異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，所述方法包括：將異種材料的第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管固定于一固定裝置上,并固定于一攪拌摩擦焊設(shè)備上，設(shè)置攪拌摩擦焊設(shè)備的攪拌頭在所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的圓心連線方向上偏離所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的焊縫的距離為第一預(yù)設(shè)距離，設(shè)置所述攪拌頭偏離其所在的第一薄壁細(xì)圓管的橫截面或第二薄壁細(xì)圓管的橫截面的縱軸線的距離為第二預(yù)設(shè)距離，將所述攪拌頭垂直下壓第三預(yù)設(shè)距離后焊接360°，本發(fā)明的各焊接參數(shù)可根據(jù)不同材料、不同規(guī)格的待焊薄壁細(xì)圓管進(jìn)行調(diào)整，能夠得到性能更優(yōu)良的焊接接頭，解決了異種材料薄壁細(xì)圓管焊接的工藝難題。
【專利說明】異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]薄壁細(xì)圓管的在很多工業(yè)領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)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(jià)格增長(比如銅)和材料性能的限制(密度、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、力學(xué)性能等)，工業(yè)上需要將薄壁細(xì)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(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，是要實(shí)現(xiàn)材料取代必須要解決的難題。所以，異種材料薄壁細(xì)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(xì)圓管的材質(zhì)不同，還包括厚度不同的薄壁細(xì)圓管。
[0003]異種材料焊接是當(dāng)前焊接方面的一個(gè)難點(diǎn)。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(xué)性能的差異而無法進(jìn)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(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。
[0004]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(yùn)動，對焊接區(qū)域的材料進(jìn)行攪拌、摩擦、擠壓等機(jī)械行為實(shí)現(xiàn)材料的連接。攪拌摩擦焊現(xiàn)廣泛應(yīng)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(fù)雜的表面處理、無需焊料、無需保護(hù)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。
[0005]攪拌摩擦焊應(yīng)用于異種材料薄壁細(xì)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(xì)圓管的幾何特征和攪拌摩擦焊的自身特點(diǎn)，決定了焊接工藝的難度和焊接裝置的復(fù)雜。比如攪拌頭的運(yùn)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(xì)圓管帶來的焊接難題、薄壁細(xì)圓管的復(fù)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】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，采用攪拌摩擦焊進(jìn)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(xì)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(xì)圓管進(jìn)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(xué)性能、焊接效率高，且本發(fā)明采用的生產(chǎn)設(shè)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(xì)圓管焊接的工藝難題。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，包括:
[0008]將異種材料的第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管固定于一固定裝置上，并將所述第一薄壁細(xì)圓管、第二薄壁細(xì)圓管和固定裝置通過一夾具固定于一攪拌摩擦焊設(shè)備上；
[0009]設(shè)置攪拌摩擦焊設(shè)備的攪拌頭在所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的圓心連線方向上偏離所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的焊縫的距離為第一預(yù)設(shè)距離；
[0010]設(shè)置所述攪拌頭偏離其所在的第一薄壁細(xì)圓管的橫截面或第二薄壁細(xì)圓管的橫截面的縱軸線的距離為第二預(yù)設(shè)距離；
[0011]將所述攪拌頭垂直下壓第三預(yù)設(shè)距離后對所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管焊接360° O
[0012]進(jìn)一步的，在上述方法中，所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度相同或不同，所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度均大于等于0.2mm且小于等于6mmο
[0013]進(jìn)一步的，在上述方法中，當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度不同時(shí)，在第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)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；
[0014]當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度相同時(shí)，不需要開坡口。
[0015]進(jìn)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(xì)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(xì)圓管和第二薄壁細(xì)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。
