CN114951957B - 异种材料嵌入式线性摩擦焊接方法 - Google Patents

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    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
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Abstract

本发明涉及一种异种材料嵌入式线性摩擦焊接方法，包括：获取第一连接块、第二连接块和楔形块；将所述楔形块采用线性摩擦焊连接在所述第一连接块和所述第二连接块之间；其中，所述楔形块包括底面、第一楔形面和第二楔形面，所述底面上设有法向面，所述底面和所述法向面垂直，所述第一楔形面和所述法向面之间具有第一角度，所述第二楔形面和所述法向面之间具有第二角度；所述第一楔形面和所述第一连接块贴合，所述第二楔形面和所述第二连接块贴合；所述第一连接块具有第一强度，所述第二连接块具有第二强度，所述第一强度小于第二强度，则所述第一角度小于所述第二角度。能够保证第一连接块、第二连接块和楔形块均可形成良好连接。

Description

异种材料嵌入式线性摩擦焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种异种材料嵌入式线性摩擦焊接方法。
背景技术
请参照图1，现有技术中，嵌入式线性摩擦焊接方法是在第一连接块和第二连接块上分别加工出斜面，第一连接块和第二连接块之间采用楔形块通过线性摩擦焊接方法连接。该中方法中，楔形块的两楔形面的倾斜角度是相等的，也是对称的。焊接压力P推动楔形块推动楔形块时，两楔形面对第一连接块和第二连接块的压力F是相等的。当第一连接块和第二连接块的材质不同时，则第一连接块和第二连接块的强度也会不同。如当第一连接块强度较低时，第一连接块的在摩擦作用下首先达到软化温度，形成塑性金属，继而被挤出焊接接头形成飞边。第二连接块界面上就无法在焊接过程中得到形成良好接头所需的较大压力，造成焊接界面热输入较低，第二连接块和楔形块的连接强度低。
因此，本发明提供了一种异种材料嵌入式线性摩擦焊接方法。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例提供了一种异种材料嵌入式线性摩擦焊接方法，解决了第一连接块或第二连接块连接强度低的技术问题。
(2)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种异种材料嵌入式线性摩擦焊接方法，包括：
获取第一连接块、第二连接块和楔形块；
将所述楔形块采用线性摩擦焊连接在所述第一连接块和所述第二连接块之间；
其中，所述楔形块包括底面、第一楔形面和第二楔形面，所述底面上设有法向面，所述底面和所述法向面垂直，所述第一楔形面和所述法向面之间具有第一角度，所述第二楔形面和所述法向面之间具有第二角度；
所述第一楔形面和所述第一连接块贴合，所述第二楔形面和所述第二连接块贴合；
所述第一连接块具有第一强度，所述第二连接块具有第二强度，所述第一强度小于第二强度，则所述第一角度小于所述第二角度。
可选地，所述楔形块具有第三强度，所述第三强度大于或等于所述第二强度。
可选地，获取所述第一连接块的第一软化温度，在所述第一软化温度下获取所述第一强度和所述第二强度。
可选地，所述第一角度和第二角度具有以下关系：
Figure BDA0003674941400000021
其中，A1为所述第一角度，A2为所述第二角度，G1为所述第一强度，G2为所述第二强度。
可选地，
Figure BDA0003674941400000022
(3)有益效果
综上，本发明的异种材料嵌入式线性摩擦焊接方法中，根据第一连接块的第一强度选择第一角度，根据第二连接块的第二强度选择第二角度，当焊接压力P作用于底面31，推动楔形块焊接连接在第一连接块和第二连接块之间时，由于第一连接块的材质和第二连接块的材质不同，第一连接块的第一强度小于第二连接块的第二强度，第一楔形面32作用于第一连接块的第一压力F1也小于第二楔形面33作用于第二连接块的第二作用力F2，如此，可以使得第一连接块达到第一软化温度，第二连接块几乎同时到达第二软化温度，其中，第一软化温度为第一连接块的软化温度，第二软化温度为第二连接块的软化温度。故，可使得第一连接块和楔形块之间以及第二连接块和楔形块之间均得到较好的连接强度。
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是现有技术中嵌入式线性摩擦焊接方法的原理示意图；
图2是本发明一实施例中异种材料嵌入式线性摩擦焊接方法中，楔形块的振动示意图，其中，楔形块沿图中双向箭头方向振动；
图3是本发明一实施例中异种材料嵌入式线性摩擦焊接方法的原理示意图。
图中：1-第一连接块；2-第二连接块；3-楔形块；31-底面；311-法向面；32-第一楔形面；33-第二楔形面。
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。
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。
请参照图2和图3，一种异种材料嵌入式线性摩擦焊接方法，包括：
获取第一连接块1、第二连接块2和楔形块3；
将所述楔形块3采用线性摩擦焊连接在所述第一连接块1和所述第二连接块2之间；
其中，所述楔形块3包括底面31、第一楔形面32和第二楔形面33，所述底面31上设有法向面311，所述底面31和所述法向面311垂直，所述第一楔形面32和所述法向面311之间具有第一角度，所述第二楔形面33和所述法向面311之间具有第二角度；
所述第一楔形面32和所述第一连接块1贴合，所述第二楔形面33和所述第二连接块2贴合；
所述第一连接块1具有第一强度，所述第二连接块2具有第二强度，所述第一强度小于第二强度，则所述第一角度小于所述第二角度。
由于第一连接块1和第二连接块2的材料不同，故第一连接块1的第一强度和第二连接块2的第二强度也不同。在本实施例的异种材料嵌入式线性摩擦焊接方法中，根据第一连接块1的第一强度选择第一角度，根据第二连接块2的第二强度选择第二角度，当焊接压力P作用于底面31，推动楔形块3焊接连接在第一连接块1和第二连接块2之间时，由于第一连接块1的材质和第二连接块2的材质不同，第一连接块1的第一强度小于第二连接块2的第二强度，第一楔形面32作用于第一连接块1的第一压力F1也小于第二楔形面33作用于第二连接块2的第二作用力F2，如此，可以使得第一连接块1达到第一软化温度，第二连接块2几乎同时到达第二软化温度，其中，第一软化温度为第一连接块1的软化温度，第二软化温度为第二连接块2的软化温度。故，可使得第一连接块1和楔形块3之间以及第二连接块2和楔形块3之间均得到较好的连接强度。
可以理解的是，本实施例限定的第一连接块1和第二连接块2均为泛指，在一些实施例中，也可以是第二连接块2的第二强度小于第一连接块1的第一强度，则第二角度小于第一角度。第一角度和第二角度均在0～90°之间。楔形块3的横截面可以为三角形，也可以为梯形。当楔形块3的横截面为三角形时，底面31、第一楔形面32和第二楔形面33依次相连。
在本实施例异种材料嵌入式线性摩擦焊接方法中，第一连接块1和第二连接块2是通过楔形块3连接，为了保证第一连接块1和第二连接块2之间的连接强度，在一实施例中，所述楔形块3具有第三强度，所述第三强度大于或等于所述第二强度。当第一连接块1和第二连接块2均软化时，楔形块3还能够保持足够的强度。因此，第三强度既大于或等于第二强度，由于第二强度大于第一强度，同时第三强度也必然大于第一强度。
由于第一连接块1的第一强度小于第二连接块2的第二强度，第一软化温度是小于第二软化温度的，它的软化温度也是相对2较低的，它先到达软化时，2还没软化，强度仍然较高，这是影响焊接质量的关键点。
因为焊接时，界面上通过摩擦生热，在压力和达到对应材料的软化焊接温度对应上后可以形成良好接头，首先到达1的温度，所以以1确定T0，通过调整角度后，让2这时压力和温度也能匹配，形成良好接头。在一实施例中，获取所述第一连接块1的第一软化温度，在所述第一软化温度下获取所述第一强度和所述第二强度。
在一实施例中，所述第一角度和第二角度具有以下关系：
Figure BDA0003674941400000061
其中，A1为所述第一角度，A2为所述第二角度，G1为所述第一强度，G2为所述第二强度。根据第一强度和第二强度准确选择第一角度和第二角度，由此，可以使第一连接块1和第二连接块2的连接强度相同。
在一实施例中，
Figure BDA0003674941400000062
可以根据实际情况，即第二角度可以在上述计算关系中进行一定的微调，微调角度为±5°，使第一连接块1和第二连接块2的强度更加均衡。
综上，基于上述实施例的结合，在一具体的实施例中，某飞机结构中，第一连接块1由TC4材料制成，第二连接块2由TC21材料制成。TC4材料的第一软化温度为700℃。
则测定TC4材料与TC21材料在700℃时相同应变速率(1/s)下的拉伸屈服强度，TC4为445MPa，即第一强度为445MPa。TC21为565MPa，即第二强度为565MPa。在A1选取为30°的情况下，计算得到A2为47°；
将所述楔形块3采用线性摩擦焊连接在所述第一连接块1和所述第二连接块2之间；楔形块3靠近第一连接块1一面与焊接压力P之间第一角度为30°，楔形块3靠近第二连接块2一面与压力P之间角度为47°；
楔形块3的材料选取为TC21材料，经过优化焊接工艺参数为频率50Hz，振幅2.5mm，焊接压力与顶锻压力均为80MPa，焊接过程嵌入量H为8mm；
焊接后通过机加工去除了工艺台以及其他加工余量，完成了某飞机构件制造。
以上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 (3)

