一种异质异形旋转摩擦挤压焊接结构与方法

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。

背景技术：

1、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。

2、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

1、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。

2、为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

3、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。

4、进一步地，所述凸台状凹槽的表面粗糙度小于1μm。

5、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。

6、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。

7、进一步地，所述第一凹槽底面的周侧开设有倒角。

8、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。

9、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。

10、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：

11、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；

12、步骤2，对第一工件和第二工件进行去油污处理；

13、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；

14、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。

15、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。

16、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。

17、与现有技术相比，本公开的有益效果在于：

18、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。

19、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。

技术特征：

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1-7任一项所述的一种异质异形旋转摩擦挤压焊接结构，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的一种异质异形旋转摩擦挤压焊接方法，其特征在于，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。

10.如权利要求8所述的一种异质异形旋转摩擦挤压焊接方法，其特征在于，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。

技术总结
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。

技术研发人员：党宗彧,胡庆贤,秦国梁
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13