本實(shí)用新型屬于連接件的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種通過摩擦液柱成形實(shí)現(xiàn)組件連接的結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)近年來在汽車、船艦、飛機(jī)等制造領(lǐng)域的快速發(fā)展，以及鋁、鋁合金、鈦合金等輕質(zhì)金屬在汽車、船艦、航天器的廣泛應(yīng)用，而汽車、船艦、航天器的在減重、抗疲勞性、可靠性和提升性能的需要日益迫切，而在這些產(chǎn)品的生產(chǎn)、裝配過程中的各類組件的連接則直接影響了它們?cè)诳蛊谛?、減重性、可靠性和整體性能的提升。然而傳統(tǒng)的金屬板連接方法，如普通焊接、鉚釘、螺釘和螺栓等緊固件連接方式都存在一定的缺陷。對(duì)于輕質(zhì)金屬，普通焊接即熔焊因輸入的熱量較大會(huì)產(chǎn)生較大范圍的熱影響區(qū)，同時(shí)熔焊很難避免缺陷的產(chǎn)生，最終導(dǎo)致連接部位各方面性能都會(huì)有不同程度的下降。為了避免對(duì)原有部件的組織與性能產(chǎn)生破壞，而采用的鉚釘、螺釘和螺栓等緊固件類連接結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命則直接決定了船艦、航天器的性能和壽命，并且這種緊固件連接方式在連接具有較復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)的部件時(shí)難以實(shí)現(xiàn)精確定位且為此常需要構(gòu)造定位固定結(jié)構(gòu)，且三種連接方式都需要做其它大量前期準(zhǔn)備工作，影響裝配效率,同時(shí)緊固件連接的疲勞性能則直接決定了產(chǎn)品的性能。

疲勞壽命低、密封性能差、結(jié)構(gòu)重量增加等都是傳統(tǒng)連接方式所面臨的不可避免的問題，而這些對(duì)于船艦、航天器等要實(shí)現(xiàn)在減重性、可靠性、抗疲勞性等性能的提升都是必須要解決的問題。因此掌握先進(jìn)的連接技術(shù)對(duì)于推動(dòng)我國(guó)航海、航天等重工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展起著越來越重要的作用，而該連接方法應(yīng)能夠連接各種復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)部件且能夠使汽車、船艦、航天器在減重、抗疲勞等方面得到一定的改善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種連接強(qiáng)度高、節(jié)約成本、能夠連接各種復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)部件的通過摩擦液柱成形實(shí)現(xiàn)組件連接的結(jié)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為：

一種通過摩擦液柱成形實(shí)現(xiàn)組件連接結(jié)構(gòu)，包括至少兩個(gè)待連接組件，待連接組件依次搭接形成具有交界面的組合件，其特征是：組合件上預(yù)設(shè)有塞棒孔，塞棒孔為經(jīng)過所有的交界面的盲孔，塞棒孔直徑大于焊接塞棒的直徑，焊接塞棒的前端能插入塞棒孔中，與塞棒孔的孔底接觸并與孔壁間隙配合，焊接塞棒通過旋轉(zhuǎn)與塞棒孔的孔底摩擦產(chǎn)熱發(fā)生塑性變形，使得塑性物填充焊接塞棒與塞棒孔孔壁間的間隙，塑性物冷卻后使得各待連接組件經(jīng)塑性物連接為一體。

為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括：

上述的待連接組件上下疊設(shè)，位于最下的一個(gè)待連接組件上預(yù)置盲孔，其余待連接組件上預(yù)置與盲孔同軸等直徑的上下貫穿的通孔，該盲孔與通孔組合而成塞棒孔。

上述的待連接組件的數(shù)量為兩個(gè)，待連接組件上下疊設(shè)，塞棒孔開設(shè)于組合件的側(cè)面，且部分位于上部的待連接組件上，部分位于下部的待連接組件上。

上述的焊接塞棒前端的摩擦部為鋁、鈦、鋁合金、鈦合金或鋼制作。

上述的焊接塞棒的直徑較塞棒孔的直徑小5mm至10mm。

上述的組合件上的塞棒孔數(shù)量為多個(gè)，相鄰塞棒孔之間部分重疊。

一種通過摩擦液柱成形實(shí)現(xiàn)組件連接的方法，包括以下步驟：

步驟一、將焊接塞棒前端伸入組合件的塞棒孔中，使焊接塞棒與塞棒孔同軸配合且焊接塞棒與塞棒孔四周孔壁存在間隙；

步驟二、給予焊接塞棒一定大小的旋轉(zhuǎn)速度，同時(shí)在塞棒上施加軸向力并保持一定的向下進(jìn)給速度，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的焊接塞棒與塞棒孔底部接觸時(shí)，開始發(fā)生剪切摩擦發(fā)熱；

