低碳钢孔型接头的摩擦冷压焊封孔方法

摘要

本发明公开了一种低碳钢孔型接头的摩擦冷压焊封孔方法，用于解决现有方法焊接的接头抗剪切强度差的技术问题。技术方案是该方法首先将低碳钢构件上需要封孔焊接的工艺孔加工成一定锥度的锥孔，同时制备相同锥度、最大直径为待焊工艺孔孔径110～120％的同质或异质低碳钢锥头，对锥孔、锥头待焊表面进行打磨，然后将锥孔、锥头浸入无水乙醇溶液中，超声波清洗，将晾干后的锥孔、锥头置于ZCJ1302‑A全自动落锤冲击试验机上压头与下压头之间，进行加压摩擦焊接，之后进行退火并保温，保温结束后随炉冷却。本发明采用摩擦加压方式使低碳钢表面产生变形，而实现冷压焊成形。经测试，接头的抗剪切强度达到了低碳钢母材强度的55～65％。

权利要求

1.一种低碳钢孔型接头的摩擦冷压焊封孔方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将低碳钢构件上需要封孔焊接的工艺孔加工成锥度为6～10°的锥孔，同时加工一个锥度为6～10°、最大直径为待焊工艺孔直径110～120％的低碳钢锥头；

步骤二、采用600～2000#SiC砂纸对锥孔、锥头待焊表面进行打磨抛光后，置于无水乙醇溶液中，超声波清洗4～6min，然后冷风吹干；

步骤三、将锥头置于锥孔中用力压实，使待焊表面贴合均匀、紧密，形成待焊工件；

步骤四、将待焊工件置于ZCJ1302-A全自动落锤冲击试验机的上压头与下压头之间，并调整对中；

步骤五、对待焊工件施加冲击能量130～150J，进行落锤冲击，实现摩擦加压，完成摩擦冷压焊过程；所获得的压入量为4～8mm；

步骤六、对焊接后的低碳钢构件进行650℃退火，保温一小时，保温结束后随炉冷却。

2.根据权利要求1所述的低碳钢孔型接头的摩擦冷压焊封孔方法，其特征在于：所述的锥孔、锥头是同质低碳钢材料。

3.根据权利要求1所述的低碳钢孔型接头的摩擦冷压焊封孔方法，其特征在于：所述的锥孔、锥头是异质低碳钢材料。

说明书

低碳钢孔型接头的摩擦冷压焊封孔方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种摩擦冷压焊接方法，特别是涉及一种低碳钢孔型接头的摩擦冷压焊封孔方法。

背景技术

[0002] 低碳钢焊接在具有低温、高强度和环保等要求的孔型接头封孔中具有广泛应用。

[0003] 文献1“高强度锌合金冷压焊工艺及接头组织性能，甄立玲，齐果，王英，马冰，樊建勋，明珠，杨忠仙，刘环恩，张华。兵器材料科学与工程，2010年，33卷，6期：76-78”公开了一种采用冷压焊完成高强度锌合金棒材对接的方法，但是，(1)焊接材料为软金属，即所采用的高强度锌合金，是传统的冷压焊材料，而相对高强的钢铁类材料冷压焊技术未见报道；(2)焊接结构设计是对接形式，因此该技术也无法应用于孔型结构的封焊。

[0004] 文献2“300MW汽缸连通管压力调节阀堵孔焊接工艺，王庆，郑相锋，董国振，吴楠，李文彬。冶金自动化，2012年，S2期：401-402”公开了一种调节阀与待用堵板的材质均为20CrMoA的封孔焊接工艺，但采用的是手工电弧焊。手工电弧焊是熔焊方法，接头经历1000℃以上的高温热循环，会产生局部热应力和变形，以及热影响区组织退化，从而使接头尺寸超差或性能恶化。

