一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法

摘要

本发明提供一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，该方法采用夹持固定工装（10）分别夹持固定铜管焊接毛坯（40）与钢管焊接毛坯（50）、旋转加压工装（30）对外加辅助铜环（20）进行预夹紧的夹持方式，通过在铜管焊接毛坯（40）待焊部位加工浅槽（41）、在铜管焊接毛坯（40）对接面加工凸环（42），在钢管焊接毛坯（50）待焊部位加工梯形凸台（51）、在钢管焊接毛坯（50）对接面加工出与凸环（42）对应的凹环（52）的焊接接头结构，采用铜管焊接毛坯（40）与钢管焊接毛坯（50）不旋转、外加辅助铜环（20）旋转加压的径向摩擦焊接方法，有效确保焊接质量、避免焊接缺陷的出现，从而解决厚壁铜/钢异质合金高强精密焊接的技术难题。

权利要求

1.一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、根据待焊铜管与待焊钢管的结构尺寸，设计并加工出铜管与钢管的夹持固定工装（10）；并根据待焊铜管与待焊钢管的结构尺寸，选择合适尺寸的外加辅助铜环（20），针对外加辅助铜环（20），选择合适的旋转加压工装（30）；

b、对待焊铜管、待焊钢管以及外加辅助铜环（20）进行机加工，加工出铜管焊接毛坯（40）、钢管焊接毛坯（50）以及外加辅助铜环（20）；并在铜管焊接毛坯（40）待焊部位加工浅槽（41）、在铜管焊接毛坯（40）对接面加工凸环（42），在钢管焊接毛坯（50）待焊部位加工梯形凸台（51）、在钢管焊接毛坯（50）对接面加工出与凸环（42）对应的凹环（52），所述梯形凸台（51）为等边梯形结构；然后分别对加工后的铜管焊接毛坯（40）、钢管焊接毛坯（50）以及外加辅助铜环（20）进行去铁锈、去毛刺与去油污处理；

c、将铜管焊接毛坯（40）与钢管焊接毛坯（50）对接后，采用夹持固定工装（10）分别夹持固定铜管焊接毛坯（40）与钢管焊接毛坯（50）；将外加辅助铜环（20）安装在待焊部位，采用旋转加压工装（30）对外加辅助铜环（20）进行预夹紧；同时，将旋转加压工装（30）与径向摩擦焊机连接；

d、启动径向摩擦焊机，夹持固定工装（10）分别夹持铜管管焊接毛坯与钢管焊接毛坯（50）且保持铜管焊接毛坯（40）与钢管焊接毛坯（50）静止不旋转，旋转加压工装（30）夹持外加辅助铜环（20）且跟随径向摩擦焊机的主轴旋转；当主轴达到摩擦转速时，旋转加压工装（30）对外加辅助铜环（20）施加径向摩擦压力，外加辅助铜环（20）在径向摩擦压力持续作用下收缩变形并与铜管焊接毛坯（40）、钢管焊接毛坯（50）外表面接触并相互摩擦；主轴与旋转加压工装（30）的动能不断消耗、径向摩擦压力不断增加，当转轴转速下降至顶锻转速且径向摩擦压力达到顶锻压力时，产生顶锻刹车，保压，完成外加辅助铜环（20）、铜管以及钢管的径向摩擦焊接；

e、打开旋转加压工装（30）与夹持固定工装（10），取下焊接件；

所述旋转加压工装（30）包括工装本体（31）、安装盘（32）、滚珠轴承（33）、环形定位盘（34）、伸缩杆（35）、换向夹具（36）、径向顶杆（37）以及夹持卡爪（38）；所述工装本体（31）为圆套结构且其横截面为阶梯型结构，所述工装本体（31）中部开设贯穿式轴孔（311）；所述工装本体（31）一端端面开设安装槽（312），所述安装盘（32）设置在安装槽（312）内且所述安装盘（32）中轴线与所述工装本体（31）中轴线共线、安装盘（32）为环形圆盘；所述工装本体（31）另一端端面开设定位槽（315）；所述工装本体（31）靠近所述定位槽（315）的一端固定套接一滚珠轴承（33），所述滚珠轴承（33）靠近所述安装槽（312）的一侧的所述工装本体（31）外壁固定套接一环形定位盘（34），所述环形定位盘（34）靠近所述安装盘（32）的一端且绕所述工装本体（31）中轴线均匀设置若干伸缩杆（35），所述伸缩杆（35）远离所述环形定位盘（34）的一端固定连接一换向夹具（36），所述换向夹具（36）为圆环形结构，其位于所述工装本体（31）第一段阶梯处的外壁且其中轴线与所述工装本体（31）中轴线共线，所述换向夹具（36）内表面为楔形；所述工装本体（31）位于所述安装槽（312）的一侧外壁对应所述换向夹具（36）且绕其中轴线均匀开设若干滑动孔（313）且所述滑动孔（313）与所述安装槽（312）连通，所述滑动孔（313）内滑动连接径向顶杆（37）且所述径向顶杆（37）位于所述安装盘（32）与所述安装槽（312）底面之间，所述径向顶杆（37）远离所述工装本体（31）轴心的一端与所述换向夹具（36）内表面匹配且与所述换向夹具（36）内表面滑动连接，所述径向顶杆（37）靠近所述工装本体（31）轴心的一端固定连接夹持卡爪（38）。

