CN107225321A - 一种管嘴类零件的摩擦焊接方法 - Google Patents

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贺飞飞
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Abstract

本发明公开了一种管嘴类零件的摩擦焊接方法，属于摩擦焊接加工技术领域，本发明包括以下步骤：（1）管嘴类零件与塞孔对中；（2）驱动管嘴法兰旋转挤压入塞孔；（3）材料接触搅拌摩擦后软化发生塑性变形；（4）管嘴骤停后保压以形成焊缝组织；本发明的焊接方法，可以实现焊接时间短、焊接热输入量小,焊缝区宽度非常窄,可以有效降低焊接热输入过大对接头性能的影响,并且摩擦管嘴焊焊缝组织细密,与管嘴法兰和母材基本可以实现平滑过渡,其接头连接强度比熔焊高20%，残余应力低，焊接变形小，工作原理简单，相对传统熔焊，该焊接方式工作效率可提高50%，能量利用率可提高40%，而且焊接参数更容易实现精确控制。

Description

一种管嘴类零件的摩擦焊接方法
技术领域
本发明涉及摩擦焊接加工技术领域，尤其涉及一种管嘴类零件的摩擦焊接方法。
背景技术
摩擦塞补焊（Friction Plug Welding，简称FPW）是英国焊接研究所于1995年发明的一种固相连接技术，其目前主要用于对焊缝缺陷区域的补焊。2000年夏天英国公司洛克希德·马丁公司在航天飞行器外贮箱的焊缝修补中得到了应用，此外美国的波音公司与TWI合作在贮箱补焊中采用摩擦塞焊工艺。国内航空625所、首都航天机械公司和上海航天装备总厂也开展了相关研究，但国内在摩擦塞补焊研究的应用深度和广度上与国外研究还存在一定差距。而且利用摩擦焊接技术焊接管嘴类零件的技术方法目前国内没有相关研究。
目前运载火箭贮箱上有大量的管嘴类零件，本发明的“管嘴类零件”，其典型的尺寸为：外径一般不超过30mm，其内部孔径直径一般小于12mm，外部法兰直径小于100mm，典型结构如图1-3所示，这种管嘴类零件焊接过程繁琐，数量较多，导致焊接的进度会严重影响贮箱的生产周期。目前传统的管嘴类零件的焊接工艺一般是采用熔焊，这种传统手工焊接方法存在以下缺点：
1.焊接工装复杂，种类多样，装夹费时费力； 2.施焊操作空间小，工人操作困难； 3.熔焊焊接缺陷难以避免，补焊困难； 4.焊接残余应力容易引起局部变形；
另外，传统熔焊工装复杂，每一次焊接都需要将工作台A，弯弓卡具B，外压组件C等工具相互组合才能真正进行人工焊接，如图4所示，即焊接工装结构复杂，包括工作台A，弯弓卡具B，外压组件C等部件，准备工作时间长，人工焊接误差大，质量稳定性波动大。
在宇航领域里重要的航天器件更会因为某些手工焊接质量不高导致重大事故和经济损失。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种新的管嘴类零件的摩擦焊接方法，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种管嘴类零件的摩擦焊接方法，包括以下步骤：
（1）管嘴类零件与塞孔对中；
（2）驱动管嘴法兰旋转挤压入塞孔；
（3）材料接触搅拌摩擦后软化发生塑性变形；
（4）管嘴骤停后保压以形成焊缝组织
本发明是基于摩擦塞补焊接思路的一种新型管嘴类零件的焊接方法，适用于生产制造过程中管嘴类零件摩擦焊接技术
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的焊接方法，可以实现焊接时间短、焊接热输入量小,焊缝区宽度非常窄,可以有效降低焊接热输入过大对接头性能的影响,并且摩擦管嘴焊焊缝组织细密,与管嘴法兰和母材基本可以实现平滑过渡,其接头连接强度比熔焊高20%，残余应力低，焊接变形小，工作原理简单，相对传统熔焊，该焊接方式工作效率可提高50%，能量利用率可提高40%，而且焊接参数更容易实现精确控制。
附图说明
图1-3为本发明的管嘴类摩擦焊零件的示例图；
图4为传统熔焊焊接工装的焊接示意图；
图5为本发明实施例顶锻式管嘴摩擦焊焊接方式示意图；
图6为本发明实施例拉拔式管嘴摩擦焊焊接方式示意图。
图中：1、焊机；21、弧形顶板；22、支撑杆；23、支撑机构；3、管嘴类零件；4、焊接主体；A、工作台；B、弯弓卡具；C、外压组件。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例：
参见图5和6，一种管嘴类零件的摩擦焊接方法，焊接对象为焊接主体4（即工件）和管嘴类零件3，焊接工装夹持锁紧管嘴类零件3并协调固定与焊接主体4配合面，焊机1通过主轴输出动力，通过焊接工装带动管嘴类零件3的法兰盘旋转与焊接主体4间摩擦生热，摩擦产的热使配合面周围材料达到塑性状态,而且沿管嘴类零件3的法兰旋转方向有一个相对运动；金属材料在管嘴类零件3法兰作用下发生塑性运动,塑性材料在焊接热循环的作用下发生动态再结晶,生成许多的晶核。
本发明的摩擦管嘴法兰焊焊接时间短、焊接热输入量小,焊缝区宽度非常窄,可以有效降低焊接热输入过大对接头性能的影响,并且摩擦管嘴焊焊缝组织细密,与管嘴法兰和母材基本可以实现平滑过渡,有效的保证接头的连接性能。
管嘴摩擦焊焊接方式有两种顶锻式管嘴摩擦焊焊接方式（图5）和拉拔式管嘴摩擦焊焊接方式（图6）：
其中，顶锻式管嘴摩擦焊如图5所示，焊接工装包括弧形顶板21、支撑杆22和支撑机构23，焊机1和焊接工装位于被焊工件（即焊接主体4）的两侧,而拉拔式管嘴摩擦焊如图6所示，焊接工装仅包括弧形顶板21和支撑杆22，焊机1和焊接工装位于被焊工件（即焊接主体4）的同一侧。
对于结构简单、背部有广阔空间可以设置大型支撑结构的零件来说,两种加载方式差别不大,但对于结构复杂、体积庞大、工件背部无法设置大型支撑结构的零件,一般需要采用拉拔式管嘴摩擦焊。
管嘴类零件摩擦焊需要控制的工艺参数比较多，主要有：主轴旋转速度，焊接工进速度，摩擦压力，焊接摩擦时间，顶锻压力，顶锻保压时间，急停制动时间，以及塞孔和塞棒的配合角度等，大部分参数可以实现计算机自动控制，便于实现自动化焊接。针对不同的材料，工艺参数要进行适当的调整，然后才可进行批量自动化焊接。
本发明的管嘴摩擦焊方法与传统的管嘴熔焊的对比表
耗时 质量 装夹 人员需求 一致性 工装需求 成本 应用场合
管嘴熔焊 ＞60s 较好 繁琐 专业人员 一般 因管嘴而异 较低 适合单件小批量生产
管嘴摩擦焊 ＜10s 好 简单 一般人员 高 可实现统一化 低 适合大规模批量化生产
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种管嘴类零件的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）管嘴类零件与塞孔对中；
（2）驱动管嘴法兰旋转挤压入塞孔；
（3）材料接触搅拌摩擦后软化发生塑性变形；
（4）管嘴骤停后保压以形成焊缝组织。
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