一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法技术

本发明专利技术提供一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，该方法采用夹持固定工装（10）分别夹持固定铜管焊接毛坯（40）与钢管焊接毛坯（50）、旋转加压工装（30）对外加辅助铜环（20）进行预夹紧的夹持方式，通过在铜管焊接毛坯（40）待焊部位加工浅槽（41）、在铜管焊接毛坯（40）对接面加工凸环（42），在钢管焊接毛坯（50）待焊部位加工梯形凸台（51）、在钢管焊接毛坯（50）对接面加工出与凸环（42）对应的凹环（52）的焊接接头结构，采用铜管焊接毛坯（40）与钢管焊接毛坯（50）不旋转、外加辅助铜环（20）旋转加压的径向摩擦焊接方法，有效确保焊接质量、避免焊接缺陷的出现，从而解决厚壁铜/钢异质合金高强精密焊接的技术难题。金高强精密焊接的技术难题。金高强精密焊接的技术难题。

【技术实现步骤摘要】
一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法


[0001]本专利技术涉及固相焊
，尤其涉及一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法。

技术介绍

[0002]随着现代科学以及先进制造业等的高速发展，单一材料局限于自身性能，很难满足工业设计者对特定复合结构的需求，特别是在航空航天、船舶、兵器等国防与尖端
，许多结构功能一体化的关重件都需要高强度材料，同时还需要具有高塑韧性、耐腐蚀性等其它重要特性；可见，单一材料已然无法满足国防与尖端领域的应用需求。目前，异质合金组焊复合结构能够充分发挥各自合金的优越特性，实现功能功效最大化，不仅能满足工业设计者对单一材料的性能要求，还能满足某些特殊工况和复杂工况的使用要求，已成为现代工业领域关注的重点。
[0003]铜具有高塑韧性、高导热系数、高导电性、高耐腐蚀性等诸多优点，在航空工业、石油化工等领域具有重要的应用价值，被广泛应用于导电部件、热交换器、化学容器等；然而，铜价格昂贵，大量采用会导致工业成本极高、不符合工业化经济性要求。钢是一种经济型金属材料，具有高强度、低成本等优点；如果将铜与钢异质合金进行组焊，不经能满足构件的耐腐蚀等特殊功能需求，还能大量降低生产成本。一些压力容器涉及铜/钢异质合金厚壁管件的组焊，要求焊缝具备连接强度高、焊后同轴度好、高可靠密封、服役时间长等性能要求。但是，由于铜导热系数是钢的7～11倍、且管件壁厚为15～25mm，加上铜与钢异质合金的热膨胀系数差异大，若采用手工电弧焊或手工钨极氩弧焊等传统焊接方法，不仅焊前预热温度高，也易产生裂纹、未熔合、气孔、夹渣、咬边等焊接缺陷，且多层多道次焊接变形后，管件同轴度也不能满足要求；若采用惯性轴向摩擦焊等焊接方法，能获得高强度的焊接接头，但由于铜管壁厚大和导热系数大，为确保足够的焊接能量输入、需采用大转速和高顶锻力的强规范工艺参数，极大的浪费生产能源、加大生产成本，同时由于铜侧较软，高顶锻力焊接后，铜侧严重镦粗变形、焊接精度难以满足要求。

