專利名稱：管材摩擦焊及焊區(qū)焊熱處理的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管材摩擦焊接并利用摩擦焊熱直接進(jìn)行焊區(qū)熱處理的方法和裝置，主要用于長金屬管材的對焊和焊區(qū)熱處理，屬于機(jī)械行業(yè)。
傳統(tǒng)的摩擦焊接工藝生產(chǎn)的長金屬管材，在焊接熱影響區(qū)內(nèi)的機(jī)械性能存在兩個薄弱環(huán)節(jié)，即焊合面的高脆性和焊合面兩側(cè)各存在一個低強(qiáng)度的軟化區(qū)，這兩個薄弱環(huán)節(jié)直接影響著焊接管的整體質(zhì)量，嚴(yán)重降低了焊接管的最大使用能力。中國專利CN1050409A提出了利用接頭焊接熱源作為接頭淬火的加熱熱源，在焊接過程結(jié)束后立即對接頭進(jìn)行淬火處理，然后再進(jìn)行回火處理，此方法使焊接接頭得到相變強(qiáng)韌化的同時，又保存了接頭在焊接過程中得到的形變強(qiáng)韌化效果，焊區(qū)綜合機(jī)械性能有所提高，抑制了焊合而兩側(cè)軟化區(qū)影響程度。但一方面由于該方法僅對管外部噴射淬火，使管內(nèi)外焊區(qū)的冷卻速率相差懸殊，導(dǎo)致管壁內(nèi)外機(jī)械性能不一致。另一方面由于沒有對形變量實行合理的控制，無法使焊區(qū)材料達(dá)到最佳的形變熱處理所應(yīng)有的性能，尤其是沖擊功未能達(dá)到母材的沖擊韌性等機(jī)械性能。此外其淬火圈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造、安裝工藝性欠佳。
本發(fā)明的目的是提供一種消除管材摩擦焊焊后熱處理影響區(qū)內(nèi)的二個薄弱環(huán)節(jié)，使焊合面韌性超過母材韌性、軟化區(qū)的不良影響基本消失的摩擦焊及焊區(qū)焊熱處理的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供實現(xiàn)上述目的的工藝裝置，并使其結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、操作方便。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的管材摩擦焊及焊區(qū)焊熱處理的方法，包括摩擦焊接、形變、淬火三個工藝，在焊接過程中，當(dāng)摩擦加熱焊接形變結(jié)束時，立即進(jìn)行頂鍛形變，在頂鍛壓力消失前某個瞬間，直接利用摩擦焊熱進(jìn)行焊區(qū)淬火處理，在所述的頂鍛形變中，需控制頂鍛形變量，其形變量采用能耗制動方法控制，在所述的淬火處理中，淬火介質(zhì)同時在焊接管的內(nèi)外壁冷卻焊區(qū)，淬火介質(zhì)分外冷介質(zhì)和內(nèi)冷介質(zhì)；外冷介質(zhì)經(jīng)兩級霧化直接噴向外壁焊區(qū)，內(nèi)冷介質(zhì)經(jīng)焊接管流過內(nèi)壁焊區(qū)；內(nèi)外冷介質(zhì)使焊區(qū)速冷至馬氏體或珠光體或下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度點，然后立即將焊區(qū)在這個溫度區(qū)保溫足夠長的時間，促使焊區(qū)淬火組織向馬氏體或珠光體或下貝氏體轉(zhuǎn)變。
采用上述管材摩擦焊及焊區(qū)焊熱處理方法的焊接淬火裝置，包括摩擦焊機(jī)、形變控制裝置和淬火裝置，摩擦焊機(jī)的主電機(jī)上配接形變量控制裝置，該控制裝置由整流制動電路和制動控制電路組成，整流制動電路與主電機(jī)的動力線路并聯(lián)；制動控制電路與電機(jī)控制線路互鎖并聯(lián)；所述的淬火裝置由外冷裝置、內(nèi)冷裝置和保溫加熱裝置組成；外冷裝置由兩個分別提供氣、液冷卻介質(zhì)的管路系統(tǒng)、一次霧化室和兩個安裝了若干個二次霧化噴頭的半圓形管路組成，氣、液源管路系統(tǒng)分別與一次霧化室的氣、液輸入口相接，一次霧化室的輸出口與兩個半圓形管路相連，兩個半圓形管路呈圓形相對安裝在焊機(jī)上的焊件接頭處，并與焊件軸線同心；內(nèi)冷裝置由一個提供流體冷卻介質(zhì)的動力管路系統(tǒng)和密封接頭組成；動力管路系統(tǒng)經(jīng)密封接頭與被焊接管的靜止端口相連。
