[发明专利]一种球面摩擦焊接连接结构与连接方法

权利要求书

1.一种球面摩擦焊接连接结构，包括从构件1和主构件2，其特征在于：所述从构件1上有凸出的外球面结构，所述从构件1的外球面角度θ₁取值范围为0＜θ₁＜180°，所述主构件2上有凹进去的内球面结构，所述主构件2的内球面角度θ₂取值范围为0＜θ₂＜180°；所述从构件1的外球面半径R₁与主构件2的内球面半径R₂相等；所述从构件1和主构件2采用摩擦焊接工艺，通过从构件1外球面和主构件2内球面之间的摩擦焊连接在一起，形成完整的连接结构。

2.根据权利要求1所述的一种球面摩擦焊接连接结构，其特征在于：所述从构件1的外球面角度θ₁大于主构件2的内球面角度θ₂。

3.根据权利要求1所述的一种球面摩擦焊接连接结构，其特征在于：对于铸造成型的涡轮或叶轮，轮毂与轮盘分开加工，轮毂作为从构件1，轮毂上有凸出的外球面结构，轮毂采用合金棒材加工而成，轮盘作为主构件2，轮盘上有凹进去的内球面结构，轮盘采用铸造成型，轮毂包含涡轮或叶轮心部的最大应力位置，轮毂和轮盘通过摩擦焊连接在一起形成完整的涡轮或叶轮；轮毂的外球面半径与轮盘的内球面半径相等，轮毂的外球面角度大于轮盘的内球面角度。

4.一种球面摩擦焊接连接方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、确定连接结构在工作时的应力空间分布特征：采用有限元仿真计算方法确定连接结构在工作时的应力空间分布特征；

b、确定连接结构的组成构件外球面与内球面的尺寸参数：根据连接结构的结构特点与应力空间分布特征，确定从构件1的外球面和主构件2的内球面尺寸参数，其中，从构件1的外球面角度θ₁取值范围为0＜θ₁＜180°，主构件2的内球面角度θ₂取值范围为0＜θ₂＜180°，从构件1的外球面半径R₁与主构件2的内球面半径R₂相等，从构件1的外球面角度θ₁大于主构件2的内球面角度θ₂；

c、从构件1的外球面加工：按照步骤b中确定的从构件1的外球面半径R₁与角度θ₁进行从构件1的加工；

d、主构件2的内球面加工：按照步骤b中确定的主构件2的内球面半径R₂与角度θ₂进行主构件2的加工；

e、确定从构件1与主构件2的摩擦焊接工艺参数：根据从构件1的材料性能参数与外球面尺寸参数以及主构件2的材料性能参数与内球面尺寸参数，确定从构件1与主构件2之间的摩擦焊接工艺参数，工艺参数包括从构件1与主构件2之间的相对旋转角速度、轴向力与进给量；

f、从构件1与主构件2的摩擦焊接：采用摩擦焊接方式，在摩擦焊机上利用夹具将从构件1与主构件2分别固定在两端，按照步骤e确定的焊接工艺参数，通过从构件1外球面和主构件2内球面的摩擦焊接形成完整的连接结构。