CN113770507A - 一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊接方法，该方法采用旋转加压工装（30）夹持钢环焊接毛坯（10）、固定夹持工装（40）分别夹持两根钢管焊接毛坯（20）的夹持方式，采用两端钢管焊接毛坯（20）均不旋转、钢环焊接毛坯（10）旋转加压且在两端钢管焊接毛坯（20）焊接处开设环形凹槽（21）的径向摩擦焊接方式；不仅实现了大长度钢管的径向摩擦焊接、确保焊后钢管的同轴度高，同时还有效避免大长度钢管自旋转而导致的径向跳动、避免管内出现焊接飞边或焊瘤等，保证焊接质量，并且，环形凹槽（21）形成双止口锁紧结构，确保焊接强度与焊件的高可靠密封性。

Description

一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊接方法

技术领域

本发明涉及固相焊技术领域，尤其涉及一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊接方法。

背景技术

钢管是一种具有中空截面、长度远大于直径或周长的经济型钢材，其不仅可用于输送水、石油、各种化工原料和气体等流体介质，也可广泛用于制造机械零件或工程结构，此外，钢管也常应用于火炮、炮弹、装甲车等各种常规武器/装备的研制与生产。可见，钢管在石油化工、建筑、汽车、农业、国防等国民经济领域中有着极其广泛的用途。现有技术中，根据用途的不同，钢管具有不同的尺寸和性能；例如10～30MPa高压流体输送的流体钢管，通常要求单根钢管长度达到数十米以上，并且对钢管的耐高压等密封性能有较高要求；然而，普通钢管长度通常在3～10米左右，其通常面临大长度钢管的多段高强高密封连接问题。

目前，采用手工电弧焊等传统焊接工艺是实现大长度钢管连接的常用手段；然而，采用MIG多层多道电弧焊后，焊缝处通常存在气孔、裂纹等凝固冶金有关的焊接缺陷，难以满足高压流体钢管的高密封要求。现有技术中，惯性轴向摩擦焊接头连接强度高、焊缝也不产生与凝固冶金有关的焊接缺陷，是能够实现钢管高质量连接、避免焊接缺陷的有效方法；然而，在惯性轴向摩擦焊工艺中、需要一端钢管焊件高速旋转，但钢管长度大，施焊过程中大长度、大重量钢管焊件的稳定夹持、高速旋转等工序难度大，且径向跳动大，导致焊后钢管存在焊接同轴度差、焊接内飞边难以去除等问题，也难以满足大长度钢管的焊接要求。因此，有必要开发出一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊方法，为大长度、高压流体钢管的高强焊接和高可靠密封提供技术途径。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊接方法，以解决上述背景技术中存在的问题，从而获得大长度、高强、高可靠密封钢管。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、根据钢管和钢环的结构尺寸，选择合适的钢环旋转加压工装和钢管固定夹持工装；

b、对待焊钢环和待焊钢管待焊接部位进行机加工，加工出钢环焊接毛坯与钢管焊接毛坯，并在两根钢管焊接毛坯的焊接部位分别开设一相同的环形凹槽；然后对钢环焊接毛坯内表面和钢管焊接毛坯待焊部位进行去铁锈、去毛刺、去油污处理；

c、将两根钢管焊接毛坯对接后、采用固定夹持工装分别夹持两根钢管焊接毛坯，将钢环焊接毛坯安装在待焊接部位后（即对应环形凹槽）、采用旋转加压工装夹持钢环焊接毛坯；同时，将旋转加压工装与径向摩擦焊机连接；

d、启动径向摩擦焊机，固定夹持工装夹持钢管焊接毛坯且静止不旋转，旋转加压工装夹持钢环焊接毛坯且跟随径向摩擦焊机的主轴旋转；当主轴达到摩擦转速时，旋转加压工装对钢环焊接毛坯施加径向摩擦压力，钢环焊接毛坯在径向摩擦压力持续作用下收缩变形并与钢管焊接毛坯外表面接触、摩擦；主轴与旋转加压工装的动能不断消耗、径向摩擦压力不断增加，当转轴转速下降至顶锻转速且径向摩擦压力达到顶锻压力时，产生顶锻刹车，保压、完成钢管与钢环的径向摩擦焊接；