2.根据权利要求1所述的一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，其特征在于：

所述工装本体（31）通过转动组件与径向摩擦焊机主轴连接。

3.根据权利要求1或2任一项所述的一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，其特征在于：所述安装盘（32）上绕其中轴线均匀开设若干安装孔（321），所述工装本体（31）对应所述安装孔（321）设置固定孔（314），所述安装孔（321）处设置定位螺栓（322）；所述径向顶杆（37）对应所述安装孔（321）设置限位通槽（372）；所述定位螺栓（322）依次经过安装孔（321）、限位通槽（372）与固定孔（314）。

4.根据权利要求1所述的一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，其特征在于：

所述外加辅助铜环（20）的抗拉强度不大于400MPa。

5.根据权利要求1所述的一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，其特征在于：

所述外加辅助铜环（20）的外径为70～180mm，内径为53～152mm，宽度为25～48mm。

6.根据权利要求1所述的一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，其特征在于：

所述铜管焊接毛坯（40）直径为50～150mm，内径为25～120mm；所述浅槽（41）的深度为1.5～

3mm，宽度为12～25mm；所述凸环（42）长度为3～5mm，厚度为1.5～2.5mm。

7.根据权利要求1所述的一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，其特征在于：

所述钢管焊接毛坯（50）直径为50～150mm，内径为25～120mm；所述梯形凸台（51）的数量为2～3个，梯形凸台（51）高度为1.5～3mm，梯形凸台（51）长底边长度为3mm、短底边长度为2mm且所述梯形凸台（51）远离所述钢管焊接毛坯（50）中轴线的一端为短底边，相邻两个梯形凸台（51）之间的距离为4～5mm且所述钢管焊接毛坯（50）位于梯形凸台（51）待焊接部的总长度为12～27mm；所述凹环（52）的深度为3～5mm，厚度为1.5～2.5mm。

8.根据权利要求1所述的一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，其特征在于：

所述摩擦转速为1000～2600r/min，径向摩擦压力为3～10MPa；顶锻转速为450～1300r/min，顶锻压力为5～14MPa。

说明书

一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法

技术领域

[0001] 本发明涉及固相焊技术领域，尤其涉及一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法。

背景技术

[0002] 随着现代科学以及先进制造业等的高速发展，单一材料局限于自身性能，很难满足工业设计者对特定复合结构的需求，特别是在航空航天、船舶、兵器等国防与尖端技术领域，许多结构功能一体化的关重件都需要高强度材料，同时还需要具有高塑韧性、耐腐蚀性等其它重要特性；可见，单一材料已然无法满足国防与尖端领域的应用需求。目前，异质合金组焊复合结构能够充分发挥各自合金的优越特性，实现功能功效最大化，不仅能满足工业设计者对单一材料的性能要求，还能满足某些特殊工况和复杂工况的使用要求，已成为现代工业领域关注的重点。

[0003] 铜具有高塑韧性、高导热系数、高导电性、高耐腐蚀性等诸多优点，在航空工业、石油化工等领域具有重要的应用价值，被广泛应用于导电部件、热交换器、化学容器等；然而，铜价格昂贵，大量采用会导致工业成本极高、不符合工业化经济性要求。钢是一种经济型金属材料，具有高强度、低成本等优点；如果将铜与钢异质合金进行组焊，不经能满足构件的耐腐蚀等特殊功能需求，还能大量降低生产成本。一些压力容器涉及铜/钢异质合金厚壁管件的组焊，要求焊缝具备连接强度高、焊后同轴度好、高可靠密封、服役时间长等性能要求。但是，由于铜导热系数是钢的7～11倍、且管件壁厚为15～25mm，加上铜与钢异质合金的热膨胀系数差异大，若采用手工电弧焊或手工钨极氩弧焊等传统焊接方法，不仅焊前预热温度高，也易产生裂纹、未熔合、气孔、夹渣、咬边等焊接缺陷，且多层多道次焊接变形后，管件同轴度也不能满足要求；若采用惯性轴向摩擦焊等焊接方法，能获得高强度的焊接接头，但由于铜管壁厚大和导热系数大，为确保足够的焊接能量输入、需采用大转速和高顶锻力的强规范工艺参数，极大的浪费生产能源、加大生产成本，同时由于铜侧较软，高顶锻力焊接后，铜侧严重镦粗变形、焊接精度难以满足要求。

发明内容

[0004] 针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，从而解决厚壁铜/钢异质合金高强精密焊接的技术难题。

