[發(fā)明專利]摩擦疊焊方法和實(shí)驗(yàn)裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710079325.3
• 申請(qǐng)日: 2007-02-16
• 公開（公告）號(hào): CN101244484A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 焦向東;周燦豐;陳家慶;高輝;欒國(guó)紅;季亞娟;錢德重
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京石油化工學(xué)院;北京賽福斯特技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): B23K20/12
• 分類號(hào): B23K20/12;B23K20/26;B23K37/053
• 代理公司: 小松專利事務(wù)所
• 代理人: 陳祚齡

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種焊接方法和其實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是可實(shí)現(xiàn)連接的固態(tài)焊接方法及采用該方法進(jìn)行平板焊接、管道焊接和水下焊接的實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

當(dāng)前應(yīng)用的焊接方法種類非常繁多，以適應(yīng)各種的連接狀況和對(duì)不同材料的焊接。摩擦焊接是在壓力作用下，通過待焊界面的摩擦使界面及其附近溫度升高，材料的變形抗力降低、塑性提高、界面的氧化膜破碎，伴隨著材料產(chǎn)生塑性變形與流動(dòng)，通過界面上的擴(kuò)散及再結(jié)晶冶金反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)連接的固態(tài)焊接方法。摩擦焊接具備接頭質(zhì)量高、適合異種材料的連接、生產(chǎn)效率高、尺寸精度高、設(shè)備易于機(jī)械化自動(dòng)化、環(huán)境清潔等突出優(yōu)點(diǎn)。特別地，對(duì)于電弧焊接應(yīng)用困難的某些場(chǎng)合，例如水下鋼結(jié)構(gòu)修復(fù)，屬于固相焊接的摩擦焊接具備獨(dú)特的環(huán)境適應(yīng)優(yōu)勢(shì)。

可供選擇的水下連接方法分為3類，即機(jī)械連接器、電弧焊接和固相焊接。機(jī)械連接器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、相對(duì)便宜、安裝迅速且連接質(zhì)量與水深無關(guān)，但是其長(zhǎng)期可靠性這一敏感問題的依然存在使得其應(yīng)用受到限制。電弧焊接分為濕式焊接、局部干式焊接、干式高壓焊接和干式常壓焊接。濕式焊接、局部干式焊接接頭質(zhì)量較低，通常用于淺水、非重要結(jié)構(gòu)修復(fù)。干式高壓焊接可以獲得高質(zhì)量的焊縫，目前廣泛應(yīng)用的水下干式維修系統(tǒng)采用軌道式鎢極氬弧焊接，但是因?yàn)殡娀》€(wěn)定性降低，通常用于300m水深以淺。鎢極氬弧焊接的變異方式等離子弧焊接以及熔化極氣體保護(hù)焊接可以實(shí)現(xiàn)1000m水深以深壓力下的焊接，但是，實(shí)施成本高昂、難以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，并且難以應(yīng)用于海底管道之外的海洋平臺(tái)等其它鋼結(jié)構(gòu)的維修。干式常壓焊接則比干式高壓焊接的成本更高，難以推廣應(yīng)用。屬于固相焊接的爆炸焊接，因?yàn)閷?duì)于實(shí)施安全性的擔(dān)心，未能推廣應(yīng)用。同樣屬于固相焊接的摩擦焊接，則在海洋工程之中得到了比較廣泛的應(yīng)用，例如，摩擦螺柱焊設(shè)備在水下遙控機(jī)器人的支持下，完成了水深接近400米的海底立管陽(yáng)極附件焊接。但是，這種摩擦焊接只能完成類似螺柱連接的簡(jiǎn)單任務(wù)，不能完成海底管道破損、海洋平臺(tái)裂紋的修復(fù)等復(fù)雜任務(wù)。

為了降低水下維修作業(yè)成本、提高修復(fù)質(zhì)量，特別是適應(yīng)海洋石油開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入超深水域的需要，本發(fā)明提出了摩擦疊焊這種新型的焊接方法，以及用于該焊接方法研究的摩擦疊焊實(shí)驗(yàn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)背景技術(shù)所述，本發(fā)明的目的在于提供一種在待焊體上預(yù)鉆孔，插入塞棒，使塞棒高速旋轉(zhuǎn)，并同時(shí)施以軸向壓力，受熱熔融塞棒及焊孔，使其表面結(jié)晶冶金反應(yīng)形成焊接單元，一系列焊接單元相互搭接成完整焊縫的摩擦疊焊方法；本發(fā)明的又一目的在于提供一種由底座、移動(dòng)滑臺(tái)、工件夾具、橫梁和控制臺(tái)組成的實(shí)現(xiàn)該方法的實(shí)驗(yàn)裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種摩擦疊焊方法，該方法包括下列步驟：在待焊體(1)上鉆焊孔(11)，使用直徑略小于焊孔(11)的塞棒(2)在焊孔(11)中高速旋轉(zhuǎn)，并軸向施加壓力P，使塞棒(2)與焊孔(11)的接觸面受熱熔融，并進(jìn)行結(jié)晶冶金反應(yīng)形成一個(gè)焊接單元(3)，完成一系列焊接單元(3)的相互搭接，而構(gòu)成完整的疊焊焊縫(4)。

用于實(shí)現(xiàn)該方法的實(shí)驗(yàn)裝置，主要由底座(5)、移動(dòng)滑臺(tái)(6)、工件夾具(7)、橫梁(8)、摩擦主軸頭(9)和控制臺(tái)(10)組成，其中：在底座(5)上螺接有橫梁(8)，其上還設(shè)置有摩擦主軸頭(9)，在底座(5)上安裝有移動(dòng)滑臺(tái)(6)，工件夾具(7)與連接板(61)固定，由固定在滑道(62)的驅(qū)動(dòng)油缸(63)驅(qū)動(dòng)工件夾具(7)沿滑道(62)上滑行，通過控制臺(tái)(10)按計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)控制摩擦主軸頭(9)的轉(zhuǎn)速，下降速度，軸向壓力P，位置坐標(biāo)等焊接參數(shù)。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果：

1、本發(fā)明焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良，焊接效率高，并可廣泛應(yīng)用于海洋平臺(tái)，海底管道，船體修理等眾多水下，尤其深水鋼結(jié)構(gòu)的修復(fù)，其焊接參數(shù)不受水深影響，淺水參數(shù)可以直接應(yīng)用于深水，作業(yè)在水中直接實(shí)施，不需要營(yíng)造高壓環(huán)境等特殊空間，可以與水下遙控機(jī)器人配套，實(shí)現(xiàn)全套作業(yè)自動(dòng)化，可突破人類飽和潛水深度限制，從而有可能真正促使水下連接技術(shù)應(yīng)用于深水。

2、本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置所用的摩擦主軸頭采用高壓液壓缸，大流量液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，摩擦主軸頭的密封設(shè)計(jì)，使其能用于水下，通過更換夾具，既可用于平板焊接，也可用于管道焊接，采用配套水槽，可使塞棒沒于水中，可以進(jìn)行水下摩擦疊焊實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，使用維護(hù)修理簡(jiǎn)易。

附圖說明

圖1A為本發(fā)明摩擦疊焊方法原理剖視圖

圖1B為本發(fā)明圖1A的A-A剖視示意圖

圖2A為本發(fā)明摩擦疊焊實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)總體立體示意圖