CN114131174B - 一种薄壁环-环复合构件摩擦焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种薄壁环‑环复合构件摩擦焊接方法，采用内支撑式夹持工装（10），内支撑式夹持工装（10）包括推力杆（11）、夹头体（12）、固定块（13）、拉伸弹簧（14）、固定拉杆（15）及卡爪（16）；该方法具体步骤为a、焊前加工，b、工件夹持，c、环‑环摩擦焊接，及d、焊后处理。方法主要通过内支撑式夹持工装（10）对第一薄壁环毛坯件（20）的夹持与径向加压工装对第二薄壁环毛坯件（30）的夹持、通过键槽（21）与凸台（160）的配合，实现薄壁环‑环复合构件的摩擦焊接，从而解决薄壁环‑环类构件摩擦焊接时零件夹持变形、焊接打滑及焊接质量差的问题，提高薄壁环‑环类复合构件摩擦焊接的稳定性及焊接精度。

Description

一种薄壁环-环复合构件摩擦焊接方法

技术领域

本发明涉及金属固相焊技术领域，具体涉及一种薄壁环-环复合构件摩擦焊接方法。

背景技术

薄壁环-环复合构件同时兼具两种材料的性能特点，能够最大程度地实现两种材料性能的优势互补，具有较高的使用性能和可靠性，常作为关键连接、闭气密封、传动和回转支承的关键构件，在石油化工、电力、军工、航空航天、水下探测等领域应用广泛。径向摩擦焊是目前实现环-环、环-管类构件搭接焊最有效的方法之一，其焊合率高达98%以上，接头剪切强度高于母材，并且无气孔、裂纹、夹杂等冶金缺陷，尤其适用于铝-钢等异种金属、低碳钢-高强合金钢等难焊金属构件之间的高强连接。

然而，在径向摩擦焊接过程中，焊件受到较大的摩擦扭矩，夹持不稳定极易发生焊件打滑，从而造成工装损坏、焊接质量低等问题。薄壁环类构件由于其轴向长度短、通常只有15～30mm，可夹持面积较小，因此极难通过常规的外夹方式进行夹持；同时，由于薄壁环类构件厚度薄、通常壁厚仅为8～15mm，导致其承载夹持力作用的能力弱，采用外夹方式极易出现夹持变形，因此现有技术中针对薄壁环-环复合构件径向摩擦焊的焊接稳定性差、焊接质量差、精度低，同时焊接过程操作繁琐、焊接效率低。

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薄壁环-环复合构件摩擦焊接方法，以解决薄壁环-环类构件摩擦焊接时零件夹持变形、焊接打滑以及焊接质量差的问题，从而提高薄壁环-环类复合构件摩擦焊接的稳定性以及焊接精度。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种薄壁环-环复合构件摩擦焊接方法，其特征在于：采用内支撑式夹持工装，所述内支撑式夹持工装包括推力杆、夹头体、固定块、拉伸弹簧、固定拉杆以及卡爪；所述推力杆一端外壁绕其中轴线均匀分布若干锥面槽且所述锥面槽由端头部位向内部倾斜；所述夹头体套接在所述推力杆外壁且所述夹头体中轴线与所述推力杆中轴线共线，所述夹头体内壁与所述推力杆外壁滑动连接；所述夹头体对应所述锥面槽均匀开设若干滑动孔，所述卡爪对应所述滑动孔安装；所述卡爪一端对应所述锥面槽的斜度且与锥面槽滑动连接，另一端贯穿所述滑动孔，所述卡爪侧面与所述滑动孔滑动连接；所述滑动孔前、后两侧的所述夹头体侧壁分别开设一阶梯孔，所述阶梯孔靠近所述推力杆的一侧为大孔、远离所述推力杆的一侧为小孔，所述卡爪前、后两侧且对应所述阶梯孔分别固定连接一固定拉杆，所述阶梯孔阶梯面设置一固定块，所述固定块远离所述推力杆的一侧固定连接一拉伸弹簧，所述拉伸弹簧远离所述固定块的一端贯穿所述阶梯孔的小孔、且与对应的所述固定拉杆靠近夹头体一端端面固定连接；所述卡爪夹持端面（即远离推力杆一端的端面）为圆弧状且所述卡爪夹持端面远离所述锥面槽起始端的一侧设置凸台；

