CN1876307A - 管板摩擦焊接方法 - Google Patents
管板摩擦焊接方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1876307A CN1876307A CN 200610086611 CN200610086611A CN1876307A CN 1876307 A CN1876307 A CN 1876307A CN 200610086611 CN200610086611 CN 200610086611 CN 200610086611 A CN200610086611 A CN 200610086611A CN 1876307 A CN1876307 A CN 1876307A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mandrel
- friction
- conduit
- welding
- tube sheet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 2
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003500 flue dust Substances 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
一种管板摩擦焊接方法,具有工艺简单、焊缝质量高、焊缝残余应力低等特点,可用于包括铝合金、镁合金、铜及铜合金等各种有色金属和钢的焊接。
Description
技术领域
本发明属于焊接领域,具体地说涉及一种管板摩擦焊接方法。
背景技术
摩擦焊(friction welding)是一种压焊方法,它是在外力作用下,利用焊件接触面之间的相对摩擦运动和塑性流动所产生的热量,使接触面及其近区金属达到粘塑性状态并产生适当的宏观塑性变形,通过两侧材料间的相互扩散和动态再结晶而完成焊接的。
目前来说,在各类压力容器中,例如航天贮箱,由于各种原因要在容器表面安装各种管,这些管通常采用常规熔化焊接的方法进行焊接,例如手工电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等,接头形式一般采用角焊缝或平板翻边后与管进行对接焊。对于角焊缝连接,一方面在焊缝附近的材质因焊接热循环的影响会造成性能下降,而且焊接管板角焊缝焊接条件差,拘束度高,受力情况复杂,易产生未焊透、裂纹等缺陷,另一方面焊接残余应力比较大,这些因素使接管区成为容器中最薄弱的地方。如果采用翻边对焊,工艺比较复杂,对于一些材料翻边时容易形成表面裂纹,影响焊接质量。另外对于某些轻质合金(主要是铝合金),这些常规焊接方法的缺点是在焊接铝合金的过程中,由于焊前清理、冶金及焊接方法本身等原因,容易在焊缝中产生气孔,在焊接应力的作用下容易产生裂纹等焊缝缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有管板焊接技术存在的不足,提供一种工艺简单、焊缝质量高、焊缝残余应力低的管板摩擦焊接方法。
为了实现上述目的,本发明包括如下步骤:
(1)在需要焊接管的容器外壁加工一个锥形孔,将导管的一端加工为锥形,使加工的锥孔和管相配合,在待焊壁板的背部固定一个背部支撑垫板,用来抵抗焊接过程中的摩擦压力和顶锻压力及强制焊缝成形;
(2)在导管内部穿上芯轴,在芯轴的一端用螺母将芯轴和导管紧固在一起,将芯轴的另一端固定在一个旋转装置上以2000~5000r/min的速度旋转;
(3)在芯轴的带动下导管一边摩擦工进,一边以2000~5000r/min的速度旋转,使得导管和壁板上锥形摩擦界面紧密接触产生充分的摩擦热,经过0.5~5s,高速旋转的芯轴迅速制动急停;
(4)顶锻保压,通过芯轴施加轴向压力,使导管和容器壁板锥形摩擦界面保持50~200MPa的轴向顶锻压力,以获得高质量的接头;
(5)将超过板内表面管的多余部分去除、磨平,经检测完成焊接。
可应用本发明的材料包括铝合金、镁合金、铜及铜合金等各种有色金属和钢。
与以往的管板熔焊方法相比,本发明具有如下优点:
(1)采用固相工艺,没有母材金属熔化,焊缝残余应力低、残余变形小;
(2)改善焊缝的力学性能、疲劳强度、断裂韧性和接头塑性;
(3)焊接参数可以精确控制,工艺稳定性和再现性高;
(4)机械原理简单、能量利用率高;
(5)绿色环保,焊接过程不产生烟尘。
附图说明
图1为本发明第一个实施例的结构示意图;
图2为图1中芯轴和管未组合在一起前的结构示意图;
图3为本发明第二个实施例的结构示意图;
图4为利用本发明焊接接头的宏观金相组织照片(6.5X);
图5为利用本发明焊接焊缝观金相组织图(150X)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明:
如图1和图2所示为本发明第一个实施例,第一阶段先在待焊平板1上待焊接管的部位加工一个孔,孔的形状是影响焊接的质量的一个因素,该孔可以全深度倒角也可以部分倒角,倒角的角度可以取10°~30°,孔的内径D1稍大于管外径D2,便于导管从孔中穿过,导管2的一端也要加工一个锥形的面,锥角的取值范围为10°~60°,管的外径D2=12mm~50mm;在壁板1的背面安装一个背面垫板3;在导管内部穿上芯轴5,在芯轴5的一端用螺母4将芯轴5和导管2紧固在一起。第二阶段为摩擦加热阶段,芯轴5的另一端加工一个凹槽6,便于固定在摩擦焊机夹头上施加轴向力,摩擦焊机通过芯轴带动导管一边摩擦工进,一边高速旋转,壁板上加工出的孔和导管2锥形表面相互紧密接触,产生充分的摩擦热,接触界面的温度升高,接触面及其近区金属达到粘塑性状态并产生适当的宏观塑性变形,在此过程中,背部垫板3用来支撑施加的摩擦压力,采用的摩擦焊工艺参数为:
主轴转速N=1500~5000r/min
摩擦压力P1=10~100KN
摩擦加热时间T1=1~5s
摩擦变形量L=1~10mm;
第三阶段进入急停制动阶段,在该阶段导管转速迅速从工作速度下降到零,急停时间影响接头变形层厚度和焊接质量,一般要求急停时间T2<0.2s;第四阶段为顶锻保压阶段,是指在急停制动后保持施加到摩擦面上的轴向力,顶锻压力作用是挤出摩擦塑性变形层中的氧化物和其他有害夹杂,并使焊缝得到锻压,结合牢靠,晶粒细化,有助于于形成致密良好的焊缝,采用的工艺参数为:
顶锻压力P2=15~100KN
顶锻保压时间T3=2s~20s