e、打开旋转加压工装与固定夹持工装，取下焊接件。

作进一步优化，所述步骤a中的旋转加压工装包括工装本体、安装盘、滚珠轴承、环形定位盘、伸缩杆、换向夹具、径向顶杆以及夹持卡爪；所述工装本体为圆套结构且其横截面为阶梯型结构，所述工装本体中部开设贯穿式轴孔；所述工装本体一端端面开设安装槽，所述安装盘设置在安装槽内且所述安装盘中轴线与所述工装本体中轴线共线、安装盘为环形圆盘；所述工装本体另一端端面开设定位槽、用于设置固定夹持工装；所述工装本体靠近所述定位槽的一端固定套接一滚珠轴承、用于与外部设备连接从而固定安装整个工装本体，所述滚珠轴承靠近所述安装槽的一侧的所述工装本体外壁固定套接一环形定位盘，所述环形定位盘靠近所述安装盘的一端且绕所述工装本体中轴线均匀设置若干伸缩杆，所述伸缩杆远离所述环形定位盘的一端固定连接一换向夹具，所述换向夹具为圆环形结构，其位于所述工装本体第一段阶梯处的外壁且其中轴线与所述工装本体中轴线共线，所述换向夹具内表面为楔形；所述工装本***于所述安装槽的一侧外壁对应所述换向夹具且绕其中轴线均匀开设若干滑动孔且所述滑动孔与所述安装槽连通，所述滑动孔内滑动连接径向顶杆且所述径向顶杆位于所述安装盘与所述安装槽底面之间，所述径向顶杆远离所述工装本体轴心的一端与所述换向夹具内表面匹配且与所述换向夹具内表面滑动连接，所述径向顶杆靠近所述工装本体轴心的一端固定连接夹持卡爪。

优选的，所述工装本体通过转动组件与径向摩擦焊机主轴连接。

优选的，所述安装盘上饶其中轴线均匀开设若干安装孔，所述工装本体对应所述安装孔设置固定孔，所述安装孔处设置定位螺栓；所述径向顶杆对应所述安装孔设置限位通槽；所述定位螺栓依次经过安装孔、限位通槽与固定孔实现安装盘与工装本体之间的安装定位、同时实现对径向顶杆的限位。

优选的，所述伸缩杆的数量为6～12根。

优选的，所述换向夹具内表面与其中心线之间的夹角为10～18°。

优选的，所述径向顶杆的数量为5～8根。

优选的，所述径向顶杆外壁设置环形凸台，所述环形凸台表面固定连接一复位弹簧，所述复位弹簧套接在所述径向顶杆外壁且所述复位弹簧远离所述环形凸台的一端与所述工装本体固定连接。

优选的，所述夹持卡爪横截面为等边梯形且所述夹持卡爪靠近所述工装本体中轴线的一端端面设置若干防滑凸棱。

作进一步优化，所述步骤b中待焊钢环材料抗拉强度不大于600MPa，断后生产率不小于12%。

作进一步优化，所述步骤b中钢环焊接毛坯外径为70～150mm，内径为62～132mm，宽度为15～35mm；钢管焊接毛坯的直径为60～130mm。

作进一步优化，所述步骤b中环形凹槽的横截面为等边梯形结构，其槽深为0.5～2mm，槽宽为4～12mm，斜边角度为30～60°；且环形凹槽与钢管焊接毛坯端面的最短距离（即钢管焊接毛坯端面与距离其最近的环形凹槽的点的距离）为3～5mm。

