CN107096991A - 一种铝铜复合管的制备方法 - Google Patents

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王艳松
杨夏炜
褚强
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Abstract

本发明涉及一种铝铜复合管的制备方法，将过渡配合的铝管和铜管装配起来，距装配好的铝/铜管底部一定距离开通孔，采用开有通孔的两个固定半模将铝/铜管固定，将带有轴肩的焊接工具端部插入衬管对中，使焊接工具按照设定的旋转速度和焊接速度向管内移动，完成设定焊接距离后以一定速度回抽，完成焊接过程。本发明是基于搅拌摩擦焊产热机制开发的一种新型的铝铜复合管制备工艺。该工艺节能环保，提高了生产效率，降低了生产成本；可控性好，易于实现工业化应用。

Description

一种铝铜复合管的制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝铜复合管的制备方法，适用于铝包铜复合管(ACC:aluminumclad copper)或铜包铝复合管(CCA:copper clad aluminum)的制备。该方法制造工艺简单，生产成本低廉，效率高，易于推广应用。
背景技术
几十年来，紫铜管作为热交换管在制冷行业得到了广泛应用。但是，紫铜管存在质量重、价格高的问题，精密铜管的生产已经不能满足制冷行业的需求。铝铜复合管具有优良的综合性能，是制冷行业中蒸发器、冷凝器用管和相应连接管、管件的替代管材。研究表明，采用铝铜复合管比采用紫铜管重量可以降低36.5％～46.3％，成本可以降低23％～34.8％。同时，铜的瞬间吸热能力是铝的1.6倍，而铝的散热速度是铜的2.3倍，铝/铜复合管可以综合两者优势，提高换热效能。拉拔法等方法制备的机械复合管界面受热易分层，界面结合强度低；热挤压等方法制备冶金复合管往往需要复杂的设备和工艺流程，增大了生产制造成本。因此，结合现有技术，尝试开发新的铝铜复合管制备方法显得十分必要。
搅拌摩擦焊(FSW)作为一种先进的固相焊接技术，已经在航空航天、船舶制造、陆路交通等诸多工业制造领域得到了成功应用。FSW利用搅拌头与待焊金属间摩擦产热及搅拌头对塑化金属的搅拌作用实现金属间的连接。焊接过程中搅拌头轴肩、搅拌针侧面及搅拌针端部均与工件摩擦产热，且轴肩产热占主要部分，增大搅拌针直径使轴肩产热量逐渐降低而搅拌针侧面产热增加。因此，基于搅拌针侧面摩擦产热机制，设计一个带有特殊轴肩的焊接工具，利用旋转的焊接工具与铝/铜管之间摩擦、挤压产生的热和力的作用实现铝铜复合管的制备显得十分简单且具有创新性。该方法可以极大的简化铝铜复合管生产制造过程，扩展金属复合管制备方法，有利于降低企业的生产成本，具有极大的工业应用价值。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种铝铜复合管的制备方法，可以实现铝/铜管界面的冶金结合，生产工艺简单、生产效率高、生产成本低廉。
技术方案
一种铝铜复合管的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将过渡配合的铝管和铜管进行装配，形成内为衬管，外为基管的配合，在装配好的铝/铜管一端设有一通孔；当ACC管配合时：铝管内径和铜管外径实现过渡配合，铜管为衬管，铝管为基管；当CCA管配合时：铜管内径和铝管外径实现过渡配合，铝管为衬管，铜管为基管；
步骤2：采用两个固定半模将铝/铜管固定，在两个固定半模与铝/铜管一端的通孔相应位置设有通孔，将圆柱销穿过铝管、铜管和两个固定半模，采用夹具将两个固定半模夹紧固定；
步骤3：采用搅拌摩擦焊的方法，将焊接工具的端部直径与衬管内径相同的焊接工具端部插入铝/铜管进行对中；
步骤4：焊接工具端部以95rpm～950rpm的旋转速度，以15mm/min～120mm/min向管内的移动速度进行焊接；当达到设定焊接距离后以120mm/min的焊接速度回抽，完成焊接过程。
所述基管和衬管为壁厚为1mm～5mm厚的铝管或铜管。
所述焊接工具主轴13、芯轴11和端部；所述端部包括摩擦圆柱10、摩擦圆台9和对中圆柱8；主轴13通过主轴法兰12连接芯轴11，芯轴11连接端部摩擦圆柱10，然后为摩擦圆台9和对中圆柱8；所述摩擦圆台9上开有多个凹槽；所述对中圆柱8的直径小于摩擦圆柱10，摩擦圆台9位于两者之间呈过度斜面。
所述摩擦圆台9的最大直径较对中圆柱直径增大0.2～0.6mm。
有益效果
本发明提出的一种铝铜复合管的制备方法，将过渡配合的铝管和铜管装配起来，距装配好的铝/铜管底部一定距离开通孔，采用开有通孔的两个固定半模将铝/铜管固定，将带有轴肩的焊接工具端部插入衬管对中，使焊接工具按照设定的旋转速度和焊接速度向管内移动，完成设定焊接距离后以一定速度回抽，完成焊接过程。本发明是基于搅拌摩擦焊产热机制开发的一种新型的铝铜复合管制备工艺。该工艺节能环保，提高了生产效率，降低了生产成本；可控性好，易于实现工业化应用。
附图说明
图1：焊前装配示意图
图2：为实施本发明所涉及的焊接工具形貌示意图
1-带有轴肩的焊接工具，2-第一固定半模，3-第二固定半模，4-装配配合面，5-基管，6-衬管，7-圆柱销，8-对中圆柱，9-摩擦圆台，10-摩擦圆柱，11-芯轴，12-主轴法兰，13-主轴。
图3：本实施实例获得的接头形貌:(a)横截面,(b)中间层
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
图1中：1是带有特殊轴肩的焊接工具。2和3为两个完全相同的固定半模，其作用是结合圆柱销固定基管和衬管。固定半模圆柱侧面铣出的平面是为了方便在焊接过程中对两个固定半模进行夹紧、固定。4是2和3装配配合面。5是基管，6为衬管，基管和衬管配合面为过渡配合。7为圆柱销，其同时穿过固定半模、基管和衬管，防止基管和衬管在焊接过程中发生转动。对于本发明，如果5为铝管，则6为铜管，即情况1；如果5为铜管，则6为铝管，即情况2。
图2中：8为对中圆柱。对中圆柱直径与衬管内径相同，在焊接开始前，将对中圆柱侧面插入待焊衬管中，进行对中。9为摩擦圆台。摩擦圆台侧面开有凹槽，其作用在于增大圆台侧面与衬管内壁之间的摩擦，防止焊接过程中圆台侧面变光滑，降低摩擦产热量。摩擦圆台最大直径较对中圆柱直径增大0.2～0.6mm，即焊接过程中，铝/铜管径向减薄0.1～0.3mm。10为摩擦圆柱。摩擦圆柱既与衬管内壁摩擦产热，还对铝/铜管界面提供一定的径向保压时间。11为芯轴。芯轴的长短决定了可焊距离的远近。12为主轴法兰，13为主轴。焊接时主轴旋转带动芯轴、摩擦圆台等旋转。
实施实例：
选择尺寸为20mm(外径)×1.5mm(壁厚)×70mm(高度)的T2紫铜管，24mm(外径)×2mm(壁厚)×70mm(高度)的1060纯铝管。
步骤1：将过渡配合的铝管和铜管进行装配，形成内为衬管，外为基管的配合，在装配好的铝/铜管一端设有一通孔；当ACC管配合时：铝管内径和铜管外径实现过渡配合，铜管为衬管，铝管为基管；当CCA管配合时：铜管内径和铝管外径实现过渡配合，铝管为衬管，铜管为基管；
步骤2：采用两个固定半模将铝/铜管固定，在两个固定半模与铝/铜管一端的通孔相应位置设有通孔，将圆柱销穿过铝管、铜管和两个固定半模，采用夹具将两个固定半模夹紧固定；防止焊接过程中发生转动。
步骤3：采用搅拌摩擦焊的方法，将焊接工具的端部直径与衬管内径相同的焊接工具端部插入铝/铜管进行对中；所述端部直径为17mm，有效摩擦圆柱侧面高度为8mm；
步骤4：焊接工具端部以950mm/min的旋转速度，以30mm/min向管内的移动速度进行焊接；当达到设定焊接距离后以120mm/min的焊接速度回抽，完成焊接过程；所述焊接工具的侧面下压量为0.3mm。
从图3(a)可以看出，铝管和铜管界面实现焊合，界面结合过程中在铝基体和铜基体之间形成了具有一定厚度的中间层。从图3(b)中间层显微组织可以看出，铝管和铜管之间形成了良好的冶金结合。综上所述表明，该工艺实现了铝管和铜管界面的冶金结合。因此，本发明开发的工艺切实可行。

