一種摩擦焊接接頭的結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于摩擦焊接領(lǐng)域，具體涉及一種異種金屬回轉(zhuǎn)體構(gòu)件摩擦焊中焊接接頭的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]摩擦焊接技術(shù)是通過在待焊材料之間摩擦，產(chǎn)生熱量，在頂鍛力的作用下材料發(fā)生塑性變形與流動，進(jìn)而連接母材。摩擦焊接技術(shù)由于其高效、節(jié)能、精密、優(yōu)質(zhì)的特點(diǎn)，在石油、航空和航天、汽車及軍民用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，摩擦焊接技術(shù)不僅在同種金屬連接領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，在常規(guī)連接技術(shù)不易實(shí)現(xiàn)連接的異種金屬連接領(lǐng)域也有較多應(yīng)用，如鋁鋼、鋁銅、銅鋼等的摩擦焊接。
[0003]摩擦焊接接頭接頭形式大多為I型對接接頭形式，該種結(jié)構(gòu)形式具有結(jié)構(gòu)設(shè)計簡便、接頭易加工的特點(diǎn)，在摩擦焊接接頭設(shè)計中通用常見。另一種接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計采用了斜接方式，斜接方式多用于異種金屬摩擦焊接接頭設(shè)計中，具有特點(diǎn):①對于異種金屬摩擦焊，兩種材料物理化學(xué)性能存在差異，采用膨脹系數(shù)大的材料包合膨脹系數(shù)小的材料，可使接頭在常溫或較低溫度下，收縮量差異使接頭更加牢固；②斜接方式可有效增強(qiáng)摩擦焊接接頭的抗彎能力。
[0004]因?yàn)槟Σ梁附咏宇^的形成是在焊接熱力的耦合作用下，焊合區(qū)金屬發(fā)生劇烈的塑性變形和流動、犁割、擴(kuò)散與混合實(shí)現(xiàn)材料的連接，由于非熔化焊接，且焊接時間短，連接界面非常窄，如鋁合金與不銹鋼的摩擦焊接接頭連接面僅幾微米，接頭雖具有一定強(qiáng)度，但沖擊性、韌性及剪切強(qiáng)度等均較低，因此，傳統(tǒng)的斜接接頭結(jié)構(gòu)不再適用，亟需研制一種新型的摩擦焊接接頭的結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種新型摩擦焊接接頭結(jié)構(gòu)，以提高摩擦焊接接頭的沖擊、疲勞等性能。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0007]一種摩擦焊接接頭的結(jié)構(gòu)，包括待焊件I和待焊件2，待焊件I和待焊件2都是圓柱狀結(jié)構(gòu)，待焊件2的硬度值低于待焊件I硬度值；待焊件I與待焊件2相對接的部分為包括三個錐臺結(jié)構(gòu)的齒形結(jié)構(gòu)；根據(jù)與待焊件2的距離分別設(shè)定為第一錐臺，第二錐臺和第三錐臺，其中第一錐臺距離待焊件2的距離最遠(yuǎn)；
[0008]設(shè)定待焊件I的直徑為D，第一錐臺的下底直徑為D，上底直徑為Dl ;第二錐臺的上底直徑為Dl，下底直徑為D2 ;第三錐臺的下底直徑為D2，上底直徑為D3 ;第一錐臺中:D1<D，錐臺高度為hl，錐臺錐角α °為60°?120° ;第二錐臺中:第二錐臺上底與第一錐臺上底重合，Dl < D2 < D，錐臺高度為h2 ;第三錐臺中:第三錐臺下底與第二錐臺下底重合，D3 < D2，錐臺高度為h3 ;第二錐臺的母線與第三錐臺的母線之間的夾角為45°?70° ;待焊件2的焊接面為錐臺面，錐角與待焊件I第一錐臺中的錐角相同；待焊件2錐臺底部在待焊件2與待焊件I相連接的一側(cè)，待焊件2錐臺底部的直徑B ( D，待焊件2錐臺頂部的直徑BI < D3，BI < B ;待焊件2錐臺高度h ( hl+h2+h3。
[0009]進(jìn)一步的，如上所述的一種摩擦焊接接頭的結(jié)構(gòu)中，待焊件I為以下材料中的一種:不銹鋼、碳鋼、合金鋼、鎢、鈦、鈦合金、陶瓷；待焊件2為以下材料中的一種:鋁、鋁合金。
[0010]進(jìn)一步的，如上所述的一種摩擦焊接接頭的結(jié)構(gòu)中，待焊件I為鋼；待焊件2為以下材料中的一種:銅、銅合金。
[0011]采用上述技術(shù)方案中的嵌接接頭結(jié)構(gòu)的有益效果在于:本發(fā)明在斜接接頭形式的結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)上，將其中一個工件或兩個工件接頭設(shè)計成類似一種齒接的結(jié)構(gòu)形式，一般在較硬材料上設(shè)計這種形式，摩擦焊接過程中，較硬材料嵌入軟材料中，界面發(fā)生塑性變形、擴(kuò)散復(fù)合的同時形成了一種嵌接的結(jié)構(gòu)形式，該種結(jié)構(gòu)形式使焊接接頭在后續(xù)疲勞、沖擊等過程中，內(nèi)部界面交錯阻力的作用使其性能得到提高。這種結(jié)構(gòu)形式基于界面處交錯阻力及摩擦焊接原理的綜合作用進(jìn)一步提高摩擦焊接接頭的綜合性能。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明摩擦焊接接頭結(jié)構(gòu)示意圖及形成的嵌接結(jié)構(gòu)形式。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0014]如圖1所示，本發(fā)明采用了類似齒形嵌接的方式設(shè)計摩擦焊接接頭的結(jié)構(gòu)形式。如圖1所示，I和2為待焊件，I為相對較硬材料，2為較軟材料，即待焊件2硬度值低于待焊件I硬度值，(如:不銹鋼/碳鋼/合金鋼/鎢/鈦及鈦合金/陶瓷-鋁及鋁合金、鋼-銅及銅合金等)。