[0005] 文献3“新型材料成形加工技术——摩擦叠焊，陈家庆，焦向东，周灿丰，邱宗义，栾国红。焊接学报，2007年，28卷，9期：108-112”综述介绍了一种采用搅拌摩擦焊进行叠焊(搭接接头)方法。该方法从原理上可以进行钢铁类材料的封孔成形焊接，也能获得和本发明相同的固相焊效果(低温、变形小、母材损伤小)。然而，该方法仍处于研究阶段，至今没发现有现场应用的报道。另一方面，该方法使用高达5000rpm左右的超高转速，这对设备的制造带来很大的困难和高昂的成本，因此成为推广困难的重要原因。

发明内容

[0006] 为了克服现有方法焊接的接头抗剪切强度差的不足，本发明提供一种低碳钢孔型接头的摩擦冷压焊封孔方法。该方法首先将低碳钢构件上需要封孔焊接的工艺孔加工成一定锥度的锥孔，同时制备相同锥度、最大直径为待焊工艺孔孔径110～120％的同质或异质低碳钢锥头，对锥孔、锥头待焊表面进行打磨，然后将锥孔、锥头浸入无水乙醇溶液中，超声波清洗，将晾干后的锥孔、锥头置于ZCJ1302-A全自动落锤冲击试验机上压头与下压头之间，进行加压摩擦焊接，之后进行退火并保温，保温结束后随炉冷却。本发明采用摩擦加压方式使低碳钢表面产生变形，而实现冷压焊成形。经测试，接头的抗剪切强度达到了低碳钢母材强度的55～65％。

[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低碳钢孔型接头的摩擦冷压焊封孔方法，其特点是包括以下步骤：

[0008] 步骤一、将低碳钢构件上需要封孔焊接的工艺孔加工成锥度为6～10°的锥孔，同时加工一个锥度为6～10°、最大直径为待焊工艺孔直径110～120％的低碳钢锥头；

[0009] 步骤二、采用600～2000#SiC砂纸对锥孔、锥头待焊表面进行打磨抛光后，置于无水乙醇溶液中，超声波清洗4～6min，然后冷风吹干；

[0010] 步骤三、将锥头置于锥孔中用力压实，使待焊表面贴合均匀、紧密，形成待焊工件；

[0011] 步骤四、将待焊工件置于ZCJ1302-A全自动落锤冲击试验机的上压头与下压头之间，并调整对中；

[0012] 步骤五、对待焊工件施加冲击能量130～150J，进行落锤冲击，实现摩擦加压，完成摩擦冷压焊过程。所获得的压入量为4～8mm；

[0013] 步骤六、对焊接后的低碳钢构件进行650℃退火，保温一小时，保温结束后随炉冷却。

[0014] 所述的锥孔、锥头是同质低碳钢材料。

[0015] 所述的锥孔、锥头是异质低碳钢材料。

[0016] 本发明的有益效果是：该方法首先将低碳钢构件上需要封孔焊接的工艺孔加工成一定锥度的锥孔，同时制备相同锥度、最大直径为待焊工艺孔孔径110～120％的同质或异质低碳钢锥头，对锥孔、锥头待焊表面进行打磨，然后将锥孔、锥头浸入无水乙醇溶液中，超声波清洗，将晾干后的锥孔、锥头置于ZCJ1302-A全自动落锤冲击试验机上压头与下压头之间，进行加压摩擦焊接，之后进行退火并保温，保温结束后随炉冷却。本发明采用摩擦加压方式使低碳钢表面产生变形，而实现冷压焊成形。经测试，接头的抗剪切强度达到了低碳钢母材强度的55～65％。该方法除用于低碳钢结构的封孔焊外，还可以推广到采用低碳钢材料对中碳钢结构进行封孔焊。

