專利名稱：用于摩擦攪拌焊接的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的預(yù)先表征部分的用于摩擦攪拌焊接的方法以及根據(jù)權(quán)利要求6的預(yù)先表征部分的用于摩擦攪拌焊接的設(shè)備。
背景技術(shù)：
摩擦攪拌焊接使得可以將通過(guò)使用常規(guī)熔融焊接方法不能焊接或者非常難以焊接的兩個(gè)部件整體地結(jié)合。摩擦攪拌焊接主要被用于焊接輕金屬。不需要添加焊接填料。在已知的摩擦攪拌焊接方法中，如例如在WO 93/10935 Al中所述，從旋轉(zhuǎn)圓柱的臺(tái)肩表面延伸的攪拌銷或焊接銷被壓入兩個(gè)部件的對(duì)接接頭中，并且被沿著所述對(duì)接接頭引導(dǎo)，其中，圓柱的臺(tái)肩表面使部件經(jīng)受單側(cè)過(guò)程力。由于臺(tái)肩表面與部件之間的摩擦而產(chǎn)生熱量，借助于該熱量，對(duì)接接頭中的材料被塑化，并且材料隨后由于攪拌銷的浸入而被攪拌。在對(duì)接接頭的或結(jié)合區(qū)的區(qū)域中，部件被支撐在反保持器上，其由于過(guò)程力以及與攪拌銷的接觸而經(jīng)受非常顯著的磨損，并且因此需要相應(yīng)地不時(shí)地替換。特別是在球狀大面積部件或球形延伸結(jié)合區(qū)的情況下，例如在飛機(jī)機(jī)身的殼體元件的情況下，反保持器的磨損顯著地增カロ，因?yàn)槌^(guò)程力之外，諸如不同的熱膨脹系數(shù)和部件公差的其他因素對(duì)支撐的狀態(tài)具有附加的負(fù)面影響。然而，特別地，攪拌銷頭或攪拌銷尖端與反保持器之間的距離是非常關(guān)鍵的過(guò)程變量，其必須被密切地觀察以便允許塑化材料的適當(dāng)攪拌。攪拌銷的甚至最小的不充分浸入深度(即攪拌銷尖端與支撐體的過(guò)大間距)導(dǎo)致焊縫質(zhì)量的明顯下降。除此之外，部件的厚度的變化以及結(jié)合區(qū)的區(qū)域中的不同間隙寬度導(dǎo)致攪拌銷的浸入深度的變化。此夕卜，由于所存在的過(guò)程カ的結(jié)果，攪拌銷趨向于沿著結(jié)合區(qū)的橫向方向偏移，這也會(huì)導(dǎo)致焊縫質(zhì)量的下降。用于至少考慮結(jié)合區(qū)的區(qū)域中的部件厚度的變化的已知解決方案因此允許抵靠著部件在恒カ下以カ受控方式擠壓臺(tái)肩表面，并且設(shè)計(jì)攪拌銷使得其能夠沿著其豎直軸線移動(dòng)，并且因此受到位置控制。為此，例如，沿著攪拌銷前面的焊接方向，提供用于感測(cè)材料中的不均勻的情況或部件的厚度變化的觸針設(shè)備，其隨后立即將上述內(nèi)容報(bào)告給致動(dòng)器以便調(diào)整攪拌銷的浸入深度。然而，從設(shè)備技術(shù)和控制技術(shù)的觀點(diǎn)出發(fā)，此類控制設(shè)備或調(diào)節(jié)設(shè)備是昂貴且復(fù)雜的。在WO 93/10935 Al中和WO 00/02699 Al中還示出了一直保證適當(dāng)浸入深度或攪拌的已知的有關(guān)于設(shè)備和有關(guān)于方法的解決方案。那些文獻(xiàn)中描述的筒管工具包括兩個(gè)相對(duì)的臺(tái)肩表面，部件被夾持在其之間。一個(gè)臺(tái)肩表面由圓柱形成，并且另一臺(tái)肩表面由板狀頭形成。焊接銷穿透圓柱，并且被可旋轉(zhuǎn)地保持在所述圓柱中。在這種方法中，通過(guò)相等力的相反過(guò)程カ使部件處于對(duì)接接頭區(qū)域中，使得發(fā)生摩擦攪拌焊接，從而在豎直カ方面是幾乎中性的。除始終適當(dāng)?shù)慕肷疃群蛿嚢桎N的良好跟蹤之外，這種方法提供了其他優(yōu)點(diǎn)，特別是均勻的熱量輸入和部件的極小變形。然而，攪拌銷被高度地加載，因?yàn)榻?jīng)由該攪拌銷，引入了用于使板旋轉(zhuǎn)的力和用于使板橫向移動(dòng)的カ兩者。其他缺點(diǎn)包括板表面(第二臺(tái)肩表面)的側(cè)面上的接縫崩潰和相當(dāng)昂貴的控制技術(shù)或調(diào)節(jié)技木。此外，由于高熱量輸入，焊接薄壁部件是成問(wèn)題的。最近的開發(fā)因此提供了具有靜止、非旋轉(zhuǎn)臺(tái)肩和旋轉(zhuǎn)攪拌銷的焊接工具。以這種方式，熱量并未通過(guò)臺(tái)肩而僅通過(guò)攪拌銷被引入部件中。在彎曲的部件區(qū)域的情況中，美國(guó)專利US 6，237，835提供了可沿著接縫的縱向方向移動(dòng)的滑塊，該滑塊在部件的背面上被引導(dǎo)，并且與攪拌銷處于主動(dòng)接合，例如具有形狀配合，使得滑塊被幾乎朝著后面拉，并且部件區(qū)域被夾持在臺(tái)肩表面與滑塊之間。