本發(fā)明的優(yōu)點是(1)對摩擦焊機(jī)的主電機(jī)實現(xiàn)能耗制動控制頂鍛形變量，增加了變形機(jī)制的選擇余地，有效地控制了焊合面附近材料微觀組織中的位錯密度，促進(jìn)位錯壁形成、碳化物沿亞晶界分布、亞晶粒組織極其豐富、細(xì)小、尺寸達(dá)200A°，形成“多邊形化”結(jié)構(gòu)，從而大幅度地提高了焊合面處的沖擊韌性，甚至超過母材。同時增加焊熱回火區(qū)的變形量，使該區(qū)域晶粒明顯細(xì)化、晶粒度達(dá)到11-12級(母材僅6-7級)，而且亞組織豐富、碳化物呈球狀彌散分布，使回火區(qū)的強(qiáng)度大大提高，軟化區(qū)基本消失。(2)焊區(qū)管內(nèi)外同時淬火，有效地提高了焊區(qū)的淬透性，也有效地改善了焊區(qū)組織的機(jī)械性能，尤其是沖擊韌性明顯提高。(3)外冷裝置采用二級霧化方案，具有性能優(yōu)異，結(jié)構(gòu)簡單，安裝操作方便的特點。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1為本發(fā)明焊接淬火裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明主電機(jī)能耗制動電路圖。
圖3為本發(fā)明外冷裝置管路系統(tǒng)原理圖。
在圖1所示摩擦焊機(jī)上，被焊管接頭2和被焊管4分別在旋轉(zhuǎn)卡盤1和移動夾具5中夾緊，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)卡盤的主電機(jī)上安裝了能耗制動器。圖2所示的主電機(jī)能耗制動電路圖中，變壓器9與整流器10組成的制動電路與主電機(jī)11的動力線路互鎖并聯(lián)，制動控制電路12與主電機(jī)運轉(zhuǎn)控制電路13互鎖并聯(lián)，電機(jī)運轉(zhuǎn)時，接觸器1XC工作，接觸器HC斷電，制動電路斷開；動力切斷時，接觸器1XC斷電、HC工作，制動電路接通，在電機(jī)的繞組上施加一個直流磁場，阻礙電機(jī)運轉(zhuǎn)，通過調(diào)整電壓可調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)弱，從而調(diào)節(jié)制動力的大小。
其淬火裝置包括外冷裝置、內(nèi)冷裝置和保溫加熱裝置，圖3所示外冷裝置由分別提供淬火液體和壓縮空氣的兩個管路系統(tǒng)14、15、一次霧化室16和兩個半圓形管路3組成，淬火液體和壓縮空氣在一次霧化室匯合并霧化，經(jīng)單管8將一次霧化后的淬火介質(zhì)送入半圓形管路，再經(jīng)半圓形管路的二次霧化噴嘴將淬火介質(zhì)二次霧化后噴向焊接區(qū)，二次霧化既減少了焊機(jī)上輸送管路，又提高了介質(zhì)霧化效果。如圖1外淬裝置的兩個半圓形管路3呈圓環(huán)形安裝在焊機(jī)上被焊管接頭處，圓環(huán)可方便地開合，以便于焊件裝夾，圓環(huán)中心與被焊管同心，使淬火效果在360°圓周上一致；內(nèi)冷裝置的動力管路系統(tǒng)7經(jīng)密封接頭6與被焊管的固定端相連，淬火時，動力管路系統(tǒng)7工作，使內(nèi)冷介質(zhì)流過管內(nèi)壁焊區(qū)以起到迅速降溫的作用，焊區(qū)速冷至馬氏體、珠光體或下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度點，再經(jīng)保溫加熱裝置保溫足夠長的時間，促使焊區(qū)淬火組織向馬氏體、珠光體或下貝氏體轉(zhuǎn)變，確保焊區(qū)的綜合機(jī)械性能。
