CN105108311A - 带孔端面与平整端面、带孔端面与带孔端面的连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带孔端面与平整端面、带孔端面与带孔端面的连接方法，方法步骤主要包括：1）制作金属连接块，金属连接块的一表面上有可与所述孔相配合的凸起；2）将所述凸起与所述孔配合，并使得金属连接块与所述带孔端面贴合；3）将平整端面与金属连接块远离带孔端面的一面贴合，或将两块分别与两个带孔端面配合的连接块相贴合，并将搅拌头伸入所述贴合的缝隙中进行搅拌摩擦焊接。本发明提供的带孔端面与平整端面、带孔端面与带孔端面的连接方法，解决了目前带孔端面与平整端面、或带孔端面与带孔端面无法摩擦焊接的技术问题。

Description

带孔端面与平整端面、带孔端面与带孔端面的连接方法

技术领域

本发明属于机械加工领域，具体涉及一种带孔端面与平整端面、带孔端面与带孔端面的连接方法。

背景技术

目前，两个铝合金件的连接方式通常包括焊接，焊接也称作熔接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料的制造工艺及技术。

焊接包括热熔焊、激光焊和摩擦焊等，目前使用最普遍的是热熔焊，但是热熔焊存在以下缺点：变形大，强度损失大，焊缝缺陷多等。因此，在很多情况下，热熔焊并不能满足产品性能的要求，如在制作悬挂式汽车电池托盘时，即于汽车铝合金底板外沿焊接一个边框，用于将汽车铝合金底板悬挂于汽车上，若采用热熔焊来焊接所述底板和边框，由于焊缝处强度损失严重，即焊缝处的强度较小，因此焊缝处容易裂开，且容易漏水，导致安全事故的发生，因此企业在设计生产汽车时，不得不于汽车底板下端额外加一块钢板用于支撑和防水，这无疑增加了汽车的整体重量，即增加了汽车的能耗。

为了克服上述技术问题，人们会想到用搅拌摩擦焊来进行连接，搅拌摩擦焊即为利用工件端面的相互运动、相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速固化、完成焊接的一种焊接方式。然而搅拌摩擦焊只适用于两个平整端面的焊接，对于带孔端面与平整端面、带孔端面与另一个带孔端面的焊接，搅拌摩擦焊技术很难实现，因为在搅拌摩擦的过程中，高度塑性变形的材料会进入端面的孔中并分散、然后迅速于孔中成型，使得两个铝合金件无法实现连接。特别地，对于多孔的汽车底板与其边框的连接，即汽车底板的外沿端面上均有多个贯穿内部的孔洞，无法用搅拌摩擦焊的方式来实现，而采用热熔焊的方式一方面强度损失大、焊缝缺陷多，另一方面边框无法与底板端面上的钣金连接，使得底板与边框的连接强度不够。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种带孔端面与平整端面的连接方法，以解决目前带孔端面与平整端面无法摩擦焊接的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供基础方案一如下：带孔端面与平整端面的连接方法，包括两个铝合金件，一个铝合金件的端面为带孔端面，另一个铝合金件的端面为平整端面，包括以下步骤：

1)制作金属连接块，金属连接块的一表面上有可与所述带孔端面的孔相配合的凸起；

2)将所述凸起与所述孔配合，凸起与孔之间的间隙为0-0.5mm，并使得金属连接块与所述带孔端面贴合；

3)将平整端面与金属连接块远离带孔端面的一面贴合，并将摩擦焊机的搅拌头伸入平整端面的铝合金件内、或金属连接块内、或两者的连接缝中，对金属连接块和两个铝合金件搅拌摩擦焊接。

采用本发明技术方案的带孔端面与平整端面的连接方法，其中：

所述的带孔端面是指铝合金件的端面上有多个延伸至铝合金件内部的孔洞；所述的平整端面是指铝合金件的端面为平整状，既无孔洞又无凸起；所述的金属连接块接受搅拌摩擦可生热并发生塑性变形，搅拌摩擦结束后又可迅速固化，所述的金属可选用铝、锌、铜、铅等。

步骤1)中：金属连接块与凸起相对固定，金属连接块可对凸起进行限位，避免凸起滑落至所述孔中；

步骤2)中：凸起一方面用于对金属连接块限位，避免金属连接块在铝合金件端面上滑动，即金属连接块与凸起之间互相限位，另一方面用于填充铝合金件端面的孔，避免发生热塑性变形的材料进入所述孔中，从而保证带孔端面与平整端面的焊接；

