CN117506185A - 一种低温过渡接头及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温过渡接头及其制备方法，所述方法包括以下步骤：以第一板材作为基材，依次爆炸焊接过渡板和第二板材，得到第一板/过渡板/第二板的复合板；对所述复合板第二板材侧通过摩擦焊接第三板材，得到满足产品长度要求的低温过渡接头；所述第三板材的材质与第二板材的材质一致，所述第二板材的厚度不超过12mm，所述第三板材厚度大于第二板材；低温过渡接头由所述制备方法制得；本发明通过爆炸焊将不锈钢板与过渡板焊接后，再通过摩擦焊与第三板材进行焊接接长，使得低温过渡接头达到产品要求的长度，在这个过程中，大大的节约加工周期、降低工作的复杂程度以及技术的难度，便于工业化的生产。
Description
技术领域
本发明涉及应用于低温环境下的层状金属复合材料加工技术领域，特别涉及一种低温过渡接头及其制备方法。
背景技术
在工业生产和科学研究领域，很多设备需要在低温环境中运行。由于生产与贮存使用的低温设备一般都采用铝合金制造，但是连接设备的输出管路暴露在外，一般采用不锈钢制造，铝合金与不锈钢无法通过熔化焊的方式进行连接，因此二者需要通过过渡连接件分别进行同种材质的焊接，最终实现管路和设备的可靠连接。如低温过渡连接接头，低温过渡连接接头被用来实现异种金属之间的连接，使用低温过渡接头可以防止管道连接处液体和气体的泄漏，保证环境和生产的安全。
爆炸焊接是通过炸药爆炸后产生的瞬时高温高压，使金属板之间发生碰撞，在碰撞过程中产生高速的射流，清除两金属板之间表面的杂质，并在极高的压力下实现板材冶金结合的方法，特别适用于异种层状金属材料之间的面结合。铝合金直接与钢进行爆炸焊接存在一定困难，加入中间层(中间板)是有效提高铝-钢复合板性能的方法。
现有技术一般就是通过爆炸焊在铝合金与不锈钢层之间加入中间层，使得过渡接头满足不锈钢界面与铝合金界面的连接。因受制于爆炸焊接工艺对复层材料厚度上存在技术瓶颈要求，通常一次爆炸焊接复层金属厚度不宜超过12mm，对于超过厚度的部分通过多层多次爆炸焊复合，故采用爆炸焊接方法来制备低温过渡接头，必将导致整个制备过程技术难度高、工序复杂、加工周期长且成本高，因此迫切需要进行优化和改进。
发明内容
发明的目的在于提供一种低温过渡接头及其制备方法，解决了爆炸焊接工艺对复层材料厚度上存在技术瓶颈要求，对于超过厚度的部分通过多层多次爆炸焊复合，故采用爆炸焊接方法来制备低温过渡接头，必将导致整个制备过程技术难度高、工序复杂、加工周期长且成本高的问题。
本发明是这样实现的，一种低温过渡接头的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、以第一板材作为基材，依次爆炸焊接过渡板和第二板材，得到第一板/过渡板/第二板的复合板；
步骤二、对所述复合板第二板材侧通过摩擦焊接第三板材，得到满足产品长度要求的低温过渡接头；
所述第三板材的材质与第二板材的材质一致，所述第二板材的厚度不超过12mm，所述第三板材厚度大于第二板材。
在低温环境中，设备与管路采用的材质不同，无法通过熔化焊的方式实现连接，因此需要通过过渡接头分别进行同种材质的焊接，最终实现管路与设备的可靠连接，从而使得本发明中的低温过渡接头能连接两种不同材质的设备和管路。
