[發(fā)明專利]一種基于攪拌摩擦焊接的箱體結(jié)構(gòu)精密制造方法

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• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN110666338A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱智;劉成財;楊楠;王治慧;金強;王鑫楊;劉欽玉;葛志寶
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/24
• 代理公司: 21109 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉曉嵐

本發(fā)明公開了一種基于攪拌摩擦焊接的箱體結(jié)構(gòu)精密制造方法，該方法包括以下四個步驟：一：對箱體結(jié)構(gòu)進行連接界面劃分，將焊縫設(shè)置在易于實施攪拌摩擦焊接的部位；箱體結(jié)構(gòu)中各部分之間的連接界面采用對接和/或搭對接的接頭形式。二：利用機加工方法對箱體結(jié)構(gòu)的各部分進行預(yù)加工，并留有所需焊接余量。三：利用攪拌摩擦焊接技術(shù)將箱體結(jié)構(gòu)各部分焊接在一起。四：對焊接后的箱體進行機加工和去應(yīng)力處理，從而實現(xiàn)箱體結(jié)構(gòu)的精密制造。本發(fā)明主要用于電子、航空、航天、軌道列車、船舶等工業(yè)中箱體結(jié)構(gòu)的精密制造。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機械加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于攪拌摩擦焊接的箱體結(jié)構(gòu)精密制造方法。

背景技術(shù)

VPX機箱作為電子元件的承載主體，已被廣泛應(yīng)用于電子、航空、航天、軌道列車、船舶等工業(yè)領(lǐng)域中。然而不同領(lǐng)域?qū)PX機箱的性能要求不同，如航天領(lǐng)域中，對VPX箱體結(jié)構(gòu)的電學性能、導(dǎo)熱性能、重量及尺寸精度都有著極為嚴格的要求，只要有一方面不滿足要求，就會嚴重影響箱體的正常使用，因此，VPX機箱的制造難度極大。

航天VPX機箱的主體結(jié)構(gòu)一般是由上蓋板、下蓋板、左側(cè)板、右側(cè)板和中心結(jié)構(gòu)幾部分組成，傳統(tǒng)的連接方法主要有機械連接、熔化焊接、釬焊+機械連接等方式。其中，機械連接方法相對比較簡單，然而機械連接的連接點不連續(xù)，可靠性較差，而且由于接觸熱阻和接觸電阻的存在，使得箱體結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性較差，嚴重影響箱體結(jié)構(gòu)的正常服役，因此幾乎不采用；對于熔化焊接方法，其接頭的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性相對較好，但對鋁合金、鎂合金等低熔點輕合金來說，熔化焊極易形成粗大晶粒、熱裂紋和氣孔等焊接缺陷，使得接頭強度降低。此外，熔化焊的焊接變形和殘余應(yīng)力較大，直接影響焊后箱體結(jié)構(gòu)的尺寸穩(wěn)定性，進而嚴重影響箱體服役的可靠性；對釬焊而言，其接頭的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性相對機械連接較好，釬焊機箱的尺寸精度與熔化焊相比要高得多，降低了焊后機加工的難度，但釬焊接頭的連接強度較低，因此并不單獨使用，而是通常與機械連接相結(jié)合。雖然釬焊與機械連接相結(jié)合的連接方式同時具有兩者的優(yōu)點，但是釬焊中釬料和機械連接中連接件的使用會顯著增加VPX機箱的重量，難以滿足航空、航天領(lǐng)域的減重要求。此外，鋁合金和鎂合金具有密度小、導(dǎo)熱性能優(yōu)良等優(yōu)點，是目前航空、航天VPX機箱的首選材料，然而鋁合金、鎂合金的熔化焊和釬焊工藝仍存在諸多難點，大大限制了焊接技術(shù)在這類箱體結(jié)構(gòu)制造中的應(yīng)用。

攪拌摩擦焊接是一種先進的固態(tài)連接技術(shù)，它利用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌工具與工件摩擦產(chǎn)生摩擦熱，使待焊區(qū)材料達到熱塑性狀態(tài)，并在攪拌工具的機械攪拌和頂鍛作用下，實現(xiàn)材料間的連接。作為一種固態(tài)焊接技術(shù)，攪拌摩擦焊接無需添加任何輔助材料，具有高質(zhì)量、低變形、對連接結(jié)構(gòu)不增重、對環(huán)境無污染等一系列優(yōu)點，因此能夠有效解決低熔點輕金屬材料采用熔化焊易出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷及焊接變形較大的問題，非常適合鋁合金、鎂合金箱體結(jié)構(gòu)的制造。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有VPX機箱制造方法中存在的不足，本發(fā)明提出一種基于攪拌摩擦焊接的箱體結(jié)構(gòu)精密制造方法，該方法不僅提高了箱體結(jié)構(gòu)的連接強度，還有效解決了傳統(tǒng)焊接方法易出現(xiàn)氣孔、裂紋、變形大、殘余應(yīng)力高等問題，在提高連接接頭綜合性能的同時，保證了箱體結(jié)構(gòu)的制造精度，從而保障了箱體結(jié)構(gòu)服役的安全可靠性。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種基于攪拌摩擦焊接的箱體結(jié)構(gòu)精密制造方法，該方法包括如下步驟：

步驟一：對箱體結(jié)構(gòu)進行連接界面劃分，將焊縫設(shè)置在易于可靠實施攪拌摩擦焊接的部位；所述箱體結(jié)構(gòu)中各部分之間的連接界面采用對接和/或搭對接的接頭形式；

步驟二：根據(jù)箱體具體結(jié)構(gòu)選擇機加工方法對箱體結(jié)構(gòu)的各部分進行預(yù)加工，預(yù)加工后各部分留有所需焊接余量；

步驟三：利用攪拌摩擦焊接技術(shù)將箱體結(jié)構(gòu)各部分焊接在一起；

步驟四：對焊接后的箱體進行機加工和去應(yīng)力處理，從而實現(xiàn)箱體結(jié)構(gòu)的精密制造。