CN104759780A - 一种摩擦焊接接头的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于摩擦焊接领域，具体涉及一种异种金属回转体构件摩擦焊中焊接接头的结构。本发明在斜接接头形式的结构设计基础上，将其中一个工件或两个工件接头设计成类似一种齿接的结构形式，一般在较硬材料上设计这种形式，摩擦焊接过程中，较硬材料嵌入软材料中，界面发生塑性变形、扩散复合的同时形成了一种嵌接的结构形式，该种结构形式使焊接接头在后续疲劳、冲击等过程中，内部界面交错阻力的作用使其性能得到提高。

Description

一种摩擦焊接接头的结构
技术领域
本发明属于摩擦焊接领域，具体涉及一种异种金属回转体构件摩擦焊中焊接接头的结构。
背景技术
摩擦焊接技术是通过在待焊材料之间摩擦，产生热量，在顶锻力的作用下材料发生塑性变形与流动，进而连接母材。摩擦焊接技术由于其高效、节能、精密、优质的特点，在石油、航空和航天、汽车及军民用领域得到了广泛应用，摩擦焊接技术不仅在同种金属连接领域应用广泛，在常规连接技术不易实现连接的异种金属连接领域也有较多应用，如铝钢、铝铜、铜钢等的摩擦焊接。
摩擦焊接接头接头形式大多为I型对接接头形式，该种结构形式具有结构设计简便、接头易加工的特点，在摩擦焊接接头设计中通用常见。另一种接头结构设计采用了斜接方式，斜接方式多用于异种金属摩擦焊接接头设计中，具有特点：①对于异种金属摩擦焊，两种材料物理化学性能存在差异，采用膨胀系数大的材料包合膨胀系数小的材料，可使接头在常温或较低温度下，收缩量差异使接头更加牢固；②斜接方式可有效增强摩擦焊接接头的抗弯能力。
因为摩擦焊接接头的形成是在焊接热力的耦合作用下，焊合区金属发生剧烈的塑性变形和流动、犁割、扩散与混合实现材料的连接，由于非熔化焊接，且焊接时间短，连接界面非常窄，如铝合金与不锈钢的摩擦焊接接头连接面仅几微米，接头虽具有一定强度，但冲击性、韧性及剪切强度等均较低，因此，传统的斜接接头结构不再适用，亟需研制一种新型的摩擦焊接接头的结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型摩擦焊接接头结构，以提高摩擦焊接接头的冲击、疲劳等性能。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种摩擦焊接接头的结构，包括待焊件1和待焊件2，待焊件1和待焊件2都是圆柱状结构，待焊件2的硬度值低于待焊件1硬度值；待焊件1与待焊件2相对接的部分为包括三个锥台结构的齿形结构；根据与待焊件2的距离分别设定为第一锥台，第二锥台和第三锥台，其中第一锥台距离待焊件2的距离最远；
设定待焊件1的直径为D，第一锥台的下底直径为D，上底直径为D1；第二锥台的上底直径为D1，下底直径为D2；第三锥台的下底直径为D2，上底直径为D3；第一锥台中：D1＜D，锥台高度为h1，锥台锥角α°为60°～120°；第二锥台中：第二锥台上底与第一锥台上底重合，D1＜D2＜D，锥台高度为h2；第三锥台中：第三锥台下底与第二锥台下底重合，D3＜D2，锥台高度为h3；第二锥台的母线与第三锥台的母线之间的夹角为45°～70°；待焊件2的焊接面为锥台面，锥角与待焊件1第一锥台中的锥角相同；待焊件2锥台底部在待焊件2与待焊件1相连接的一侧，待焊件2锥台底部的直径B≤D，待焊件2锥台顶部的直径B1＜D3，B1＜B；待焊件2锥台高度h≤h1+h2+h3。
进一步的，如上所述的一种摩擦焊接接头的结构中，待焊件1为以下材料中的一种：不锈钢、碳钢、合金钢、钨、钛、钛合金、陶瓷；待焊件2为以下材料中的一种：铝、铝合金。
进一步的，如上所述的一种摩擦焊接接头的结构中，待焊件1为钢；待焊件2为以下材料中的一种：铜、铜合金。
采用上述技术方案中的嵌接接头结构的有益效果在于：本发明在斜接接头形式的结构设计基础上，将其中一个工件或两个工件接头设计成类似一种齿接的结构形式，一般在较硬材料上设计这种形式，摩擦焊接过程中，较硬材料嵌入软材料中，界面发生塑性变形、扩散复合的同时形成了一种嵌接的结构形式，该种结构形式使焊接接头在后续疲劳、冲击等过程中，内部界面交错阻力的作用使其性能得到提高。这种结构形式基于界面处交错阻力及摩擦焊接原理的综合作用进一步提高摩擦焊接接头的综合性能。
附图说明
图1是本发明摩擦焊接接头结构示意图及形成的嵌接结构形式。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明采用了类似齿形嵌接的方式设计摩擦焊接接头的结构形式。如图1所示，1和2为待焊件，1为相对较硬材料，2为较软材料，即待焊件2硬度值低于待焊件1硬度值，(如：不锈钢/碳钢/合金钢/钨/钛及钛合金/陶瓷-铝及铝合金、钢-铜及铜合金等)。
待焊件1与待焊件2相对接的部分为包括三个锥台结构的齿形结构；根据与待焊件2的距离分别设定为第一锥台，第二锥台和第三锥台，其中第一锥台距离待焊件2的距离最远；
设定待焊件1的直径为D，第一锥台的下底直径为D，上底直径为D1；第二锥台的上底直径为D1，下底直径为D2；第三锥台的下底直径为D2，上底直径为D3；
第一锥台中：D1＜D，锥台高度为h1，锥台锥角α°为60°～120°；
第二锥台中：第二锥台上底与第一锥台上底重合，D1＜D2＜D，锥台高度为h2；
第三锥台中：第三锥台下底与第二锥台下底重合，D3＜D2，锥台高度为h3；
第二锥台的母线与第三锥台的母线之间的夹角为45°～70°；
待焊件2的焊接面为锥台面，锥角与待焊件1第一锥台中的锥角相同；待焊件2锥台底部在待焊件2与待焊件1相连接的一侧，待焊件2锥台底部的直径B≤D，待焊件2锥台顶部的直径B1＜D3，B1＜B；待焊件2锥台高度h≤h1+h2+h3。