步骤3)中：将摩擦焊机的搅拌头伸入平整端面的铝合金件内、或金属连接块内、或两者的连接缝中，使得搅拌头的肩部能同时按压住两个铝合金件和连接块，搅拌头旋转，搅拌头的肩部与铝合金件和连接块的侧面摩擦生热，搅拌头与平整端面的铝合金件或连接块摩擦生热，使得搅拌头前面的材料发生高度的塑性变形，随着搅拌头的移动，高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后，形成搅拌摩擦焊的焊缝，由于铝合金件端面的孔被凸起封堵，因此高度塑性变形的材料不会进入所述孔中，而是停留在三者之间的连接处，并迅速固化，实现带孔端面与平整端面的连接。

以下方案是基于基础方案一的优选方案：

优选方案一：所述金属连接块的厚度为0.5-15mm。该厚度既能保证焊接强度，又能保证整块金属连接块发生高度的热塑性变形。

优选方案二：所述凸起的长度为5-10mm。5-10mm既能保证对搅拌摩擦的承受强度又能避免浪费或增加铝合金件的重量。

优选方案三：所述连接块为铝合金连接块。材质相同即发生热塑性变形的温度相同，便于控制搅拌摩擦焊过程中的工艺参数，焊接效果好。

优选方案四：基于上述优选方案和基础方案一中的任意一项，所述带孔端面的铝合金件为多孔汽车底板，所述平整端面的铝合金件为底板边框。

多孔汽车铝合金底板与铝合金边框通过摩擦焊连接，强度大，防水性好，于该边框上再焊接多个耳板可直接悬挂于汽车上，避免额外加一块支撑钢板而增加汽车的重量，减小能耗。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种带孔端面与带孔端面的连接方法，以解决目前带孔端面与带孔端面无法摩擦焊接的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供基础方案二如下：包括两个铝合金件，两个铝合金件的端面均为带孔端面，包括以下步骤：

1)制作金属连接块，金属连接块的两侧表面上有可分别与两个铝合金件端面上的孔相配合的凸起；

2)将金属连接块两侧的凸起分别与两个铝合金件上的孔配合，凸起与孔之间的间隙为0-0.5mm，并使得金属连接块与位置对应的带孔端面贴合；

3)将摩擦焊机的搅拌头伸入金属连接块内，对金属连接块和两个铝合金件搅拌摩擦焊接。

基础方案二中，金属连接块的两侧均设有凸起，将金属连接块两侧的凸起分别与两个带孔端面上的孔配合，再将搅拌头伸入金属连接块内，使得搅拌头的肩部按压住连接块和两个铝合金件，对金属连接块和两个铝合金件搅拌摩擦焊接，其原理与基础方案一的原理相同。

以下方案是基于基础方案二的优选方案：

优选方案一：所述金属连接块的厚度为1-30mm。该厚度既能保证焊接强度，又能保证整块金属连接块发生高度的热塑性变形。

优选方案二：所述凸起的长度为5-10mm。5-10mm既能保证对搅拌摩擦的承受强度又能避免浪费或增加铝合金件的重量。

优选方案三：所述连接块为铝合金连接块。材质相同即发生热塑性变形的温度相同，便于控制搅拌摩擦焊过程中的工艺参数，焊接效果好。

优选方案四：所述连接块位于两侧的凸起之间有一条裂缝，该裂缝将连接块隔断为两部分，步骤3)替换为：将摩擦焊机的搅拌头伸入所述裂缝中对金属连接块和两个铝合金件搅拌摩擦焊接。从而方便搅拌头伸入连接块内，且连接块分为两个独立的部分便于凸起与孔配合时的操作。

附图说明

图1为本发明实施例一中两个铝合金件与连接块配合的结构示意图；

图2为图1的爆炸图；

图3为图1的爆炸图；

图4为图1的主视图；

图5为图4中A-A处的剖视图；

图6为本发明实施例五中两个铝合金件与连接块配合的结构示意图；

图7为图6的爆炸图；

图8为图6的爆炸图；

图9为图6的主视图；

图10为图9中B-B处的剖视图。

具体实施方式

实施例一：

图中的附图标记包括：第一铝合金件1、连接块2、第二铝合金件3、凸起4。

如图1、图4所示，本发明带孔端面与平整端面的连接方法，包括两个长方体铝合金件，分别为第一铝合金件1和第二铝合金件3，第一铝合金件1的厚度为10mm，如图2、图5所示，第一铝合金件1的侧面为带孔端面，该孔的内径为8mm，如图3所示，第二铝合金件3的厚度为10mm，第二铝合金件3的侧面为平整端面，包括以下步骤：

1)采用挤压的方式制作铝合金连接块2，铝合金连接块2的厚度为2mm，宽度为10mm，铝合金连接块2的一表面上有可与第一铝合金件1侧面上的孔相配合的凸起4，该凸起4的长度为10mm，凸起4的外径为7.9mm；

