包括可動(dòng)反支承件的用于摩擦攪拌焊接的改進(jìn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于兩個(gè)部件（22，24）的摩擦攪拌焊接的系統(tǒng)（46）以及利用所述系統(tǒng)進(jìn)行摩擦攪拌焊接的方法，該系統(tǒng)（46）包括：焊接單元（48），焊接單元（48）包括安裝有旋轉(zhuǎn)銷（66a，66b）的至少一個(gè)焊頭（54a，54b）；和反支承單元（50），反支承單元（50）具有支承表面（80）以克服由焊頭施加的壓力支承部件（22，24），并且其中，每個(gè)焊頭（54a，54b）能夠相對(duì)于支承表面（80）、沿著平行于旋轉(zhuǎn)銷（66a，66b）的旋轉(zhuǎn)軸線（68a，68b）的第一方向（57）和沿著正交于旋轉(zhuǎn)軸線（68a，68b）的第二方向（56）移動(dòng)，并且其中支承表面（80）能夠沿著第二方向（56）移動(dòng)并且由設(shè)置成彼此分開的兩個(gè)同軸夾緊輥?zhàn)樱?2）形成。
【專利說明】包括可動(dòng)反支承件的用于摩擦攪拌焊接的改進(jìn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于通過摩擦攪拌焊接的技術(shù)(FSW)裝配兩個(gè)部件的系統(tǒng)和方法。
[0002]本發(fā)明特別地在加強(qiáng)件在飛行器面板一特別是飛機(jī)面板一上的固定方面獲
得應(yīng)用。
[0003]根據(jù)本發(fā)明關(guān)注的面板可以是機(jī)身面板、翼面面板或者尾翼面板、或者形成儲(chǔ)存箱或者起落架艙部分的面板、或者任何其他類型的面板。
[0004]固定至這些面板的加強(qiáng)件可以具體是機(jī)身周向框架、機(jī)身縱向桁架或者加強(qiáng)件、機(jī)翼或者尾翼加強(qiáng)桿或者肋狀物、地板橫向構(gòu)件或地板梁等。
【背景技術(shù)】
[0005]通常，稱為摩擦攪拌焊接(FSW)的技術(shù)已知用于以至少等同于使用常規(guī)鉚釘接合達(dá)到的效率來制成允許壓力通過所裝配的部件之間的快速持久的機(jī)械接合。
[0006]在圖1中示意性示出的該技術(shù)使用包括至少一個(gè)焊頭10的焊接裝置，該至少一個(gè)焊頭10包括旋轉(zhuǎn)銷12、肩部14，該肩部14延伸至旋轉(zhuǎn)銷12的基部并且具有通常等于該旋轉(zhuǎn)銷12的平均直徑的2至2.5倍之間的直徑。
[0007]兩個(gè)部件16a、16b的摩擦攪拌焊接包含在兩個(gè)部件16a、16b之間的接合面18處將旋轉(zhuǎn)銷12引入至兩個(gè)部件中，直到肩部14與部件16a、16b中的每個(gè)的表面進(jìn)行接觸為止。旋轉(zhuǎn)銷12至構(gòu)成部件16a、16b的材料中的引入通過該材料的由于旋轉(zhuǎn)銷12針對(duì)兩個(gè)部件16a和16b的摩擦產(chǎn)生的熱量而產(chǎn)生的局部軟化而成為可能。在旋轉(zhuǎn)銷12的周圍的部件16a、16b的材料的面團(tuán)樣狀態(tài)允許該旋轉(zhuǎn)銷沿著接合面18移動(dòng)。旋轉(zhuǎn)銷12的轉(zhuǎn)動(dòng)以及在適當(dāng)?shù)那闆r下肩部14的轉(zhuǎn)動(dòng)引起處于在面團(tuán)樣狀態(tài)的材料的混合。
[0008]通過旋轉(zhuǎn)銷12引起的擠壓和通過肩部產(chǎn)生的鍛造效果因此逐漸地導(dǎo)致焊縫的形成。該焊縫表現(xiàn)為兩種材料所共有的由于恢復(fù)再結(jié)晶而形成的新金相結(jié)構(gòu)的形式，其中，該金相結(jié)構(gòu)因此保證在冷卻后兩個(gè)部件16a、16b的良好結(jié)合。
[0009]如在圖2中示意性地示出的，通過使用反模板20，反壓力施加在部件16a、16b中的每個(gè)的與焊頭10相反的面上，以抵消通過旋轉(zhuǎn)銷12施加的壓力。這種反模板有時(shí)結(jié)合了允許通過摩擦產(chǎn)生的熱的一部分被移除的冷卻裝置。這通常提高部件在焊接后的機(jī)械特性。這種冷卻裝置表現(xiàn)為例如下述通道21的形式:該通道21結(jié)合在反模板20中并且傳熱流體在通道21中流動(dòng)。
[0010]該摩擦攪拌焊接技術(shù)允許實(shí)現(xiàn)所謂的“對(duì)接焊接”，如在圖1和圖2中示出的，在該對(duì)接焊接中，旋轉(zhuǎn)銷12的軸線局部地平行于要被裝配的部件之間的接合面。
[0011]該技術(shù)還允許實(shí)現(xiàn)所謂的“透明焊接”，在該透明焊接中，旋轉(zhuǎn)銷12的軸線局部地平行于待裝配的部件之間的接合面。在該情況下，待裝配的部件中的一個(gè)被置于焊頭與待裝配的另一個(gè)部件之間。
[0012]摩擦攪拌焊接技術(shù)特別具有在待裝配的部件的組成材料的熔點(diǎn)之下實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，這特別地避免了與重新固化相關(guān)的問題并且經(jīng)常與其他焊接技術(shù)同時(shí)出現(xiàn)。
[0013]該技術(shù)另外提供不需要任何填充物材料和不引起任何污染煙霧散發(fā)的優(yōu)點(diǎn)。
[0014]此外，焊接裝置沿著待裝配的部件的接合面移動(dòng)時(shí)的速度可以達(dá)到每分鐘2米，使得該焊接技術(shù)允許使部件快速地并且以降低的成本裝配。
[0015]該焊接技術(shù)另外提供高度自動(dòng)化水平的可能性。
[0016]雖然如此，已知的摩擦攪拌焊接方法確實(shí)存在缺點(diǎn)。
[0017]在對(duì)接焊接的情況下或者在透明焊接的情況下針對(duì)待裝配的一個(gè)部件，使用的反模板必須按照嚴(yán)格的尺寸公差制造以便盡可能接近地適合待裝配的表面。
[0018]如果不是這種情況則必須例如通過機(jī)械加工事先調(diào)整待裝配部件的尺寸，使得裝配部件的尺寸盡可能接近地匹配反模板的幾何體。
[0019]此外，通過焊接頭施加的力的級(jí)別可能達(dá)到若干噸，使得特別當(dāng)待裝配的部件具有彎曲形狀時(shí)，例如在圖3的縱向截面圖中示出的在周向框架22裝配至飛行器機(jī)身面板24上的情況中，反模板通常必須具有大質(zhì)量。這種周向框架22包括應(yīng)用至機(jī)身面板24上的、形狀基本是圓筒形的凸緣26、和基本上正交于基板26延伸的腹板30。
[0020]此外，如果反模板包括必須能夠提取大量熱的冷卻裝置，則反模板的質(zhì)量將更大并且加工起來更復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明的一個(gè)目的特別是提供一種針對(duì)這些問題的簡單、經(jīng)濟(jì)并且有效解決方法，該解決方案允許避免以上所述的缺點(diǎn)中的至少一些。
[0022]為此目的，本發(fā)明提出一種用于焊接待裝配的至少兩個(gè)部件的摩擦攪拌焊接系統(tǒng)，該摩擦攪拌焊接系統(tǒng)包括:
[0023]一焊接單元，該焊接單元包括焊接裝置，該焊接裝置包括設(shè)置有旋轉(zhuǎn)銷的至少一個(gè)焊頭；
[0024]一反支承單元，反支承單元提供支承表面，該支承表面設(shè)計(jì)成克服由每個(gè)所述焊頭施加的壓力來支承待裝配的部件；
[0025]并且其中，每個(gè)所述焊頭能夠相對(duì)于所述反支承單元的所述支承表面、沿著平行于每個(gè)所述焊頭的所述旋轉(zhuǎn)銷的旋轉(zhuǎn)軸線的第一方向移動(dòng)；并且每個(gè)所述焊頭能夠沿著正交于所述焊頭的旋轉(zhuǎn)銷的旋轉(zhuǎn)軸線的第二方向移動(dòng)。
