CN102189357A - 用于连接异种材料的过渡接头 - Google Patents
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Abstract
一种用于连接异种材料的过渡接头。一种组件，包括由第一材料例如铝制成的具有第一和第二凸缘的第一结构元件；由第二材料例如镁制成的具有第一和第二凸缘的第二结构元件；以及由所述第一材料制成的第三和第四结构元件，第三和第四结构元件均具有用于与第一和第二结构元件的凸缘接触的第一和第二凸缘，以便将第一和第二结构元件锁紧在一起。
Description
技术领域
本发明涉及用于连接由异种材料制成的结构零件和机械构件的过渡接头组件。
背景技术
连接异种材料的两个问题是材料的相容性和连接工艺的适用性。尤其是，在使用公知的连接工艺将铝连接于镁、连接于钢或连接于复合物时存在问题，这些公知的连接工艺例如是熔焊(例如，气体保护金属极电弧焊)和固态焊(例如，摩擦搅拌焊)。这些问题包括：冶金不相容性，这导致焊缝的不可控的破裂和/或脆性金属间化合物的形成；电动势的急剧差异，这在存在盐和/或潮湿时会导致电腐蚀；以及热膨胀系数的不相容性，这会导致在接头处形成强烈的残余应力，从而导致在特定加载条件下(例如应力腐蚀)的失效。
发明内容
本发明涉及过渡接头，其可以用来通过一般用于连接那些能与同种材料连接但永远不能与异种材料连接的材料的传统工艺来连接不同的材料。该新式的过渡接头给过渡设计提供了更多的灵活性，因此各个材料(例如，钢和铝)可以通过更易适应零部件尺寸公差的差异、更易控制并可以使接头具有优异的机械性能(例如，疲劳和强度)的滑动型接头而焊接连接和/或螺栓连接在一起。该新式过渡接头也允许选择使接头和将使用接头的结构分别制造，还允许选择把接头制造为子组件以便后续通过焊接或螺栓连接而结合到一较大结构中。
在一实旋例中，本发明提供了一种组件，包括：由第一材料制成的第一结构元件，所述第一结构元件具有凸缘；由第二材料制成的第二结构元件，所述第二结构元件具有凸缘；由所述第一材料制成的第三结构元件，所述第三结构元件具有第一凸缘和第二凸缘，其中，第一结构元件的凸缘接触第三结构元件的第一凸缘，而第二结构元件的凸缘接触第三结构元件的第二凸缘，以使第一结构元件和第二结构元件锁紧在一起；并且其中，第一结构元件和第三结构元件彼此直接连接。
在另一实施例中，本发明提供了一种组件，包括：由第一材料制成的第一结构元件，所述第一结构元件具有第一凸缘和第二凸缘；由第二材料制成的第二结构元件，所述第二结构元件具有第一凸缘和第二凸缘；由所述第一材料制成的第三结构元件，所述第三结构元件具有第一凸缘和第二凸缘；由所述第一材料制成的第四结构元件，所述第四结构元件具有第一凸缘和第二凸缘；其中，第一结构元件的第一凸缘接触第三结构元件的第一凸缘，第一结构元件的第二凸缘接触第四结构元件的第一凸缘，第二结构元件的第一凸缘接触第三结构元件的第二凸缘，以及第二结构元件的第二凸缘接触第四结构元件的第二凸缘，以便将第一结构元件和第二结构元件锁紧在一起；并且其中，第一结构元件和第三结构元件彼此直接连接，而第一结构元件和第四结构元件彼此直接连接。
由相同或相似材料制成的这些组件的结构元件可以通过本领域任意公知的焊接工艺而彼此直接连接，这些焊接工艺包括熔焊、埋弧焊、激光焊或气体保护金属极埋弧焊。在另外的一实施例中，组件可以进一步包括使至少两个结构元件彼此连接的一个或多个粘合剂。组件也可以进一步包括使至少两个结构元件彼此连接的一个或多个紧固件，紧固件包括螺栓或铆钉。
本发明还提供了用于装配在此公开的过渡接头的方法。
在阅读了对本发明实施例的详细描述后，本发明的其它特征和优点将更加清晰，对本发明实施例的详细描述在下面将仅参照附图以例子的方式给出。
附图说明
为了对本发明有更好的理解，参见以下结合附图考虑的对实施例的详细描述，其中：
附图1A是一个实施例中的过渡接头组件的剖视图；
附图1B是附图1A中的过渡接头组件的顶部透视剖视图；
附图2A是另一实施例中包括有紧固件的过渡接头组件的剖视图；
附图2B是附图2A中的过渡接头组件的顶部透视剖视图；
附图3是另一实施例中采用了局部回转式接头的过渡接头组件的剖视图；
