專利名稱：摩擦攪拌方法和通過該方法接合的一對工件的制作方法
摩擦攪拌方法和通過該方法接合的一對工件
本發(fā)明涉及用于接合或處理低傳導(dǎo)率高溫金屬和金屬合金的摩擦 攪拌方法。
在本文中，我們將"高溫金屬和金屬合金"定義為熔化溫度高于
鋁的熔化溫度即高于700。C的金屬和金屬合金。我們將"低傳導(dǎo)率金 屬和金屬合金"定義為熱傳導(dǎo)率小于鋁的熱傳導(dǎo)率的金屬和金屬合金， 其熱傳導(dǎo)率一般小于250W/m K，優(yōu)選低于150 W/m K,最優(yōu)選低于 100W/m K。高溫低傳導(dǎo)率金屬和金屬合金具有高熔點(diǎn)和高強(qiáng)度，并且 通常包括鐵合金以及含一定量的鎳、鈷、鉻、鉬、鴒、鋁、鈦、鈮、 鉭、錸和鋯的材料。這些材料類型中的一些可被稱為超耐熱合金。它 們也包括鈦合金，其廣泛用于高性能航空航天應(yīng)用和其他應(yīng)用。
低傳導(dǎo)率高溫金屬及金屬合金傳統(tǒng)上通過熔合方法接合，但已經(jīng) 認(rèn)知到的是，使用摩擦攪拌焊接(FSW)對其進(jìn)行接合是有利的。
摩擦攪拌焊接是一種如下方法，其中，使由比工件材料更硬的材
部分，同時(shí)引起探針和工件之間的相對循環(huán)運(yùn)動(例如旋轉(zhuǎn)、軌道或 往復(fù)運(yùn)動)，從而產(chǎn)生摩擦熱以使得該相對部分處于可塑狀態(tài)；可選 地引起工件和探針之間在接合區(qū)域的方向上的相對運(yùn)動；移除探針； 并允許可塑部分將工件合并和接合在一起。在EP-A-0615480和WO 95/26254中描述了摩擦攪拌焊接的例子。
摩擦攪拌焊接的益處，尤其是相比于傳統(tǒng)熔焊技術(shù)的益處，已經(jīng) 在現(xiàn)有技術(shù)中得到廣泛介紹。這些益處包括不需要消耗物或裝填物、 長焊縫中的變形小、準(zhǔn)備工作很少、固相(無煙、氣孔或?yàn)R潑，熱輸 入較低，并且避免熔融焊接熔池的固化)、優(yōu)良的機(jī)械性能以及接合 的成形特性。
摩擦攪拌工具也可用于處理單個(gè)工件。在摩擦攪拌處理(FSP )中， 將通常用于FSW的工具移動通過單個(gè)工件的材料以引發(fā)該材料性質(zhì)的 改變，而并不沿著接合線移動來構(gòu)建悍縫。所述工具的熱機(jī)械再加工操作可導(dǎo)致在微觀結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)(塑性行為、強(qiáng)度等等)和化學(xué)性
質(zhì)(抗腐蝕性等等)的特定局部變化。FSP也已經(jīng)被用于合并和修復(fù) 鑄件和其他結(jié)構(gòu)，從而有助于去除氣孔并改進(jìn)例如汽缸蓋鑄件中的通 道/端口周圍的特性。在US 6712916B 、 EP-A-1160029 、 JP 2005-324240A、 US 2006-0032891A和US 6994916B中可發(fā)現(xiàn)FSP的例 子。
摩擦攪拌工具通常包括簡單的圓柱形或略微錐形的探針或"針狀 物(pin)",該探針或"針狀物，，從直徑較大的平坦形、半球形或錐 形的肩部突出。此類型的工具的典型例子描述于GB-A-2306366中。簡 單的針狀工具的許多變型在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。另 一種從現(xiàn)有技術(shù) 已知的常見類型的工具凈皮稱為"線軸工具(bobbin tool)"，如 EP-A-0615480中所述。這種類型的工具克服了對襯墊元件的需要，該 襯墊元件經(jīng)常被需要用來對由工具在工件上的作用所產(chǎn)生的力進(jìn)行反 作用。
