CN116871657A - 多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法 - Google Patents

多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法，包括：径向夹持工装与旋转夹持工装的加工，径向夹持工装包括定位板（10）、夹持卡爪（20）与轴向推力块（30）；待摩擦焊接件的机加工与前处理；径向夹持工装与旋转夹持工装的安装与待摩擦焊接件的预夹紧；进行径向摩擦焊接；取下焊接件、完成径向摩擦焊接。该方法通过单次径向摩擦焊接工艺、便能够完成多道薄壁环类构件在管/轴类构件表面的径向摩擦焊接，实现多道焊缝的同步、高精度、高强度焊接，焊接效率高，焊接接头质量高、焊缝组织性能均一性好。

Description

多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法
技术领域
本发明涉及固相焊技术领域，具体涉及一种多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法。
背景技术
径向摩擦焊，即在径向压力的作用下，通过待焊界面的摩擦及其附近温度升高，伴随材料产生变形与流动，通过界面上的扩散与再结晶实现连接的固相焊方法；径向摩擦焊具有焊接接头质量高、效率高、成本低、节能环保等优点。
径向摩擦焊通常用于管/环类、轴/环类、管/管类等结构件的焊接；目前，针对某些特殊功能结构件，需要设计多道焊缝的径向摩擦焊接头形式，即在管/轴类构件外壁焊接多个环类构件、形成由多个异质/异态/异种性能的薄壁环与管/轴类构件径向焊接而成的摩擦焊接头，如图1所示。
针对多道焊缝的径向摩擦焊接头形式，目前通常采用两种加工工艺实现：一是利用单焊缝进行单一薄壁环构件在管/轴类构件外壁进行径向摩擦焊接，经过机加工、多次焊接获得；另一种是采用较宽的环构件在管/轴类构件表面进行径向摩擦焊接，再通过机加工将厚度达的换构件加工成均匀的多个薄壁环。然而，前者需要经过多次径向摩擦焊接与机加工的往复工艺，工艺过程繁琐，焊接效率低，且多次焊接极大的增加了生产成本；后者焊缝过宽、焊缝面积过大，导致摩擦扭矩大，焊接过程中易出现夹持打滑等异常现象，焊接质量低、效率低。此外，焊接过程中由于夹持工装与环类构件的焊接磨损、变形，环类构件与管/轴类构件摩擦过程中的轴向滑动、扭曲，以及径向加压过程中夹持工装的微翘曲等因素影响，过宽的焊缝极易造成夹持工装与环类构件之间产生较大间隙，导致焊接过程中环类构件表面受到的径向压力极不均匀、即摩擦压力与顶锻压力不均匀，致使宽焊缝的组织性能也不均匀，严重影响焊接质量。
发明内容
针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法，该方法通过一次摩擦焊接工艺、即实现多道薄壁环类构件在管/轴类构件表面的径向摩擦焊接，摩擦焊接接头质量高、焊缝组织性能均匀，焊接效率高。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、根据待摩擦焊接的环类构件数量与尺寸，加工出特定的径向夹持工装；同时，根据待摩擦焊接的管/轴类构件，加工出旋转夹持工装；
步骤二、分别对待摩擦焊接的环类构件与管/轴类构件进行机加工，并对构件(即环类构件与管/轴类构件)的待焊接部位进行去铁锈、去毛刺、去油污处理；
步骤三、将径向夹持工装安装在摩擦焊机的移动滑台上、将旋转夹持工装安装在摩擦焊机的主轴上，并分别通过径向夹持工装与旋转夹持工装对环类构件、管/轴类构件进行预夹紧；
