[發(fā)明專利]異種材料薄壁細圓管的攪拌摩擦焊焊接方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310462335.0
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103537792A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 陳科;陳濱熹;梁志遠
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學;大金工業(yè)株式會社
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及焊接領(lǐng)域，具體涉及攪拌摩擦焊焊接工藝領(lǐng)域，特別涉及一種異種材料薄壁細圓管的攪拌摩擦焊焊接方法。

背景技術(shù)

薄壁細圓管的在很多工業(yè)領(lǐng)域中有廣泛的應用，比如空調(diào)中的連接管、給水管道、醫(yī)藥化工所用金屬管等。隨著一些材料的價格增長（比如銅）和材料性能的限制（密度、導熱性、導電性、力學性能等），工業(yè)上需要將薄壁細圓管中的一部分材料用另一種材料取代，從而獲得生產(chǎn)成本的降低和更好的性能，比如目前正在電纜行業(yè)、空調(diào)行業(yè)等行業(yè)興起的“鋁代銅”。而焊接作為連接兩種材料的主要方法，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)，是要實現(xiàn)材料取代必須要解決的難題。所以，異種材料薄壁細圓管的焊接方法有著重要的意義。需要說明是的，這里所指的異種材料不僅是指薄壁細圓管的材質(zhì)不同，還包括厚度不同的薄壁細圓管。

異種材料焊接是當前焊接方面的一個難點。在目前一些焊接技術(shù)中，傳統(tǒng)的熔焊、釬焊由于異種材料間的物理、化學性能的差異而無法進行有效的焊接，其焊接接頭缺陷多，性能不佳。而冷壓焊、閃光焊等方法，雖然能夠得到性能良好的焊接接頭，但其生產(chǎn)成本高、效率低等，無法廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)。

攪拌摩擦焊是英國焊接研究所于1991年發(fā)明的一種新型固相連接技術(shù)，主要通過插入待焊材料的攪拌頭的旋轉(zhuǎn)和沿待焊界面的運動，對焊接區(qū)域的材料進行攪拌、摩擦、擠壓等機械行為實現(xiàn)材料的連接。攪拌摩擦焊現(xiàn)廣泛應用于航天航空、船舶、汽車、電子、電力等領(lǐng)域，不僅能夠在鋁合金焊接領(lǐng)域有優(yōu)良的表現(xiàn)，還能夠提供性能優(yōu)良的異種材料焊接接頭，比如鋁和鎂、鋁和鈦、鋁和銅、鋁和鋼等。攪拌摩擦焊不僅能夠得到性能優(yōu)良的焊接接頭，并且焊接工藝簡潔（無需復雜的表面處理、無需焊料、無需保護氣體）、焊接能耗低（只需激光焊能量的2.5%）、焊接效率高、綠色環(huán)保（沒有煙塵、飛濺、紫外輻射），是如今焊接的一種理想方法，特別是異種材料間的理想焊接方法。申請?zhí)枮镃N200780031648.3、發(fā)明名稱為“用于不同材料焊接的構(gòu)造和方法”的中國專利申請中提到了不同材料轉(zhuǎn)接件的固態(tài)結(jié)合工藝是攪拌摩擦焊。

攪拌摩擦焊應用于異種材料薄壁細圓管的焊接，有著很高的工藝難度。相對于薄板的直線型攪拌摩擦焊來說，薄壁細圓管的幾何特征和攪拌摩擦焊的自身特點，決定了焊接工藝的難度和焊接裝置的復雜。比如攪拌頭的運動由一維變二維、圓弧形的焊接平面使攪拌頭無法產(chǎn)生充分的擠壓作用、不同壁厚的細圓管帶來的焊接難題、薄壁細圓管的復雜的固定裝置等。另外，異種材料的攪拌摩擦焊相比于同種材料的攪拌摩擦焊又有著更高的難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種異種材料薄壁細圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，采用攪拌摩擦焊進行異種材料的焊接以取代傳統(tǒng)的焊接方法，適用于各種材料、各種規(guī)格的薄壁細圓管的攪拌摩擦焊，各焊接參數(shù)可根據(jù)不同材料、不同規(guī)格的待焊薄壁細圓管進行調(diào)整，能夠得到性能更優(yōu)良的焊接接頭，使焊接接頭具有優(yōu)良的力學性能、焊接效率高，且本發(fā)明采用的生產(chǎn)設備簡單、生產(chǎn)效率高、可行性高、耗能少、無污染、綠色環(huán)保，解決了異種材料薄壁細圓管焊接的工藝難題。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種異種材料薄壁細圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，包括：

將異種材料的第一薄壁細圓管和第二薄壁細圓管固定于一固定裝置上，并將所述第一薄壁細圓管、第二薄壁細圓管和固定裝置通過一夾具固定于一攪拌摩擦焊設備上；

設置攪拌摩擦焊設備的攪拌頭在所述第一薄壁細圓管和第二薄壁細圓管的圓心連線方向上偏離所述第一薄壁細圓管和第二薄壁細圓管的焊縫的距離為第一預設距離；

設置所述攪拌頭偏離其所在的第一薄壁細圓管的橫截面或第二薄壁細圓管的橫截面的縱軸線的距離為第二預設距離；

將所述攪拌頭垂直下壓第三預設距離后對所述第一薄壁細圓管和第二薄壁細圓管焊接360°。

進一步的，在上述方法中，所述第一薄壁細圓管的厚度和第二薄壁細圓管的厚度相同或不同，所述第一薄壁細圓管的厚度和第二薄壁細圓管的厚度均大于等于0.2mm且小于等于6mm。

進一步的，在上述方法中，當所述第一薄壁細圓管的厚度和第二薄壁細圓管的厚度不同時，在第一薄壁細圓管和第二薄壁細圓管中厚度較大的一方的待焊一端開帶鈍邊單邊V形坡口；

當所述第一薄壁細圓管的厚度和第二薄壁細圓管的厚度相同時，不需要開坡口。

進一步的，在上述方法中，如權(quán)利要求3所述的異種材料薄壁細圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，所述的坡口的鈍邊長度為第一薄壁細圓管和第二薄壁細圓管中厚度較小的一方的厚度，坡口角度大于等于30度且小于等于60度。