然而，用這種解決方案，不可能在焊接過(guò)程期間對(duì)變化的材料厚度作出反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于產(chǎn)生ー種用于通過(guò)摩擦攪拌焊接來(lái)將兩個(gè)部件連接的方法，該方法克服了上述缺點(diǎn)，并且使得可以產(chǎn)生高質(zhì)量的焊縫，并且在于產(chǎn)生ー種用于實(shí)施此類方法的設(shè)備。由具有權(quán)利要求1的特性的方法和具有權(quán)利要求6的特性的設(shè)備來(lái)達(dá)到此目的。在根據(jù)本發(fā)明的用于用工具通過(guò)摩擦攪拌焊接將兩個(gè)部件連接的方法中，所述エ具包括用于使部件在結(jié)合區(qū)的區(qū)域中經(jīng)受壓力的臺(tái)肩表面和用于攪拌塑化材料或用于在結(jié)合區(qū)的區(qū)域中塑化并攪拌部件的旋轉(zhuǎn)攪拌銷，攪拌銷的一段可滑動(dòng)地插入滑塊中，部件被支撐在滑塊上，該滑塊在部件的側(cè)面被沿著結(jié)合區(qū)引導(dǎo)，該側(cè)面背對(duì)工具。結(jié)果，結(jié)合區(qū)沿著其豎直軸線的方向始終被攪拌銷穿透，并且因此不需要浸入深度的調(diào)整，并且使得可以實(shí)現(xiàn)塑化材料的完全攪拌。同時(shí)，滑塊充當(dāng)反保持器，使得部件在焊接期間被牢固地支撐。由于攪拌銷和滑塊沿著豎直軸線的方向能夠相對(duì)于彼此滑動(dòng)或移動(dòng)的事實(shí)，該設(shè)備自動(dòng)地補(bǔ)償部件的厚度變化。不需要致動(dòng)器來(lái)使攪拌銷沿著其豎直軸線移動(dòng)以便調(diào)節(jié)浸入深度。因此，工具的純粹カ受控控制是可能的。換言之，可以抵靠著部件以恒定的力擠壓エ具。不需要提供単獨(dú)的設(shè)備來(lái)沿著焊接的方向在工具前面掃描表面幾何結(jié)構(gòu)以便調(diào)整攪拌銷的浸入深度。在優(yōu)選示例性實(shí)施例中，由攪拌銷經(jīng)由主動(dòng)接合來(lái)攜帯滑塊。以這種方式，可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化設(shè)備或工具的控制設(shè)備，因?yàn)椴灰髤g獨(dú)的滑塊驅(qū)動(dòng)裝置。然而，在另ー示例性實(shí)施例中，借助于滑塊自己的驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)該滑塊，從而至少支撐攪拌銷。這是有利的，特別是在焊接厚壁部件以便解除攪拌銷吋?？梢越?jīng)由滑塊的位置來(lái)限定工具在X平面中的位置。這是有利的，特別是在例如經(jīng)由機(jī)器人臂來(lái)控制工具的那些情況下，所述機(jī)器人臂只能有條件地保持工具的位置，使得一個(gè)或多個(gè)滑塊本身的位置被用作控制和修正元件。為了在焊接過(guò)程開始時(shí)將攪拌銷機(jī)械地聯(lián)接到滑塊，一個(gè)示例性實(shí)施例允許在結(jié)合區(qū)中制作通孔，通過(guò)該通孔，攪拌銷的一段隨后被插入滑塊中。根據(jù)本發(fā)明的用于通過(guò)摩擦攪拌焊接來(lái)連接兩個(gè)部件的設(shè)備具有工具，該工具包括用于使部件經(jīng)受結(jié)合區(qū)的區(qū)域中的壓カ的臺(tái)肩表面和用于攪拌塑化材料或用于在結(jié)合區(qū)的區(qū)域中塑化并攪拌部件的可旋轉(zhuǎn)攪拌銷。根據(jù)本發(fā)明，所述設(shè)備包括用于攪拌銷的逐段可滑動(dòng)接收并用于支撐部件的滑塊，該滑塊在部件的側(cè)面被沿著結(jié)合區(qū)可移動(dòng)地引導(dǎo)，該側(cè)面背對(duì)工具。此類設(shè)備使得可以在部件的對(duì)接接頭布置以及重疊布置中實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的上述方法，使得塑化材料始終被充分地?cái)嚢瑁⑶乙虼丝梢砸愿哔|(zhì)量可靠地且可再現(xiàn)地產(chǎn)生甚至大面積部件的焊縫。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，該滑塊包括用于接收攪拌銷的頭段的孔?？梢栽诨瑝K中快速地制作所述孔，并且所述孔代表經(jīng)由攪拌銷實(shí)現(xiàn)的滑塊沿焊接方向或沿結(jié)合區(qū)的縱向方向的移動(dòng)期間的可靠機(jī)械引導(dǎo)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，攪拌銷的頭段是圓柱形的。