作进一步优化，为了增加抗扭能力、保证稳定夹持，所述步骤c中固定夹持工装夹持钢管焊接毛坯的长度为500～1000mm。

作进一步优化，所述步骤d中摩擦转速为1000～2400r/min，径向摩擦压力为4～8MPa，顶锻转速为400～1100r/min，顶锻压力为7～16MPa。

本发明具有如下技术效果：

本发明方法采用两端钢管均不旋转、钢环旋转加压的径向摩擦焊接方式，不仅实现了大长度钢管的径向摩擦焊接、确保焊后钢管的同轴度高，同时还有效避免大长度钢管自旋转而导致的径向跳动、避免管内出现焊接飞边或焊瘤等，保证焊接质量，无需后续加工、节省工艺流程与工艺成本，同时不影响管内流体运输。本申请通过焊前在钢管待焊处设置特定形状的环形凹槽，一是增加焊接面积，提高焊缝剪切强度、从而保证焊接质量与焊接强度，避免焊接处出现裂纹、孔洞等缺陷；二是通过开设环形凹槽在焊接处形成双止口锁紧结构，从而对两根钢管形成“密封圈”作用，确保焊接后关键的高可靠密封性。

同时，本申请采用工装本体、安装盘、滚珠轴承、环形定位盘、伸缩杆、换向夹具、径向顶杆以及夹持卡爪组成的旋转加压工装，能够对钢环焊接毛坯实现稳固夹持，避免旋转过程中钢环出现轴向、径向跳动；并且，通过安装盘、工装本体、安装槽以及径向顶杆的设置，在方便拆卸的前提下，能够有效的对夹持卡爪形成保护，从而避免夹持卡爪磕碰；通过定位盘、伸缩杆、换向夹具与径向顶杆的配合，将伸缩杆的轴向推理转换为径向压力，从而有效对钢环焊接毛坯形成径向加压，保证焊接过程的准确与稳定、确保焊接质量。

附图说明

图1为本发明具体实施例中径向摩擦焊接安装结构示意图。

图2为本发明具体实施例中钢管焊接毛坯的环形凹槽的结构示意图。

图3为本发明具体实施例中旋转加压工装的结构示意图。

图4为图3的A向局部放大图。

图5为图3的B-B向剖视图。

图6本发明具体实施例中径向摩擦焊接后的接头的显微组织。

其中，10、钢环焊接毛坯；20、钢管焊接毛坯；21、环形凹槽；30、旋转加压工装；31、工装本体；311、贯穿式轴孔；312、安装槽；313、滑动孔；314、固定孔；315、定位槽；32、安装盘；321、安装孔；322、定位螺栓；33、滚珠轴承；34、环形定位盘；35、伸缩杆；36、换向夹具；37、径向顶杆；371、环形凸台；372、限位通槽；373、复位弹簧；38、夹持卡爪；380、防滑凸棱；40、固定夹持工装；50、20钢环母材；60、35CrMoSi热影响区；70、35CrMoSi钢管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

针对外径φ70mm的20钢环与外径为φ60mm的35CrMoSi钢管进行径向摩擦焊接；一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊接方法，其特征在于：

包括以下步骤：

a、根据钢管和钢环的结构尺寸，选择合适的钢环旋转加压工装30和钢管固定夹持工装40；

b、对待焊钢环和待焊钢管待焊接部位进行机加工，加工出钢环焊接毛坯10与钢管焊接毛坯20，钢环焊接毛坯10的具体加工尺寸为：宽度15mm、外径φ70mm、内径φ62mm，钢管焊接毛坯20具体加工尺寸为φ60mm×7mm×5000mm；待焊钢环材料抗拉强度不大于600MPa，断后生产率不小于12%；

并在两根钢管焊接毛坯20的焊接部位分别开设一相同的环形凹槽21，环形凹槽21的横截面为等边梯形结构，其槽深C为0.5mm，槽宽A为4mm，斜边角度α为30°，且环形凹槽21与钢管焊接毛坯20端面的最短距离（即钢管焊接毛坯20端面与距离其最近的环形凹槽21的点的距离）B为3mm；