技术实现思路

[0004]针对以上现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，从而解决厚壁铜/钢异质合金高强精密焊接的技术难题。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0006]一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0007]a、根据待焊铜管与待焊钢管的结构尺寸，设计并加工出铜管与钢管的夹持固定工装；并根据待焊铜管与待焊钢管的结构尺寸，选择合适尺寸的外加辅助铜环，针对外加辅助铜环，选择合适的旋转加压工装；
[0008]b、对待焊铜管、待焊钢管以及外加辅助铜环进行机加工，加工出铜管焊接毛坯、钢管焊接毛坯以及外加辅助铜环；并在铜管焊接毛坯待焊部位加工浅槽、在铜管焊接毛坯对
接面加工凸环，在钢管焊接毛坯待焊部位加工梯形凸台、在钢管焊接毛坯对接面加工出与凸环对应的凹环，所述梯形凸台为等边梯形结构；然后分别对加工后的铜管焊接毛坯、钢管焊接毛坯以及外加辅助铜环进行去铁锈、去毛刺与去油污处理；
[0009]c、将铜管焊接毛坯与钢管焊接毛坯对接后，采用夹持固定工装分别夹持固定铜管焊接毛坯与钢管焊接毛坯；将外加辅助铜环安装在待焊部位(即对应铜管焊接毛坯的浅槽与钢管焊接毛坯的梯形凸台)，采用旋转加压工装对外加辅助铜环进行预夹紧；同时，将旋转加压工装与径向摩擦焊机连接；
[0010]d、启动径向摩擦焊机，夹持固定工装分别夹持铜管管焊接毛坯与钢管焊接毛坯且保持铜管焊接毛坯与钢管焊接毛坯静止不旋转，旋转加压工装夹持外加辅助铜环且跟随径向摩擦焊机的主轴旋转；当主轴达到摩擦转速时，旋转加压工装对外加辅助铜环施加径向摩擦压力，外加辅助铜环在径向摩擦压力持续作用下收缩变形并与铜管焊接毛坯、钢管焊接毛坯外表面接触并相互摩擦；主轴与旋转加压工装的动能不断消耗、径向摩擦压力不断增加，当转轴转速下降至顶锻转速且径向摩擦压力达到顶锻压力时，产生顶锻刹车，保压，完成外加辅助铜环、铜管以及钢管的径向摩擦焊接；
[0011]e、打开旋转加压工装与夹持固定工装，取下焊接件。
[0012]作进一步优化，所述旋转加压工装包括工装本体、安装盘、滚珠轴承、环形定位盘、伸缩杆、换向夹具、径向顶杆以及夹持卡爪；所述工装本体为圆套结构且其横截面为阶梯型结构，所述工装本体中部开设贯穿式轴孔；所述工装本体一端端面开设安装槽，所述安装盘设置在安装槽内且所述安装盘中轴线与所述工装本体中轴线共线、安装盘为环形圆盘；所述工装本体另一端端面开设定位槽、用于设置夹持固定工装；所述工装本体靠近所述定位槽的一端固定套接一滚珠轴承、用于与外部设备连接从而固定安装整个工装本体，所述滚珠轴承靠近所述安装槽的一侧的所述工装本体外壁固定套接一环形定位盘，所述环形定位盘靠近所述安装盘的一端且绕所述工装本体中轴线均匀设置若干伸缩杆，所述伸缩杆远离所述环形定位盘的一端固定连接一换向夹具，所述换向夹具为圆环形结构，其位于所述工装本体第一段阶梯处的外壁且其中轴线与所述工装本体中轴线共线，所述换向夹具内表面为楔形；所述工装本体位于所述安装槽的一侧外壁对应所述换向夹具且绕其中轴线均匀开设若干滑动孔且所述滑动孔与所述安装槽连通，所述滑动孔内滑动连接径向顶杆且所述径向顶杆位于所述安装盘与所述安装槽底面之间，所述径向顶杆远离所述工装本体轴心的一端与所述换向夹具内表面匹配且与所述换向夹具内表面滑动连接，所述径向顶杆靠近所述工装本体轴心的一端固定连接夹持卡爪。
[0013]优选的，所述工装本体通过转动组件与径向摩擦焊机主轴连接。
[0014]优选的，所述安装盘上饶其中轴线均匀开设若干安装孔，所述工装本体对应所述安装孔设置固定孔，所述安装孔处设置定位螺栓；所述径向顶杆对应所述安装孔设置限位通槽；所述定位螺栓依次经过安装孔、限位通槽与固定孔实现安装盘与工装本体之间的安装定位、同时实现对径向顶杆的限位。
[0015]优选的，所述伸缩杆的数量为6～12根。
[0016]优选的，所述换向夹具内表面与其中心线之间的夹角为10～18
°
。
[0017]优选的，所述径向顶杆的数量为5～8根。
[0018]优选的，所述径向顶杆外壁设置环形凸台，所述环形凸台表面固定连接一复位弹