因此，被接收在滑塊中的頭段并不趨向于傾斜，并且滑塊或工具沿結(jié)合區(qū)或通道的縱向軸線或橫向軸線方向的輕微移位能夠得以補(bǔ)償。為了防止攪拌銷在焊接期間偏移或相對(duì)于焊接方向沿橫向方向漂移，如果提供用于接收滑塊的通道則是有利的，該通道沿著結(jié)合區(qū)的縱向方向延伸，所述通道的深度近似地對(duì)應(yīng)于滑塊的高度，使得滑塊結(jié)束成與用于放置部件的支撐體的支撐表面齊平或幾乎齊平。在對(duì)滑塊的高度進(jìn)行判定吋，當(dāng)然還可以考慮例如滑軌或滾動(dòng)元件上的其支承布置的類型。如果在滑動(dòng)軸承裝置上的通道中引導(dǎo)滑塊，則根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備是極其牢固耐用的。在此布置中，面對(duì)部件的至少ー個(gè)支撐表面和/或滑塊的ー個(gè)底面(該底面面對(duì)通道)可以包括用于減少摩擦阻力的涂層。在另ー示例性實(shí)施例中，在滑塊與通道之間形成滾子軸承裝置，并且因此進(jìn)一歩減小摩擦系數(shù)。為了還能夠執(zhí)行焊接任務(wù)，特別是涉及使部件和滑塊處于如下位置的定位任務(wù)(在該位置中，工具位于部件下方并且從而滑塊位于部件上方)，軸承裝置可被設(shè)計(jì)成使得至少在要焊接的部件所處區(qū)域中的滑塊被阻止沿著通道的豎直軸線的方向移動(dòng)。當(dāng)然，可想象經(jīng)由沿豎直軸線的方向移動(dòng)而將滑塊插入通道中或?qū)⑵鋸耐ǖ廊コ?，該滑塊然后例如經(jīng)由縱向移動(dòng)被固定在通道中或從通道釋放。為了使滑塊在通道中移動(dòng)，可以提供単獨(dú)的驅(qū)動(dòng)裝置，其代表滑塊的單獨(dú)移動(dòng)以及用于攪拌銷推動(dòng)滑塊的支撐功能兩者。滑塊的支撐表面可以包括任何期望的幾何形狀。特別地，由結(jié)合區(qū)的走向來(lái)決定該幾何形狀。例如，如果用于焊接彎曲部件的滑塊的支撐表面被設(shè)計(jì)成沿著焊接方向相應(yīng)地彎曲，則是優(yōu)選的。換言之，在沿著凹陷部件段引導(dǎo)工具期間，至少該支撐表面被設(shè)計(jì)成是相應(yīng)地凹陷的。在沿著凸起部件段引導(dǎo)工具期間，至少該支撐表面被設(shè)計(jì)成是相應(yīng)地凸起的。另外，滑塊的底面(該表面與支撐表面相対)可以具有相應(yīng)的凹陷或凸起設(shè)計(jì)，就彎曲部件或部件段的焊接期間通道也以彎曲形狀延伸而言，這是有利的。在另ー示例性實(shí)施例中，滑塊具有楔形鼻部區(qū)域，其防止滑塊的移動(dòng)由于部件到通道中的未預(yù)見材料突出部而被阻擋，這可能導(dǎo)致攪拌銷的損壞。本發(fā)明的其他有利實(shí)施例形成其他從屬權(quán)利要求的一部分。


下面，參考以下示意性圖示來(lái)更詳細(xì)地解釋本發(fā)明的優(yōu)選示例性實(shí)施例。示出了以下各項(xiàng):
圖1a和Ib是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第一示例性實(shí)施例當(dāng)在對(duì)接接頭中連接兩個(gè)部件時(shí)的剖面；
圖2是圖1的設(shè)備的根據(jù)本發(fā)明的工具； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第二示例性實(shí)施例的剖面；
圖4、5a、5b、6、7a、7b、8是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的滑塊的變體；
圖9和10是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的通道的變體；
圖11、12和13是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的滑塊中的攪拌銷的滑動(dòng)軸承裝置；
圖14a和14b是通道中的滑塊的本發(fā)明滑動(dòng)軸承裝置的剖面；
圖15是滑塊的替代滑動(dòng)軸承裝置的虛線圖像；
圖16是滑塊的另ー替代滑動(dòng)軸承裝置的剖面；
圖17a和17b是根據(jù)本發(fā)明的滑塊的滾子軸承裝置的剖面；以及 圖18示出了使用根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例來(lái)產(chǎn)生重疊連接。