[0005] 本发明的目的通过以下技术方案实现：

[0006] 一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，其特征在于：包括以下步骤：

[0007] a、根据待焊铜管与待焊钢管的结构尺寸，设计并加工出铜管与钢管的夹持固定工装；并根据待焊铜管与待焊钢管的结构尺寸，选择合适尺寸的外加辅助铜环，针对外加辅助铜环，选择合适的旋转加压工装；

[0008] b、对待焊铜管、待焊钢管以及外加辅助铜环进行机加工，加工出铜管焊接毛坯、钢管焊接毛坯以及外加辅助铜环；并在铜管焊接毛坯待焊部位加工浅槽、在铜管焊接毛坯对接面加工凸环，在钢管焊接毛坯待焊部位加工梯形凸台、在钢管焊接毛坯对接面加工出与凸环对应的凹环，所述梯形凸台为等边梯形结构；然后分别对加工后的铜管焊接毛坯、钢管焊接毛坯以及外加辅助铜环进行去铁锈、去毛刺与去油污处理；

[0009] c、将铜管焊接毛坯与钢管焊接毛坯对接后，采用夹持固定工装分别夹持固定铜管焊接毛坯与钢管焊接毛坯；将外加辅助铜环安装在待焊部位(即对应铜管焊接毛坯的浅槽与钢管焊接毛坯的梯形凸台)，采用旋转加压工装对外加辅助铜环进行预夹紧；同时，将旋转加压工装与径向摩擦焊机连接；

[0010] d、启动径向摩擦焊机，夹持固定工装分别夹持铜管管焊接毛坯与钢管焊接毛坯且保持铜管焊接毛坯与钢管焊接毛坯静止不旋转，旋转加压工装夹持外加辅助铜环且跟随径向摩擦焊机的主轴旋转；当主轴达到摩擦转速时，旋转加压工装对外加辅助铜环施加径向摩擦压力，外加辅助铜环在径向摩擦压力持续作用下收缩变形并与铜管焊接毛坯、钢管焊接毛坯外表面接触并相互摩擦；主轴与旋转加压工装的动能不断消耗、径向摩擦压力不断增加，当转轴转速下降至顶锻转速且径向摩擦压力达到顶锻压力时，产生顶锻刹车，保压，完成外加辅助铜环、铜管以及钢管的径向摩擦焊接；

[0011] e、打开旋转加压工装与夹持固定工装，取下焊接件。

[0012] 作进一步优化，所述旋转加压工装包括工装本体、安装盘、滚珠轴承、环形定位盘、伸缩杆、换向夹具、径向顶杆以及夹持卡爪；所述工装本体为圆套结构且其横截面为阶梯型结构，所述工装本体中部开设贯穿式轴孔；所述工装本体一端端面开设安装槽，所述安装盘设置在安装槽内且所述安装盘中轴线与所述工装本体中轴线共线、安装盘为环形圆盘；所述工装本体另一端端面开设定位槽、用于设置夹持固定工装；所述工装本体靠近所述定位槽的一端固定套接一滚珠轴承、用于与外部设备连接从而固定安装整个工装本体，所述滚珠轴承靠近所述安装槽的一侧的所述工装本体外壁固定套接一环形定位盘，所述环形定位盘靠近所述安装盘的一端且绕所述工装本体中轴线均匀设置若干伸缩杆，所述伸缩杆远离所述环形定位盘的一端固定连接一换向夹具，所述换向夹具为圆环形结构，其位于所述工装本体第一段阶梯处的外壁且其中轴线与所述工装本体中轴线共线，所述换向夹具内表面为楔形；所述工装本体位于所述安装槽的一侧外壁对应所述换向夹具且绕其中轴线均匀开设若干滑动孔且所述滑动孔与所述安装槽连通，所述滑动孔内滑动连接径向顶杆且所述径向顶杆位于所述安装盘与所述安装槽底面之间，所述径向顶杆远离所述工装本体轴心的一端与所述换向夹具内表面匹配且与所述换向夹具内表面滑动连接，所述径向顶杆靠近所述工装本体轴心的一端固定连接夹持卡爪。

[0013] 优选的，所述工装本体通过转动组件与径向摩擦焊机主轴连接。

[0014] 优选的，所述安装盘上饶其中轴线均匀开设若干安装孔，所述工装本体对应所述安装孔设置固定孔，所述安装孔处设置定位螺栓；所述径向顶杆对应所述安装孔设置限位通槽；所述定位螺栓依次经过安装孔、限位通槽与固定孔实现安装盘与工装本体之间的安装定位、同时实现对径向顶杆的限位。

[0015] 优选的，所述伸缩杆的数量为6～12根。

[0016] 优选的，所述换向夹具内表面与其中心线之间的夹角为10～18°。

[0017] 优选的，所述径向顶杆的数量为5～8根。

[0018] 优选的，所述径向顶杆外壁设置环形凸台，所述环形凸台表面固定连接一复位弹簧，所述复位弹簧套接在所述径向顶杆外壁且所述复位弹簧远离所述环形凸台的一端与所述工装本体固定连接。