簧，所述复位弹簧套接在所述径向顶杆外壁且所述复位弹簧远离所述环形凸台的一端与所述工装本体固定连接。
[0019]优选的，所述夹持卡爪横截面为等边梯形且所述夹持卡爪靠近所述工装本体中轴线的一端端面设置若干防滑凸棱。
[0020]作进一步优化，所述外加辅助铜环的抗拉强度不大于400MPa。
[0021]作进一步优化，所述外加辅助铜环的外径为70～180mm，内径为53～152mm，宽度为25～48mm。
[0022]作进一步优化，所述铜管焊接毛坯直径为50～150mm，内径为25～120mm；所述浅槽的深度为1.5～3mm，宽度为12～25mm；所述凸环长度为3～5mm，厚度为1.5～2.5mm。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，其特征在于：包括以下步骤：a、根据待焊铜管与待焊钢管的结构尺寸，设计并加工出铜管与钢管的夹持固定工装（10）；并根据待焊铜管与待焊钢管的结构尺寸，选择合适尺寸的外加辅助铜环（20），针对外加辅助铜环（20），选择合适的旋转加压工装（30）；b、对待焊铜管、待焊钢管以及外加辅助铜环（20）进行机加工，加工出铜管焊接毛坯（40）、钢管焊接毛坯（50）以及外加辅助铜环（20）；并在铜管焊接毛坯（40）待焊部位加工浅槽（41）、在铜管焊接毛坯（40）对接面加工凸环（42），在钢管焊接毛坯（50）待焊部位加工梯形凸台（51）、在钢管焊接毛坯（50）对接面加工出与凸环（42）对应的凹环（52），所述梯形凸台（51）为等边梯形结构；然后分别对加工后的铜管焊接毛坯（40）、钢管焊接毛坯（50）以及外加辅助铜环（20）进行去铁锈、去毛刺与去油污处理；c、将铜管焊接毛坯（40）与钢管焊接毛坯（50）对接后，采用夹持固定工装（10）分别夹持固定铜管焊接毛坯（40）与钢管焊接毛坯（50）；将外加辅助铜环（20）安装在待焊部位，采用旋转加压工装（30）对外加辅助铜环（20）进行预夹紧；同时，将旋转加压工装（30）与径向摩擦焊机连接；d、启动径向摩擦焊机，夹持固定工装（10）分别夹持铜管管焊接毛坯与钢管焊接毛坯（50）且保持铜管焊接毛坯（40）与钢管焊接毛坯（50）静止不旋转，旋转加压工装（30）夹持外加辅助铜环（20）且跟随径向摩擦焊机的主轴旋转；当主轴达到摩擦转速时，旋转加压工装（30）对外加辅助铜环（20）施加径向摩擦压力，外加辅助铜环（20）在径向摩擦压力持续作用下收缩变形并与铜管焊接毛坯（40）、钢管焊接毛坯（50）外表面接触并相互摩擦；主轴与旋转加压工装（30）的动能不断消耗、径向摩擦压力不断增加，当转轴转速下降至顶锻转速且径向摩擦压力达到顶锻压力时，产生顶锻刹车，保压，完成外加辅助铜环（20）、铜管以及钢管的径向摩擦焊接；e、打开旋转加压工装（30）与夹持固定工装（10），取下焊接件。2.根据权利要求1所述的一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊接方法，其特征在于：所述旋转加压工装（30）包括工装本体（31）、安装盘（32）、滚珠轴承（33）、环形定位盘（34）、伸缩杆（35）、换向夹具（36）、径向顶杆（37）以及夹持卡爪（38）；所述工装本体（31）为圆套结构且其横截面为阶梯型结构，所述工装本体（31）中部开设贯穿式轴孔（311）；所述工装本体（31）一端端面开设安装槽（312），所述安装盘（32）设置在安装槽（312）内且所述安装盘（32）中轴线与所述工装本体（31）中轴线共线、安装盘（32）为环形圆盘；所述工装本体（31）另一端端面开设定位槽（315）；所述工装本体（31）靠近所述定位槽（315）的一端固定套接一滚珠轴承（33），所述滚珠轴承（33）靠近所述安装槽（312）的一侧的所述工装本体（31）外壁固定套接一环形定位盘（34），所述环形定位盘（34）靠近所述安装盘（32）的一端且绕所述工装本体（31）中轴线均匀设置若干伸缩杆（35），所述伸缩杆（3...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈大军，吴护林，黄安畏，李忠盛，丛大龙，吴夏，江波，黄俊，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：