所述薄壁环-环复合构件摩擦焊接方法具体为：

a、焊前加工：首先对待焊接第一薄壁环与第二薄壁环进行机械加工，得到第一薄壁环毛坯件以及第二薄壁环毛坯件；然后对第一薄壁环毛坯件与第二薄壁环毛坯件进行去铁锈、去毛刺、去油污处理；

b、工件夹持：首先根据第一薄壁环毛坯件的尺寸加工内支撑式夹持工装，并对第一薄壁环毛坯件一端加工若干键槽，所述键槽的数量及尺寸与卡爪的凸台相对应，根据第二薄壁环毛坯件的尺寸加工径向加压工装；然后采用内支撑式夹持工装夹持第一薄壁环毛坯件，采用径向加压工装夹持第二薄壁环毛坯件，并将内支撑式夹持工装与径向加压工装分别安装在摩擦焊机上；

c、环-环摩擦焊接：在摩擦焊机控制界面进行焊接参数的设置，开启摩擦焊机，完成待焊件毛坯（即第一薄壁环毛坯件与第二薄壁环毛坯件）的摩擦、顶锻保压的摩擦焊接工序；

d、焊后处理：采用线切割去除第一薄壁环毛坯件的键槽部分，并采用铣刀车去除第二薄壁环毛坯件的夹持压痕以及环-环复合构件的宽度余量。

通过凸台与键槽的配合，在实现第一薄壁环毛坯件与内支撑式夹持工装精确定位的同时提高第一薄壁环毛坯件在焊接过程中的抗扭性能，避免第一薄壁环毛坯件在焊接过程中出现扭转变形或摩擦不充分的问题，提高摩擦焊接质量以及焊接效率，保证焊接精度。

作进一步优化，所述锥面槽底面与水平方向的夹角为3～9°；所述锥面槽的水平方向长度为55～100mm、宽度为8～15mm；每个所述锥面槽槽深不小于3mm。

作进一步优化，所述卡爪长度为25～55mm且所述卡爪的宽度较所述锥面槽的宽度留有0.5～1mm的余量，便于卡爪滑动；所述卡爪初始位置距所述锥面槽内侧的距离为5～10mm。

优选的，所述卡爪数量为6～10个，对应所述锥面槽与滑动孔的数量为6～10个。

作进一步优化，所述卡爪外壁与所述滑动孔内表面留有0.5～1mm的余量，便于装夹卡爪。

作进一步优化，所述拉伸弹簧外壁与所述阶梯孔的小孔内壁之间留有1～2mm的余量，避免拉伸弹簧与阶梯孔内壁摩擦。

作进一步优化，所述第一薄壁环与第二薄壁环采用铝/钢的异种金属或低碳钢/高合金钢中的任意一种组合。

作进一步优化，所述第一薄壁环毛坯件的宽度为15～30mm，外径为Φ100～200mm，壁厚为8～15mm；所述第二薄壁环毛坯件的宽度为所述第一薄壁环毛坯件宽度的1/3，第二薄壁环毛坯件的内径比第一薄壁环毛坯件的外径大1.5～2mm，第二薄壁环毛坯件的壁厚为6～12mm。

作进一步优化，所述第一薄壁环毛坯件的键槽内壁与凸台外壁之间留有0.5～1mm的余量，便于第一薄壁环毛坯件与内支撑式夹持工装之间的安装。

作进一步优化，所述焊接参数具体为：摩擦转速850～1500r/min，摩擦压力1.5～5MPa，顶锻转速400～800r/min，顶锻压力2.5～10MPa，保压时间5～15s。