已知工具的其他例子，包括帶有紋理表面、帶螺紋和凹槽的針狀 物的工具，包含可互換的針狀物和肩部以及才艮據(jù)應(yīng)用包含不同材料組 合的工具。這些工具的示例可見于WO 95/26254、 WO 02/092273、 US 6277430B1、 WO 99/52669、 EP—A—1361014、 US 6676004B1以及i午多其 他文獻(xiàn)。
一般使用摩擦攪拌焊接接合的典型工件材料具有低的熔化溫度， 并且在本文中通常稱為低溫金屬或材料。這些材料中最普遍的可摩擦 攪拌焊接的材料為基于鋁、鎂、銅、鉛和其他類似材料的金屬。
在通過摩擦攪拌焊接對高溫材料進(jìn)行接合方面，已經(jīng)進(jìn)行了大量 工作，取得了不同程度的成功。當(dāng)對高溫材料進(jìn)行摩擦攪拌焊接時(shí)存 在的一個(gè)主要問題是選擇正確的工具材料，傳統(tǒng)上是使用難熔金屬或 陶瓷材料。
WO 99/52669考慮將純鴒、鴒錸合金和碳化鎢用于鐵材料；將鈷 材料、陶瓷或合金陶瓷材料用于其他高溫應(yīng)用。
WO 01/85385涉及使用工具對MMC、鐵合金、非鐵合金和超耐熱合 金進(jìn)行摩擦攪拌焊接，在該工具中針狀物和肩部至少包括由超研磨材 料構(gòu)成的涂層。這種材料通常為聚晶立方氮化硼(PCBN)。GB 2402905描述了一種由基于鴒的難熔材料制成的工具，可用于 焊接諸如鎳合金和鈦合金這樣的高強(qiáng)度材料。
在某些Ti等級的接合方面，使用標(biāo)準(zhǔn)幾何外形的W-Re工具已經(jīng) 實(shí)現(xiàn)了合理的焊接質(zhì)量，不過有報(bào)告稱，采用這種工具類型，出現(xiàn)了 在焊縫頂部和底部之間的熱不平衡、由于高的肩部速度而引起的與閃 弧(flashing )有關(guān)的條蟲狀氣孔缺陷和問題以及變形。("An overview of frict'ion stir welding Beta 21S Titanium (對摩擦 攪拌焊接Beta 21S鈥的概觀)，，，Loftus等人，5th FSW Sympos ium， Metz 2004。)。在該論文中還提出了克服此缺陷的方法，包括使用線軸工 具來平衡熱輸入。
US-A-2003/0201307描述了摩擦攪拌焊接工具的又一例子，其中， 探針在兩個(gè)肩部之間延伸，其中一個(gè)肩部隨著探針旋轉(zhuǎn)，而另一肩部 獨(dú)立于探針旋轉(zhuǎn)。這就允許通過肩部應(yīng)用不同的表面加熱速度，這在
當(dāng)使用現(xiàn)有技術(shù)中提到的工具來對高溫材料進(jìn)行摩擦攪拌焊接和 處理時(shí)，顯現(xiàn)出各種問題，尤其是使工具材料退化一一這通常歸因于 在對這些高溫材料進(jìn)行摩擦攪拌焊接和處理期間產(chǎn)生的高熱量和應(yīng) 力。如在Loftus等人的論文中指出的，在控制高溫材料中的熱輸入時(shí) 也產(chǎn)生問題，不僅由于工具的過熱，還由于工件的過熱以及整個(gè)焊縫 輪廓上的熱不平衡，這可導(dǎo)致較差的接合性能。在某些高溫材料中，
由工具^部的相對較大的摩擦表面所提供的高熱輸入:盡管^工具冷
卻的嘗試在延長工具的壽命方面已經(jīng)取得了成功，然而它們對接合特 性卻僅僅具有有限的影響。減小工具的肩部的直徑，可以減小熱輸入， 但還會導(dǎo)致材料合并不充分且導(dǎo)致產(chǎn)生大量閃光(Hash)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面， 一種摩擦攪拌方法包括使摩擦攪拌工具 的旋轉(zhuǎn)探針進(jìn)入一個(gè)工件或一對工件之間的接合區(qū)域，所述工件或者 每個(gè)工件為低傳導(dǎo)率高熔點(diǎn)的金屬或金屬合金，其中所述探針從與所 述工件接觸的單個(gè)肩部延伸，并相對于所述肩部旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面， 一種摩擦攪拌方法包括使摩擦攪拌工具的旋轉(zhuǎn)探針進(jìn)入一個(gè)工件或一對工件之間的接合區(qū)域，所述工件或者 每個(gè)工件位于與所述工件的相對側(cè)接觸的第一和第二肩部之間，并相