附图4A是另一实施例中的过渡接头组件的剖视图，该过渡接头组件通过滑动配合双重搭角接头焊接于梁的腹板上；
附图4B是附图4A中的过渡接头组件的顶部透视剖视图；
附图5A是另一实施例中要与第二过渡接头组件相交的过渡接头的剖视图；
附图5B是附图5A中的过渡接头组件的侧视图；
附图5C是附图5A中的过渡接头组件以及要与其相交的第二过渡接头组件的顶部透视剖视图；
附图6A是另一实施例中的彼此相交的过渡接头组件的侧视图；
附图6B是附图6A中的彼此相交的过渡接头组件的俯视图。
具体实施方式
参照附图1A和1B，本发明一实施例的过渡接头组件10包括第一结构元件、第二结构元件以及第三和第四结构元件，本实施例中，第一结构元件是顶部锁紧板或“T”形挤压件，包括具有凸缘18的第一材料(例如，钢、镁、复合物等)12，第二结构元件包括具有凸缘24的第二材料14，以及第三和第四结构元件在本实施例中是侧面锁紧挤压件，包括具有凸缘20和22的第一材料16。本实施例中，从横截面上看，第二结构元件具有“T”形。结构元件12，14，16可以由任何适用于过渡接头的材料制成，包括铝、T6状态6061铝合金、铝合金复合物、钢、镁、基于有机物的复合物(例如结合在一起的碳纤维)和基于无机物的复合物(例如编织和粘合起来的金属纤维)或类似的复合物。侧面锁紧挤压件的凸缘20和22应与顶部锁紧板或“T”形挤压件的凸缘18和第二结构元件的凸缘24充分接触，以便使这些结构元件机械地互锁，并且一旦侧面锁紧挤压件16被焊到顶部锁紧板或“T”形挤压件12上，能阻止第一结构元件12和第二结构元件14分离。本实施例中，从横截面来看，当连接起来时第三和第四结构元件16适于与第一结构元件12和第二结构元件14的外轮廓相配。侧面锁紧挤压件的凸缘20与顶部锁紧板或“T”形挤压件28形成对接接头，顶部锁紧板或“T”形挤压件28可沿其长度方向被焊接。在另一个实施例中，密封剂或粘合剂26可置于结构元件12、14或16之间，以使这些结构元件相互结合和/或减少这些结构元件的磨损和腐蚀。
参照附图2A和2B，本发明另一实施例的过渡接头组件的焊缝30可由本领域公知的任何焊接方式得到，例如基于熔融方式的焊接(例如熔化极气体保护焊(GMAW)、钨极惰性气体保护焊(GTAW)、激光焊(LBW)、直缝埋弧焊(LSBW)等)或基于固态方式的焊接(例如搅拌摩擦焊(FSW)、嵌入摩擦焊(FW plunge)等)。可选择地，不是必须包括焊缝30，上述焊接工艺也可被本领域公知的能确保结构元件之间的机械互锁不分离的任何其它连接和固定工艺代替。过渡接头可包括：由第一材料制得的附加元件33，其可被焊接到第一结构元件12上；以及由第二材料制得的附加元件36，其被焊接到第二结构元件14上。附图2A和2B还示出了过渡接头的可选紧固件40的用途，它可用于防止侧面锁紧挤压件16的凸缘22从第二结构元件14分离。
本发明的另一实施例示于附图3，示出了一种过渡接头，它采用了位于顶部锁紧板或“T”形挤压件14和侧面锁紧挤压件18的凸缘20之间的局部回转接头44。在本实施例中，采用具有曲率半径的局部回转式接头44可允许把侧面锁紧挤压件18装靠在顶部锁紧板或“T”形挤压件的边缘46上，以使它们可以彼此焊在一起，同时，当使用支撑砧(正如在搅拌摩擦焊期间)时，允许第二结构元件的凸缘的锥形面和侧面锁紧挤压件的凸缘之间有可靠的接触点48。侧面锁紧挤压件18也可以选择性地包括加厚的下表面50，以改善与支撑砧的接触。
附图4A和4B示出了本发明的过渡接头组件10，它通过滑动配合双重搭角接头62焊接于梁的腹板60上。
附图5A和5B示出了本发明的第一过渡接头组件80，它将要与第二过渡接头组件相交并连接。附图5B是示于附图5A中的过渡接头组件80的侧视图。过渡接头组件80的侧面锁紧挤压件16中有凹口82。
附图5C示出了附图5A和5B的第一过渡接头组件和要与它相交并连接的第二过渡接头组件90。第二过渡接头组件90的侧面锁紧挤压件16中有凹口92。凹口92与凹口82机械地配合，以便第一过渡接头组件80的侧面锁紧挤压件16接触第二过渡接头组件92的侧面锁紧挤压件16、第二过渡接头组件92的第一结构元件12的凸缘18以及第二过渡接头组件92的第二结构元件14的凸缘24。