然后采用砂纸对钢环焊接毛坯10内表面和钢管焊接毛坯20待焊部位进行去铁锈与去毛刺处理；采用乙酸乙酯对钢环焊接毛坯10内表面和钢管焊接毛坯20待焊部位进行去油污处理；

c、将两根钢管焊接毛坯20对接后、采用固定夹持工装40分别夹持两根钢管焊接毛坯20，将钢环焊接毛坯10安装在待焊接部位后（即对应环形凹槽21，如图1所示）、采用旋转加压工装30夹持钢环焊接毛坯10（旋转加压工装30与固定夹持工装40采用40Cr中碳调质钢加工成型）；同时，将旋转加压工装30与径向摩擦焊机连接；为增加抗扭能力，固定夹持工装40的夹持两段钢管焊接毛坯20的长度为500mm；

d、启动径向摩擦焊机，固定夹持工装40夹持钢管焊接毛坯20且静止不旋转，旋转加压工装30夹持钢环焊接毛坯10且跟随径向摩擦焊机的主轴旋转；当主轴达到摩擦转速2400r/min时，旋转加压工装30对钢环焊接毛坯10施加径向摩擦压力4MPa，钢环焊接毛坯10在径向摩擦压力持续作用下收缩变形并与钢管焊接毛坯20外表面接触、摩擦，主轴和旋转加压工装30的动能转变成摩擦热使焊接面处于热塑性状态；主轴与旋转加压工装30的动能不断消耗、径向摩擦压力不断增加，当转轴转速下降至顶锻转速1100r/min且径向摩擦压力达到顶锻压力7MPa时，产生顶锻刹车，保压、完成20钢环与35CrMoSi钢管径向摩擦焊接；

e、打开旋转加压工装30与固定夹持工装40，取下焊接件。

对径向摩擦焊钢管进行剪切强度和气密性测试，试验结果表明：20钢环与35CrMoSi钢异种金属接头剪切强度达到550MPa；同时，经8MPa的Ar气保持15min的气密性测试表明，压差仅为稳定压力的3.5%，实现了流体管件的高强焊接和高可靠密封。

实施例2：

针对外径φ150mm的20钢环与外径为φ130mm的35CrMoSi钢管进行径向摩擦焊接；一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊接方法，其特征在于：

包括以下步骤：

a、根据钢管和钢环的结构尺寸，选择合适的钢环旋转加压工装30和钢管固定夹持工装40；

b、对待焊钢环和待焊钢管待焊接部位进行机加工，加工出钢环焊接毛坯10与钢管焊接毛坯20，钢环焊接毛坯10的具体加工尺寸为：宽度35mm、外径φ150mm、内径φ132mm，钢管焊接毛坯20具体加工尺寸为φ130mm×10mm×5000mm；待焊钢环材料抗拉强度不大于600MPa，断后生产率不小于12%；

并在两根钢管焊接毛坯20的焊接部位分别开设一相同的环形凹槽21，环形凹槽21的横截面为等边梯形结构，其槽深C为2mm，槽宽A为12mm，斜边角度α为60°，且环形凹槽21与钢管焊接毛坯20端面的最短距离（即钢管焊接毛坯20端面与距离其最近的环形凹槽21的点的距离）B为5mm；

然后采用砂纸对钢环焊接毛坯10内表面和钢管焊接毛坯20待焊部位进行去铁锈与去毛刺处理；采用乙酸乙酯对钢环焊接毛坯10内表面和钢管焊接毛坯20待焊部位进行去油污处理；

c、将两根钢管焊接毛坯20对接后、采用固定夹持工装40分别夹持两根钢管焊接毛坯20，将钢环焊接毛坯10安装在待焊接部位后（即对应环形凹槽21，如图1所示）、采用旋转加压工装30夹持钢环焊接毛坯10（旋转加压工装30与固定夹持工装40采用40Cr中碳调质钢加工成型）；同时，将旋转加压工装30与径向摩擦焊机连接；为增加抗扭能力，固定夹持工装40的夹持两段钢管焊接毛坯20的长度为1000mm；

