CN105414739A - 一种管板与管子大结合面摩擦封焊的方法 - Google Patents

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Abstract

一种管板与管子大结合面摩擦封焊的方法，为解决利用熔焊方法实现管板封焊，所获得的接头抗拉脱能力较低和残余应力大的问题。方法：一、利用钢刷对管板和管子的待焊表面进行物理清理，去除试件表面的氧化物，并采用有机溶剂对管板和管子的待焊表面进行化学清洗；二、管子的待焊端部应高出管板上端面的高度L1为0～2mm；三、确定摩擦头的各部位尺寸；四、焊接过程中，摩擦头高速旋转并逐渐压入管子的内径中，轴肩的肩部完全与管板端面接触后，保持高速旋转1～10秒，摩擦头与管板和管子之间充分摩擦，摩擦头与管板摩擦产生金属塑性流动形成一体式结构，摩擦头根部A处断开，完成管板结构的摩擦封焊过程并获得封焊接头。本发明用于管板焊接。

Description

一种管板与管子大结合面摩擦封焊的方法
技术领域
本发明涉及一种摩擦焊接方法，具体涉及一种管板与管子大结合面摩擦封焊的方法。
背景技术
用于能量交换的换热器为管板结构，管板结构的管板与管子结合面受很大的温度冲击和压力差，产生很大的应力，所以管板与管子连接处的工作条件最为恶劣、容易发生泄漏，一旦发生泄漏，不仅影响整体结构的负荷和经济性，而且影响整体结构的安全性。如果堵漏或焊接工艺选择不当，会造成管子或管板损坏而出现新的泄漏，投运后导致原泄漏管子封堵失效，也可能会引起邻近管口的泄漏。现有的堵漏往往采用熔焊的方法，这种方法导致每一次堵漏或焊接过程都会使管板处产生应力，降低管板的抗冲击性能，泄漏区域经封堵焊接后所能承受的压力差和温度差更小，更容易发生泄漏，经常是越堵越漏。经多次堵漏后，被封堵管子越来越多，甚至封堵管子连续成片，管板结构的抗温差、压差冲击的能力将大大降低，靠传统的堵漏工艺获得的接头抗拉脱能力较低。
发明内容
本发明为解决现有利用熔焊方法实现管板封焊，所获得的接头抗拉脱能力较低和残余应力大的问题，提供了一种管板与管子大结合面摩擦封焊的方法。
本发明的一种管板与管子大结合面摩擦封焊的方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、焊前清理：利用钢刷对管板和管子的待焊表面进行物理清理，去除试件表面的氧化物，并采用有机溶剂对管板和管子的待焊表面进行化学清洗；
步骤二、确定管板与管子的相对位置，管子的待焊端部应高出管板上端面的高度L1为0～2mm；
步骤三、确定摩擦头的各部位尺寸：摩擦头前端部直径d1、摩擦头根部直径d2，摩擦头肩部直径d3，肩部内凹角β为3°～6°，摩擦头圆台锥角α为1°～6°，摩擦头前端部直径d1相比管子内径D1小0.5mm～1mm，摩擦头根部直径d2相比管子内径D1大0.5mm～1mm，摩擦头肩部直径d3是摩擦头根部直径d2的2～3倍；
步骤四、摩擦焊接：焊接过程中，摩擦头高速旋转并逐渐压入管子的内径中，轴肩的肩部完全与管板端面接触后，保持高速旋转1～10秒，摩擦头与管板和管子之间充分摩擦，摩擦头与管板摩擦产生金属塑性流动形成一体式结构，摩擦头根部A处断开，完成管板结构的摩擦封焊过程并获得封焊接头。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、利用本发明的一种管板结构大结合面摩擦封焊的方法对管板与管子进行，摩擦头旋转产生的摩擦和塑性材料流动作用，可消除管子的原始缺陷，形成的接头接合面积大，不仅可以提高管板与管子之间的抗拉脱性能和密封性，而且可以提高管子封焊的可靠性。
二、在整个焊接过程中不会产生烟尘、弧光等污染，同时不需要通保护气体和填充材料，节约成本。
三、针对同种或异种材质的管板和管子，焊接过程中，可以通过选择不同材质的摩擦头对同种或异种材质的管板和管子进行焊接。
四、焊接时，在摩擦头旋转摩擦压入过程中，管板与管子可重新调整相对位置，对管板与管子的定位要求不高，可以简化操作，人为因素对焊接质量影响少。
附图说明
图1是焊接前管子1与管板2安装位置示意图；
图2是摩擦头3压入过程示意图；
图3是夹持体4与摩擦头3的装配示意图；
图4是摩擦头3的剖视图；
图5是摩擦头3肩部与管板2接触摩擦焊接示意图；
图6是摩擦封焊形成的封焊接头示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图6说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：
步骤一、焊前清理：利用钢刷对管板2和管子1的待焊表面进行物理清理，去除试件表面的氧化物，并采用有机溶剂对管板2和管子1的待焊表面进行化学清洗，去除油污等杂物；
步骤二、确定管板2与管子1的相对位置，管子1的待焊端部应高出管板2上端面的高度L1为0～2mm，见图1；
步骤三、确定摩擦头3的各部位尺寸：摩擦头3前端部直径d1、摩擦头3根部直径d2，摩擦头3肩部直径d3，肩部内凹角β为3°～6°，摩擦头圆台锥角α为1°～6°，摩擦头3前端部直径d1相比管子1内径D1小0.5mm～1mm，摩擦头3根部直径d2相比管子1内径D1大0.5mm～1mm，摩擦头3肩部直径d3是摩擦头3根部直径d2的2～3倍，见图1和图3；
步骤四、摩擦焊接：焊接过程中，摩擦头3高速旋转并逐渐压入管子1的内径中，见图2，轴肩3-1的肩部完全与管板2端面接触后，见图5，保持高速旋转1～10秒，摩擦头3与管板2和管子1之间充分摩擦，摩擦头3与管板2摩擦产生金属塑性流动形成一体式结构，摩擦头3根部A处断开，见图4，完成管板结构的摩擦封焊过程并获得封焊接头，见图6。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式为步骤一中有机溶剂为酒精或丙酮。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式为步骤三中管板2为钢、管子1为铝合金时，摩擦头3材质选择与管子1相同材质和状态的铝合金。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式为步骤三中管板2为钢、管子1为铜合金时，摩擦头3材质选择与管子1相同材质和状态的铜合金。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式为步骤三中管板2和管子1均为钢时，摩擦头3材质选择与管子1相同材质和状态的钢。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式为步骤三中管板2和管子1均为铜合金时，摩擦头3材质选择与管子1相同材质和状态的铜合金。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式为步骤三中管板2和管子1均为铝合金时，摩擦头3材质选择与管子1相同材质和状态的铝合金。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图3说明本实施方式，本实施方式为步骤三中肩部内凹角β为5°。其它步骤与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
具体实施方式九：结合图3说明本实施方式，本实施方式为步骤三中摩擦头3为无螺纹圆台形结构，摩擦头圆台锥角α为3°。其它步骤与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：结合图2和图5说明本实施方式，本实施方式为步骤四中摩擦头3的旋转速度为800r/min～8000r/min、压入速度为1mm/s～20mm/s，摩擦头3肩部的压入深度t为0～0.1mm。其它步骤与具体实施方式九相同。

