CN1050409A - 摩擦焊焊接接头形变热处理的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的摩擦焊接头形变热处理的方法及装置， 是针对摩擦焊接过程所特有的接头区金属在急速加 热的同时伴有激烈变形的特点，利用接头焊接热源作 为接头淬火的加热热源，在焊接过程结束后立即对接 头进行淬火处理，然后再进行回火处理。这种方法使 焊接接头得到相变强韧化的同时，又保存了接头在焊 接过程中得到的形变强韧化效果，既克服了摩擦焊接 头韧性差的缺点，又提高了焊件的生产效率，节约了 能源。

Description

本发明涉及一种摩擦焊焊接接头形变热处理的方法及装置，更具体地说明是一种在摩擦焊机上直接进行焊后热处理，使焊接接头同时得到相变与形变两种强韧化效果的形变热处理的方法及装置。

众所周知，摩擦焊焊接接头焊后的强度要比母材高，但其韧性要比母材（特别是经过调质的母材）低。迄今为止，世界各国都是通过焊接完成后的热处理来提高其韧性，改善综合机械性能。所采用的热处理方式一般可归纳为三类：一是焊后进行正火或回火处理;二是焊后进行淬火加高温回火（调质）处理;三是焊后进行去应力退火加淬火加高温回火（即退火加调质）处理，去应力退火的目的是软化焊接飞边，使之易于去除，并调正组织，增加随后淬火的均匀性和淬透性。上述这些焊后热处理的方法都是通过接头区金属组织的相变来改善接头处的综合机械性能。由于上述方法将接头区金属在焊后又重新加热到再结晶温度以上，这样往往使摩擦焊焊接接头所特有的，在焊接过程中很高顶锻压力及摩擦扭矩双重作用下发生的剧烈变形而产生的形变强韧化效果消失。接头的韧性虽然有所提高，但这是在牺牲焊接接头强度的前提下取得的，而且接头的韧性也不可能提高到母材的水平。另外，摩擦焊焊件多为长形杆件，受其结构限制只能对接头进行局部焊后热处理。这就不可避免地在接头焊接热影响区以外，又形成了一个比接头焊接热影响区宽得多的热处理热影响区，热处理热影响区的两个边缘是摩擦焊焊件强度的最薄弱区。现场使用结果证明，摩擦焊焊件多在此处发生破坏。

本发明的目的在于提供一种在不降低摩擦焊接头强度的前提下，将其韧性提高到母材甚至超过母材韧性的摩擦焊接头形变热处理的方法及装置。

本发明的另一个目的在于提供一种不产生热处理热影响区，能消除热处理区强度低谷的摩擦焊接头形变热处理的方法及装置。

本发明的又一目的在于提供一种为简化热处理工艺，提高生产效率而直接在摩擦焊机上进行的摩擦焊接头形变热处理的方法及装置。

为实现上述发明目的，本发明的摩擦焊接头形变热处理的方法是把摩擦焊接的摩擦加热热源同时作为焊接接头淬火处理的加热热源（因此，本发明的方法又可称为摩擦焊接头的焊热处理），在接头摩擦加热过程结束后和顶锻焊接结束前，利用直接安装在摩擦焊机上的淬火装置及时向接头区喷射淬火介质，使接头区迅速冷却，焊件的摩擦焊接与接头的淬火处理同在摩擦焊机上完成。焊接接头的回火处理可在焊机上完成，也可将焊件从焊机上取下后进行。

采用上述摩擦焊接头形变热处理方法的装置是为实现本发明的目的而专门设计的。该装置由供给淬火液体的管路系统、供给压缩空气的管路系统和淬火圈组成。所述的淬火圈直接安装在摩擦焊机上，并位于焊件的接头区。在淬火圈四周均匀布置有数个向内的组合喷嘴，淬火液体和压缩空气由淬火圈分配给安装在其上的组合喷嘴，由组合喷嘴喷出的是由淬火液体和压缩空气按一定比例混合的雾状淬火介质。

本发明的摩擦焊接头形变热处理的方法及装置具有如下优点：

1、本发明是在摩擦焊过程中的摩擦加热阶段结束后顶锻焊接阶段结束前某瞬间及时对接头进行速冷淬火处理，无需如现有的摩擦焊接接头焊后热处理方法那样将接头区金属重新加热到再结晶以上的淬火温度，因而充分保存和挖掘了摩擦焊接过程自身所具有的，焊件在轴向压力及摩擦扭矩双重作用下产生剧烈形变所得到的相变和形变双重强韧化的可能性。实现了在基本不降低接头强度的前提下，使其韧性达到甚至超过母材的韧性水平。

2、本发明的形变热处理方法是把焊接接头的焊接加热热源同时也当做接头淬火加热的热源，而不需要象通常的接头焊后热处理那样，在焊后重又把接头加热到淬火温度，因此不会产生热处理热影响区，消除了热处理热影响区边缘的强度和硬度低谷。

