异种材料固相连接的方法及用于其的工具组件技术

本发明专利技术提供了一种异种材料固相连接的方法及用于其的工具组件，该工具组件包括压紧件和顶锻杆，所述压紧件为两端开口的中空柱体，所述顶锻杆嵌套于所述压紧件的中空内部，并且所述顶锻杆可以相对于所述压紧件上下运动。该工具组件是针对异种材料尤其是熔点相差较大的异种材料之间的连接而设计的专用工具，结构简单，提高了异种材料之间连接的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
异种材料固相连接的方法及用于其的工具组件
本专利技术涉及异种材料固相连接
，具体涉及一种异种材料固相连接的方法及用于其的工具组件。
技术介绍
传统的连接方法主要有熔焊、铆接、螺栓连接等，随着装备轻量化发展的需求，要求以焊接代替铆接的方法，但是，对于异种材料之间的连接，由于二者之间的材料成分和物理性能的差异，传统的熔融焊接方法难以焊接出质量优异的焊缝，因此，固相连接技术应运而生。固相连接技术是利用材料在高温下达到塑性流动状态，利用材料本身的塑性流动状态实现了材料间的混合连接。例如搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding，简称FSW)技术就是利用材料的塑性流动实现材料连接的焊接方法，并实现了工程化和工业化应用阶段。近年来，在搅拌摩擦焊技术基础上，还创新开发出了搅拌摩擦点焊技术、搅拌摩擦加工技术、搅拌摩擦表面处理技术等。虽然利用材料塑性流动实现固相连接具有明显的优势，但是对于熔点相差较大的异种材料之间的连接，至今未开发出更好的技术方法。因此，开发一种适用于异种材料尤其是熔点相差较大的异种材料之间连接的方法及专用工具组件是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种异种材料固相连接的方法及用于其的工具组件，该工具组件是针对异种材料尤其是熔点相差较大的异种材料之间的连接而设计的专用工具，结构简单、实用性强，并且在顶锻杆的一端端面上设计凸纹以增加顶锻杆端部与连接材料之间的摩擦力以及改善连接材料的塑性流动，提高了异种材料之间连接的可靠性，以解决现有技术中并没有专用于熔点相差较大的异种材料连接的工具的技术问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于异种材料固相连接的工具组件。该用于异种材料固相连接的工具组件包括压紧件和顶锻杆，所述压紧件为两端开口的中空柱体，所述顶锻杆嵌套于所述压紧件的中空内部，并且所述顶锻杆可以相对于所述压紧件上下运动。进一步的，还包括回填转子，所述顶锻杆嵌套于所述回填转子空腔内，所述顶锻杆与所述回填转子同轴设置且二者均嵌套于所述压紧件的中空内部。进一步的，所述压紧件的侧壁上设有用于输送连接材料的通道，所述通道与所述压紧件的中空内部相通；优选的，所述顶锻杆的一端端面上形成有凸纹，所述凸纹为S纹、螺旋线纹或同心圆环纹。为了实现上述目的，根据本专利技术的第二方面，提供了一种异种材料固相连接的方法。该异种材料固相连接的方法是采用上述的工具组件，所述方法包括以下步骤：提供待连接的第一板材和第二板材，并且所述第一板材表面设有贯穿板材厚度方向的缺口；将所述第二板材、所述第一板材和所述压紧件由下至上依次叠放，并且所述缺口与所述压紧件的中空内部相通；向所述缺口内加入连接材料；其中，所述连接材料的熔点小于或等于所述第一板材和所述第二板材中熔点大的其中一个；利用所述顶锻杆持续顶锻所述连接材料，并且使所述连接材料在摩擦热作用下发生塑性流动，之后经过凝固所述连接材料分别与所述第一板材和第二板材紧密粘结。进一步的，所述缺口的纵截面呈沙漏状、漏斗状或上宽下窄的梯形；或者所述缺口呈圆柱体状且在所述缺口的侧壁上形成有螺纹。进一步的，所述缺口的纵截面呈沙漏状、漏斗状或上宽下窄的梯形时，所述缺口的倾斜侧壁与水平面之间的倾斜角为15～30°；优选的，所述顶锻杆的直径＜所述缺口的窄口端直径；优选的，所述连接材料的填充量大于所述缺口的体积。进一步的，利用所述顶锻杆持续顶锻所述连接材料包括以下步骤：所述顶锻杆以第一转速旋转，并按第一进给速度朝靠近所述连接材料的方向运动；当所述顶锻杆的下端面接触所述连接材料时，恒压力控制所述顶锻杆；当所述顶锻杆的下端面与所述第一板材的上表面平齐后，停止进给，保持旋转一定时间后朝远离所述连接材料的方向移动。进一步的，所述第一转速为300～2200rpm；所述第一进给速度为15～80mm/s；压力值为1～100t；停止进给后保持旋转0.5～1s。进一步的，当所述工具组件包括回填转子时，利用所述顶锻杆持续顶锻所述连接材料包括以下步骤：所述顶锻杆和所述回填转子以第二转速同轴且同向旋转，同时按第二进给速度朝靠近所述连接材料的方向运动；当所述顶锻杆的下端面接触所述连接材料时，所述顶锻杆维持继续朝靠近所述连接材料的方向运动；同时，所述回填转子朝远离所述连接材料的方向运动；当所述顶锻杆扎入所述第二板材内部且达到一定距离时，恒压力控制所述顶锻杆且维持一定时间；所述顶锻杆以第三转速朝远离所述连接材料的方向运动；同时，所述回填转子朝靠近所述连接材料的方向运动。进一步的，所述第二转速和所述第三转速分别为300～2000rpm，所述第二进给速度为15～30mm/s；所述顶锻杆扎入所述第二板材内部且距离所述第二板材上表面的距离为0.5～1mm，恒压力值为1～2KN，时间为0.2～0.5s；优选的，所述第二转速与所述第三转速相同。本专利技术的优点：1、被连接的异种材料可以是熔点相差较大的材料，实现了熔点相差较大的异种材料的可靠连接。2、填充的连接材料的成分可以与被连接异种材料的原料相同或者相异，状态可以是粉末、块状或者丝材，增加了连接材料的灵活性及适用性。3、缺口形状可以根据焊接要求进行优化设计及加工。4、本专利技术中的方法可以扩展应用到搅拌摩擦焊缝焊和点焊中，消除焊接减薄量和焊后匙孔。5、本专利技术中的方法可以扩展到对焊缝的表面处理，改变填充材料的成分，来增加焊缝的耐蚀性、耐磨性等。6、本专利技术利用材料的高温塑性流动特性，实现了异种材料之间的可靠连接，且实现了绝对密封连接。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本专利技术的一种实施例中用于异种材料固相连接的工具组件的剖面示意图；图2为本专利技术的一种实施例中用于异种材料固相连接的工具组件与第一板材和第二板材配合的结构示意图；图3～图4为本专利技术的另一种实施例中用于异种材料固相连接的工具组件的工作流程示意图；图5为本专利技术提供的一种第一板材上的缺口的纵向截面图；图6为本专利技术提供的另一种第一板材上的缺口的纵向截面图；图7为本专利技术提供的另一种第一板材上的缺口的纵向截面图；图8为本专利技术提供的另一种第一板材上的缺口的纵向截面图；图9为本专利技术提供的一种顶锻杆上凸纹的结构示意图；图10为本专利技术提供的另一种顶锻杆上凸纹的结构示意图；图11为本专利技术提供的另一种顶锻杆上凸纹的结构示意图。图中：1、第一板材；2、第二板材；3、压紧件；4、顶锻杆；5、回填转子；6、通道；7、连接材料；8、缺口；9、凸纹；10、第一界面；11、第二界面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于异种材料固相连接的工具组件，其特征在于，包括压紧件和顶锻杆，所述压紧件为两端开口的中空柱体，所述顶锻杆嵌套于所述压紧件的中空内部，并且所述顶锻杆可以相对于所述压紧件上下运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于异种材料固相连接的工具组件，其特征在于，包括压紧件和顶锻杆，所述压紧件为两端开口的中空柱体，所述顶锻杆嵌套于所述压紧件的中空内部，并且所述顶锻杆可以相对于所述压紧件上下运动。


