CN104588964A - 异种金属管材及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异种金属管材及其制备方法和应用，制备时先准备至少两个尺寸合适的部件：金属材质管和第二种金属材质环，将该第二种金属材质环套接于金属材质管；通过采用热内胀或热外收或者热滚压的方式，将第二种金属材质环与金属材质管的套接位置紧密结合形成复合层。本发明方法制得的异种金属管材，整个生产过程无需采用焊接或电镀等工艺，不会出现焊接工艺所得焊缝破裂、漏气的风险，采用电镀工艺镀层厚度在0.05mm以上非常难，而采用本发明的方法第二种金属厚度可以自由控制，也不会出现电镀工艺所得镀层剥离脱落的风险，产品质量大大提高，生产工艺大大简化，同时大大减少能耗或环境污染，而且充足的可焊接面积令后续步骤与其他部件的焊接加工变得容易，加工难度以及成本降低。

Description

异种金属管材及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及管材领域，特别是一种异种金属管材及其制造方法和应用。

背景技术

在各种领域的产品中，经常需要使用连接管，而连接管两头连接的部件的材质通常不同。以目前现有技术中的压缩机排气管、吸气管等为例，大多数整根为铜材质，一端与其他铜管焊接，另一端通过银焊料火焰钎焊与压缩机的铁质上盖或铁质壳体连接。采用火焰钎焊时，一般采用铜管镶嵌在铁质上盖或铁质壳体内，通过火焰对焊料进行加热融化来填充铜管和铁质材料间的间隙，从而达到铜管与铁质壳体通过填充在间隙中的焊料将二者焊接在一起。焊接时焊接温度高于焊料温度，而低于铜管和铁质上盖或壳体的温度，从而实现焊料的填缝焊接。采用此种方法焊接时，必须采用工件通过镶嵌在铁质材料中以增大接头连接面面积，以弥补钎焊强度的不足，而且银焊料成本、铜管成本较高，同时还会因使用焊料而产生大量二氧化碳，以致污染环境。

为此，人们一直研究是否有一种管材，其一端为铜质材料，一端为铁质材料，管材可通过铁质端与上盖或壳体实现电阻焊或者电弧送丝，或者火焰焊，通过铜质端与其他铜管焊接，从而实现焊料成本的递减。目前的组合管材一般有以下几种：

(1)采用目前常规的焊接工艺焊接将铜材质段与铁材质段焊接起来，需要使用焊料，焊接效率和焊接效果均不理想。

(2)采用铁管为基材，再将其一端镀上铜层，或整体电镀后刮去一端的铜层。但铜镀层与铁基材可能出现分离的现象，且铜镀层厚度有一定要求，而所得产品在与压缩机壳体焊接时需严格控制不能烧穿铜镀层。

(3)如中国专利申请201210589384.6，公开了一种压缩机排气管，其铜管段和铁管段通过闪光焊对接焊接,无需焊料。但是，采用上述工艺来焊接铜管段和铁管段是比较困难的，由于闪光焊主要适合于同种金属的焊接，因为焊接时两端部焊接口可同时达到焊接的温度，两端部口可同时熔化，达到结合。但其使用铜管与铁管焊接时，焊接过程中铜管段端面与对接的铁管段端面获得的热量分配只能是相等的，而铜和铁的物理性能却差异较大所致。铜管的熔点为1000℃左右，铁管的熔点为1500℃左右。如采用铜类似的温度焊接时，铁无法熔接，此时的焊接状态为融化的铜仅仅附着在铁管端面表层，并未形成铜铁的结晶体。其焊接完的管件内外表面全部有大量焊渣，同时焊缝处的强度一般。如采用铁管类似的温度焊接时，铜管将会发生过烧，出现下流，铜铁管无法焊接。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种异种金属管材，其既能彻底解决了焊接和电镀的问题，不同金属材质之间结合紧密，产品质量稳定，同时又大大降低用于制作异种金属管材的异种金属复合板的技术要求、加工难度及成本。

本发明的另一个目的是提供上述异种金属管材的制备方法，其生产工艺简单，生产成本下降。

本发明还有一个目的是将上述异种金属管材应用于压缩机或空调器中。

本发明的目的是这样实现的：一种异种金属管材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：准备至少两个尺寸合适的部件：金属材质管和第二种金属材质环，将该第二种金属材质环套接于金属材质管；通过采用热内胀或热外收或热滚压的方式，将第二种金属材质环与金属材质管的套接位置紧密结合形成复合层。

