CN1081106C - 管材摩擦焊及焊区焊热处理的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管材摩擦焊及焊区焊热处理的方法和装置，属于机械领域，它在管材普通摩擦焊的顶锻形变中，采用电机能耗制动方法控制其形变量，并直接利用摩擦焊热在焊接管内外壁同时对焊区进行淬火处理，这种方法既大幅度提高了焊合面处韧性，使其超过了母材韧性，又基本消除了焊热回火软化区，极大地改善了长焊管的机械性能，同时还提高了焊件的生产率，节约了能源。

Description

管材摩擦焊及焊区焊热处理的方法和装置

本发明涉及一种管材摩擦焊接并利用摩擦焊热直接进行焊区热处理的方法和装置，主要用于长金属管材的对焊和焊区热处理，属于机械行业。

传统的摩擦焊接工艺生产的长金属管材，在焊接热影响区内的机械性能存在两个薄弱环节，即焊合面的高脆性和焊合面两侧各存在一个低强度的软化区，这两个薄弱环节直接影响着焊接管的整体质量，严重降低了焊接管的最大使用能力。中国专利CN1050409A提出了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，此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，焊区综合机械性能有所提高，抑制了焊合而两侧软化区影响程度。但一方面由于该方法仅对管外部喷射淬火，使管内外焊区的冷却速率相差悬殊，导致管壁内外机械性能不一致。另一方面由于没有对形变量实行合理的控制，无法使焊区材料达到最佳的形变热处理所应有的性能，尤其是冲击功未能达到母材的冲击韧性等机械性能。此外其淬火圈结构复杂，制造、安装工艺性欠佳。

本发明的目的是提供一种消除管材摩擦焊焊后热处理影响区内的二个薄弱环节，使焊合面韧性超过母材韧性、软化区的不良影响基本消失的摩擦焊及焊区焊热处理的方法。

本发明的另一个目的是提供实现上述目的的工艺装置，并使其结构简单、工艺性好、操作方便。

为了实现上述目的，本发明的管材摩擦焊及焊区焊热处理的方法，包括摩擦焊接、形变、淬火三个工艺，在焊接过程中，当摩擦加热焊接形变结束时，立即进行顶锻形变，在顶锻压力消失前某个瞬间，直接利用摩擦焊热进行焊区淬火处理，在所述的顶锻形变中，需控制顶锻形变量，其形变量采用能耗制动方法控制，在所述的淬火处理中，淬火介质同时在焊接管的内外壁冷却焊区，淬火介质分外冷介质和内冷介质；外冷介质经两级雾化直接喷向外壁焊区，内冷介质经焊接管流过内壁焊区；内外冷介质使焊区速冷至马氏体或珠光体或下贝氏体转变温度点，然后立即将焊区在这个温度区保温足够长的时间，促使焊区淬火组织向马氏体或珠光体或下贝氏体转变。

采用上述管材摩擦焊及焊区焊热处理方法的焊接淬火装置，包括摩擦焊机、形变控制装置和淬火装置，摩擦焊机的主电机上配接形变量控制装置，该控制装置由整流制动电路和制动控制电路组成，整流制动电路与主电机的动力线路并联；制动控制电路与电机控制线路互锁并联；所述的淬火装置由外冷装置、内冷装置和保温加热装置组成；外冷装置由两个分别提供气、液冷却介质的管路系统、一次雾化室和两个安装了若干个二次雾化喷头的半圆形管路组成，气、液源管路系统分别与一次雾化室的气、液输入口相接，一次雾化室的输出口与两个半圆形管路相连，两个半圆形管路呈圆形相对安装在焊机上的焊件接头处，并与焊件轴线同心；内冷装置由一个提供流体冷却介质的动力管路系统和密封接头组成；动力管路系统经密封接头与被焊接管的静止端口相连。

本发明的优点是：(1)对摩擦焊机的主电机实现能耗制动控制顶锻形变量，增加了变形机制的选择余地，有效地控制了焊合面附近材料微观组织中的位错密度，促进位错壁形成、碳化物沿亚晶界分布、亚晶粒组织极其丰富、细小、尺寸达200A°，形成“多边形化”结构，从而大幅度地提高了焊合面处的冲击韧性，甚至超过母材。同时增加焊热回火区的变形量，使该区域晶粒明显细化、晶粒度达到11-12级(母材仅6-7级)，而且亚组织丰富、碳化物呈球状弥散分布，使回火区的强度大大提高，软化区基本消失。(2)焊区管内外同时淬火，有效地提高了焊区的淬透性，也有效地改善了焊区组织的机械性能，尤其是冲击韧性明显提高。(3)外冷装置采用二级雾化方案，具有性能优异，结构简单，安装操作方便的特点。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明焊接淬火装置结构图。