本发明具有如下技术效果：

与现有技术相比，本申请焊接方式，能够实现外径Φ100～200mm、壁厚8～15mm、宽度15～30mm的短轴、薄壁环-环复合构件的异种或同种金属高强、高精密焊接，从而减少加工余量、降低生产成本；同时，本申请方法中内支撑式夹持工装能够实现环形构件的快速装卸、并具有自动定位与稳定夹持的功能，有效避免对薄壁环类零件夹持时零件变形、焊接打滑等问题，既提升了焊接效率，又保证了焊接精度与焊接质量、保证焊接过程的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例中内支撑式夹持工装的结构示意图。

图2为图1的A向局部放大图。

图3为图1的B-B向剖视图。

图4为本发明实施例中第一薄壁环毛坯件的结构示意图。

图5为本发明实施例中薄壁环-环复合构件的结构示意图。

其中，10、内支撑式夹持工装；11、推力杆；110、锥面槽；12、夹头体；121、滑动孔；122、阶梯孔；13、固定块；14、拉伸弹簧；15、固定拉杆；16、卡爪；160、凸台；20、第一薄壁环毛坯件；21、键槽；30、第二薄壁环毛坯件。

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：

如图1～3所示，一种薄壁环-环复合构件摩擦焊接方法，其特征在于：采用内支撑式夹持工装10，内支撑式夹持工装10包括推力杆11、夹头体12、固定块13、拉伸弹簧14、固定拉杆15以及卡爪16；推力杆11一端外壁绕其中轴线均匀分布若干锥面槽110且锥面槽110由端头部位向内部倾斜（如图1所示）；夹头体12套接在推力杆11外壁且夹头体12中轴线与推力杆11中轴线共线，夹头体12内壁与推力杆11外壁滑动连接；夹头体12对应锥面槽110均匀开设若干滑动孔121，卡爪16对应滑动孔121安装；卡爪16一端对应锥面槽110的斜度且与锥面槽110滑动连接，另一端贯穿滑动孔121（即位于夹头体12远离推力杆11的一侧），卡爪16侧面与滑动孔121滑动连接（如图1所示）；滑动孔121前、后两侧的夹头体12侧壁分别开设一阶梯孔122（即如图1所示左、右两侧），阶梯孔122靠近推力杆11的一侧为大孔（即直径较大的孔）、远离推力杆11的一侧为小孔（即直径较小的孔、与大孔相比较），卡爪16前、后两侧且对应阶梯孔122分别固定连接一固定拉杆15（即如图1所示卡爪16的左、右两侧），阶梯孔122阶梯面固定设置一固定块13，固定块13远离推力杆11的一侧固定连接一拉伸弹簧14，拉伸弹簧14远离固定块13的一端贯穿阶梯孔122的小孔、且与对应的固定拉杆15靠近夹头体12一端端面固定连接（如图1、图2所示）；卡爪16夹持端面（即远离推力杆11一端的端面）为圆弧状且卡爪16夹持端面远离锥面槽110起始端的一侧设置凸台160（如图1、图2所示，锥面槽110由左侧端头部位向内部倾斜，则凸台160设置在卡爪16夹持端面的最右侧）；

如图1所示，锥面槽110底面与水平方向的夹角a为3～9°、优选6°；锥面槽110的水平方向长度A为55～100mm、优选75mm，宽度为8～15mm、优选12mm；每个锥面槽110槽深B不小于3mm。卡爪16长度C为25～55mm、优选40mm，且卡爪16的宽度较锥面槽110的宽度留有0.5～1mm的余量，便于卡爪滑动；卡爪16初始位置距锥面槽110内侧的距离D为5～10mm。

卡爪16数量为6～10个、如图3所示优选8个，对应锥面槽110与滑动孔121的数量为6～10个。卡爪16外壁与滑动孔121内表面留有0.5～1mm的余量，便于装夹卡爪。拉伸弹簧14外壁与阶梯孔122的小孔内壁之间留有1～2mm的余量，避免拉伸弹簧14与阶梯孔122内壁摩擦。