2.根据权利要求1所述的用于异种材料固相连接的工具组件，其特征在于，还包括回填转子，所述顶锻杆嵌套于所述回填转子空腔内，所述顶锻杆与所述回填转子同轴设置且二者均嵌套于所述压紧件的中空内部。


3.根据权利要求1所述的用于异种材料固相连接的工具组件，其特征在于，所述压紧件的侧壁上设有用于输送连接材料的通道，所述通道与所述压紧件的中空内部相通；
优选的，所述顶锻杆的一端端面上形成有凸纹，所述凸纹为S纹、螺旋线纹或同心圆环纹。


4.一种异种材料固相连接的方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的工具组件，所述方法包括以下步骤：
提供待连接的第一板材和第二板材，并且所述第一板材表面设有贯穿板材厚度方向的缺口；
将所述第二板材、所述第一板材和所述压紧件由下至上依次叠放，并且所述缺口与所述压紧件的中空内部相通；
向所述缺口内加入连接材料；其中，所述连接材料的熔点小于或等于所述第一板材和所述第二板材中熔点大的其中一个；
利用所述顶锻杆持续顶锻所述连接材料，并且使所述连接材料在摩擦热作用下发生塑性流动，之后经过凝固所述连接材料分别与所述第一板材和第二板材紧密粘结。


5.根据权利要求4所述的异种材料固相连接的方法，其特征在于，所述缺口的纵截面呈沙漏状、漏斗状或上宽下窄的梯形；或者所述缺口呈圆柱体状且在所述缺口的侧壁上形成有螺纹。


6.根据权利要求5所述的异种材料固相连接的方法，其特征在于，所述缺口的纵截面呈沙漏状、漏斗状或上宽下窄的梯形时，所述缺口的倾斜侧壁与水平面之间的倾斜角为15～30°；
优选的，所述顶锻杆的直径＜...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卫兵，赵大龙，王宏健，侯红亮，
申请(专利权)人：北京碳垣新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11