CN113814553A - 一种适用于窄长结构零件的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于窄长结构零件的焊接方法，步骤一：取材，选取待焊零件；步骤二，根据目标零件的轮廓面对待焊零件的待焊接面加工；步骤三，将两个待焊零件的待焊接面采用线性摩擦焊接工艺进行焊接，通过在目标零件的非加强筋区设置第一轮廓面以及目标零件的加强筋区设置第二轮廓面，且第一轮廓面包括对称设置于非加强筋区两侧的第一凸台以及第二轮廓面包括对称设置于加强筋区两侧的第二凸台，通过第一凸台以及第二凸台，利用第一凸台向非加强筋区的两侧以及第二凸台向加强筋区的两侧进行延伸而略微增加了焊接面积，从而提高待焊零件的焊接面的刚性，不仅可以降低对焊接设备的焊接能力的需求，同时还能提高焊接接头质量。

Description

一种适用于窄长结构零件的焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种适用于窄长结构零件的焊接方法。
背景技术
线性摩擦焊接(Linear Friction Welding)是近年来得到快速发展的一种焊接方法，主要应用于钛合金零件的制造，其焊接原理见图1。焊件2在垂直方向上以一定频率和振幅实现线性振动；焊件1在水平方向顶锻力的作用下和焊件2端面接触，在接触面上发生高频摩擦产生热量，随着温度升高，接触面材料发生软化并被挤出，当挤出达到一定程度时，快速停止振动，并施加顶锻力，将两个焊件连接为一体，完成焊接过程，如图2所示，在两个焊件连接为一体后，从接触面的上下左右四个方向被挤出的材料称之为飞边，消除飞边后得到焊接体。
然而，在实际工作中经常会使用一种窄长结构的钛合金零件，如图3所示，其特点为外形尺寸大，壁厚较小，还在其纵向与横向方向均设有加强筋，需要将该两个待焊接零件采用线性摩擦焊技术连接为一体，该两个待焊接零件的焊接面轮廓如图4所示，其特点为壁厚较小，厚度大约为1mm-6mm左右，有若干处加强筋，且加强筋高度较小，且该焊接面轮廓的长度约为壁厚的5倍以上，在焊接飞边挤出的部位，容易产生未焊合等焊接缺陷，按照过去线性摩擦焊的工艺设计经验，应进行焊接面轮廓余量设计，每个面留出合理的余量，焊接后再把余量加工去除，以消除飞边处产生的焊接缺陷，但是在焊接过程中，由于焊接负载力很大(包括垂直方向(振动方向)的焊接力和水平方向(顶锻方向)的顶锻力)，导致在焊接过程中，因焊接面壁厚较小而使得焊接面刚性较弱而造成待焊接零件失稳(即发生弯曲或弯折)，上述待焊接零件在摩擦过程中摩擦热还没有使金属产生塑性流动时，待焊接零件在摩擦压力作用下就被挤压变形，导致焊接面倾斜，不能形成良好的焊接接头，在焊接界面处会产生焊接缺陷。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例提供一种适用于窄长结构零件的焊接方法，通过对待焊零件的待焊接面的面积进行略微扩张，可以在略微增大焊接面积的情况下提高待焊零件的焊接面的刚性，从而增加两个待焊零件的接触面积，不仅可以降低对焊接设备的焊接能力的需求，同时还能提高焊接接头质量。
(2)技术方案
第一方面，本发明的实施例提出了一种适用于窄长结构零件的焊接方法，包括步骤如下：步骤一：取材，选取待焊零件；步骤二，根据目标零件的轮廓面对所述待焊零件的待焊接面加工；步骤三，将两个所述待焊零件的所述待焊接面采用线性摩擦焊接工艺进行焊接。
进一步地，所述待焊接面包括第一轮廓面和第二轮廓面，所述目标零件的所述轮廓面上设有加强筋区和非加强筋区，所述第一轮廓面设置在所述非加强筋区，所述第二轮廓面设置在所述加强筋区。
进一步地，所述步骤二中对所述待焊零件的待焊接面的加工过程包括在所述待焊零件的顶部和底部分别加工出所述第一轮廓面，以及在所述待焊零件的中部区域加工出多个所述第二轮廓面。