所述的第二种金属材质环套接于金属材质管的内或外；或者将两个第二种金属材质环同时套接于金属材质管的内和外；所述的第二种金属材质环套接于金属材质管的内或外或同时套接内和外，且形成有复合层的一端端口翻边，使第二种金属材质覆盖该端端口边缘；或者第二种金属材质环端口设有向外凸缘，第二种金属材质环套接于金属材质管一端内部的同时向外凸缘覆盖金属材质管该端端口边缘；或者第二种金属材质环端口设有向内凸缘，第二种金属材质环套接于金属材质管一端外部的同时向内凸缘覆盖金属材质管该端端口边缘；或者第二种金属材质环为双层环结构，截面呈Π型或∩型，金属材质管一端端口插入双层环结构中，该端口的内、外壁及端口边缘均被第二种金属材质环覆盖。

所述的第二种金属材质环厚度≥0.05毫米，第二种金属材质环与金属材质管一端的单边配合公差≤0.05毫米。

所述热内胀的方式是采用设于内部的胀具和设于外部的固定具配合，使套接于内的部件直径胀大至与套接于外的部件紧密结合形成复合层；所述热外收的方式是采用设于内部的固定具和设于外部的内缩具配合，使套接于外的部件直径收缩至与套接于内的部件紧密结合形成复合层；所述热滚压的方式是采用分别设于内部或外部的固定具和轧辊配合，通过相对转动使套接于内的部件与套接于外的部件被压紧结合形成复合层；所述第二种金属材质环端口设有凸缘覆盖金属材质管该端端口边缘，对端口边缘施加滚压力或垂直压力使之形成复合层。

所述的热内胀或热外收或热滚压方式中，加热温度均为材质熔点温度的0.3-0.9倍。

所述的热内胀或热外收或者热滚压在保护气体中进行，保护气体采用惰性气体或还原气体。

所述第二种金属材质环在金属材质管管壁覆盖面积为5％～100％。

所述的金属材质管为铁或不锈钢，第二种金属材质环为铜环或铜合金环。

上述制备方法制得的异种金属管材。

所述的异种金属管材为压缩机的排气管、吸气内管、吸气外管、储液器进气管或储液器出气管，或空调器的配管、消音器管、连接管、换向阀管、膨胀阀管、油分离器或汽分离器。

本发明采用金属材质管和第二种金属材质环，通过热内胀或热外收或热滚压的方式，结合形成一端具有复合层的异种金属管材，其中不同金属的结合处没有明显分界线，而是形成内外管壁异种金属融合在一起的过渡，整个生产过程无需采用焊接或电镀等工艺，不会出现焊接工艺所得焊缝破裂、漏气的风险，也不会出现电镀工艺所得镀层剥离脱落的风险，采用电镀工艺镀层厚度在0.05mm以上非常难，而采用本发明的方法第二种金属厚度可以自由控制，产品质量大大提高，生产工艺大大简化，同时大大减少能耗或环境污染，而且充足的可焊接面积令后续步骤与其他部件的焊接加工变得容易，加工难度以及成本降低。

附图说明

图1是本发明实施例1的生产原理示意图；

图2是本发明实施例2的生产原理示意图；

图3是本发明实施例3的生产原理示意图；

图4是本发明实施例4的生产原理示意图；

图5是本发明实施例5的生产原理示意图；

图6是本发明实施例6的生产原理示意图；

图7是本发明实施例7的生产原理示意图；

图8是本发明实施例8的生产原理示意图。

具体实施方式

本发明是一种异种金属管材，其制备包括以下步骤：准备至少两个尺寸合适的部件：金属材质管1和第二种金属材质环2，该第二种金属材质环2套接于金属材质管1；通过采用热内胀或热外收或热滚压的方式，将第二种金属材质环2与金属材质管1该端紧密结合形成复合层。复合的原理是通过一定的压力、温度及时间，让两种金属充分接触，通过充分的扩散从而形成一整体。压力和温度的提高可提高复合速度。

第二种金属材质环2套接于金属材质管1的内或外，使得该金属材质管1的内壁或外壁具有第二种金属材质层。或者将两个第二种金属材质环2同时套接于金属材质管1的内和外，使得该金属材质管1的内、外壁均具有第二种金属材质层。根据实际需要，可以通过设计第二种金属材质环2和金属材质管1的长短比例，使第二种金属材质环2在金属材质管1管壁覆盖面积为5％～100％。

由于部分焊接对异种金属管材管口边缘的金属材质有要求，例如管口边缘为非铜材质则不利于与其它铜质部件焊接，而管口边缘为铜金属层则更有利于焊接，因此，优选的，异种金属管材形成有复合层的一端端口边缘被第二种金属材质覆盖。例如：第二种金属材质环2套接于金属材质管1一端的内或外或同时套接内和外，且形成有复合层的一端端口翻边，使第二种金属材质覆盖该端端口边缘；或者第二种金属材质环2端口设有向外凸缘21(向外凸缘21是将端口向外弯折形成的)，第二种金属材质环2套接于金属材质管1一端内部的同时向外凸缘21覆盖金属材质管1该端端口边缘；或者第二种金属材质环2端口设有向内凸缘22(向内凸缘22是将端口向内弯折形成的)，第二种金属材质环2套接于金属材质管1一端外部的同时向内凸缘22覆盖金属材质管1该端端口边缘；或者第二种金属材质环2为双层环结构，截面呈Π型或∩型，金属材质管1一端端口插入双层环结构中，该端口的内、外壁及端口边缘均被第二种金属材质环2覆盖。

