[發明專利]管道高頻振動徑向線性摩擦焊接裝置及工藝

有效

• 申請號: 201410138527.0
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103894729A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 梁永亮;梁志達;秦國梁
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/10;B23K20/24
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本發明涉及一種焊接工藝與裝置，尤其是一種管道高頻振動徑向線性摩擦焊接裝置及工藝。

背景技術

目前，管道運輸作為鐵路、公路、海運、民用航空和長輸管道五大運輸行業之一,在國民經濟建設中發揮著重要作用。其輸送介質以常見的石油、天然氣為主,另外還有工業用氣體和化學液體。管道網的構建需要有效的管道焊接工藝來實施；此外，高效節能理念的提倡，對管道的高效連接提出了要求。

實現管道焊接的途徑有很多，常見的焊接方法是電弧焊、激光焊、閃光對焊、高頻旋弧焊、軸向摩擦焊、徑向摩擦焊等。電弧焊是應用最為廣泛的熔焊方法，也是管道焊接中常用的焊接工藝之一。管道鋪設中，環形焊縫的焊接需要全方位焊來實現，要求焊接技術工人有足夠的施焊經驗才能完成。此外，熔焊是一個快速的物理化學冶金過程，容易形成氣孔、夾雜和微裂紋等缺陷，影響焊接質量。其他焊接方法，如激光焊、閃光對焊、高頻旋弧焊等，焊接不適合野外作業，限制著在管道焊接中的推廣。

摩擦焊是一種固態連接方法，該方法通過材料之間的相互摩擦生熱來加熱母材，當母材達到焊接溫度時，在頂鍛力下實現工件的焊接。采用摩擦焊焊接直徑為70mm的管，僅需十幾秒即可完成，大大提升了焊接效率。

軸向摩擦焊焊接管道時，需要其中一個管道固定不動，另一個管道旋轉并施加軸向頂力，然而這種方法很難焊接比較長的管道。

二十世紀末，人們發明了徑向摩擦焊，采用徑向摩擦焊的方法焊接管道，可以在管道靜止情況下，利用第三摩擦體（徑向環）的旋轉摩擦，來實現管道的摩擦焊接。然而，徑向摩擦焊工藝要求徑向環同時旋轉并受到徑向壓力，這就造成了設備的復雜性。

線性摩擦焊是摩擦焊的一種。在焊接壓力作用下，其中一個焊件相對另一個焊件沿直線方向以一定的振幅和頻率作直線往復運動，利用摩擦生熱加熱待焊接部件的表面，當摩擦表面達到粘塑性狀態時，迅速停止摩擦運動，并施加頂鍛力，完成焊接。線性摩擦焊具有運動形式簡單、加壓方便的特點。

目前還沒有將線性摩擦焊和徑向摩擦焊結合的焊接工藝及裝置。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種管道高頻振動徑向線性摩擦焊接裝置及工藝，徑向線性摩擦焊技術不僅可以大大提高生產效率，還可以降低對工人焊接技能的依賴，從而縮短施工周期，降低工作成本。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種管道高頻振動徑向線性摩擦焊接裝置，包括能夠套在管道外表面的徑向環，管道內設置有支撐栓，徑向環的外表面上與若干沿徑向環周向均勻布置的徑向頂塊一端接觸，若干徑向頂塊分別插在限位槽體上的若干限位槽中，且徑向頂塊的另一端與徑向換向夾具的楔形內壁接觸；換向夾具夾在由控制器控制的振動體上，振動體對換向夾具施力，通過換向夾具接觸的徑向頂塊帶動徑向環沿管道軸向往復高頻振動，同時換向夾具受到軸向推力，并轉換為徑向推力，推擠徑向環與管道摩擦生熱，到達預定頂鍛時刻，頂鍛停機，完成焊接。

所述支撐栓包括一圓臺體和套在圓臺體外部的錐形套，所述圓臺體的斜面角度為10°；所述錐形套由兩對稱的半環形體組成，兩半環形體外表面沿軸向為水平面，兩半環形體的內壁沿軸向為斜面，半環形體內壁沿軸線方向與軸線之間有10°夾角。

所述限位槽體包括一環形體，所述環形體的圓周上均布有若干與環形體內腔相通的用于徑向頂塊插入其中的限位槽。

所述換向夾具為一圓環形結構，該圓環形結構的內表面成楔形，且楔形表面與圓環的中心線之間的夾角為15°。

所述徑向頂塊與換向夾具接觸的端面與水平面之間具有15°夾角，且所述端面的傾斜方向與換向夾具的楔形表面傾斜方向相匹配。

一種利用管道高頻振動徑向線性摩擦焊接裝置的焊接工藝，步驟如下：

第一、利用車床車削加工徑向環與管道摩擦表面，對徑向環與管道焊接處清洗，除去氧化物、油漬雜質，以免影響焊接質量；并將徑向環與管道裝配好；

第二步，把裝配好的徑向環與管道放置在限位槽體中，使其精確安裝；

第三步，將管道對接，把支撐栓放在被焊管道內的接縫處，再將徑向環套在管道外面的對接處，在焊接結束后，該支撐栓能夠輕松被取出，減小了工作量，使用支撐栓能夠避免焊接過程中管道產生較大的變形；

第四步，將限位槽體套在徑向環的外面，把徑向頂塊精確插到限位槽中，限位槽用來導引徑向頂塊的徑向運動，徑向頂塊頂端與徑向環接觸，焊接中徑向頂塊推動徑向環，實現徑向加壓；