一种异质异形旋转摩擦挤压焊接结构与方法技术

本公开提供了一种异质异形旋转摩擦挤压焊接结构与方法，属于材料成型技术领域，包括第一工件和第二工件，所述第一工件的预加工端面轴线处开设凸台状凹槽，所述第二工件的预加工端面轴线处设置有凸台。本公开利用异种金属旋转摩擦焊过程中材料发生塑性变形与流动的特点，在实现异种金属有效连接的同时，利用屈服强度相对较低的材料流动性填充另一侧材料的空隙，从而实现异种金属、异形结构的一体化成型。成型。成型。

【技术实现步骤摘要】
一种异质异形旋转摩擦挤压焊接结构与方法


[0001]本公开涉及材料成型
，具体涉及一种异质异形旋转摩擦挤压焊接结构与方法。

技术介绍

[0002]旋转摩擦焊是利用摩擦热作为热源，焊接时施加摩擦压力使得焊接材料达到塑性状态并发生塑性变形与流动，从而实现材料有效连接的固相焊接方式。与传统的熔化焊接相比，旋转摩擦焊过程材料并不发生熔化，避免了材料凝固过程中焊接缺陷的形成，同时材料的流动形成焊接飞边对焊接接头的氧化层等杂质有一定的自清洁作用。因此，旋转摩擦焊能够实现同种或异种材料回转体结构的高质量连接，在航空航天、石油化工等领域有了广泛的应用。
[0003]异种金属回转体接头的旋转摩擦焊结构能够实现材料的高质量连接，同时能充分发挥两种材料的优势。目前铝/钢、铝/铜、钛/钢等异种金属的连接已经得到了广泛的研究与应用。然而对于异种材料的旋转摩擦焊，由于材料性能的差异，焊接时会产生了飞边，焊接后需要对焊接接头进行二次加工，将飞边进行切除，造成了材料的浪费与加工成本的提高，特别是对于铜、银等贵金属。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷或不足，本公开提供了一种异种异形旋转摩擦挤压焊接结构与方法，在保证异种金属有效连接的同时，实现复杂结构的一体化成型，避免了贵金属材料的浪费并且降低了加工的成本。
[0005]为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
[0006]第一方面，本公开的实施例提供了一种异质异形旋转摩擦挤压焊接结构，包括第一工件和第二工件，所述第一工件的预加工端面轴线处开设凸台状凹槽，所述第二工件的预加工端面轴线处设置有凸台。
[0007]进一步地，所述凸台状凹槽的表面粗糙度小于1μm。
[0008]进一步地，所述凸台状凹槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述第二凹槽开设在第一凹槽的底部。
[0009]进一步地，所述第一凹槽和第二凹槽均为圆形凹槽，所述第二凹槽的截面直径小于第一凹槽的截面直径，第一凹槽和第二凹槽的轴线与第一工件的轴线重合。
[0010]进一步地，所述第一凹槽底面的周侧开设有倒角。
[0011]进一步地，所述第二工件的截面直径与第一凹槽的截面直径相同，所述凸台的截面直径与第二凹槽的截面直径相同。
[0012]进一步地，所述第一工件的屈服强度大于第二工件的屈服强度。
[0013]第二方面，本公开提供了一种异质异形旋转摩擦挤压焊接方法，利用如上所述的一种异质异形旋转摩擦挤压焊接结构，包括以下步骤：
[0014]步骤1，根据工件的实际结构对第一工件和第二工件的预焊接端面进行机加工；
[0015]步骤2，对第一工件和第二工件进行去油污处理；
[0016]步骤3，将加工好的第一工件和第二工件进行预装配后分别置于旋转摩擦焊机的旋转侧和进给侧，夹紧后，调整旋转摩擦焊机焊接参数；
[0017]步骤4，启动焊机，待焊机达到预设转速时开始焊接。控制摩擦压力，使得第二工件发生一定量的变形，并在压力作用下填充第一工件上凸台状凹槽内的空隙，实现异种金属的一体化成型。
[0018]进一步地，所述第二工件置于旋转摩擦焊机的旋转侧，所述第一工件置于旋转摩擦焊接的进给侧。
[0019]进一步地，所述焊机的焊接参数具体为：初始转速为400
‑
3000rpm，摩擦压力为10
‑
300MPa，焊接时间为1
‑
10s；顶锻压力为20
‑
400MPa；转动惯量为0
‑
2kg
·
m2。
[0020]与现有技术相比，本公开的有益效果在于：
[0021]1、本公开通过在第一工件的预加工端面轴线处开设凸台状凹槽，在第二工件的预加工端面轴线处设置凸台，在焊接时有效避免了飞边的产生，从而避免了二次加工对贵金属材料的浪费，降低了加工成本。
