[发明专利]新型传动轴及其搅拌摩擦焊工艺

说明书

本发明公开了一种新型传动轴及其搅拌摩擦焊工艺，该新型传动轴包括铝合金轴叉(或钢轴叉)和铝合金轴管，所述轴叉和轴管采用搅拌摩擦焊方式连接；轴叉和轴管的连接端设有搭接台阶，所述轴叉临近搭接台阶的外圆上设有一个切向小凸台，轴管套接在轴叉的搭接台阶上。为了实现铝合金轴叉与铝合金轴管，或钢轴叉与铝合金轴管的同种或异种材料焊接，在轴叉上设计一个用于搅拌摩擦焊工艺收尾的小凸台，以避免搅拌摩擦焊收尾针孔对传动轴焊接质量的不利影响。本发明提供了连接强度大、同轴度高、质量稳定的大径厚比铝合金(或钢/铝)新型传动轴及其搅拌摩擦焊工艺，适应车辆轻量化和降成本的市场需求。

技术领域

本发明属于车辆工程技术领域，涉及到传动轴及其制造工艺，具体涉及一种新型传动轴及其搅拌摩擦焊工艺。

背景技术

为了适应车辆轻量化的技术要求，一些新材料和新结构被广泛开发和应用到新型车辆上。传动轴是车辆底盘中的一个关键部件，传统的车辆传动轴由钢质轴叉和钢质轴管焊接而成。为了达到底盘轻量化的目的，铝合金传动轴、钢/铝异种材料传动轴的开发变得十分迫切。

目前，已有基于旋转摩擦焊的铝合金传动轴被开发出来，这种传动轴的焊缝质量不够稳定，焊接后的轴叉、轴管同轴度差，焊缝处会留下一圈因摩擦变形而形成的飞边，增加了传动轴的无效重量和动平衡不稳定性，降低了传动轴的外观质量。特别是对于大径厚比的传动轴管，旋转摩擦焊很难保证轴叉与轴管的同轴度、直线度等技术指标。至于适应大扭矩和高疲劳的钢/铝异种材料传动轴及其焊接工艺，尚未见有公开报道。

搅拌摩擦焊技术作为一种固相焊接技术，依靠高速旋转的搅拌头和待焊工件之间的摩擦，对焊缝两侧的材料进行搅拌混合，在搅拌头的压力下形成焊缝，该过程的热作用小，适应热敏感性材料和异质材料的连接，具有很好的应用前景。对于传动轴环形焊缝的焊接，搅拌摩擦焊作用于轴叉和轴管连接外圆面，有望解决薄壁大管径轴管与轴叉的焊接接头软化、同轴度难控制等问题，亦能降低综合制造成本。截至目前尚未见有采用搅拌摩擦焊工艺焊接的车辆用传动轴的公开报道。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题包括：在高强铝合金、钢/铝异种材料新型车辆传动轴的焊接过程中，容易造成焊接接头弱化，轴叉与轴管同轴度等性能指标不容易保证。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种新型传动轴，包括轴叉和轴管，所述轴叉和轴管采用焊接方式连接；轴叉和轴管的连接端设有搭接台阶，所述轴叉临近搭接台阶的外圆上设有一个切向小凸台，轴管套接在轴叉的搭接台阶上。

优选地，所述轴管为铝合金轴管，所述轴叉为铝合金轴叉或钢轴叉。

优选地，当轴叉为钢轴叉时，钢轴叉的小凸台上预设有导向槽。

优选地，所述铝合金轴叉为锻铝件，所述钢轴叉为锻钢或铸钢件，铝合金轴管为大径厚比的高频焊管。

优选地，所用焊接方式为搅拌摩擦焊。

一种上述新型传动轴的搅拌摩擦焊工艺，焊接过程如下：轴叉和轴管由自动搅拌摩擦焊机施焊，高速旋转的搅拌头上的搅拌针从小凸台切点附近的搭接环形焊缝中心下压起焊，焊接完毕搭接环形焊缝后，搅拌头偏转移向小凸台，搅拌针最后从小凸台上抽离焊缝，完成轴叉和轴管的搅拌摩擦焊接。

进一步地，所述轴叉和轴管完成搅拌摩擦焊接后，对传动轴焊缝外圆进行车削加工，去除带有针孔或导向槽的小凸台，完成新型传动轴的焊接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明解决了高强铝合金、钢/铝异种材料传动轴的焊接接头弱化问题，从传动轴零件结构、搅拌摩擦焊工艺路径方面系统地解决了铝合金和钢/铝传动轴的高效、稳定性焊接问题。