d、启动径向摩擦焊机，固定夹持工装40夹持钢管焊接毛坯20且静止不旋转，旋转加压工装30夹持钢环焊接毛坯10且跟随径向摩擦焊机的主轴旋转；当主轴达到摩擦转速1000r/min时，旋转加压工装30对钢环焊接毛坯10施加径向摩擦压力8MPa，钢环焊接毛坯10在径向摩擦压力持续作用下收缩变形并与钢管焊接毛坯20外表面接触、摩擦，主轴和旋转加压工装30的动能转变成摩擦热使焊接面处于热塑性状态；主轴与旋转加压工装30的动能不断消耗、径向摩擦压力不断增加，当转轴转速下降至顶锻转速400r/min且径向摩擦压力达到顶锻压力16MPa时，产生顶锻刹车，保压、完成20钢环与35CrMoSi钢管径向摩擦焊接；

e、打开旋转加压工装30与固定夹持工装40，取下焊接件。

对径向摩擦焊钢管进行剪切强度和气密性测试，试验结果表明：20钢环与35CrMoSi钢异种金属接头剪切强度达到545MPa；同时，经20MPa的Ar气保持15min的气密性测试表明，压差仅为稳定压力的4.2%，实现了流体管件的高强焊接和高可靠密封。

实施例3：

旋转加压工装30包括工装本体31、安装盘32、滚珠轴承33、环形定位盘34、伸缩杆35、换向夹具36、径向顶杆37以及夹持卡爪38；工装本体31为圆套结构且其横截面为阶梯型结构，工装本体31中部开设贯穿式轴孔311；工装本体31一端端面开设安装槽312，安装盘32设置在安装槽312内且安装盘32中轴线与工装本体31中轴线共线、安装盘32为环形圆盘；工装本体31另一端端面开设定位槽315、用于设置固定夹持工装40；工装本体31靠近定位槽315的一端固定套接一滚珠轴承33、用于与外部设备连接从而固定安装整个工装本体31，滚珠轴承33靠近安装槽312的一侧的工装本体31外壁固定套接一环形定位盘34，环形定位盘34靠近安装盘32的一端且绕工装本体31中轴线均匀设置若干伸缩杆35、伸缩杆35的数量为6～12根（优选8根），伸缩杆35远离环形定位盘34的一端固定连接一换向夹具36，换向夹具36为圆环形结构，其位于工装本体31第一段阶梯处的外壁且其中轴线与工装本体31中轴线共线，换向夹具36内表面为楔形、其内表面与其中心线之间的夹角为10～18°（优选14°）；工装本体31位于安装槽312的一侧外壁对应换向夹具36且绕其中轴线均匀开设若干滑动孔313且滑动孔313与安装槽312连通，滑动孔313内滑动连接径向顶杆37且径向顶杆37位于安装盘32与安装槽312底面之间（如图3、图4所示）、径向顶杆37的数量为5～8根（优选6根、如图5所示），径向顶杆37远离工装本体31轴心的一端与换向夹具37内表面匹配且与换向夹具37内表面滑动连接，径向顶杆37靠近工装本体31轴心的一端固定连接夹持卡爪38。工装本体31通过转动组件与径向摩擦焊机主轴连接。安装盘32上饶其中轴线均匀开设若干安装孔321，工装本体31对应安装孔321设置固定孔314，安装孔321处设置定位螺栓322；径向顶杆37对应安装孔321设置限位通槽372；定位螺栓322依次经过安装孔321、限位通槽372与固定孔314实现安装盘32与工装本体31之间的安装定位、同时实现对径向顶杆37的限位。

径向顶杆37外壁设置环形凸台371，环形凸台371表面固定连接一复位弹簧373，复位弹簧373套接在径向顶杆37外壁且复位弹簧373远离环形凸台371的一端与工装本体31固定连接。