步骤四、在摩擦焊机的控制界面设置焊接参数，开启摩擦焊机，完成环类构件与管/轴类构件的摩擦、顶端保压的摩擦焊接工序；
步骤五、分别松开径向夹持工装与旋转夹持工装，取下焊接件，完成径向摩擦焊接。
作为本发明的一种优选方案，所述径向夹持工装包括定位板、夹持卡爪与轴向推力块，定位板中部开设贯穿孔且贯穿孔直径大于环类构件外径；定位板一侧侧壁且绕贯穿孔轴线均匀设置多个夹持卡爪，夹持卡爪靠近定位板一侧侧面与定位板滑动连接；夹持卡爪内壁设置为由靠近定位板向远离方向、内径逐渐增大的微锥度结构，夹持卡爪内壁对应待摩擦焊接的环类构件的数量依次加工定位浅槽，夹持卡爪外壁设置为由靠近定位板向远离方向、外径逐渐减小的锥度结构；轴向推力块内开设锥形孔且锥形孔与贯穿孔共轴线，锥形孔的锥度与夹持卡爪外壁锥度一致且锥形孔侧壁分别与对应的夹持卡爪外壁滑动连接。
作为本发明的一种优选方案，所述定位板靠近夹持卡爪的一侧侧壁且对应夹持卡爪均匀开设滑槽，夹持卡爪靠近定位板的一侧且对应滑槽设置滑块，滑块卡接在对应的滑槽内且滑动连接，实现夹持卡爪的定位以及与定位板之间的相对滑动。
作为本发明的一种优选方案，所述滑槽侧壁通过弹簧与对应滑块连接，从而在夹持过程中提供一定的弹力缓冲。
作为本发明的一种优选方案，所述微锥度结构的锥度为0.5°～1°；定位浅槽的深度为1～2mm、宽度与待摩擦焊接的环类构件的宽度一致。
作为本发明的一种优选方案，所述定位浅槽的数量为2～5个，即待摩擦焊接的环类构件的数量为2～5个。
作为本发明的一种优选方案，所述定位板固定安装在摩擦焊机的移动滑台上，轴向推力块与摩擦焊机的移动滑台相对滑动且轴向推力块远离定位板的一端与摩擦焊机的油缸推力输出端连接、即通过油缸推力实现轴向推力块向靠近定位板的一端滑动。
作为本发明的一种优选方案，所述管/轴类构件的外径为φ41～φ160mm；环类构件的宽度为3～15mm，外径为φ50～φ185mm，壁厚为4～12mm。
作为本发明的一种优选方案，所述旋转夹持工装采用外夹式弹性夹持工装，且旋转夹持工装采用40CrNiMo或40Cr中碳调质钢中的任一种材料制备获得。
作为本发明的一种优选方案，所述旋转夹持工装的夹持宽度为80～150mm。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤四中摩擦焊机的焊接参数具体为：摩擦转速1000r/min～3000r/min，摩擦压力2MPa～8MPa，顶锻转速500r/min～1500r/min，顶锻压力4MPa～15MPa。
以下为本发明上述技术方案所具备的效果：
本申请径向夹持工装通过定位板、夹持卡爪与轴向推力块的配合，实现对环类构件进行预夹紧过程中的自动中心定位，即利用轴向推力块沿锥形孔的中轴线方向运动、实现多个夹持卡爪(在定位板上)的滑动、对位于它们之间的环类构件进行预夹紧，夹紧过程中锥形孔与环类构件的中轴线共线。同时，本申请径向夹持工装通过对夹持卡爪内表面设置为“多道定位浅槽+微锥度”的复合结构，一是通过一次焊接工艺即可实现多道焊缝的径向摩擦焊接，有效提升焊接效率、避免多次工艺焊接导致的费时费力的问题；二是利用定位浅槽对环类构件进行定位，避免焊接过程中小宽度、大厚度的环类构件沿径向夹持工装的轴线方向滑动、扭曲变形等问题，确保多道焊缝的定位精度；三是利用微锥度、配合轴向推力块的运行方向，实现焊接过程中环类构件表面的均匀受力，确保多道焊缝的组织性能的均匀性、一致性，从而实现多道焊缝的同步、高精度、高强度的焊接。
