[发明专利]摩擦焊焊接接头形变热处理的方法及装置

说明书

本发明涉及一种摩擦焊焊接接头形变热处理的方法及装置，更具体地说，是一种在摩擦焊机上直接进行焊后热处理，使焊接接头同时得到相变与形变两种强韧化效果的形变热处理的方法及装置。

众所周知，摩擦焊焊接接头焊后的强度要比母材高，但其韧性要比母材（特别是经过调质的母材）低。迄今为止，世界各国都是通过焊接完成后的热处理来提高其韧性，改善综合机械性能。所采用的热处理方式一般可归纳为三类：一是焊后进行正火或回火处理;二是焊后进行淬火加高温回火（调质）处理;三是焊后进行去应力退火加淬火加高温回火（即退火加调质）处理，去应力退火的目的是软化焊接飞边，使之易于去除，并调正组织，增加随后淬火的均匀性和淬透性。上述这些焊后热处理的方法都是通过接头区金属组织的相变来改善接头处的综合机械性能。由于上述方法将接头区金属在焊后又重新加热到再结晶温度以上，这样往往使摩擦焊焊接接头所特有的，在焊接过程中很高顶锻压力及摩擦扭矩双重作用下发生的剧烈变形而产生的形变强韧化效果消失。接头的韧性虽然有所提高，但这是在牺牲焊接接头强度的前提下取得的，而且接头的韧性也不可能提高到母材的水平。另外，摩擦焊焊件多为长形杆件，受其结构限制只能对接头进行局部焊后热处理。这就不可避免地在接头焊接热影响区以外，又形成了一个比接头焊接热影响区宽得多的热处理热影响区，热处理热影响区的两个边缘是摩擦焊焊件强度的最薄弱区。现场使用结果证明，摩擦焊焊件多在此处发生破坏。

本发明的目的在于提供一种在不降低摩擦焊接头强度的前提下，将其韧性提高到母材甚至超过母材韧性的摩擦焊接头形变热处理的方法及装置。

本发明的另一个目的在于提供一种不产生热处理热影响区，能消除热处理区强度低谷的摩擦焊接头形变热处理的方法及装置。

本发明的又一目的在于提供一种为简化热处理工艺，提高生产效率而直接在摩擦焊机上进行的摩擦焊接头形变热处理的方法及装置。

为实现上述发明目的，本发明的摩擦焊接头形变热处理的方法是把摩擦焊接的摩擦加热热源同时作为焊接接头淬火处理的加热热源（因此，本发明的方法又可称为摩擦焊接头的焊热处理），在接头摩擦加热过程结束后和顶锻焊接结束前，利用直接安装在摩擦焊机上的淬火装置及时向接头区喷射淬火介质，使接头区迅速冷却，焊件的摩擦焊接与接头的淬火处理同在摩擦焊机上完成。焊接接头的回火处理可在焊机上完成，也可将焊件从焊机上取下后进行。

采用上述摩擦焊接头形变热处理方法的装置是为实现本发明的目的而专门设计的。该装置由供给淬火液体的管路系统，供给压缩空气的管路系统和淬火圈组成。所述的淬火圈直接安装在摩擦焊机上，并位于焊件的接头区。在淬火圈四周均匀布置有数个向内的组合喷嘴，淬火液体和压缩空气由淬火圈分配给安装在其上的组合喷嘴，由组合喷嘴喷出的是由淬火液体和压缩空气按一定比例混合的雾状淬火介质。

本发明的摩擦焊接头形变热处理的方法及装置具有如下优点：

1.本发明是在摩擦焊过程中的摩擦加热阶段结束后顶锻焊接阶段结束前某瞬间及时对接头进行速冷淬火处理，无需如现有的摩擦焊接接头焊后热处理方法那样将接头区金属重新加热到再结晶以上的淬火温度，因而充分保存和挖掘了摩擦焊接过程自身所具有的，焊件在轴向压力及摩擦扭矩双重作用下产生剧烈形变所得到的相变和形变双重强韧化的可能性。实现了在基本不降低接头强度的前提下，使其韧性达到甚至超过母材的韧性水平。

2.本发明的形变热处理方法是把焊接接头的焊接加热热源同时也当做接头淬火加热的热源，而不需要象通常的接头焊后热处理那样，在焊后重又把接头加热到淬火温度，因此不会产生热处理热影响区，消除了热处理热影响区边缘的强度和硬度低谷。

3.本发明由于取消了通常的接头焊后重新加热淬火的工序，因此降低了能源消耗，简化了热处理工艺，提高了焊件的生产效率，更易于现场生产应用。

图1是淬火装置的系统原理图。

图2是淬火装置和保温装置在摩擦焊机上的安装位置示意图。