權(quán)利要求
1．一種管材摩擦焊及焊區(qū)焊熱處理的方法，它包括摩擦焊接、形變、淬火三個工藝，在焊接過程中，當(dāng)摩擦加熱焊接形變結(jié)束時，立即進(jìn)行頂鍛形變，在頂鍛壓力消失前某個瞬間，直接利用摩擦焊熱進(jìn)行焊區(qū)淬火處理，其特征是在所述的頂鍛形變中，需控制頂鍛形變量；在所述的淬火處理中，淬火介質(zhì)同時在焊接管的內(nèi)外壁冷卻焊區(qū)。
2．如權(quán)利要求1所述的管材摩擦焊及焊區(qū)焊熱處理的方法，其特征是通過能耗制動方法控制焊區(qū)頂鍛形變量。
3．如權(quán)利要求1所述的管材摩擦焊及焊區(qū)焊熱處理的方法，其特征是所述的對焊區(qū)管內(nèi)外壁同時淬火處理的淬火介質(zhì)分為外冷介質(zhì)和內(nèi)冷介質(zhì)；外冷介質(zhì)經(jīng)兩級霧化直接噴向外壁焊區(qū)；內(nèi)冷介質(zhì)經(jīng)焊接管流過內(nèi)壁焊區(qū)。
4．如權(quán)利要求1或3所述的管材摩擦焊及焊區(qū)焊熱處理的方法，其特征是所述的淬火介質(zhì)同時對焊接管內(nèi)外壁冷卻焊區(qū)，使焊區(qū)速冷到馬氏體或珠光體或下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度點，然后立即將焊區(qū)在這個溫度區(qū)保溫足夠長的時間，促使焊區(qū)淬火組織向馬氏體或珠光體或下貝氏體轉(zhuǎn)變。
5．一種采用上述管材摩擦焊及焊區(qū)焊熱處理方法的焊接淬火裝置，其特征是它包括摩擦焊機(jī)、形變量控制裝置和淬火裝置；所述摩擦焊機(jī)的主電機(jī)上配接形變量控制裝置，摩擦焊機(jī)上安裝淬火裝置，淬火裝置由外冷裝置、內(nèi)冷裝置和保溫加熱裝置組成。
6．如權(quán)利要求5所述的焊接淬火裝置，其特征是所述的形變量控制裝置由整流制動電路和制動控制電路組成；整流制動電路與主電機(jī)的動力線路并聯(lián)；制動控制電路與主電機(jī)控制線路互鎖并聯(lián)。
7．如權(quán)利要求5所述的焊接淬火裝置，其特征是所述的外冷裝置由兩個分別提供氣、液冷卻介質(zhì)的管路系統(tǒng)、一次霧化室和兩個安裝了若干個二次霧化噴頭的半圓形管路組成；氣、液源管路系統(tǒng)分別與一次霧化室的氣、液輸入口相接，一次霧化室的輸出口與兩個半圓形管路相連，兩個半圓形管路呈圓形相對安裝在焊機(jī)上的焊件接頭處，并與焊件軸線同心。
8．如權(quán)利要求5所述的焊接淬火裝置，其特征是所述的內(nèi)冷裝置，由一個提供流體冷卻介質(zhì)的動力管路系統(tǒng)和密封接頭組成；所述的動力管路系統(tǒng)經(jīng)密封接頭與被焊接管的靜止端口相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種管材摩擦焊及焊區(qū)焊熱處理的方法和裝置,屬于機(jī)械領(lǐng)域,它在管材普通摩擦焊的頂鍛形變中,采用電機(jī)能耗制動方法控制其形變量,并直接利用摩擦焊熱在焊接管內(nèi)外壁同時對焊區(qū)進(jìn)行淬火處理,這種方法既大幅度提高了焊合面處韌性,使其超過了母材韌性,又基本消除了焊熱回火軟化區(qū),極大地改善了長焊管的機(jī)械性能,同時還提高了焊件的生產(chǎn)率,節(jié)約了能源。
文檔編號B23K20/12GK1215643SQ97107168
公開日1999年5月5日 申請日期1997年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月24日
發(fā)明者陳祥禧, 顧晴 申請人:地質(zhì)礦產(chǎn)部華東石油地質(zhì)局第六普查勘探大隊