[0026]此外，該反支承單元包括用于沿著所述第二方向移動(dòng)所述支承表面的裝置。
[0027]這種移動(dòng)裝置允許支承表面在焊頭沿著所述第二方向的位移期間保持基本上與焊頭相對(duì)。
[0028]該第二方向在實(shí)際上可以是在使用本系統(tǒng)施行焊接工序期間與由所述焊頭所遵循的總體軌跡相切的方向。為此，在下面所述第二方向?qū)⒎Q為“焊接方向”。
[0029]當(dāng)最初位于待裝配的部件外側(cè)的所述焊頭沿著所述第一方向朝向待裝配的部件移動(dòng)時(shí)，該焊頭的旋轉(zhuǎn)銷能夠穿入形成所述部件的材料中，這將在下面變得更清楚。因?yàn)榇嗽颍诒久枋龅钠溆嗖糠种兴龅谝环较蛴袝r(shí)將被稱為“穿透方向”。
[0030]通過提出使用能夠沿著焊接方向移動(dòng)的支承表面，本發(fā)明避免依賴于經(jīng)常使用的、特別有利于焊接彎曲部的類型的大塊反模板。[0031]此外，支承表面和焊頭沿著所述第一方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的可能性允許實(shí)現(xiàn)克服通過焊頭施加的壓力的最佳反壓力，同時(shí)仍然允許用于支承表面的尺寸精度的需要的降低以及用于待裝配的部件的預(yù)先調(diào)整的需要的降低。[0032]應(yīng)注意的是，根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)可以通常用于實(shí)現(xiàn)對(duì)接焊接和透明焊接。
[0033]反支承單元優(yōu)選地設(shè)計(jì)成能夠允許所述支承表面在待裝配的部件中的一者上滾動(dòng)。這種滾動(dòng)可以在實(shí)際上表現(xiàn)為支承表面沿著焊接方向的整個(gè)位移。
[0034]根據(jù)本發(fā)明，該反支承單元包括彼此分開設(shè)置并且具有公共回轉(zhuǎn)軸線的兩個(gè)夾緊輥?zhàn)樱龉不剞D(zhuǎn)軸線基本上正交于所述第一方向并且正交于所述第二方向，其中，所述夾緊輥?zhàn)拥拿總€(gè)均具有形成所述支承表面的至少一部分的主周向軌道。
[0035]該構(gòu)型在下述情況中是特別有利的:當(dāng)待裝配的部件中的一個(gè)是具有凸緣和腹板的加強(qiáng)件時(shí)以及當(dāng)該焊接系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)件的凸緣透明焊接至另一個(gè)部件上時(shí)，其中，在第二種情況中該構(gòu)型例如表現(xiàn)為面板的形式。
[0036]在實(shí)際上，該夾緊輥?zhàn)訄?zhí)行抵著通過所述焊頭施加的壓力的支承板的作用，同時(shí)允許這種加強(qiáng)件的腹板穿過該夾緊輥?zhàn)又g。
[0037]該構(gòu)型因此當(dāng)所涉及的加強(qiáng)件的腹板相對(duì)于加強(qiáng)件的凸緣是基本上在中心時(shí)是特別有利的。
[0038]總的來說，該夾緊輥?zhàn)犹貏e地具有能夠結(jié)合具有簡單設(shè)計(jì)的低成本熱交換裝置以允許在焊接期間對(duì)部件進(jìn)行有效冷卻的優(yōu)點(diǎn)。
[0039]可替代的，這種冷卻可以例如通過設(shè)置用于噴射的附加自動(dòng)機(jī)械通過將冷卻劑噴灑至焊接區(qū)域上來實(shí)現(xiàn)，或者通過將整個(gè)焊接裝置浸沒在填充有熱交換流體的池中來實(shí)現(xiàn)，其中，所有這些都不離開本發(fā)明的范圍。
[0040]應(yīng)注意的是，所述支承表面優(yōu)選地完全由所述夾緊輥?zhàn)拥南鄳?yīng)主周向軌道形成。
[0041]此外，該夾緊輥?zhàn)幽軌蛴欣貒@其公共旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。
[0042]該夾緊輥?zhàn)右虼四軌蛟诖b配的部件中的一個(gè)上滾動(dòng)，以允許所述支承表面整體上沿著所述焊接方向移位。
[0043]在該情況下，該夾緊輥?zhàn)拥幕剞D(zhuǎn)軸線形成用于夾緊輥?zhàn)拥男D(zhuǎn)軸線。
[0044]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，反支承單元包括使一個(gè)夾緊輥?zhàn)映蛄硪粋€(gè)移動(dòng)的
>J-U ρ?α裝直。
[0045]該構(gòu)型因此特別允許夾緊輥?zhàn)訉⒓訌?qiáng)件的腹板夾在之間，同時(shí)其相應(yīng)主周向軌道壓靠該加強(qiáng)件的一個(gè)凸緣。
[0046]這特別有助于在該加強(qiáng)件焊接至另一個(gè)部件時(shí)對(duì)該加強(qiáng)件定中心。
[0047]使得一個(gè)夾緊輥?zhàn)友刂硪粋€(gè)夾緊輥?zhàn)拥姆较蛞苿?dòng)的所述裝置包括例如分別地承載所述夾緊輥?zhàn)拥膬蓚€(gè)支承臂。
[0048]在該情況下，為了允許夾緊輥?zhàn)映虮舜诉M(jìn)行移動(dòng)，該反支承單元優(yōu)選地包括用于使所述支承臂中的一個(gè)沿著另一個(gè)的方向移動(dòng)的裝置。
[0049]用于移動(dòng)支承臂的這些裝置可以例如結(jié)合到機(jī)械臂中。
[0050]此外，每個(gè)夾緊輥?zhàn)佑欣匕惭b成使得其在相應(yīng)的支承臂上旋轉(zhuǎn)。
[0051 ] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，夾緊輥?zhàn)又械拿總€(gè)具有徑向地向外突出的周向肩部，該周向肩部限定所述夾緊輥?zhàn)拥乃鲋髦芟蜍壍赖脑诿鎸?duì)另一個(gè)所述夾緊輥?zhàn)幽且粋?cè)上的橫向端部。
[0052]在待裝配的兩個(gè)部件透明焊接過程的情況中，這種周向肩部能夠有助于限制和形成構(gòu)成所述部件中的第一部件的材料，由該夾緊輥?zhàn)拥南鄳?yīng)主周向軌道接合地形成的支承表面壓靠該第一部件。
[0053]實(shí)際上使得每個(gè)夾緊輥?zhàn)友刂硪粋€(gè)夾緊輥?zhàn)拥姆较蛞苿?dòng)允許該夾緊輥?zhàn)拥募绮繅嚎克龅谝徊考倪吘墶?br> [0054]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述夾緊輥?zhàn)又械拿總€(gè)均具有通過夾緊輥?zhàn)拥乃鲋芟蚣绮窟B接至所述夾緊輥?zhàn)拥乃鲋髦芟蜍壍赖母敝芟蜍壍馈?br> [0055]在待裝配的兩個(gè)部件的透明焊接過程的情況中，每個(gè)夾緊輥?zhàn)拥母敝芟蜍壍滥軌蛴欣匕磯褐了霾考械膶?duì)應(yīng)于形成在焊接單元的焊接裝置上的部件的第二部件上。
[0056]該構(gòu)型加強(qiáng)由每個(gè)夾緊裝置提供的材料的限制效應(yīng)，這將在下面變得更清楚。
[0057]通常，根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)還優(yōu)選地包括通過焊接單元承載的非破壞性檢驗(yàn)裝置和/或通過反支承裝置承載的非破壞性檢驗(yàn)裝置。
[0058]這種非破壞性檢驗(yàn)裝置快速地和自動(dòng)地在線控制焊縫的質(zhì)量。
[0059]在該情況下，焊接系統(tǒng)優(yōu)選地另外包括通過焊接單元承載的修理裝置。
[0060]考慮到焊接的方向，該非破壞性檢驗(yàn)裝置則布置在前述焊接裝置與修理裝置之間。
[0061]這種修理裝置包括設(shè)計(jì)成當(dāng)通過非破壞性檢驗(yàn)裝置檢測到預(yù)先形成的焊縫中的缺陷時(shí)實(shí)現(xiàn)待裝配部件的焊接的局部返工。