具体的，第一板材和第三板材之间设过渡板材和第二板材，其中过渡板的设置是因为第一板材与第二板材的材质不一致，直接通过爆炸焊接的方式存在一定的技术困难，因此需要借助过渡板材实现第一板材和第二板材的焊接，具体采用爆炸焊的方式，能保证焊接的密封性能；同时由于目前低温行业需求长度通常≥80mm，且要求第一板材的长度基本等于第二板材与第三板材长度之和(单侧40mm以上)，以便于后续工业焊接，因此对于低温过渡接头有长度要求的情况下，整个低温过渡接头如果都采用爆炸焊的话，爆炸焊由于有焊接厚度的技术瓶颈，对于焊接层的厚度不能超过12mm，因此需要多层多次爆炸焊接复合，才能使得低温焊接接头达到要求的长度，在这个过程中，技术难度高、工作复杂、加工周期长等问题的存在，并不适用工业化生产；而本发明通过在第三板材与过渡板材之间设有与第三板材的材质相同的第二板材，第二板材的厚度控制在爆炸焊接的厚度范围内，保证第一板/过渡板/第二板的复合板的焊接性能，然后再通过摩擦焊接的方式将第二板材与第三板材进行焊接接长，第三板材的长度就不受爆炸焊厚度瓶颈的要求，使得低温过渡接头达到产品要求的长度，在这个过程中，大大的节约加工周期、降低工作的复杂程度以及技术的难度，便于工业化的生产。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤一中，所述第一板材为不锈钢板，所述第二板材为铝合金板，所述过渡板为钛板和纯铝板，所述钛板置于纯铝板与第一板材之间。
本发明通过爆炸焊将不锈钢板与过渡板焊接后，再通过摩擦焊与第三板材进行焊接接长，使得低温过渡接头达到产品要求的长度，在这个过程中，大大的节约加工周期、降低工作的复杂程度以及技术的难度，便于工业化的生产。其中过渡板的作用是为了不锈钢板与铝合金板的连接性能佳，过渡板采用钛板一面与不锈钢爆炸焊另一面与纯铝爆炸焊，再将纯铝与铝合金爆炸焊，从而实现不锈钢板与铝合金板的密封连接，保证产品的使用性能。相比现有技术中过渡板为多层的情况，钛板和纯铝板作为过渡板，能在满足本发明要求的基础上，减少成本。
本发明的进一步技术方案是：不锈钢板作为基材的厚度为20-50mm，所述钛板厚度为2±0.5mm，所述纯铝板为2±0.5mm，所述铝合金板厚度为6-10mm。
由于爆炸焊的焊接厚度瓶颈，钛板、纯铝板和铝合金板的厚度都有一定的要求，才能保证爆炸焊的焊接质量。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤二中，复合板与第三板材分别进行预处理，复合板与第三板材分别作为旋转夹持端和轴向移动端，轴向移动端向旋转夹持端移动，第三板材与复合板中第二板材侧进行表面摩擦，逐步增大轴向顶锻力，接触摩擦一定时间后停止旋转，同时继续增大轴向压力，保压一段时间，得满足产品长度要求的低温过渡接头。
将复合板和第三板材分别作为旋转夹持端和轴向移动端，对第三板材与复合板中铝合金板一端进行摩擦焊接，先逐步增大轴向顶锻力可以有效地提高焊接接头的质量和强度，顶锻力是施加在工件上的垂直压力，通过增加顶锻力，可以增加工件之间的接触面积，提高焊接接头的质量。此外，顶锻力还可以帮助排除焊接接头中的气体和杂质，提高焊接接头的密实性；暂停旋转保压焊接可以使焊接接头在高温状态下保持一段时间，有利于焊接接头的热传导和热扩散，在摩擦焊过程中，旋转是产生摩擦热的主要方式，通过暂停旋转保压焊接，可以使焊接接头在高温状态下保持一段时间，使热量均匀传递到焊接接头的各个部分，从而提高焊接接头的质量和强度。综上所述，通过先增大顶锻力焊接一段时间后，再暂停旋转保压焊接，可以提高摩擦焊接接头的质量和强度。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤二中，轴向顶锻力为2-2.5MPa，接触摩擦时间4-9s，轴向压力为3-4MPa保压3-8s。