进一步地，所述第一轮廓面包括设置于所述非加强筋区的第一凸台，所述第一凸台包括垂直于所述目标零件的壁厚方向的第一水平部、平行于所述目标零件的长度方向的第一竖直部和第二竖直部以及连接所述第一竖直部和所述第二竖直部的第一弧形部和第二弧形部，所述第一弧形部的两端分别连接所述第一竖直部与所述第二弧形部，还包括连接所述第一竖直部与所述第一水平部的第五弧形部。
进一步地，第一轮廓面呈T形状，所述第一水平部的两端均通过所述第五弧形部与所述第一竖直部连接，两个所述第一竖直部的间距L为所述待焊零件的厚度的5-10倍，所述第一水平部与第二弧形部的远离所述第一竖直部的一端的垂直距离H为所述待焊零件的厚度的3-6倍，所述第一弧形部的半径R1为2mm-5mm，所述第二弧形部的半径R2为4mm-8mm。
进一步地，第二轮廓面包括对称设置于所述加强筋区两侧的第二凸台，所述第二凸台包括平行于所述目标零件的长度方向的第三竖直部和第四竖直部以及连接所述第三竖直部和所述第四竖直部的第三弧形部和第四弧形部，所述第三弧形部的两端分别连接所述第四弧形部与所述第三竖直部。
进一步地，目标零件上相邻两个所述加强筋区的间距S至少为两个所述第一竖直部的间距L的15倍，且所述待焊接面还包括在所述目标零件上位于相邻两个所述加强筋区之间的所述非加强筋区的中部位置设有的第三轮廓面。
进一步地，所述第三轮廓面与所述第二轮廓面呈相同结构。
进一步地，所述第三竖直部的长度为所述待焊零件的厚度的3-6倍，所述第三竖直部与所述第四竖直部的垂直距离为所述待焊零件的厚度的5-10倍，所述第三弧形部的半径为2mm-5mm，所述第四弧形部的半径为4mm-8mm。
进一步地，所述第一弧形部的半径与所述第三弧形部的半径相同，所述第二弧形部的半径与所述第四弧形部的半径相同。
(3)有益效果
综上，本发明通过在目标零件的非加强筋区设置第一轮廓面以及目标零件的加强筋区设置第二轮廓面，且第一轮廓面包括对称设置于非加强筋区两侧的第一凸台以及第二轮廓面包括对称设置于加强筋区两侧的第二凸台，通过第一凸台以及第二凸台，利用第一凸台向非加强筋区的两侧以及第二凸台向加强筋区的两侧进行延伸而略微增加了焊接面积，从而提高待焊零件的焊接面的刚性，不仅可以降低对焊接设备的焊接能力的需求，同时还能提高焊接接头质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术的线性摩擦焊接工艺的原理图。
图2是现有技术在待焊零件的焊接面上形成飞边的结构示意图。
图3是现有技术的待焊零件的结构示意图。
图4是现有技术待焊零件的焊接面轮廓的结构示意图。
图5是本发明待焊零件的焊接面轮廓的结构示意图。
图6是图5中A处的放大图。
图7是图5中B处的放大图。
图中：
5-待焊零件；51-焊接面；52-第一轮廓面；53-第二轮廓面；54-第三轮廓面；531-第一凸台；5311-第一水平部；5312-第一竖直部；5313-第二竖直部；5314-第一弧形部；5315-第二弧形部；5316-第五弧形部；532-第二凸台；5321-第三竖直部；5322-第四竖直部；5323-第三弧形部；5324-第四弧形部；
6-目标零件；61-轮廓面；62-加强筋区；63-非加强筋区。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
图5是本发明实施例的一种待焊零件的焊接面轮廓的结构示意图，如图5所示，该适用于窄长结构零件的焊接方法包括以下步骤：步骤一，取材，选取待焊零件5(即薄板零件)，该待焊零件5的厚度为1mm-6mm；步骤二，根据目标零件6(即具有窄长结构)的轮廓面61对该待焊零件5进行加工形成待焊接面51；步骤三，将两个待焊零件5的待焊接面51采用线性摩擦焊接工艺进行焊接。该待焊接面51包括第一轮廓面52和第二轮廓面53，该目标零件6的轮廓面61上设有加强筋区62和非加强筋区63，该第一轮廓面52设置在非加强筋区63，该第二轮廓面53设置在加强筋区62。
如图5所示，该步骤二中的加工方法包括在待焊零件5的顶部和底部(图中未示出)分别形成有该第一轮廓面52，以及在待焊零件5的中部区域形成有多个第二轮廓面53；
