CN110340237A - 一种异种金属管材冲击渐进连接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属管材连接技术领域，提供一种异种金属管材冲击渐进连接工艺，主要应用于大管径的轻量化异种金属管材连接。该方法采用小能量放电、逐次冲击渐近连接，利用金属箔片在高频脉冲大电流作用下瞬时气化产生冲击力，使异种金属材料冶金连接，同时结合渐近成形特点，渐次分区域连接，最终形成管件周圈焊缝。本发明方法有效地解决了对于直径较大的管材之间难以焊接的问题，提高了连接效率和连接质量。
Description
技术领域
本发明涉及金属管材连接技术领域，具体为一种异种金属管材冲击渐进连接工艺，主要应用于大管径的轻量化异种金属管材连接。
背景技术
近年来，轻量化是目前汽车、航空、航天工业的发展趋势，轻量化材料的运用是解决轻量化的重要途径，以高强钢、铝合金、镁合金和钛合金为代表的轻质、高强度难成形材料在汽车、船舶、航空、航天等先进制造领域的应用日益增加。如汽车车身的钢/铝复合立柱与覆盖件、高性能船舶的钛/高强钢复合导流罩、飞机的异种铝合金复合机翼、航天器的钛/铝复合整流罩等等。由于异种金属材料采用传统焊接工艺时可焊性较差，接头连接强度低，连接性能较差。因而，轻质异种金属之间的连接工艺，是目前制约轻质高强度高性能复合金属材料零部件制备的重要瓶颈。
异种金属之间由于材料理化差异，采用传统熔化焊时无法有效连接，目前常用扩散焊、摩擦焊和熔-钎焊等，但上述方法应用于异种金属管材连接时存在某些缺陷：如热影响区较大、高温产生金属间化物较多、接头强度不高、经济性差等。采用磁脉冲焊接可以使异种金属有效焊接，但目前该工艺应用于大管径异种金属管材连接时也存在一定的局限性：磁脉冲焊接线圈直径较大，电导率过大导致放电效率较低；同时放电能量过高导致设备复杂、线圈易失效。
CN108043976B公开了一种金属材料预成形高速冲击连接工艺，可以实现异种金属材料连接，但连接区域较小，只能实现点焊效果或局部连接，无法形成管周连接。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种异种金属管材冲击渐进连接工艺，特别是大管径的轻量化异种金属管材连接方法，该方法采用小能量放电、逐次冲击渐近连接，利用金属箔片在高频脉冲大电流作用下瞬时气化产生冲击力，使异种金属材料冶金连接，同时结合渐近成形特点，渐次分区域连接，最终形成管件周圈焊缝，该方法可有效解决直径较大尺寸异种金属管材材料之间的连接难题。
本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的。
一种异种金属管材冲击渐进连接工艺，包括以下步骤：
（1）将两个待焊接管材中一个作为外管，另一个作为内管，将外管1进行扩锥形口处理；
（2）将待焊接外管和内管按装配位置固定，在内管待焊处放置固定支撑棒；
（3）通过箔片传送装置将覆有绝缘膜的金属箔片带套装在外管的锥形口外围；所述金属箔片为带状箔片，带状的金属箔片通过传送装置绕外管的锥形口转动；金属箔片的尺寸根据外管的锥形口进行设计以保证可通过传送装置绕外管转动。传送装置一端夹紧金属箔片带，一端通过自动控制辊拉动金属箔片带转动指定距离；
（4）将两块支撑块塞入外管和内管之间，第一支撑块和第二支撑块间的间隔区域为初次待焊接区域；
（5）利用机械手将电极压块压紧在金属箔片上，并将金属箔片压紧在外管的锥形口外侧，确保电极压块上的两个电极触点与管材待焊接区域的金属箔片接触良好；
（6）对储能电容充电，当充电电压达到设定的焊接电压后，断开充电回路；
（7）闭合放电开关对金属箔片放电，两电极触点间的金属箔片气化并产生高速冲击力，使外管局部塑性变形并高速冲击内管，完成局部连接；
（8）电容放电使内、外管在金属箔片气化冲击力作用下产生初次连接后，取出第一支撑块和第二支撑块，后续焊接时无需再使用第二支撑块；
初次焊接时，第一支撑块和第二支撑块中间部分为初次焊接区域。待管件初次焊接后在第一支撑块和第二支撑块中间区域外管变形并与内管连接，形成初次焊缝。后续焊接时由第一支撑块支撑外管，以保证外管外侧金属箔片与一端电极紧密接触。由于初次焊缝区域内管内侧有支撑棒支撑，无需支撑块即可保证另一端电极可紧密压紧在初次焊缝外侧的金属箔片上，因此后续焊接时无需再使用第二支撑块；
（9）通过外部机械手移动第一支撑块到下一支撑位置，第一支撑块与上一焊接区域间的间隔为下一次待焊接区域；
（10）利用机械手移动松开电极压块与金属箔片的接触，通过箔片传送装置旋转金属箔片将未气化金属箔片对准下次待焊区域，准备下次放电；
（11）重复步骤（5）~（10），渐次连接。在末次连接时，无需使用第一支撑块，由初次焊缝与倒数第二次焊缝间区域构成末次连接区域，将电极紧密压紧在初次焊缝与倒数第二次焊缝外侧的金属箔片上，然后放电气化金属箔片，完成内外管末次连接，最终完成管件周圈连接。
本发明异种金属管材冲击渐进连接工艺，通过箔片汽化渐进冲击连接工艺，有效地解决了对于直径较大的管材之间难以焊接的问题，提高了连接效率和连接质量，具有较好的工业应用前景。