与宽焊缝径向摩擦焊接工艺相比，本申请显著减少焊接面积、降低摩擦扭矩，减小焊接过程中夹持打滑导致的未焊合等缺陷，有效提高焊接质量与焊接合格率，确保焊缝组织性能的均一性，避免焊件在高强度使用过程中出现裂纹等问题；与单焊缝、多次焊接工艺相比，本申请焊接效率大大提高，生产成本低，操作方便。
附图说明
图1为多道焊缝径向摩擦焊接头示意图。
图2为本发明实施例中多道焊缝径向摩擦焊接的径向夹持工装的结构示意图。
图3为图2中A的局部放大图。
其中，100、管/轴类构件；200、环类构件；10、定位板；11、贯穿孔；12、滑槽；13、弹簧；20、夹持卡爪；21、定位浅槽；22、滑块；30、轴向推力块；31、锥形孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1：
针对外径为φ50mm、宽度为3mm、壁厚为4mm的钢环(即环类构件200)，与外径为φ41m的30CrMoSi钢棒(即管/轴类构件100)之间的径向摩擦焊接，一种多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、根据待摩擦焊接的钢环数量与尺寸、本实施例中30CrMoSi钢棒焊接5个钢环，加工出特定的径向夹持工装；其中，如图2与图3所示，径向夹持工装包括定位板10、夹持卡爪20与轴向推力块30，定位板10中部开设贯穿孔11且贯穿孔11直径大于钢环外径、即大于φ41；定位板10一侧侧壁且绕贯穿孔11轴线均匀设置多个夹持卡爪20(夹持卡爪20的数量根据实际需求进行设置，通常为6～12个，且多个夹持卡爪20的内圈组成完整的圆形)，夹持卡爪20靠近定位板10一侧侧面与定位板10滑动连接，具体为：定位板10靠近夹持卡爪20的一侧侧壁且对应夹持卡爪20均匀开设滑槽12，夹持卡爪20靠近定位板10的一侧且对应滑槽12(固定)设置滑块22，滑块22卡接在对应的滑槽12内且滑动连接，实现夹持卡爪20的定位以及与定位板10之间的相对滑动；滑槽12侧壁通过弹簧13与对应滑块22连接，从而在夹持过程中提供一定的弹力缓冲。夹持卡爪20内壁设置为由靠近定位板10向远离方向(即图2所示由左至右)、内径逐渐增大的微锥度结构，微锥度结构的锥度R为0.5°，夹持卡爪20内壁对应钢环的数量依次加工定位浅槽21，本实施例中、定位浅槽21的数量为5个，定位浅槽21的深度为1mm、宽度与钢环的宽度一致(即为3mm)。夹持卡爪20外壁设置为由靠近定位板10向远离方向(即图2所示由左至右)、外径逐渐减小的锥度结构；轴向推力块30内开设锥形孔31且锥形孔31与贯穿孔11共轴线，锥形孔31的锥度与夹持卡爪20外壁锥度一致(即锥形孔31为如图2所示方向由左至右直径逐渐减小)且锥形孔31侧壁分别与对应的夹持卡爪20外壁滑动连接，夹持卡爪20外壁的锥度结构与锥形孔31的锥度根据实际情况进行设置、本实施例不做过多限定。
同时，根据待摩擦焊接的30CrMoSi钢棒，加工出旋转夹持工装；旋转夹持工装采用外夹式弹性夹持工装(采用本领域常见夹持工装结构即可、本实施例中不做过多限定)，且旋转夹持工装采用40CrNiMo材料制备获得。
步骤二、分别对待摩擦焊接的的钢环与30CrMoSi钢棒进行机加工，采用砂纸对(环类构件200与管/轴类构件100)待焊部位进行去铁锈和去毛刺处理，并采用乙酸乙酯去除待焊部位处的油污。
步骤三、将径向夹持工装安装在摩擦焊机的移动滑台上，具体为：定位板10固定安装在摩擦焊机的移动滑台上，轴向推力块30与摩擦焊机的移动滑台相对滑动且轴向推力块30远离定位板10的一端与摩擦焊机的油缸推力输出端连接、即通过油缸推力实现轴向推力块30向靠近定位板10的一端滑动。