Claims (4)

1.一种铝铜复合管的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将过渡配合的铝管和铜管进行装配，形成内为衬管，外为基管的配合，在装配好的铝/铜管一端设有一通孔；当ACC管配合时：铝管内径和铜管外径实现过渡配合，铜管为衬管，铝管为基管；当CCA管配合时：铜管内径和铝管外径实现过渡配合，铝管为衬管，铜管为基管；
步骤2：采用两个固定半模将铝/铜管固定，在两个固定半模与铝/铜管一端的通孔相应位置设有通孔，将圆柱销穿过铝管、铜管和两个固定半模，采用夹具将两个固定半模夹紧固定；
步骤3：采用搅拌摩擦焊的方法，将焊接工具的端部直径与衬管内径相同的焊接工具端部插入铝/铜管进行对中；
步骤4：焊接工具端部以95rpm～950rpm的旋转速度，以15mm/min～120mm/min向管内的移动速度进行焊接；当达到设定焊接距离后以120mm/min的焊接速度回抽，完成焊接过程。
2.根据权利要求1所述铝铜复合管的制备方法，其特征在于：所述基管和衬管为壁厚为1mm～5mm厚的铝管或铜管。
3.根据权利要求1所述铝铜复合管的制备方法，其特征在于：所述焊接工具主轴(13)、芯轴(11和端部；所述端部包括摩擦圆柱(10)、摩擦圆台(9)和对中圆柱(8)；主轴(13)通过主轴法兰(12)连接芯轴(11)，芯轴(11)连接端部摩擦圆柱(10)，然后为摩擦圆台(9)和对中圆柱(8)；所述摩擦圆台(9)上开有多个凹槽；所述对中圆柱(8)的直径小于摩擦圆柱(10)，摩擦圆台(9)位于两者之间呈过度斜面。
4.根据权利要求3所述铝铜复合管的制备方法，其特征在于：所述摩擦圆台(9)的最大直径较对中圆柱直径增大0.2～0.6mm。
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