3、本发明由于取消了通常的接头焊后重新加热淬火的工序，因此降低了能源消耗，简化了热处理工艺，提高了焊件的生产效率，更易于现场生产应用。

图1是淬火装置的系统原理图。

图2是淬火装置和保温装置在摩擦焊机上的安装位置示意图。

下面结合附图对本发明的实施做进一步的说明。焊件是石油钻杆，所用的摩擦焊机是我国设计和制造的120吨轴向推力摩擦焊机。形变热处理淬火装置是为实现本发明的热处理方法专门设计的，图1是其原理图。供给淬火液体的管路系统由减压阀1、压力表2、开关阀3、节流阀4、流量计5和单向阀6组成。箭头A表示水或其它淬火液，调节减压阀1可以控制液体的压力，调节节流阀4可以控制淬火液体的流量。供给压缩空气的管路系统由气动三大件7、压力表8、开关阀9、节流阀10、流量计11和单向阀12组成。箭头B表示压缩空气，调节7可以控制气体压力，调节节流阀10可控制气体流量。淬火液体和压缩空气由淬火圈13分配给在其四周均匀局内布置的组合喷嘴14，由组合喷嘴14喷出的是淬火液体和压缩空气按一定比例混合的雾状淬火介质。图2示出了淬火装置和保温装置在摩擦焊机上的安装位置，被焊钻杆26的螺纹接手与钻管27分别在旋转卡盘22和移动虎钳25中夹紧。形变热处理装置的淬火圈13在摩擦焊机上的安装位置要保证焊件在焊接过程中所形成的接头处在其中。保温加热采用工业用普通中频加热装置，其感应圈23紧邻淬火圈13并与其同轴并列设置。摩擦焊机按照优选的并能增强焊接接头区金属变形程度的最佳焊接工艺参数调整好后，就可以进行焊接。

本发明的摩擦焊接头形变热处理的方法按淬火方式的不同又可分为：

1、摩擦焊接头高温形变热处理：在摩擦焊接过程中摩擦加热阶段结束后和顶锻焊接阶段结束前某瞬间利用安装在焊机上的淬火圈13向接头24喷射淬火介质，使其速冷至马氏体转变温度点，完成向马氏体的转变。

2、摩擦焊接头等温形变热处理：在摩擦焊接过程中摩擦加热阶段结束后和顶锻焊接阶段结束前某瞬间利用安装在焊机上的淬火圈13向接头24喷射淬火介质，使其速冷至珠光体或下贝氏体转变温度点，然后立即把焊接接头区移至感应圈23中，使其在这个温度区保温加热足够长的时间，以完成珠光体或下贝氏体转变，也可以使用其它加热装置使接头区金属完成这一转变过程。

接头24经过上述的高温形变淬火或等温形变淬火处理后的回火可在摩擦焊机上利用感应圈23完成，也可从焊机上取下后利用其它加热装置完成。

Claims (10)

1、一种摩擦焊接头形变热处理的方法，其特征在于：把焊接的摩擦加热热源同时作为焊接接头淬火处理的加热热源，在摩擦焊接过程中摩擦加热阶段结束后和顶锻焊接结束前某瞬间，利用安装在焊机上的淬火装置及时向接头区喷射淬火介质，使接头区迅速冷却，接头区金属得到相变与形变两种强韧化作用，这样焊件的摩擦焊接与接头的淬火处理同在摩擦焊机上完成。

2、根据权利要求1所述的一种摩擦焊接头形变热处理的方法，其特征在于：利用安装在焊机上的淬火圈向接头喷射淬火介质，使其速冷至马氏体转变温度点，完成向马氏体的转变。

3、根据权利要求1所述的一种摩擦焊接头形变热处理的方法，其特征在于：利用安装在焊机上的淬火圈向接头喷射淬火介质，使其速冷至珠光体或下贝氏体转变温度点，然后立即把焊接接头区移至感应圈或其它加热装置中，使其在这个温度区保温加热足够长的时间，以完成珠光体或下贝氏体转变。

4、根据权利要求1或2或3之一所述的摩擦焊接头形变执处理的方法，其特征在于：所述的焊接接头经过上述形变热处理后的回火可在摩擦焊机上利用感应圈完成，也可从焊机上取下后利用其它加热装置完成。

5、一种采用上述摩擦焊接头形热处理方法的淬火装置由供给淬火液体的管路系统、供给压缩空气的管路系统和淬火圈组成，其特征在于：所述的淬火圈直接安装在摩擦焊机上，其安装位置要保证焊件在焊接过程中所形成的接头处在其中。

6、根据权利要求5所述的淬火装置，其特征在于：所述的供给淬火液体的管路系统包括减压阀，压力表、开关阀、节流阀，流量计和单向阀。

7、根据权利要求5所述的淬火装置，其特征在于：所述的供给压缩空气的管路系统包括气动三大件、压力表、开关阀、节流阀、流量计和单向阀。

8、根据权利要求5所述的淬火装置，其特征在于：所述的淬火圈的四周均匀向内布置有数个组合喷嘴。

9、根据权利要求5所述的淬火装置，其特征在于：所述的形变热处理装置还包括一用于给焊接接头保温的加热装置。

10、根据权利要求9所述的形变热处理装置，其特征在于：所述的加热装置为一中频感应圈，它与淬火圈同轴并列地安装在摩擦焊机上。

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