异种合金复合结构连接方法技术

本发明专利技术涉及焊接技术领域，具体是异种合金复合结构连接方法。该方法包括：在第一种合金结构体上的连接部位加工出凸起结构；在第二种合金结构体上的连接部位加工出与所述第一种合金结构体上的凸起结构相适配的凹槽结构，其中，所述第一种合金结构体的强度比所述第二种合金结构体的强度大；在所述第一种合金结构体上的凸起结构的适配连接面上加工出多个细槽；采用线性摩擦焊接方法，将所述凸起结构与所述凹槽结构连接，使所述第二种合金结构体上的金属材料挤入所述第一种合金结构体上的细槽中。解决了异种合金连接困难，以及在异种合金连接性能差，接头可靠性低的问题。

Connection Method of Composite Structure of Heterogeneous Alloys

The invention relates to the field of welding technology, in particular to a method for joining a composite structure of dissimilar alloys. The method includes: processing a convex structure at the connecting part of the first alloy structure body; processing a groove structure at the connecting part of the second alloy structure body that matches the convex structure of the first alloy structure, in which the strength of the first alloy structure is greater than that of the second alloy structure; and processing a groove structure at the connecting part of the second alloy structure body. A plurality of fine grooves are processed on the adapting connection surface of the convex structure on the upper surface; the convex structure is connected with the groove structure by linear friction welding method, so that the metal material on the second alloy structure is extruded into the fine groove on the first alloy structure. It solves the problems of difficult connection of dissimilar alloys, poor connection performance and low reliability of dissimilar alloys.