优选的，第二种金属材质环2厚度≥0.05毫米，第二种金属材质环2与金属材质管1一端的单边配合公差≤0.05毫米。

热内胀的方式是采用设于内部的胀具和设于外部的固定具配合，使套接于内的部件直径胀大至与套接于外的部件紧密结合形成复合层。热外收的方式是采用设于内部的固定具和设于外部的内缩具配合，使套接于外的部件直径收缩至与套接于内的部件紧密结合形成复合层。热滚压的方式是采用分别设于内部或外部的固定具和多个轧辊配合，通过相对转动使套接于内的部件与套接于外的部件被压紧结合形成复合层。当第二种金属材质环端口如前述设有凸缘覆盖金属材质管该端端口边缘，可以在在复合套接于外的部件和套接于内的部件的同时或随后对端口边缘施加滚压力或垂直压力使之形成复合层。优选的，热内胀或热外收或热滚压方式中，加热温度均为材质熔点温度的0.3-0.9倍，例如加热温度为450～950℃之间，压力0.1MPa～2Mpa之间，视乎温度和压力的大小，对于复合位置每个点施加压力的时间一般为5分钟以上较好。热内胀或热外收或者热滚压在保护气体中进行，保护气体采用惰性气体或还原气体。

在压缩机、空调器领域中，需要焊接的异种金属常见的例如有铁与铜，不锈钢与铜等，因此金属材质管可采用铁或不锈钢管，第二种金属材质环则采用铜环或铜合金环。制备时，为提高生产效率，可在一根长的金属材质管上间隔均匀的套设若干个第二种金属材质环，进行热内胀或热外收或者热滚压后，再切割得到长短适用的至少一端具有第二种金属材质的异种金属管材。

由上述制备方法制得的异种金属管材，可作为压缩机的排气管、吸气内管、吸气外管、储液器进气管或储液器出气管，或空调器的配管、消音器管、连接管、换向阀管、膨胀阀管、油分离器或汽分离器。

以下以具体的例子结合附图对本发明进行进一步阐释，但本发明并不限于此特定例子。

实施例1

如图1所示，本实施例中，金属材质管1采用铁或不锈钢管，第二种金属材质环2采用铜环或铜合金环。第二种金属材质环2套接于金属材质管1一端外，采用热内胀的方式进行复合，设于金属材质管1内部的胀具3和设于第二种金属材质环2外部的固定具4配合，使金属材质管1直径胀大至与第二种金属材质环2紧密结合形成复合层，使得金属材质管1该端端口的外壁具有铜层或铜合金层。在本实施例中，加热温度为750℃，压力1MPa,时间为30min，整个过程处于N2保护环境中。

实施例2

如图2所示，本实施例中，第二种金属材质环2套接于金属材质管1一端内，通过热内胀使得金属材质管1该端端口的内壁具有铜层或铜合金层。

其他同实施例1。

实施例3

如图3所示，本实施例中，金属材质管1采用铁或不锈钢管，第二种金属材质环2采用铜环或铜合金环。第二种金属材质环2套接于金属材质管1一端外，采用热外收的方式进行复合，设于金属材质管1内部的固定具5和设于第二种金属材质环2外部的内缩具6配合，使第二种金属材质环2内径收缩至与金属材质管1紧密结合形成复合层，使得金属材质管1该端端口的外壁具有铜层或铜合金层。热外收时，加热温度为900℃，压力1.5MPa，时间为25min，整个过程处于N2保护环境中。

实施例4

如图4所示，本实施例中，第二种金属材质环2包括两个，同时套接于金属材质管1一端的内部和外部，通过热外收使得金属材质管1该端端口的内壁和外壁具有铜层或铜合金层。

其他同实施例3。

实施例5

如图5所示，本实施例中，金属材质管1采用铁或不锈钢管，第二种金属材质环2采用铜环或铜合金环。第二种金属材质环2套接于金属材质管1一端外，采用热滚压的方式进行复合，设于金属材质管1内部的固定具7和设于第二种金属材质环2外部的轧辊8(八个)配合，使第二种金属材质环2内径收缩至与金属材质管1紧密结合形成复合层，使得金属材质管1该端端口的外壁具有铜层或铜合金层。热滚压时，加热温度为800℃，压力为1MPa，八个轧辊8按20转/分钟的速度在第二种金属材质环2外转动10分钟。