2)将连接块2侧立，将其凸起4与第一铝合金件1侧面上的孔配合，并使得连接块2与第一铝合金件1的带孔端面紧密贴合；

3)将第二铝合金件3与连接块2的外表面，即远离第一铝合金件1的表面紧密贴合，并使得第一铝合金件1、连接块2和第二铝合金件3的上下侧面分别平齐，然后分别用夹具夹紧；将搅拌摩擦焊机的搅拌头从上侧伸入连接块2与第二铝合金件3的连接缝中进行搅拌摩擦焊接，即将第一铝合金件1的带孔端面与第二铝合金件3的平整端面连接，其中搅拌头的进给速度为0.5m/s，旋转速度为1200r/min。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于：铝合金连接块的厚度为0.5mm，凸起的长度为5mm，凸起的外径为7.5mm，其余的与实施例一相同。

实施例三：

本实施例与实施例一的区别在于：铝合金连接块的厚度为15mm，凸起的长度为8mm，凸起的外径为8mm，其余的与实施例一相同。

实施例四：

本发明带孔端面与平整端面的连接方法，包括多孔汽车铝合金底板和铝合金边框，多孔汽车铝合金底板挤压成型，底板的厚度为12mm，带孔端面上孔的孔径为6mm，铝合金边框的侧面为平整端面，边框的高度为100mm。

本实施例的操作步骤与实施例一中步骤的不同之处在于，步骤3)替换为：将边框与连接块的外表面，即远离底板的表面紧密贴合，并使得底板和边框的底端平齐，然后分别用夹具夹紧；将搅拌摩擦焊机的搅拌头从下侧伸入连接块与边框的连接缝中进行搅拌摩擦焊接，即将底板的带孔端面与边框的平整端面连接，其中搅拌头的进给速度为0.5m/min，旋转速度为1200r/min。其余的与实施例一相同。

将挤压而成的多孔汽车底板的四个端面均采用上述方法焊接上边框，并于边框上焊接多个耳板，即制得悬挂式汽车托盘，该悬挂式汽车托盘强度高、防水性能好，且可将汽车电池放于该汽车托盘上、再将托盘通过耳板悬挂于汽车上直接使用，无需于底板下端再设一块支撑钢板来支撑和防水，汽车轻便快捷，能耗低。

实施例五：

图中的附图标记包括：第一铝合金件10、第一孔11、连接块30、第一凸起31、第二凸起32、第二铝合金件50、第二孔51。

本发明带孔端面与带孔端面的连接方法，包括两个铝合金件，如图6、图9所示，分别为第一铝合金件10和第二铝合金件50，如图7、如图10所示，第一铝合金件10的厚度为8mm，第一铝合金件10的侧面为带孔端面，该孔为第一孔11，第一孔11的直径为6mm；如图8所示，第二铝合金件50的厚度为8mm，第二铝合金件50的侧面亦为带孔端面，该孔为第二孔51，第二孔51的直径为6.5mm，包括以下步骤：

1)采用挤压的方式制作铝合金连接块30，该铝合金连接块30的厚度为30mm，宽度为70mm，铝合金连接块30的中间有一条裂缝，该裂缝将连接块30隔断为两部分，分别为第一连接块30和第二连接块30，第一连接块30和第二连接块30的厚度均为15mm，第一连接块30的一表面上有可与第一孔11相配合的第一凸起31，第一凸起31的长度为10mm、外径为5.9mm；第二连接块30的一表面上有可与第二孔51相配合的第二凸起32，第二凸起32的长度为10mm、外径为64.9mm；

2)将两块连接块30侧立，将第一凸起31与第一孔11配合，并使得第一连接块30与第一铝合金件10的带孔端面紧密贴合；将第二凸起32与第二孔51配合，并使得第二连接块30与第二铝合金件50的带孔端面紧密贴合；

3)将两块连接块30远离凸起的一面紧密贴合，并使得两个铝合金件和两块连接块30的上侧面平齐，然后分别用夹具夹紧；将搅拌摩擦焊机的搅拌头从上侧伸入两块连接块30的连接缝中进行搅拌摩擦焊接，即将第一铝合金件10的带孔端面与第二铝合金件50的带孔端面连接，其中搅拌头的进给速度为0.5m/s，旋转速度为1200r/min。

实施例六：

本实施例与实施例五的区别在于：两块连接块的厚度均为0.5mm，第一凸起的长度为5mm，第二凸起的长度为5mm，第一凸起的外径为59.5mm，第二凸起的外径为64.5mm，其余的与实施例五相同。

实施例七：

本实施例与实施例五的区别在于：两块连接块的厚度均为10mm，第一凸起的长度为8mm，第二凸起的长度为8mm，第一凸起的外径为60mm，第二凸起的外径为65mm，其余的与实施例五相同。