在该参数下，轴向顶锻力使得工件之间接触面积增加，同时排除焊接接头中的气体和杂质，使得低温过渡接头综合力学性能好、耐用性高且焊接后气密性优良，氦检漏测试小于1.0*10-9Pa.m3/s，各项性能指标均满足恶劣的低温工况环境使用要求，尤其适用于低温容器行业，液氮液氧等极端低温条件下使用。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤二中旋转夹持端的旋转速度为1000-1600r/min。
旋转速度低于1000r/min或者高于1600r/min，均会造成焊接不到位引起的密封性问题和焊接质量问题。在本发明中记载的1000-1600r/min的旋转速度下，可以进一步的保证焊接的质量。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤二中摩擦焊接过程中，控制热量输入量，使得已爆炸复合界面最高温度不超过300℃。
用于连接设备与管路的低温过渡接头要求在气密性方面的要求比普通环境中的要求更高，才能满足低温环境中的要求，在对复合板与第三板材摩擦焊接过程中，需要控制复合界面温度不超过300℃，才能保证低温过渡接头的焊接密封性。
在已爆炸复合界面粘贴专用温度测试纸，可有效记录及显示摩擦焊过程中此处达到的最高温度，具体通过摩擦焊接过程中的相关参数的配合控制，保证复合板与第三板材之间的界面温度控制在不超过300℃的范围内。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤一中的爆炸焊的步骤包括：
S1、将第一板材、过渡板和第二板材的待焊接面进行表面抛光处理，中间过渡板需要两面抛光，达到满足爆炸复合工艺要求；
S2、将第一板材水平放在平整的地基上，在第一板材上依次设置间隙柱、过渡板、间隙柱、第二板材以及保护层，间隙柱在板层上沿表面边缘和中间均匀布置；在保护层上铺设炸药层再引爆，将爆炸残余物以及保护层去除即获得复合坯料；
S3、将所述复合坯料先进行热处理和校平工序，再检测界面结合情况，标记出结合不良区域，切割加工出复合良好的棒状或管状工件用于低温接头制备。
本发明中，第一板材、过渡板材以及第二板材由于材质不同，需要通过爆炸焊接依次焊接，使得得到的复合板不仅连接处的密封性好，同时由于第二板材与第三板材材质相同，可以根据产品的需求进行快速的加长焊接，相比现有技术优势明显。
本发明还提供一种低温过渡接头，采用所述的一种低温过渡接头的制备方法制备；所述低温过渡接头包括依次连接的第一板材层、过渡板层、第二板材层以及第三板材层，所述第三板材的材质与第二板材的材质一致，所述第二板材的厚度不超过12mm，所述第三板材厚度大于第二板材。
本发明制备得到的低温过渡接头可用于解决低温环境工程中异种管道的连接质量问题，先通过爆炸焊接将第一板材层、过渡板层、第二板材层进行复合，然后采用惯性摩擦焊接将第二板材侧进行同材质焊接加工接长，以达到接头铝侧长度要求，本发明制备的低温过渡接头其综合力学性能好、耐用性高且焊接后气密性优良，氦检漏测试小于1.0*10- 9Pa.m3/s，各项性能指标均满足恶劣的低温工况环境使用要求，尤其适用于低温容器行业，液氮液氧等极端低温条件下使用。
本发明的有益效果：在低温环境中，设备与管路采用的材质不同，无法通过熔化焊的方式实现连接，因此需要通过过渡接头分别进行同种材质的焊接，最终实现管路与设备的可靠连接，从而使得本发明中的低温过渡接头能连接两种不同材质的设备和管路。
