[实用新型]异种材料复合焊接装置

说明书

技术领域

本实用新型属于焊接装置领域，具体涉及性能差异较大的异种材料之间的焊接装置，适用于物理化学性能差异较大的材料间(例如：铝/钢、铝/不锈钢、TiAl基合金/钢、钨合金/钢、钛合金/钢、钛合金/不锈钢等)的焊接。

背景技术

近年来，由异种材料焊接制得的复合材料因其良好的性能在各行业都有广泛的应用需求。其中对一些性能差异较大的异种材料，如铝/钢、铝/不锈钢，TiAl基合金/钢、钨合金/钢、钛合金/钢、钛合金/不锈钢等，由于材料间的熔点、硬度、热传导率、膨胀系数、化学成分等方面的差异较大，使得互溶度低、接头残余应力大、易生成有害的脆性相，造成接头强度低等问题，成为限制这些复合材料的推广应用的技术瓶颈。因此选用合理的制备工艺方法或焊接装置，获得优良的焊接接头是这些复合材料研究的当务之急。

目前，对异种材料的焊接方法主要有：激光焊、电子束焊、钎焊、扩散焊、摩擦焊等。激光焊和电子束焊属于熔焊，虽然生产效率高，但接头易出现气孔、裂纹、偏析和脆性相。钎焊的钎料需要专门研制，接头强度受钎料影响，强度偏低，且不能应用于高温环境。固相扩散焊焊接时间长，生产效率低，脆性相的生成受焊接温度和时间影响很大。加中间过渡层的瞬间液相扩散焊，虽能提高生产效率，但获得良好接头所需的中间过渡层大部分需要专门配制，工艺复杂。

摩擦焊(主要包括搅拌摩擦焊和惯性摩擦焊，本技术方案以惯性摩擦焊为主)生产效率高，因界面不熔化，接头不易生成脆性相，在异种材料焊接方面有较大的优势。由于所焊的两种材料性能方面的差异，采用摩擦焊时，焊接面温度通常介于两种材料熔点之间，这就使得焊接面上熔点低的材料一端界面温度过热，生成的热塑性金属多，而熔点高的材料一端温度不够，生成的塑性变形层薄。

众所周知，摩擦焊的实质是通过界面金属塑性变形、再结晶和元素扩散来形成良好的接头。当焊接面温度不足以形成足够的热变形金属层时，再结晶和元素扩散都难以进行，高强接头就无法获得。如果提高界面热输入来获得足够的变形金属层，焊接界面又会因材料间的互溶度较差，温度升高而导致脆性相生成，降低接头强度。此外再加上界面热应力大，采用直接摩擦焊方式来焊接这些熔点差异较大的材料，获得质量良好的接头比较困难。

基于此，申请人考虑对现有惯性摩擦焊机进行改进，并设计一种结构简单合理，造价更低，焊接效率更高，焊接质量更好的异种材料复合焊接装置。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种结构简单合理，造价更低，焊接效率更高，焊接质量更好的异种材料复合焊接装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

异种材料复合焊接装置，包括惯性摩擦焊机，所述惯性摩擦焊机具有水平正对间隔设置且用于夹紧由异种材料制得的两个待焊件的旋转夹具和移动夹具；其特征在于：还包括加热器和由耐高温材料制得的顶压棒；

所述加热器包括壳体，所述壳体的内部具有加热腔，所述加热腔通过设置的加热元件进行加热；所述壳体的顶部具有通过锁扣连接的顶盖；所述壳体整体安装在旋转夹具和移动夹具之间，且旋转夹具的夹紧件与移动夹具的夹紧件从所述壳体的两个侧面贯穿并伸入至所述加热腔内部；

所述顶压棒通过可拆式套接件夹紧安装在移动夹具的夹紧件上。

采用上述异种材料复合焊接装置，利用惯性摩擦焊机自身夹持和推压系统，并结合加热器使用后，即可在一焊接设备上完成了扩散焊接和摩擦焊接两种固相焊接方法，这样不仅能够提高焊接效率，还能够实现在中间过渡层的制备后，快速通过惯性摩擦焊来制得连接可靠、焊接质量更好的焊接接头，大幅节约了设备投资。

作为优选，异种材料复合焊接装置还包括用于支承固定所述加热器的中间支撑架，所述中间支撑架包括直线导轨和支撑座；所述直线导轨固定安装在所述惯性摩擦焊机上；所述直线导轨的长度方向与所述移动夹具的移动方向相平行，且所述支撑座的下端设置有滑动配合连接所述直线导轨上的滑槽，所述支撑座的上端与所述加热器的底部固定相连。

上述中间支撑架的设置，能够对加热器的位置进行准确的调整，从而可加热器内部的加热元件能够邻近并对准需要加热的焊接面，确保焊接质量的同时，降低加热能耗，提高使用效益。