本发明通过在目标零件的非加强筋区设置第一轮廓面以及目标零件的加强筋区设置第二轮廓面，且第一轮廓面包括对称设置于非加强筋区两侧的第一凸台以及第二轮廓面包括对称设置于加强筋区两侧的第二凸台，通过第一凸台以及第二凸台，利用第一凸台向非加强筋区的两侧以及第二凸台向加强筋区的两侧进行延伸而略微增加了焊接面积，从而提高待焊零件的焊接面的刚性，不仅可以降低对焊接设备的焊接能力的需求，同时还能提高焊接接头质量。
作为一种优选实施方式，如图6所示，该第一轮廓面52包括设置于非加强筋区63的第一凸台531，该第一凸台531包括垂直于目标零件6的壁厚方向(如图5所示的水平方向为壁厚方向)的第一水平部5311和平行于目标零件6的长度方向(如图5所示的竖直方向为长度方向)的第一竖直部5312和第二竖直部5313，该第一竖直部5312对称设置于该第一水平部5311的两侧，该第二竖直部5313对称设置于该第一水平部5311的两侧且相比第一竖直部5312靠近该目标零件6的轮廓面61，以及连接该第一竖直部5312和第二竖直部6313的第一弧形部6314和第二弧形部6315，该第一弧形部5314的两端分别与该第一竖直部5312以及第二弧形部5315连接，还包括连接第一竖直部5312与第一水平部5311的第五弧形部5316，该第一弧形部531、第五弧形部5316采用半圆弧形的圆角设计，该第一轮廓面52呈T形状，该第一水平部5311的两端均通过第五弧形部5316与第一竖直部5312连接，两个第一竖直部5312的间距L为待焊零件5厚度的5-10倍，即5mm-60mm，该第一水平部5311与第二弧形部5314的远离第一竖直部5312的一端的垂直距离H为待焊零件5厚度的3-6倍，即3mm-36mm，该一弧形部5314的半径R1为2mm-5mm，该第二弧形部5315的半径R2为4mm-8mm。
作为另一种优选实施方式，如图7所示，该第二轮廓面53包括对称设置于加强筋区62两侧的第二凸台532，该第二凸台532包括平行于该目标零件6的长度方向(如图5所示的竖直方向为长度方向)的第三竖直部5321和第四竖直部5322以及连接该第三竖直部5321和该第四竖直部5322的第三弧形部5323和第四弧形部5324，该第四竖直部5322相比第三竖直部5321靠近该目标零件6的轮廓面61，且该第三弧形部5323和第四弧形部5324均采用半圆弧形的圆角设计，该第三弧形部5323的两端分别连接该第四弧形部5324与该第三竖直部5321，该第三竖直部5321的长度为待焊零件5厚度的3-6倍，即3mm-36mm，该第三竖直部5321与该第四竖直部5322的垂直距离为待焊零件5厚度的5-10倍，即5mm-60mm，所述第三弧形部5323的半径为2mm-5mm，该第四弧形部5324的半径为4mm-8mm，且该第一弧形部5314的半径与第三弧形部5323的半径相同，该第二弧形部5315的半径与该第四弧形部5324的半径相同。
作为其他可选实施方式。
优选地，如图5所示，该目标零件6上相邻两个加强筋区62的间距S至少为两个第一竖直部5312的间距L的15倍，且待焊接面61还包括在目标零件6上位于相邻两个加强筋区62之间的非加强筋区63的中部位置设有的第三轮廓面54，通过设置第三轮廓面可以加强待焊接面61的刚度，避免焊接过程中由于待焊接面61的两侧焊接飞边挤出不均匀时产生侧向力导致待焊接面61的两侧轮廓边缘发生侧弯变形，该第三轮廓面54的结构与形状与第二轮廓面53相同，这里就不在赘述。按照以上优化结构重新设计了焊接面，在焊接时，采用相同的线性摩擦焊接工艺，能够形成良好的焊接接头，同时焊缝位置可以保证在设计要求的位置。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种适用于窄长结构零件的焊接方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一：取材，选取待焊零件(5)；
步骤二，根据目标零件(6)的轮廓面(61)对所述待焊零件(5)的待焊接面(51)加工；
步骤三，将两个所述待焊零件(5)的所述待焊接面(51)采用线性摩擦焊接工艺进行焊接。
2.根据权利要求1所述的适用于窄长结构零件的焊接方法，其特征在于，所述待焊接面(51)包括第一轮廓面(52)和第二轮廓面(53)，所述目标零件(6)的所述轮廓面(61)上设有加强筋区(62)和非加强筋区(63)，所述第一轮廓面(52)设置在所述非加强筋区(63)，所述第二轮廓面(53)设置在所述加强筋区(62)。
3.根据权利要求2所述的适用于窄长结构零件的焊接方法，其特征在于，所述步骤二中对所述待焊零件(5)的待焊接面(51)的加工过程包括在所述待焊零件(5)的顶部和底部分别加工出所述第一轮廓面(52)，以及在所述待焊零件(5)的中部区域加工出多个所述第二轮廓面(53)。
4.根据权利要求3所述的适用于窄长结构零件的焊接方法，其特征在于，所述第一轮廓面(52)包括设置于所述非加强筋区(63)的第一凸台(531)，所述第一凸台(531)包括垂直于所述目标零件(6)的壁厚方向的第一水平部(5311)、平行于所述目标零件(6)的长度方向的第一竖直部(5312)和第二竖直部(5313)以及连接所述第一竖直部(5312)和所述第二竖直部(5313)的第一弧形部(5314)和第二弧形部(5315)，所述第一弧形部(5314)的两端分别连接所述第一竖直部(5312)与所述第二弧形部(5315)，还包括连接所述第一竖直部(5312)与所述第一水平部(5311)的第五弧形部(5316)。
5.根据权利要求4所述的适用于窄长结构零件的焊接方法，其特征在于，所述第一轮廓面(52)呈T形状，所述第一水平部(5311)的两端均通过所述第五弧形部(5316)与所述第一竖直部(5312)连接，两个所述第一竖直部(5312)的间距L为所述待焊零件(5)的厚度的5-10倍，所述第一水平部(5311)与第二弧形部(5314)的远离所述第一竖直部(5312)的一端的垂直距离H为所述待焊零件(5)的厚度的3-6倍，所述第一弧形部(5314)的半径R1为2mm-5mm，所述第二弧形部(5315)的半径R2为4mm-8mm。
6.根据权利要求4所述的适用于窄长结构零件的焊接方法，其特征在于，所述第二轮廓面(53)包括对称设置于所述加强筋区(62)两侧的第二凸台(532)，所述第二凸台(532)包括平行于所述目标零件(6)的长度方向的第三竖直部(5321)和第四竖直部(5322)以及连接所述第三竖直部(5321)和所述第四竖直部(5322)的第三弧形部(5323)和第四弧形部(5324)，所述第三弧形部(5323)的两端分别连接所述第四弧形部(5324)与所述第三竖直部(5321)。
7.根据权利要求6所述的适用于窄长结构零件的焊接方法，其特征在于，所述目标零件(6)上相邻两个所述加强筋区(62)的间距S至少为两个所述第一竖直部(5312)的间距L的15倍，且所述待焊接面(61)还包括在所述目标零件(6)上位于相邻两个所述加强筋区(62)之间的所述非加强筋区(63)的中部位置设有的第三轮廓面(54)。
8.根据权利要求7所述的适用于窄长结构零件的焊接方法，其特征在于，所述第三轮廓面(54)与所述第二轮廓面(53)呈相同结构。
9.根据权利要求8所述的适用于窄长结构零件的焊接方法，其特征在于，所述第三竖直部(5321)的长度为所述待焊零件(5)的厚度的3-6倍，所述第三竖直部(5321)与所述第四竖直部(5322)的垂直距离为所述待焊零件(5)的厚度的5-10倍，所述第三弧形部(5323)的半径为2mm-5mm，所述第四弧形部(5324)的半径为4mm-8mm。
10.根据权利要求9所述的适用于窄长结构零件的焊接方法，其特征在于，所述第一弧形部(5314)的半径与所述第三弧形部(5323)的半径相同，所述第二弧形部(5315)的半径与所述第四弧形部(5324)的半径相同。
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