步驟三、所產(chǎn)生的摩擦熱使塞棒自身在底部接觸面上發(fā)生塑性變形，而塑性金屬在軸向力的擠壓下向四周擴(kuò)散、填充塞棒與孔壁間的間隙，并達(dá)到緊密結(jié)合，隨著摩擦液柱液面的不斷上升，塑性金屬液不斷填充塞棒孔，直至漫出塞棒孔，在這過程中，摩擦液柱液面將焊接塞棒表面和塞棒孔內(nèi)的氧化物、雜質(zhì)的不斷排出；

步驟四、摩擦剪切產(chǎn)熱結(jié)束，焊接塞棒停止旋轉(zhuǎn)，在焊接塞棒上施加一定大小的頂鍛力保證焊接塞棒與塞棒孔孔底緊密結(jié)合，待塑性金屬液凝固成型形成摩擦塞；

步驟五、沿塞棒孔孔口平面去除多余的焊接塞棒和漫出塞棒孔的塑性金屬，使摩擦塞與組合件表面平齊。

當(dāng)組合件具有多個(gè)塞棒孔需填充摩擦塞時(shí)，相鄰摩擦塞相互搭接。

本實(shí)用新型提供了一種由兩個(gè)或兩個(gè)以上工件構(gòu)成的組件的連接方法，通過該方法實(shí)現(xiàn)包含兩個(gè)或兩個(gè)以上工件的組件的可靠連接并且有效克服了傳統(tǒng)連接方式在減重性、抗疲勞性能、連接質(zhì)量強(qiáng)度等方面的不足。焊接塞棒接頭可以根據(jù)塞棒孔底部形狀預(yù)置成錐頭圓底面或錐頭平底面或其他相應(yīng)形狀，只要能使焊接塞棒接頭與塞棒孔底部緊貼即可，該方法具有較高的成本效益，且能夠滿足在船艦、航天器等領(lǐng)域?qū)p重性、抗疲勞性等方面性能的要求，同時(shí)該方法可以很容易的實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)組件的可靠連接。除此之外，這種方法相比于其它的塞焊方式具有較少的缺陷相應(yīng)的也具有更高的強(qiáng)度，并且還能夠與近年來廣泛用于汽車、船艦、航天器的攪拌摩擦焊接等先進(jìn)焊接技術(shù)相容。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型第一實(shí)施例中一個(gè)已經(jīng)被加工成預(yù)置尺寸的焊接塞棒的正視圖；

圖2是實(shí)用新型第一實(shí)施例中一個(gè)準(zhǔn)備好連接成一個(gè)組合件的兩個(gè)工件的正視圖；

圖3是圖2中兩個(gè)工件在圖1的焊接塞棒插入之前位于墊板上的透視圖；

圖4是利用旋轉(zhuǎn)機(jī)械將圖1中的焊接塞棒完全插入圖3中的兩個(gè)工件的結(jié)構(gòu)組件中時(shí)的正視圖；

圖5是圖4中焊接塞棒發(fā)生剪切摩擦產(chǎn)生塑性金屬即摩擦液柱狀態(tài)時(shí)的正視圖；

圖6是圖5中剪切摩擦產(chǎn)生塑性金屬完全填充間隙的狀態(tài)時(shí)的正視圖；

圖7是圖6中焊接塞棒被加工至與工件上表面平齊時(shí)的正視圖；

圖8是圖7的俯視圖；

圖9是圖1中焊接塞棒形式的幾種其他形式及其相應(yīng)配合的正視圖；

圖10是本實(shí)用新型第二實(shí)施例中三個(gè)工件通過摩擦液柱成形形成的多個(gè)基本單元實(shí)現(xiàn)三個(gè)工件組成的組件的可靠連接的正視圖；

圖11是圖10的俯視圖，表示了圖10中摩擦液柱成形形成的多個(gè)基本單元間的重疊；

圖12是本實(shí)用新型第三實(shí)施例中兩個(gè)工件鄰接而成的組件在交界面通過摩擦液柱成形產(chǎn)生的多個(gè)基本單元重疊形成細(xì)長(zhǎng)焊縫的透視圖。

