CN204771123U - 摩擦叠焊用塞棒 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种摩擦叠焊用塞棒，其是由顶端夹持部、中间过渡部以及底端摩擦填充部一体成型的棒体；其是由顶端夹持部、中间过渡部以及底端摩擦填充部一体成型的棒；顶端夹持部呈圆柱体；所述中间过渡部为直径大于顶端夹持部圆柱体直径的圆柱体；所述底端摩擦填充部为锥形体，该锥形体顶端直径与中间过渡部圆柱体直径相同，锥形体末端为一体成型的球形体。可以有效降低水下维修作业成本、提高修复质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及摩擦叠焊用工具，尤其涉及一种适用于干式与湿式摩擦叠焊作业的摩擦叠焊用塞棒。
背景技术
海洋钢结构的水下连接方法分为三类，即机械连接器、电弧焊接和固相焊接。机械连接器结构简单、相对便宜、安装迅速且连接质量与水深无关，但是其在长期可靠性方面存在缺陷，因此其应用受到限制。电弧焊接分为湿式焊接、局部干式焊接、干式高压焊接和干式常压焊接。湿式焊接、局部干式焊接接头质量较差，通常用于浅水、非重要结构修复。干式高压焊接可以获得高质量的焊缝，目前广泛应用的水下干式维修系统，通常采用轨道式钨极氩弧焊接，但是因为电弧稳定性较低，一般用于300m水深以上。钨极氩弧焊接的变异方式是等离子弧焊接以及熔化极气体保护焊接，这两种焊接方法可以实现1000m水深以深压力下的焊接，但是，存在实施成本高昂和难以实现全自动化的问题，并且难以应用于海底管道之外的海洋平台等其它钢结构的维修。干式常压焊接成本高于干式高压焊接成本，难以推广应用。属于固相焊接的爆炸焊接，因为对于实施安全性的担心，未能推广应用。同样属于固相焊接的摩擦焊接，则在海洋工程之中得到了比较广泛的应用，例如，摩擦螺柱焊设备在水下遥控机器人的支持下，完成了水深接近400米的海底立管阳极附件焊接。但是，这种摩擦焊接只能完成类似螺柱连接的简单任务，不能完成海底管道破损、海洋平台裂纹的修复等复杂任务。
为了降低水下维修作业成本、提高修复质量，特别是适应海洋石油开发已经进入超深水域的需要，本行业研发了摩擦叠焊方法。本实用新型摩擦叠焊用塞棒是为这种新型焊接方法提供的必备工具。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种摩擦叠焊用塞棒，是摩擦叠焊方法必备工具，可以有效降低水下维修作业成本、提高修复质量。
本实用新型的具体技术方案是：
本实用新型摩擦叠焊用塞棒，其特征在于，其是由顶端夹持部、中间过渡部以及底端摩擦填充部一体成型的棒体。
前述的摩擦叠焊用塞棒，其中，所述顶端夹持部呈圆柱体；所述中间过渡部为直径大于顶端夹持部圆柱体直径的圆柱体；所述底端摩擦填充部为锥形体，该锥形体顶端直径与中间过渡部圆柱体直径相同，锥形体末端为一体成型的球形体。
前述的摩擦叠焊用塞棒，其中，所述底端摩擦填充部的长度大于预制孔深度，底端摩擦填充部的锥形体锥度小于预制孔的锥度，底端摩擦填充部球形体的尺寸小于预制孔尺寸。
前述的摩擦叠焊用塞棒，其中，所述预制孔的深度大于裂纹深度，预制孔直径为8～30mm。
本实用新型摩擦叠焊用塞棒的有益效果是：可以通过塞棒几何尺寸的设计，控制焊接质量，从而满足不同焊接要求；塞棒顶端夹持部设成为圆柱体，可便于焊机主轴头夹具的夹持；塞棒中间过渡部设成圆柱体，便于摩擦焊接结束后的顶锻阶段施加顶锻压力；塞棒底端的摩擦填充部由锥形体和球形体构成，便于在摩擦阶段从塞棒上剥离下来的材料与预制孔内壁充分接触，形成接合良好的单元，提高修复质量。
附图说明
图1为本实用新型摩擦叠焊用塞棒整体结构示意图。
图中主要标号说明：1顶端夹持部、2中间过渡部、3底端摩擦填充部。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明。
