CN110666338A - 一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法，该方法包括以下四个步骤：一：对箱体结构进行连接界面划分，将焊缝设置在易于实施搅拌摩擦焊接的部位；箱体结构中各部分之间的连接界面采用对接和/或搭对接的接头形式。二：利用机加工方法对箱体结构的各部分进行预加工，并留有所需焊接余量。三：利用搅拌摩擦焊接技术将箱体结构各部分焊接在一起。四：对焊接后的箱体进行机加工和去应力处理，从而实现箱体结构的精密制造。本发明主要用于电子、航空、航天、轨道列车、船舶等工业中箱体结构的精密制造。

Description

一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法。
背景技术
VPX机箱作为电子元件的承载主体，已被广泛应用于电子、航空、航天、轨道列车、船舶等工业领域中。然而不同领域对VPX机箱的性能要求不同，如航天领域中，对VPX箱体结构的电学性能、导热性能、重量及尺寸精度都有着极为严格的要求，只要有一方面不满足要求，就会严重影响箱体的正常使用，因此，VPX机箱的制造难度极大。
航天VPX机箱的主体结构一般是由上盖板、下盖板、左侧板、右侧板和中心结构几部分组成，传统的连接方法主要有机械连接、熔化焊接、钎焊+机械连接等方式。其中，机械连接方法相对比较简单，然而机械连接的连接点不连续，可靠性较差，而且由于接触热阻和接触电阻的存在，使得箱体结构的导热性和导电性较差，严重影响箱体结构的正常服役，因此几乎不采用；对于熔化焊接方法，其接头的导热性和导电性相对较好，但对铝合金、镁合金等低熔点轻合金来说，熔化焊极易形成粗大晶粒、热裂纹和气孔等焊接缺陷，使得接头强度降低。此外，熔化焊的焊接变形和残余应力较大，直接影响焊后箱体结构的尺寸稳定性，进而严重影响箱体服役的可靠性；对钎焊而言，其接头的导热性和导电性相对机械连接较好，钎焊机箱的尺寸精度与熔化焊相比要高得多，降低了焊后机加工的难度，但钎焊接头的连接强度较低，因此并不单独使用，而是通常与机械连接相结合。虽然钎焊与机械连接相结合的连接方式同时具有两者的优点，但是钎焊中钎料和机械连接中连接件的使用会显著增加VPX机箱的重量，难以满足航空、航天领域的减重要求。此外，铝合金和镁合金具有密度小、导热性能优良等优点，是目前航空、航天VPX机箱的首选材料，然而铝合金、镁合金的熔化焊和钎焊工艺仍存在诸多难点，大大限制了焊接技术在这类箱体结构制造中的应用。
搅拌摩擦焊接是一种先进的固态连接技术，它利用高速旋转的搅拌工具与工件摩擦产生摩擦热，使待焊区材料达到热塑性状态，并在搅拌工具的机械搅拌和顶锻作用下，实现材料间的连接。作为一种固态焊接技术，搅拌摩擦焊接无需添加任何辅助材料，具有高质量、低变形、对连接结构不增重、对环境无污染等一系列优点，因此能够有效解决低熔点轻金属材料采用熔化焊易出现气孔、裂纹等缺陷及焊接变形较大的问题，非常适合铝合金、镁合金箱体结构的制造。
发明内容
针对现有VPX机箱制造方法中存在的不足，本发明提出一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法，该方法不仅提高了箱体结构的连接强度，还有效解决了传统焊接方法易出现气孔、裂纹、变形大、残余应力高等问题，在提高连接接头综合性能的同时，保证了箱体结构的制造精度，从而保障了箱体结构服役的安全可靠性。本发明所采用的技术方案如下：
一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：对箱体结构进行连接界面划分，将焊缝设置在易于可靠实施搅拌摩擦焊接的部位；所述箱体结构中各部分之间的连接界面采用对接和/或搭对接的接头形式；
步骤二：根据箱体具体结构选择机加工方法对箱体结构的各部分进行预加工，预加工后各部分留有所需焊接余量；
步骤三：利用搅拌摩擦焊接技术将箱体结构各部分焊接在一起；
步骤四：对焊接后的箱体进行机加工和去应力处理，从而实现箱体结构的精密制造。
所述箱体结构包括上盖板、下盖板、左侧板、右侧板和中心结构五部分，所述中心结构的两端分别连接左侧板和右侧板；该箱体结构中各部分的板厚为1mm～50mm。
所述箱体结构的材料为铝、铝合金、镁和镁合金中的一种或几种。
所述搅拌摩擦焊接技术的工艺参数为：焊具转速400rpm～3000rpm，焊接速度10mm/min～300mm/min，焊具轴肩压深0mm～1mm，焊具倾角0°～3°。