[0062]該修理裝置避免了焊接裝置在檢測到缺陷時(shí)必須反向行進(jìn)，如將更清楚地在下面示出。
[0063]另外，焊接系統(tǒng)有利地包括通過焊接單元承載的防腐蝕處理裝置和/或通過反支承單元承載的防腐蝕處理裝置。
[0064]這種防腐蝕處理裝置用于在需要的情況下在檢驗(yàn)焊縫后并且在焊縫的任何修理后對(duì)焊縫應(yīng)用防腐蝕處理。
[0065]本發(fā)明還涉及一種用于通過使用以上描述的類型的焊接系統(tǒng)的透明焊接來線性焊接兩個(gè)部件的摩擦攪拌焊接(FSW)方法，其中:
[0066]一所述部件被疊置；
[0067]一反支承單元包括兩個(gè)夾緊輥?zhàn)?，這兩個(gè)夾緊輥?zhàn)颖舜朔珠_設(shè)置并且具有正交于所述第一方向(或“穿透方向”)并且正交于所述第二方向(或“焊接方向”)的共有回轉(zhuǎn)軸線，其中，所述夾緊輥?zhàn)又械拿總€(gè)均具有形成所述支承表面的至少一部分的主周向軌道；
[0068]一由于形成所述部件的材料因由所述旋轉(zhuǎn)銷的摩擦引起的熱而局部地軟化，所述焊接裝置的每個(gè)焊頭的旋轉(zhuǎn)銷通過完全地穿過第二部分而被至少部分地插入所述部件中的第一部件，然后所述旋轉(zhuǎn)銷沿著所述部件之間的接觸分界面在所述第二方向上移動(dòng)，使得形成焊縫；
[0069]一所述反支承單元的支承表面壓靠所述第一部件并且沿著所述接觸分界面在所述第一部件上移動(dòng)使得能夠抵消由所述焊接裝置的每個(gè)焊頭的旋轉(zhuǎn)銷在旋轉(zhuǎn)銷沿著所述第二方向運(yùn)動(dòng)期間施加的壓力。
[0070]該方法自然地展示了以上描述的系統(tǒng)在前述支承表面的移動(dòng)性方面和在對(duì)支承表面的尺寸精度并且對(duì)待裝配的部件的事先調(diào)整方面的降低的需要方面的優(yōu)點(diǎn)。
[0071]每個(gè)焊頭的旋轉(zhuǎn)銷具有局部地正交于待裝配部件之間的接觸分界面的旋轉(zhuǎn)軸線。
[0072]前述的第一部件是例如加強(qiáng)件的凸緣，而前述的第二部件是例如面板特別是飛行器的面板比如機(jī)身面板。
[0073]如以上所解釋的，所述支承表面優(yōu)選地完全由夾緊輥?zhàn)拥南鄳?yīng)主周向軌道形成。
[0074]此外，所述支承表面的所述移動(dòng)優(yōu)選地借助于通過在所述第一部件上實(shí)施所述主周向軌道的滾動(dòng)以引起所述夾緊輥?zhàn)拥拿總€(gè)夾緊輥?zhàn)訃@所述回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)而獲得的所述夾緊輥?zhàn)友刂鼋佑|分界面的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。
[0075]優(yōu)選地，所述夾緊輥?zhàn)映虮舜艘苿?dòng)使得所述夾緊輥?zhàn)拥膬蓚€(gè)相應(yīng)側(cè)壁將所述第一部件的一部分中間夾在中間。
[0076]在將凸緣焊接至面板的期間，該夾緊輥?zhàn)幽軌蛞虼颂貏e地通過使用其相應(yīng)的兩側(cè)壁將加強(qiáng)件的腹板夾在中間同時(shí)通過其相應(yīng)主周向軌道在加強(qiáng)件的凸緣上施加支承力。
[0077]優(yōu)選地，該夾緊輥?zhàn)痈髯跃哂袎嚎克龅谝徊考倪吘壍闹芟蚣绮俊?br> [0078]這允許形成所述第一部件的軟化材料受到限制，因此阻止該部件在由每個(gè)焊頭和所述支承表面施加的壓力下變形。
[0079]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，每個(gè)所述夾緊輥?zhàn)泳哂型ㄟ^該夾緊輥?zhàn)拥乃鲋芟蚣绮窟B接至該夾緊輥?zhàn)拥乃鲋髦芟蜍壍赖母敝芟蜍壍馈?br> [0080]每個(gè)夾緊輥?zhàn)拥母敝芟蜍壍缐嚎克龅诙考⑶以谠搳A緊輥?zhàn)友刂鼋佑|分界面移動(dòng)時(shí)在所述第二部件上滾動(dòng)。
[0081]這使通過每個(gè)夾緊輥?zhàn)拥募绮繉?shí)現(xiàn)的材料的限制的完整性最佳化。
[0082]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述焊接系統(tǒng)包括通過所述焊接單元承載的非破壞性檢驗(yàn)裝置和/或通過所述反支承單元承載的非破壞性檢驗(yàn)裝置；并且每個(gè)非破壞性檢驗(yàn)裝置以與所述焊接裝置的每個(gè)焊頭同步以及相對(duì)于所述焊接裝置的每個(gè)焊頭延后的方式移動(dòng)，以使實(shí)現(xiàn)所述焊縫的非破壞性檢驗(yàn)。
[0083]焊縫的質(zhì)量檢驗(yàn)可以因此結(jié)合至焊接過程本身中，并且可以因此自動(dòng)地并且快速地實(shí)現(xiàn)。
[0084]非破壞性檢驗(yàn)裝置優(yōu)選地布置在由焊接單元承載的所述所謂的“主”焊接裝置與第二所謂的“修理”焊接裝置之間。
[0085]在該情況下，只要所述非破壞性檢驗(yàn)裝置沒有顯示在焊縫中有任何缺陷，所述第二焊接裝置就保持不工作；當(dāng)所述非破壞性檢驗(yàn)裝置檢測到焊縫中的缺陷時(shí)所述第二焊接裝置啟動(dòng)，以對(duì)所述部件的焊接執(zhí)行局部返工。
[0086]該第二焊接裝置因此允許焊縫的缺陷區(qū)域的修理在不需要使制造焊縫的主焊接裝置沿反向返回的情況下進(jìn)行。
[0087]所述焊接系統(tǒng)有利地包括通過焊接單元承載的防腐蝕處理裝置和/或通過反支承單元承載的防腐蝕處理裝置。
[0088]在該情況下，每個(gè)防腐蝕處理裝置優(yōu)選地以與所述焊接單元的每個(gè)所述焊接裝置同步以及相對(duì)于所述焊接單元的每個(gè)所述焊接裝置延后的方式移動(dòng)，并且在適當(dāng)?shù)那闆r下，相對(duì)于形成或者焊接單元或者反支承單元的相同構(gòu)件的部分的非破壞性檢驗(yàn)裝置延后，以便將防腐蝕處理應(yīng)用至焊縫。[0089]在適當(dāng)?shù)那闆r下，該防腐蝕處理因此在檢驗(yàn)和任何修理后應(yīng)用至焊縫。
[0090]總的來說，應(yīng)注意的是根據(jù)本發(fā)明的方法能夠同步地實(shí)現(xiàn)對(duì)接焊接和透明焊接。換句話說，該方法能夠?qū)雍附觾蓚€(gè)相鄰部件同時(shí)將第三部件焊接至兩個(gè)相鄰部件的相應(yīng)相鄰端部。
[0091 ] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)特別有利應(yīng)用中，所述第一部件是用于飛行器的加強(qiáng)件并且所述第二部件是用于飛行器的面板，或者是兩個(gè)相鄰面板的組件，其中，所述加強(qiáng)件被透明焊接至第二部件上。
[0092]該面板可以是機(jī)身面板并且所述加強(qiáng)件可以是周向框架或者這種周向框架的角部。
[0093]在該情況下所述支承表面的移動(dòng)總體上沿著彎曲軌跡實(shí)現(xiàn)。
[0094]這種周向框架的凸緣呈現(xiàn)例如圓筒形回轉(zhuǎn)形式，或者回轉(zhuǎn)圓柱的一部分。
[0095]在該情況下，所述支承表面的移動(dòng)總體上沿著定中心在由所述機(jī)身面板限定的機(jī)身軸線上的、圓形的、或者圓的弧形的軌跡實(shí)現(xiàn)。
[0096]用于飛行器的機(jī)身面板具有:外表面，該外表面限定為被設(shè)計(jì)成位于飛行器的外側(cè)上的表面并且在飛行中通過沿著機(jī)身流動(dòng)的相對(duì)空氣流沖洗；和內(nèi)表面，該內(nèi)表面位于相反側(cè)。前述的周向框架自然地焊接至機(jī)身面板的內(nèi)表面上。