[0019] 优选的，所述夹持卡爪横截面为等边梯形且所述夹持卡爪靠近所述工装本体中轴线的一端端面设置若干防滑凸棱。

[0020] 作进一步优化，所述外加辅助铜环的抗拉强度不大于400MPa。

[0021] 作进一步优化，所述外加辅助铜环的外径为70～180mm，内径为53～152mm，宽度为25～48mm。

[0022] 作进一步优化，所述铜管焊接毛坯直径为50～150mm，内径为25～120mm；所述浅槽的深度为1.5～3mm，宽度为12～25mm；所述凸环长度为3～5mm，厚度为1.5～2.5mm。

[0023] 作进一步优化，所述钢管焊接毛坯直径为50～150mm，内径为25～120mm；所述梯形凸台的数量为2～3个，梯形凸台高度为1.5～3mm，梯形凸台长底边长度为3mm、短底边长度为2mm且所述梯形凸台远离所述钢管焊接毛坯中轴线的一端为短底边，相邻两个梯形凸台之间的距离为4～5mm且所述钢管焊接毛坯位于梯形凸台待焊接部的总长度为12～27mm；所述凹环的深度为3～5mm，厚度为1.5～2.5mm。

[0024] 作进一步优化，所述凸环与所述凹环采用间隙配合且所述间隙为0.06～0.1mm。

[0025] 作进一步优化，所述夹持固定工装包括夹持部与轴向限位块，所述夹持部夹持铜管焊接毛坯和钢管焊接毛坯的夹持宽度均为100～150mm。

[0026] 作进一步优化，所述摩擦转速为1000～2600r/min，径向摩擦压力为3～10MPa；顶锻转速为450～1300r/min，顶锻压力为5～14MPa。

[0027] 本发明具有如下技术效果：

[0028] 本发明采用凸环与凹环的结构配合以及夹持固定工装的装夹固定，保证焊接过程中以及焊后铜管与钢管的同轴度，同时也避免焊接过程中铜侧严重镦粗变形，对焊接过程中的铜管起到一定的限位作用，实现高精度焊接；采用浅槽与梯形凸台组成的焊接接头结构、配合外加辅助铜环，既确保同种材质材料一侧的高强度焊接，又增大了异种材质材料一侧的焊接面积，保证焊接质量，同时外加辅助铜环与梯形凸台的相互嵌入进一步增加焊接强度、避免焊接过程中出现裂纹、飞边等焊接缺陷。本发明采用铜管、钢管相互对接且不旋转，外加辅助铜环旋转加压的组焊方式，不仅实现了大壁厚异质合金的高同轴焊接，还实现了管外机加余量小、管内无焊接飞边、无需后续再加工、无需后续热处理的低生产成本焊接，焊接质量好、焊接强度高。

[0029] 同时，本申请采用工装本体、安装盘、滚珠轴承、环形定位盘、伸缩杆、换向夹具、径向顶杆以及夹持卡爪组成的旋转加压工装，能够对外加辅助铜环实现稳固夹持，避免旋转过程中外加辅助铜环出现轴向、径向跳动；并且，通过安装盘、工装本体、安装槽以及径向顶杆的设置，在方便拆卸的前提下，能够有效的对夹持卡爪形成保护，从而避免夹持卡爪磕碰；通过定位盘、伸缩杆、换向夹具与径向顶杆的配合，将伸缩杆的轴向推理转换为径向压力，从而有效对钢环焊接毛坯形成径向加压，保证焊接过程的准确与稳定、进一步确保焊接质量。

附图说明

[0030] 图1为本发明具体实施例中径向摩擦焊接安装结构示意图。

[0031] 图2为本发明具体实施例中铜管焊接毛坯的结构示意图。

[0032] 图3为本发明具体实施例中钢管焊接毛坯的结构示意图。

[0033] 图4为本发明具体实施例中旋转加压工装的结构示意图。

[0034] 图5为图4的A向局部放大图。

[0035] 图6为图4的B‑B向剖视图。

[0036] 其中，10、夹持固定工装；11、夹持部；12、轴向限位块；20、外加辅助铜环；30、旋转加压工装；31、工装本体；311、贯穿式轴孔；312、安装槽；313、滑动孔；314、固定孔；315、定位槽；32、安装盘；321、安装孔；322、定位螺栓；33、滚珠轴承；34、环形定位盘；35、伸缩杆；36、换向夹具；37、径向顶杆；371、环形凸台；372、限位通槽；373、复位弹簧；38、夹持卡爪；380、防滑凸棱；40、铜管焊接毛坯；41、浅槽；42、凸环；50、钢管焊接毛坯；51、梯形凸台；52、凹环。

具体实施方式

[0037] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0038] 实施例1：

[0039] 针对外径 的H90铜管与外径 的35CrMoSi钢管的径向组焊焊接；一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，其特征在于：包括以下步骤：