附图说明
图1为本发明工艺的流程图。
图2为本发明的工艺装配示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1、2所示，本发明实施例提供一种异种金属管材冲击渐进连接工艺，包括以下步骤：
（1）将两个待焊接管材中一个作为外管1，另一个作为内管2，将外管1进行扩锥形口处理；
（2）将待焊接外管1和内管2按装配位置固定，在内管2待焊处放置固定支撑棒3；
（3）通过箔片传送装置将覆有绝缘膜的金属箔片4套装在外管1的锥形口外围；所述金属箔片4为带状，两侧表面覆有高压绝缘膜，每次放电时两电极间金属箔片将在高压脉冲电流下气化；带状的金属箔片4通过传送装置绕外管的锥形口转动；
（4）将两块支撑块塞入外管1和内管2之间，第一支撑块5和第二支撑块6间的间隔区域为初次待焊接区域；
（5）利用机械手将电极压块7压紧在金属箔片4上，并将金属箔片4压紧在外管1的锥形口外侧，确保电极压块7上的两个电极8的触点与管材待焊接区域的金属箔片4接触良好；
（6）对储能电容充电，当充电电压达到设定的焊接电压后，断开充电回路；
（7）闭合放电开关对金属箔片4放电，两电极触点间的金属箔片气化产生高速冲击力，使外管1局部塑性变形并高速冲击内管2，完成局部连接；
（8）电容放电使内、外管在金属箔片气化冲击力作用下产生初次连接后，取出第一支撑块5和第二支撑块6，后续焊接时无需再使用第二支撑块6；
（9）通过外部机械手移动第一支撑块5到下一支撑位置，第一支撑块5与上一焊接区域间的间隔为下一次待焊接区域；
（10）利用机械手移动松开电极压块7与金属箔片4的接触，通过箔片传送装置旋转金属箔片4将未气化金属箔片对准下次待焊区域，准备下次放电；
（11）重复步骤（5）~（10），渐次连接，最终完成管件周圈连接。
在上述实施例中，所述内管、外管材料为铝、铜、镁、钛、铁等金属或其合金，或其组合。
在上述实施例中，所述外管的扩管锥形口角度根据材料特性选择，在3~45°之间。
在上述实施例中，所述金属箔片材料为金、银、铜、铝等电导率良好的金属或其组合，金属箔片厚度根据所需冲击连接工艺参数选择。
在上述实施例中，所述支撑块材料为聚四氟乙烯、尼龙、聚甲醛等高强度绝缘材料，或者是绝缘材料包覆金属材料的组合。
在上述实施例中，储能电容充电电压与放电能量根据工艺进行分析选取，充电电压范围为1KV~50KV，放电能量范围为1KJ~100KJ。
本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。
本领域的技术人员容易理解，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种异种金属管材冲击渐进连接工艺，其特征在于包括以下步骤：
（1）将两个待焊接管材中一个作为外管，另一个作为内管，将外管1进行扩锥形口处理；
（2）将待焊接外管和内管按装配位置固定，在内管待焊处放置固定支撑棒；
（3）通过箔片传送装置将覆有绝缘膜的金属箔片套装在外管的锥形口外围；所述金属箔片为带状箔片，带状的金属箔片通过传送装置绕外管的锥形口转动；
（4）将两块支撑块塞入外管和内管之间，第一支撑块和第二支撑块间的间隔区域为初次待焊接区域；
（5）利用机械手将电极压块压紧在金属箔片上，并将金属箔片压紧在外管的锥形口外侧，确保电极压块上的两个电极触点与管材待焊接区域的金属箔片接触良好；
（6）对储能电容充电，当充电电压达到设定的焊接电压后，断开充电回路；
（7）闭合放电开关对金属箔片放电，两电极触点间的金属箔片气化产生高速冲击力，使外管局部塑性变形并高速冲击内管，完成局部连接；
（8）电容放电使内、外管在金属箔片气化冲击力作用下产生初次连接后，取出第一支撑块和第二支撑块，后续焊接时无需再使用第二支撑块；
（9）通过外部机械手移动第一支撑块到下一支撑位置，第一支撑块与上一焊接区域间的间隔为下一次待焊接区域；
（10）利用机械手移动松开电极压块与金属箔片的接触，通过箔片传送装置旋转金属箔片将未气化金属箔片对准下次待焊区域，准备下次放电；
（11）重复步骤（5）~（10），渐次连接，最终完成管件周圈连接。
2.根据权利要求1所述的异种金属管材冲击渐进连接工艺，其特征在于：所述外管的扩管锥形口角度根据材料特性选择，在3~45°之间。
3.根据权利要求1所述的异种金属管材冲击渐进连接工艺，其特征在于：所述金属箔片材料为金、银、铜、铝中任一种或其组合。
4.根据权利要求1所述的异种金属管材冲击渐进连接工艺，其特征在于：所述支撑块材料为聚四氟乙烯、尼龙、聚甲醛中任一种，或者是绝缘材料包覆金属材料的组合。
5.根据权利要求1所述的异种金属管材冲击渐进连接工艺，其特征在于：储能电容充电电压与放电能量根据工艺进行选取，充电电压范围为1KV~50KV，放电能量范围为1KJ~100KJ。
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