外旋式摩擦焊件及其组合结构的制作方法

1.本专利涉及焊接连接件，尤其涉及一种外旋式摩擦焊件及其组合结构。


背景技术：

2.传统的焊接件如焊钉，焊盘等，其主要作为连接件或结构加强件使用，一般都焊接在钢板表面，也有作为混凝土锚固使用。而传统的小空腔结构，多通过螺杆或者连接板焊接连接，但由于小空腔中间空间小，因此小空腔板的内焊接一直是行业的瓶颈问题，狭小空间内对一个构件两端进行焊接，需要保障两端的焊接工艺稳定、参数相同或相近更成为难点。


技术实现要素：

3.本专利针对现有技术中小空腔板的内焊由于空间小，人与焊接设备无法进入操作焊接等问题，提供了一种焊接简单方便，能够解决小空腔板之间焊接难题的外旋式摩擦焊件及及其组合结构。
4.为了解决上述技术问题，本专利通过下述技术方案得以解决：
5.外旋式摩擦焊件，包括夹持部与连接部，夹持部包括夹持端、摩擦台以及支撑台，摩擦台上端与夹持端连接，摩擦台下端与支撑台连接，支撑台的直径大于摩擦台，支撑台下部与连接部连接。夹持端用于配合旋转夹持机夹持使用。
6.作为优选，摩擦台为变径段或台阶。连接部为柱状，连接部的下端设置增厚的焊环，焊环的直径大于连接部的直径。外旋式摩擦焊件为金属材料制成，夹持部与摩擦台、支撑台为一体。本技术中的焊环直径大于连接部，其目的为增大焊环与远端板的连接界面，防止近端旋转时远端的跳动，适量减少嵌入远端板的深度，形成稳定的连接构造。
7.作为优选，夹持部为外凸结构，夹持部的横截面为多边形截面。夹持部满足摩擦焊旋转动力要求，外凸同时兼顾成为附加连接端或锚固功能。本技术在柱状管体的一端设有夹持部，夹持部位于面板外部，并可与摩擦焊接机构的旋转端连接。在夹持部的下部，设有与上钢板开孔相配合的锥形凸台，柱状管体的远端部与底板相接触，形成了一个旋转机构面底板同步焊接的巧妙结构。
8.作为优选，夹持部为内凹结构，夹持部的中部设置内凹的多边形连接槽。夹持部满足摩擦焊旋转动力要求，内凹的槽型用于旋转装置，同时保持旋转部与面板基本持平，顺畅光滑。
9.作为优选，连接部为空心管体。空心管体可以在保障连接件连接端强度、保障旋转扭矩的同时，降低材料用量，减少旋转时接近圆心处线速度小的低效摩擦焊区域；另外，通过增大直径和提高连接强度，通过控制壁厚可协调刚度过大从而引起焊缝应力过大的工况，构造平衡的柔性结构。
10.作为优选，连接部为圆柱形实心棒体。实心棒体适用于直径较小，双钢板间距较小时的工况。
11.作为优选，连接部上通过部分切割，切割部分冲压形成外翻或内翻的连接片。母材
外翻连接片具有减少焊接，减少焊接引起的疲劳和开裂，降低成本等作用。
12.作为优选，摩擦台为圆台，摩擦台由夹持端至支撑台的直径逐渐增大。摩擦台为直径上小下大的圆台，支撑台设置在摩擦台的下部，支撑台的直径更大，当外旋式摩擦焊件上端的夹持部伸入上钢板时，由于支撑台的直径大于上钢板上开孔直径，因此正好与上钢板的下表面接触，摩擦焊接。
13.外旋式摩擦焊件组合结构，包括上述的外旋式摩擦焊件，还包括上钢板与下钢板，上钢板上开设有连接孔，外旋式摩擦焊件设置在上钢板与下钢板之间，夹持部的上部穿过连接孔；夹持部上的支撑台与上钢板的下表面、夹持部的摩擦台的外表面与上钢板上连接孔的内壁、以及外旋式摩擦焊件的连接部的下端与下钢板的上表面通过摩擦焊连接。摩擦旋转焊接时，摩擦焊的顶锻压力首先作用于面板，面板通过锥形凸台施加于柱状管体、柱状管体传力至远端端部，与最远端的底板顶紧，在上述传力路径中，均形成了作用力与反作用力的传递，使得面板初始顶锻力、面板与锥形凸台的摩擦焊接顶锻力，柱状管体远端端部与底板的顶锻力均大小相同。旋转摩擦机构位于同轴旋转状态，转速相同。旋转摩擦机构与柱状管体启动与停车同步。这样，形成了两个焊接端顶锻力、转速、时间三要素均相同的焊接工艺，使得空腔板外转内焊的制造成为现实。且，其顶锻力、时间、转速均可同步外部机构检测，可控，达到了空腔板稳定性能的效果。