1.一种异种材料嵌入式线性摩擦焊接方法，其特征在于，包括：
获取第一连接块、第二连接块和楔形块；
将所述楔形块采用线性摩擦焊连接在所述第一连接块和所述第二连接块之间；
其中，所述楔形块包括底面、第一楔形面和第二楔形面，所述底面上设有法向面，所述底面和所述法向面垂直，所述第一楔形面和所述法向面之间具有第一角度，所述第二楔形面和所述法向面之间具有第二角度；
所述第一楔形面和所述第一连接块贴合，所述第二楔形面和所述第二连接块贴合；
所述第一连接块具有第一强度，所述第二连接块具有第二强度，所述第一强度小于第二强度，则所述第一角度小于所述第二角度；
获取所述第一连接块的第一软化温度，在所述第一软化温度下获取所述第一强度和所述第二强度；
所述第一角度和第二角度具有以下关系：
A2=，其中，A1为所述第一角度，A2为所述第二角度，G1为所述第一强度，G2为所述第二强度。
2.根据权利要求1所述的异种材料嵌入式线性摩擦焊接方法，其特征在于，所述楔形块具有第三强度，所述第三强度大于或等于所述第二强度。
3.根据权利要求1所述的异种材料嵌入式线性摩擦焊接方法，其特征在于，A2=。
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