[0097]在涉及將這種周向框架焊接至兩個(gè)相鄰機(jī)身面板上的過程的情況中，在該方法的結(jié)尾產(chǎn)生的接合是被廣泛稱為“軌道接合”的類型。
[0098]可替代地，所述加強(qiáng)件可以是縱向加強(qiáng)件，也被稱為是桁梁。
[0099]在該情況下，特別當(dāng)機(jī)身面板是要用于機(jī)身部段的位于飛行器的鼻錐體和尾錐體之間的長度，所述支承表面的移動(dòng)可以沿著基本為直線的軌跡實(shí)現(xiàn)。
[0100]在另一可替代的實(shí)施方式中，面板可以是飛行器的機(jī)翼表面元件-比如飛行
器機(jī)翼或者尾翼組件一的航空動(dòng)力學(xué)面板。
[0101]在該情況下，所涉及的加強(qiáng)件可以是飛行器的這種元件的加強(qiáng)桿或者肋部。
[0102]在又一個(gè)可替代實(shí)施方式中，面板可以是形成飛行器的地板的一部分的面板，在該情況下，加強(qiáng)件可以是支承該地板或者用于導(dǎo)向座椅配裝至該地板上的扶手的橫向構(gòu)件。
[0103]在又一個(gè)可替代實(shí)施方式中，該面板可以形成飛行器起落架外殼的一部分或者形成飛行中的存儲(chǔ)箱的基部。
[0104]在所有這些涉及用于飛行器的加強(qiáng)件和面板的應(yīng)用中，其可以特別有利于所述焊縫在橫截面方面從所述加強(qiáng)件凸緣的第一側(cè)邊緣延伸至第二相反側(cè)邊緣。
[0105]這能夠使焊接過程防止在面板與加強(qiáng)件的凸緣之間形成微空腔，因此減小了這些部件的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)保證了在方法結(jié)束時(shí)得到的組件的最佳結(jié)合。
[0106]在該情況下，該焊接方法優(yōu)選地包括使用包括多個(gè)焊頭的焊接系統(tǒng)，這些焊頭中的每個(gè)包括旋轉(zhuǎn)銷和延伸至旋轉(zhuǎn)銷的基部的肩部。
[0107]優(yōu)選地，通過所述焊頭的所有相應(yīng)旋轉(zhuǎn)銷形成的足印在橫截面方面從加強(qiáng)件的凸緣的第一側(cè)邊緣基本延伸至第二側(cè)邊緣。
[0108]術(shù)語“基本上”要理解為意味足印從加強(qiáng)件凸緣的每個(gè)側(cè)邊緣延伸小于0.2mm的距離。[0109]術(shù)語“足印”要理解為意味將通過將旋轉(zhuǎn)銷插入材料中而在該材料中產(chǎn)生的而與由所述銷的旋轉(zhuǎn)造成的任何攪拌現(xiàn)象無關(guān)的痕跡。
[0110]優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)銷的每個(gè)從位于遠(yuǎn)離焊頭那一側(cè)的凸緣的表面穿入加強(qiáng)件的凸緣至0.2至0.5mm的深度。
[0111]這減小了使旋轉(zhuǎn)銷與反支承單元的所述支承表面接觸的風(fēng)險(xiǎn)。
[0112]所述多個(gè)焊頭有利地包括布置為三角形構(gòu)型的三個(gè)焊頭。
[0113]焊頭的這種構(gòu)型特別有利地適合覆蓋飛行器加強(qiáng)件凸緣的整個(gè)寬度的焊縫的形成。
[0114]在該情況下，所述多個(gè)焊頭優(yōu)選地包括相對(duì)于正交于所述第二方向或者焊接方向的給定平面定中心的兩個(gè)側(cè)部焊頭，和相對(duì)于所述側(cè)部焊頭的每一個(gè)沿著所述焊接方向偏移的中心焊頭。
[0115]優(yōu)選地，中心焊頭的旋轉(zhuǎn)銷的沿著焊接方向的投影與側(cè)部焊頭的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)銷相交。
[0116]該特性保證在一方面的中心焊頭的旋轉(zhuǎn)銷的足印與另一方面?zhèn)炔亢割^的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)銷的相應(yīng)足印之間一定程度的重疊。這特別優(yōu)化焊縫的同質(zhì)性。
[0117]優(yōu)選地，所述焊頭中的第一焊頭定位成面向加強(qiáng)件的腹板，而另外兩個(gè)焊頭相對(duì)于所述加強(qiáng)件腹板偏移，并且所述第一焊頭的旋轉(zhuǎn)銷并不如其他兩個(gè)焊頭的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)銷那樣深入地穿入至所述加強(qiáng)件凸緣中。
[0118]該構(gòu)型減小對(duì)加強(qiáng)件的位于接近加強(qiáng)件的腹板的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件的損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
[0119]特別地，所述第一焊頭可以是所述中心焊頭。
[0120]該構(gòu)型當(dāng)加強(qiáng)件包括相對(duì)于該加強(qiáng)件的凸緣基本在中心的腹板時(shí)是特別適合的。
[0121]此外，所述焊頭有利地沿著下述方向移動(dòng):以此方向移動(dòng)使得所述中心焊頭布置在所述側(cè)部焊頭的后方。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0122]通過閱讀下面的僅作為非限制性示例給出的描述同時(shí)參照附圖，將更容易地明白本發(fā)明并且本發(fā)明的細(xì)節(jié)、優(yōu)點(diǎn)和特征的其他方面將變得明顯。其中:
[0123]-已經(jīng)描述過的圖1是通過摩擦攪拌焊接技術(shù)而被對(duì)接焊接的兩個(gè)部件的局部立體示意圖；
[0124]-已經(jīng)描述過的圖2是通過摩擦攪拌焊接技術(shù)而被對(duì)接焊接的兩個(gè)部件的立體示意圖，也示出了用于支承兩個(gè)部件的反模板；
[0125]-已經(jīng)描述過的圖3是通過使用已知類型的摩擦攪拌焊接技術(shù)固定至飛行器機(jī)身面板上的周向框架的縱向截面示意圖；
[0126]-圖4是示出了包括根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的用于飛行器周向框架和機(jī)身面板的組件的若干焊接系統(tǒng)的焊接裝置的示意性側(cè)視圖；
[0127]-圖5是圖4的焊接裝置的沿圖4的平面V-V截取的橫截面示意圖，其中，示出了屬于該焊接裝置的焊接系統(tǒng)；
[0128]-圖6是圖5中的焊接系統(tǒng)的、放大比例的并且沿圖5的平面V1-VI截取的縱向截面中的局部示意圖；[0129]-圖7是圖5的沿圖5的平面VI1-VII截取的部分的放大比例的示意圖圖；
[0130]-圖8是飛行器機(jī)身面板和固定至飛行器機(jī)身面板的兩個(gè)周向框架的局部立體示意圖，其中，示出了焊頭的在該面板上的通道；
[0131]-圖9是包括根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的焊接系統(tǒng)的焊接裝置的局部示意性側(cè)視圖；
[0132]-圖10是包括根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方式的焊接系統(tǒng)的焊接裝置的局部示意側(cè)視圖。
[0133]在所有這些附圖中，相同的附圖標(biāo)記能夠標(biāo)示相同的或者類似的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0134]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的設(shè)計(jì)成實(shí)施用于將周向框架裝配至飛行器機(jī)身面板上的“透明”型的摩擦攪拌焊接方法的摩擦攪拌焊接裝置40的總圖。