Claims (3)

1.一种摩擦焊接接头的结构，其特征在于：包括待焊件(1)和待焊件(2)，待焊件(1)和待焊件(2)都是圆柱状结构，待焊件(2)的硬度值低于待焊件(1)硬度值；
待焊件(1)与待焊件(2)相对接的部分为包括三个锥台结构的齿形结构；根据与待焊件(2)的距离分别设定为第一锥台，第二锥台和第三锥台，其中第一锥台距离待焊件(2)的距离最远；
设定待焊件(1)的直径为D，第一锥台的下底直径为D，上底直径为D1；第二锥台的上底直径为D1，下底直径为D2；第三锥台的下底直径为D2，上底直径为D3；
第一锥台中：D1＜D，锥台高度为h1，锥台锥角α°为60°～120°；
第二锥台中：第二锥台上底与第一锥台上底重合，D1＜D2＜D，锥台高度为h2；
第三锥台中：第三锥台下底与第二锥台下底重合，D3＜D2，锥台高度为h3；
第二锥台的母线与第三锥台的母线之间的夹角为45°～70°；
待焊件(2)的焊接面为锥台面，锥角与待焊件(1)第一锥台中的锥角相同；待焊件(2)锥台底部在待焊件(2)与待焊件(1)相连接的一侧，待焊件2锥台底部的直径B≤D，待焊件(2)锥台顶部的直径B1＜D3，B1＜B；待焊件(2)锥台高度h≤h1+h2+h3。
2.如权利要求1所述的一种摩擦焊接接头的结构，其特征在于：待焊件(1)为以下材料中的一种：不锈钢、碳钢、合金钢、钨、钛、钛合金、陶瓷；待焊件(2)为以下材料中的一种：铝、铝合金。
3.如权利要求1所述的一种摩擦焊接接头的结构，其特征在于：待焊件(1)为钢；待焊件(2)为以下材料中的一种：铜、铜合金。
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