将旋转夹持工装安装在摩擦焊机的主轴上；并保证摩擦焊机主轴、30CrMoSi钢棒、锥形孔31的中轴线在一条直线上。
分别通过径向夹持工装与旋转夹持工装对钢环、30CrMoSi钢棒进行预夹紧；径向夹持工装对钢环进行预夹紧具体为：将多个钢环依次放置在径向夹持工装的定位浅槽21内，然后，启动油缸、使得轴向推力块30向靠近定位板10的一侧运动，轴向推力块30推动各个夹持卡爪20向靠近钢环中轴线的一侧运动，实现对钢环的夹持；旋转夹持工装的夹持30CrMoSi钢棒的宽度为80mm。
步骤四、在摩擦焊机控制界面上进行焊接参数设置，设置摩擦转速为3000r/min、摩擦压力为2MPa，顶锻转速为1500r/min、顶锻压力为4MPa；开启摩擦焊机，旋转夹持工装夹紧30CrMoSi钢棒、径向加压工装夹紧钢环，在径向压力作用下(即在油缸启动、轴向推力块30推力作用下)，30CrMoSi钢棒的焊接面与钢环的焊接面紧密接触，摩擦焊机主轴开始旋转升速至主轴转速3000r/min时，30CrMoSi钢棒与钢环在2MPa轴向摩擦力作用下、其焊接面前端接触并相互摩擦，随着金属的软化并径向加压，焊接面面后端的金属渐进摩擦生热，从而使整个焊接面面处于热塑性状态，随着主轴转速下降至1500r/min顶锻转速时，夹持在径向加压工装中的钢环在4MPa的径向顶锻压力作用下产生顶锻刹车，保压，完成5道的钢环与30CrMoSi钢棒的同步径向摩擦焊接。
步骤五、分别松开径向夹持工装与旋转夹持工装，取下焊接件，完成径向摩擦焊接。
对径向摩擦焊后的焊接接头进行剪切强度测试，5道焊缝的钢环与30CrMoSi钢管合金接头的剪切强度分别为512MPa、508MPa、521MPa、518MPa、507MPa；5道焊缝的剪切强度变化1.6％，表明焊缝组织性能的均匀性、一致性好。
实施例2：
针对外径为φ120mm、宽度为9mm、壁厚为8mm的钢环(即环类构件200)，与外径为φ100mm、壁厚12mm的30CrMoSi钢管(即管/轴类构件100)之间的径向摩擦焊接，一种多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、根据待摩擦焊接的钢环数量与尺寸、本实施例中30CrMoSi钢管焊接3个钢环，加工出特定的径向夹持工装；其中，如图2与图3所示，径向夹持工装包括定位板10、夹持卡爪20与轴向推力块30，定位板10中部开设贯穿孔11且贯穿孔11直径大于钢环外径、即大于φ100mm；定位板10一侧侧壁且绕贯穿孔11轴线均匀设置多个夹持卡爪20(夹持卡爪20的数量根据实际需求进行设置，通常为6～12个，且多个夹持卡爪20的内圈组成完整的圆形)，夹持卡爪20靠近定位板10一侧侧面与定位板10滑动连接，具体为：定位板10靠近夹持卡爪20的一侧侧壁且对应夹持卡爪20均匀开设滑槽12，夹持卡爪20靠近定位板10的一侧且对应滑槽12(固定)设置滑块22，滑块22卡接在对应的滑槽12内且滑动连接，实现夹持卡爪20的定位以及与定位板10之间的相对滑动；滑槽12侧壁通过弹簧13与对应滑块22连接，从而在夹持过程中提供一定的弹力缓冲。夹持卡爪20内壁设置为由靠近定位板10向远离方向(即图2所示由左至右)、内径逐渐增大的微锥度结构，微锥度结构的锥度R为0.7°，夹持卡爪20内壁对应钢环的数量依次加工定位浅槽21，本实施例中、定位浅槽21的数量为3个，定位浅槽21的深度为1.5mm、宽度与钢环的宽度一致(即为9mm)。夹持卡爪20外壁设置为由靠近定位板10向远离方向(即图2所示由左至右)、外径逐渐减小的锥度结构；轴向推力块30内开设锥形孔31且锥形孔31与贯穿孔11共轴线，锥形孔31的锥度与夹持卡爪20外壁锥度一致(即锥形孔31为如图2所示方向由左至右直径逐渐减小)且锥形孔31侧壁分别与对应的夹持卡爪20外壁滑动连接，夹持卡爪20外壁的锥度结构与锥形孔31的锥度根据实际情况进行设置、本实施例不做过多限定。