對于這兩個(gè)肩部旋轉(zhuǎn)。
我們已經(jīng)對高溫材料尤其是金屬的FSW進(jìn)行了詳細(xì)研究，并且注 意到，結(jié)果表明最嚴(yán)重的問題是在這些高溫低傳導(dǎo)率材料中產(chǎn)生過量 的熱。由FSW工具產(chǎn)生的熱趨向于保持定位在焊接區(qū)域周圍，這可能 導(dǎo)致工件材料的過熱。
甚至減小肩部的直徑(以減小表面熱輸入)也并未克服表面過熱 的問題。然而，采用本發(fā)明，可以在保持足夠的混合和合并作用的同 時(shí)控制熱輸入。
因此，在本發(fā)明中，探針獨(dú)立于任一肩部旋轉(zhuǎn)。這是因?yàn)?，為?接合低傳導(dǎo)率高溫材料，極為有利的是，在表面加熱源和內(nèi)部加熱源 之間不存在直接的依存關(guān)系，例如在使用具有任意固定探針/肩部方面 的摩擦攪拌焊接工具時(shí)存在的直接的依存關(guān)系。 一個(gè)肩部(或多個(gè)肩 部)與探針的完全旋轉(zhuǎn)分離允許將熱輸入獨(dú)立提供給材料和提供為穿 過材料。具體地，通過針狀物引入足夠的速度來混合材料，同時(shí)肩部 向材料表面提供足夠的合并，而不產(chǎn)生總體表面過熱。
分離的肩部，相對于工件通常是靜止的，但能夠相對于探針緩慢 旋轉(zhuǎn)，將極少的熱(如果有的話)添加到焊接表面，并因此避免在高 溫低傳導(dǎo)率材料的傳統(tǒng)FSW中所發(fā)生的表面過熱的問題。當(dāng)設(shè)置單個(gè) 肩部并且該肩部緊靠工件的頂面就位時(shí)，旋轉(zhuǎn)的FSW工具通常僅包括 探針部件，不過可以使用階梯形探針結(jié)構(gòu)。該旋轉(zhuǎn)探針產(chǎn)生FSW過程 所需要的熱，并且在高溫低傳導(dǎo)率材料中能夠形成質(zhì)量良好的焊縫。
已知的是，提供了一種具有分離的探針和肩部的摩擦攪拌焊接工 具，但是從未認(rèn)識到，這種工具用于焊接高溫材料尤其有利。
例如，JP 2004-358513A描述了 一種摩擦攪拌焊接工具，用于接 合具有較低壓碎強(qiáng)度(擠壓)和精細(xì)特征的材料。它使用受熱工具和 獨(dú)立肩部來減小針狀物/肩部的幾何依賴性，并因此減小在接合難弄的 幾何形狀時(shí)所需的針狀物尺寸和下壓力。它從未試圖解決通過摩擦攪 拌焊接對高溫材料進(jìn)行焊接的問題。
US 6,811,632B描述了一種使用FSW接合熱塑性材料的方法和裝置。創(chuàng)造性方面包括使用包括分離的針狀物和靜止抑制表面的工具。 該發(fā)明試圖解決原本由于旋轉(zhuǎn)肩部的作用而會產(chǎn)生的熱塑性材料的材 料拋出問題。該發(fā)明特別用于接合熱塑性材料，而從未暗示能夠使用 具有類似特征的裝置接合金屬。該項(xiàng)專利暗示，適用于金屬的摩擦攪 拌焊接方法并不適用于塑料，反之亦然?；谒芰虾徒饘俚母静煌?br> 的性質(zhì)，針對此陳述了許多原因。這包括如下事實(shí)在處理期間塑料 熔化而金屬并不熔化，金屬要求引入某個(gè)量的下壓力來幫助材料的合 并和垂直流動而塑料并不要求這樣。還特別指出，通過靜止表面引入 熱對塑料處理的成功來說是關(guān)鍵的。該專利完全針對塑料的接合，而 未提到使用該技術(shù)接合金屬。特別提出，需要來自抑制元件的抑制而 非壓力。在豎直方向上的壓力不同地影響材料，并為塑料帶來問題。 由于較之于金屬，高溫材料所固有的特性被從塑料進(jìn)一步消除，因此 預(yù)期應(yīng)該采用不同的途徑。