[0016]進(jìn)一步的，在上述方法中，所述固定裝置由兩個(gè)圓柱體連接而成，所述兩個(gè)圓柱體的直徑分別與所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的內(nèi)徑相同。
[0017]進(jìn)一步的，在上述方法中，當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度不同時(shí)，在所述兩個(gè)圓柱體的連接處應(yīng)有對應(yīng)于所述薄壁細(xì)圓管所開坡口的角度的斜面；
[0018]當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度相同時(shí)，所述兩個(gè)圓柱體直接連接。
[0019]進(jìn)一步的，在上述方法中，所述攪拌頭包括軸肩和攪拌針。
[0020]進(jìn)一步的，在上述方法中，所述軸肩的直徑大于等于Imm且小于等于20mm。
[0021]進(jìn)一步的,在上述方法中，所述攪拌針的直徑大于等于0.3mm且小于等于6mm。
[0022]進(jìn)一步的，在上述方法中，所述攪拌針的長度為所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度中較小者的值減去0.2mm?0.3mm。
[0023]進(jìn)一步的，在上述方法中，當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的抗拉強(qiáng)度不同時(shí)，所述第一預(yù)設(shè)距離的偏移方向?yàn)樗龅谝槐”诩?xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管中抗拉強(qiáng)度較低的一方，所述第一預(yù)設(shè)距離為攪拌針直徑的0.25倍至0.75倍；[0024]當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的抗拉強(qiáng)度相同時(shí)，所述第一預(yù)設(shè)距離為零。
[0025]進(jìn)一步的，在上述方法中，所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的外徑相同，所述外徑大于等于2mm且小于等于50mm。
[0026]進(jìn)一步的，在上述方法中，所述第二預(yù)設(shè)距離為所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的外徑的0.02倍?0.1倍。
[0027]進(jìn)一步的，在上述方法中，所述第三預(yù)設(shè)距離大于等于所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度中的較小者，且所述第三預(yù)設(shè)距離小于等于所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度中的較小者的值加上所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的外徑的0.03倍。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過將異種材料的第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管固定于一固定裝置上，并將所述第一薄壁細(xì)圓管、第二薄壁細(xì)圓管和固定裝置通過一夾具固定于一攪拌摩擦焊設(shè)備上，設(shè)置攪拌摩擦焊設(shè)備的攪拌頭在所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的圓心連線即中軸線方向上偏離所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的焊縫的距離為第一預(yù)設(shè)距離，設(shè)置所述攪拌頭偏離其所在的第一薄壁細(xì)圓管的橫截面或第二薄壁細(xì)圓管的橫截面的縱軸線的距離為第二預(yù)設(shè)距離，將所述攪拌頭垂直下壓第三預(yù)設(shè)距離后對所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管焊接360°，本發(fā)明采用攪拌摩擦焊進(jìn)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(xì)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(xì)圓管進(jìn)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(xué)性能、焊接效率高，且本發(fā)明采用的生產(chǎn)設(shè)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(xì)圓管焊接的工藝難題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法的流程圖；
[0030]圖2為異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法的示意圖；
[0031]圖3為攪拌摩擦焊設(shè)備的攪拌頭的示意圖；
[0032]圖4為第一預(yù)設(shè)距離的示意剖面圖；
[0033]圖5為第二預(yù)設(shè)距離的示意剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0035]如圖1至5所示，本發(fā)明提供一種異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，包括:
[0036]步驟SI，將異種材料的第一薄壁細(xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3固定于一固定裝置
5上，并將所述第一薄壁細(xì)圓管2、第二薄壁細(xì)圓管2和固定裝置3通過一夾具固定于一攪拌摩擦焊設(shè)備上。
[0037]需要說明是的，這里所指的異種材料不僅是指的材質(zhì)不同的薄壁細(xì)圓管和/或厚度不同的薄壁細(xì)圓管。
[0038]優(yōu)選的，所述第一薄壁細(xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3的外徑D相同，所述外徑D大于等于2mm且小于等于50mm,即所述外徑D不小于2mm,不大于50mm。
[0039]優(yōu)選的，所述第一薄壁細(xì)圓管2的厚度和第二薄壁細(xì)圓管3的厚度相同或不同，所述第一薄壁細(xì)圓管2的厚度和第二薄壁細(xì)圓管3的厚度均大于等于0.2mm且小于等于6mm，即所述第一薄壁細(xì)圓管2的厚度和第二薄壁細(xì)圓管3的厚度均不小于0.2mm且不大于6mm。
[0040]進(jìn)一步的，當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度不同時(shí)，在第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)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；
[0041]當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度相同時(shí)，不需要開坡口。