14.作为优选，上钢板与下钢板之间设置填充料，填充料为混凝土。本构造可适用于双钢板剪力墙等结构，通用的双钢板剪力墙焊接量极大，且面板均条状焊接拼接，所焊焊缝为结构焊缝，直接参与受力。本技术为将上述焊缝转为构造焊缝，敏感度降低，面板为整体面板，结构缺陷少，焊接量少，是双钢板剪力墙的升级换代产品。
15.作为优选，混凝土为轻骨料混凝土。由于双钢板内的混凝土无需顾虑碳化，开裂等工况，使用环境大为改善，因此，内填充采用轻骨料混凝土时，自重降低，抗震能力提高，当有些使用环境中，同样的重量可以采用更厚的板体，从而使得两侧双钢板的承载效率平方级的提升，增加了强度性能储备。
16.本专利通过外旋式摩擦焊件解决了传统小空腔板的内焊由于空间小，人与焊接设备无法进入操作焊接等问题，通过外旋式摩擦焊件连接上、下钢板，形成稳定的双钢板连接结构。
附图说明
17.图1为本专利外旋式摩擦焊件结构示意图。
18.图2为本专利图1主视图。
19.图3为本专利外旋式摩擦焊件组合结构示意图。
20.图4为本专利实施例2中夹持部为内凹结构的示意图。
21.图5为本专利图4的剖视图。
22.图6为本专利实施例2的双钢板组合结构图。
23.图7为实施例3中外旋式摩擦焊件结构示意图。
24.图8为图7其他视角图。
25.图9为本专利实施例4的双钢板组合结构图。
26.其中1—夹持部、2—连接部、3—焊环、4—上钢板、5—下钢板、11—夹持端、12—支
撑台、13—摩擦台、21—锥形凸台、41—连接孔。
具体实施方式
27.下面结合附图1至附图9与具体实施方式对本专利作进一步详细描述：实施例1
28.外旋式摩擦焊件，如图1、2、3所示，包括夹持部1与连接部2，夹持部1包括夹持端11、摩擦台13以及支撑台12，摩擦台13上端与夹持端11连接，摩擦台13下端与支撑台12连接，支撑台12的直径大于摩擦台13，支撑台12下部与连接部2连接。夹持端11用于配合旋转夹持机夹持使用。
29.外旋式摩擦焊件为金属材料制成，夹持部1与摩擦台13、支撑台12为一体。本技术中的焊环3直径大于连接部2，其目的为增大焊环与远端板的连接界面，防止近端旋转时远端的跳动，适量减少嵌入远端板的深度，形成稳定的连接构造。
30.夹持部1为外凸结构，夹持部1的横截面为多边形截面。夹持部满足摩擦焊旋转动力要求，外凸同时兼顾成为附加连接端或锚固功能。本技术在柱状管体的一端设有夹持部1，夹持部1位于面板外部，并可与摩擦焊接机构的旋转端连接。在夹持部1的下部，设有与上钢板4开孔相配合的锥形凸台，柱状管体的远端部与底板相接触，形成了一个旋转机构面底板同步焊接的巧妙结构。
31.连接部2为空心管体。空心管体可以在保障连接件连接端强度、保障旋转扭矩的同时，降低材料用量，减少旋转时接近圆心处线速度小的低效摩擦焊区域，另外，通过增大直径和提高连接强度，通过控制壁厚可协调刚度过大从而引起焊缝应力过大的工况，构造平衡的柔性结构。