EP-A-1021270涉及一種使用FSW接合工件的裝置。創(chuàng)造性方面包 括使用可相互運(yùn)動的針狀物和主體(根據(jù)典型的FSW工具，其最低部 為肩部)，從而允許針狀物和主體相對于彼此執(zhí)行不同運(yùn)動形式。該 專利描述了完全靜止的主體的使用，同時(shí)因?yàn)槿狈τ杉绮繀^(qū)域產(chǎn)生的 摩擦熱，需要向接合區(qū)域供給附加的熱。該發(fā)明試圖解決工件厚度變 化和在接合期間供給額外材料的問題。它從未試圖解決通過摩擦攪拌 焊接來焊接高溫材料的問題，并且在使用靜止的肩部和接合高溫材料 之間未能建立明顯的聯(lián)系。由于高溫材料的特有屬性，本領(lǐng)域技術(shù)人 員會預(yù)期輸入更多的熱。
除了摩擦攪拌焊接(FSW)，本發(fā)明還可用于其他摩擦攪拌應(yīng)用， 包括摩擦攪拌處理、摩擦攪拌點(diǎn)焊、摩擦攪拌開槽和使用高溫材料的 任何其他應(yīng)用。然而，將主要參照FSW對本發(fā)明進(jìn)行描述，盡管易于 理解的是，優(yōu)選特征也可應(yīng)用于其他應(yīng)用。
該方法也能夠用于接合非平面的接縫幾何形狀，例如管的內(nèi)徑或 外徑、邊角或內(nèi)圓角(fillet)、或甚至階梯形元件。在這些情況下， 例如呈非轉(zhuǎn)動式滑動件形式的肩部可被設(shè)計(jì)為遵循部件的形狀或?qū)⒁?形成的焊縫的形狀。此外，它可用于接合兩個(gè)以上的工件。
為了進(jìn)一步改進(jìn)接合質(zhì)量，可對肩部和探針中的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用表面涂層或表面處理。這些涂層和處理可表現(xiàn)出低摩擦、抗磨損、耐 溫、抗擴(kuò)散和低反應(yīng)性以及固態(tài)潤滑的性質(zhì)。處理的例子包括滲氮、 滲碳和氮碳共滲。涂層的例子包括諸如氧化鋁、氧化鋯、氮化硅和硅
鋁氧氮聚合材料(sialon)之類的陶瓷；以及諸如鉬、鑄鐵和PCBN 之類的難熔金屬。
可在整個(gè)肩部上以及滑動件周圍采用惰性屏蔽氣體以防止氧化并 幫助冷卻。例子包括氬和氦。
可采用預(yù)加熱以在焊接之前對材料進(jìn)行預(yù)軟化。 肩部可被冷卻(水、氣體、冷源)。
可采用后加熱/冷卻以控制在工具背面的工件材料所經(jīng)歷的熱循環(huán)。
一種雙探針途徑可用于減小所產(chǎn)生的側(cè)向力并改進(jìn)焊縫質(zhì)量和提 高工具壽命。在這種情況下，可設(shè)置兩個(gè)旋轉(zhuǎn)探針，其延伸通過單個(gè)
肩部中的相應(yīng)孔，這些探針或者與探針的運(yùn)動方向一致或者稍微偏置。 這些探針可具有不同尺寸(長度和/或?qū)挾?并可進(jìn)行相反旋轉(zhuǎn)。
可將多個(gè)探針用于處理工件材料的不同區(qū)域。
在焊接運(yùn)行期間，探針元件可逐漸收回以使焊縫漸隱，或者能夠 伸出/收回以處理部件的較厚/較薄部分，同時(shí)肩部保持與工件接觸。
所述或每個(gè)肩部通常將是靜止的滑動件，但能夠在接合操作期間 緩慢轉(zhuǎn)動或慢慢移來移去。通常，探針旋轉(zhuǎn)得是肩部的至少io倍快， 肩部通常僅以50 rpm的速度i走轉(zhuǎn)。
優(yōu)選用不止一種材料或不止一個(gè)部件來構(gòu)建所述或每個(gè)肩部，并 使用高溫或特別涂覆的插入件用于包含接近于旋轉(zhuǎn)探針的材料。例如， 肩部可主要由基于鎳的合金制成，但具有在探針?biāo)由齑┻^的孔周圍 限定的插入件，所述插入件由諸如上述的陶瓷或難熔金屬制成。
探針可通過整體軸承與所述或每個(gè)肩部連接，或者在它們之間可 設(shè)置小縫隙。
可使用雙肩途徑，其中，除了在頂面上設(shè)置一個(gè)肩部外，可以設(shè)