附图6A示出了彼此完全配合起来的分别地示于附图5C中的第一和第二过渡接头80和90。过渡接头80和90可以在它们之间的任意接触点处相互焊接起来。焊缝可以由本领域公知的任何焊接工艺形成，例如基于熔融方式的焊接(例如，熔化极气体保护焊(GMAW)、钨极惰性气体保护焊(GTAW)、激光焊(LBW)、直缝埋弧焊(LSBW)等等)或基于固态方式的焊接(例如，搅拌摩擦焊(FSW)、嵌入摩擦焊(FW plunge)等)。可选择的是，不是必须包括焊缝，上述焊接工艺也可以用能够确保相交的第一和第二过渡接头组件80和90不会分离的任何本领域公知的其它连接和固定工艺代替。
附图6B示出了彼此完全配合起来的分别地示于附图5C中的第一和第二过渡接头80和90的俯视图。应当理解的是，第一和第二过渡接头80和90不必如附图6A和6B所示那样成直角地彼此相交。
应当理解的是，这里所述的实施例仅仅是示例性的，本领域技术人员可以做出不脱离本发明精神和范围的各种变化和修正。因此，所有这样的变化和修正将包括在如所附权利要求中限定的此处所述实施例范围之内。
Claims (11)
1.一种组件，包括：
由第一材料制成的第一结构元件，所述第一结构元件具有第一凸缘和第二凸缘；
由第二材料制成的第二结构元件，所述第二结构元件具有第一凸缘和第二凸缘；
由所述第一材料制成的第三结构元件，所述第三结构元件具有第一凸缘和第二凸缘；
由所述第一材料制成的第四结构元件，所述第四结构元件具有第一凸缘和第二凸缘；
其中，第一结构元件的第一凸缘接触第三结构元件的第一凸缘，第一结构元件的第二凸缘接触第四结构元件的第一凸缘，第二结构元件的第一凸缘接触第三结构元件的第二凸缘，以及第二结构元件的第二凸缘接触第四结构元件的第二凸缘；并且
其中，第一结构元件和第三结构元件在第三结构元件的第一凸缘和第一结构元件之间的接触点处彼此直接连接，且第一结构元件和第四结构元件在第四结构元件的第一凸缘和第一结构元件之间的接触点处彼此直接连接，以便将第一结构元件和第二结构元件锁紧在一起。
2.如权利要求1所述的组件，其中，通过在第三结构元件的第一凸缘和第一结构元件之间的接触点处焊接而使第一结构元件和第三结构元件彼此直接连接，并且通过在第四结构元件的第一凸缘和第一结构元件之间的接触点处焊接而使第一结构元件和第四结构元件彼此直接连接。
3.如权利要求1所述的组件，其中，第一结构元件是顶部锁紧板或“T”形挤压件。
4.如权利要求1所述的组件，其中，从横截面来看，第二结构元件是“T”形。
5.如权利要求2所述的组件，其中，第一结构元件和第三结构元件之间的接触点包括局部回转式接头。
6.如权利要求1所述的组件，其中，第一和第二结构元件彼此接触。
7.如权利要求6所述的组件，其中，从横截面看组件时，第三和第四结构元件基本上与第一结构元件和第二结构元件的外轮廓相符。
8.如权利要求1所述的组件，还包括使至少两个结构元件互相连接的一个或多个密封剂或粘合剂。
9.如权利要求1所述的组件，还包括使至少两个结构元件互相连接的一个或多个紧固件。
10.如权利要求9所述的组件，其中，所述一个或多个紧固件包括螺栓或铆钉。
11.一种方法，包括有如下步骤：
提供由第一材料制成的第一结构元件，所述第一结构元件具有第一凸缘和第二凸缘；
提供由第二材料制成的第二结构元件，所述第二结构元件具有第一凸缘和第二凸缘；
提供由所述第一材料制成的第三结构元件，所述第三结构元件具有第一凸缘和第二凸缘；
提供由所述第一材料制成的第四结构元件，所述第四结构元件具有第一凸缘和第二凸缘；
使第一结构元件的第一凸缘与第三结构元件的第一凸缘接触，使第一结构元件的第二凸缘与第四结构元件的第一凸缘接触，使第二结构元件的第一凸缘与第三结构元件的第二凸缘接触，以及使第二结构元件的第二凸缘与第四结构元件的第二凸缘接触；并且
使第一结构元件和第三结构元件在第三结构元件的第一凸缘和第一结构元件之间的接触点处彼此直接连接，并且
使第一结构元件和第四结构元件在第四结构元件的第一凸缘和第一结构元件之间的接触点处蚀此直接连接，
从而将第一结构元件和第二结构元件锁紧在一起。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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