[0040] a、根据待焊铜管与待焊钢管的结构尺寸，设计并加工出铜管与钢管的夹持固定工装10；并根据待焊铜管与待焊钢管的结构尺寸，选择合适尺寸的外加辅助铜环20，外加辅助铜环20的抗拉强度不大于400MPa，针对外加辅助铜环20，选择合适的旋转加压工装30；

[0041] b、对待焊铜管、待焊钢管以及外加辅助铜环20进行机加工，加工出铜管焊接毛坯40、钢管焊接毛坯50以及外加辅助铜环20，铜管焊接毛坯40的尺寸为：
钢管焊接毛坯50的尺寸为：
外加辅助铜环20选择H90铜环，铜环宽度为25mm，外径为 内径为

[0042] 如图2所示，在铜管焊接毛坯40待焊部位加工浅槽41，浅槽41具体尺寸为：宽度A1为12mm，深度＝(F1‑E1)/2＝(50‑47)/2＝1.5mm，在铜管焊接毛坯40对接面加工凸环42，凸环42的具体尺寸为：长度B1为 为 D1为 凸环42厚度
＝(D1‑C1)/2；

[0043] 如图3所示，在钢管焊接毛坯50待焊部位加工梯形凸台51、梯形凸台51的数量为2～3个(图3所示为3个)，梯形凸台51具体尺寸为：高度(F2‑E2)/2＝(50‑47)/2＝1.5mm，梯形凸台51长底边长度I为3mm、短底边长度G为2mm且梯形凸台51远离钢管焊接毛坯50中轴线的一端为短底边，相邻两个梯形凸台51之间的距离H为4mm且所述钢管焊接毛坯50位于梯形凸台51待焊接部的总长度A2为12mm；在钢管焊接毛坯50对接面加工出与凸环42对应的凹环52，凹环52的具体尺寸为：长度B2为 C2为 D2为 凹环52
厚度＝(D2‑C2)/2；梯形凸台51为等边梯形结构；

[0044] 然后分别对加工后的铜管焊接毛坯40、钢管焊接毛坯50以及外加辅助铜环20进行去铁锈、去毛刺与去油污处理；

[0045] c、将铜管焊接毛坯40与钢管焊接毛坯50对接后，采用夹持固定工装10分别夹持固定铜管焊接毛坯40与钢管焊接毛坯50，如图1所示，夹持固定工装10的夹持部11分别夹持铜管焊接毛坯40与钢管焊接毛坯50、轴向限位块12分别顶住铜管焊接毛坯40与钢管焊接毛坯50远离对接面的一端，夹持部11夹持铜管焊接毛坯40和钢管焊接毛坯50的夹持宽度均为
100mm；将外加辅助铜环20安装在待焊部位(即对应铜管焊接毛坯40的浅槽41与钢管焊接毛坯50的梯形凸台51)，采用旋转加压工装30对外加辅助铜环20进行预夹紧；同时，将旋转加压工装30与径向摩擦焊机连接(夹持固定工装10与旋转加压工装30均可采用40Cr中碳调质钢加工成型)；

[0046] d、启动径向摩擦焊机，夹持固定工装10分别夹持铜管管焊接毛坯与钢管焊接毛坯50且在轴向限位块12压力的作用下，铜管管焊接毛坯的凸环42嵌入钢管焊接毛坯50的凹槽内，同时配合夹紧部的夹持作用保证铜管焊接毛坯40与钢管焊接毛坯50静止不旋转，旋转加压工装30夹持外加辅助铜环20且跟随径向摩擦焊机的主轴旋转；当主轴达到摩擦转速
2600r/min时，旋转加压工装30对外加辅助铜环20施加径向摩擦压力3MPa，外加辅助铜环20在径向摩擦压力持续作用下收缩变形并与铜管焊接毛坯40、钢管焊接毛坯50外表面接触并相互摩擦，摩擦热使焊接面处于热塑性状态；主轴与旋转加压工装30的动能不断消耗、径向摩擦压力不断增加，当转轴转速下降至顶锻转速1300r/min且径向摩擦压力达到顶锻压力
5MPa时，产生顶锻刹车，保压，完成外加辅助铜环20、铜管以及钢管的径向摩擦焊接；

[0047] e、打开旋转加压工装30与夹持固定工装10，取下焊接件。

[0048] 对径向组焊的铜/钢异质合金厚壁管件进行剪切强度和同轴度测试，试验结果表明：H90/35CrMoSi异质合金厚壁管件径向组焊接头的整体抗拉强度为315MPa，均断裂在外加铜环；通过对距径向组焊接头150mm的铜管和钢管进行同轴度测试表面，焊后铜管和钢管的同轴度为 实现了H90/35CrMoSi异质合金厚壁管件的高强精密径向组焊。

[0049] 实施例2：

[0050] 针对外径 的H62铜管与外径 的30CrMoSi钢管的径向组焊焊接；一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，其特征在于：包括以下步骤：