具體實(shí)施例方式圖1示出了用于將兩個(gè)部件2、4摩擦攪拌焊接的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備I的第一示例性實(shí)施例，兩個(gè)部件2、4具有相対的邊緣區(qū)域6、8并且相對(duì)于彼此定位在對(duì)接接頭中，因此限定結(jié)合區(qū)。部件2、4優(yōu)選地包括輕金屬合金，例如來(lái)自鋁合金、鎂合金或鈦合金，并且例如是飛機(jī)機(jī)身的彎曲殼體元件，該殼體元件將被沿著縱向方向和圓周方向焊接到相鄰殼體元件。根據(jù)圖1中所示的圖示，設(shè)備I包括工具10、支撐體12和滑塊14。然而，部件2、4也可以包括鋼合金。工具10在其縱向軸線z或結(jié)合區(qū)的豎直軸線上旋轉(zhuǎn)，并且包括用于在結(jié)合區(qū)的區(qū)域中將部件2、4塑化的臺(tái)肩表面16，其在每種情況中擱靠部件2、4的相対的邊緣區(qū)域18、20上。此外，工具12包括用于攪拌塑化材料的攪拌銷22，攪拌銷22從臺(tái)肩表面16居中地延伸并在部件2、4之間插入對(duì)接接頭中。支撐體12具有用于放置部件2、4的支撐表面24，在支撐表面24中已形成了通道26。通道26沿著焊接方向或結(jié)合區(qū)的縱向方向X延伸，并且包括例如具有底壁28和兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁30、32的矩形橫截面?；瑝K14是反保持器，其可以沿著縱向方向X在通道26中移動(dòng)，在該反保持器上，部件2、4被支撐在結(jié)合區(qū)的區(qū)域中?；瑝K14包括孔34，孔34沿著z方向?qū)⒒瑝K14穿透以用于攪拌銷22沿z方向的逐段的松開或可滑動(dòng)接收。滑塊14 (包括其軸承裝置)的最大高度h基本對(duì)應(yīng)于通道26的最大深度t，使得用于在結(jié)合區(qū)區(qū)域中支撐部件2、4的滑塊14的支撐表面36結(jié)束成與支撐體12的支撐表面24齊平。在工具10沿X方向的移動(dòng)中，滑塊14經(jīng)由與攪拌銷22的主動(dòng)接合而被帶走，但是滑塊14還可以具有其自己的驅(qū)動(dòng)裝置以便沿X方向移動(dòng)。為了將部件2、4焊接，部件2、4被放置到支撐體12上，其邊緣區(qū)域6、8在通道26之上，并且被相應(yīng)地夾持。其后，在對(duì)接接頭的起始區(qū)域中，制作了用于引導(dǎo)攪拌銷22從其中通過(guò)的通孔(未示出)。滑塊14被定位成在結(jié)合區(qū)的區(qū)域中是齊平的，其孔34在通孔下面，并且經(jīng)由工具10到部件2、4上面的放置將攪拌銷22插入滑塊14的孔34中。隨后，使工具10經(jīng)受沿部件2、4的方向指向的壓カ，并且使工具10旋轉(zhuǎn)，使得在旋轉(zhuǎn)的臺(tái)肩表面16與邊緣區(qū)域18、20之間產(chǎn)生熱量，達(dá)到臺(tái)肩表面16的區(qū)域中的部件2、4的邊緣區(qū)域6、8被塑化的程度。經(jīng)由攪拌銷22來(lái)攪拌塑化材料，并且沿著對(duì)接接頭在X方向上連續(xù)地移動(dòng)エ具10，直至形成圖15中所示的焊縫37，并且因此將部件2、4牢固地互連。在工具10的壓力或力的橫向施加期間，由滑塊14的支撐表面36來(lái)支撐邊緣區(qū)域6、8，使得所述邊緣區(qū)域
6、8被夾持在工具10的臺(tái)肩表面16與滑塊14的支撐表面36之間。旋轉(zhuǎn)的攪拌銷22不斷地逐段地插入滑塊孔34中，因此沿z方向穿透對(duì)接接頭或塑化材料。作為攪拌銷22在滑塊孔34中的連續(xù)主動(dòng)接合的結(jié)果，工具10在沿X方向的移動(dòng)期間攜帯滑塊14。由于滑塊14未被固定到攪拌銷22并且未與臺(tái)肩表面16保持固定距離，而是替代地，工具10被保持成可相對(duì)于滑塊14沿z方向滑動(dòng)，所以攪拌銷22在滑塊孔34中的穿透深度可以改變；因此，例如，部件2、4的厚度變化被自動(dòng)地補(bǔ)償，而不需要攪拌銷22沿z方向的精密的位置調(diào)整。因此，在恒定的過(guò)程カ下主要以カ導(dǎo)向的方式來(lái)操作設(shè)備I。根據(jù)圖2，工具10被形成為圓柱，在工具10的面上形成了臺(tái)肩表面16。被牢固地連接到工具10的攪拌銷22從環(huán)狀臺(tái)肩表面16居中地延伸，并且包括在基部處的錐螺紋段38和圓柱形頭段40。螺紋段38被用于將塑化材料混合，并且沿著頭段30的方向徑向地逐漸縮減。已根據(jù)要焊接的部件2、4的材料厚度來(lái)至少選擇沿z方向或沿著工具10的旋轉(zhuǎn)軸線的螺紋段38的軸向長(zhǎng)度或延伸尺寸。此外，可設(shè)定的參數(shù)包括例如螺距和錐角。頭段40用來(lái)沿X方向在工具10與滑塊14之間建立機(jī)械聯(lián)接。