具体的，第一板材和第三板材之间设过渡板材和第二板材，其中过渡板的设置是因为第一板材与第二板材的材质不一致，直接通过爆炸焊接的方式存在一定的技术困难，因此需要借助过渡板材实现第一板材和第二板材的焊接，具体采用爆炸焊的方式，能保证焊接的密封性能；同时由于目前低温行业需求长度通常≥80mm，且要求第一板材的长度基本等于第二板材与第三板材长度之和(单侧40mm以上)，以便于后续工业焊接，因此对于低温过渡接头有长度要求的情况下，整个低温过渡接头如果都采用爆炸焊的话，爆炸焊由于有焊接厚度的技术瓶颈，对于焊接层的厚度不能超过12mm，因此需要多层多次爆炸焊接复合，才能使得低温焊接接头达到要求的长度，在这个过程中，技术难度高、工作复杂、加工周期长等问题的存在，并不适用工业化生产；而本发明通过在第三板材与过渡板材之间设有与第三板材的材质相同的第二板材，第二板材的厚度控制在爆炸焊接的厚度范围内，保证第一板/过渡板/第二板的复合板的焊接性能，然后再通过摩擦焊接的方式将第二板材与第三板材进行焊接接长，第三板材的长度就不受爆炸焊厚度瓶颈的要求，使得低温过渡接头达到产品要求的长度，在这个过程中，大大的节约加工周期、降低工作的复杂程度以及技术的难度，便于工业化的生产。
附图说明
图1是本发明提供的一种低温过渡接头的结构示意图。
附图标记：1.第一板材、2.第二板材、3.第三板材、4.钛板、5.纯铝板。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
一种低温过渡接头的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、以第一板材1作为基材，依次爆炸焊接过渡板和第一板材2，得到第一板/过渡板/第二板的复合板；
步骤二、对所述复合板第一板材2侧通过摩擦焊接第三板材3，得到满足产品长度要求的低温过渡接头；
所述第三板材3的材质与第一板材2的材质一致，所述第一板材2的厚度不超过12mm，所述第三板材3厚度大于第一板材2。
所述步骤一中，所述第一板材1为不锈钢板，所述第一板材2为铝合金板，所述过渡板为钛板4和纯铝板5，所述钛板4置于纯铝板5与第一板材1之间。
第一板材1作为基材的厚度为20-50mm，所述钛板4厚度为2±0.5mm，所述纯铝板5为2±0.5mm，所述铝合金板厚度为6-10mm。
所述步骤二中，复合板与第三板材3分别进行预处理，复合板与第三板材3分别作为旋转夹持端和轴向移动端，轴向移动端向旋转夹持端移动，第三板材3与复合板中第一板材2侧进行表面摩擦，逐步增大轴向顶锻力，接触摩擦一定时间后停止旋转，同时继续增大轴向压力，保压一段时间，得满足产品长度要求的低温过渡接头。
所述步骤二中，轴向顶锻力为2-2.5MPa，接触摩擦时间4-9s，轴向压力为3-4MPa保压3-8s。
所述步骤二中旋转夹持端的旋转速度为1000-1600r/min。
所述步骤二中摩擦焊接过程中，控制热量输入量，使得已爆炸复合界面最高温度不超过300℃。
所述步骤一中的爆炸焊的步骤包括：
S1、将第一板材1、过渡板和第一板材2的待焊接面进行表面抛光处理，中间过渡板需要两面抛光，达到满足爆炸复合工艺要求；
S2、将第一板材1水平放在平整的地基上，在第一板材1上依次设置间隙柱、过渡板、间隙柱、第一板材2以及保护层，间隙柱在板层上沿表面边缘和中间均匀布置；在保护层上铺设炸药层再引爆，将爆炸残余物以及保护层去除即获得复合坯料；
S3、将所述复合坯料先进行热处理和校平工序，再检测界面结合情况，标记出结合不良区域，切割加工出复合良好的棒状或管状工件用于低温接头制备。
通过该制备方法制备得到图1所示的一种低温过渡接头。
实施例一：
一种低温过渡接头的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、以不锈钢板作为基材，依次爆炸焊接过渡板和铝合金板，得到不锈钢/过渡板/铝合金板的复合板；
步骤二、对不锈钢/过渡板/铝合金板的复合板中的铝合金板一端与待焊接的第三板材进行摩擦焊接接长，以达到满足低温过渡接头产品长度要求。