所述搅拌摩擦焊接不仅适用于同种材料的焊接，而且适用于异种材料的焊接。
所述去应力处理采用稳定化热处理。
对箱体结构进行合理的连接界面划分，将焊缝设置在易于可靠实施搅拌摩擦焊接的部位，这是由于箱体结构中存在大量的T型接头，且焊缝相对较宽，采用常规搅拌摩擦焊接技术难以实现整个界面的有效连接，因此，本发明对箱体结构进行合理的连接界面划分，使得箱体结构中存在的T型接头转化为对接和/或搭对接的接头形式。
本发明的有益效果是：通过本发明提供一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法，通过合理的连接界面划分将T型接头转化为对接和/或搭对接的接头形式，具有以下优势：
(1)本发明为基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法，该方法将箱体结构进行合理的连接界面划分，将焊缝设置在易于可靠实施搅拌摩擦焊接的部位，降低了焊接难度，提高了焊接工艺的可靠性。
(2)现有技术对箱体结构各部分之间的连接多采用T型接头，由于箱体结构存在大量的T型接头，且焊缝相对较宽，采用常规搅拌摩擦焊接技术难以实现整个界面的有效连接，且易产生焊接缺陷。本发明则对箱体结构各部分之间采用对接和/或搭对接接头，根据该种接头形式，同时考虑易于施焊的部位，对箱体结构各部分之间的连接界面进行合理划分，使得焊接易于操作，焊缝无缺陷。
(3)本发明采用搅拌摩擦焊接技术完成箱体结构各部分间的连接，不仅提高了箱体结构连接界面的结合强度，还有效解决了传统焊接方法易出现气孔、裂纹、变形大、残余应力高等问题，结构的稳定性更好，降低了后续机加工的难度。
(4)本发明采用搅拌摩擦焊接技术完成箱体结构各部分间的连接，由于搅拌摩擦焊接不仅能够用于同种材料的连接，而且能够用于异种材料的连接，因此，本发明的适用范围更广。
(5)本发明在焊接后，采用机加工和热处理去应力相结合，消除了箱体内部的焊接残余应力，稳定了箱体的尺寸精度，从而保障了箱体结构服役的安全可靠性。
附图说明
图1为本发明的箱体结构及T形接头位置示意图(椭圆表示T型接头位置)；
图2为本发明基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法的流程图；
图3为本发明的箱体结构中各接头结构示意图；图中：(a)T型接头；(b)第一种对接接头形式；(c)第二种对接接头形式；(d)搭对接接头；
图4为搅拌摩擦焊对接焊缝截面金相图；
图5为搅拌摩擦焊搭接焊缝截面金相图；
符号说明：1-上盖板；2-左侧板；3-下盖板；4-右侧板；5-中心结构；6-T型接头。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明，结合附图对本发明进行进一步详细描述。
下面参照图1-5来描述根据本发明的实施例提供的一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法。
本发明是针对航天VPX机箱结构进行制造，机箱材料可以是铝、铝合金、镁和镁合金中的一种或几种。如图1所示，该箱体结构包括上盖板1、下盖板3、左侧板2、右侧板4和中心结构5五部分，中心结构的两端分别连接左侧板2和右侧板4；该箱体结构中各部分的板厚为1mm～50mm。图1中椭圆处表示现有技术中常采用的T型接头6位置。
如图2所示，该方法主要包括以下四个步骤：
步骤一：对箱体结构进行合理的连接界面划分，将焊缝设置在易于可靠实施搅拌摩擦焊接的部位；箱体结构中各部分之间的连接界面采用对接和/或搭对接的接头形式；
步骤二：根据箱体具体结构选择机加工方法对箱体结构的各部分进行预加工，预加工后各部分留有所需焊接余量；
步骤三：利用搅拌摩擦焊接技术将箱体结构各部分焊接在一起；
步骤四：对焊接后的箱体进行机加工和去应力处理，从而实现箱体结构的精密制造。
如图3所示，本发明在对箱体各部分连接界面采用搅拌摩擦焊接的同时，将箱体的连接界面进行划分，重新划分后的连接界面由现有箱体结构中常采用的T形接头转化为对接和搭对接的接头形式，焊接过程易于操作。焊接工艺参数的范围是：焊具转速400rpm～3000rpm；焊接速度10mm/min～300mm/min；焊具轴肩压深0mm～1mm；焊具倾角0°～3°。
如图4所示，采用本实施例方法制造得到的箱体结构中，焊缝处无孔洞、裂纹等焊接缺陷。
如图5所示，为对比例，箱体结构各部分之间采用T形接头(搭接)，仍然采用搅拌摩擦焊接方式，施焊过程极难操作，而且焊缝中存在钩状缺陷。