实施例2：

如图4～5所示，针对薄壁铝环（5052系）与钢环（40Cr）的异种金属复合构件，薄壁环-环复合构件摩擦焊接方法具体为：

a、焊前加工：首先对待焊接第一薄壁环（即钢环）与第二薄壁环（即薄壁铝环）进行机械加工，得到第一薄壁环毛坯件20以及第二薄壁环毛坯件30；第一薄壁环毛坯件20的尺寸为：宽度15mm，外径Φ100mm，壁厚8mm；第二薄壁环毛坯件30尺寸为：宽度为5mm，第二薄壁环毛坯件30的内径比第一薄壁环毛坯件20的外径大1.5mm，壁厚为6mm。

其中，第一薄壁环毛坯件20与第二薄壁环毛坯件30厚度留有5mm左右的焊接烧损量和机加工余量，宽度留有2mm左右的机加工余量（需要注意的是：上述加工余量均为在上述毛坯件上所增加的余量，从而满足焊接烧损以及后续机加工需求）。

然后对第一薄壁环毛坯件20与第二薄壁环毛坯件30进行去铁锈、去毛刺、去油污处理。

b、工件夹持：首先根据第一薄壁环毛坯件20的尺寸加工内支撑式夹持工装，并对第一薄壁环毛坯件20一端加工若干键槽21，键槽21尺寸为H：7mm、W：9.5mm，键槽21的数量及尺寸与卡爪的凸台相对应，第一薄壁环毛坯件20的键槽21内壁与凸台外壁之间留有0.5mm的余量，便于第一薄壁环毛坯件20与内支撑式夹持工装之间的安装，根第二薄壁环毛坯件30的尺寸加工径向加压工装（径向加压工装采用本领域常规夹持工装，如申请号2012102236202中所提到的工装）；然后采用内支撑式夹持工装夹持第一薄壁环毛坯件20，具体为：首先将第一薄壁环毛坯件20套在卡爪外侧，并将第一薄壁环毛坯件20的键槽21与卡爪上的凸台对齐配合，防止焊接时第一薄壁环毛坯件20与卡爪产生相对滑动并对第一薄壁环毛坯件20进行硬限位，然后对推力杆加压使其轴向移动，推力杆通过锥面槽将轴向力转换为径向力向卡爪施压，进而使卡爪在推力杆的左永祥沿径向移动对第一薄壁环毛坯件20内表面进行强力支撑，克服第一薄壁环毛坯件20摩擦焊接时产生的扭矩、同时在摩擦过程中不会对第一薄壁环毛坯件20产生挤压变形；

采用径向加压工装夹持第二薄壁环毛坯件30，并将内支撑式夹持工装与径向加压工装分别安装在摩擦焊机上；

c、环-环摩擦焊接：在摩擦焊机控制界面上进行焊接参数设置，设置摩擦转速为1500r/min、摩擦压力为1.5MPa，顶锻转速为800r/min、顶锻压力为2.5MPa，保压时间5s；开启摩擦焊机，内支撑式夹持工装夹紧持第一薄壁环毛坯件20、径向加压工装夹紧第二薄壁环毛坯件30，在径向压力作用下第一薄壁环毛坯件20的焊接面与第二薄壁环毛坯件30的焊接面接触，摩擦焊机主轴开始旋转升速至主轴转速1500r/min时，第一薄壁环毛坯件20和第二薄壁环毛坯件30在摩擦压力1.5MPa作用下、焊接面接触并相互摩擦、渐进摩擦生热，从而使整个焊接面面处于热塑性状态，随着主轴转速下降至800r/min顶锻转速时，在2.5MPa顶锻力作用下产生顶锻刹车，保压5s，完成摩擦焊接；

d、焊后处理：采用线切割去除第一薄壁环毛坯件20的键槽21部分，并采用铣刀车去除第二薄壁环毛坯件30的夹持压痕以及环-环复合构件的宽度余量。

实施例3：

如图4～5所示，针对低碳钢与高合金钢的同种金属复合构件，薄壁环-环复合构件摩擦焊接方法具体为：

a、焊前加工：首先对待焊接第一薄壁环（即高合金钢）与第二薄壁环（即低碳钢）进行机械加工，得到第一薄壁环毛坯件20以及第二薄壁环毛坯件30；第一薄壁环毛坯件20的尺寸为：宽度21mm，外径Φ150mm，壁厚11mm；第二薄壁环毛坯件30尺寸为：宽度为7mm，第二薄壁环毛坯件30的内径比第一薄壁环毛坯件20的外径大1.7mm，壁厚为9mm。

