[发明专利]一种通过摩擦液柱成形实现组件连接的结构及方法

说明书

技术领域

本发明属于连接件的技术领域，具体涉及一种通过摩擦液柱成形实现组件连接的结构及方法。

背景技术

随着我国近年来在汽车、船舰、飞机等制造领域的快速发展，以及铝、铝合金、钛合金等轻质金属在汽车、船舰、航天器的广泛应用，而汽车、船舰、航天器的在减重、抗疲劳性、可靠性和提升性能的需要日益迫切，而在这些产品的生产、装配过程中的各类组件的连接则直接影响了它们在抗疲劳性、减重性、可靠性和整体性能的提升。然而传统的金属板连接方法，如普通焊接、铆钉、螺钉和螺栓等紧固件连接方式都存在一定的缺陷。对于轻质金属，普通焊接即熔焊因输入的热量较大会产生较大范围的热影响区，同时熔焊很难避免缺陷的产生，最终导致连接部位各方面性能都会有不同程度的下降。为了避免对原有部件的组织与性能产生破坏，而采用的铆钉、螺钉和螺栓等紧固件类连接结构件的疲劳寿命则直接决定了船舰、航天器的性能和寿命，并且这种紧固件连接方式在连接具有较复杂形状结构的部件时难以实现精确定位且为此常需要构造定位固定结构，且三种连接方式都需要做其它大量前期准备工作，影响装配效率,同时紧固件连接的疲劳性能则直接决定了产品的性能。

疲劳寿命低、密封性能差、结构重量增加等都是传统连接方式所面临的不可避免的问题，而这些对于船舰、航天器等要实现在减重性、可靠性、抗疲劳性等性能的提升都是必须要解决的问题。因此掌握先进的连接技术对于推动我国航海、航天等重工业的进一步发展起着越来越重要的作用，而该连接方法应能够连接各种复杂形状的结构部件且能够使汽车、船舰、航天器在减重、抗疲劳等方面得到一定的改善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种连接强度高、节约成本、能够连接各种复杂形状的结构部件的通过摩擦液柱成形实现组件连接的结构及方法。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种通过摩擦液柱成形实现组件连接结构，包括至少两个待连接组件，待连接组件依次搭接形成具有交界面的组合件，其特征是：组合件上预设有塞棒孔，塞棒孔为经过所有的交界面的盲孔，塞棒孔直径大于焊接塞棒的直径，焊接塞棒的前端能插入塞棒孔中，与塞棒孔的孔底接触并与孔壁间隙配合，焊接塞棒通过旋转与塞棒孔的孔底摩擦产热发生塑性变形，使得塑性物填充焊接塞棒与塞棒孔孔壁间的间隙，塑性物冷却后使得各待连接组件经塑性物连接为一体。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的待连接组件上下叠设，位于最下的一个待连接组件上预置盲孔，其余待连接组件上预置与盲孔同轴等直径的上下贯穿的通孔，该盲孔与通孔组合而成塞棒孔。

上述的待连接组件的数量为两个，待连接组件上下叠设，塞棒孔开设于组合件的侧面，且部分位于上部的待连接组件上，部分位于下部的待连接组件上。

上述的焊接塞棒前端的摩擦部为铝、钛、铝合金、钛合金或钢制作。

上述的焊接塞棒的直径较塞棒孔的直径小5mm至10mm。

上述的组合件上的塞棒孔数量为多个，相邻塞棒孔之间部分重叠。

一种通过摩擦液柱成形实现组件连接的方法，包括以下步骤：

步骤一、将焊接塞棒前端伸入组合件的塞棒孔中，使焊接塞棒与塞棒孔同轴配合且焊接塞棒与塞棒孔四周孔壁存在间隙；

步骤二、给予焊接塞棒一定大小的旋转速度，同时在塞棒上施加轴向力并保持一定的向下进给速度，当旋转的焊接塞棒与塞棒孔底部接触时，开始发生剪切摩擦发热；

步骤三、所产生的摩擦热使塞棒自身在底部接触面上发生塑性变形，而塑性金属在轴向力的挤压下向四周扩散、填充塞棒与孔壁间的间隙，并达到紧密结合，随着摩擦液柱液面的不断上升，塑性金属液不断填充塞棒孔，直至漫出塞棒孔，在这过程中，摩擦液柱液面将焊接塞棒表面和塞棒孔内的氧化物、杂质的不断排出；

步骤四、摩擦剪切产热结束，焊接塞棒停止旋转，在焊接塞棒上施加一定大小的顶锻力保证焊接塞棒与塞棒孔孔底紧密结合，待塑性金属液凝固成型形成摩擦塞；

步骤五、沿塞棒孔孔口平面去除多余的焊接塞棒和漫出塞棒孔的塑性金属，使摩擦塞与组合件表面平齐。

当组合件具有多个塞棒孔需填充摩擦塞时，相邻摩擦塞相互搭接。