用于不同材料焊接的构造和方法技术

本发明专利技术构思了焊接不同材料的装置和方法，其中在所述不同材料之间的某中间位置处使用转接件。最优选的转接件是由与待焊接在一起的所述不同材料相同或相类似的两种不同的材料，利用摩擦搅拌焊接来制造的。因此，经由转接件在现场对不同材料的联接大大地简化了目前可以采用的传统焊接工艺。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的
是焊接，本专利技术尤其涉及不同材料的焊接。
技术介绍
类似或相同材料焊接是比较简单的工艺，并且在各种材料上常规地执行。然而，不同材料之间的焊接接头的稳定性和整体性通常是有问题的，并且根据特定的材料和构造，已经证实不同材料的焊接在现场条件下是困难的。 例如，当将对较宽泛地选择的不同材料进行接合时，可以采用将不同材料电弧熔接焊。然而，由于典型电弧熔接焊的完全控制通常是不能实现的，必须对这种焊接施加严格的限制，尤其是当被焊接的材料应用于对焊缝施加高的机械应力和/或化学应力的环境中时。这样，不同材料电弧熔接焊常常被认为具有更高的失效风险。在其它已知方式中，可以采用摩擦焊，以用观念上简单且不需要填料金属和焊剂的工艺将不同材料熔接。此外，与不同材料的电弧熔接焊相比，摩擦焊有利地提高了各种材料组合中的稳定性和整体性。但是，在大多数情况下，摩擦焊需要专门的设备并且常常受到待焊接材料的特定构造的限制。因此，对于大部分现场焊接需求，通常不推荐摩擦焊。 为了克服与以上焊接工艺相关的问题，可以进行对不同材料的机械接合。美国专利No.255,163、No.831,588、No.2,159,811、No.3,858,911和No.4,712,812描述了用于接合的实例。虽然这种接合通常容许在现场条件下将不同材料联接起来，但是仍然存在大量困难。在这些困难中，通常导致泄露或者甚至导致这种接合失效的问题常见于设计、成型、螺栓扭转以及这些接合的螺栓拉伸上。此外，这种机械接合的安装常常耗时长，尤其是当不同材料是具有较大直径的管件时。 因此，虽然使不同材料接合的大量构造和方法在本领域中是已知的，但是它们中的所有或几乎所有的构造和方法都存在一个或多个缺点。因而，仍然有需要提供改良的构造和方法，以便将不同材料可靠地焊接以形成稳定的材料连接，尤其是在现场条件下。
技术实现思路
本专利技术针对转接件以及使用转接件以使得能够对不同材料进行焊接的方法，其中该转接件包括由不同的材料制造的第一部分和第二部分，或包括与待焊接的不同材料类似的第一种和第二种不同材料。最优选地，转接件在车间环境(例如使用摩擦搅拌(stir)焊接)中在受控条件下制造，而通过转接件对不同材料的焊接(例如管到设备)却在室外进行。 在专利技术主题的一个方面，一种将可焊接的不同材料联接的方法，包括由第一材料和第二材料使用熔接工艺形成转接件的步骤，在该熔接工艺中，将该第一材料和第二材料的相应的端部接合，其中该第一材料和第二材料是不同的材料。在另一个步骤中，确定转接件的整体性，并且在又一步骤中，在不同材料之间的某中间位置焊接转接件，以使得该转接件的第一材料焊接到不同材料的第一种材料上，其中该转接件第一材料和所述不同材料的第一种材料相似；并且使得转接件的第二材料焊接到所述不同材料的第二种材料上，其中该转接件第二材料和所述不同材料的第二种材料相似。 最优选地，该第一材料和第二材料是或包括碳钢、不锈钢、超级奥氏体不锈钢、高强度低合金钢、镍合金、铜合金、铝合金、钛、铅、锌和镁，或者热固性聚合物和热塑性聚合物。尤其应该理解的是，通过使用这种转接件，焊接能够在现场操作中执行，而形成转接件的步骤可以在相对于现场操作的远程场所执行，从而显著地简化了现场操作。根据现场中的不同材料，可以以传统方式使用电弧焊、气焊、电阻焊、超声波焊、高频焊或能束焊以手动方法或以至少部分自动的方式来执行焊接。通常优选的是，转接件具有环形形状，并且熔接工艺是固态接合工艺(例如摩擦搅拌焊接或旋转摩擦焊接)。此外，通常优选的是，使用非破坏性工艺(例如X射线或超声波)来确定转接件中的焊缝的整体性。 这样，在专利技术主题的另一方面，本专利技术人构思了一种用于在焊接工艺中使不同材料永久地接合的转接件(例如环形)，其中该转接件包括摩擦搅拌焊接到第二部分上的第一部分，并且，其中该第一部分和第二部分分别由类似于所述不同材料的不同的材料制造。关于用于转接件的适当材料，同样适用与以上所提供的相同的考虑。这种转接件可以单独提供或者作为套件的一部分来提供，该套件提供了指示(例如与转接件相联系或者通过网站、广告或手册)，以将该转接件焊接在第一管和第二管的某中间位置，其中第一管和第二管由不同材料制造。该构造和装置的、包括本申请提出的转接件的特别有用的实施例是绕线管(pipe spool)、管道、T接头、压力容器和歧管，其中，至少两种不同材料构件联接一起的。 通过下文对本专利技术的优选实施例和附图的详细描述，本专利技术的各种目的、特征、方面和优点将变得显而易见。 附图说明 图1为根据专利技术主题的不同材料转接件的示例性应用的示意图。 具体实施例方式 本专利技术人已经公开，可以通过使用预先形成的、可为规范所接受的不同材料转接件(DMA)以简单的现场可接受的方式使多种不同材料可靠地接合。通常优选的是，可以通过摩擦搅拌焊接(FSW)来制造该DMA。然而，其它焊接工艺并且尤其是固态焊接工艺在本申请也构思为是适用的。然后可以使用使相似材料接合的所有已知方式将DMA焊接或以其它方式熔接到其相应的对应物上。