[0135]圖4特別地示出五個(gè)周向框架22，該五個(gè)周向框架22中的每一個(gè)例如通過分別地穿過周向框架22中的兩個(gè)中心孔的兩個(gè)中心銷44均固定至支承件42，其中，周向框架22可以例如通過與中心銷44聯(lián)動(dòng)的銷而被保持。
[0136]由飛行器機(jī)身面板24形成的蒙皮應(yīng)用于周向框架22中的每個(gè)的凸緣26的外表面上。
[0137]另外，四個(gè)焊接系統(tǒng)46并排地布置成與保持周向框架22和機(jī)身面板24的支承件42相對(duì)。出于清楚的目的，四個(gè)焊接系統(tǒng)46示出為關(guān)于周向框架22縱向地偏移，但是在該焊接裝置40的操作期間，焊接系統(tǒng)46中的每個(gè)設(shè)置成基本地面向?qū)?yīng)的周向框架22。
[0138]圖5示出沿圖4的平面V-V截取的焊接裝置40并且因此示出從這一側(cè)觀察的這些焊接系統(tǒng)46中的一個(gè)。
[0139]該焊接系統(tǒng)46總體上包括焊接單元48和反支承單元50，該焊接單元48和該反支承單元50彼此相對(duì)地設(shè)置在承載支承周向框架22和機(jī)身面板24的支承件42的兩側(cè)。
[0140]焊接單元48表現(xiàn)為自動(dòng)機(jī)械裝置的形式，該自動(dòng)機(jī)械裝置在機(jī)械臂52的一端處包括設(shè)置有多個(gè)焊接頭的焊接裝置54，如在下面將變得更清楚的。
[0141]焊接單元48設(shè)計(jì)成特別地允許焊接裝置54在圖5的平面中沿著周向框架22、以與機(jī)身面板24相切的局部焊接方向56移動(dòng)。
[0142]焊接單元48另外設(shè)計(jì)成允許焊接裝置54沿著該焊接裝置的焊頭的各個(gè)旋轉(zhuǎn)銷穿透形成機(jī)身面板24和周向框架22的材料的方向移動(dòng)，如在下面將變得更清楚。該穿透方向由箭頭57表示并且平行于形成了圖5的平面和能夠在圖5中看到的平面V1-VI的交線。通過限定，該穿透方向57垂直于機(jī)身面板24的外表面并且因此直交于前述的焊接方向56。
[0143]反支承單元50也表現(xiàn)為配備有機(jī)械臂58的自動(dòng)機(jī)械裝置的形式。該機(jī)械臂58具有配備有布置在周向框架22的腹板30的兩側(cè)的兩個(gè)支承臂60的末端，其中，這些支承壁60中的僅一個(gè)在圖5中可見。這些支承臂60各自保持夾緊輥?zhàn)?2和導(dǎo)引輥?zhàn)?4，如在下面將變得更清楚的。
[0144]圖6更詳細(xì)地示出用于通過使用焊接裝置40來實(shí)施摩擦攪拌焊接方法的主要元件。
[0145]如在圖6中示出的，焊接裝置54包括布置為三角形的三個(gè)焊頭(圖6)。這些焊頭分布為兩個(gè)側(cè)部焊頭54a和一個(gè)中心焊頭54b，其中中心焊頭54b相對(duì)于側(cè)部焊頭54a朝向后方(沿著焊接方向56限定為后方)偏移，如在圖7中更清楚地示出。
[0146]三個(gè)前述焊頭54a、54b中的每個(gè)均包括旋轉(zhuǎn)銷66a、66b(圖6和圖7)，旋轉(zhuǎn)銷66a、66b圍繞旋轉(zhuǎn)軸線68a、68b旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸線68a、68b基本正交于焊接方向56并且因此也基本垂直于機(jī)身面板24的外表面70和內(nèi)表面72。三個(gè)焊頭54a、54b中的每個(gè)均還包括形成在對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)銷66a、66b的基部處的肩部74a、74b。所述肩部74a、74b能夠以本身已知的方式沿著與對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)銷66a、66b的旋轉(zhuǎn)方向相同或者相反的方向旋轉(zhuǎn)、或者甚至靜止。每個(gè)
旋轉(zhuǎn)銷66a、66b具有整體上漸縮的形式,使得每個(gè)旋轉(zhuǎn)銷的橫截面在旋轉(zhuǎn)銷的自由端-
SP,與對(duì)應(yīng)肩部74a、74b相反那側(cè)-的方向上縮小。對(duì)每個(gè)旋轉(zhuǎn)銷，最大直徑Dmax (圖
7)限定為旋轉(zhuǎn)銷的在旋轉(zhuǎn)銷最寬處的橫截面的直徑，該最大直徑Dmax在旋轉(zhuǎn)銷的靠近相應(yīng)的肩部74a、74b的基部處。
[0147]自然地，焊接單元48包括允許旋轉(zhuǎn)銷66a、66b旋轉(zhuǎn)、以及在適當(dāng)?shù)那闆r下允許肩部74a、74b旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)裝置。
[0148]前述焊頭的相應(yīng)肩部74a、74b在相同平面中延伸。這些肩部74a、74b可以因此同時(shí)地按壓至機(jī)身面板24的外表面70上，如在圖6和圖7中示出的。
[0149]側(cè)部焊頭54a的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)銷66a具有比機(jī)身面板24和機(jī)身框架22的凸緣26的累計(jì)厚度略小的高度。這些旋轉(zhuǎn)銷66a的高度與機(jī)身面板24和凸緣26的累計(jì)厚度之間的差通常達(dá)到十分之幾毫米的程度，優(yōu)選地在0.2_與0.5_之間。術(shù)語旋轉(zhuǎn)銷的“高度”自然地指的是其沿著其旋轉(zhuǎn)軸線的長度。
[0150]此外，中心焊頭54b的旋轉(zhuǎn)銷66b具有比側(cè)部焊頭54a的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)銷66a的高度更小、但是比機(jī)身面板24的厚度更大的高度。一方面的旋轉(zhuǎn)銷66b與另一方面的旋轉(zhuǎn)銷66a在高度上的差通常大約達(dá)到十分之幾毫米的程度，優(yōu)選地在0.2mm與0.5mm之間。
[0151]概括地說，三個(gè)旋轉(zhuǎn)銷66a、66b布置成使得中心焊頭54b的旋轉(zhuǎn)銷66b的垂直于平面P (圖7)的投影與這些旋轉(zhuǎn)銷66a相交(圖6)，所述平面P在側(cè)部焊頭54a的所述相應(yīng)旋轉(zhuǎn)銷66a的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸線68a的方向上穿過側(cè)部焊頭54a的所述相應(yīng)旋轉(zhuǎn)銷66a的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸線68。另外，由三個(gè)旋轉(zhuǎn)銷66a、66b形成的組件的寬度基本等于周向框架22的凸緣26的寬度。這保證了使用焊接單元得到的焊縫實(shí)現(xiàn)覆蓋前述凸緣26的整個(gè)寬度，這在下面將變得更清楚。
[0152]圖6另外示出支承臂60中的每個(gè)的端部，該端部包括通過支承臂60承載的加緊棍子62和導(dǎo)引棍子64。
[0153]每個(gè)加緊輥?zhàn)?2安裝成使得其圍繞旋轉(zhuǎn)軸線76在對(duì)應(yīng)支承臂60上旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸線76還形成用于輥?zhàn)拥膸缀位剞D(zhuǎn)的軸線。