其中的附圖標(biāo)記為：組合件1、交界面1a、塞棒孔2、焊接塞棒3。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

第一實(shí)施例：

利用圖1中所示的預(yù)置到一定尺寸大小的焊接塞棒3將圖2中由一第一工件A與一第二工件B構(gòu)成的組件形成可靠的連接。根據(jù)不同的實(shí)施例，焊接塞棒3的材料可以是鋁、鈦、鋁合金、鈦合金或鋼等，當(dāng)然組件中個(gè)工件的形狀和尺寸也不僅限與圖2中的板，也可以是管形工件或曲線形工件等。而焊接塞棒3的材料、尺寸和形狀可以根據(jù)所要連接的組件的材料、尺寸和形狀的不同有所變化，圖1中所示焊接塞棒3的接頭為柱形平底，除此之外，參考圖9，焊接塞棒3的接頭還可以制成柱形圓頭、錐形平頭或錐形圓頭等，而相應(yīng)配合的工件上的塞棒孔2也應(yīng)做相應(yīng)的改變。當(dāng)然根據(jù)不同的實(shí)施例焊接塞棒3的形式不僅限于本實(shí)用新型中所提到的。但在此之前需先在第一工件A上預(yù)置一個(gè)直徑比焊接塞棒3直徑大10mm左右的通孔，同時(shí)在第二工件B上預(yù)置一個(gè)一定深度與焊接塞棒3相配合的盲孔，并將該組件置于墊板4上，如圖3所示。此外，利用本實(shí)用新型的連接方法連接的組件所包含的工件數(shù)目也不僅限于兩個(gè)，也可以是三個(gè)或更多。

參考圖4—8，本實(shí)施例中的墊板4起到支撐第一和第二工件的作用，而在其他實(shí)施例中，如果組件具有足夠的強(qiáng)度能夠?qū)崿F(xiàn)自我支撐時(shí)則可以不使用墊板。

當(dāng)攪拌摩擦設(shè)備給焊接塞棒3一定的旋轉(zhuǎn)速度并以一定的進(jìn)給速度使其通過第一工件A的外表面1c、交界面1a并且與第二工件B的盲孔底部接觸時(shí)開始發(fā)生剪切摩擦過程，如圖4所示。焊接塞棒3底面與第二工件的盲孔底面剪切摩擦產(chǎn)生的熱量使附近的部分金屬塑化，在軸向力的作用下使塑性金屬流向四周的塞棒與孔壁的間隙中，產(chǎn)生金屬液柱。隨著剪切摩擦過程的不斷發(fā)生，塑性金屬液柱面也隨之逐漸升高，發(fā)生剪切摩擦的焊接塞棒3底面也將不斷的隨之上移進(jìn)而消耗了部分塞棒，如圖5所示。當(dāng)產(chǎn)生的塑性金屬3a完全填充塞棒與孔壁間的間隙即液柱溢出間隙時(shí)，攪拌摩擦設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，則塞棒也將停止旋轉(zhuǎn)即摩擦液柱成形過程結(jié)束形成一個(gè)基本單元—摩擦塞5，如圖6所示。將多余的塞棒及溢出的塑性金屬除去，從而使摩擦塞5與第一工件A的外表面平齊，如圖7所示。而圖8則為圖7的俯視圖。

第二實(shí)施例：

參考圖10—11，通過摩擦液柱成形形成的兩個(gè)或更多的基本單元—摩擦塞5沿交界面1a、1b插入組件的第一、第二和第三工件A、B、C中，以使組件的連接更加可靠。要滿足其中每一基本單元必須至少與另一基本單元部分重疊，且與組件外表面保持平齊，其正視圖如圖10所示，其俯視圖如圖11所示。該方法可根據(jù)連接強(qiáng)度等需要用于交界面1a、1b的整個(gè)長(zhǎng)度或部分長(zhǎng)度。

第三實(shí)施例：

參考圖12，組合件具有多個(gè)塞棒孔需填充摩擦塞，相鄰摩擦塞相互搭接。構(gòu)成組件的第一、第二工件A、B也可以以鄰接的方式形成交界面1a，并沿交界面1a插入多個(gè)基本單元—摩擦塞5同時(shí)保證每個(gè)摩擦塞與另一個(gè)摩擦塞搭接形成一條細(xì)長(zhǎng)的焊縫。

以上僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本實(shí)用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。