最后将超过平板内表面管的多余的部分去除、磨平、检测、完成焊接。
背部支撑垫板3是影响摩擦焊接质量的一个关键因素,一方面它用来抵抗焊接过程中的摩擦压力和顶锻压力,并且要储存焊缝背面挤出飞边,因此,其深度、直径和形状对于形成一个无缺陷的焊缝非常重要,其结构要针对每一个情况进行优化设计,设计依据主要是焊接参数、管/孔结构、工件厚度等。一般情况下背面支撑垫板孔直径D3要大于管的外径D2,尺寸为D3=D2(管外径)+(0.1~1)mm,背面支撑垫板上的孔一般要加工一个倒角或凹槽,用来储存塑性流动的金属,其中倒角的角度可以取值10°~20°。
如图3所示为本发明的第二个实施例,其与第一个实施例的区别仅在于待焊板1为弧形板。
如图4所示,为管板摩擦焊接接头的宏观金相组织(6.5X),其中7为壁板一侧的金相组织,8为管一侧的金相组织,其中管和板的材料都是2014铝合金,材料状态为淬火+人工时效。
如图5所示,管板摩擦焊接焊缝金相组织(150X),焊缝金属晶粒细小,焊缝内部无任何缺陷。
Claims (3)
1.一种管板摩擦焊接方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)在需要焊接管的容器外壁加工一个锥形孔,将导管(2)的一端加工为锥形,使加工的锥孔和管相配合,在待焊壁板(1)的背部固定一个背部支撑垫板(3),用来抵抗焊接过程中的摩擦压力和顶锻压力及强制焊缝成形;
(2)在导管内部穿上芯轴(5),在芯轴(5)的一端用螺母(4)将芯轴(5)和导管(2)紧固在一起,将芯轴(5)的另一端固定在一个旋转装置上以2000~5000r/min的速度旋转;
(3)在芯轴(5)的带动下导管(2)一边摩擦工进,一边以2000~5000r/min的速度旋转,使得导管(2)和壁板(1)上锥形摩擦界面紧密接触产生充分的摩擦热,经过0.5~5s,高速旋转的芯轴(5)迅速制动急停;
(4)顶锻保压,通过芯轴(5)施加轴向压力,使导管(2)和容器壁板(1)锥形摩擦界面保持50~200MPa的轴向顶锻压力,以获得高质量的接头;
(5)将超过板内表面管的多余部分去除、磨平,经检测完成焊接。
2.根据权利要求1所述的管板摩擦焊接方法,其特征在于:所述的背部垫板(3)用来支撑施加的摩擦压力,采用的摩擦焊工艺参数为:
主轴转速N=1500~5000r/min
摩擦压力P1=10~100KN
摩擦加热时间T1=1~5s
摩擦变形量L=1~10mm。
3.根据权利要求1所述的管板摩擦焊接方法,其特征在于:所述的锥形孔可以全深度倒角也可以部分倒角,倒角的角度可以取10°~30°,孔的内径D1稍大于管外径D2,便于导管从孔中穿过,导管(2)的一端也要加工一个锥形的面,锥角的取值范围为10°~60°。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB2006100866118A CN100417487C (zh) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | 管板摩擦焊接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB2006100866118A CN100417487C (zh) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | 管板摩擦焊接方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1876307A true CN1876307A (zh) | 2006-12-13 |
CN100417487C CN100417487C (zh) | 2008-09-10 |
Family
ID=37508959
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNB2006100866118A Expired - Fee Related CN100417487C (zh) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | 管板摩擦焊接方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN100417487C (zh) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103717342A (zh) * | 2011-08-09 | 2014-04-09 | 洛克希德马丁公司 | 用于摩擦搅拌焊接热交换器的管端部的方法和装置 |
CN104942428A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-09-30 | 西南石油大学 | 一种液压缸摩擦焊接的生产工艺 |
CN105397280A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-03-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种管板结构的同步胀接摩擦钎焊方法 |
CN105414738A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-03-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种环形槽辅助强化管板摩擦形变扩散焊接方法 |
CN105414740A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-03-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种管板结构胀焊一体化的固相扩散连接方法 |
CN105980095A (zh) * | 2013-08-26 | 2016-09-28 | 洛克希德马丁公司 | 使用管状砧将管摩擦搅拌焊接至元件的方法及通过该方法制造的结构 |
CN107971624A (zh) * | 2017-11-22 | 2018-05-01 | 浙江理工大学 | 一种钢板和铝板的t型连接方法 |
CN108757691A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-11-06 | 苏州鑫金茂金属科技有限公司 | 一种钣金件上铜质压铆螺母柱的焊接方法 |