[0154]夾緊輥?zhàn)?2具有設(shè)計(jì)成分別地抵靠著周向框架22的腹板30的兩側(cè)施用的相應(yīng)側(cè)壁78。以此方式，如在圖6中示出的，周向框架22的腹板30可以夾在夾緊輥?zhàn)?2的相應(yīng)側(cè)壁78之間。因此，反支承單元50的機(jī)械臂58包括用于操作支承臂60的裝置，該裝置能夠引起每個(gè)支承臂60朝向另一個(gè)支承臂60移動(dòng)并因此使所述夾緊輥?zhàn)?2朝向彼此移動(dòng)。
[0155]每個(gè)夾緊輥?zhàn)?2另外具有主周向軌道80，該主周向軌道80為圓筒形形式并且圍繞旋轉(zhuǎn)軸線76轉(zhuǎn)動(dòng)，該主周向軌道80從夾緊輥?zhàn)?2的側(cè)壁78延伸并且設(shè)計(jì)成壓靠周向框架22的凸緣26的內(nèi)表面，如在圖6中示出的。
[0156]每個(gè)夾緊輥?zhàn)?2的側(cè)壁78通過彎曲周向部81連接至對(duì)應(yīng)主周向軌道80，彎曲周向部81設(shè)計(jì)成抵靠將周向框架22的腹板30的對(duì)應(yīng)側(cè)連接至周向框架22的凸緣26的彎曲表面安裝。
[0157]在屬于本發(fā)明的術(shù)語中，兩個(gè)夾緊輥?zhàn)?2的相應(yīng)主周向軌道80組合在周向框架22的凸緣26上形成支承表面。
[0158]此外每個(gè)夾緊輥?zhàn)?2具有周向肩部82，周向肩部82限定了夾緊輥?zhàn)拥闹髦芟蜍壍?0的在面向夾緊輥?zhàn)拥膫?cè)壁78那一側(cè)上的一端。該周向肩部82連接至夾緊輥?zhàn)拥母敝芟蜍壍?4，該副周向軌道84延伸至夾緊輥?zhàn)?2的限定在面向夾緊輥?zhàn)?2的側(cè)壁78那一側(cè)的端面85。如在圖6中示出的，該副周向軌道84意在基本上與機(jī)身面板24的內(nèi)表面72接觸。因此，每個(gè)夾緊輥?zhàn)?2的周向肩部82具有基本等于周向框架22的凸緣26的厚度的覽度。
[0159]應(yīng)注意的是每個(gè)夾緊輥?zhàn)拥闹髦芟蜍壍?0和副周向軌道84可以是圓筒形形式或者圓錐形形式。
[0160]夾緊輥?zhàn)?2另外包括冷卻裝置。這些夾緊輥?zhàn)又械拿總€(gè)因而包括定中心在夾緊輥?zhàn)?6的旋轉(zhuǎn)軸線76上的基本為環(huán)形的通道Cl并且具有連接至進(jìn)口通道C2的端部和連接至出口通道(在圖中未示出)的相對(duì)端部。所述進(jìn)口通道和所述出口通道通向夾緊輥?zhàn)拥亩嗣?5并且分別地連接至供給管道C3和出口管道(在圖中未示出)，供給管道C3和出口管道布置在對(duì)應(yīng)的支承臂60中并且連接至用于冷卻熱交換流體的熱交換器(未示出)。
[0161]此外，每個(gè)導(dǎo)引輥?zhàn)?4安裝成使得其能夠圍繞正交于對(duì)應(yīng)夾緊輥?zhàn)?2的旋轉(zhuǎn)軸線76的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸線86旋轉(zhuǎn)。
[0162]每個(gè)導(dǎo)引輥?zhàn)?4具有周向?qū)б壍?8，周向?qū)б壍?8為圓筒形形式并且圍繞導(dǎo)引輥?zhàn)?4的旋轉(zhuǎn)軸線86轉(zhuǎn)動(dòng)，并且周向?qū)б壍?8設(shè)計(jì)成壓靠周向框架22的凸緣30的對(duì)應(yīng)表面。
[0163]參照附圖5至8，現(xiàn)將更詳細(xì)地對(duì)用于通過使用焊接裝置40的焊接系統(tǒng)46中的一個(gè)焊接系統(tǒng)將周向框架22焊接至機(jī)身面板24的摩擦攪拌焊接方法進(jìn)行描述。
[0164]首先該方法涉及以下述方式使焊接系統(tǒng)46的焊接單元48和反支承單元50預(yù)定位:以此方式使得這些元件面向周向框架22。如果必要，可以通過移動(dòng)焊接裝置40的焊接系統(tǒng)46和/或通過移動(dòng)承載周向框架22和機(jī)身面板24的支承件42實(shí)現(xiàn)該預(yù)定位。
[0165]然后該方法涉及三個(gè)焊頭54a、54b的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)銷66a、66b垂直于周向框架22的凸緣26的定位。因?yàn)槿齻€(gè)旋轉(zhuǎn)銷66a、66b的布局，通過這些三個(gè)旋轉(zhuǎn)銷形成的組件的沿著穿透方向57的投影基本與所述凸緣26的整個(gè)寬度相交。該定位可以通過焊接單元48的機(jī)械臂52的操作來實(shí)現(xiàn)。
[0166]該方法然后涉及焊接單元48，特別是機(jī)械臂52的操作，以使旋轉(zhuǎn)銷66a、66b的自由端與機(jī)身面板24的外表面接觸。
[0167]該方法還包括對(duì)反支承單元50的每個(gè)夾緊輥?zhàn)?2進(jìn)行定位使得每個(gè)夾緊輥?zhàn)?2的側(cè)壁78壓靠周向框架22的腹板30并且使得每個(gè)夾緊輥?zhàn)?2的主周向軌道80壓靠周向框架22的凸緣26。特別地，每個(gè)夾緊輥?zhàn)?2定位成使得其旋轉(zhuǎn)軸線76局部地平行于機(jī)身面板24并且正交于焊接方向56和穿透方向57?？梢酝ㄟ^操作反支承單元50，特別是機(jī)械臂58來實(shí)現(xiàn)夾緊輥?zhàn)?2的定位。
[0168]在圖6中示出的夾緊輥?zhàn)?2的該定位中，每個(gè)夾緊輥?zhàn)?2的旋轉(zhuǎn)軸線76正交于周向框架22的腹板30，而每個(gè)導(dǎo)引輥?zhàn)?4的旋轉(zhuǎn)軸線86平行于前述的腹板30。此外，每個(gè)夾緊輥?zhàn)?2的周向肩部82壓靠周向框架22的凸緣26的橫向邊緣(圖6)并且每個(gè)導(dǎo)引輥?zhàn)?4的周向軌道88壓靠周向框架22的腹板30。
[0169]概括地說，夾緊輥?zhàn)?2另外面向焊接裝置54設(shè)置。在示出的示例中，夾緊輥?zhàn)?2定位成使得夾緊輥?zhàn)?2中的每個(gè)與側(cè)部焊頭54a中的每一個(gè)的旋轉(zhuǎn)銷66a的旋轉(zhuǎn)軸線68a相交(圖6和圖7)。更具體地，每個(gè)夾緊輥?zhàn)?2的回轉(zhuǎn)軸線76相對(duì)于對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)銷66a的旋轉(zhuǎn)軸線68a稍微地向前偏移，使得夾緊輥?zhàn)?2中的每個(gè)夾緊輥?zhàn)拥脑摶剞D(zhuǎn)軸線76的平行于所述夾緊輥?zhàn)拥男D(zhuǎn)軸線68a的投影仍然與所述夾緊棍子相交。
[0170]該方法涉及使旋轉(zhuǎn)銷66a、66b旋轉(zhuǎn)，并且在適當(dāng)?shù)那闆r下使相關(guān)的肩部74a、74b旋轉(zhuǎn)，然后將旋轉(zhuǎn)銷插入至形成機(jī)身面板24的材料中然后再插入至形成周向框架22的凸緣26的材料中。根據(jù)眾所周知的摩擦攪拌焊接原理，由旋轉(zhuǎn)銷的摩擦引起的材料的局部軟化使得該插入成為可能。
[0171]該方法然后包含操作焊接單元48，特別是機(jī)械臂52，使得焊頭54a、54b沿著周向框架22移動(dòng)，優(yōu)選地以旋轉(zhuǎn)銷66a、66b覆蓋周向框架22的整個(gè)凸緣26的方式移動(dòng)。
[0172]在焊頭54a、54b的移動(dòng)期間，旋轉(zhuǎn)銷66a、66b的快速旋轉(zhuǎn)引起圍繞這些旋轉(zhuǎn)銷中的每個(gè)攪拌形成機(jī)身面板24和凸緣26的局部軟化材料。因?yàn)槿齻€(gè)旋轉(zhuǎn)銷66a、66b的布局，攪拌的材料的區(qū)域從所述凸緣26的一個(gè)側(cè)邊緣32a延伸至另一個(gè)側(cè)邊緣32b。在示出的示例中，在焊頭54a、54b的移動(dòng)期間，所有三個(gè)旋轉(zhuǎn)銷68a、68b的足印在橫截面上覆蓋整個(gè)前述凸緣26。這意味著足印從凸緣26的一個(gè)側(cè)邊緣32a延伸至另一個(gè)側(cè)邊緣32b。術(shù)語“足印”要理解為意味通過將旋轉(zhuǎn)銷66a、66b插入至在所述材料中會(huì)產(chǎn)生的痕跡而與通過所述銷的旋轉(zhuǎn)造成的任何攪拌現(xiàn)象無關(guān)。
