[发明专利]一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法

说明书

本发明公开了一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法，该方法包括以下四个步骤：一：对箱体结构进行连接界面划分，将焊缝设置在易于实施搅拌摩擦焊接的部位；箱体结构中各部分之间的连接界面采用对接和/或搭对接的接头形式。二：利用机加工方法对箱体结构的各部分进行预加工，并留有所需焊接余量。三：利用搅拌摩擦焊接技术将箱体结构各部分焊接在一起。四：对焊接后的箱体进行机加工和去应力处理，从而实现箱体结构的精密制造。本发明主要用于电子、航空、航天、轨道列车、船舶等工业中箱体结构的精密制造。

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法。

背景技术

VPX机箱作为电子元件的承载主体，已被广泛应用于电子、航空、航天、轨道列车、船舶等工业领域中。然而不同领域对VPX机箱的性能要求不同，如航天领域中，对VPX箱体结构的电学性能、导热性能、重量及尺寸精度都有着极为严格的要求，只要有一方面不满足要求，就会严重影响箱体的正常使用，因此，VPX机箱的制造难度极大。

航天VPX机箱的主体结构一般是由上盖板、下盖板、左侧板、右侧板和中心结构几部分组成，传统的连接方法主要有机械连接、熔化焊接、钎焊+机械连接等方式。其中，机械连接方法相对比较简单，然而机械连接的连接点不连续，可靠性较差，而且由于接触热阻和接触电阻的存在，使得箱体结构的导热性和导电性较差，严重影响箱体结构的正常服役，因此几乎不采用；对于熔化焊接方法，其接头的导热性和导电性相对较好，但对铝合金、镁合金等低熔点轻合金来说，熔化焊极易形成粗大晶粒、热裂纹和气孔等焊接缺陷，使得接头强度降低。此外，熔化焊的焊接变形和残余应力较大，直接影响焊后箱体结构的尺寸稳定性，进而严重影响箱体服役的可靠性；对钎焊而言，其接头的导热性和导电性相对机械连接较好，钎焊机箱的尺寸精度与熔化焊相比要高得多，降低了焊后机加工的难度，但钎焊接头的连接强度较低，因此并不单独使用，而是通常与机械连接相结合。虽然钎焊与机械连接相结合的连接方式同时具有两者的优点，但是钎焊中钎料和机械连接中连接件的使用会显著增加VPX机箱的重量，难以满足航空、航天领域的减重要求。此外，铝合金和镁合金具有密度小、导热性能优良等优点，是目前航空、航天VPX机箱的首选材料，然而铝合金、镁合金的熔化焊和钎焊工艺仍存在诸多难点，大大限制了焊接技术在这类箱体结构制造中的应用。

搅拌摩擦焊接是一种先进的固态连接技术，它利用高速旋转的搅拌工具与工件摩擦产生摩擦热，使待焊区材料达到热塑性状态，并在搅拌工具的机械搅拌和顶锻作用下，实现材料间的连接。作为一种固态焊接技术，搅拌摩擦焊接无需添加任何辅助材料，具有高质量、低变形、对连接结构不增重、对环境无污染等一系列优点，因此能够有效解决低熔点轻金属材料采用熔化焊易出现气孔、裂纹等缺陷及焊接变形较大的问题，非常适合铝合金、镁合金箱体结构的制造。

发明内容

针对现有VPX机箱制造方法中存在的不足，本发明提出一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法，该方法不仅提高了箱体结构的连接强度，还有效解决了传统焊接方法易出现气孔、裂纹、变形大、残余应力高等问题，在提高连接接头综合性能的同时，保证了箱体结构的制造精度，从而保障了箱体结构服役的安全可靠性。本发明所采用的技术方案如下：

一种基于搅拌摩擦焊接的箱体结构精密制造方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：对箱体结构进行连接界面划分，将焊缝设置在易于可靠实施搅拌摩擦焊接的部位；所述箱体结构中各部分之间的连接界面采用对接和/或搭对接的接头形式；

步骤二：根据箱体具体结构选择机加工方法对箱体结构的各部分进行预加工，预加工后各部分留有所需焊接余量；

步骤三：利用搅拌摩擦焊接技术将箱体结构各部分焊接在一起；

步骤四：对焊接后的箱体进行机加工和去应力处理，从而实现箱体结构的精密制造。