32.连接部2上通过部分切割，切割部分冲压形成外翻或内翻的连接片。母材外翻连接片具有减少焊接，减少焊接引起的疲劳和开裂，降低成本等作用。
33.摩擦台13为圆台，摩擦台13由夹持端11至支撑台12的直径逐渐增大。摩擦台13为直径上小下大的圆台，支撑台12设置在摩擦台13的下部，支撑台12的直径更大，当外旋式摩擦焊件上端的夹持部1伸入上钢板时，由于支撑台12的直径大于上钢板上开孔直径，因此正好与上钢板的下表面接触，摩擦焊接。
34.外旋式摩擦焊件组合结构，包括上述的外旋式摩擦焊件，还包括上钢板4与下钢板5，上钢板4上开设有连接孔41，外旋式摩擦焊件设置在上钢板4与下钢板5之间，夹持部1的上部穿过连接孔41；夹持部1上的支撑台12与上钢板4的下表面、夹持部1的摩擦台13的外表面与上钢板4上连接孔41的内壁、以及外旋式摩擦焊件的连接部2的下端与下钢板5的上表面通过摩擦焊连接。本实施例中的上钢板4与下钢板5之间设置多个外旋式摩擦焊件，外旋式摩擦焊件将上钢板4与下钢板5焊接连接在一起。
35.上钢板4与下钢板5之间设置填充料，填充料为混凝土。本构造可适用于双钢板剪力墙等结构，通用的双钢板剪力墙焊接量极大，且面板均条状焊接拼接，所焊焊缝为结构焊缝，直接参与受力。本技术为将上述焊缝转为构造焊缝，敏感度降低，面板为整体面板，结构缺陷少，焊接量少，是双钢板剪力墙的升级换代产品。
36.混凝土为轻骨料混凝土。由于双钢板内的混凝土无需顾虑碳化，开裂等工况，使用环境大为改善，因此，内填充采用轻骨料混凝土时，自重降低，抗震能力提高，当有些使用环境中，同样的重量可以采用更厚的板体，从而使得两侧双钢板的承载效率平方级的提升，增
加了强度性能储备。
37.实施例2
38.如图4、5、6所示，本实施例中的外旋式摩擦焊件，夹持部1为内凹结构，夹持部1的中部设置内凹的多边形连接槽。夹持部满足摩擦焊旋转动力要求，内凹的槽型用于旋转装置，同时保持旋转部与面板基本持平，顺畅光滑。
39.摩擦台13为变径段或台阶。连接部2为柱状，连接部2的下端设置增厚的焊环3，焊环3的直径大于连接部2的直径。
40.本技术在柱状管体的一端设有连接夹持端2，连接夹持端2位于面板内部，夹持部1为内凹结构，并可与摩擦焊接机构的旋转端连接，在连接夹持端2的下部，设有与面板开孔相配合的锥形凸台21，柱状管体的远端部与底板相接触，形成了一个旋转机构面底板同步焊接的巧妙结构。
41.摩擦旋转焊接时，摩擦焊的顶锻压力首先作用于面板，面板通过锥形凸台21施加于柱状管体、柱状管体传力至远端端部，与最远端的底板顶紧，在上述传力路径中，均形成了作用力与反作用力的传递，使得面板初始顶锻力、面板与锥形凸台21的摩擦焊接顶锻力，柱状管体远端端部与底板的顶锻力均大小相同。旋转摩擦机构位于同轴旋转状态，转速相同。旋转摩擦机构与柱状管体启动与停车同步。这样，形成了两个焊接端顶锻力、转速、时间三要素均相同的焊接工艺，使得空腔板外转内焊的制造成为现实。且，其顶锻力、时间、转速均可同步外部机构检测，可控，达到了空腔板稳定性能的效果。
42.实施例3
43.如图7、8、9所示，本实施例中的外旋式摩擦焊件，连接部2为圆柱形实心棒体。实心棒体适用于直径较小，双钢板间距较小时的工况。
44.总之，以上所述仅为本专利的较佳实施例，凡依本专利申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本专利专利的涵盖范围。