[0173]另外在焊接頭54a、54b移動(dòng)的期間，還由于如以上解釋的中心焊頭54b的旋轉(zhuǎn)銷66b的有限高度，旋轉(zhuǎn)銷66b并不到達(dá)周向框架22的彎曲表面，所述彎曲表面分別與夾緊輥?zhàn)?2的相應(yīng)彎曲部81接觸并且分別將周向框架22的腹板30的面連接至周向框架22的凸緣26。因此能夠保持周向框架22的這些彎曲表面的完整性。
[0174]此外，如以上解釋的，由于這些旋轉(zhuǎn)銷65a的有限高度，因此側(cè)部焊頭54a的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)銷66a并不到達(dá)夾緊輥?zhàn)?2的相應(yīng)主周向軌道80。
[0175]同時(shí)，反支承單元50被操作使得以與焊接裝置54的運(yùn)動(dòng)同步的方式實(shí)現(xiàn)夾緊輥?zhàn)?2在周向框架22的凸緣26的內(nèi)表面之上和在機(jī)身面板24的內(nèi)表面72之上的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，使得夾緊輥?zhàn)?2連續(xù)地施加基本上與通過焊頭54a、54b的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)銷66a、66b的組件施加的壓力相反的支承力，如在圖7中示出的。
[0176]夾緊輥?zhàn)?2另外通過抵靠周向框架22的凸緣26的部段而安裝從而在軟化材料的限制和構(gòu)造方面起作用。夾緊輥?zhàn)?2中的每個(gè)的周向肩部82特別用于保持所述凸緣26的每一側(cè)上的材料。
[0177]與夾緊輥?zhàn)?2的移動(dòng)相結(jié)合，導(dǎo)引輥?zhàn)?4分別在周向框架22的腹板30的兩面之上滾動(dòng)并且因此有助于使周向框架22相對(duì)于機(jī)身面板24定中心。
[0178]在焊接方法的結(jié)尾，在冷卻后，以前攪拌過的材料恢復(fù)其剛性并且形成在周向框架22的凸緣26與機(jī)身面板24之間提供完全結(jié)合的焊縫90 (圖8)。該焊縫90對(duì)應(yīng)以前攪拌過的材料的區(qū)域并且因此覆蓋周向框架22的凸緣26的整個(gè)寬度。
[0179]以上描述的方法對(duì)應(yīng)于裝置40中的焊接系統(tǒng)46中的一個(gè)焊接系統(tǒng)的工作。自然地，其他的焊接系統(tǒng)能夠并行地實(shí)現(xiàn)相同的過程。
[0180]應(yīng)注意的是以上描述的方法也能夠應(yīng)用于將周向框架同時(shí)地焊接至兩個(gè)相鄰的機(jī)身面板上。在該情況下，該方法共同地實(shí)現(xiàn)對(duì)接焊接兩個(gè)相鄰面板并且和將周向框架透明焊接至所述面板的相鄰端。
[0181]圖9示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的焊接系統(tǒng)46，其中，焊接單元48另外包括通過機(jī)械臂52承載并且可以各自是常規(guī)類型的非破壞性檢驗(yàn)裝置92和防腐蝕處理裝置94。非破壞性檢驗(yàn)裝置92是例如超聲波檢驗(yàn)裝置。
[0182]在焊接方法的施行期間，考慮到焊接方向56，焊接單元定位成使得非破壞性檢驗(yàn)裝置92設(shè)置成存在延后——即是說，其相對(duì)于焊接裝置54在后面，并且焊接單元以下述方式定位:以此方式使得防腐蝕處理裝置94布置成使得存在延后——即是說，其相對(duì)于非破壞性檢驗(yàn)裝直92在后面。
[0183]以此方式非破壞性檢驗(yàn)裝置92用于自動(dòng)地并且在焊縫90形成之后立即檢驗(yàn)焊縫90的質(zhì)量。
[0184]在檢測到缺陷的結(jié)果下，焊接方法則包括焊接裝置54的反向運(yùn)動(dòng)，然后從焊縫90的缺陷區(qū)域開始焊接的返工。
[0185]此外，防腐蝕處理裝置94能夠用于緊接著在通過非破壞性檢驗(yàn)裝置的質(zhì)量檢查當(dāng)檢驗(yàn)顯示無缺陷之后，將防腐蝕處理應(yīng)用至機(jī)身面板24的外表面上的焊縫90處。
[0186]可替代的或者以補(bǔ)充方式，非破壞性檢驗(yàn)裝置和/或防腐蝕裝置可配裝至反支承單元50的機(jī)械臂58以便在周向框架22的凸緣26上作用。
[0187]另外，圖9的示例中示出夾緊輥?zhàn)雍蛯?dǎo)引輥?zhàn)拥牧硪粋€(gè)構(gòu)型。
[0188]實(shí)際上，考慮到焊接方向56，在圖9中的反支承單元50不僅包括以上描述的兩個(gè)夾緊輥?zhàn)?2還包括布置至夾緊輥?zhàn)?2的后方的并且相似于夾緊輥?zhàn)?2的兩個(gè)附加的夾緊輥?zhàn)?6。這些附加的夾緊輥?zhàn)?2也壓靠周向框架22的凸緣26的內(nèi)表面。
[0189]反支承單元50包括兩個(gè)導(dǎo)引輥?zhàn)?4’，該兩個(gè)導(dǎo)引輥?zhàn)?4’的旋轉(zhuǎn)軸線86’平行于夾緊輥?zhàn)?2和夾緊輥?zhàn)?2的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸線76和旋轉(zhuǎn)軸線76’。這些導(dǎo)引輥?zhàn)?4’壓靠在周向框架22的滑道98的內(nèi)表面上。應(yīng)注意的是滑道98在圖6和圖8中能夠更清楚地看見。
[0190]此外，在圖10示出的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，焊接單元48另外包括修理裝置，該修理裝置由第二焊接裝置100形成，該第二焊接裝置100優(yōu)選地類似于以上描述的焊接裝置54但是布置在非破壞性檢驗(yàn)裝置92與防腐蝕處理裝置94之間。
[0191]只要非破壞性檢驗(yàn)裝置92沒有到檢測任何缺陷，則該第二焊接裝置100就一直保持非工作狀態(tài)，并且隨著任何缺陷被檢測到后而啟動(dòng)。在該情況下，該方法然后包括通過第二焊接裝置100在焊縫90的缺陷區(qū)域中的焊接的返工。在缺陷區(qū)域的返工結(jié)束時(shí)，該方法通常地繼續(xù)使用焊接裝置54。
[0192]第二焊接裝置100因而避免了在發(fā)生通過非破壞性檢驗(yàn)裝置92在焊縫90中檢測到缺陷的情況時(shí)焊接裝置54的任何反向運(yùn)動(dòng)。這使得焊接過程更快速。[0193]在前面的描述中，關(guān)于將周向框架焊接至飛行器機(jī)身面板上，已經(jīng)描述了根據(jù)本發(fā)明的焊接方法的示例和允許該方法施行的裝置的示例。
[0194]應(yīng)注意的是本發(fā)明能夠應(yīng)用于其他部件的焊接，特別是縱向加強(qiáng)件、加強(qiáng)桿或者橫向構(gòu)件的焊接。
【權(quán)利要求】
