[發明專利]一種異種金屬管搭接接頭及其焊接方法

在審

• 申請號: 201911060805.4
• 申請日: 2019-11-01
• 公開（公告）號: CN110802338A
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 范治松;盧鴻飛;鄧將華;陳志騰;黃順強
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B23K31/02
• 分類號: B23K31/02;B23K101/06
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學俊

本發明提出一種異種金屬管搭接接頭，用于磁脈沖焊接金屬管時的兩管對位及管件在焊接設備處的定位，所述搭接接頭包括外管和內管；所述外管的焊接端和內管的焊接端均置于焊接設備的集磁器的工作區處；所述集磁器的工作區為錐面結構；所述外管的焊接端為外壁與工作區錐面平行的喇叭形的擴口；所述內管的焊接端插入擴口且與擴口的小端相鄰；內管焊接端的管徑大于或等于擴口小端處的孔徑；當進行磁脈沖焊接時，所述擴口因集磁器磁場生成感應渦流；感應渦流的磁場與工作區處的集磁器磁場相斥，使擴口在斥力作用下高速碰撞內管焊接端完成磁脈沖焊接；本發明有利于在磁脈沖焊接作業中形成碰撞角度，提高碰撞速度，擴大搭接接頭冶金連接區域面積。

技術領域

本發明涉及焊接技術領域，尤其是一種異種金屬管搭接接頭及其焊接方法。

背景技術

隨著國家經濟技術的發展，以及人們節能減排意識的提高，對于傳統制造業那些高耗能、低效率的機械構件將會被逐漸淘汰。結構輕量化不僅可以節約金屬減輕機械部件的整體重量還可以降低能耗。例如，在航天制造領域，飛機的大部分座椅和機艙等部位均采用了鋁合金結構；在汽車制造領域，豐田卡羅拉系列轎車車身采用鋁合金框架；船舶主體和上層建筑使用的是鋁鋼復合材料。但是，由于異種金屬物理性能差異較大，化學性能和組織成分也存在著很大的差別，傳統熔化焊很容易形成孔洞、裂紋以及脆性金屬間化合物極大程度降低接頭的連接質量，難以滿足工作要求。

磁脈沖焊接作為一種固相連接技術非常適合異種金屬間的連接，焊接部位無脆性金屬間化合物形成，焊接速度快，不需要保護氣體也無廢氣產生，是一種綠色高效的焊接工藝。磁脈沖焊接屬于高速沖擊焊接工藝，當兩金屬管材受到磁壓力發生塑性變形時，外管會高速撞擊內管，如果碰撞角度合適，會在兩管材接觸面的先撞擊點上產生射流以及高應變速率的金屬塑性流動。該射流沖刷或清除了兩金屬工件待焊接面的附著物，使兩潔凈金屬表面在高壓下緊密結合而形成金屬鍵接。在兩金屬間的交界面處局部區域內，兩金屬層相互擴散，從而在交界面處形成冶金結合的焊縫。

在磁脈沖焊接過程中，只有當碰撞速度與碰撞角度合適時才能形成異種金屬材料的冶金連接。在傳統的金屬管材磁脈沖焊接過程中，由于采用的是內外管管端平行搭接的接頭結構形式，外管所受的磁壓力沿線圈軸向分布均勻，內外管間間隙也相等，故而外管發生均勻縮徑塑性變形，導致外管連接區大部分與內管垂直碰撞無法形成有效的碰撞角度，也就難以形成射流，連接區大部分為機械連接區,僅在集磁器工作區端部區域形成約1~2mm寬的焊縫。焊接區域面積過小，極大限制了接頭的承載能力。

發明內容

本發明提出一種異種金屬管搭接接頭及其焊接方法，有利于在磁脈沖焊接作業中形成碰撞角度，提高碰撞速度，擴大搭接接頭冶金連接區域面積。

本發明采用以下技術方案。

一種異種金屬管搭接接頭，用于磁脈沖焊接金屬管時擴大接頭冶金連接區域面積，所述搭接接頭包括外管（2）和內管（3）；所述外管的焊接端和內管的焊接端均置于焊接設備的集磁器的工作區（41）處；所述集磁器的工作區（41）為錐面結構；所述外管的焊接端為外壁與工作區錐面平行的喇叭形的擴口；所述內管的焊接端插入擴口且與擴口的小端相鄰；內管焊接端的管徑小于或等于擴口小端處的孔徑；當進行磁脈沖焊接時，所述擴口因集磁器磁場生成感應渦流；感應渦流的磁場與工作區處的集磁器磁場相斥，使擴口在斥力作用下高速碰撞內管焊接端完成磁脈沖焊接。

所述工作區設于集磁器中部；所述集磁器外壁處設有通向集磁器工作區的微小縱縫；所述集磁器與線圈（1）相鄰；所述電容器組C對線圈供電以使線圈磁場在集磁器外壁生成感應電流，所述集磁器外表面的感應電流經集磁器側壁縱縫傳導進入集磁器工作區內表面，集磁器工作區內表面的感應電流在工作區處形成集磁器磁場。

所述線圈為套置于集磁器外的螺線管線圈；所述線圈與集磁器兩者按同心圓位置放置。

所述集磁器外壁處的縱縫寬度為0.5mm；所述電容器組C、線圈之間串聯有高壓開關S。