其中，第一薄壁环毛坯件20与第二薄壁环毛坯件30厚度留有5mm左右的焊接烧损量和机加工余量，宽度留有2mm左右的机加工余量（需要注意的是：上述加工余量均为在上述毛坯件上所增加的余量，从而满足焊接烧损以及后续机加工需求）。

然后对第一薄壁环毛坯件20与第二薄壁环毛坯件30进行去铁锈、去毛刺、去油污处理。

b、工件夹持：首先根据第一薄壁环毛坯件20的尺寸加工内支撑式夹持工装，并对第一薄壁环毛坯件20一端加工若干键槽21，键槽21尺寸为H：8mm、W：10mm，键槽21的数量及尺寸与卡爪的凸台相对应，第一薄壁环毛坯件20的键槽21内壁与凸台外壁之间留有0.7mm的余量，便于第一薄壁环毛坯件20与内支撑式夹持工装之间的安装，根第二薄壁环毛坯件30的尺寸加工径向加压工装（径向加压工装采用本领域常规夹持工装，如申请号2012102236202中所提到的工装）；然后采用内支撑式夹持工装夹持第一薄壁环毛坯件20，具体为：首先将第一薄壁环毛坯件20套在卡爪外侧，并将第一薄壁环毛坯件20的键槽21与卡爪上的凸台对齐配合，防止焊接时第一薄壁环毛坯件20与卡爪产生相对滑动并对第一薄壁环毛坯件20进行硬限位，然后对推力杆加压使其轴向移动，推力杆通过锥面槽将轴向力转换为径向力向卡爪施压，进而使卡爪在推力杆的左永祥沿径向移动对第一薄壁环毛坯件20内表面进行强力支撑，克服第一薄壁环毛坯件20摩擦焊接时产生的扭矩、同时在摩擦过程中不会对第一薄壁环毛坯件20产生挤压变形；

采用径向加压工装夹持第二薄壁环毛坯件30，并将内支撑式夹持工装与径向加压工装分别安装在摩擦焊机上；

c、环-环摩擦焊接：在摩擦焊机控制界面上进行焊接参数设置，设置摩擦转速为1150r/min、摩擦压力为3MPa，顶锻转速为600r/min、顶锻压力为6.5MPa，保压时间10s；开启摩擦焊机，内支撑式夹持工装夹紧持第一薄壁环毛坯件20、径向加压工装夹紧第二薄壁环毛坯件30，在径向压力作用下第一薄壁环毛坯件20的焊接面与第二薄壁环毛坯件30的焊接面接触，摩擦焊机主轴开始旋转升速至主轴转速1150r/min时，第一薄壁环毛坯件20和第二薄壁环毛坯件30在摩擦压力3MPa作用下、焊接面接触并相互摩擦、渐进摩擦生热，从而使整个焊接面面处于热塑性状态，随着主轴转速下降至600r/min顶锻转速时，在6.5MPa顶锻力作用下产生顶锻刹车，保压10s，完成摩擦焊接；

d、焊后处理：采用线切割去除第一薄壁环毛坯件20的键槽21部分，并采用铣刀车去除第二薄壁环毛坯件30的夹持压痕以及环-环复合构件的宽度余量。

实施例4：

如图4～5所示，针对薄壁铝环（5052系）与钢环（40Cr）的异种金属复合构件，薄壁环-环复合构件摩擦焊接方法具体为：

a、焊前加工：首先对待焊接第一薄壁环（即钢环）与第二薄壁环（即薄壁铝环）进行机械加工，得到第一薄壁环毛坯件20以及第二薄壁环毛坯件30；第一薄壁环毛坯件20的尺寸为：宽度30mm，外径Φ200mm，壁厚15mm；第二薄壁环毛坯件30尺寸为：宽度为10mm，第二薄壁环毛坯件30的内径比第一薄壁环毛坯件20的外径大2mm，壁厚为12mm。

