CN104259652B - 错位摩擦焊接装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油钻井工具焊接领域，具体为一种错位摩擦焊接装置及方法。解决现有摩擦焊接技术无法准确焊接非圆形工件的技术问题，两个被焊接的工件之间为直线往复相对运动摩擦，具体是首先在一个工件接头上铣方形槽，在另一个焊接工件上车出方形定位条，摩擦焊接时该焊接工件上的方形条嵌入工件接头的方形槽内，实现镶嵌定位；摩擦焊接前，要用高频线圈对工件接头与工件端面进行高频预热，同时工件延纵向方向移动；当摩擦达到塑变温度时刹车限位最终顶压。而采用本发明所述的错位摩擦焊接技术，直接购买方形管，与接头方对方焊接，成本降低，加工量大大减少，缩短了生产周期，提高了经济效益。
Description
技术领域
本发明属于石油钻井工具焊接领域，具体为一种错位摩擦焊接装置及方法。
背景技术
摩擦焊接的起源可追溯到公元1891年，当时美国批准了这种焊接方法的第一个专利。该专利是利用摩擦热来连接钢缆。随后德国、英国、苏联、日本等国家先后开展了摩擦焊接的生产与应用。我国是世界上研究摩擦焊接最早的国家之一，取得了很多引人注目的成果。多年来，摩擦焊接以其优质、高效、节能、无污染的技术特色，深受制造业的重视，特别是不断开发出摩擦焊接的新技术，如超塑性摩擦焊接、线性摩擦焊接、搅拌摩擦焊接等，使其在航空、航天、核能、海洋开发等高技术领域及电力、机械制造、石油钻探、汽车制造等产业部门得到了愈来愈广泛的应用。摩擦焊技术经过长年的发展，已经发展出很多种摩擦焊接的分类：摩擦螺柱焊、摩擦堆焊、第三体摩擦焊、嵌入摩擦焊、惯性摩擦焊、搅拌摩擦焊、径向摩擦焊、线性摩擦焊和摩擦叠焊等。传统摩擦焊方法都是全截面摩擦焊接。而且传统的摩擦焊接主要针对焊接面为圆形，而且面积基本相等的材料，通过相对旋转产生高温实现两个材料的融合焊接。
申请人生产的产品主要为异形柱状产品，如三方，四方，六方的钻杆钻柱等产品。以四方柱体焊接为例，现在通用摩擦焊机及焊接方法不能保证两个被焊零件按不同的截面的定位要求焊到一起，两个异形截面或非圆周体面按照精确尺寸进行摩擦后焊接不可能完全对正，如果是圆形，则完全不存在焊接后对正的问题。
发明内容
本发明为了解决现有摩擦焊接技术无法准确焊接非圆形工件的技术问题，提供了一种错位摩擦焊接方法及装置。
本发明的技术方案是，一种错位摩擦焊接方法，特征是两个被焊接的工件之间为直线往复相对运动摩擦，具体是首先在一个工件接头上铣方形槽，在另一个焊接工件上车出方形定位条，摩擦焊接时该焊接工件上的方形条嵌入工件接头的方形槽内，实现镶嵌定位；摩擦焊接前，要用高频线圈对工件接头与工件端面进行高频预热，预热温度250-3000C，摩擦面积不大于截面积的5-8%；移动频率300HZ，同时工件延纵向方向移动；当摩擦达到塑变温度时刹车限位最终顶压。
所使用的焊接装置结构包括往复驱动机构，移动夹具，移动导轨，固定夹具，固定基座，高频线圈，在固定夹具上设有可弹出的定位销，在移动夹具上设有定位槽，所述的定位槽外部分为锥状，内部分为柱孔，柱孔直径和定位销相同。
在移动夹具内夹装工件接头，在固定夹具座上夹装着焊接工件，往复驱动机构使移动夹具通过在移动导轨上延横向来回移动进行摩擦焊接作业，移动频率300HZ，同时工件延纵向方向移动；当摩擦达到塑变温度时刹车限位最终顶压。
摩擦焊接前，要用高频线圈对工件接头与工件端面进行高频预热，预热温度250-3000C，摩擦面积不大于截面积的5-8%；达到设定的摩擦时间，控制系统发出定位指令，电磁铁失电，定位销在压簧的弹力作用下伸出，插入定位法兰盘的定位槽中，焊接工件和工件接头完全准确定位并且焊接在一起。
错位摩擦焊后对焊口进行深冷氮化强化性能。
与现有摩擦焊接技术相比，本发明所述的摩擦焊机装置的主卡具机头圆周运动方向发明成Z或Y轴直线往复运动，并通过工件上的定位槽和定位条配合，实现两个异形焊体窄面积的相对直线往复错位高速摩擦，成功解决异形截面或相同截面直接摩擦焊接。很好的解决了异形截面或相同截面金属的直接摩擦焊接，主要用于相对位置有要求的工件，如三方钢、四方钢、六方钢等，及贵重金属材料直接成型错位对焊，要求工件焊后棱边对齐，方向对正或位置满足要求。最大减少加工余量，极大降低成本，做到精确焊接。
