焊接环境对摩擦螺柱焊成形质量的影响

然科 学基 金资助 项 目 （ ３ １ ２ ２ ０ １ ６ ） ；北京 市教 育委 员 会科技计划资助项 目 （ Ｋ Ｍ２ ０ １ ３ １ ０ ０ １ ７ ０ ０ ７ ）
Ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｖ ｏ １ ． ４ ４ Ｎ ｏ ． ２ Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０ １ ５
心 部 件 焊 接 主轴 头 采 用 不 锈 钢 制 成 ．可 在 水 下 ２ ０ ０
ｉ ｎ处 正 常 工作 ．完全 可 以满足 试验 要 求
１ ． ２ 试 验 材 料
收 稿 日期 ：２ ０ １ ４ — １ ０ — ０ ６
焊 接 所 用 螺 柱 和 基 板 材 料 选 用 目前 海 洋 工 程
关 键 词 ：摩 擦 焊 ；水 下 摩 擦 螺 柱 焊 ；焊 接 环 境 ；成 形 质 量 ；热 量 散 失 中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｇ ４ ５ ６ ． ５ 文 献 标 志 码 ：Ｂ
水 的 冷却 作 用 会 对 焊 接 过程 产 生 一 定 的 影 响 ．从 而
Ｏ 引 言
影 响 焊接 接 头 的成 形 质 量 。 以下 在 参 考 国外 相 关 文 献 的 基 础上 ，主 要 针 对 空气 中 、水 下 和 水 下 增 加 螺 柱保 护 这 ３种 不 同焊 接 环境 ．对 摩 擦 螺 柱 焊 接 头 的
如图 １ 所 示 ．摩 擦 螺 柱 焊 的成 形 过 程 可 分 为 接
触 加 热 、稳 定 摩 擦 、停 转 顶 锻 ３个 阶段 。其 中螺 柱
转 速 、轴 向进 给 速 度 、轴 向压 力 等 是 影 响 接 头 成 形
质 量 的主 要工 艺 参数 ．当该 技 术应 用 于 水下 焊 接 时 ．
发 展 Baidu Nhomakorabea随着 世界 范围 内海 洋油气 资源 的不断发 现及 其
开 发 力 度 的 不 断 加强 ．海 洋 钢 结 构 物 数 量 和 油 田开
。
采 深 度 逐 年 增 加 ．海 洋 Ｔ 程 钢 结 构 的连 接 及 其 安 全 保 障 技 术 日益 受 到业 界 的关 注 。从 目前 可 见 的文 献 和 报 道 来 看 ，欧 盟 、美 国 、巴西 、 日本 等 国 围绕 摩
擦 螺 柱 焊 技 术 在 水 下 连接 中 的应 用 展 开 了一 系 列 研 究 工 作 ．并 逐 步 应 用 于牺 牲 阳极 等 水 下 非 重 要 结 构
螺 柱 旋 转
轴 向 进 给
摩 擦 阶 段
顶 锻 阶 段
图 １ 摩 擦 螺 柱 焊 成 形 过 程
ｌ 焊 接试验
１ ． １ 摩 擦 螺 柱 焊 试 验 装 置
摘 要 ：在 参 考 国外 相 关 文 献 的 基 础 上 ，研 究 了空 气 中、 水 下 和 水 下 增加 螺 柱保 护 这 ３种 不 同焊 接 环 境 对 摩 擦 螺 柱 焊 接 头 力 学性 能 的 影
响 。 结 果 表 明 ，空 气 中焊 接 时 ，螺 柱 转 速 与 进 给 速 度 匹 配 合 适 即 可 获得 优 质 的 焊接 接 头 ； 水 下 焊接 时要 适 当提 高转 速 ，增 大热 输 入 以 补 偿 热 量 散 失 ；水 下 增 加 螺 柱 保 护 条 件 焊接 时 ，螺 柱 表 面 的 保 护 层 可 能会 造 成 热 量 累 积 ，从 而 对成 形 不利 。
钢结 构 常用 材料 Ｘ ６ ５ 国标 Ｇ Ｂ ／ Ｔ １ ４ １ ６ ４ －２ ０ ０ ５中 对 Ｘ ６ ５管 线 钢 的 成 分 要 求 及 力 学 性 能 要 求 见 表 １
基 金 项 目 ： 国家 自然科 学 基 金 资 助 项 目 （ ５ １ １ ０ ９ ０ ０ ５ ） ；北 京 市 自
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文章编号 ： １ ０ ０ ２ — ０ ２ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ２ — ０ ０ ６ １ — ０ ４
・ 焊接质量控制与管理・ ６ １
焊 接 环 境 对 摩 擦 螺 柱 焊 成 形 质 量 的 影 响
力学 性 能影 响开展 研究 。
摩擦螺柱焊 （ Ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｔ ｕ ｄ Ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ） 属 于 摩擦
焊 技 术 ．是 英 国焊 接 研 究 所 （ Ｔ ＷＩ ）在 ２ ０世 纪 ８ ０
年 代 发 明 的 ．因该 技 术 不 受 压 力 环 境 的影 响 且 得 到 的 焊 接 接 头性 能优 异 而 在 水 下 连 接 领 域得 到 了迅 速
物 的连 接 ［ １ － 虽 然 国 内在 围绕 摩 擦 焊 技 术 发 展 动
态 的相 关 报 道 中零 星 涉 及 水 下 摩 擦 螺 柱 焊 的一 些 内
容ｌ ５ ＿ ．但 相 关 的 基 础 工 艺 研 究 基 本 处 于 空 白状 态
摩 擦 螺 柱 焊 试 验装 置 由北 京 石 油 化 工 学 院 自主 研 发 设 计 ，主要 由液 压 站 、阀 组 、主轴 头 、控 制 系 统 、数 据 记 录 系统 、试 验 台架 、水 槽 等组 成 ，其 能 够提供 ３ ０ ｋ Ｎ的最高轴 向工作压力 和最大 ５ ０ Ｎ． ｍ 的转 矩 。液 压 马达 的最 高 转 速 达 ９ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ ，其 核
・ 焊接 质量 控 制 与 管 理 ． ６ ３
ｒ ／ ａｉ ｒ ｎ后 ． 焊 接 过 程 顺 利 完 成 ．并 且 接 头 平 均 抗 拉 强
徐亚国 ，焦 向 东 ，周 灿 丰 ，高 辉 ，狄 冰
（ １ ． 北 京 石 油 化 Ｔ 学 院 能 源 工 程 先 进连 接 技 术 北 京 市高等 学 校 工 程 研 究 巾心 ， Ｅ 京 １ ０ ２ ６ １ ７ ；２ ． 巾海 辉 固地 质 服务 （ 深圳）
有 限公 司 ．广 东 深 圳 ５ １ ８ ０ ６ ７ ）