尤其优选DMA为环形，并且因此将在管到管和管到设备的接合中消除对存在于车间和室外的不同材料熔焊焊缝的需要。 本申请所使用的用语“不同(的)材料”指这样的材料，其具有不同到使得普通的弧焊工艺通常不会产生具有结构和功能整体性的一致焊缝的不同熔融特性和热传导性。从另外的角度来看，在本申请中提供的定义范围下的不同材料也能够表征为具有不同的基体金属的材料，该基体金属具有不同的合金成分，在某些情况下也具有不同的微观结构。例如，在以上所提供的定义下，碳钢与不锈钢、或者高强度低合金钢与铝合金被认为是不同材料。虽然在一些情况下这些不同材料能够使用传统焊接工艺来焊接，但是要取得一致的和满意的焊缝是非常困难的，并且这些不同材料的焊接通常不利于在现场条件下进行。这样，本申请所使用的用语“相似材料”指这样的材料，其具有类似到使得普通的弧焊工艺将典型地产生具有结构和功能整体性的一致焊缝的类似熔融特性和热传导性。例如，碳钢AISI 4110和AISI4160被认为属于上面提供的定义下的相似材料。 关于DMA的适用的制造工艺，由于与FSW工艺相关的大量优点，通常优选采用FSW来产生DMA。例如，FSW消除了对填料金属和高焊接沉积温度的需要，从而提供了低的扭曲和收缩。而且，因为FSW不需要材料熔融，所以以这种方式形成的接头不容易受熔焊中常见的与凝固有关的缺陷的影响。此外，FSW通常仅需要最小的接边加工，并且在接合材料时不需要保护气体，在熔焊时通常是需要保护的。FSW的优点还延伸至已接合材料的材料特性。例如，与典型的熔焊技术相比，在大多数情况下，FSW焊缝在室温下更加稳定，具有改进了的低温特性、呈现更高的疲劳寿命和焊缝破裂不敏感性，并且常常提供更高的屈服强度和拉伸强度。此外，由于低热量输入和淬水沉淀剂的分解以及对例如破裂和疲劳的现有失效机理的高不敏感性，FSW的优点包括更低程度的机械特性可变性、对应力腐蚀破裂机理的低敏感度。示例性的FSW工艺和装置在本领域中已为人们所熟知，并且已在WO93/010935中描述了一种典型的工艺和装置，该申请通过引用而结合在本申请中。本申请所构思的用以准备DMA的其它本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种联接可焊接的不同材料的方法，包括：　使用熔接工艺由第一材料和第二材料形成转接件，在所述熔接工艺中，所述第一材料和所述第二材料的相应端部被接合，其中，所述第一材料和所述第二材料是不同的材料；　确定所述转接件的整体性；和　 在所述不同材料之间的某中间位置处焊接所述转接件，以使得所述转接件的第一材料焊接到所述不同材料的第一种材料上，其中所述第一材料和所述不同材料的第一种材料相似，并且使得所述转接件的第二材料焊接到所述不同材料的第二种材料上，其中所述第二材料和所述不同材料的第二种材料相似。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-8-30 60/824,0231.一种联接可焊接的不同材料的方法，包括使用熔接工艺由第一材料和第二材料形成转接件，在所述熔接工艺中，所述第一材料和所述第二材料的相应端部被接合，其中，所述第一材料和所述第二材料是不同的材料；确定所述转接件的整体性；和在所述不同材料之间的某中间位置处焊接所述转接件，以使得所述转接件的第一材料焊接到所述不同材料的第一种材料上，其中所述第一材料和所述不同材料的第一种材料相似，并且使得所述转接件的第二材料焊接到所述不同材料的第二种材料上，其中所述第二材料和所述不同材料的第二种材料相似。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一材料和所述第二材料中的至少一种材料选自包括碳钢、不锈钢、超级奥氏体不锈钢、高强度低合金钢、镍合金、铜合金、铝合金、钛、铅、锌和镁的组。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一材料和所述第二材料中的至少一种材料选自包括热固性聚合物和热塑性聚合物的组。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转接件具有环形形状。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔接工艺是固态接合工艺。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述固态接合工艺是摩擦搅拌焊接或旋转摩擦焊接。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以非破坏性工艺来确定所述整体性。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊接步骤在现场操作中执行，并且，其中，所述形成转接件的步骤在相对于所述现场操作的远程场所执行。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊接转接件的步骤是选自包括电弧焊、气焊、电阻焊、超声波焊、高频焊和能束焊的组的工艺。10.一种用于在焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：B梅塞尔，S塞茨，
申请(专利权)人：氟石科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]