在低温环境中，设备的一般采用铝合金制作，但是输出管路用不锈钢，铝合金与不锈钢无法通过熔化焊的方式进行连接，因此二者需要通过过渡接头分别进行同种材质的焊接，最终实现管路和设备的可靠连接；对于过渡接头有长度要求的情况下，爆炸焊由于有焊接厚度的技术瓶颈，因此需要多层多次爆炸焊接复合，在这个过程中，技术难度高、工作复杂、加工周期长等问题的存在，并不适用工业化生产；本发明通过爆炸焊将不锈钢板与过渡板焊接后，再通过摩擦焊与第三板材进行焊接接长，使得低温过渡接头达到产品要求的长度，在这个过程中，大大的节约加工周期、降低工作的复杂程度以及技术的难度，便于工业化的生产。
在本实施例中，所述复合板作为摩擦焊接的旋转夹持端且铝合金板一端朝外，待焊接的第三板材作为轴向移动工件向旋转夹持端移动，第三板材与复合板中铝合金板一端进行表面摩擦，逐步增大轴向顶锻力，接触摩擦后停止旋转，继续增大轴向压力，保压，得满足产品长度要求的低温过渡接头。
在本实施例中，所述步骤二中，轴向顶锻力为2MPa，接触摩擦时间为9s，轴向压力为3MPa保压8s。
在本实施例中，所述步骤二中旋转夹持端的旋转速度为1000r/min。
在本实施例中，所述步骤二中摩擦焊接过程中，控制热量输入量，使得已爆炸复合界面最高温度不超过300℃。
用于连接设备与管路的低温过渡接头要求在气密性方面的要求比普通环境中的要求更高，才能满足低温环境中的要求，在对复合板与第三板材摩擦焊接过程中，需要控制复合界面温度不超过300℃，才能保证低温过渡接头的焊接密封性。
在本实施例中，所述步骤一中，所述过渡板为钛板和纯铝板，所述钛板置于纯铝板与不锈钢板之间。
相比现有技术中过渡板为多层的情况，钛板和纯铝板作为过渡板，能在满足本发明要求的基础上，减少成本。
在本实施例中，不锈钢板作为基材的厚度为20mm，所述钛板厚度为1.8mm，所述纯铝板为1.5mm，所述铝合金板厚度为6mm。
在本实施例中，所述步骤一中的爆炸焊的步骤包括：
1)将不锈钢、钛板、纯铝板和铝合金板的待焊接面进行表面抛光处理，中间过渡层需要两面抛光，达到满足爆炸复合工艺要求；
2)将不锈钢板水平放在平整的地基上，沿不锈钢板表面边缘及中间均匀间隔布置间隙柱，并在间隙柱上放置一块钛板；接着在钛板上表面再间隔布置间隙柱，在间隙柱上放置纯铝板；然后在纯铝板上间隔布置间隙柱，在间隙柱上放置铝合金板；最后在铝合金板上铺设保护层，在保护层上铺设炸药层并通过雷管引爆，将爆炸残余物以及保护层去除即获得铝钛不锈钢复合坯料；
3)将步骤2)中制备好的铝钛不锈钢复合坯料先进行热处理和校平工序，其次采用超声波检测界面结合情况，标记画出结合不良区域，最后通过机械冷加工方式切割加工出复合良好的铝钛不锈钢棒状或管状工件用于低温接头制备。
本发明中，不锈钢板、钛板、纯铝板以及铝合金板依次接触，在满足不锈钢管路与铝合金设备可靠连接的基础上，降低了低温过渡接头的成本。
对上述制备方法制备得到的一种低温过渡接头进行性能测试结果如表1所示。
实施例二：
一种低温过渡接头的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、以不锈钢板作为基材，依次爆炸焊接过渡板和铝合金板，得到不锈钢/过渡板/铝合金板的复合板；
步骤二、对不锈钢/过渡板/铝合金板的复合板中的铝合金板一端与待焊接的第三板材进行摩擦焊接接长，以达到满足低温过渡接头产品长度要求。
在低温环境中，设备的一般采用铝合金制作，但是输出管路用不锈钢，铝合金与不锈钢无法通过熔化焊的方式进行连接，因此二者需要通过过渡接头分别进行同种材质的焊接，最终实现管路和设备的可靠连接；对于过渡接头有长度要求的情况下，爆炸焊由于有焊接厚度的技术瓶颈，因此需要多层多次爆炸焊接复合，在这个过程中，技术难度高、工作复杂、加工周期长等问题的存在，并不适用工业化生产；本发明通过爆炸焊将不锈钢板与过渡板焊接后，再通过摩擦焊与第三板材进行焊接接长，使得低温过渡接头达到产品要求的长度，在这个过程中，大大的节约加工周期、降低工作的复杂程度以及技术的难度，便于工业化的生产。