[0051] a、根据待焊铜管与待焊钢管的结构尺寸，设计并加工出铜管与钢管的夹持固定工装10；并根据待焊铜管与待焊钢管的结构尺寸，选择合适尺寸的外加辅助铜环20，外加辅助铜环20的抗拉强度不大于400MPa，针对外加辅助铜环20，选择合适的旋转加压工装30；

[0052] b、对待焊铜管、待焊钢管以及外加辅助铜环20进行机加工，加工出铜管焊接毛坯40、钢管焊接毛坯50以及外加辅助铜环20，铜管焊接毛坯40的尺寸为：
钢管焊接毛坯50的尺寸为：
外加辅助铜环20选择H62黄铜环，铜环宽度为30mm，外径为 内径为

[0053] 如图2所示，在铜管焊接毛坯40待焊部位加工浅槽41，浅槽41具体尺寸为：宽度A1为16mm，深度＝(F1‑E1)/2＝(100‑96)/2＝2mm，在铜管焊接毛坯40对接面加工凸环42，凸环42的具体尺寸为：长度B1为 C1为 D1为 凸环42厚度＝
(D1‑C1)/2；

[0054] 如图3所示，在钢管焊接毛坯50待焊部位加工梯形凸台51、梯形凸台51的数量为2～3个(图3所示为3个)，梯形凸台51具体尺寸为：高度(F2‑E2)/2＝(100‑96)/2＝2mm，梯形凸台51长底边长度I为3mm、短底边长度G为2mm且梯形凸台51远离钢管焊接毛坯50中轴线的一端为短底边，相邻两个梯形凸台51之间的距离H为5mm且所述钢管焊接毛坯50位于梯形凸台51待焊接部的总长度A2为16mm；在钢管焊接毛坯50对接面加工出与凸环42对应的凹环52，凹环52的具体尺寸为：长度B2为 C2为 D2为 凹环52厚
度＝(D2‑C2)/2；梯形凸台51为等边梯形结构；

[0055] 然后分别对加工后的铜管焊接毛坯40、钢管焊接毛坯50以及外加辅助铜环20进行去铁锈、去毛刺与去油污处理；

[0056] c、将铜管焊接毛坯40与钢管焊接毛坯50对接后，采用夹持固定工装10分别夹持固定铜管焊接毛坯40与钢管焊接毛坯50，如图1所示，夹持固定工装10的夹持部11分别夹持铜管焊接毛坯40与钢管焊接毛坯50、轴向限位块12分别顶住铜管焊接毛坯40与钢管焊接毛坯50远离对接面的一端，夹持部11夹持铜管焊接毛坯40和钢管焊接毛坯50的夹持宽度均为
150mm；将外加辅助铜环20安装在待焊部位(即对应铜管焊接毛坯40的浅槽41与钢管焊接毛坯50的梯形凸台51)，采用旋转加压工装30对外加辅助铜环20进行预夹紧；同时，将旋转加压工装30与径向摩擦焊机连接(夹持固定工装10与旋转加压工装30均可采用40Cr中碳调质钢加工成型)；

[0057] d、启动径向摩擦焊机，夹持固定工装10分别夹持铜管管焊接毛坯与钢管焊接毛坯50且在轴向限位块12压力的作用下，铜管管焊接毛坯的凸环42嵌入钢管焊接毛坯50的凹槽内，同时配合夹紧部的夹持作用保证铜管焊接毛坯40与钢管焊接毛坯50静止不旋转，旋转加压工装30夹持外加辅助铜环20且跟随径向摩擦焊机的主轴旋转；当主轴达到摩擦转速
1500r/min时，旋转加压工装30对外加辅助铜环20施加径向摩擦压力6MPa，外加辅助铜环20在径向摩擦压力持续作用下收缩变形并与铜管焊接毛坯40、钢管焊接毛坯50外表面接触并相互摩擦，摩擦热使焊接面处于热塑性状态；主轴与旋转加压工装30的动能不断消耗、径向摩擦压力不断增加，当转轴转速下降至顶锻转速700r/min且径向摩擦压力达到顶锻压力
11MPa时，产生顶锻刹车，保压，完成外加辅助铜环20、铜管以及钢管的径向摩擦焊接；

[0058] e、打开旋转加压工装30与夹持固定工装10，取下焊接件。

[0059] 对径向组焊的铜/钢异质合金厚壁管件进行剪切强度和同轴度测试，试验结果表明：H62/30CrMoSi异质合金厚壁管件径向组焊接头的整体抗拉强度为383MPa，均断裂在外加铜环；通过对距径向组焊接头150mm的铜管和钢管进行同轴度测试表面，焊后铜管和钢管的同轴度为 实现了H62/30CrMoSi异质合金厚壁管件的高强精密径向组焊。