將一個(gè)肩部固定在工件下面。因此，第二肩部可為靜止的或者相對于 探針緩慢旋轉(zhuǎn)。使用中，肩部將通常承受有效施加栽荷，通常為500-5000kg，經(jīng) 常約3000kg。
可以接合或處理許多不同的材料類型和組合，包括
Ti及其合金
Fe、鋼及其其他合金
Ni及其合金
V及其合金
Cr及其合金
Mn及其合金
Co及其合金
Zr及其合金
Pd及其合金
Hf及其合金
Pt及其合金
可以接合相異的材料組合。由于由探針單獨(dú)提供的加熱和混合區(qū) 域非常窄，所以接合區(qū)域的位置可以是這樣的，即，使得相對于一材 料優(yōu)先混合和加熱另 一材料。在接合性能通常受金屬間化合物的形成 限制的情況下，這可能尤為有利。減少的表面加熱有可能限制金屬間 化合物的形成，并使得能夠接合許多原先不可焊接的相異的材料組合。 實(shí)際上，除高溫低傳導(dǎo)率金屬和金屬合金之外，還有許多相異材料可 使用本說明書中描述的摩擦攪拌工具來接合。
除了便于成功接合高溫材料外，當(dāng)進(jìn)行接合時(shí)上述方法也在平衡 輸入到接合區(qū)域中的熱方面提供了優(yōu)點(diǎn)?？梢哉{(diào)整所述方法以提供特 定的接合性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)。使用滑動件作出的接縫的表面拋光通常在 質(zhì)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于使用基于摩擦攪拌和熔融的其他技術(shù)得到的接縫。
上述途徑的其他優(yōu)點(diǎn)包括
能夠在穩(wěn)定的FSW處理中在高溫低傳導(dǎo)率材料中產(chǎn)生質(zhì)量良好的焊縫。
與傳統(tǒng)的FSW (其中焊接過熱為限制因素)相比，提高了在高溫 低傳導(dǎo)率材料中的焊接速度。
與傳統(tǒng)的FSW相比，焊縫根部質(zhì)量得到改進(jìn)，如僅僅采用旋轉(zhuǎn)探針，更加均勻地平衡了整個(gè)焊縫上的熱輸入。
由于在焊縫中熱的分布更加平衡，所以可能減少FSW工具磨損并 提高工具壽命。
將旋轉(zhuǎn)探針用作分離的部分減小了 FSW工具所需的高溫材料的 量，這允許使用先進(jìn)的/更高質(zhì)量的工具材料，從而提供改進(jìn)的工具性 能。
非旋轉(zhuǎn)滑動肩部的使用和降低的表面熱輸入減小了焊縫污染的可 能性，特別是在接合諸如鈦之類的材料時(shí)，因?yàn)榧绮繉⑼獠凯h(huán)境與接 合或處理區(qū)域隔開了。
現(xiàn)在將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的方法和用于執(zhí)行方法的裝置的 一些實(shí)施例，其中


圖1和2為圖示使用傳統(tǒng)FSW方法得到的高溫材料之間的接縫外 觀的照片；
圖3是用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的FSW裝置的第一實(shí)施例的示 意圖4是貫穿用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置的第二實(shí)施例的截 面圖5是使用根據(jù)本發(fā)明的方法形成的對接焊縫的照片； 圖6是貫穿如圖5所示的焊縫截取的橫截面。
圖1和2圖示了傳統(tǒng)FSW方法用于焊接高溫材料所存在的問題， 在這種情況下該高溫材料為由Ti-6AI-4V制成的兩個(gè)工件。如在這兩 幅圖中可看見的，接縫表面出現(xiàn)總體過熱，導(dǎo)致材料的過度軟化、材 料密封度不足以及表面拋光較差。在圖1中，25mm直徑的肩部與15mm 直徑的探針一起使用，探針以200rpm的速度旋轉(zhuǎn)且以100mm/min的速 度平移。在圖2中，15mm直徑的肩部與6mm直徑的探4十或4十狀物一起 使用，該探針或針狀物以250rpm的速度旋轉(zhuǎn)并且以60 - 90mm/min的 速度平移。