实验：

取多孔汽车铝合金底板和铝合金边框，多孔汽车铝合金底板挤压成型，底板的厚度为12mm，带孔端面上孔的孔径为6mm，铝合金边框的侧面为平整端面，边框的高度为100mm。将边框与底板的四个侧面均用普通的热熔焊焊接，得到对比汽车托盘，将对比汽车托盘与实施例四中的悬挂式汽车托盘在相同条件下做性能的对比测试。

一、防水性能的对比测试

取五个对比汽车托盘，分别为对比例1、2、3、4、5，和五个悬挂式汽车托盘，分别为专利1、2、3、4、5，将其一同放入同样的水池中，水位位于边框上端面的下方，浸泡1h后观察十个托盘内的进水情况，结果见表1：

表1

项目	进水情况	项目	进水情况
				对比例1	进水	专利1	未进水
对比例2	进水	专利2	未进水
				对比例3	进水	专利3	未进水
对比例4	未进水	专利4	未进水
				对比例5	进水	专利5	未进水

由表1可得，采用本发明的连接方法制作的汽车托盘防水性能好。

二、抗拉强度的对比测试

取五个对比汽车托盘，分别为对比例1、2、3、4、5，和五个悬挂式汽车托盘，分别为专利1、2、3、4、5，分别对上述十个托盘进行抗拉强度的测试，结果见表2：

表2

项目	抗拉强度(Mpa)	项目	抗拉强度(Mpa)
				对比例1	201	专利1	130
对比例2	200	专利2	132
				对比例3	198	专利3	128
对比例4	200	专利4	127
				对比例5	202	专利5	128

由表2所得，采用本发明的连接方法制作的汽车托盘抗拉强度大。

三、防震性能的对比测试

取五个对比汽车托盘，分别为对比例1、2、3、4、5，和五个悬挂式汽车托盘，分别为专利1、2、3、4、5，使上述十个托盘从1米高处做自由落体运动，观察托盘焊缝处的破裂情况，结果见表3：

表3

项目	破裂情况	项目	破裂情况
				对比例1	破裂	专利1	未破裂
对比例2	破裂	专利2	未破裂
				对比例3	未破裂	专利3	未破裂
对比例4	破裂	专利4	未破裂
				对比例5	破裂	专利5	未破裂

由表3所得，采用本发明的连接方法制作的汽车托盘防震性能好。

对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (10)

1.带孔端面与平整端面的连接方法，包括两个铝合金件，一个铝合金件的端面为带孔端面，另一个铝合金件的端面为平整端面，其特征在于，包括以下步骤：

1）制作金属连接块，金属连接块的一表面上有可与所述带孔端面的孔相配合的凸起；

2）将所述凸起与所述孔配合，凸起与孔之间的间隙为0-0.5mm，并使得金属连接块与所述带孔端面贴合；

3）将平整端面与金属连接块远离带孔端面的一面贴合，并将摩擦焊机的搅拌头伸入平整端面的铝合金件内、或金属连接块内、或两者的连接缝中，对金属连接块和两个铝合金件搅拌摩擦焊接。

2.如权利要求1所述的带孔端面与平整端面的连接方法，其特征在于，所述金属连接块的厚度为0.5-15mm。

3.如权利要求1所述的带孔端面与平整端面的连接方法，其特征在于，所述凸起的长度为5-10mm。

4.如权利要求1所述的带孔端面与平整端面的连接方法，其特征在于，所述连接块为铝合金连接块。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的带孔端面与平整端面的连接方法，其特征在于，所述带孔端面的铝合金件为多孔汽车底板，所述平整端面的铝合金件为底板边框。

6.带孔端面与带孔端面的连接方法，包括两个铝合金件，两个铝合金件的端面均为带孔端面，其特征在于，包括以下步骤：

1）制作金属连接块，金属连接块的两侧表面上有可分别与两个铝合金件端面上的孔相配合的凸起；

2）将金属连接块两侧的凸起分别与两个铝合金件上的孔配合，凸起与孔之间的间隙为0-0.5mm，并使得金属连接块与位置对应的带孔端面贴合；

3）将摩擦焊机的搅拌头伸入金属连接块内，对金属连接块和两个铝合金件搅拌摩擦焊接。

7.如权利要求6所述的带孔端面与带孔端面的连接方法，其特征在于，所述金属连接块的厚度为1-30mm。

8.如权利要求6所述的带孔端面与带孔端面的连接方法，其特征在于，所述凸起的长度为5-10mm。

9.如权利要求6所述的带孔端面与带孔端面的连接方法，其特征在于，所述连接块为铝合金连接块。

10.如权利要求6所述的带孔端面与带孔端面的连接方法，其特征在于，所述连接块位于两侧的凸起之间有一条裂缝，该裂缝将连接块隔断为两部分，步骤3）替换为：将摩擦焊机的搅拌头伸入所述裂缝中对金属连接块和两个铝合金件搅拌摩擦焊接。