因此现有的摩擦焊接只能焊接等圆柱形，而本发明所述的错位摩擦焊接技术可以焊接异形管，含三方、四方、六方等。现有的石油钻井方钻杆多采用购买实心圆柱材料，经过钻孔铣方车螺纹制造。加工量大，生产周期长，成本高。而采用本发明所述的错位摩擦焊接技术，直接购买方形管，与接头方对方焊接，成本降低，加工量大大减少，缩短了生产周期，提高了经济效益。尤其在钛合金异形管材摩擦对焊中，由于采用了错位精确焊接技术，减少原材料达50%以上。
与现有技术相比，本装置设计特点在于，定位槽导入部分的直径比定位销略大，这样可以起到导向作用，也就是强制定位。定位销比较容易插入到定位槽口，并且随着压力逐渐向里插入，定位槽最里端的尺寸和定位销完全一致，当检测系统准确测定两工件相对位置对中时，定位销完全插入定位槽内，从而完成焊接工件和工件接头的定位，定位精度达到了±0.30。
只有1级摩擦，没有2级摩擦，缓慢梯度顶压。由于接头熔点高于管体，管体先塑化，飞边挤向一边，不能同时产生飞边。控制飞边温度在980-13000C，使飞边处于塑变体状态。
由于采用错位摩擦焊接，相对摩擦移动范围窄。摩擦运动中的热场分布对金属流向产生应力轴向集中，因此，利用焊后高温场采用深冷氮化处理有利改善焊接组织结构的均匀性，比传统的感应加热处理更加均匀。
本发明的主要特点如下：
1、摩擦焊接时金属产生高温热塑变体，由于切线摩擦错位面积窄狭，以孔部壁厚为主，摩擦面积不大于截面积的5-8%。焊接体的凸凹定位结构。
2、只有1级摩擦，没有2级摩擦，缓慢梯度顶压，持续顶压。
3、 刹车定位顶锻，当达到塑变温度时刹车限位最终顶压。
4、移动夹具夹持工件接头在移动导轨上延Z方向前后摩擦移动或Y方向上下摩擦移动结构。
5、摩擦焊接前，要用高频线圈（10000Hz)对工件接头与工件端面进行高频预热，预热温度650-7500C，线圈面积与凹形焊接工件面积相同，外型相同。
6、固定夹具座上安装有定位销，移动夹具座上与定位销对应有定位槽，通过定位销插入定位槽内完成定位及定位结构。
7、摩擦焊接完成后的深冷氮化处理方式。
附图说明
图1为本发明所述装置结构图；
图2为本发明所述焊接工件接面结构图；
图3为焊接工件接触图；
图4为定位销的驱动部分控制原理图；
图5为驱动移动夹具的机构的简图；
图中：1-移动夹具，2-固定夹具，3-定位槽，4-定位销，5-工件接头，6-工件，7-移动导轨，8-固定基座，9-高频线圈，10-油缸。
具体实施方式
如图2、3所示意，一种错位摩擦焊接方法，特征是两个被焊接的工件之间为直线往复相对运动摩擦，具体是首先在一个工件接头上铣方形槽，在另一个焊接工件上车出方形定位条，摩擦焊接时该焊接工件上的方形条嵌入工件接头的方形槽内，实现镶嵌定位；摩擦焊接前，要用高频线圈对工件接头与工件端面进行高频预热，预热温度250-3000C，摩擦面积不大于截面积的5-8%；移动频率300HZ，同时工件延纵向方向移动；当摩擦达到塑变温度时刹车限位最终顶压。
如图1所示意，所使用的焊接装置结构包括往复驱动机构，移动夹具1，移动导轨7，固定夹具2，固定基座8，高频线圈9，在固定夹具2上设有可弹出的定位销4，在移动夹具上设有定位槽3，所述的定位槽3外部分为锥状，内部分为柱孔，柱孔直径和定位销4相同。
所述的往复驱动机构为液压控制，通过油缸10来控制移动导轨7运动。
所述的可弹出的定位销（即刹车限位装置）的控制系统如图4所示意，通过系统控制电磁铁，使压簧带动定位销弹出。
固定夹具2上下安装有4个定位销，定位销前部为锥形，在移动导轨7上部安装着移动夹具1，移动夹具1上下与定位销对应有4个定位槽3，定位槽导入部分的直径比定位销大20%，而里面定位槽的直径与定位销直径在配合公差范围内，移动夹具座与液压油缸10连接。在移动夹具1内夹装工件接头5，在固定夹具座上夹装着焊接工件6。驱动机构使移动夹具1通过在移动导轨7上延横向来回移动进行摩擦焊接作业，移动频率300HZ，同时工件6延纵向方向移动；当摩擦达到塑变温度时刹车限位最终顶压。错位摩擦焊后对焊口进行深冷氮化强化性能。