其中，第一薄壁环毛坯件20与第二薄壁环毛坯件30厚度留有5mm左右的焊接烧损量和机加工余量，宽度留有2mm左右的机加工余量（需要注意的是：上述加工余量均为在上述毛坯件上所增加的余量，从而满足焊接烧损以及后续机加工需求）。

然后对第一薄壁环毛坯件20与第二薄壁环毛坯件30进行去铁锈、去毛刺、去油污处理。

b、工件夹持：首先根据第一薄壁环毛坯件20的尺寸加工内支撑式夹持工装，并对第一薄壁环毛坯件20一端加工若干键槽21，键槽21尺寸为H：9mm、W：10.5mm，键槽21的数量及尺寸与卡爪的凸台相对应，第一薄壁环毛坯件20的键槽21内壁与凸台外壁之间留有1mm的余量，便于第一薄壁环毛坯件20与内支撑式夹持工装之间的安装，根第二薄壁环毛坯件30的尺寸加工径向加压工装（径向加压工装采用本领域常规夹持工装，如申请号2012102236202中所提到的工装）；然后采用内支撑式夹持工装夹持第一薄壁环毛坯件20，具体为：首先将第一薄壁环毛坯件20套在卡爪外侧，并将第一薄壁环毛坯件20的键槽21与卡爪上的凸台对齐配合，防止焊接时第一薄壁环毛坯件20与卡爪产生相对滑动并对第一薄壁环毛坯件20进行硬限位，然后对推力杆加压使其轴向移动，推力杆通过锥面槽将轴向力转换为径向力向卡爪施压，进而使卡爪在推力杆的左永祥沿径向移动对第一薄壁环毛坯件20内表面进行强力支撑，克服第一薄壁环毛坯件20摩擦焊接时产生的扭矩、同时在摩擦过程中不会对第一薄壁环毛坯件20产生挤压变形；

采用径向加压工装夹持第二薄壁环毛坯件30，并将内支撑式夹持工装与径向加压工装分别安装在摩擦焊机上；

c、环-环摩擦焊接：在摩擦焊机控制界面上进行焊接参数设置，设置摩擦转速为850r/min、摩擦压力为5MPa，顶锻转速为400r/min、顶锻压力为10MPa，保压时间15s；开启摩擦焊机，内支撑式夹持工装夹紧持第一薄壁环毛坯件20、径向加压工装夹紧第二薄壁环毛坯件30，在径向压力作用下第一薄壁环毛坯件20的焊接面与第二薄壁环毛坯件30的焊接面接触，摩擦焊机主轴开始旋转升速至主轴转速850r/min时，第一薄壁环毛坯件20和第二薄壁环毛坯件30在摩擦压力5MPa作用下、焊接面接触并相互摩擦、渐进摩擦生热，从而使整个焊接面面处于热塑性状态，随着主轴转速下降至400r/min顶锻转速时，在10MPa顶锻力作用下产生顶锻刹车，保压15s，完成摩擦焊接；

d、焊后处理：采用线切割去除第一薄壁环毛坯件20的键槽21部分，并采用铣刀车去除第二薄壁环毛坯件30的夹持压痕以及环-环复合构件的宽度余量。

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 (6)