技术特征：
1.外旋式摩擦焊件，包括夹持部(1)与连接部(2)，其特征在于：夹持部(1)包括夹持端(11)、摩擦台(13)以及支撑台(12)，摩擦台(13)上端与夹持端(11)连接，摩擦台(13)下端与支撑台(12)连接，支撑台(12)的直径大于摩擦台(13)，支撑台(12)下部与连接部(2)连接。2.根据权利要求1所述的外旋式摩擦焊件，其特征在于：摩擦台(13)为变径段或台阶。3.根据权利要求1所述的外旋式摩擦焊件，其特征在于：夹持部(1)为外凸结构，夹持部(1)的横截面为多边形截面。4.根据权利要求1所述的外旋式摩擦焊件，其特征在于：夹持部(1)为内凹结构，夹持部(1)的中部设置内凹的多边形连接槽。5.根据权利要求1所述的外旋式摩擦焊件，其特征在于：连接部(2)为空心管体。6.根据权利要求1所述的外旋式摩擦焊件，其特征在于：连接部(2)为圆柱形实心棒体。7.根据权利要求1所述的外旋式摩擦焊件，其特征在于：连接部(2)上通过部分切割，切割部分冲压形成外翻或内翻的连接片。8.根据权利要求1所述的外旋式摩擦焊件，其特征在于：摩擦台(13)为圆台，摩擦台(13)由夹持端(11)至支撑台(12)的直径逐渐增大。9.外旋式摩擦焊件组合结构，包括权利要求1所述的外旋式摩擦焊件，其特征在于：还包括上钢板(4)与下钢板(5)，上钢板(4)上开设有连接孔(41)，外旋式摩擦焊件设置在上钢板(4)与下钢板(5)之间，夹持部(1)的上部穿过连接孔(41)；夹持部(1)上的支撑台(12)与上钢板(4)的下表面、夹持部(1)的摩擦台(13)的外表面与上钢板(4)上连接孔(41)的内壁、以及外旋式摩擦焊件的连接部(2)的下端与下钢板(5)的上表面通过摩擦焊连接。10.根据权利要求9所述的外旋式摩擦焊件组合结构，其特征在于：上钢板(4)与下钢板(5)之间设置填充料，填充料为混凝土。11.根据权利要求10所述的外旋式摩擦焊件组合结构，其特征在于：混凝土为轻骨料混凝土。

技术总结
本专利涉及焊接连接件，尤其涉及一种外旋式摩擦焊件及其组合结构，包括夹持部(1)与连接部(2)，夹持部(1)包括夹持端(11)、摩擦台(13)以及支撑台(12)，摩擦台(13)上端与夹持端(11)连接，摩擦台(13)下端与支撑台(12)连接，支撑台(12)的直径大于摩擦台(13)，支撑台(12)下部与连接部(2)连接。本发明通过外旋式摩擦焊件解决了传统小空腔板的内焊由于空间小，人与焊接设备无法进入操作焊接等问题，通过外旋式摩擦焊件连接上、下钢板，形成稳定的双钢板连接结构。连接结构。连接结构。


技术研发人员：孙天明 蔡将雄
受保护的技术使用者：浙江中隧桥波形钢腹板有限公司
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/8/13