[0060] 实施例3：

[0061] 针对外径 的H95铜管与外径 的30CrMoSiNi2A钢管的径向组焊焊接；一种异质合金厚壁管件高强精密径向组焊方法，其特征在于：包括以下步骤：

[0062] a、根据待焊铜管与待焊钢管的结构尺寸，设计并加工出铜管与钢管的夹持固定工装10；并根据待焊铜管与待焊钢管的结构尺寸，选择合适尺寸的外加辅助铜环20，外加辅助铜环20的抗拉强度不大于400MPa，针对外加辅助铜环20，选择合适的旋转加压工装30；

[0063] b、对待焊铜管、待焊钢管以及外加辅助铜环20进行机加工，加工出铜管焊接毛坯40、钢管焊接毛坯50以及外加辅助铜环20，铜管焊接毛坯40的尺寸为：
钢管焊接毛坯50的尺寸为：
外加辅助铜环20选择H62黄铜环，铜环宽度为48mm，外径为 内径为

[0064] 如图2所示，在铜管焊接毛坯40待焊部位加工浅槽41，浅槽41具体尺寸为：宽度A1为25mm，深度＝(F1‑E1)/2＝(150‑144)/2＝3mm，在铜管焊接毛坯40对接面加工凸环42，凸环42的具体尺寸为：长度B1为 C1为 D1为 凸环42
厚度＝(D1‑C1)/2；

[0065] 如图3所示，在钢管焊接毛坯50待焊部位加工梯形凸台51、梯形凸台51的数量为2～3个(图3所示为3个)，梯形凸台51具体尺寸为：高度(F2‑E2)/2＝(150‑144)/2＝3mm，梯形凸台51长底边长度I为3mm、短底边长度G为2mm且梯形凸台51远离钢管焊接毛坯50中轴线的一端为短底边，相邻两个梯形凸台51之间的距离H为4mm且所述钢管焊接毛坯50位于梯形凸台51待焊接部的总长度A2为27mm；在钢管焊接毛坯50对接面加工出与凸环42对应的凹环52，凹环52的具体尺寸为：长度B2为 C2为 D2为
凹环52厚度＝(D2‑C2)/2；梯形凸台51为等边梯形结构；

[0066] 然后分别对加工后的铜管焊接毛坯40、钢管焊接毛坯50以及外加辅助铜环20进行去铁锈、去毛刺与去油污处理；

[0067] c、将铜管焊接毛坯40与钢管焊接毛坯50对接后，采用夹持固定工装10分别夹持固定铜管焊接毛坯40与钢管焊接毛坯50，如图1所示，夹持固定工装10的夹持部11分别夹持铜管焊接毛坯40与钢管焊接毛坯50、轴向限位块12分别顶住铜管焊接毛坯40与钢管焊接毛坯50远离对接面的一端，夹持部11夹持铜管焊接毛坯40和钢管焊接毛坯50的夹持宽度均为
150mm；将外加辅助铜环20安装在待焊部位(即对应铜管焊接毛坯40的浅槽41与钢管焊接毛坯50的梯形凸台51)，采用旋转加压工装30对外加辅助铜环20进行预夹紧；同时，将旋转加压工装30与径向摩擦焊机连接(夹持固定工装10与旋转加压工装30均可采用40Cr中碳调质钢加工成型)；

[0068] d、启动径向摩擦焊机，夹持固定工装10分别夹持铜管管焊接毛坯与钢管焊接毛坯50且在轴向限位块12压力的作用下，铜管管焊接毛坯的凸环42嵌入钢管焊接毛坯50的凹槽内，同时配合夹紧部的夹持作用保证铜管焊接毛坯40与钢管焊接毛坯50静止不旋转，旋转加压工装30夹持外加辅助铜环20且跟随径向摩擦焊机的主轴旋转；当主轴达到摩擦转速
1000r/min时，旋转加压工装30对外加辅助铜环20施加径向摩擦压力10MPa，外加辅助铜环
20在径向摩擦压力持续作用下收缩变形并与铜管焊接毛坯40、钢管焊接毛坯50外表面接触并相互摩擦，摩擦热使焊接面处于热塑性状态；主轴与旋转加压工装30的动能不断消耗、径向摩擦压力不断增加，当转轴转速下降至顶锻转速450r/min且径向摩擦压力达到顶锻压力
14MPa时，产生顶锻刹车，保压，完成外加辅助铜环20、铜管以及钢管的径向摩擦焊接；

[0069] e、打开旋转加压工装30与夹持固定工装10，取下焊接件。

[0070] 对径向组焊的铜/钢异质合金厚壁管件进行剪切强度和同轴度测试，试验结果表明：H95/30CrMoSiNi2A异质合金厚壁管件径向组焊接头的整体抗拉强度为266MPa，均断裂在外加铜环；通过对距径向组焊接头150mm的铜管和钢管进行同轴度测试表面，焊后铜管和钢管的同轴度为 实现了H95/30CrMoSiNi2A异质合金厚壁管件的高强精密径向组焊。