所述頭段40被在滑塊孔34中引導(dǎo)，從而可沿著z方向滑動(dòng)。其直徑被選擇為使得所述頭段40類似經(jīng)由間隙配合被接收在孔34中。根據(jù)要焊接的部件2、4的材料的厚度，頭段40的沿z方向的延伸尺寸被選擇成使得其始終插入孔34中。其直徑主要由要焊接的材料和要焊接的部件2、4的厚度決定。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備I的示例性實(shí)施例，其中，與圖1和2相反，攪拌銷22在工具10中被引導(dǎo)，從而可軸向地滑動(dòng)并且可獨(dú)立于臺(tái)肩表面16旋轉(zhuǎn)，因此獨(dú)自地旋轉(zhuǎn)，這由關(guān)于臺(tái)肩表面16的虛線箭頭并由關(guān)于攪拌銷22的實(shí)線箭頭指示。攪拌銷22包括引導(dǎo)段42，可以經(jīng)由致動(dòng)器(未示出)使其沿著z方向從工具10的軸向孔44延伸和縮回到孔44中。在此變體中，可以將螺紋段38和頭段40定位在離臺(tái)肩表面16不同的間距處，使得與根據(jù)圖1a和Ib的上述設(shè)備相反，可以將此設(shè)備I與根據(jù)圖2的工具10—起使用，部件2、4具有幾乎任何厚度。特別地，此設(shè)備I適合于在結(jié)合區(qū)的區(qū)域中的非常顯著的厚度變化的情況下來(lái)焊接部件2、4，因?yàn)槟軌蛞豫芸胤绞絹?lái)操作任選地旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)臺(tái)肩表面16或形成臺(tái)肩表面16的任選地旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)圓柱，并且能夠以位置受控方式來(lái)操作攪拌銷22。換言之，臺(tái)肩表面16被抵靠著部件2、4以恒定的カ擠壓，并且攪拌銷22經(jīng)由沿著焊接的方向布置在工具10前面的觸針設(shè)備而縮回或伸出。如果臺(tái)肩表面16具有非旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，則旋轉(zhuǎn)攪拌銷22還被用于在結(jié)合區(qū)的區(qū)域中塑化部件2、4。如果使臺(tái)肩表面16和攪拌銷22兩者旋轉(zhuǎn)，則圓柱或臺(tái)肩表面16以及攪拌銷22能夠以相同的速度或不同的速度旋轉(zhuǎn)。關(guān)于是否也使臺(tái)肩表面16旋轉(zhuǎn)的問(wèn)題特別地取決于諸如部件厚度和部件材料的過(guò)程參數(shù)。根據(jù)圖4至8中的圖示，滑塊14可以包括多種幾何形狀，下面示出了其中的ー些作為示例。在所有示例性實(shí)施例中，滑塊孔34被布置在中間區(qū)域中，并且優(yōu)選地是通孔。市售工具鋼是優(yōu)選的滑塊材料。在圖4中所示的示例性實(shí)施例中，滑塊14具有矩形橫截面，其具有平面支撐表面36、與上述相対的底面46以及沿X方向延伸的兩個(gè)側(cè)向表面45、50。支撐表面36和底面46以及側(cè)向表面48、50全部延伸成相互平行。在圖5a和5b中所示的滑塊14的示例性實(shí)施例中，支撐表面36沿焊接方向x過(guò)渡到楔面52，因此，滑塊14包括鼻部區(qū)域54，鼻部區(qū)域54的高度Hn小于滑塊14的后部區(qū)域56的高度Hh。鼻部區(qū)域54包括端面57，其到側(cè)向表面48、50的過(guò)渡區(qū)域被設(shè)計(jì)成是滾圓的。借助于楔形并借助于鼻部區(qū)域54的滾圓形狀，防止了滑塊14被部件2、4的材料突出部阻擋，該材料突出部以未預(yù)見方式突出到通道26中。根據(jù)圖6中所示的示例性實(shí)施例，可以將支撐表面36和底面46設(shè)計(jì)成沿焊接方向X彎曲，并且因此，該示例性實(shí)施例特別適合于彎曲部件2、4的焊接。根據(jù)圖7a和7b的示例性實(shí)施例，還可以將滑塊14設(shè)計(jì)為具有圓形橫截面和圓柱形外圓周壁58的環(huán)形主體。為了防止通道36內(nèi)沿X方向移動(dòng)期間的滑塊14的夾持，如果例如如在圖9中的環(huán)狀滑塊14上所示在每種情況下，在外圓周壁58與通道26的相對(duì)側(cè)壁30、32之間形成間隙60、61則可能是有利的。特別地由將要被在結(jié)合區(qū)中焊接的部件2、4的幾何形狀來(lái)決定滑塊14或滑塊備選物的幾何形狀。例如，如圖9中所示，為了沿著筆直通道26引導(dǎo)滑塊14以便形成直焊縫，包括滾圓鼻部區(qū)域54的圖5a和5b中所示的楔形滑塊14是優(yōu)選的。為了沿著彎曲通道26引導(dǎo)滑塊14以形成環(huán)狀焊縫，例如為了將飛機(jī)窗ロ框架與機(jī)身側(cè)面上的窗ロ切ロ焊接在一起，如圖10中所示，圖7a和7b中所示的環(huán)狀滑塊14是優(yōu)選的。