[0015]待焊件I與待焊件2相對接的部分為包括三個錐臺結(jié)構(gòu)的齒形結(jié)構(gòu)；根據(jù)與待焊件2的距離分別設(shè)定為第一錐臺，第二錐臺和第三錐臺，其中第一錐臺距離待焊件2的距離最遠(yuǎn);
[0016]設(shè)定待焊件I的直徑為D，第一錐臺的下底直徑為D，上底直徑為Dl ;第二錐臺的上底直徑為Dl，下底直徑為D2 ;第三錐臺的下底直徑為D2，上底直徑為D3 ；
[0017]第一錐臺中:Dl < D，錐臺高度為hl，錐臺錐角α °為60°?120° ；
[0018]第二錐臺中:第二錐臺上底與第一錐臺上底重合，Dl < D2 < D，錐臺高度為h2 ；
[0019]第三錐臺中:第三錐臺下底與第二錐臺下底重合，D3<D2，錐臺高度為h3;
[0020]第二錐臺的母線與第三錐臺的母線之間的夾角為45°?70° ;
[0021 ] 待焊件2的焊接面為錐臺面，錐角與待焊件I第一錐臺中的錐角相同；待焊件2錐臺底部在待焊件2與待焊件I相連接的一側(cè)，待焊件2錐臺底部的直徑B < D，待焊件2錐臺頂部的直徑BI < D3，BI < B ;待焊件2錐臺高度h ( hl+h2+h3。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種摩擦焊接接頭的結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括待焊件(I)和待焊件(2)，待焊件(I)和待焊件(2)都是圓柱狀結(jié)構(gòu)，待焊件(2)的硬度值低于待焊件(I)硬度值； 待焊件(I)與待焊件(2)相對接的部分為包括三個錐臺結(jié)構(gòu)的齒形結(jié)構(gòu)；根據(jù)與待焊件(2)的距離分別設(shè)定為第一錐臺，第二錐臺和第三錐臺，其中第一錐臺距離待焊件(2)的距離最遠(yuǎn)； 設(shè)定待焊件(I)的直徑為D，第一錐臺的下底直徑為D，上底直徑為Dl ;第二錐臺的上底直徑為Dl，下底直徑為D2 ;第三錐臺的下底直徑為D2，上底直徑為D3 ； 第一錐臺中:D1 < D，錐臺高度為hl，錐臺錐角α °為60°?120° ； 第二錐臺中:第二錐臺上底與第一錐臺上底重合，Dl < D2 < D，錐臺高度為h2 ； 第三錐臺中:第三錐臺下底與第二錐臺下底重合，D3 < D2，錐臺高度為h3 ； 第二錐臺的母線與第三錐臺的母線之間的夾角為45°?70° ; 待焊件⑵的焊接面為錐臺面，錐角與待焊件⑴第一錐臺中的錐角相同；待焊件(2)錐臺底部在待焊件(2)與待焊件(I)相連接的一側(cè)，待焊件2錐臺底部的直徑B <D，待焊件⑵錐臺頂部的直徑BI < D3，BI < B ;待焊件⑵錐臺高度h ( hl+h2+h3o
2.如權(quán)利要求1所述的一種摩擦焊接接頭的結(jié)構(gòu)，其特征在于:待焊件(I)為以下材料中的一種:不銹鋼、碳鋼、合金鋼、鎢、鈦、鈦合金、陶瓷；待焊件⑵為以下材料中的一種:鋁、鋁合金。
3.如權(quán)利要求1所述的一種摩擦焊接接頭的結(jié)構(gòu)，其特征在于:待焊件(I)為鋼；待焊件⑵為以下材料中的一種:銅、銅合金。
【專利摘要】本發(fā)明屬于摩擦焊接領(lǐng)域，具體涉及一種異種金屬回轉(zhuǎn)體構(gòu)件摩擦焊中焊接接頭的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在斜接接頭形式的結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)上，將其中一個工件或兩個工件接頭設(shè)計成類似一種齒接的結(jié)構(gòu)形式，一般在較硬材料上設(shè)計這種形式，摩擦焊接過程中，較硬材料嵌入軟材料中，界面發(fā)生塑性變形、擴(kuò)散復(fù)合的同時形成了一種嵌接的結(jié)構(gòu)形式，該種結(jié)構(gòu)形式使焊接接頭在后續(xù)疲勞、沖擊等過程中，內(nèi)部界面交錯阻力的作用使其性能得到提高。
【IPC分類】B23K33-00, B23K20-12
【公開號】CN104759780
【申請?zhí)枴緾N201510182439
【發(fā)明人】安立輝, 趙衍華, 張麗娜, 孫秀京, 田堂振, 劉敏, 朱平萍, 袁德海, 魏瑞剛, 厲曉笑, 遲宏波
【申請人】首都航天機(jī)械公司, 中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月17日