实施例6

如图6所示，本实施例中，第二种金属材质环2套接于金属材质管1一端外，采用热滚压的方式进行复合，设于金属材质管1内部的轧辊8和设于第二种金属材质环2外部的固定具9配合。

其他同实施例5。

实施例7

如图7所示，本实施例中，第二种金属材质环2套接于金属材质管1一端内，采用热滚压的方式进行复合，设于金属材质管1外部的轧辊8和设于第二种金属材质环2内部的固定具7配合。第二种金属材质环2端口设有向外凸缘21，第二种金属材质环2套接于金属材质管1一端内部的同时，向外凸缘21覆盖金属材质管1该端端口边缘。在前述热滚压同时对端口边缘施加滚压力或垂直压力F，使端口边缘的位置也形成复合层。

其他同实施例5。

实施例8

如图8所示，本实施例中，第二种金属材质环2套接于金属材质管1一端外，采用热滚压的方式进行复合，设于金属材质管1内部的轧辊8和设于第二种金属材质环2外部的固定具9配合。第二种金属材质环2端口设有向内凸缘22，第二种金属材质环2套接于金属材质管1一端外部的同时向内凸缘22覆盖金属材质管1该端端口边缘。在前述热滚压完成后对端口边缘施加滚压力或垂直压力F，使端口边缘的位置也形成复合层。

其他同实施例6。

Claims (10)

1.一种异种金属管材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

准备至少两个尺寸合适的部件：金属材质管和第二种金属材质环，将该第二种金属材质环套接于金属材质管；

通过采用热内胀或热外收或热滚压的方式，将第二种金属材质环与金属材质管的套接位置紧密结合形成复合层。

2.根据权利要求1所述的异种金属管材的制备方法，其特征在于：所述的第二种金属材质环套接于金属材质管的内或外；或者将两个第二种金属材质环同时套接于金属材质管的内和外；所述的第二种金属材质环套接于金属材质管的内或外或同时套接内和外，且形成有复合层的一端端口翻边，使第二种金属材质覆盖该端端口边缘；或者第二种金属材质环端口设有向外凸缘，第二种金属材质环套接于金属材质管一端内部的同时向外凸缘覆盖金属材质管该端端口边缘；或者第二种金属材质环端口设有向内凸缘，第二种金属材质环套接于金属材质管一端外部的同时向内凸缘覆盖金属材质管该端端口边缘；或者第二种金属材质环为双层环结构，截面呈Π型或∩型，金属材质管一端端口插入双层环结构中，该端口的内、外壁及端口边缘均被第二种金属材质环覆盖。

3.根据权利要求1所述的异种金属管材的制备方法，其特征在于：所述的第二种金属材质环厚度≥0.05毫米，第二种金属材质环与金属材质管一端的单边配合公差≤0.05毫米。

4.根据权利要求1或3所述的异种金属管材的制备方法，其特征在于：所述热内胀的方式是采用设于内部的胀具和设于外部的固定具配合，使套接于内的部件直径胀大至与套接于外的部件紧密结合形成复合层；所述热外收的方式是采用设于内部的固定具和设于外部的内缩具配合，使套接于外的部件直径收缩至与套接于内的部件紧密结合形成复合层；所述热滚压的方式是采用分别设于内部或外部的固定具和轧辊配合，通过相对转动使套接于内的部件与套接于外的部件被压紧结合形成复合层；所述第二种金属材质环端口设有凸缘覆盖金属材质管该端端口边缘，对端口边缘施加滚压力或垂直压力使之形成复合层。

5.根据权利要求1所述的异种金属管材的制备方法，其特征在于：所述的热内胀或热外收或热滚压方式中，加热温度均为材质熔点温度的0.3-0.9倍。

6.根据权利要求1所述的异种金属管材的制备方法，其特征在于：所述的热内胀或热外收或者热滚压在保护气体中进行，保护气体采用惰性气体或还原气体。

7.根据权利要求1所述的异种金属管材的制备方法，其特征在于：所述第二种金属材质环在金属材质管管壁覆盖面积为5％～100％。

8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的异种金属管材的制备方法，其特征在于：所述的金属材质管为铁或不锈钢，第二种金属材质环为铜环或铜合金环。

9.由权利要求1-8任一权利要求所述制备方法制得的异种金属管材。

10.根据权利要求9所述的异种金属管材，其特征在于：所述的异种金属管材为压缩机的排气管、吸气内管、吸气外管、储液器进气管或储液器出气管，或空调器的配管、消音器管、连接管、换向阀管、膨胀阀管、油分离器或汽分离器。