夹持卡爪38横截面为等边梯形且夹持卡爪38靠近工装本体31中轴线的一端端面设置若干防滑凸棱380。

伸缩杆35通过泵体控制其伸缩。

初始状态下、复位弹簧373处于伸长状态；安装钢环焊接毛坯10且对其实现预夹紧时，首先，通过定位螺栓322将安装盘32从安装槽312内拆卸下来，此时不对伸缩杆35施加紧固力、即泵体不工作、伸缩杆35处于自由伸缩状态，然后拉动换向夹具36向靠近环形定位盘34的一端运动、伸缩杆35收缩，夹持卡爪38与径向顶杆37一同向远离工装本体31中轴线的一端滑动、复位弹簧373压缩，将钢环焊接毛坯10放入安装槽312内的夹持卡爪38之间，启动泵体使伸缩杆35伸长、换向夹具36向远离环形定位盘34的一端运动，换向夹具36推动径向顶杆37与夹持卡爪38一同向靠近工装本体31中轴线的一端滑动、复位弹簧373重新伸长，从而实现夹持卡爪38对钢环焊接毛坯10的预夹紧；然后通过定位螺栓322将安装盘32安装在工装本体31上，定位螺栓322穿过限位通槽372实现对径向顶杆37的限位，避免其高速转动过程中出现左右晃动、造成高速转动过程中出现夹持不稳的问题；同时，通过径向顶杆37、换向夹具36与伸缩杆35的配合保证安装过程中钢环焊接毛坯10与旋转加压工装30的同轴度；夹持卡爪38两侧面分别与安装槽312底面（即工装本体31）、安装盘32光滑接触，同时根据需要夹持的钢环焊接毛坯10宽度选择夹持卡爪38的厚度。

径向摩擦焊接过程中，径向摩擦焊机主轴旋转带动整个工装本体31旋转。工装本体31带动安装盘32、径向顶杆37、夹持卡爪38、环形定位盘34、换向夹具36以及其夹持的钢环焊接毛坯10进行旋转；当达到摩擦转速后，启动泵体使伸缩杆35继续伸长、拉动换向夹具36向远离环形定位盘34的一端运动、从而推动径向顶杆37与夹持卡爪38向靠近工装本体31中轴线一端运动，对钢环焊接毛坯10形成径向摩擦压力，完成径向摩擦焊接。焊接过程中，由于安装盘32与安装才312底面对夹持卡爪38的硬限位，避免径向加压过程中夹持卡爪38与钢环焊接毛坯10出现轴向跳动，确保焊接质量。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、根据钢管和钢环的结构尺寸，选择合适的钢环旋转加压工装（30）和钢管固定夹持工装（40）；

b、对待焊钢环和待焊钢管待焊接部位进行机加工，加工出钢环焊接毛坯（10）与钢管焊接毛坯（20），并在两根钢管焊接毛坯（20）的焊接部位分别开设一相同的环形凹槽（21）；然后对钢环焊接毛坯（10）内表面和钢管焊接毛坯（20）待焊部位进行去铁锈、去毛刺、去油污处理；

c、将两根钢管焊接毛坯（20）对接后、采用固定夹持工装（40）分别夹持两根钢管焊接毛坯（20），将钢环焊接毛坯（10）安装在待焊接部位后、采用旋转加压工装（30）夹持钢环焊接毛坯（10）；同时，将旋转加压工装（30）与径向摩擦焊机连接；

d、启动径向摩擦焊机，固定夹持工装（40）夹持钢管焊接毛坯（20）且静止不旋转，旋转加压工装（30）夹持钢环焊接毛坯（10）且跟随径向摩擦焊机的主轴旋转；当主轴达到摩擦转速时，旋转加压工装（30）对钢环焊接毛坯（10）施加径向摩擦压力，钢环焊接毛坯（10）在径向摩擦压力持续作用下收缩变形并与钢管焊接毛坯（20）外表面接触、摩擦；主轴与旋转加压工装（30）的动能不断消耗、径向摩擦压力不断增加，当转轴转速下降至顶锻转速且径向摩擦压力达到顶锻压力时，产生顶锻刹车，保压、完成钢管与钢环的径向摩擦焊接；

