[发明专利]一种采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头的方法

说明书

本发明公开了一种采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头的方法，其技术方案为：将材料不同的至少两种棒材依次放入模具，且相邻棒材的对接端契合；搅拌棒以设定下压量、转速及下压速度完成搅拌摩擦制备过程；在搅拌棒的旋转搅拌作用下，其周围材料产生塑性流动，同时，在搅拌棒的作用下，材料之间发生摩擦和塑性变形，从而实现连接；发生塑性流动的材料被限制在模具和搅拌棒组成的环状空腔内，形成结构件；取出模具中结构件，经后处理后得到异种管接头。本发明能够有效地避免异种薄壁管材直接焊接时出现的焊接效率低、接头力学性能低、尺寸不稳定等问题，从而保证异种薄壁管状结构实现稳定连接，提高使用性能。

技术领域

本发明涉及异种材料搅拌摩擦焊接领域，尤其涉及一种采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头的方法。

背景技术

在各领域的产品中，经常需要使用各种管材作为系统介质输送的渠道。不同的管件需要使用不同的管材，在管材的应用实际中，由于管材的长度有限，通常需要多根管材进行连接使用。管件的连接形式多样，主要分为外加连接结构件以及直接连接两类。前者通过密封圈密封紧固的方式连接，虽然安装便捷，可拆卸，但是连接强度较低，稳定性较差，可应用的管径范围比较窄，使用年限受到密封圈的制约。同时，连接处通常会有结构凸出，这会使仪器装备其他结构件的组装存在空间限制，还会带来清洁度差等问题。管件直接连接时通常采用焊接技术，可以实现“无接头连接”，适用范围比较广，接头处连接强度高，更具特殊优势。

随着我国工业的不断发展以及工程技术的不断进步，对产品安全性能及节能环保的要求也不断提高。为满足产品设备的使用要求，实现结构轻量化，通常需要多种材料混合使用，综合发挥其各自在力学性能、工艺性能、经济性等各方面的优势。因此，需要连接使用的相邻两根管材可能会是异种材料，异种管材连接的应用越来越普遍。

由于不同材料的物理性能、化学性能及组织成分等差别较大，所以异种材料的焊接比同种材料的焊接复杂困难许多，对连接技术、连接装置的要求更高。采用熔焊方法容易出现气孔、夹渣、焊不透等焊接缺陷，容易出现废品。而扩散焊、钎焊的焊接效率较低，对工件的尺寸和形状要求比较严格。旋转摩擦焊接头质量好，但当连接薄壁管件时，管件容易受顶锻压力作用发生变形甚至折弯，影响接头性能。搅拌摩擦焊作为一种新型固相连接技术，有效解决了轻合金材料焊接问题，可以实现铝、镁、铜等轻质合金材料高效、优质连接，且在异种材料连接上也表现出独特的优势。焊接时，在摩擦热和塑性变形热的作用下，焊缝两侧的金属软化，在搅拌针的带动下发生塑性流动，经过搅拌针的搅拌和轴肩的锻压作用，形成焊接接头。焊接过程中，材料不熔化，焊缝不存在气孔、夹渣、裂纹等缺陷，操作简单，便于实现自动化。但是焊接过程中待焊工件要承受主轴方向上较大的顶锻力，并且对待焊工件有一定的形状要求，实现管件特别是薄壁管件的搅拌摩擦焊接还存在技术困难。

现有技术公开了一种用于搅拌摩擦焊接异种管状结构的新装置，主要由托盘、托盘轴、轴承、搅拌头和搅拌头固定圆形架组成，通过工作台和搅拌头相互反方向旋转形成更高热量实现两种接管的叠加焊接，适合于轻量化合金管接头搅拌摩擦焊接，解决了现有的不同管径的管材焊接效率低，易出现废品的问题。然而，该方法在焊接同管径的管材时，对管材固定以及搅拌头定位的要求较高。另一方面，在连接薄壁管材时，对搅拌针的下压量难控制，容易出现接头处未连接或压塌变形等问题，影响接头质量。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头的方法，能够有效地避免异种薄壁管材直接焊接时出现的焊接效率低、接头力学性能低、尺寸不稳定等问题，从而保证异种薄壁管状结构实现稳定连接，提高使用性能。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的实施例提供了一种采用棒材搅拌摩擦制造异种管接头的方法，包括：

将材料不同的至少两种棒材依次放入模具，且相邻棒材的对接端契合；