连续挤压条件下铜管焊合机理研究

Produce copper tube through continuous extrusion process exists bottleneck problems, which are the weld seam is not strong enough as required and the life of forming toolings is short which is a barrier for manufacturing large amount continuous copper tube.therefore,it has the necessity to research the theory problems of copper tube formation and the weld seam forming mechanism , The core problem is the forming characteristic of the weld seam in continuous extruded copper tube. The copper tube is treated as the research object in this project,which is made by two copper rod through continuous extrusion. The tempurature field ,stress field, strain field and velocity field is researched by numerical simulation and the flow characteristic in welding chamber is explored. By experimental analysis, the mechanics Performance istested and the microstructure is observed，the influence of different factors on welding strength is clarified. The estimating model of welding strength is established by theoretical analysis. The results of this project will provide an important theoretical guidance for copper continuous extrusion die design and parameters choice .

将连续挤压技术应用于铜管的挤压，存在着焊缝结合强度低达不到使用要求和工模具寿命短难以挤压大长度产品的技术瓶颈问题。因此，需要对铜管的成型过程、焊缝形成机制进行深入的理论研究，其中铜管在连续挤压条件下的焊合特征是其中的核心问题。本项目拟采用双杆连续挤压工艺，以铜管为研究对象，采用数值模拟分析，掌握不同工艺条件下焊合室内温度场、速度场、应力场和应变场的分布规律，探索焊合区域金属的流动特征；采用实验分析手段，对连续挤压得到的铜管进行性能测试和组织观测，得到不同工艺条件下焊缝的力学性能、微观组织、断口形貌和氧化物分布，阐明各因素对焊缝结合强度的影响规律；采用理论建模分析，建立焊缝形成机制的理论表征并建立焊合质量的评估标准。进而从焊缝形成机制和微观机理上，解决焊缝形成的理论问题，掌握连续挤压条件下铜管的焊合特征。该研究成果将为铜管连续挤压成形工模具设计和工艺参数选择奠定坚实的理论基础。

针对铜管连续挤压焊缝形成过程中存在的科学问题，以HyperXtrude软件为平台、基于TLJ400型连续挤压机和挤压焊缝形成理论对连续挤压条件下的铜材焊合过程进行了研究。通过外方内圆铜管连续挤压数值模拟和实验结果的分析，发现提高挤压轮转速、增大挤压比可以提高焊合面的温度和压力，可以提高铜管焊缝的结合强度；采用双杆连续挤压工艺，在挤压轮转速为5转/分，挤压比为20、坯料不预热的条件下，14×14-Ø8.5外方内圆铜管焊缝的结合强度与母材接近，焊缝的平均剪切强度达到114 MPa；通过对铜管微观组织的观察，发现焊合面温度在600～711℃之间、压力分布在300～500MPa之间时，结合区域无明显焊缝，断口存在大量韧窝，断裂形式为韧性断裂；通过铜管焊缝形成过程的组织与性能分析，发现铜管焊缝有两条晶粒尺寸在10~30um的细晶带汇合而成，晶粒通过吸收位错的方式长大，最终晶粒尺寸均匀一致，分布在50~100um之间，随着焊合室的增高，焊缝的结合强度逐渐增加，最终达到母材强度的98%；通过不同工艺条件下最大压力判据、压力-时间判据和压力-时间-速度判据的评估值与铜管结合强度的对比，发现压力-时间-速度判据的评价指标Kad值与实验结果分布吻合，当Kad值大于190时铜管焊缝结合强度达到母材的98%。研究结果证明了铜管双杆连续挤压工艺的可行性，得到的铜管连续挤压金属流动规律、焊缝形成微观机理、焊缝质量评估模型与判据对铜管连续挤压模具设计、工艺参数选择和焊合质量控制具有重要的指导意义。