，可采用机械加工、模锻等方式获得，节省了加工成本；同时搅拌摩擦过程操作简单，便于实现自动化，提高了生产效率。(3)本专利技术的一个或多个实施方式无需对现有搅拌摩擦焊接设备进行大量的改造，所需模具结构简单，易于实现快速产业化应用。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术根据一个或多个实施方式的流程图；图2(a)-图2(e)是本专利技术根据一个或多个实施方式的制造过程示意图。其中，1-搅拌棒；2-模具；3-第一棒材；4-第二棒材；5-结构件；6-异种管接头。具体实施方式实施例一：本实施例提供了一种采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头的方法，如图1所示，包括：将材料不同的多种棒材依次放入模具2，且棒材的对接端契合；搅拌棒1以设定下压量、转速及下压速度完成搅拌摩擦制备过程；在搅拌棒1的旋转搅拌作用下，搅拌棒1周围材料产生塑性流动，发生塑性流动的材料被限制在模具2和搅拌棒1组成的环状空腔内，形成结构件5；取出模具2中结构件5，经后处理后得到异种管接头6。在本实施例中，棒材可以是两种或两种以上的金属或非金属材料，例如铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、复合材料、高分子材料等；棒材的个数可以根据实际管接头要求而定。本实施例以两种棒材进行具体描述：具体的，包括以下步骤：步骤一：过程前准备：确定模具2的材质；在本实施例中，采用筒状模具，其顶部开口、内部为空腔。采用两种不同材料的棒材，即第一棒材3、第二棒材4，二者相互靠近的一端形成对接端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头的方法，其特征在于，包括：/n将材料不同的至少两种棒材依次放入模具，且相邻棒材的对接端契合；/n搅拌棒以设定下压量、转速及下压速度完成搅拌摩擦制备过程；在搅拌棒的旋转搅拌作用下，其周围材料产生塑性流动，发生塑性流动的材料被限制在模具和搅拌棒组成的环状空腔内，形成结构件；/n取出模具中结构件，经后处理后得到异种管接头。/n

【技术特征摘要】
1.一种采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头的方法，其特征在于，包括：
将材料不同的至少两种棒材依次放入模具，且相邻棒材的对接端契合；
搅拌棒以设定下压量、转速及下压速度完成搅拌摩擦制备过程；在搅拌棒的旋转搅拌作用下，其周围材料产生塑性流动，发生塑性流动的材料被限制在模具和搅拌棒组成的环状空腔内，形成结构件；
取出模具中结构件，经后处理后得到异种管接头。


2.根据权利要求1所述的一种采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头的方法，其特征在于，下压过程中，搅拌棒不能直接接触模具；搅拌棒的下压量大于单个棒材的长度，且小于所有棒材对接端契合后的长度之和，以保证在搅拌棒即将接触位于下侧的棒材下表面之前，结束搅拌摩擦制备过程。


3.根据权利要求1所述的一种采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头的方法，其特征在于，搅拌棒高速旋转并缓慢插入棒材内部，搅拌棒与棒材摩擦生热，产生的摩擦热使搅拌棒周围材料处于热塑性状态。


4.根据权利要求1所述的一种采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头的方法，其特征在于，随着搅拌棒的不断下压，在模具与搅拌棒之间形成的管件材质也随之发生变化；上方管件材质与位于上侧棒材...

【专利技术属性】
技术研发人员：石磊，田春燕，武传松，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37