【技术实现步骤摘要】
异种合金复合结构连接方法
本专利技术涉及焊接
，特别是涉及异种合金复合结构连接方法。
技术介绍
飞机结构在强度满足使用要求的前提下，减重对提高飞机的机动性和灵活性具有非常重要的战略意义，轻量化的结构设计是研究的热点，在轻量化结构设计当中，铝合金和钛合金以其高比强度、耐高温、抗腐蚀及很高的断裂韧性等优点而被广泛采用。出于减轻重量、降低成本以及特殊使用性能考虑，使铝和钛“物尽其用”，优势互补，达到材料使用性能、减重和经济效益的平衡。线性摩擦焊为固相连接方法，其焊接原理如图1所示，焊接过程中，其中一个工件高频往复振动，另一工件在一定摩擦压力作用下与振动工件接触并发生相互摩擦并产生摩擦热，界面温度快速升高，界面近域两侧基体金属软化并发生塑性流动，在摩擦压力作用下被挤出界面形成飞边；当焊接区的温度分布、变形达到一定程度后，振动工件快速停止振动，工件对齐并施加顶锻压力，界面两侧金属通过相互扩散与再结晶连接在一起，进而完成整个焊接过程。飞机结构上铝合金/钛合金复合构件中，钛合金部分主要作用是承力，铝合金部分主要起间隔作用。目前，钛合金/铝合金异材复合结构通常采用机械连接或者熔焊连接的方法，其中机械连接存在结构设计复杂，结构重量大及焊接密封不严等问题，用于油箱结构中时，其密封性较差，易出现漏油等问题，且螺栓连接结构导致结构复杂，重量增加同时结构可靠性低。铝合金/钛合金异种材料由于两种材料物性参数差别较大，直接焊接难度极大，采用熔焊连接方法时，在焊缝处容易形成脆性化合物导致接头残余应力大以及焊缝开裂等问题，接头质量难以控制。因此，针对强度、热物理性能差别较大的不同种材料的连接，专利技术人提供了异种合金复合结构连接方法，可用于钛合金与铝合金的线性摩擦焊接。
技术实现思路
本专利技术实施例提供的异种合金复合结构连接方法，解决了异种合金连接困难，以及在异种合金连接性能差，接头可靠性低的问题。本专利技术的实施例提出了异种合金复合结构连接方法，该方法包括：在第一种合金结构体上的连接部位加工出凸起结构；在第二种合金结构体上的连接部位加工出与所述第一种合金结构体上的凸起结构相适配的凹槽结构，其中，所述第一种合金结构体的强度比所述第二种合金结构体的强度大；在所述第一种合金结构体上的凸起结构的适配连接面上加工出多个细槽；采用线性摩擦焊接方法，将所述凸起结构与所述凹槽结构连接，使所述第二种合金结构体上的金属材料挤入所述第一种合金结构体上的细槽中。优选地，所述第一种合金结构体为钛合金材质。优选地，所述第二种合金结构体为铝合金材质。优选地，所述凸起结构的表面粗糙度为3.2～25。优选地，在所述第一种合金结构体上加工所述凸起结构时，预留有2～5mm的加工余量，用于补偿线性摩擦焊接时的缩短量。优选地，所述第一种合金结构体上的凸起结构为V型凸起结构，所述第二种合金结构体上的凹槽结构为相适配的V型凹槽结构。优选地，所述第一种合金结构体上的凸起结构为梯型凸起结构，所述第二种合金结构体上的凹槽结构为相适配的梯型凹槽结构。优选地，在所述凸起结构的适配连接面上沿其厚度方向，线切割加工出多个所述细槽，所述细槽槽宽为0.2～1mm，槽深为0.2～1mm。优选地，相邻两个所述细槽之间的槽距为2～3mm。优选地，所述第二种合金结构体上的凹槽结构预留有5～10mm的加工余量，且所述凹槽结构的槽口两侧平面宽度均大于5mm。综上，本专利技术的异种合金复合结构连接方法，相比现有技术的机械连接方法，本专利技术利用了异种合金之间的热物理化学性能之间的差异特性，将连接部位设计成凹凸结构，并在强度较大的结构体上设计细槽，采用线性摩擦方式，将异种合金的结构体连接，连接部位的凹凸结构设计简单有效，不需要添加其他连接附件，有效减轻了异种合金复合结构的整体重量。此外，采用本专利技术的连接方法，连接接头的密封性好，强度高，可靠性高，无需添加其他辅助材料即可实现有效密封，可用于批量异种合金结构体的连接。该连接方法不限于钛合金材质和铝合金材质的结构体连接，还适用于其他强度、热物理性能差别较大的不同种材料的连接。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是线性摩擦焊接原理示意图。图2是本专利技术一种实施例的异种合金复合结构连接方法示意图。图3是图2中V型的第一种合金结构体表面加工细槽的示意图。图4是本专利技术另一种实施例的异种合金复合结构连接方法示意图。图5是图4中梯型的第一种合金结构体表面加工细槽的示意图。图中：10-V型的第二种合金结构体；11-V型的第一种合金结构体；20-梯型的第二种合金结构体；21-梯型的第一种合金结构体。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例，在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。在异种合金复合构件的结构设计当中，焊接技术以其自身的优势开始逐步得到应用。然而，在工程实践中，由于钛/铝异种合金之间的热物理化学性能之间的巨大差异，导致了二者之间的焊接存在着极大的困难，熔焊接头中容易产生脆性化合物及裂纹，限制了其进一步应用。针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种异种合金复合结构连接方法。参见图2～图5所示，异种合金复合结构连接方法至少包括以下步骤S110～步骤S140：步骤S110，在第一种合金结构体上的连接部位加工出凸起结构。步骤S120，在第二种合金结构体上的连接部位加工出与所述第一种合金结构体上的凸起结构相适配的凹槽结构，其中，所述第一种合金结构体的强度比所述第二种合金结构体的强度大。步骤S130，在所述第一种合金结构体上的凸起结构的适配连接面上加工出多个细槽。步骤S140，采用线性摩擦焊接方法，将所述凸起结构与所述凹槽结构连接，使所述第二种合金结构体上的金属材料挤入所述第一种合金结构体上的细槽中。优选地，本专利技术中的第一种合金结构体为钛合金材质，第二种合金结构体为铝合金材质。需要说明的是，本专利技术的异种合金复合结构连接方法不仅适用于钛合金材质和铝合金材质的结构体的连接，还适用于其他强度、热物理性能差别较大的不同种材料的连接。以钛合金材质和铝合金材质的结构体的连接为例说明，由于钛合金的热涨系数小于铝合金，钛合金强度大于铝合金，因此在强度较大的钛合金的第一种合金结构体的连接部位加工出凸起结构，在强度较小的铝合金的第二种合金结构体的连接部位加工出与其相配合的凹槽结构，并在凸起结构加工出具有一定长度和深度的细槽，然后通过线性摩擦焊机的线性振动，在摩擦压力作用下，第二种合金结构体产生高温粘塑性的铝合金，大部分的该金属被挤出摩擦面，焊接振动停止后钛合金与铝合金贴合紧密且钛合金侧细槽内填满铝合金塑性金属，冷却后铝合金收缩，在焊接接头内部形成压应力，可有效提高接头性能，且结构内部连接面积增大，接头的可靠性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.异种合金复合结构连接方法，其特征在于，包括：在第一种合金结构体上的连接部位加工出凸起结构；在第二种合金结构体上的连接部位加工出与所述第一种合金结构体上的凸起结构相适配的凹槽结构，其中，所述第一种合金结构体的强度比所述第二种合金结构体的强度大；在所述第一种合金结构体上的凸起结构的适配连接面上加工出多个细槽；采用线性摩擦焊接方法，将所述凸起结构与所述凹槽结构连接，使所述第二种合金结构体上的金属材料挤入所述第一种合金结构体上的细槽中。

【技术特征摘要】
1.异种合金复合结构连接方法，其特征在于，包括：在第一种合金结构体上的连接部位加工出凸起结构；在第二种合金结构体上的连接部位加工出与所述第一种合金结构体上的凸起结构相适配的凹槽结构，其中，所述第一种合金结构体的强度比所述第二种合金结构体的强度大；在所述第一种合金结构体上的凸起结构的适配连接面上加工出多个细槽；采用线性摩擦焊接方法，将所述凸起结构与所述凹槽结构连接，使所述第二种合金结构体上的金属材料挤入所述第一种合金结构体上的细槽中。2.根据权利要求1所述的异种合金复合结构连接方法，其特征在于，所述第一种合金结构体为钛合金材质。3.根据权利要求1或2所述的异种合金复合结构连接方法，其特征在于，所述第二种合金结构体为铝合金材质。4.根据权利要求1所述的异种合金复合结构连接方法，其特征在于，所述凸起结构的表面粗糙度为3.2～25。5.根据权利要求1所述的异种合金复合结构连接方法，其特征在于，在所述第一种合金结构体上加工所述凸起结构时，预留有...

【专利技术属性】
技术研发人员：张传臣，张田仓，李辉，金俊龙，刘颖，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11