[0022]2、本公开利用异种金属旋转摩擦焊过程中材料发生塑性变形与流动的特点，在实现异种金属有效连接(焊接接头的密封性达到50atm以上，抗拉强度达到3KN以上)的同时，利用屈服强度相对较低的材料流动性填充另一侧材料的空隙，从而实现异种金属、异形结构的一体化成型。
附图说明
[0023]图1为第一工件和第二工件连接结构图；
[0024]图2为本公开实施例中第一工件结构图；
[0025]图3为本公开实施例中第二工件结构图；
[0026]其中，1、第一工件；2、第二工件；3、第一凹槽；4、第二凹槽；5、倒角；6、凸台。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]实施例一
[0029]本公开的一种典型的实施方式，如图1
‑
图3所示，一种异质异形旋转摩擦挤压焊接结构，包括第一工件1和第二工件2，所述第一工件1和第二工件2为管状结构或棒状结构，通过机加工在第一工件1的预加工端面轴线处开设凸台状凹槽，所述凸台状凹槽的表面粗糙度小于1μm，在第二工件2的预加工端面轴线处加工出凸台6。
[0030]具体的，所述凸台状凹槽包括第一凹槽3和第二凹槽4，所述第二凹槽4开设在第一凹槽3的底部，所述第一凹槽3和第二凹槽4均为圆形凹槽，所述第二凹槽4的截面直径小于第一凹槽3的截面直径，第一凹槽3和第二凹槽4的轴线与第一工件1的轴线重合，所述第一
凹槽3底面的周侧开设有倒角5，方便第一工件与第二工件之间进行配合。
[0031]本实施例中，所述第一工件1为管状结构，如图2所示，所述第一工件1的内径为7.8mm，外径为13mm，第一工件1的一端开设有凸台状凹槽，第一凹槽3开设在第一工件1的端面上，其截面直径为6mm，第二凹槽4开设在第一凹槽3底面上，其截面直径为4mm，所述第一凹槽3底面周侧设置有直径为0.5mm的倒角5。
[0032]所述第二工件2的截面直径与第一凹槽3的截面直径相同，所述凸台6的截面直径与第二凹槽4的截面直径相同，在本实施例中，所述第二工件2为棒状结构，如图3所示，其截面直径为6mm，长度为40mm，所述凸台6设置在第二工件2一端端面上，所述凸台6的截面直径为4mm，长度为2.8mm。
[0033]所述第一工件1采用屈服强度较高、不易变形的金属，如钢、钛合金等，所述第二工件2采用屈服强度较低、易变形的金属，如铝合金、镁合金等。
[0034]本实施例中，所述第一工件1采用屈服强度较高的紫铜，其屈服强度为70
‑
90MPa，所述第二工件2采用屈服强度相对较低的纯银，其屈服强度为30
‑
40MPa。与纯银相比，紫铜的屈服强度较高，焊接过程中不易发生变形，而纯银的屈服强度较低，在焊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异质异形旋转摩擦挤压焊接结构，其特征在于，包括第一工件和第二工件，所述第一工件的预加工端面轴线处开设凸台状凹槽，所述第二工件的预加工端面轴线处设置有凸台。2.如权利要求1所述的一种异质异形旋转摩擦挤压焊接结构，其特征在于，所述凸台状凹槽的表面粗糙度小于1μm。3.如权利要求1所述的一种异质异形旋转摩擦挤压焊接结构，其特征在于，所述凸台状凹槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述第二凹槽开设在第一凹槽的底部。4.如权利要求3所述的一种异质异形旋转摩擦挤压焊接结构，其特征在于，所述第一凹槽和第二凹槽均为圆形凹槽，所述第二凹槽的截面直径小于第一凹槽的截面直径，第一凹槽和第二凹槽的轴线与第一工件的轴线重合。5.如权利要求3所述的一种异质异形旋转摩擦挤压焊接结构，其特征在于，所述第一凹槽底面的周侧开设有倒角。6.如权利要求3所述的一种异质异形旋转摩擦挤压焊接结构，其特征在于，所述第二工件的截面直径与第一凹槽的截面直径相同，所述凸台的截面直径与第二凹槽的截面直径相同。7.如权利要求1所述的一种异质异形旋转摩擦挤压焊接结构，其特征在于，所述第一工件的屈服强度大于第二工件的屈服强度。8.一种异质异形旋转摩擦挤压焊接方法，利用如权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：党宗彧，胡庆贤，秦国梁，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：