在本实施例中，所述复合板作为摩擦焊接的旋转夹持端且铝合金板一端朝外，待焊接的第三板材作为轴向移动工件向旋转夹持端移动，第三板材与复合板中铝合金板一端进行表面摩擦，逐步增大轴向顶锻力，接触摩擦后停止旋转，继续增大轴向压力，保压，得满足产品长度要求的低温过渡接头。
在本实施例中，所述步骤二中，轴向顶锻力为2.2MPa，接触摩擦时间6s，轴向压力为3.5MPa保压5s。
在本实施例中，所述步骤二中旋转夹持端的旋转速度为1300r/min。
旋转速度低于1000r/min或者高于1600r/min，均会造成焊接不到位引起的密封性问题和焊接质量问题。在本发明中记载的1000-1600r/min的旋转速度下，可以进一步的保证焊接的质量。
在本实施例中，所述步骤二中摩擦焊接过程中，控制热量输入量，使得已爆炸复合界面最高温度不超过300℃。
在本实施例中，所述步骤一中，所述过渡板为钛板和纯铝板，所述钛板置于纯铝板与不锈钢板之间。
相比现有技术中过渡板为多层的情况，钛板和纯铝板作为过渡板，能在满足本发明要求的基础上，减少成本。
在本实施例中，不锈钢板作为基材的厚度为40mm，所述钛板厚度为2mm，所述纯铝板为2mm，所述铝合金板厚度为8mm。
由于爆炸焊的焊接厚度瓶颈，钛板、纯铝板和铝合金板的厚度都有一定的要求，才能保证爆炸焊的焊接质量。
在本实施例中，所述步骤一中的爆炸焊的步骤包括：
1)将不锈钢、钛板、纯铝板和铝合金板的待焊接面进行表面抛光处理，中间过渡层需要两面抛光，达到满足爆炸复合工艺要求；
2)将不锈钢板水平放在平整的地基上，沿不锈钢板表面边缘及中间均匀间隔布置间隙柱，并在间隙柱上放置一块钛板；接着在钛板上表面再间隔布置间隙柱，在间隙柱上放置纯铝板；然后在纯铝板上间隔布置间隙柱，在间隙柱上放置铝合金板；最后在铝合金板上铺设保护层，在保护层上铺设炸药层并通过雷管引爆，将爆炸残余物以及保护层去除即获得铝钛不锈钢复合坯料；
3)将步骤2)中制备好的铝钛不锈钢复合坯料先进行热处理和校平工序，其次采用超声波检测界面结合情况，标记画出结合不良区域，最后通过机械冷加工方式切割加工出复合良好的铝钛不锈钢棒状或管状工件用于低温接头制备。
本发明中，不锈钢板、钛板、纯铝板以及铝合金板依次接触，在满足不锈钢管路与铝合金设备可靠连接的基础上，降低了低温过渡接头的成本。
对实施例二中制备方法制备得到的一种低温过渡接头进行性能测试结果如表1所示。
实施例三：
一种低温过渡接头的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、以不锈钢板作为基材，依次爆炸焊接过渡板和铝合金板，得到不锈钢/过渡板/铝合金板的复合板；
步骤二、对不锈钢/过渡板/铝合金板的复合板中的铝合金板一端与待焊接的第三板材进行摩擦焊接接长，以达到满足低温过渡接头产品长度要求。
在低温环境中，设备的一般采用铝合金制作，但是输出管路用不锈钢，铝合金与不锈钢无法通过熔化焊的方式进行连接，因此二者需要通过过渡接头分别进行同种材质的焊接，最终实现管路和设备的可靠连接；对于过渡接头有长度要求的情况下，爆炸焊由于有焊接厚度的技术瓶颈，因此需要多层多次爆炸焊接复合，在这个过程中，技术难度高、工作复杂、加工周期长等问题的存在，并不适用工业化生产；本发明通过爆炸焊将不锈钢板与过渡板焊接后，再通过摩擦焊与第三板材进行焊接接长，使得低温过渡接头达到产品要求的长度，在这个过程中，大大的节约加工周期、降低工作的复杂程度以及技术的难度，便于工业化的生产。
