薄板热自压连接方法技术

本发明专利技术为一种薄板热自压连接方法，在无外力作用的条件下，利用待连接薄板接头整体刚度在集中热源非熔化加热作用下，加热区高温金属与周围冷金属之间形成温差效应，利用由此产生的热弹塑性应力应变场，实现对接头连接处热塑性状态金属的自挤压、扩散和连接；本发明专利技术能够避免薄板熔化焊接时焊缝中产生铸态组织以及气孔、裂纹和夹杂等缺陷，同时在连接过程中不需要施加外力，工艺过程简单、便于实现。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术为一种，在无外力作用的条件下，利用待连接薄板接头整体刚度在集中热源非熔化加热作用下，加热区高温金属与周围冷金属之间形成温差效应，利用由此产生的热弹塑性应力应变场，实现对接头连接处热塑性状态金属的自挤压、扩散和连接；本专利技术能够避免薄板熔化焊接时焊缝中产生铸态组织以及气孔、裂纹和夹杂等缺陷，同时在连接过程中不需要施加外力，工艺过程简单、便于实现。【专利说明】
本专利技术是关于焊接领域中板材的连接方法，尤其涉及一种。
技术介绍
薄板材料的连接主要有熔化焊和搅拌摩擦焊等连接方法。熔化焊是利用热源加热并熔化被焊材料和填加材料，被焊材料和填加材料经熔化、凝固后形成永久性的连接接头。根据使用热源不同，现有的熔化焊接方法有:氩弧焊、激光焊、离子束焊和电子束焊等。搅拌摩擦焊是在压力作用下，利用被焊工件接触面的相互摩擦产生的摩擦热，使被焊接面金属达到热塑性状态，通过金属间的扩散和再结晶实现连接的一种焊接方法。薄板材料熔化焊连接时，因热源在焊接区域的高温热循环作用，经熔化/凝固，焊缝中产生铸态组织，焊接完成后，焊缝中仍可能产生气孔、裂纹等缺陷，导致接头的断裂与疲劳性能相比母材的断裂和疲劳性能明显降低，焊后需要进行退火热处理才能获得与母材相当的力学性能，增加了生产周期和成本。搅拌摩擦焊等固态连接能避免熔化时焊缝中产生的铸态组织和缺陷，并相对于熔焊接头能获得不同区域组织和力学性能较为均匀的连接接头，但是，在连接过程中需要施加外力，工艺实现过程较为复杂。由此，本专利技术人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种，以克服现有技术的缺陷。【
技术实现思路
】本专利技术的目的在于提供一种，该方法为固相连接，能够避免薄板熔化焊接时焊缝中产生铸态组织以及气孔、裂纹和夹杂等缺陷，同时在连接过程中不需要施加外力，工艺过程简单、便于实现。本专利技术的目的是这样实现的，一种，在无外力作用的条件下，利用待连接薄板接头整体刚度在集中热源非熔化加热作用下，加热区高温金属与周围冷金属之间形成温差效应，利用由此产生的热弹塑性应力应变场，实现对接头连接处热塑性状态金属的自挤压、扩散和连接。在本专利技术的一较佳实施方式中，该方法至少包括以下步骤:( I)建立对接薄板整体刚度；将待连接薄板对接面无缝对接，并通过辅助起焊端建立对接薄板之间的整体刚度；(2)进行非熔化加热；使用集中热源从辅助起焊端开始沿对接面移动，进行非熔化加热，在热源作用下加热区金属与周围冷金属之间产生温差，并因对接薄板整体刚度的拘束，从而在加热区产生热弹塑性应力应变场，热弹塑性应力应变场对对接面处高温区热塑性状态金属进行自挤压，实现扩散和连接。在本专利技术的一较佳实施方式中，在步骤(I)之前，精加工待连接薄板对接面，并将待连接薄板紧密对接装配于焊接夹具上。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述夹具包括有夹具底座，夹具底座上设有两个上挡板横梁，所述两个上挡板横梁沿着对接面平行设置，两个上挡板横梁分别设置在薄板对接面的两侧并与对接面保持一定距离；各上挡板横梁上间隔设有多个螺纹孔，螺纹孔中设有限位螺栓。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述精加工包括对接面精磨和清洗。在本专利技术的一较佳实施方式中，在步骤(I)中，所述辅助起焊端是焊接前零件下料、加工时与各待连接薄板一起机加工形成的；每个待连接薄板上均对应设有一辅助起焊端；所述辅助起焊端的长度根据待连接薄板对接面的尺寸而确定；使用熔化焊接方式将辅助起焊端焊接合适的长度，由此建立对接薄板之间的整体刚度。在本专利技术的一较佳实施方式中，在步骤(I)中，所述辅助起焊端是单独加工形成的一连接件，然后将该辅助起焊端与两个待连接薄板分别点焊在一起，从而建立对接薄板的整体刚度；所述辅助起焊端的尺寸根据待连接薄板对接面的尺寸而确定。