1.一种薄壁环-环复合构件摩擦焊接方法，其特征在于：采用内支撑式夹持工装（10），所述内支撑式夹持工装（10）包括推力杆（11）、夹头体（12）、固定块（13）、拉伸弹簧（14）、固定拉杆（15）以及卡爪（16）；所述推力杆（11）一端外壁绕其中轴线均匀分布若干锥面槽（110）且所述锥面槽（110）由端头部位向内部倾斜；所述夹头体（12）套接在所述推力杆（11）外壁且所述夹头体（12）中轴线与所述推力杆（11）中轴线共线，所述夹头体（12）内壁与所述推力杆（11）外壁滑动连接；所述夹头体（12）对应所述锥面槽（110）均匀开设若干滑动孔（121），所述卡爪（16）对应所述滑动孔（121）安装；所述卡爪（16）一端对应所述锥面槽（110）的斜度且与锥面槽（110）滑动连接，另一端贯穿所述滑动孔（121），所述卡爪（16）侧面与所述滑动孔（121）滑动连接；所述滑动孔（121）前、后两侧的所述夹头体（12）侧壁分别开设一阶梯孔（122），所述阶梯孔（122）靠近所述推力杆（11）的一侧为大孔、远离所述推力杆（11）的一侧为小孔，所述卡爪（16）前、后两侧且对应所述阶梯孔（122）分别固定连接一固定拉杆（15），所述阶梯孔（122）阶梯面固定设置一固定块（13），所述固定块（13）远离所述推力杆（11）的一侧固定连接一拉伸弹簧（14），所述拉伸弹簧（14）远离所述固定块（13）的一端贯穿所述阶梯孔（122）的小孔、且与对应的所述固定拉杆（15）靠近夹头体（12）一端端面固定连接；所述卡爪（16）夹持端面为圆弧状且所述卡爪（16）夹持端面远离所述锥面槽（110）起始端的一侧设置凸台（160）；

所述薄壁环-环复合构件摩擦焊接方法具体为：

a、焊前加工：首先对待焊接第一薄壁环与第二薄壁环进行机械加工，得到第一薄壁环毛坯件（20）以及第二薄壁环毛坯件（30）；然后对第一薄壁环毛坯件（20）与第二薄壁环毛坯件（30）进行去铁锈、去毛刺、去油污处理；

b、工件夹持：首先根据第一薄壁环毛坯件（20）的尺寸加工内支撑式夹持工装（10），并对第一薄壁环毛坯件（20）一端加工若干键槽（21），所述键槽（21）的数量及尺寸与卡爪（16）的凸台相对应，根据第二薄壁环毛坯件（30）的尺寸加工径向加压工装；然后采用内支撑式夹持工装（10）夹持第一薄壁环毛坯件（20），采用径向加压工装夹持第二薄壁环毛坯件（30），并将内支撑式夹持工装（10）与径向加压工装分别安装在摩擦焊机上；

c、环-环摩擦焊接：在摩擦焊机控制界面进行焊接参数的设置，开启摩擦焊机，完成待焊件毛坯的摩擦、顶锻保压的摩擦焊接工序；

d、焊后处理：采用线切割去除第一薄壁环毛坯件（20）的键槽（21）部分，并采用铣刀车去除第二薄壁环毛坯件（30）的夹持压痕以及环-环复合构件的宽度余量；

所述第一薄壁环毛坯件（20）的宽度为15～30mm，外径为Φ100～200mm，壁厚为8～15mm；所述第二薄壁环毛坯件（30）的宽度为所述第一薄壁环毛坯件（20）宽度的1/3，第二薄壁环毛坯件（30）的内径比第一薄壁环毛坯件（20）的外径大1.5～2mm，第二薄壁环毛坯件（30）的壁厚为6～12mm。

2.根据权利要求1所述的一种薄壁环-环复合构件摩擦焊接方法，其特征在于：所述卡爪（16）长度为25～55mm且所述卡爪（16）的宽度较所述锥面槽（110）的宽度留有0.5～1mm的余量；所述卡爪（16）初始位置距所述锥面槽（110）内侧的距离为5～10mm。

3.根据权利要求1所述的一种薄壁环-环复合构件摩擦焊接方法，其特征在于：所述卡爪（16）外壁与所述滑动孔（121）内表面留有0.5～1mm的余量。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种薄壁环-环复合构件摩擦焊接方法，其特征在于：所述拉伸弹簧（14）外壁与所述阶梯孔（122）的小孔内壁之间留有1～2mm的余量。

5.根据权利要求1所述的一种薄壁环-环复合构件摩擦焊接方法，其特征在于：所述第一薄壁环与第二薄壁环采用铝/钢的异种金属或低碳钢/高合金钢中的任意一种组合。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种薄壁环-环复合构件摩擦焊接方法，其特征在于：所述焊接参数具体为：摩擦转速850～1500r/min，摩擦压力1.5～5MPa，顶锻转速400～800r/min，顶锻压力2.5～10MPa，保压时间5～15s。

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