Claims (10)

1.一种管板与管子大结合面摩擦封焊的方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、焊前清理：利用钢刷对管板(2)和管子(1)的待焊表面进行物理清理，去除试件表面的氧化物，并采用有机溶剂对管板(2)和管子(1)的待焊表面进行化学清洗；
步骤二、确定管板(2)与管子(1)的相对位置，管子(1)的待焊端部应高出管板(2)上端面的高度L1为0～2mm；
步骤三、确定摩擦头(3)的各部位尺寸：摩擦头(3)前端部直径d1、摩擦头(3)根部直径d2，摩擦头(3)肩部直径d3，肩部内凹角β为3°～6°，摩擦头圆台锥角α为1°～6°，摩擦头(3)前端部直径d1相比管子(1)内径D1小0.5mm～1mm，摩擦头(3)根部直径d2相比管子(1)内径D1大0.5mm～1mm，摩擦头(3)肩部直径d3是摩擦头(3)根部直径d2的2～3倍；
步骤四、摩擦焊接：焊接过程中，摩擦头(3)高速旋转并逐渐压入管子(1)的内径中，轴肩(3-1)的肩部完全与管板(2)端面接触后，保持高速旋转1～10秒，摩擦头(3)与管板(2)和管子(1)之间充分摩擦，摩擦头(3)与管板(2)摩擦产生金属塑性流动形成一体式结构，摩擦头(3)根部A处断开，完成管板结构的摩擦封焊过程并获得封焊接头。
2.根据权利要求1所述的一种管板与管子大结合面摩擦封焊的方法，其特征在于：所述步骤一中有机溶剂为酒精或丙酮。
3.根据权利要求1所述的一种管板与管子大结合面摩擦封焊的方法，其特征在于：所述步骤三中管板(2)为钢、管子(1)为铝合金时，摩擦头(3)材质选择与管子(1)相同材质和状态的铝合金。
4.根据权利要求1所述的一种管板与管子大结合面摩擦封焊的方法，其特征在于：所述步骤三中管板(2)为钢、管子(1)为铜合金时，摩擦头(3)材质选择与管子(1)相同材质和状态的铜合金。
5.根据权利要求1所述的一种管板与管子大结合面摩擦封焊的方法，其特征在于：所述步骤三中管板(2)和管子(1)均为钢时，摩擦头(3)材质选择与管子(1)相同材质和状态的钢。
6.根据权利要求1所述的一种管板与管子大结合面摩擦封焊的方法，其特征在于：所述步骤三中管板(2)和管子(1)均为铜合金时，摩擦头(3)材质选择与管子(1)相同材质和状态的铜合金。
7.根据权利要求1所述的一种管板与管子大结合面摩擦封焊的方法，其特征在于：所述步骤三中管板(2)和管子(1)均为铝合金时，摩擦头(3)材质选择与管子(1)相同材质和状态的铝合金。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的一种管板与管子大结合面摩擦封焊的方法，其特征在于：所述步骤三中肩部内凹角β为5°。
9.根据权利要求8所述的一种管板与管子大结合面摩擦封焊的方法，其特征在于：所述步骤三中摩擦头(3)为无螺纹圆台形结构，摩擦头圆台锥角α为3°。
10.根据权利要求9所述的一种管板与管子大结合面摩擦封焊的方法，其特征在于：所述步骤四中摩擦头(3)的旋转速度为800r/min～8000r/min、压入速度为1mm/s～20mm/s，摩擦头(3)肩部的压入深度t为0～0.1mm。
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