Claims (6)

1.一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤一：对箱体结构进行连接界面划分，将焊缝设置在易于实施搅拌摩擦焊接的部位；所述箱体结构中各部分之间的连接界面采用对接和/或搭对接的接头形式；
步骤二：根据箱体具体结构采用机加工方法对箱体结构的各部分进行预加工，预加工后各部分留有所需焊接余量；
步骤三：利用搅拌摩擦焊接技术将箱体结构各部分焊接在一起；
步骤四：对焊接后的箱体进行机加工和去应力处理，从而实现箱体结构的精密制造。
2.根据权利要求1所述一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法，其特征在于，所述箱体结构包括上盖板(1)、下盖板(3)、左侧板(2)、右侧板(4)和中心结构(5)五部分，所述中心结构(5)的两端分别连接左侧板(2)和右侧板(4)，该箱体结构中各部分的板厚为1mm～50mm。
3.根据权利要求1所述一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法，其特征在于，所述箱体结构的材料为铝、铝合金、镁和镁合金中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法，其特征在于，所述搅拌摩擦焊接技术的工艺参数为：焊具转速400rpm～3000rpm，焊接速度10mm/min～300mm/min，焊具轴肩压深0mm～1mm，焊具倾角0°～3°。
5.根据权利要求1所述一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法，其特征在于，所述搅拌摩擦焊接技术不仅适用于同种材料的焊接，而且适用于异种材料的焊接。
6.根据权利要求1所述一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法，其特征在于，所述去应力处理采用稳定化热处理。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1311074A (zh) * 2000-02-25 2001-09-05 株式会社日立制作所 摩擦搅拌焊接方法
JP2009028795A (ja) * 2008-10-30 2009-02-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 構造物製造方法
CN103785943A (zh) * 2014-02-10 2014-05-14 长春轨道客车股份有限公司 一种厚壁铝合金中空型材搅拌摩擦焊接结构体
CN106001903A (zh) * 2016-06-23 2016-10-12 中车长春轨道客车股份有限公司 对-搭复合接头铝合金中空挤压型材搅拌摩擦焊焊接方法
CN108145365A (zh) * 2018-02-12 2018-06-12 湖南九方焊接技术有限公司 一种密闭型腔体焊接接头结构及其焊接夹具和焊接方法
CN108349041A (zh) * 2015-11-09 2018-07-31 日本轻金属株式会社 中空结构物的制造方法和接合方法
WO2018150509A1 (ja) * 2017-02-16 2018-08-23 株式会社ブイテックス 摩擦撹拌接合を用いたワーク品製品製造方法及び複数のワーク品とワークから複数のワーク品が切り出された後の残留ワーク

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1311074A (zh) * 2000-02-25 2001-09-05 株式会社日立制作所 摩擦搅拌焊接方法
JP2009028795A (ja) * 2008-10-30 2009-02-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 構造物製造方法
CN103785943A (zh) * 2014-02-10 2014-05-14 长春轨道客车股份有限公司 一种厚壁铝合金中空型材搅拌摩擦焊接结构体
CN108349041A (zh) * 2015-11-09 2018-07-31 日本轻金属株式会社 中空结构物的制造方法和接合方法
CN106001903A (zh) * 2016-06-23 2016-10-12 中车长春轨道客车股份有限公司 对-搭复合接头铝合金中空挤压型材搅拌摩擦焊焊接方法
WO2018150509A1 (ja) * 2017-02-16 2018-08-23 株式会社ブイテックス 摩擦撹拌接合を用いたワーク品製品製造方法及び複数のワーク品とワークから複数のワーク品が切り出された後の残留ワーク
CN108145365A (zh) * 2018-02-12 2018-06-12 湖南九方焊接技术有限公司 一种密闭型腔体焊接接头结构及其焊接夹具和焊接方法

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