[0017] 下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。

具体实施方式

[0018] 实施例1：锥度为10°的Q235低碳钢摩擦冷压焊封孔。

[0019] 将低碳钢Q235构件上需要封孔焊接的工艺孔加工成锥度为10°的锥孔，同时加工一个锥度为10°、最大直径均为待焊工艺孔直径120％的低碳钢Q235锥头，用600～2000#SiC砂纸对锥孔、锥头待焊表面进行打磨。后将锥孔、锥头浸入无水乙醇溶液中，超声波清洗5min，取出后置于吹风机下吹干。将锥头置于锥孔中用力压实，使待焊表面贴合均匀、紧密，形成待焊工件。将待焊工件置于ZCJ1302-A全自动落锤冲击试验机上压头与下压头之间，并调整对中。对待焊工件施加冲击能量130J，压入量为4mm，之后进行650℃退火，保温一小时，保温结束后随炉冷却。

[0020] 经测试，接头的抗剪切强度为204MPa，达到了Q235的抗剪切强度340MPa的60％。

[0021] 实施例2：锥度为6°的Q215低碳钢摩擦冷压焊封孔。

[0022] 将低碳钢Q215构件上需要封孔焊接的工艺孔加工成锥度为6°的锥孔，同时设计锥度为6°、最大直径均为待焊工艺孔直径110％的低碳钢Q215锥头，用600～2000#SiC砂纸对锥孔、锥头待焊表面进行打磨。后将锥孔、锥头浸入无水乙醇溶液中，超声波清洗4min，取出后置于吹风机下吹干。将锥头置于锥孔中用力压实，使待焊表面贴合均匀、紧密，形成待焊工件。将待焊工件置于ZCJ1302-A全自动落锤冲击试验机上压头与下压头之间，并调整对中。对待焊工件施加冲击能量135J，压入量为5mm，之后进行650℃退火，保温一小时，保温结束后随炉冷却。

[0023] 经测试，接头的抗剪切强度为169MPa，达到了Q215的抗剪切强度260MPa的65％。

[0024] 实施例3：锥度为10°的Q235与45#钢的低碳钢摩擦冷压焊封孔。

[0025] 将45#钢构件上需要封孔焊接的工艺孔加工成锥度为10°的锥孔，同时设计锥度为10°、最大直径为待焊工艺孔直径120％的低碳钢Q235锥头，用600～2000#SiC砂纸对锥孔、锥头待焊表面进行打磨。后将锥孔、锥头浸入无水乙醇溶液中，超声波清洗5min，取出后置于吹风机下吹干。将锥头置于锥孔中用力压实，使待焊表面贴合均匀、紧密，形成待焊工件。
将待焊工件置于ZCJ1302-A全自动落锤冲击试验机上压头与下压头之间，并调整对中。对待焊工件施加冲击能量150J，压入量为8mm，之后进行650℃退火，保温一小时，保温结束后随炉冷却。

[0026] 经测试，接头的抗剪切强度为187MPa，达到了Q235的抗剪切强度340MPa的55％。

[0027] 实施例4：锥度为10°的Q255低碳钢摩擦冷压焊封孔。

[0028] 将低碳钢Q255构件上需要封孔焊接的工艺孔加工成锥度为10°的锥孔，同时设计锥度为8°、最大直径均为待焊工艺孔直径115％的低碳钢Q255锥头，用600～2000#SiC砂纸对锥孔、锥头待焊表面进行打磨。后将锥孔、锥头浸入无水乙醇溶液中，超声波清洗6min，取出后置于吹风机下吹干。将锥头置于锥孔中用力压实，使待焊表面贴合均匀、紧密，形成待焊工件。将待焊工件置于ZCJ1302-A全自动落锤冲击试验机上压头与下压头之间，并调整对中。对待焊工件施加冲击能量140J，压入量为7mm，之后进行650℃退火，保温一小时，保温结束后随炉冷却。

[0029] 经测试，接头的抗剪切强度为230MPa，达到了Q255的抗剪切强度410MPa的56％。

[0030] 申请人对不同型号的低碳钢材料锥孔，配合相同型号或者不同型号的低碳钢材料锥头进行了试验研究，均取得良好的效果。