[0042]進(jìn)一步的，所述的坡口的鈍邊長度為第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)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。
[0043]較佳的，所述固定裝置5由兩個(gè)圓柱體連接而成，所述兩個(gè)圓柱體直徑分別與所述第一薄壁細(xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3的內(nèi)徑相同。即所述固定裝置5可由直徑不同或相同的兩部分圓柱體組成，并且兩部分圓柱體直徑要求分別與所述第一薄壁細(xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3的內(nèi)徑相同。
[0044]進(jìn)一步的，當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度不同時(shí)，在所述兩個(gè)圓柱體的連接處應(yīng)有對應(yīng)于所述薄壁細(xì)圓管所開坡口的角度的斜面；
[0045]當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度相同時(shí)，所述兩個(gè)圓柱體直接連接。
[0046]步驟S2，如圖4所示，設(shè)置攪拌摩擦焊設(shè)備的攪拌頭I在所述第一薄壁細(xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3的圓心連線6即中軸線方向上偏離所述第一薄壁細(xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3的焊縫4的距離為第一預(yù)設(shè)距離01。
[0047]優(yōu)選的，如圖3所示，所述攪拌頭I包括軸肩11和攪拌針12。
[0048]較佳的，如圖3所示，所述軸肩11的直徑Dl大于等于Imm且小于等于20mm。即所述攪拌頭I的軸肩11直徑Dl不小于Imm且不大于20mm。
[0049]較佳的，如圖3所示，所述攪拌針12的直徑D2大于等于0.3mm且小于等于6mm。即所述攪拌頭的攪拌針12的直徑D2不小于0.3mm且不大于6mm。
[0050]較佳的，所述攪拌針12的長度L為所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度Tl和第二薄壁細(xì)圓管的厚度T2中較小者的值減去0.2mm?0.3mm。
[0051]優(yōu)選的，當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3的抗拉強(qiáng)度不同時(shí)，所述第一預(yù)設(shè)距離01的偏移方向?yàn)樗龅谝槐”诩?xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3中抗拉強(qiáng)度較低的一方，所述第一預(yù)設(shè)距離為01攪拌針直徑D2的0.25倍至0.75倍；當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3的抗拉強(qiáng)度相同時(shí)，所述第一預(yù)設(shè)距離01為零。
[0052]步驟S3，如圖5所示，設(shè)置所述攪拌頭I偏離其所在的第一薄壁細(xì)圓管2的橫截面或第二薄壁細(xì)圓管3的橫截面的縱軸線7的距離為第二預(yù)設(shè)距離02。
[0053]優(yōu)選的，所述第二預(yù)設(shè)距離02為所述第一薄壁細(xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3的外徑D的0.02倍?0.1倍。
[0054]步驟S4，將所述攪拌頭I垂直下壓第三預(yù)設(shè)距離P后對所述第一薄壁細(xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3焊接360°。焊接360°以后，將攪拌頭I抽出，焊接完成。[0055]優(yōu)選的，所述第三預(yù)設(shè)距離P大于等于所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度中的較小者，且所述第三預(yù)設(shè)距離P小于等于所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度中的較小者的值加上所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的外徑的0.03倍。即所述第三預(yù)設(shè)距離P的值不小于所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度Tl和第二薄壁細(xì)圓管的厚度T2中較小者，且不大于所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度Tl和第二薄壁細(xì)圓管的厚度T2中較小者與薄壁細(xì)圓管外徑D值的0.03倍的兩者之和。
[0056]綜上，本發(fā)明采用攪拌摩擦焊進(jìn)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(xì)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(xì)圓管進(jìn)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(xué)性能、焊接效率高，且本發(fā)明采用的生產(chǎn)設(shè)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(xì)圓管焊接的工藝難題。
[0057]實(shí)施例一
[0058]如圖2至5所示，本實(shí)施中，采用上述異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法對1060擠壓鋁管和3003擠壓鋁管進(jìn)行對接焊接，其中1060和3003是GBT6893-2000標(biāo)準(zhǔn)中的鋁牌號。第一薄壁細(xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3的規(guī)格為:第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的外徑D為均IOmm,第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的厚度均為0.5mm ;所用攪拌頭的軸肩11的直徑為3mm，攪拌針12的直徑為1mm，攪拌針12的長度為0.3mm，攪拌頭I的材料為H13鋼，經(jīng)淬火處理。當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度不同時(shí)，在第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)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。所述的坡口的鈍邊長度為第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)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。當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度不同時(shí)，在所述兩個(gè)圓柱體的連接處應(yīng)有對應(yīng)于所述薄壁細(xì)圓管所開坡口的角度的斜面