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述集中热源为电弧、电子束或激光。在本专利技术的一较佳实施方式中，在步骤(2 )之后，将辅助起焊端切除。由上所述，本专利技术的，在无外力作用的条件下，利用待连接薄板接头整体刚度在集中热源非熔化加热作用下，加热区高温金属与周围冷金属之间形成温差效应，利用由此产生的热弹塑性应力应变场，实现对接头连接处热塑性状态金属的自挤压、扩散和连接；本专利技术能够避免薄板熔化焊接时焊缝中产生铸态组织以及气孔、裂纹和夹杂等缺陷，同时在连接过程中不需要施加外力，工艺过程简单、便于实现。【专利附图】【附图说明】以下附图仅旨在于对本专利技术做示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。其中:图1:为本专利技术中对接薄板整体刚度建立方式一示意图；图2:为本专利技术中对接薄板整体刚度建立方式二示意图；图3:为图1中A-A处剖视结构示意图；图4:为本专利技术中非熔化加热时热弹塑性应力应变场产生示意图；图5:为本专利技术中一实施例的连接过程示意图。【具体实施方式】为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【专利附图】【附图说明】本专利技术的【具体实施方式】。本专利技术提出一种，在无外力作用的条件下，利用待连接薄板接头整体刚度在集中热源非熔化加热作用下，加热区高温金属与周围冷金属之间形成温差效应，利用由此产生的热弹塑性应力应变场，实现对接头连接处热塑性状态金属的自挤压、扩散和连接。如图1?图4所示，该方法至少包括以下步骤:(I)试样加工与装卡；精加工待连接薄板I对接面(包括对接面精磨和清洗)，并将待连接薄板I紧密对接装配于焊接夹具2上；在本实施方式中，所述夹具2包括有夹具底座21，夹具底座21上设有两个上挡板横梁22，所述两个上挡板横梁22沿着对接面平行设置，两个上挡板横梁22分别设置在薄板对接面的两侧并与对接面保持一定距离；各上挡板横梁22上间隔设有多个螺纹孔，螺纹孔中设有限位螺栓221。装卡时，将两块待连接薄板I放置在夹具底座21上，薄板I下方设置下垫块23，上方设置上压块24，对接面无缝对接后，通过限位螺栓221将薄板固定；在本实施方式中，夹具2的作用是防止后续预制整体刚度时对接薄板面外变形，同时防止热自压连接时连接处错边(没有施加挤压力)，因此，此处的限位螺栓221不必拧的太紧；在本实施方式中，上挡板横梁22需选择离对接面合适的位置；横梁离对接面太远，焊接中可能导致错边，离得太近可能会影响温度场，所以要根据具体情况而定。(2)建立对接薄板整体刚度；将待连接薄板装卡(对接面无缝对接)后，将建立对接薄板整体刚度。在本实施方式中，建立对接薄板整体刚度可以采用两者方式:方式一:如图1所示，在所述待连接薄板I对接面一侧端部对应设有辅助起焊端11 (每个待连接薄板上均对应设有一辅助起焊端11);所述辅助起焊端11是焊接前零件下料、加工时与零件一起机加工形成的(该辅助起焊端11在热自压连接后将被切除掉)；所述辅助起焊端11的长度根据待连接薄板对接面的尺寸而确定；使用熔化焊接方式将两个对应的辅助起焊端11焊接合适的长度(长度太小，对接板的整体刚度不足，可能导致不能焊接)；由此建立两块对接薄板之间的整体刚度。方式二:如图2所示，所述辅助起焊端是单独加工形成的一连接件12，该辅助起焊端(连接件)12与待连接薄板I焊前是分离的，将该辅助起焊端12通过点焊方式分别与两对接薄板的一侧端部连接(所述多个焊点3如图2所示)，从而建立对接薄板的整体刚度；所述辅助起焊端的尺寸根据待连接薄板对接面的尺寸而确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄板热自压连接方法，在无外力作用的条件下，利用待连接薄板接头整体刚度在集中热源非熔化加热作用下，加热区高温金属与周围冷金属之间形成温差效应，利用由此产生的热弹塑性应力应变场，实现对接头连接处热塑性状态金属的自挤压、扩散和连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓云华，关桥，吴冰，王西昌，陶军，付鹏飞，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所，
类型：发明
国别省市：