在本实施例中，所述复合板作为摩擦焊接的旋转夹持端且铝合金板一端朝外，待焊接的第三板材作为轴向移动工件向旋转夹持端移动，第三板材与复合板中铝合金板一端进行表面摩擦，逐步增大轴向顶锻力，接触摩擦后停止旋转，继续增大轴向压力，保压，得满足产品长度要求的低温过渡接头。
在本实施例中，所述步骤二中，轴向顶锻力为2.5MPa，接触摩擦时间4s，轴向压力为4MPa保压3s。
在本实施例中，所述步骤二中旋转夹持端的旋转速度为1600r/min。
旋转速度低于1000r/min或者高于1600r/min，均会造成焊接不到位引起的密封性问题和焊接质量问题。在本发明中记载的1000-1600r/min的旋转速度下，可以进一步的保证焊接的质量。
在本实施例中，所述步骤二中摩擦焊接过程中，控制热量输入量，使得已爆炸复合界面最高温度不超过300℃。
在本实施例中，所述步骤一中，所述过渡板为钛板和纯铝板，所述钛板置于纯铝板与不锈钢板之间。
相比现有技术中过渡板为多层的情况，钛板和纯铝板作为过渡板，能在满足本发明要求的基础上，减少成本。
在本实施例中，不锈钢板作为基材的厚度为50mm，所述钛板厚度为2.5mm，所述纯铝板为2.5mm，所述铝合金板厚度为10mm。
由于爆炸焊的焊接厚度瓶颈，钛板、纯铝板和铝合金板的厚度都有一定的要求，才能保证爆炸焊的焊接质量。
在本实施例中，所述步骤一中的爆炸焊的步骤包括：
1)将不锈钢、钛板、纯铝板和铝合金板的待焊接面进行表面抛光处理，中间过渡层需要两面抛光，达到满足爆炸复合工艺要求；
2)将不锈钢板水平放在平整的地基上，沿不锈钢板表面边缘及中间均匀间隔布置间隙柱，并在间隙柱上放置一块钛板；接着在钛板上表面再间隔布置间隙柱，在间隙柱上放置纯铝板；然后在纯铝板上间隔布置间隙柱，在间隙柱上放置铝合金板；最后在铝合金板上铺设保护层，在保护层上铺设炸药层并通过雷管引爆，将爆炸残余物以及保护层去除即获得铝钛不锈钢复合坯料；
3)将步骤2)中制备好的铝钛不锈钢复合坯料先进行热处理和校平工序，其次采用超声波检测界面结合情况，标记画出结合不良区域，最后通过机械冷加工方式切割加工出复合良好的铝钛不锈钢棒状或管状工件用于低温接头制备。
本发明中，不锈钢板、钛板、纯铝板以及铝合金板依次接触，在满足不锈钢管路与铝合金设备可靠连接的基础上，降低了低温过渡接头的成本。
对实施例三中制备方法制备得到的一种低温过渡接头进行性能测试结果如表1所示。
对比例一：
与实施例一相比，区别点如下：所述步骤二中，轴向顶锻力为1.5MPa，接触摩擦时间为12s，轴向压力为2MPa保压10s。步骤二中旋转夹持端的旋转速度为850r/min。
对比例一中制备方法制备得到的一种低温过渡接头进行性能测试结果如表1所示。
对比例二：
与实施例一相比，区别点如下：所述步骤二中，轴向顶锻力为3MPa，接触摩擦时间为2s，轴向压力为5MPa保压2s。步骤二中旋转夹持端的旋转速度为1800r/min。步骤二中摩擦焊复合界面温度超过300℃。
对比例二中制备方法制备得到的一种低温过渡接头进行性能测试结果如表1所示。
表1低温过渡接头性能测试结果
根据表1可知，在本发明记载的技术方案中，轴向顶锻力使得工件之间接触面积增加，同时排除焊接接头中的气体和杂质，使得低温过渡接头综合力学性能好、耐用性高且焊接后气密性优良，氦检漏测试小于1.0*10-9Pa.m3/s，各项性能指标均满足恶劣的低温工况环境使用要求，尤其适用于低温容器行业，液氮液氧等极端低温条件下使用。旋转速度低于1000r/min或者高于1600r/min，均会造成焊接不到位引起的密封性问题和焊接质量问题。在本发明中记载的1000-1600r/min的旋转速度下，可以进一步的保证焊接的质量。