1.一種用于焊接待裝配的至少兩個(gè)部件(22，24)的摩擦攪拌焊接系統(tǒng)(46)，所述摩擦攪拌焊接系統(tǒng)(46)包括: -焊接單元(48 )，所述焊接單元(48 )包括焊接裝置(54 )，所述焊接裝置(54 )包括設(shè)置有旋轉(zhuǎn)銷(66a，66b)的至少一個(gè)焊頭(54a，54b)； -反支承單元(50),所述反支承單元(50)提供支承表面(80),所述支承表面(80)設(shè)計(jì)成克服由每個(gè)所述焊頭(54a，54b)施加的壓力支承待裝配的所述部件(22，24)； 并且其中: -所述焊頭(54a, 54b)能夠相對(duì)于所述反支承單元(50)的所述支承表面(80)、沿著平行于每個(gè)所述焊頭的所述旋轉(zhuǎn)銷(66a, 66b)的旋轉(zhuǎn)軸線(68a, 68b)的第一方向(57)移動(dòng)； -每個(gè)所述焊頭(54a，54b)能夠沿著正交于所述焊頭的所述旋轉(zhuǎn)銷(66a，66b)的所述旋轉(zhuǎn)軸線(68a，68b)的第二方向(56)移動(dòng)； -所述反支承單元(50 )包括用于沿著所述第二方向(56 )移動(dòng)所述支承表面(80 )的裝置； 其中，所述裝置的特征在于，所述反支承單元(50)包括設(shè)置成彼此分開并且具有共同的回轉(zhuǎn)軸線(76)的兩個(gè)夾緊輥?zhàn)?62)，所述共同的回轉(zhuǎn)軸線(76)基本上正交于所述第一方向(57 )并且正交于所述第二方向(56 )，其中，所述夾緊輥?zhàn)?62 )中的每個(gè)夾緊輥?zhàn)泳哂行纬伤鲋С斜砻娴闹辽僖徊糠值闹髦芟蜍壍?80)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述反支承單元(50)包括用于使所述夾緊輥?zhàn)?62 )朝向彼此移動(dòng)的裝置(58，60 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述夾緊輥?zhàn)?62)中的每個(gè)夾緊輥?zhàn)泳哂兄芟蚣绮?82)，所述周向肩部(82)朝向外部徑向地突出，所述周向肩部(82)限定所述夾緊輥?zhàn)拥乃鲋髦芟蜍壍?80)的在與另一個(gè)夾緊輥?zhàn)酉喾吹哪且粋?cè)上的側(cè)部末端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述夾緊輥?zhàn)?62)中的每個(gè)夾緊輥?zhàn)泳哂懈敝芟蜍壍?84)，所述副周向軌道(84)通過所述夾緊輥?zhàn)拥乃鲋芟蚣绮?82)連接至所述夾緊輥?zhàn)拥乃鲋髦芟蜍壍?80 )。
5.用于通過使用了根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的焊接系統(tǒng)(46)的透明焊接來線性焊接兩個(gè)部件(22，24)的摩擦攪拌焊接(FSW)方法，其中: -所述部件(22，26，24)被疊置； -由于通過所述旋轉(zhuǎn)銷的摩擦產(chǎn)生的熱造成的形成所述部件的材料局部軟化，所述焊接裝置(54)的每個(gè)所述焊頭(54a，54b)的所述旋轉(zhuǎn)銷(66a，66b)在完全穿過第二部件(24)的同時(shí)被至少部分地插入至所述部件中的第一部件(22，26 )中，然后所述旋轉(zhuǎn)銷在所述第二方向(56 )上沿著所述部件之間的接觸分界面(18 )移動(dòng)，因此形成焊縫(90 ); -所述反支承單元(50 )的所述支承表面(80 )壓靠所述第一部件(22，26 )并且在所述第一部件(22，26 )上沿著所述接觸分界面(18 )移動(dòng)，使得抵消通過所述焊接裝置(54 )中的每個(gè)所述焊頭(54a, 54b)的所述旋轉(zhuǎn)銷(66a, 66b)在所述旋轉(zhuǎn)銷沿著所述第二方向(56)的移動(dòng)期間施加的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述支承表面的所述移動(dòng)借助于通過在所述第一部件(22，26 )上實(shí)施所述主周向軌道(80 )的滾動(dòng)以引起所述夾緊輥?zhàn)?62 )中的每個(gè)夾緊輥?zhàn)訃@所述回轉(zhuǎn)軸線(76)轉(zhuǎn)動(dòng)而獲得的所述夾緊輥?zhàn)?62)沿著所述接觸分界面(18)的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中: -所述夾緊輥?zhàn)?62)各自均具有壓在所述第一部件(22，26)的邊緣上的周向肩部(82)； -所述夾緊輥?zhàn)?62)各自均具有副周向軌道(84)，所述副周向軌道(84)通過所述夾緊輥?zhàn)拥乃鲋芟蚣绮?82)連接至所述夾緊輥?zhàn)?62)的所述主周向軌道(80)； -每個(gè)夾緊輥?zhàn)?62 )的所述副周向軌道(84 )壓靠所述第二部件(24 )并且隨著所述夾緊輥?zhàn)?62 )沿著所述接觸分界面(18 )移動(dòng)而在所述第二部件(24 )上滾動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述夾緊輥?zhàn)?62)朝向彼此移動(dòng)使得所述夾緊輥?zhàn)?62)的兩個(gè)相應(yīng)側(cè)壁(78)將所述第一部件(22)的部分(30)夾在中間。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中， -所述焊接系統(tǒng)(46)包括通過所述焊接單元(48)承載的非破壞性檢驗(yàn)裝置(92)和/或通過所述反支承單元(50)承載的非破壞性檢驗(yàn)裝置； -每個(gè)非破壞性檢驗(yàn)裝置(92)以下述方式移動(dòng):使得每個(gè)非破壞性檢驗(yàn)裝置(92)與所述焊接裝置(54)的每個(gè)所述焊頭(54a，54b)同步、以及相對(duì)于所述焊接裝置(54)中的每個(gè)所述焊頭(54a，54b)延后，從而能夠?qū)崿F(xiàn)所述焊縫(90)的非破壞性檢驗(yàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中: -所述非破壞性檢驗(yàn)裝置(92 )設(shè)置在由所述焊接單元(48 )承載的所述焊接裝置(54 )與所述第二焊接裝置(100)之間； -只要所述非破壞性檢驗(yàn)裝置(92 )顯示所述焊縫(90 )中無缺陷，則所述第二焊接裝置(100)保持為非工作； -當(dāng)所述非破壞性檢驗(yàn)裝置(92)檢測到所述焊縫(90)的缺陷時(shí)，所述第二焊接裝置(100)被啟動(dòng)，使得能夠局部地對(duì)所述部件(22，24)的焊接進(jìn)行返工。
11.根據(jù)權(quán)利要求5至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中: -所述焊接系統(tǒng)(46)包括通過所述焊接單元(48)承載的防腐蝕處理裝置(94)和/或通過所述反支承單元(50)承載的防腐蝕處理裝置； -每個(gè)防腐蝕處理裝置(94 )以下述方式移動(dòng):每個(gè)防腐蝕處理裝置(94 )與所述焊接單元(48)的每個(gè)所述焊接裝置(54，100)同步以及相對(duì)于所述焊接單元(48)的每個(gè)所述焊接裝置(54，100)延后，以及在適當(dāng)?shù)那闆r下，相對(duì)于形成相同部件一無論焊接單元(48)或者反支承單元(50)—的一部分的非破壞性檢驗(yàn)裝置(92)延后，從而能夠?qū)⒎栏g處理應(yīng)用至所述焊縫(90)。
12.根據(jù)權(quán)利要求5至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一部件是用于飛行器的加強(qiáng)件(22)并且所述第二部件是用于飛行器的面板(24)。
【文檔編號(hào)】B23K20/12GK103658968SQ201310407580
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月7日
【發(fā)明者】克里斯托夫·米亞勒, 帕特里克·利芬, 羅曼·德拉艾 申請(qