CN113967785A - 一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法，依次包括以下步骤：S001、焊接接头的结构设计；S002、焊接夹持工装加工；S003、焊前处理；S004、摩擦焊接；S005、焊后处理。该方法通过将强度大、硬度大的硬材料的待焊接端面由中心轴向外依次加工内凹槽（11）、凸台（12）及外凹槽（13）的焊接接头结构，及将强度小、硬度小的软材料的待焊接面加工焊接凹槽（21）的焊接接头结构；实现异质材料间的“W”型的双向嵌合机械补强，焊接面积逐渐增加以改善焊接成型，促进焊接能力的提高，有效解决异质材料之间焊后接头轴向及径向强度低、韧性差、应力大等问题，其焊接效率高、焊接质量好。

Description

一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法

技术领域

本发明涉及固相焊技术领域，具体涉及一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法。

背景技术

异质材料焊接结构，不仅能满足不同工况对材料提出的不同要求，还能节约贵重材料、降低成本，充分发挥不同材料的性能优势。异质材料焊接结构在航空航天、电力、机械等行业广泛应用。

相较于同种材料，异质材料因物理、化学性能及化学成分等的显著差异，其焊接性往往较差，普遍存在着焊接接头强度低、应力大、韧性差等问题，突出表现为接头轴向的抗拉强度、断后伸长率等指标、径向的剪切强度等指标低等。为此，发明一种适用于异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法就显示出了重要意义。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法，该方法可实现异质材料间的“W”型的双向嵌合机械补强，可改善焊接成型，促进焊接能力的提高，有效解决异质材料之间焊后接头轴向及径向强度低、韧性差、应力大等问题，焊接效率高、焊接质量好。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法，其特征在于：

S001、焊接接头的结构设计：针对强度大、硬度大的材料（下文简称“硬材料”），在其待焊接端面由中心轴向外依次加工出环形的内凹槽、环形的凸台以及环形的外凹槽，且所述内凹槽与外凹槽紧贴凸台，所述内凹槽、凸台、外凹槽与所述硬材料同轴心；针对强度小、硬度小的材料（相对于上述硬材料而言，下文简称“软材料”），在其待焊接面加工出环形的焊接凹槽且所述焊接凹槽与所述凸台对应，所述焊接凹槽与所述软材料同轴心；

所述外凹槽槽宽大于所述内凹槽槽宽，且所述凸台端面开设第一倒角、所述焊接凹槽槽口开设第二倒角，所述内凹槽与外凹槽槽口分别开设第三倒角与第四倒角；

S002、焊接夹持工装加工：根据硬材料与软材料待焊接件的结构尺寸，分别设计并加工出用于固定装夹其的第一夹持工装与第二夹持工装；

S003、焊前处理：根据步骤S001的焊接接头结构设计，对硬材料与软材料待焊接端面进行机械加工，加工成所需的焊接接头形状；然后对机械加工后的待焊接端面进行去铁锈、去毛刺、去油污处理；

S004、摩擦焊接：采用第一夹持工装固定夹持硬材料待焊件、采用第二夹持工装固定夹持软材料待焊件；将第一夹持工装与第二夹持工装分别固定安装在惯性摩擦焊机的旋转端与移动端上；最后在惯性摩擦焊机的控制界面进行参数设置，开启惯性摩擦焊机，完成异质材料焊件之间的摩擦焊接、顶锻保压；

S005、焊后处理：同时松开第一夹持工装与第二夹持工装，取下焊接完成的异质材料焊接件，然后通过机械加工的方式去除多余的焊接飞边，得到焊接件。

本申请通过在硬材料待焊接面设置凸台、内凹槽与外凹槽，在软材料待焊接面设置焊接凹槽，保证焊接后硬材料与软材料之间均存在部分相互嵌入（即硬材料部分嵌入软材料、软材料部分嵌入硬材料），确保焊接界面（即焊缝处）存在足够的弯曲程度、形成明显的“W”形焊接界面（即焊缝），增加焊后双向嵌合机械补强的效果，保证焊接接头的强度以及焊接质量。

作进一步优化，所述硬材料与软材料均采用管状或棒状结构。

作进一步优化，所述凸台的高度为20～24mm，厚度（平直部分）为28～32mm；所述焊接凹槽的深度为18～22mm，槽宽为28～32mm；且所述凸台的高度大于焊接凹槽的深度、凸台的厚度与焊接凹槽的槽宽一致。

作进一步优化，所述外凹槽槽宽比所述内凹槽槽宽大10%～20%，且所述外凹槽槽宽为13～17mm；所述外凹槽槽深、内凹槽槽深与所述焊接凹槽槽深一致。

作进一步优化，所述第一倒角角度为40～50°；所述第二倒角角度比所述第一倒角角度小10～15°；且所述第一倒角的高度为焊接凹槽深度的1/2，第二倒角的高度为焊接凹槽深度的1/2。

作进一步优化，所述第三倒角与第四倒角的角度均为45°且所述第三倒角高度为内凹槽深度的1/2、第四倒角高度为外凹槽深度的1/2。

本申请通过对内凹槽与外凹槽槽宽的限定，避免惯性摩擦焊接过程中由于管件外侧线速度大于内侧而导致摩擦产热不均匀、造成焊接接头质量不均匀的问题；同时，通过设置倒角（即第一倒角、第二倒角、第三倒角与第四倒角），一是为了保证凸台与焊接凹槽，软材料焊接面与内凹槽、外凹槽之间顺利的嵌入；二是为了实现焊接开始时焊接面积的逐渐增加，确保焊接接头成型、保证焊接质量，避免焊接过程中工件边缘或凸台形成尖角、焊接时出现错接或崩落的现象。

作进一步优化，所述内凹槽倒角边缘距硬材料待焊接件内表面（若为棒材的，则为轴心）的距离、外凹槽倒角边缘距硬材料待焊接件外表面的距离相等，且内凹槽倒角边缘距硬材料待焊接件内表面（若为棒材的，则为轴心）的距离不小于10mm。

优选的，所述内凹槽（含第三倒角投影面积）、外凹槽（含第四倒角投影面积）以及凸台（含第一倒角投影面积）的截面面积不超过硬材料待焊接件焊接截面面积的70%。

作进一步优化，所述第一夹持工装与第二夹持工装均采用弹性夹持工装。

作进一步优化，所述焊接参数具体为：摩擦转速1200r/min～3000r/min，摩擦压力3MPa～14MPa，顶锻转速450r/min～1400r/min，顶锻压力4MPa～16MPa。

本发明具有如下技术效果：

本申请通过在硬材料待焊接面设计内凹槽、凸台、外凹槽，在软材料待焊接面设计焊接凹槽的焊接接头，并对焊接接头的多个关键结构尺寸进行控制，实现“W”型的双向嵌合机械补强；通过焊接接头的结构设计，使得焊接面积逐渐增加，从而改善焊接成型、提高焊接质量以及焊接强度。采用本申请的焊接接头进行惯性摩擦焊接，焊接能力提高25%以上，焊接接头应力降低50%以上。对焊后接头进行轴向拉伸，轴向抗拉强度较常规惯性摩擦焊接接头提高20%以上；轴向断后伸长率较常规惯性摩擦焊接接头提高17%以上；对焊后接头进行径向剪切，剪切强度较常规惯性摩擦焊接接头提高30%以上。

本申请能够进行异质管类、棒类材料的惯性摩擦焊接，焊接接头强度高，韧性好，能够避免不合格品的产生，可提高焊接效率、减少焊接材料的浪费，有效节省焊接成本。

附图说明

图1为本发明实施例中双向嵌合的摩擦焊接头立体结构示意图

图2为本发明实施例中双向嵌合的摩擦焊接头剖视图。

图3为图2的A向局部放大图。

图4为本发明实施例中焊后接头的结构示意图。

图5为本发明实施例中增加焊接辅助层的结构示意图。

其中，10、高强钢管件；11、内凹槽；110、第三倒角；12、凸台；120、第一倒角；13、外凹槽；130、第四倒角；20、铝合金管件；21、焊接凹槽；210、第二倒角；101、高强钢嵌入铝合金部；102、铝合金嵌入高强钢部；30、焊缝；40、焊接飞边；51、反应过渡层；52、增强增韧层；53、反应辅热层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例以高强钢与铝合金的管件为例，如图1～3所示，一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法，其特征在于：

S001、焊接接头的结构设计：针对强度大、硬度大的高强钢管件10，在待焊接端面由中心轴向外依次加工出环形的内凹槽11、环形的凸台12以及环形的外凹槽13，且内凹槽11与外凹槽13紧贴凸台12，内凹槽11、凸台12、外凹槽13、高强钢管件10同轴心；针对强度小、硬度小的铝合金管件20，在其待焊接面加工出环形的焊接凹槽21且焊接凹槽21与凸台12对应，焊接凹槽21与铝合金管件20同轴心；高强钢管件10与铝合金管件20的直径与厚度一致，直径M为450mm，壁厚N为120mm；凸台12的高度f为20mm，厚度a（平直部分，如图2所示）为28mm；焊接凹槽21的深度g为18mm，槽宽d为28mm。

外凹槽13槽宽c比内凹槽11槽宽b大10%～20%（即

10%～20%），且外凹槽13槽宽c为13mm、则b为11mm；外凹槽13槽深e、内凹槽11槽深e与焊接凹槽21深度g一致（即e=g=18mm）。

凸台12端面开设第一倒角120、焊接凹槽21槽口开设第二倒角210，内凹槽11与外凹槽13槽口分别开设第三倒角110与第四倒角130；第一倒角120角度h为40°；第二倒角210角度k比第一倒角120角度h小10°（即k=h-10°、即k=30°）；且第一倒角120的高度p为焊接凹槽21深度g的1/2，第二倒角210的高度q为焊接凹槽21深度g的1/2（即p=q=

=9mm）；第三倒角110与第四倒角130的角度均为45°且第三倒角110高度o为内凹槽11深度e的1/2、为9mm，第四倒角130高度o为外凹槽13深度e的1/2、为9mm。

内凹槽11倒角边缘距高强钢管件10内表面（若为棒材的，则为轴心）的距离、外凹槽13倒角边缘距高强钢管件10外表面的距离相等，且内凹槽11倒角边缘距高强钢管件10内表面（若为棒材的，则为轴心）的距离不小于10mm。内凹槽11（含第三倒角110投影面积）、外凹槽13（含第四倒角130投影面积）以及凸台12（含第一倒角120投影面积）的截面面积不超过高强钢管件10焊接截面面积的70%。

S002、焊接夹持工装加工：根据高强钢管件10与铝合金管件20待焊接件的结构尺寸，分别设计并加工出用于固定装夹其的第一夹持工装与第二夹持工装，第一夹持工装与第二夹持工装均采用弹性夹持工装；

S003、焊前处理：根据步骤S001的焊接接头结构设计，对高强钢管件10与铝合金管件20待焊接端面进行机械加工，加工成所需的焊接接头形状；然后对机械加工后的待焊接端面进行去铁锈、去毛刺、去油污处理；

S004、摩擦焊接：采用第一夹持工装固定夹持高强钢管件10待焊件、采用第二夹持工装固定夹持铝合金管件20待焊件；将第一夹持工装与第二夹持工装分别固定安装在惯性摩擦焊机的旋转端与移动端上；在惯性摩擦焊机的控制界面进行参数设置、具体为：摩擦转速2000r/min，摩擦压力3MPa，顶锻转速1400r/min，顶锻压力5MPa；开启惯性摩擦焊机，完成异质材料焊件之间的摩擦焊接、顶锻保压；

S005、焊后处理：同时松开第一夹持工装与第二夹持工装，取下焊接完成的焊接件，然后通过机械加工的方式去除多余的焊接飞边，得到焊接件。

实施例2：

本实施例以高强钢与铝合金的管件为例，如图1～3所示，一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法，其特征在于：

S001、焊接接头的结构设计：针对强度大、硬度大的高强钢管件10，在其待焊接端面由中心轴向外依次加工出环形的内凹槽11、环形的凸台12以及环形的外凹槽13，且内凹槽11与外凹槽13紧贴凸台12，内凹槽11、凸台12、外凹槽13、高强钢管件10同轴心；针对强度小、硬度小的铝合金管件20，在其待焊接面加工出环形的焊接凹槽21且焊接凹槽21与凸台12对应，焊接凹槽21与铝合金管件20同轴心；高强钢管件10与铝合金管件20的直径与厚度一致，直径M为500mm，壁厚N为140mm；凸台12的高度f为22mm，厚度a（平直部分，如图2所示）为30mm；焊接凹槽21的深度g为20mm，槽宽d为30mm。

外凹槽13槽宽c比内凹槽11槽宽b大10%～20%（即

10%～20%），且外凹槽13槽宽c为15mm、则b=13mm；外凹槽13槽深e、内凹槽11槽深e与焊接凹槽21深度g一致（即e=g=20mm）。

凸台12端面开设第一倒角120、焊接凹槽21槽口开设第二倒角210，内凹槽11与外凹槽13槽口分别开设第三倒角110与第四倒角130；第一倒角120角度h为45°；第二倒角210角度k比第一倒角120角度h小12°（即k=h-12°=33°）；且第一倒角120的高度p为焊接凹槽21深度g的1/2，第二倒角210的高度q为焊接凹槽21深度g的1/2（即p=q=

=10mm）；第三倒角110与第四倒角130的角度均为45°且第三倒角110高度o为内凹槽11深度e的1/2、为10mm，第四倒角130高度o为外凹槽13深度e的1/2、为10mm。

内凹槽11倒角边缘距高强钢管件10内表面（若为棒材的，则为轴心）的距离、外凹槽13倒角边缘距高强钢管件10外表面的距离相等，且内凹槽11倒角边缘距高强钢管件10内表面（若为棒材的，则为轴心）的距离不小于10mm。内凹槽11（含第三倒角110投影面积）、外凹槽13（含第四倒角130投影面积）以及凸台12（含第一倒角120投影面积）的截面面积不超过高强钢管件10焊接截面面积的70%。

S002、焊接夹持工装加工：根据高强钢管件10与铝合金管件20待焊接件的结构尺寸，分别设计并加工出用于固定装夹其的第一夹持工装与第二夹持工装，第一夹持工装与第二夹持工装均采用弹性夹持工装；

S003、焊前处理：根据步骤S001的焊接接头结构设计，对高强钢管件10与铝合金管件20待焊接端面进行机械加工，加工成所需的焊接接头形状；然后对机械加工后的待焊接端面进行去铁锈、去毛刺、去油污处理；

S004、摩擦焊接：采用第一夹持工装固定夹持高强钢管件10待焊件、采用第二夹持工装固定夹持铝合金管件20待焊件；将第一夹持工装与第二夹持工装分别固定安装在惯性摩擦焊机的旋转端与移动端上；在惯性摩擦焊机的控制界面进行参数设置、具体为：摩擦转速2100r/min，摩擦压力4MPa，顶锻转速1200r/min，顶锻压力6MPa；开启惯性摩擦焊机，完成异质材料焊件之间的摩擦焊接、顶锻保压；

S005、焊后处理：同时松开第一夹持工装与第二夹持工装，取下焊接完成的焊接件，然后通过机械加工的方式去除多余的焊接飞边，得到焊接件。

实施例3：

本实施例以高强钢与铝合金的管件为例，如图1～3所示，一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法，其特征在于：

S001、焊接接头的结构设计：针对强度大、硬度大的高强钢管件10，在其待焊接端面由中心轴向外依次加工出环形的内凹槽11、环形的凸台12以及环形的外凹槽13，且内凹槽11与外凹槽13紧贴凸台12，内凹槽11、凸台12、外凹槽13、高强钢管件10同轴心；针对强度小、硬度小的铝合金管件20，在其待焊接面加工出环形的焊接凹槽21且焊接凹槽21与凸台12对应，焊接凹槽21与铝合金管件20同轴心；高强钢管件10与铝合金管件20的直径与厚度一致，直径M为550mm，壁厚N为160mm；凸台12的高度f为24mm，厚度a（平直部分，如图2所示）为32mm；焊接凹槽21的深度g为22mm，槽宽d为32mm。

外凹槽13槽宽c比内凹槽11槽宽b大10%～20%（即

10%～20%），且外凹槽13槽宽c为17mm、b为15mm；外凹槽13槽深e、内凹槽11槽深e与焊接凹槽21深度g一致（即e=g=22mm）。

凸台12端面开设第一倒角120、焊接凹槽21槽口开设第二倒角210，内凹槽11与外凹槽13槽口分别开设第三倒角110与第四倒角130；第一倒角120角度h为50°；第二倒角210角度k比第一倒角120角度h小15°（即k=h-15°=35°）；且第一倒角120的高度p为焊接凹槽21深度g的1/2，第二倒角210的高度q为焊接凹槽21深度g的1/2（即p=q=

=11mm）；第三倒角110与第四倒角130的角度均为45°且第三倒角110高度o为内凹槽11深度e的1/2、为11mm，第四倒角130高度o为外凹槽13深度e的1/2、为11mm。

内凹槽11倒角边缘距高强钢管件10内表面（若为棒材的，则为轴心）的距离、外凹槽13倒角边缘距高强钢管件10外表面的距离相等，且内凹槽11倒角边缘距高强钢管件10内表面（若为棒材的，则为轴心）的距离不小于10mm。内凹槽11（含第三倒角110投影面积）、外凹槽13（含第四倒角130投影面积）以及凸台12（含第一倒角120投影面积）的截面面积不超过高强钢管件10焊接截面面积的70%。

S002、焊接夹持工装加工：根据高强钢管件10与铝合金管件20待焊接件的结构尺寸，分别设计并加工出用于固定装夹其的第一夹持工装与第二夹持工装，第一夹持工装与第二夹持工装均采用弹性夹持工装；

S003、焊前处理：根据步骤S001的焊接接头结构设计，对高强钢管件10与铝合金管件20待焊接端面进行机械加工，加工成所需的焊接接头形状；然后对机械加工后的待焊接端面进行去铁锈、去毛刺、去油污处理；

S004、摩擦焊接：采用第一夹持工装固定夹持高强钢管件10待焊件、采用第二夹持工装固定夹持铝合金管件20待焊件；将第一夹持工装与第二夹持工装分别固定安装在惯性摩擦焊机的旋转端与移动端上；在惯性摩擦焊机的控制界面进行参数设置、具体为：摩擦转速2200r/min，摩擦压力5MPa，顶锻转速1200r/min，顶锻压力8MPa；开启惯性摩擦焊机，完成异质材料焊件之间的摩擦焊接、顶锻保压；

S005、焊后处理：同时松开第一夹持工装与第二夹持工装，取下焊接完成的焊接件，然后通过机械加工的方式去除多余的焊接飞边，得到焊接件。

实施例4：

由于本申请实施例中采用的是高强钢与铝合金的管件进行惯性摩擦焊接，钢和铝固溶度低，且摩擦焊接时焊缝生成大量脆性的材料间化合物（如FeAl₆、FeAl₃等），会导致焊缝性能差（如强度、韧性低等），且钢和铝热膨胀系数差异大，焊接后应力大。此外，惯性摩擦焊技术主要依靠大尺寸的飞轮高速旋转的动能来实现焊接，对于大尺寸的铝/钢管类或棒类构件焊接，其需要极大的飞轮，需要配备价格昂贵、占地面积大、功率大、顶锻力大的焊机，其对设备要求极高，此类设备市面少有。为提高钢和铝焊接接头强度及韧性，提高焊机的焊接能力，实现“小焊机焊大工件”，本申请作进一步优化：

在焊接凹槽21、内凹槽11以及外凹槽13内（即槽底部）设置焊接辅助层，焊接辅助层由内至外依次填充反应过渡层51、增强增韧层52以及反应辅热层53（如图4所示）；

反应过渡层51为由Al粉、Ni粉、ZnCl₂粉、NH₄Cl粉按质量比2.5～3.5:5.5～6.5:1～1.5:1～1.5（本实施例优选2:6:1:1）均匀混合后（需要说明的是：由于高强钢、铝合金的牌号不同，所采用的反应过渡层的具体组成成分配比不同，Al粉、Ni粉、ZnCl₂粉、NH₄Cl粉的质量比可根据实际情况进行适应性调整），铺展在焊接凹槽21、内凹槽11与外凹槽13内（即槽底部），反应过渡层51的厚度为焊接凹槽21、内凹槽11或外凹槽13深度的1/20～1/10，即厚度D=（1/20～1/10）e=（1/20～1/10）g。

增强增韧层52为由Al-Si-Mg-Zn-Re按质量百分含量：Si：8%～15%、Mg：2%～8%、Zn：4%～8%、Re：0.2%～0.7%、其余为Al（本实施例优选Al-Si-Mg-Zn-Re：77%、11.5%、5%、6%、0.5%），均匀混合后经重熔、热处理、挤压成型等制成环形件、并经热处理后、通过压嵌嵌入焊接凹槽21、内凹槽11或外凹槽13的反应过渡层51上（需要说明的是：由于高强钢、铝合金的牌号不同，所采用的反增强增韧层的具体组成成分配比不同，Al-Si-Mg-Zn-Re的质量百分含量可根据实际情况进行适应性调整），增强增韧层52的硬度为待焊铝合金硬度的1/2～3/5且增强增韧层52厚度为Z=e-D或g-D，即填充后的增强增韧层52与焊接凹槽21、内凹槽11或外凹槽13端面平齐。

反应辅热层53为由Al粉和CuO粉按质量比2～3：7.8～8.2均匀混合后（本实施例优选2.5:8），利用冷喷涂技术喷涂在铝合金与高强钢的待焊接端面（即增强增韧层52端面、凸台12端面以及铝合金和高强钢其他待焊接端面），反应辅热层53厚度为0.2～1mm（其厚度根据待焊件的结构、尺寸、牌号及焊机的焊接能力等进行综合决定）。

本申请通过反应辅热层53的设置，使得待焊接面摩擦反应后剧烈产热，增加界面材料高温塑化能力，保证焊接端面产生足够的足够热量，极大促进钢构件与铝构件端面及近端面材料的软化，保证大尺寸构件形成足够的烧蚀量，进而促进接头形成。

通过增强增韧层52的设计：一是改变材料间化合物的种类，降低脆性材料间化合的生长敏感性、减少脆性材料间化合物的生长数量，从而降低焊接接头的脆性；二是在焊接过程中形成低熔点相、及一层厚度适宜的焊缝过渡层，有效降低焊接接头的应力；三是焊接过程中通过材料粉末的添加来细化焊接接头的晶粒，从而避免焊接接头晶粒粗大，在不降低韧性的情况下，还可进一步提高强度。并且，增强增韧层52的设置，能够有效封闭反应过渡层51，避免反应过渡层51粉末在冷喷涂时逸出。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法，其特征在于：

S001、焊接接头的结构设计：针对强度大、硬度大的硬材料，在其待焊接端面由中心轴向外依次加工出环形的内凹槽（11）、环形的凸台（12）以及环形的外凹槽（13），且所述内凹槽（11）与外凹槽（13）紧贴凸台（12），所述内凹槽（11）、凸台（12）、外凹槽（13）与所述硬材料同轴心；针对强度小、硬度小的软材料，在其待焊接面加工出环形的焊接凹槽（21）且所述焊接凹槽（21）与所述凸台（12）对应，所述焊接凹槽（21）与所述软材料同轴心；

所述外凹槽（13）槽宽大于所述内凹槽（11）槽宽，且所述凸台（12）端面开设第一倒角（120）、所述焊接凹槽（21）槽口开设第二倒角（210），所述内凹槽（11）与外凹槽（13）槽口分别开设第三倒角（110）与第四倒角（130）；

S002、焊接夹持工装加工：根据硬材料与软材料待焊接件的结构尺寸，分别设计并加工出用于固定装夹其的第一夹持工装与第二夹持工装；

S003、焊前处理：根据步骤S001的焊接接头结构设计，对硬材料与软材料待焊接端面进行机械加工，加工成所需的焊接接头形状；然后对机械加工后的待焊接端面进行去铁锈、去毛刺、去油污处理；

S004、摩擦焊接：采用第一夹持工装固定夹持硬材料待焊件、采用第二夹持工装固定夹持软材料待焊件；将第一夹持工装与第二夹持工装分别固定安装在惯性摩擦焊机的旋转端与移动端上；最后在惯性摩擦焊机的控制界面进行参数设置，开启惯性摩擦焊机，完成异质材料焊件之间的摩擦焊接、顶锻保压；

S005、焊后处理：同时松开第一夹持工装与第二夹持工装，取下焊接完成的异质材料焊接件，然后通过机械加工的方式去除多余的焊接飞边，得到焊接件。

2.根据权利要求1所述的一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法，其特征在于：所述硬材料与软材料均采用管状或棒状结构。

3.根据权利要求1或2所述的一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法，其特征在于：所述凸台（12）的高度为20～24mm，厚度为28～32mm；所述焊接凹槽（21）的深度为18～22mm，槽宽为28～32mm；且所述凸台（12）的高度大于焊接凹槽（21）的深度、凸台（12）的厚度与焊接凹槽（21）的槽宽一致。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法，其特征在于：所述外凹槽（13）槽宽比所述内凹槽（11）槽宽大10%～20%，且所述外凹槽（13）槽宽为13～17mm；所述外凹槽（13）槽深、内凹槽（11）槽深与所述焊接凹槽（21）槽深一致。

5.根据权利要求1所述的一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法，其特征在于：所述第一倒角（120）角度为40～50°；所述第二倒角（210）角度比所述第一倒角（120）角度小10～15°；且所述第一倒角（120）的高度为焊接凹槽（21）深度的1/2，第二倒角（210）的高度为焊接凹槽（21）深度的1/2。

6.根据权利要求1所述的一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法，其特征在于：所述第三倒角（110）与第四倒角（130）的角度均为45°且所述第三倒角（110）高度为内凹槽（11）深度的1/2、第四倒角（130）高度为外凹槽（13）深度的1/2。

7.根据权利要求1所述的一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法，其特征在于：所述第一夹持工装与第二夹持工装均采用弹性夹持工装。

8.根据权利要求1所述的一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法，其特征在于：所述焊接参数具体为：摩擦转速1200r/min～3000r/min，摩擦压力3MPa～14MPa，顶锻转速450r/min～1400r/min，顶锻压力4MPa～16MPa。

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