[0071] 实施例4：

[0072] 旋转加压工装30包括工装本体31、安装盘32、滚珠轴承33、环形定位盘34、伸缩杆35、换向夹具36、径向顶杆37以及夹持卡爪38；工装本体31为圆套结构且其横截面为阶梯型结构，工装本体31中部开设贯穿式轴孔311；工装本体31一端端面开设安装槽312，安装盘32设置在安装槽312内且安装盘32中轴线与工装本体31中轴线共线、安装盘32为环形圆盘；工装本体31另一端端面开设定位槽315、用于设置固定夹持工装10；工装本体31靠近定位槽
315的一端固定套接一滚珠轴承33、用于与外部设备连接从而固定安装整个工装本体31，滚珠轴承33靠近安装槽312的一侧的工装本体31外壁固定套接一环形定位盘34，环形定位盘
34靠近安装盘32的一端且绕工装本体31中轴线均匀设置若干伸缩杆35、伸缩杆35的数量为
6～12根(优选8根)，伸缩杆35远离环形定位盘34的一端固定连接一换向夹具36，换向夹具
36为圆环形结构，其位于工装本体31第一段阶梯处的外壁且其中轴线与工装本体31中轴线共线，换向夹具36内表面为楔形、其内表面与其中心线之间的夹角为10～18°(优选14°)；工装本体31位于安装槽312的一侧外壁对应换向夹具36且绕其中轴线均匀开设若干滑动孔
313且滑动孔313与安装槽312连通，滑动孔313内滑动连接径向顶杆37且径向顶杆37位于安装盘32与安装槽312底面之间(如图3、图4所示)、径向顶杆37的数量为5～8根(优选6根、如图5所示)，径向顶杆37远离工装本体31轴心的一端与换向夹具37内表面匹配且与换向夹具
37内表面滑动连接，径向顶杆37靠近工装本体31轴心的一端固定连接夹持卡爪38。工装本体31通过转动组件与径向摩擦焊机主轴连接。安装盘32上饶其中轴线均匀开设若干安装孔
321，工装本体31对应安装孔321设置固定孔314，安装孔321处设置定位螺栓322；径向顶杆
37对应安装孔321设置限位通槽372；定位螺栓322依次经过安装孔321、限位通槽372与固定孔314实现安装盘32与工装本体31之间的安装定位、同时实现对径向顶杆37的限位。

[0073] 径向顶杆37外壁设置环形凸台371，环形凸台371表面固定连接一复位弹簧373，复位弹簧373套接在径向顶杆37外壁且复位弹簧373远离环形凸台371的一端与工装本体31固定连接。

[0074] 夹持卡爪38横截面为等边梯形且夹持卡爪38靠近工装本体31中轴线的一端端面设置若干防滑凸棱380。

[0075] 伸缩杆35通过泵体控制其伸缩。

[0076] 初始状态下、复位弹簧373处于伸长状态；安装外加辅助铜环20且对其实现预夹紧时，首先，通过定位螺栓322将安装盘32从安装槽312内拆卸下来，此时不对伸缩杆35施加紧固力、即泵体不工作、伸缩杆35处于自由伸缩状态，然后拉动换向夹具36向靠近环形定位盘34的一端运动、伸缩杆35收缩，夹持卡爪38与径向顶杆37一同向远离工装本体31中轴线的一端滑动、复位弹簧373压缩，将外加辅助铜环20放入安装槽312内的夹持卡爪38之间，启动泵体使伸缩杆35伸长、换向夹具36向远离环形定位盘34的一端运动，换向夹具36推动径向顶杆37与夹持卡爪38一同向靠近工装本体31中轴线的一端滑动、复位弹簧373重新伸长，从而实现夹持卡爪38对外加辅助铜环20的预夹紧；然后通过定位螺栓322将安装盘32安装在工装本体31上，定位螺栓322穿过限位通槽372实现对径向顶杆37的限位，避免其高速转动过程中出现左右晃动、造成高速转动过程中出现夹持不稳的问题；同时，通过径向顶杆37、换向夹具36与伸缩杆35的配合保证安装过程中外加辅助铜环20与旋转加压工装30的同轴度；夹持卡爪38两侧面分别与安装槽312底面(即工装本体31)、安装盘32光滑接触，同时根据需要夹持的外加辅助铜环20宽度选择夹持卡爪38的厚度。

[0077] 径向摩擦焊接过程中，径向摩擦焊机主轴旋转带动整个工装本体31旋转。工装本体31带动安装盘32、径向顶杆37、夹持卡爪38、环形定位盘34、换向夹具36以及其夹持的外加辅助铜环20进行旋转；当达到摩擦转速后，启动泵体使伸缩杆35继续伸长、拉动换向夹具36向远离环形定位盘34的一端运动、从而推动径向顶杆37与夹持卡爪38向靠近工装本体31中轴线一端运动，对外加辅助铜环20形成径向摩擦压力，完成径向摩擦焊接。焊接过程中，由于安装盘32与安装才312底面对夹持卡爪38的硬限位，避免径向加压过程中夹持卡爪38与外加辅助铜环20出现轴向跳动，确保焊接质量。

[0078] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。