同时，根据待摩擦焊接的30CrMoSi钢管，加工出旋转夹持工装；旋转夹持工装采用外夹式弹性夹持工装(采用本领域常见夹持工装结构即可、本实施例中不做过多限定)，且旋转夹持工装采用40Cr中碳调质钢材料制备获得。
步骤二、分别对待摩擦焊接的的钢环与30CrMoSi钢管进行机加工，采用砂纸对(环类构件200与管/轴类构件100)待焊部位进行去铁锈和去毛刺处理，并采用乙酸乙酯去除待焊部位处的油污。
步骤三、将径向夹持工装安装在摩擦焊机的移动滑台上，具体为：定位板10固定安装在摩擦焊机的移动滑台上，轴向推力块30与摩擦焊机的移动滑台相对滑动且轴向推力块30远离定位板10的一端与摩擦焊机的油缸推力输出端连接、即通过油缸推力实现轴向推力块30向靠近定位板10的一端滑动。
将旋转夹持工装安装在摩擦焊机的主轴上；并保证摩擦焊机主轴、30CrMoSi钢管、锥形孔31的中轴线在一条直线上。
分别通过径向夹持工装与旋转夹持工装对钢环、30CrMoSi钢管进行预夹紧；径向夹持工装对钢环进行预夹紧具体为：将多个钢环依次放置在径向夹持工装的定位浅槽21内，然后，启动油缸、使得轴向推力块30向靠近定位板10的一侧运动，轴向推力块30推动各个夹持卡爪20向靠近钢环中轴线的一侧运动，实现对钢环的夹持；旋转夹持工装的夹持30CrMoSi钢管的宽度为115mm。
步骤四、在摩擦焊机控制界面上进行焊接参数设置，设置摩擦转速为2000r/min、摩擦压力为5MPa，顶锻转速为1000r/min、顶锻压力为9MPa；开启摩擦焊机，旋转夹持工装夹紧30CrMoSi钢管、径向加压工装夹紧钢环，在径向压力作用下(即在油缸启动、轴向推力块30推力作用下)，30CrMoSi钢管的焊接面与钢环的焊接面紧密接触，摩擦焊机主轴开始旋转升速至主轴转速2000r/min时，30CrMoSi钢管与钢环在5MPa轴向摩擦力作用下、其焊接面前端接触并相互摩擦，随着金属的软化并径向加压，焊接面面后端的金属渐进摩擦生热，从而使整个焊接面面处于热塑性状态，随着主轴转速下降至1000r/min顶锻转速时，夹持在径向加压工装中的钢环在9MPa的径向顶锻压力作用下产生顶锻刹车，保压，完成3道的钢环与30CrMoSi钢管的同步径向摩擦焊接。
步骤五、分别松开径向夹持工装与旋转夹持工装，取下焊接件，完成径向摩擦焊接。
对径向摩擦焊后的焊接接头进行剪切强度测试，3道焊缝的钢环与30CrMoSi钢管合金接头的剪切强度分别为511MPa、523MPa、511MPa；3道焊缝的剪切强度变化1.1％，表明焊缝组织性能的均匀性、一致性好。
实施例3：
针对外径为φ185mm、宽度为15mm、壁厚为12mm的钢环(即环类构件200)，与外径为φ160mm、壁厚15mm的30CrMoSi钢管(即管/轴类构件100)之间的径向摩擦焊接，一种多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、根据待摩擦焊接的钢环数量与尺寸、本实施例中30CrMoSi钢管焊接2个钢环，加工出特定的径向夹持工装；其中，如图2与图3所示，径向夹持工装包括定位板10、夹持卡爪20与轴向推力块30，定位板10中部开设贯穿孔11且贯穿孔11直径大于钢环外径、即大于φ160mm；定位板10一侧侧壁且绕贯穿孔11轴线均匀设置多个夹持卡爪20(夹持卡爪20的数量根据实际需求进行设置，通常为6～12个，且多个夹持卡爪20的内圈组成完整的圆形)，夹持卡爪20靠近定位板10一侧侧面与定位板10滑动连接，具体为：定位板10靠近夹持卡爪20的一侧侧壁且对应夹持卡爪20均匀开设滑槽12，夹持卡爪20靠近定位板10的一侧且对应滑槽12(固定)设置滑块22，滑块22卡接在对应的滑槽12内且滑动连接，实现夹持卡爪20的定位以及与定位板10之间的相对滑动；滑槽12侧壁通过弹簧13与对应滑块22连接，从而在夹持过程中提供一定的弹力缓冲。