e、打开旋转加压工装（30）与固定夹持工装（40），取下焊接件。

2.根据权利要求1所述的一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊接方法，其特征在于：所述步骤a中的旋转加压工装（30）包括工装本体（31）、安装盘（32）、滚珠轴承（33）、环形定位盘（34）、伸缩杆（35）、换向夹具（36）、径向顶杆（37）以及夹持卡爪（38）；所述工装本体（31）为圆套结构且其横截面为阶梯型结构，所述工装本体（31）中部开设贯穿式轴孔（311）；所述工装本体（31）一端端面开设安装槽（312），所述安装盘（32）设置在安装槽（312）内且所述安装盘（32）中轴线与所述工装本体（31）中轴线共线、安装盘（32）为环形圆盘；所述工装本体（31）另一端端面开设定位槽（315）；所述工装本体（31）靠近所述定位槽（315）的一端固定套接一滚珠轴承（33），所述滚珠轴承（33）靠近所述安装槽（312）的一侧的所述工装本体（31）外壁固定套接一环形定位盘（34），所述环形定位盘（34）靠近所述安装盘（32）的一端且绕所述工装本体（31）中轴线均匀设置若干伸缩杆（35），所述伸缩杆（35）远离所述环形定位盘（34）的一端固定连接一换向夹具（36），所述换向夹具（36）为圆环形结构，其位于所述工装本体（31）第一段阶梯处的外壁且其中轴线与所述工装本体（31）中轴线共线，所述换向夹具（36）内表面为楔形；所述工装本体（31）位于所述安装槽（312）的一侧外壁对应所述换向夹具（36）且绕其中轴线均匀开设若干滑动孔（313）且所述滑动孔（313）与所述安装槽（312）连通，所述滑动孔（313）内滑动连接径向顶杆（37）且所述径向顶杆（37）位于所述安装盘（32）与所述安装槽（312）底面之间，所述径向顶杆（37）远离所述工装本体（31）轴心的一端与所述换向夹具（36）内表面匹配且与所述换向夹具（36）内表面滑动连接，所述径向顶杆（37）靠近所述工装本体（31）轴心的一端固定连接夹持卡爪（38）。

3.根据权利要求1或2任一项所述的一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊接方法，其特征在于：所述工装本体（31）通过转动组件与径向摩擦焊机主轴连接。

4.根据权利要求2或3任一项所述的一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊接方法，其特征在于：所述安装盘（32）上饶其中轴线均匀开设若干安装孔（321），所述工装本体（31）对应所述安装孔（321）设置固定孔（314），所述安装孔（321）处设置定位螺栓（322）；所述径向顶杆（37）对应所述安装孔（321）设置限位通槽（372）；所述定位螺栓（322）依次经过安装孔（321）、限位通槽（372）与固定孔（314）。

5.根据权利要求1所述的一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊接方法，其特征在于：所述步骤b中待焊钢环材料抗拉强度不大于600MPa，断后生产率不小于12%。

6.根据权利要求1所述的一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊接方法，其特征在于：所述步骤b中钢环焊接毛坯（10）外径为70～150mm，内径为62～132mm，宽度为15～35mm；钢管焊接毛坯（20）的直径为60～130mm。

7.根据权利要求1所述的一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊接方法，其特征在于：所述步骤b中环形凹槽（21）的横截面为等边梯形结构，其槽深为0.5～2mm，槽宽为4～12mm，斜边角度为30～60°；且环形凹槽（21）与钢管焊接毛坯（20）端面的最短距离为3～5mm。

8.根据权利要求1所述的一种钢管件高强高可靠密封径向摩擦焊接方法，其特征在于：所述步骤d中摩擦转速为1000～2400r/min，径向摩擦压力为4～8MPa，顶锻转速为400～1100r/min，顶锻压力为7～16MPa。

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