[发明专利]异种材料薄壁细圆管的搅拌摩擦焊焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接领域，具体涉及搅拌摩擦焊焊接工艺领域，特别涉及一种异种材料薄壁细圆管的搅拌摩擦焊焊接方法。

背景技术

薄壁细圆管的在很多工业领域中有广泛的应用，比如空调中的连接管、给水管道、医药化工所用金属管等。随着一些材料的价格增长（比如铜）和材料性能的限制（密度、导热性、导电性、力学性能等），工业上需要将薄壁细圆管中的一部分材料用另一种材料取代，从而获得生产成本的降低和更好的性能，比如目前正在电缆行业、空调行业等行业兴起的“铝代铜”。而焊接作为连接两种材料的主要方法，广泛应用于工业生产，是要实现材料取代必须要解决的难题。所以，异种材料薄壁细圆管的焊接方法有着重要的意义。需要说明是的，这里所指的异种材料不仅是指薄壁细圆管的材质不同，还包括厚度不同的薄壁细圆管。

异种材料焊接是当前焊接方面的一个难点。在目前一些焊接技术中，传统的熔焊、钎焊由于异种材料间的物理、化学性能的差异而无法进行有效的焊接，其焊接接头缺陷多，性能不佳。而冷压焊、闪光焊等方法，虽然能够得到性能良好的焊接接头，但其生产成本高、效率低等，无法广泛应用于工业生产。

搅拌摩擦焊是英国焊接研究所于1991年发明的一种新型固相连接技术，主要通过插入待焊材料的搅拌头的旋转和沿待焊界面的运动，对焊接区域的材料进行搅拌、摩擦、挤压等机械行为实现材料的连接。搅拌摩擦焊现广泛应用于航天航空、船舶、汽车、电子、电力等领域，不仅能够在铝合金焊接领域有优良的表现，还能够提供性能优良的异种材料焊接接头，比如铝和镁、铝和钛、铝和铜、铝和钢等。搅拌摩擦焊不仅能够得到性能优良的焊接接头，并且焊接工艺简洁（无需复杂的表面处理、无需焊料、无需保护气体）、焊接能耗低（只需激光焊能量的2.5%）、焊接效率高、绿色环保（没有烟尘、飞溅、紫外辐射），是如今焊接的一种理想方法，特别是异种材料间的理想焊接方法。申请号为CN200780031648.3、发明名称为“用于不同材料焊接的构造和方法”的中国专利申请中提到了不同材料转接件的固态结合工艺是搅拌摩擦焊。

搅拌摩擦焊应用于异种材料薄壁细圆管的焊接，有着很高的工艺难度。相对于薄板的直线型搅拌摩擦焊来说，薄壁细圆管的几何特征和搅拌摩擦焊的自身特点，决定了焊接工艺的难度和焊接装置的复杂。比如搅拌头的运动由一维变二维、圆弧形的焊接平面使搅拌头无法产生充分的挤压作用、不同壁厚的细圆管带来的焊接难题、薄壁细圆管的复杂的固定装置等。另外，异种材料的搅拌摩擦焊相比于同种材料的搅拌摩擦焊又有着更高的难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种异种材料薄壁细圆管的搅拌摩擦焊焊接方法，采用搅拌摩擦焊进行异种材料的焊接以取代传统的焊接方法，适用于各种材料、各种规格的薄壁细圆管的搅拌摩擦焊，各焊接参数可根据不同材料、不同规格的待焊薄壁细圆管进行调整，能够得到性能更优良的焊接接头，使焊接接头具有优良的力学性能、焊接效率高，且本发明采用的生产设备简单、生产效率高、可行性高、耗能少、无污染、绿色环保，解决了异种材料薄壁细圆管焊接的工艺难题。

为解决上述问题，本发明提供一种异种材料薄壁细圆管的搅拌摩擦焊焊接方法，包括：

将异种材料的第一薄壁细圆管和第二薄壁细圆管固定于一固定装置上，并将所述第一薄壁细圆管、第二薄壁细圆管和固定装置通过一夹具固定于一搅拌摩擦焊设备上；

设置搅拌摩擦焊设备的搅拌头在所述第一薄壁细圆管和第二薄壁细圆管的圆心连线方向上偏离所述第一薄壁细圆管和第二薄壁细圆管的焊缝的距离为第一预设距离；

设置所述搅拌头偏离其所在的第一薄壁细圆管的横截面或第二薄壁细圆管的横截面的纵轴线的距离为第二预设距离；

将所述搅拌头垂直下压第三预设距离后对所述第一薄壁细圆管和第二薄壁细圆管焊接360°。

进一步的，在上述方法中，所述第一薄壁细圆管的厚度和第二薄壁细圆管的厚度相同或不同，所述第一薄壁细圆管的厚度和第二薄壁细圆管的厚度均大于等于0.2mm且小于等于6mm。

进一步的，在上述方法中，当所述第一薄壁细圆管的厚度和第二薄壁细圆管的厚度不同时，在第一薄壁细圆管和第二薄壁细圆管中厚度较大的一方的待焊一端开带钝边单边V形坡口；

当所述第一薄壁细圆管的厚度和第二薄壁细圆管的厚度相同时，不需要开坡口。

进一步的，在上述方法中，如权利要求3所述的异种材料薄壁细圆管的搅拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，所述的坡口的钝边长度为第一薄壁细圆管和第二薄壁细圆管中厚度较小的一方的厚度，坡口角度大于等于30度且小于等于60度。