具体操作方法，摩擦焊接前，要用高频线圈9对工件接头5与工件6端面进行高频预热，预热温度250-3000C，然后由数控系统控制移动夹具1带动工件接头5延Z方向与工件6左右摩擦，以孔部壁厚为主，摩擦面积不大于壁厚的5-8%；同时工件6延X方向移动，设定1级摩擦时间，压力，顶锻压力，只有1级摩擦，没有2级摩擦，缓慢梯度顶压。由于接头熔点高于管体，管体先塑化，飞边挤向一边，不能同时产生飞边。控制飞边温度在980-13000C，使飞边处于塑变体状态。当时间继电器检测到顶锻时间到时，时间误差控制在0.03秒以内，控制器发出指令，启动刹车定位顶锻装置，该装置主要由电磁铁，压簧，定位销组成。当控制系统发出强制定位指令后，电磁铁失电，定位销在压簧的弹力作用下伸出，插入定位法兰盘的定位槽中。定位槽导入部分的直径比定位销大得多，以便起到导向作用，也就是强制定位。当检测系统准确测定两工件相对位置对中时，定位销插入定位槽内完成定位，定位精度达到了±0.30。
因为定位槽导入部分的直径比定位销大，这样可以起到导向作用，也就是强制定位。定位销比较容易插入到定位槽口，并且随着压力逐渐向里插入，定位槽最里端的尺寸和定位销完全一致，当检测系统准确测定两工件相对位置对中时，定位销完全插入定位槽内，从而完成焊接工件和工件接头的定位，定位精度达到了±0.30。
只有1级摩擦，没有2级摩擦，缓慢梯度顶压。由于接头熔点高于管体，管体先塑化，飞边挤向一边，不能同时产生飞边。控制飞边温度在980-13000C，使飞边处于塑变体状态。
由于采用错位摩擦焊接，相对摩擦移动范围窄。摩擦运动中的热场分布对金属流向产生应力轴向集中，因此，利用焊后高温场采用深冷氮化处理有利改善焊接组织结构的均匀性，比传统的感应加热处理更加均匀。
Claims (2)
1.一种错位摩擦焊接方法，其特征是两个被焊接的工件之间为直线往复相对运动摩擦，具体是首先在一个工件接头上铣方形槽，在另一个焊接工件上车出方形定位条，摩擦焊接时该焊接工件上的方形定位条嵌入工件接头的方形槽内，实现镶嵌定位；摩擦焊接前，要用高频线圈对工件接头与焊接工件端面进行高频预热，预热温度250-300℃，摩擦面积不大于截面积的5-8% ；移动频率300HZ，同时焊接工件延纵向方向移动；当摩擦达到塑变温度时刹车限位最终顶压，具体是在移动夹具（1）内夹装工件接头（5），在固定夹具（2）上夹装着焊接工件（6），往复驱动机构使移动夹具通过在移动导轨上沿横向来回移动进行摩擦焊接作业，移动频率300HZ，同时焊接工件沿纵向方向移动；当摩擦达到塑变温度时刹车限位最终顶压，摩擦焊接前，要用高频线圈（9）对工件接头与焊接工件端面进行高频预热，预热温度250-300℃，摩擦面积不大于截面积的5-8% ；达到设定的摩擦时间，控制系统发出定位指令，电磁铁失电，定位销在压簧的弹力作用下伸出，插入定位法兰盘的定位槽中，焊接工件和工件接头完全准确定位并且焊接在一起。
2.一种错位摩擦焊接装置，其特征是，包括往复驱动机构，移动夹具（1），移动导轨（7），固定夹具（2），固定基座（8），高频线圈（9），在固定夹具（2）上设有可弹出的定位销（4），在移动夹具上设有定位槽（3），所述的定位槽（3）外部分为锥状，内部分为柱孔，柱孔直径和定位销（4）相同，所述的往复驱动机构为液压控制，通过油缸（10）来控制移动导轨（7）运动，固定夹具（2）安装有4 个定位销，定位销前部为锥形，移动夹具（1）上与定位销对应有4 个定位槽（3），定位槽导入部分的直径比定位销大20%。
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Families Citing this family (3)
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (2)
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN101020275A (zh) * | 2007-03-16 | 2007-08-22 | 西北工业大学 | 铝制件与钢制件的线性摩擦焊接方法 |
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