CN111015110A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-17 | 西部金属材料股份有限公司 | 一种难变形金属管件的制备方法 |
CN113305416A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-08-27 | 东风商用车有限公司 | 一种管板焊横梁及其制造方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4117594A1 (de) * | 1991-05-29 | 1991-10-24 | Zahnradfabrik Friedrichshafen | Reibschweissverbund zwischen rohr und platte |
JP2001287050A (ja) * | 2000-04-11 | 2001-10-16 | Nippon Stud Welding Co Ltd | パイプと板材との摩擦圧接方法及びこの摩擦圧接方法で製造されたパイプ付き板材 |
EP1222990A1 (en) * | 2000-12-22 | 2002-07-17 | SCAGLIA S.p.A. | Method and machine for manufacturing metallic spools by means of friction welding |
US7017792B2 (en) * | 2001-02-02 | 2006-03-28 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Integrated piping plate, machining method for same, machining apparatus for same, and machining equipment for same |
-
2006
- 2006-06-23 CN CNB2006100866118A patent/CN100417487C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103717342A (zh) * | 2011-08-09 | 2014-04-09 | 洛克希德马丁公司 | 用于摩擦搅拌焊接热交换器的管端部的方法和装置 |
CN105980095A (zh) * | 2013-08-26 | 2016-09-28 | 洛克希德马丁公司 | 使用管状砧将管摩擦搅拌焊接至元件的方法及通过该方法制造的结构 |
CN105980095B (zh) * | 2013-08-26 | 2019-01-15 | 洛克希德马丁公司 | 使用管状砧将管摩擦搅拌焊接至元件的方法及通过该方法制造的结构 |
US10113815B2 (en) | 2013-08-26 | 2018-10-30 | Lockheed Martin Corporation | Method of friction stir welding a tube to an element using a tubular anvil; structure manufactured by this method |
CN104942428A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-09-30 | 西南石油大学 | 一种液压缸摩擦焊接的生产工艺 |
CN105414740B (zh) * | 2015-12-30 | 2017-11-03 | 哈尔滨工业大学 | 一种管板结构胀焊一体化的固相扩散连接方法 |
CN105414740A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-03-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种管板结构胀焊一体化的固相扩散连接方法 |
CN105414738A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-03-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种环形槽辅助强化管板摩擦形变扩散焊接方法 |
CN105397280A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-03-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种管板结构的同步胀接摩擦钎焊方法 |
CN107971624A (zh) * | 2017-11-22 | 2018-05-01 | 浙江理工大学 | 一种钢板和铝板的t型连接方法 |
CN108757691A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-11-06 | 苏州鑫金茂金属科技有限公司 | 一种钣金件上铜质压铆螺母柱的焊接方法 |
CN111015110A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-17 | 西部金属材料股份有限公司 | 一种难变形金属管件的制备方法 |
CN111015110B (zh) * | 2019-12-23 | 2021-01-08 | 西部金属材料股份有限公司 | 一种难变形金属管件的制备方法 |
CN113305416A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-08-27 | 东风商用车有限公司 | 一种管板焊横梁及其制造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN100417487C (zh) | 2008-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100417487C (zh) | 管板摩擦焊接方法 | |
Mehta et al. | Influence of tool design and process parameters on dissimilar friction stir welding of copper to AA6061-T651 joints | |