如例如在圖11、12和13中所示，經(jīng)由滑動(dòng)軸承裝置在孔34中引導(dǎo)攪拌銷22的頭段40。因此，圖11示出了 一個(gè)示例性實(shí)施例，其中，頭段40通過(guò)其外壁62的一段與孔34的內(nèi)壁64的相對(duì)段進(jìn)行直接滑動(dòng)接觸。圖12示出了一個(gè)示例性實(shí)施例，其中，已將滑套66插入孔34中以便減小摩擦阻力。滑套66可以在孔34的整個(gè)軸向長(zhǎng)度上延伸，或者如圖13中所示僅僅在滑塊14的區(qū)域68上延伸，該區(qū)域68接近支撐表面?；?6的材料最佳地匹配于攪拌銷22的頭段40的材料，并且可以另外包括涂層以便減小摩擦阻力。青銅是用于滑套的材料的ー個(gè)示例。然而，后者可以包括塑料或某種其他金屬，借助于該塑料或該種其他金屬，可以減小摩擦系數(shù)。如圖14a、14b、15和16中所示，可以經(jīng)由滑動(dòng)軸承裝置在通道26中引導(dǎo)滑塊14。在該上下文中，為了減小摩擦阻力，所有示例性實(shí)施例中，如果滑塊14至少在其外表面36、46、48、50的區(qū)域中包括摩擦減小涂層，則是優(yōu)選的。根據(jù)依照?qǐng)D14a和14b的示例性實(shí)施例，例如包括青銅的滑動(dòng)插入件70被插入支撐體12的凹坑69中，該滑動(dòng)插入件70限定用于滑塊14的通道26。滑動(dòng)插入件70的高度h對(duì)應(yīng)于凹坑69的深度t，使得滑動(dòng)插入件的表面71結(jié)束成與支撐體12的支撐表面24齊平?；瑒?dòng)插入件70在滑塊14的底面46以及側(cè)向表面48、50的區(qū)域中環(huán)繞滑塊14，并且在底部上包括縱向缺ロ 74以增加攪拌銷22的頭段40與通道26的基部區(qū)域76之間的距離。圖15示出了通道26中的滑塊14的滑動(dòng)軸承裝置，在該滑動(dòng)軸承裝置中，滑塊14被保持在兩個(gè)平行滑軌78、80上，其在通道底壁28的區(qū)域中沿著X方向延伸。為了在滑軌78、80上引導(dǎo)或保持滑塊14，所述滑塊包括在底部上的兩個(gè)縱向凹槽82、84，該縱向凹槽82,84被設(shè)計(jì)成使得滑塊14與其底面46及其側(cè)向表面48、50從底壁28間隔開。另外，滑塊的側(cè)向表面48、50從橫向壁30、32間隔開，并且因此實(shí)現(xiàn)了非常低的摩擦系數(shù)，因?yàn)榛瑝K14僅在縱向凹槽82、84或滑軌78、80的區(qū)域中建立與通道26的摩擦接觸。為了防止滑塊14在焊接工作期間(工具10位于部件2、4下方且因此在滑塊14下方，例如在高架工作期間)掉出，滑軌78、80與縱向凹槽82、84形成燕尾導(dǎo)軌，該燕尾導(dǎo)軌優(yōu)選地在每種情況下均是自鎖定的。根據(jù)圖16中所示的圖示，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，滑軌78、80被布置在通道26的側(cè)向隧道86、88中，所述隧道沿著縱向方向延伸。因此，增加了滑軌78、80之間的空間，這原則上使得滑塊14的更安靜的引導(dǎo)成為可能。為了形成相應(yīng)的縱向凹槽82、84，在每種情況中，滑塊14在其側(cè)向表面48、50上包括沿著縱向方向延伸的突出體90、92，并且因此使從支撐表面36開始的所述側(cè)向表面48、50沿著底面46的方向以臺(tái)階方式擴(kuò)展。另外，通道26在其底壁28的區(qū)域中的滑軌78、80之間是打開的，并且因此支撐體12具有準(zhǔn)兩部分設(shè)計(jì)，其具有相互間隔開的支撐部分93、95，并且能夠沿著橫向方向y靈活地調(diào)整滑軌78、80之間的空間，這使得可以使滑塊寬度最佳地適合于要焊接的部件2、4。圖17a和17b示出了通道26中的矩形滑塊14的滾子軸承裝置，該滾子軸承裝置也防止滑塊14從通道26掉落?；瑝K14被在相互并排地布置從而相互平行的兩個(gè)滾子94上引導(dǎo)，該滾子94在每種情況中在軸承孔96、98中被引導(dǎo)，其沿y方向穿透滑塊14，并且通過(guò)其端段100、102在每種情況中在已在側(cè)壁30、32中制作的縱向缺口中被引導(dǎo)。端段100、102優(yōu)選地以圓錐方式逐漸縮減，并且縱向凹陷部104、106相應(yīng)地包括近似梯形橫截面。在部件2、4被夾持到支撐體12的狀態(tài)下，所述部件2、4擱靠在滑塊14的支撐表面36上，滑塊14經(jīng)由滾子94的端段100、102被支撐在通道26中并因此被支撐在支撐體12上?；瑝K14的底面46和側(cè)向表面48、50與通道26的相對(duì)壁28、30、32間隔開。