夹持卡爪20内壁设置为由靠近定位板10向远离方向(即图2所示由左至右)、内径逐渐增大的微锥度结构，微锥度结构的锥度R为1°，夹持卡爪20内壁对应钢环的数量依次加工定位浅槽21，本实施例中、定位浅槽21的数量为2个，定位浅槽21的深度为2mm、宽度与钢环的宽度一致(即为15mm)。夹持卡爪20外壁设置为由靠近定位板10向远离方向(即图2所示由左至右)、外径逐渐减小的锥度结构；轴向推力块30内开设锥形孔31且锥形孔31与贯穿孔11共轴线，锥形孔31的锥度与夹持卡爪20外壁锥度一致(即锥形孔31为如图2所示方向由左至右直径逐渐减小)且锥形孔31侧壁分别与对应的夹持卡爪20外壁滑动连接，夹持卡爪20外壁的锥度结构与锥形孔31的锥度根据实际情况进行设置、本实施例不做过多限定。
同时，根据待摩擦焊接的30CrMoSi钢管，加工出旋转夹持工装；旋转夹持工装采用外夹式弹性夹持工装(采用本领域常见夹持工装结构即可、本实施例中不做过多限定)，且旋转夹持工装采用40CrNiMo材料制备获得。
步骤二、分别对待摩擦焊接的的钢环与30CrMoSi钢管进行机加工，并采用砂纸对(环类构件200与管/轴类构件100)待焊部位进行去铁锈和去毛刺处理，并采用乙酸乙酯去除待焊部位处的油污。
步骤三、将径向夹持工装安装在摩擦焊机的移动滑台上，具体为：定位板10固定安装在摩擦焊机的移动滑台上，轴向推力块30与摩擦焊机的移动滑台相对滑动且轴向推力块30远离定位板10的一端与摩擦焊机的油缸推力输出端连接、即通过油缸推力实现轴向推力块30向靠近定位板10的一端滑动。
将旋转夹持工装安装在摩擦焊机的主轴上；并保证摩擦焊机主轴、30CrMoSi钢管、锥形孔31的中轴线在一条直线上。
分别通过径向夹持工装与旋转夹持工装对钢环、30CrMoSi钢管进行预夹紧；径向夹持工装对钢环进行预夹紧具体为：将多个钢环依次放置在径向夹持工装的定位浅槽21内，然后，启动油缸、使得轴向推力块30向靠近定位板10的一侧运动，轴向推力块30推动各个夹持卡爪20向靠近钢环中轴线的一侧运动，实现对钢环的夹持；旋转夹持工装的夹持30CrMoSi钢管的宽度为150mm。
步骤四、在摩擦焊机控制界面上进行焊接参数设置，设置摩擦转速为1000r/min、摩擦压力为8MPa，顶锻转速为500r/min、顶锻压力为15MPa；开启摩擦焊机，旋转夹持工装夹紧30CrMoSi钢管、径向加压工装夹紧钢环，在径向压力作用下(即在油缸启动、轴向推力块30推力作用下)，30CrMoSi钢管的焊接面与钢环的焊接面紧密接触，摩擦焊机主轴开始旋转升速至主轴转速1000r/min时，30CrMoSi钢管与钢环在8MPa轴向摩擦力作用下、其焊接面前端接触并相互摩擦，随着金属的软化并径向加压，焊接面面后端的金属渐进摩擦生热，从而使整个焊接面面处于热塑性状态，随着主轴转速下降至500r/min顶锻转速时，夹持在径向加压工装中的钢环在15MPa的径向顶锻压力作用下产生顶锻刹车，保压，完成2道的钢环与30CrMoSi钢管的同步径向摩擦焊接。
步骤五、分别松开径向夹持工装与旋转夹持工装，取下焊接件，完成径向摩擦焊接。