本实用新型摩擦叠焊用塞棒使用时的操作步骤，如图1所示：(1)首先根据焊接具体要求确定塞棒材料和塞棒尺寸；(2)依据塞棒尺寸制定焊接工艺参数，如压力与转速等；(3)焊接时夹具夹持塞棒顶端夹持部1，塞棒底端摩擦填充部3的锥形体和锥形体顶端球形体与母材预制孔内壁进行接触摩擦生热，进而塑性变形；(4)当塞棒底端摩擦填充部填满母材预制孔后，塞棒的中间过渡部2进行顶锻，从而完成摩擦叠焊单个单元焊接过程。
实施例一：
1、某采油平台水下一处加强筋出现裂纹，经探伤测定，该裂纹深度约为20至25mm，长度为100mm左右。已知该加强筋材料为DH36船用高强钢，根据对该处加强筋对整体结构物的重要性评定及业主要求，本次焊接中塞棒采用DH36船用高强钢。
2、根据裂纹大小确定预制孔尺寸：由于裂纹深度为20至25mm，选取预制孔深度30mm；由于裂纹长度100mm，同时考虑工作效率和焊缝性能等，选取预制孔上部直径23mm。预制孔形状与塞棒相似，为锥形孔，锥度为30°，底部为直径10mm的过渡圆弧；预制孔应确保可以覆盖已知裂纹及潜在裂纹全部。
3、根据预制孔尺寸确定塞棒尺寸：塞棒底部球形体直径为9mm，锥形体锥度为25°；根据填充体积估计并适当放大，确定底端摩擦填充部长度为43mm；塞棒的中间过渡部圆柱体直径为26mm，圆柱体长度16mm；顶端夹持部圆柱体直径为16mm，长度为50mm。
4、在裂纹起始处按预制孔尺寸进行预钻孔，然后由焊接设备的主轴头带动塞棒旋转并轴向进给，开始第一单元焊接；其焊接参数根据塞棒尺寸而定：旋转速度为7000rpm，轴向进给速度为120mm/min，轴向压力为5MPa；完成第一单元焊接后，将塞棒凸出结构物的部分切除，然后进行第二个单元的焊接；第二单元焊接中所钻预制孔位置沿裂纹方向并与第一个单元保证30％左右的重合度，其余操作与第一个单元焊接完全一样；不断重复此操作直到将裂纹完全覆盖，即完成叠焊过程。
5、对实验室焊接得到的摩擦叠焊焊接接头进行力学性能测试知，接头性能达到了母材的力学性能，满足焊接要求。
本实用新型摩擦叠焊用塞棒的优点：1、可根据焊接具体应用场合，依据不同的力学性能需求制备不同材料的塞棒。2、底端摩擦填充部由球形体和与锥形体组成，便于在摩擦阶段从塞棒上剥离下来的材料与预制孔内壁充分接触，创造出摩擦焊成形所需的两个最主要条件：高温和高压，这样才更容易形成接合良好的单元。3、中间过渡部的圆柱形体可使顶锻过程施加压力更充分。4、顶端夹持部为圆柱体，几何形状简单，易于主轴头夹具夹持。5、可适用于干式与湿式摩擦叠焊过程，适用范围广。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种摩擦叠焊用塞棒，其特征在于，其是由顶端夹持部、中间过渡部以及底端摩擦填充部一体成型的棒；顶端夹持部呈圆柱体；所述中间过渡部为直径大于顶端夹持部圆柱体直径的圆柱体；所述底端摩擦填充部为锥形体，该锥形体顶端直径与中间过渡部圆柱体直径相同，锥形体末端为一体成型的球形体。
2.根据权利要求1所述的摩擦叠焊用塞棒，其特征在于，所述底端摩擦填充部的长度大于预制孔深度，底端摩擦填充部锥形体的锥度小于预制孔的锥度，底端摩擦填充部球形体的尺寸小于预制孔尺寸。
3.根据权利要求2所述的摩擦叠焊用塞棒，其特征在于，所述预制孔的深度大于裂纹深度，预制孔直径为8～30毫米。
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| CN109396743A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-03-01 | 国网天津市电力公司电力科学研究院 | 一种适用于特高压输电线路钢管铁塔裂缝的现场修复方法 |
| CN112916998A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-08 | 中车工业研究院有限公司 | 基于摩擦柱塞焊的深孔结构修复方法及应用的塞棒 |
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