图2为本发明主电机能耗制动电路图。

图3为本发明外冷装置管路系统原理图。

在图1所示摩擦焊机上，被焊管接头2和被焊管4分别在旋转卡盘1和移动夹具5中夹紧，驱动旋转卡盘的主电机上安装了能耗制动器。图2所示的主电机能耗制动电路图中，变压器9与整流器10组成的制动电路与主电机11的动力线路互锁并联，制动控制电路12与主电机运转控制电路13互锁并联，电机运转时，接触器1XC工作，接触器HC断电，制动电路断开；动力切断时，接触器1XC断电、HC工作，制动电路接通，在电机的绕组上施加一个直流磁场，阻碍电机运转，通过调整电压可调节磁场强弱，从而调节制动力的大小。

其淬火装置包括外冷装置、内冷装置和保温加热装置，图3所示外冷装置由分别提供淬火液体和压缩空气的两个管路系统14、15、一次雾化室16和两个半圆形管路3组成，淬火液体和压缩空气在一次雾化室汇合并雾化，经单管8将一次雾化后的淬火介质送入半圆形管路，再经半圆形管路的二次雾化喷嘴将淬火介质二次雾化后喷向焊接区，二次雾化既减少了焊机上输送管路，又提高了介质雾化效果。如图1外淬装置的两个半圆形管路3呈圆环形安装在焊机上被焊管接头处，圆环可方便地开合，以便于焊件装夹，圆环中心与被焊管同心，使淬火效果在360°圆周上一致；内冷装置的动力管路系统7经密封接头6与被焊管的固定端相连，淬火时，动力管路系统7工作，使内冷介质流过管内壁焊区以起到迅速降温的作用，焊区速冷至马氏体、珠光体或下贝氏体转变温度点，再经保温加热装置保温足够长的时间，促使焊区淬火组织向马氏体、珠光体或下贝氏体转变，确保焊区的综合机械性能。

Claims (8)

1.一种管材摩擦焊及焊区焊热处理的方法，它包括摩擦焊接、形变、淬火三个工艺，在焊接过程中，当摩擦加热焊接形变结束时，立即进行顶锻形变，在顶锻压力消失前，直接利用摩擦焊热进行焊区淬火处理，其特征是：在所述的顶锻形变中，需控制顶锻形变量；在所述的淬火处理中，淬火介质同时在焊接管的内外壁冷却焊区。

2.如权利要求1所述的管材摩擦焊及焊区焊热处理的方法，其特征是：通过能耗制动方法控制焊区顶锻形变量。

3.如权利要求1所述的管材摩擦焊及焊区焊热处理的方法，其特征是：所述的对焊区管内外壁同时淬火处理的淬火介质分为外冷介质和内冷介质；外冷介质经两级雾化直接喷向外壁焊区；内冷介质经焊接管流过内壁焊区。

4.如权利要求1或3所述的管材摩擦焊及焊区焊热处理的方法，其特征是：所述的淬火介质同时对焊接管内外壁冷却焊区，使焊区速冷到马氏体或珠光体或下贝氏体转变温度点，然后立即将焊区在这个温度区保温足够长的时间，促使焊区淬火组织向马氏体或珠光体或下贝氏体转变。

5.一种采用上述管材摩擦焊及焊区焊热处理方法的焊接淬火装置，其特征是：它包括摩擦焊机、形变量控制装置和淬火装置；所述摩擦焊机的主电机上配接形变量控制装置，摩擦焊机上安装淬火装置，淬火装置由外冷装置、内冷装置和保温加热装置组成。

6.如权利要求5所述的焊接淬火装置，其特征是：所述的形变量控制装置由整流制动电路和制动控制电路组成；整流制动电路与主电机的动力线路并联；制动控制电路与主电机控制线路互锁并联。

7.如权利要求5所述的焊接淬火装置，其特征是：所述的外冷装置由两个分别提供气、液冷却介质的管路系统、一次雾化室和两个安装了若干个二次雾化喷头的半圆形管路组成；气、液源管路系统分别与一次雾化室的气、液输入口相接，一次雾化室的输出口与两个半圆形管路相连，两个半圆形管路呈圆形相对安装在焊机上的焊件接头处，并与焊件轴线同心。

8.如权利要求5所述的焊接淬火装置，其特征是：所述的内冷装置，由一个提供流体冷却介质的动力管路系统和密封接头组成；所述的动力管路系统经密封接头与被焊接管的静止端口相连。

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