圖3圖示了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的簡單裝置的示例。在這 種情況下，細(xì)長探針1在所施加載荷的作用下從機(jī)器心軸2延伸進(jìn)入 對接在一起的一對高溫金屬工件8、 9之間的接合區(qū)域7。機(jī)器心軸軸頸安裝在主工具止端軸承3中，該止端軸承3又由非旋轉(zhuǎn)滑動件4所 支撐，該滑動件4限定也處于載荷作用下的肩部元件。探針可由諸如 鵠或鉬之類的難熔合金制成，或者可為基于陶瓷的，由氧化鋁、氧化 鋯之類制成?；瑒蛹?典型地由基于鎳的合金或由其他高溫材料制成， 并具有如前所述的位于探針1附近的插入件。
在使用中，機(jī)器心軸2，并且因此探針l，以高速旋轉(zhuǎn)，該速度例 如為10-1000rpm,典型地為大約500rpm，并且將探針插在工件8、 9 之間。然后，接觸工件8、 9的上表面的探針和滑動件4在所施加載荷 的作用下沿箭頭10的方向移動，從而沿著接合區(qū)域5將上述工件摩擦 攪拌焊接起來。不旋轉(zhuǎn)的滑動件4所穿過的區(qū)域圖示于6處。
在圖3中大體上示出的裝置在圖4中以更為實(shí)際的實(shí)施方案示出。 圖4所圖示的FSW工具包括主殼體20，其通過心軸軸承11可旋轉(zhuǎn)地 支撐機(jī)器心軸13，該機(jī)器心軸13的上端將連接到用于旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動該 機(jī)器心軸的驅(qū)動馬達(dá)，并且該才幾器心軸13的下端由固定到殼體20的 主工具止端軸承14所支撐。
在夾持器中的FSW探針17連接到主心軸13的端部，并且伸出穿 過在殼體20的下部15中形成的開口 21。
殼體20的下部15支撐非旋轉(zhuǎn)滑動元件18，該滑動元件相當(dāng)于傳 統(tǒng)FSW工具的肩部，該滑動元件具有插入到開口 21中的中心高溫插塞 22并限定探針17所延伸穿過的孔。
惰性屏蔽氣體可通過入口孔12供給，并通過出口孔16排出。
圖5是使用如圖4所示的裝置在Ti-6AI-4V中形成的對接焊縫的 照片。在這種情況下，探針具有8mm直徑，以300rpm的速度旋轉(zhuǎn)并以 80mm/min的速度平移。應(yīng)該注意到，并沒有進(jìn)行焊接后的拋光，但是 可以看出，已經(jīng)得到了改進(jìn)很多的接縫。圖6以橫截面形式示出了同 一接縫。
權(quán)利要求
1. 一種摩擦攪拌方法，包括使摩擦攪拌工具的旋轉(zhuǎn)探針進(jìn)入一個(gè)工件或一對工件之間的接合區(qū)域，所述工件或者每個(gè)工件為低傳導(dǎo)率高熔點(diǎn)金屬或金屬合金，其中所述探針從與所述工件接觸的單個(gè)肩部延伸，并相對于所述肩部旋轉(zhuǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，用于接合一對工件，進(jìn)一步包括 將所述工具沿著所述工件之間的接合線移動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，用于處理一個(gè)工件，進(jìn)一步包括 將所述工具沿著沿所述工件延伸的線移動。
4. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述肩部不相對 于所述工件旋轉(zhuǎn)。
5. 根據(jù)從屬于權(quán)利要求2或3時(shí)的權(quán)利要求4所述的方法，其中 所述肩部限定一滑動件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述肩部相對于所述探針緩慢旋轉(zhuǎn)。
7. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述肩部或每個(gè)肩部被成形為與其所緊靠的工件的一個(gè)或多個(gè)表面一致。
8. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述探針和所述肩 部中的一個(gè)或兩者設(shè)置有表面涂層或表面處理，該表面涂層或表面處 理表現(xiàn)出低摩擦、抗磨損、耐溫、抗擴(kuò)散、低反應(yīng)性和固態(tài)潤滑中的 一個(gè)或多個(gè)。
9. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括將屏蔽氣體 供給到所述肩部和所述工件之間的區(qū)域。
10. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括將冷卻劑和 /或潤滑劑供給到所述肩部和所述工件之間的區(qū)域。
11. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述肩部由一個(gè)以 上的部件構(gòu)成，較接近所述探針的部件具有高熔點(diǎn)。
12. —種摩擦攪拌方法，包括使摩擦攪拌工具的旋轉(zhuǎn)探針進(jìn)入一個(gè) 工件或一對工件之間的接合區(qū)域，所述工件或每個(gè)工件為低傳導(dǎo)率高 熔點(diǎn)金屬或金屬合金，其中所述探針在與所述工件的相對側(cè)接觸的第 一和第二肩部之間延伸，并相對于這兩個(gè)肩部旋轉(zhuǎn)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述肩部中的一個(gè)或兩個(gè)不相對于所述工件旋轉(zhuǎn)，或者相對于所述探針緩慢旋轉(zhuǎn)。
14. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述工件或每個(gè)工 件選自如下組，該組包括Ti及其合金Fe、鋼及其其他合金Ni及其合金V及其合金Cr及其合金Mn及其合金Co及其合金Zr及其合金Pd及其合金Hf及其合金Pt及其合金
15. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，用于接合一對工件，其 中所述工件由不同材料制成。
16. 根據(jù)至少權(quán)利要求2或3所述的方法，其中隨著所述工具接近 所述線的末端，所述探針在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)被收回，同時(shí)所述肩部保持與 所述工件接觸。
17. 通過根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法接合的一對由低傳 導(dǎo)率高熔點(diǎn)金屬或金屬合金制成的工件。
全文摘要
一種摩擦攪拌方法包括使摩擦攪拌工具的旋轉(zhuǎn)探針(1)進(jìn)入一個(gè)工件或一對工件(89)之間的接縫，所述或每個(gè)工件為低傳導(dǎo)率高熔點(diǎn)金屬或金屬合金。探針(1)從與工件接觸的一個(gè)肩部(4)延伸或者在與工件接觸的多個(gè)肩部之間延伸，并相對于所述或每個(gè)肩部旋轉(zhuǎn)。
文檔編號B23K20/12GK101443153SQ200780017639
公開日2009年5月27日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月15日
發(fā)明者A·C·阿迪森, M·J·拉塞爾, N·L·霍拉克斯 申請人:焊接研究院