滑塊14在滾子94上被引導(dǎo)，從而可沿著通道26的橫向方向y滑動(dòng)，使得能夠在某些公差極限內(nèi)補(bǔ)償在夾持或放置期間的部件2、4到支撐體12上的不正確定位。而且，在本示例性實(shí)施例中，在圓錐形逐漸縮減的圓柱段107的面上形成臺(tái)肩表面16。圓錐段107過(guò)渡到圓柱形主體段108，圓柱形主體段108插入對(duì)接接頭中且在其端部處包括頭段40。因此，本示例性實(shí)施例不包括錐螺紋段38。圓柱形主體段108和頭段40包括均勻外直徑。此外，支撐體12是制成為兩部分，其中，其兩個(gè)支撐部分93、95在通道26的區(qū)域中經(jīng)由對(duì)接接頭被聚在一起。因此，特別地，促進(jìn)了滑塊14插入通道26中或從通道26去除。圖18示出了將根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備I應(yīng)用于焊接重疊的兩個(gè)部件2、4。在結(jié)合區(qū)的區(qū)域中，圖中的下部件4被滑塊26支撐。在結(jié)合區(qū)的區(qū)域中，上部件2被下部件4支撐并且經(jīng)由臺(tái)肩表面16經(jīng)受過(guò)程力。攪拌銷22穿透兩個(gè)部件2、4，并且沿z方向?qū)?yīng)于累計(jì)部件的厚度，當(dāng)與前述示例性實(shí)施例相比較時(shí)，包括軸向拉長(zhǎng)螺紋段38。公開了ー種用于用旋轉(zhuǎn)工具將兩個(gè)部件摩擦攪拌焊接的方法，該旋轉(zhuǎn)工具包括用于使部件在結(jié)合區(qū)的區(qū)域中經(jīng)受過(guò)程力的旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)臺(tái)肩表面并具有用于攪拌塑化材料或在結(jié)合區(qū)的區(qū)域中塑化并攪拌部件的旋轉(zhuǎn)攪拌銷，在該方法中，攪拌銷的一段可滑動(dòng)地插入滑塊中，部件被支撐在滑塊上，該滑塊在部件的側(cè)面上被沿著結(jié)合區(qū)引導(dǎo)，該側(cè)面背對(duì)工具，使得在焊接期間可以實(shí)現(xiàn)攪拌銷和滑塊或者工具的臺(tái)肩表面和滑塊的支撐表面之間的自動(dòng)相對(duì)移動(dòng)，該支撐表面支撐部件，并且涉及用于實(shí)施此類方法的設(shè)備。參考標(biāo)號(hào)列表
1設(shè)備
2部件 4 部件
6 邊緣區(qū)域 8 邊緣區(qū)域 10工具 12支撐體 14滑塊 16臺(tái)肩表面 18邊緣區(qū)域 20邊緣區(qū)域 22攪拌銷 24支撐表面 26通道 28底壁 30側(cè)壁 32側(cè)壁 34孔
36支撐表面 37焊縫 38螺紋段 40頭段 42引導(dǎo)段 44軸向孔 46底面 48側(cè)向表面 50側(cè)向表面 52楔面 54鼻部區(qū)域 56后部區(qū)域 57端面 58外圓周壁 60間隙 61間隙 62外壁
64內(nèi)壁66滑套68段69凹坑70滑動(dòng)插入件71表面72底面74 缺ロ76基部區(qū)域78滑軌80滑軌82縱向凹槽84縱向凹槽86隧道88隧道90 突出體92 突出體93支撐部分94滾子95支撐部分96軸承孔98軸承孔100端段102端段104縱向凹陷部106縱向凹陷部107圓錐段108 主體段。
權(quán)利要求
1.一種用于用工具(10)通過(guò)摩擦攪拌焊接將兩個(gè)部件(2、4)連接的方法，所述工具(10)包括用于使所述部件在結(jié)合區(qū)的區(qū)域中經(jīng)受過(guò)程力(2、4)的臺(tái)肩表面(16)和用于攪拌塑化材料或在所述結(jié)合區(qū)的區(qū)域中塑化并攪拌所述部件(2、4)的旋轉(zhuǎn)攪拌銷(22)，其中，所述攪拌銷(22)的一段可滑動(dòng)地插入滑塊(14)中，所述部件(2、4)被支撐在所述滑塊(14)上，所述滑塊(14)在所述部件(2、4)的側(cè)面上被沿著所述結(jié)合區(qū)引導(dǎo)，所述側(cè)面背對(duì)所述工具(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述滑塊(14)經(jīng)由主動(dòng)接合被所述攪拌銷(22)攜帯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述滑塊(14)至少以支撐方式由其自己的驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中，經(jīng)由所述滑塊的位置來(lái)限定所述工具(10)在所述結(jié)合區(qū)的x_y平面中的位置。