[0059]焊接前，先將攪拌頭I安裝在數(shù)控銑床的主軸頭上，以使數(shù)控銑床的主軸頭帶動攪拌頭進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)；然后將第一薄壁細(xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3固定在固定裝置上，并用夾具將第一薄壁細(xì)圓管2、第二薄壁細(xì)圓管3和固定裝置5形成的整體固定在數(shù)控銑床的工作臺面上，且將第一薄壁細(xì)圓管2、第二薄壁細(xì)圓管3和固定裝置5形成的整體的一端固定在數(shù)控銑床的分度頭上，以使所述整體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。進(jìn)行焊接時(shí)用分度頭驅(qū)動薄壁細(xì)圓管，這樣就可以通過繞軸線的線速度來等效攪拌頭行進(jìn)的焊接速度，從而簡化焊接裝置。完成上述步驟后，即可進(jìn)行數(shù)控銑床的編程，使主軸頭的運(yùn)動和分度頭的旋轉(zhuǎn)按照下列參數(shù)來進(jìn)行:
[0060]主軸頭的運(yùn)動的參數(shù)具體為，如圖4所示，第一預(yù)設(shè)距離01取值為Omm;如圖5所示，第二預(yù)設(shè)距離02取值為0.5mm或0.6mm或0.7mm ;第三預(yù)設(shè)距離P取值為0.6mm或
0.65mm或0.7mm ;攪拌頭I轉(zhuǎn)速取值為1700rpm或2400rpm。
[0061]分度頭的旋轉(zhuǎn)的參數(shù)具體為，第一薄壁細(xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3的自轉(zhuǎn)速度(即焊接速度)為Irpm?3rpm。焊接360°后,抽出攪拌頭I,焊接試驗(yàn)完成。
[0062]與熔焊等其他焊接方法得到的接頭相比，本實(shí)施例得到的薄壁細(xì)圓管的焊接接頭表面更好，力學(xué)性能優(yōu)良。
[0063]實(shí)施例二[0064]如圖2至5所示，本實(shí)施中，采用上述異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法對1060擠壓鋁管(第一薄壁細(xì)圓管2)和紫銅管(第二薄壁細(xì)圓管3)進(jìn)行對接焊接。第一薄壁細(xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3的規(guī)格為:第一薄壁細(xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3的外徑D均為19mm,招管厚度為1.5mm,銅管厚度為Imm ;所用攪拌頭I的軸肩11直徑為6mm,攪拌針12的直徑為2mm，攪拌針12的長度為0.7mm,材料為H13鋼，經(jīng)淬火處理。當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度相同時(shí)，不需要開坡口。當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度相同時(shí)，所述兩個(gè)圓柱體直接連接。
[0065]焊接前，先將攪拌頭I安裝在數(shù)控銑床的主軸頭上，以使數(shù)控銑床的主軸頭帶動攪拌頭進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)；然后將第一薄壁細(xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3固定在固定裝置5上，并用夾具將第一薄壁細(xì)圓管2、第二薄壁細(xì)圓管3和固定裝置5形成的整體固定在數(shù)控銑床的工作臺面上，且將第一薄壁細(xì)圓管2、第二薄壁細(xì)圓管3和固定裝置5形成的整體的一端固定在數(shù)控銑床的分度頭上，以使所述整體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。進(jìn)行焊接時(shí)用分度頭驅(qū)動薄壁細(xì)圓管，這樣就可以通過繞軸線的線速度來等效攪拌頭行進(jìn)的焊接速度，從而簡化焊接裝置。完成上述步驟后，即可進(jìn)行數(shù)控銑床的編程，使主軸頭的運(yùn)動和分度頭的旋轉(zhuǎn)按照下列參數(shù)來進(jìn)行:
[0066]主軸頭的運(yùn)動的參數(shù)具體為，如圖4所示，偏移距離01取值為0.5mm或Imm或
1.3mm，偏向鋁管一側(cè)；如圖5所示，偏移距離02取值為Imm或1.2mm或1.5mm ;第三預(yù)設(shè)距離P取值為1.2mm或1.3mm或1.4mm ;攪拌頭轉(zhuǎn)速取值為1700rpm或2400rpm。
[0067]分度頭的旋轉(zhuǎn)的參數(shù)具體為，第一薄壁細(xì)圓管2和第二薄壁細(xì)圓管3的自轉(zhuǎn)速度(即焊接速度)為Irpm?5rpm。焊接360°后,抽出攪拌頭,焊接試驗(yàn)完成。
[0068]與熔焊等其他焊接方法得到的接頭相比，本實(shí)施例得到的薄壁細(xì)鋁銅管的焊接接頭表面更好，力學(xué)性能優(yōu)良，其性能達(dá)到了可使用的空調(diào)與制冷設(shè)備用銅端鋁連接管的標(biāo)準(zhǔn)。
[0069]綜上所述，本發(fā)明通過將異種材料的第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管固定于一固定裝置上，并將所述第一薄壁細(xì)圓管、第二薄壁細(xì)圓管和固定裝置通過一夾具固定于一攪拌摩擦焊設(shè)備上，設(shè)置攪拌摩擦焊設(shè)備的攪拌頭在所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的圓心連線即中軸線方向上偏離所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的焊縫的距離為第一預(yù)設(shè)距離，設(shè)置所述攪拌頭偏離其所在的第一薄壁細(xì)圓管的橫截面或第二薄壁細(xì)圓管的橫截面的縱軸線的距離為第二預(yù)設(shè)距離，將所述攪拌頭垂直下壓第三預(yù)設(shè)距離后對所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管焊接360°，本發(fā)明采用攪拌摩擦焊進(jìn)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(xì)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(xì)圓管進(jìn)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(xué)性能、焊接效率高，且本發(fā)明采用的生產(chǎn)設(shè)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(xì)圓管焊接的工藝難題。