本发明相比仅采用爆炸焊接复合方法，不仅极大程度上显著降低了爆炸复合技术难度，还显著缩短了产品生产制造周期。
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 (9)
1.一种低温过渡接头的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一、以第一板材作为基材，依次爆炸焊接过渡板和第二板材，得到第一板/过渡板/第二板的复合板；
步骤二、对所述复合板第二板材侧通过摩擦焊接第三板材，得到满足产品长度要求的低温过渡接头；
所述第三板材的材质与第二板材的材质一致，所述第二板材的厚度不超过12mm，所述第三板材厚度大于第二板材。
2.根据权利要求1所述的一种低温过渡接头的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述第一板材为不锈钢板，所述第二板材为铝合金板，所述过渡板为钛板和纯铝板，所述钛板置于纯铝板与第一板材之间。
3.根据权利要求2所述的一种低温过渡接头的制备方法，其特征在于，第一板材作为基材的厚度为20-50mm，所述钛板厚度为2±0.5mm，所述纯铝板为2±0.5mm，所述铝合金板厚度为6-10mm。
4.根据权利要求1所述的一种低温过渡接头的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，复合板与第三板材分别进行预处理，复合板与第三板材分别作为旋转夹持端和轴向移动端，轴向移动端向旋转夹持端移动，第三板材与复合板中第二板材侧进行表面摩擦，逐步增大轴向顶锻力，接触摩擦一定时间后停止旋转，同时继续增大轴向压力，保压一段时间，得满足产品长度要求的低温过渡接头。
5.根据权利要求4所述的一种低温过渡接头的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，轴向顶锻力为2-2.5MPa，接触摩擦时间4-9s，轴向压力为3-4MPa保压3-8s。
6.根据权利要求4所述的一种低温过渡接头的制备方法，其特征在于，所述步骤二中旋转夹持端的旋转速度为1000-1600r/min。
7.根据权利要求1所述的一种低温过渡接头的制备方法，其特征在于，所述步骤二中摩擦焊接过程中，控制热量输入量，使得已爆炸复合界面最高温度不超过300℃。
8.根据权利要求1所述的一种低温过渡接头的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的爆炸焊的步骤包括：
S1、将第一板材、过渡板和第二板材的待焊接面进行表面抛光处理，中间过渡板需要两面抛光，达到满足爆炸复合工艺要求；
S2、将第一板材水平放在平整的地基上，在第一板材上依次设置间隙柱、过渡板、间隙柱、第二板材以及保护层，间隙柱在板层上沿表面边缘和中间均匀布置；在保护层上铺设炸药层再引爆，将爆炸残余物以及保护层去除即获得复合坯料；
S3、将所述复合坯料先进行热处理和校平工序，再检测界面结合情况，标记出结合不良区域，切割加工出复合良好的棒状或管状工件用于低温接头制备。
9.一种低温过渡接头，其特征在于，采用权利要求1-8中任意一项所述的一种低温过渡接头的制备方法制备，所述低温过渡接头包括依次连接的第一板材层、过渡板层、第二板材层以及第三板材层，所述第三板材的材质与第二板材的材质一致，所述第二板材的厚度不超过12mm，所述第三板材厚度大于第二板材。
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