Bakavos et al. | Effect of reduced or zero pin length and anvil insulation on friction stir spot welding thin gauge 6111 automotive sheet | |
CN107803583B (zh) | 一种拉拔式惯性摩擦焊接方法及装置 | |
Ahmed et al. | Development and testing of fixtures for friction stir welding of thin aluminium sheets | |
Doos et al. | Experimental study of friction stir welding of 6061-T6 aluminum pipe | |
WO2014130190A1 (en) | Friction spot welding and friction seam welding | |
Sen et al. | Micro-friction stir welding (μFSW)–a review | |
CN113523534A (zh) | 一种实现异种材料连接的增材法搅拌摩擦焊接工艺 | |
Vyas et al. | Processing and evaluation of dissimilar Al-SS friction welding of pipe configuration: nondestructive inspection, properties, and microstructure | |
CN109483042B (zh) | 一种自锁式摩擦塞补焊方法 | |
CN109967855B (zh) | 一种抑制焊缝减薄并增厚焊缝的搅拌摩擦焊方法 | |
Başak et al. | Application of burnishing process on friction stir welding and investigation of the effect of burnishing process on the surface roughness, hardness and strength | |
Mohan et al. | A review on friction stir welded T-joint | |
JP2007222899A (ja) | 異種金属部材の摩擦攪拌接合方法 | |
Lu et al. | Optimizing ultrasonic plus resistance spot welding for dissimilar metal joining | |
Ahmed et al. | On increasing productivity of micro-friction stir welding with aid of tool shoulder micro-features | |
Zhang et al. | Friction stir welding | |
Suwarsono et al. | Mechanical properties of friction stir lap welding (FSLW) on dissimilar aluminum sheet A1100 and A1050 | |
Barrak et al. | Friction Stir Spot Welding Of Pure Copper (C11000) With Pre-Holed Threaded Aluminum Alloys (AA5052) | |
Arun et al. | To design and construct a friction welding attachment on lathe, conduct experiment and to study about mechanical behavior of friction welded joints of aluminum rods | |
Cao et al. | Tensile strength of friction stir spot welded dissimilar AA5754-to-AZ31B alloys | |
ABD AL-SAHB et al. | A COMPREHENSIVE REVIEW OF DEVELOPMENTS IN FRICTION STIR WELDING (FSW) AND FRICTION STIR SPOT WELDING (FSSW) PROCESSES. | |
Kimapong et al. | Friction Stir Welding Tool Geometries Affecting Tensile Strength of AA6063-T1 Aluminum Alloy Butt Joint | |
Kalashnikov et al. | Influence of tribological interaction conditions on the material transfer process during adhesive friction between Al-alloy and high-speed tool steel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: TIANJIN AEROSPACE HYDRAUMATIC EQUIPMENT Co.,Ltd. Assignor: CAPITAL AEROSPACE MACHINERY Co. Contract record no.: 2010120000050 Denomination of invention: Tube sheet friction welding method Granted publication date: 20080910 License type: Exclusive License Open date: 20061213 Record date: 20100505 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080910 |