对径向摩擦焊后的焊接接头进行剪切强度测试，2道焊缝的钢环与30CrMoSi钢管合金接头的剪切强度分别为525MPa、504MPa；2道焊缝的剪切强度变化2％，表明焊缝组织性能的均匀性、一致性好。

Claims (8)

1.一种多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、根据待摩擦焊接的环类构件数量与尺寸，加工出特定的径向夹持工装；同时，根据待摩擦焊接的管/轴类构件，加工出旋转夹持工装；
步骤二、分别对待摩擦焊接的环类构件与管/轴类构件进行机加工，并对构件的待焊接部位进行去铁锈、去毛刺、去油污处理；
步骤三、将径向夹持工装安装在摩擦焊机的移动滑台上、将旋转夹持工装安装在摩擦焊机的主轴上，并分别通过径向夹持工装与旋转夹持工装对环类构件、管/轴类构件进行预夹紧；
步骤四、在摩擦焊机的控制界面设置焊接参数，开启摩擦焊机，完成环类构件与管/轴类构件的摩擦、顶端保压的摩擦焊接工序；
步骤五、分别松开径向夹持工装与旋转夹持工装，取下焊接件，完成径向摩擦焊接。
2.根据权利要求1所述的一种多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法，其特征在于：所述径向夹持工装包括定位板、夹持卡爪与轴向推力块，定位板中部开设贯穿孔且贯穿孔直径大于环类构件外径；定位板一侧侧壁且绕贯穿孔轴线均匀设置多个夹持卡爪，夹持卡爪靠近定位板一侧侧面与定位板滑动连接；夹持卡爪内壁设置为由靠近定位板向远离方向、内径逐渐增大的微锥度结构，夹持卡爪内壁对应待摩擦焊接的环类构件的数量依次加工定位浅槽，夹持卡爪外壁设置为由靠近定位板向远离方向、外径逐渐减小的锥度结构；轴向推力块内开设锥形孔且锥形孔与贯穿孔共轴线，锥形孔的锥度与夹持卡爪外壁锥度一致且锥形孔侧壁分别与对应的夹持卡爪外壁滑动连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法，其特征在于：所述微锥度结构的锥度为0.5°～1°；定位浅槽的深度为1～2mm、宽度与待摩擦焊接的环类构件的宽度一致。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法，其特征在于：所述定位浅槽的数量为2～5个。
5.根据权利要求1所述的一种多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法，其特征在于：所述管/轴类构件的外径为环类构件的宽度为3～15mm，外径为壁厚为4～12mm。
6.根据权利要求1所述的一种多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法，其特征在于：所述旋转夹持工装采用外夹式弹性夹持工装，且旋转夹持工装采用40CrNiMo或40Cr中碳调质钢中的任一种材料制备获得。
7.根据权利要求1所述的一种多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法，其特征在于：所述旋转夹持工装的夹持宽度为80～150mm。
8.根据权利要求1所述的一种多道焊缝同步焊接的径向摩擦焊接方法，其特征在于：所述步骤四中摩擦焊机的焊接参数具体为：摩擦转速1000r/min～3000r/min，摩擦压力2MPa～8MPa，顶锻转速500r/min～1500r/min，顶锻压力4MPa～15MPa。
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