5.述權(quán)利要求中的任ー項(xiàng)的方法，其中，在焊接過(guò)程開始時(shí)，在所述結(jié)合區(qū)中制作通孔以便導(dǎo)致所述攪拌銷(22)與所述滑塊(14)之間的主動(dòng)接合。
6.一種用于用工具(10)通過(guò)摩擦攪拌焊接將兩個(gè)部件(2、4)連接的設(shè)備，所述工具(10)包括用于使所述部件在結(jié)合區(qū)的區(qū)域中經(jīng)受過(guò)程力(2、4)的臺(tái)肩表面(16)和用于攪拌塑化材料或在所述結(jié)合區(qū)的區(qū)域中塑化并攪拌所述部件(2、4)的可旋轉(zhuǎn)攪拌銷(22)，其特征在于用于所述攪拌銷(22)的逐段可滑動(dòng)接收和用于支撐所述部件(2、4)的滑塊(14)，所述滑塊(14)在所述部件(2、4)的側(cè)面上被沿著所述結(jié)合區(qū)可移動(dòng)地引導(dǎo)，所述側(cè)面背對(duì)所述工具(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述滑塊(14)包括用于接收所述攪拌銷(22)的頭段(40)的孔(34)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的設(shè)備，其中，提供了用于接收所述滑塊(14)的通道(26)，所述通道(26)的深度(t)近似對(duì)應(yīng)于所述滑塊(14)的最大高度(h)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，在所述滑塊(14)與所述通道(26)之間存在滑動(dòng)軸承。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的設(shè)備，其中，面對(duì)所述部件(2、4)的至少ー個(gè)支撐表面(36)和/或所述滑塊(14)的ー個(gè)底面(46)包括用于減小摩擦阻力的涂層，所述底面(46)面對(duì)所述通道(26)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，在所述滑塊(14)與所述通道(26)之間存在滾子軸承。
12.根據(jù)權(quán)利要求9、10或11所述的設(shè)備，其中，軸承裝置阻擋滑塊(14)沿所述結(jié)合區(qū)的豎直軸線(z)的方向的移動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求6至12中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，提供了用于使所述滑塊(14)移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求6至13中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述滑塊(14)的支撐表面(36)沿所述結(jié)合區(qū)的縱向方向(X)是彎曲的。
15.根據(jù)權(quán)利要求6至14中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述滑塊(14)具有楔形鼻部區(qū)域(54)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將兩個(gè)部件摩擦攪拌焊接的方法，包括旋轉(zhuǎn)工具，該旋轉(zhuǎn)工具具有用于在結(jié)合區(qū)的區(qū)域中將過(guò)程力施加到部件的旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)臺(tái)肩表面以及用于攪拌塑化材料或在結(jié)合區(qū)的區(qū)域中塑化并攪拌部件的攪拌銷，其中，攪拌銷的一段可滑動(dòng)地進(jìn)入滑架中，部件被支撐在滑架上，該滑架在部件的側(cè)面上被沿著結(jié)合區(qū)引導(dǎo)，該側(cè)面背對(duì)工具，使得在焊接期間可以實(shí)現(xiàn)攪拌銷和滑架或者工具的臺(tái)肩表面和滑架的支撐表面之間的自動(dòng)相對(duì)移動(dòng)，該支撐表面支撐部件，并且涉及用于實(shí)施此類方法的設(shè)備。
文檔編號(hào)B23K20/12GK103097072SQ201180044520
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者S.塔瓦雷斯, M.帕奇奧內(nèi), H.奧斯特澤爾特 申請(qǐng)人:空中客車德國(guó)運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司