[0070]本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實(shí)施例公開的系統(tǒng)而言，由于與實(shí)施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。[0071]專業(yè)人員還可以進(jìn)一步意識到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對每個(gè)特定的應(yīng)用來使用不同方法來實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。
[0072]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，包括: 將異種材料的第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管固定于一固定裝置上，并將所述第一薄壁細(xì)圓管、第二薄壁細(xì)圓管和固定裝置通過一夾具固定于一攪拌摩擦焊設(shè)備上； 設(shè)置攪拌摩擦焊設(shè)備的攪拌頭在所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的圓心連線方向上偏離所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的焊縫的距離為第一預(yù)設(shè)距離； 設(shè)置所述攪拌頭偏離其所在的第一薄壁細(xì)圓管的橫截面或第二薄壁細(xì)圓管的橫截面的縱軸線的距離為第二預(yù)設(shè)距離； 將所述攪拌頭垂直下壓第三預(yù)設(shè)距離后對所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管焊接 360。。
2.如權(quán)利要求1所述的異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度相同或不同，所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度均大于等于0.2mm且小于等于6mm。
3.如權(quán)利要求2所述的異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于， 當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度不同時(shí)，在第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)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(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度相同時(shí)，不需要開坡口。
4.如權(quán)利要求3所述的異種材料薄壁細(xì)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(xì)圓管和第二薄壁細(xì)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。
5.如權(quán)利要求3所述的異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，所述固定裝置由兩個(gè)圓柱體連接而成，所述兩個(gè)圓柱體的直徑分別與所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的內(nèi)徑相同。
6.如權(quán)利要求5所述的異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于， 當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度不同時(shí)，在所述兩個(gè)圓柱體的連接處應(yīng)有對應(yīng)于所述薄壁細(xì)圓管所開坡口的角度的斜面； 當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度相同時(shí)，所述兩個(gè)圓柱體直接連接。
7.如權(quán)利要求1所述的異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，所述攪拌頭包括軸肩和攪拌針。
8.如權(quán)利要求7所述的異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，所述軸肩的直徑大于等于Imm且小于等于20mm。
9.如權(quán)利要求7所述的異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，所述攪拌針的直徑大于等于0.3mm且小于等于6mm。
10.如權(quán)利要求7所述的異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，所述攪拌針的長度為所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度中較小者的值減去 0.2mm ~0.3mm。
11.如權(quán)利要求1所述的異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于， 當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的抗拉強(qiáng)度不同時(shí)，所述第一預(yù)設(shè)距離的偏移方向?yàn)樗龅谝槐”诩?xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管中抗拉強(qiáng)度較低的一方，所述第一預(yù)設(shè)距離為攪拌針直徑的0.25倍至0.75倍； 當(dāng)所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的抗拉強(qiáng)度相同時(shí)，所述第一預(yù)設(shè)距離為零。
12.如權(quán)利要求1所述的異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的外徑相同，所述外徑大于等于2mm且小于等于50mmo
13.如權(quán)利要求12所述的異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，所述第二預(yù)設(shè)距離為所述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的外徑的0.02倍~0.1倍。
14.如權(quán)利要求12所述的異種材料薄壁細(xì)圓管的攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，所述第三預(yù)設(shè)距離大于等于所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度中的較小者，且所述第三預(yù)設(shè)距離小于等于所述第一薄壁細(xì)圓管的厚度和第二薄壁細(xì)圓管的厚度中的較小者的值加上所 述第一薄壁細(xì)圓管和第二薄壁細(xì)圓管的外徑的0.03倍。
【文檔編號】B23K20/12GK103537792SQ201310462335
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】陳科, 陳濱熹, 梁志遠(yuǎn) 申請人:上海交通大學(xué), 大金工業(yè)株式會社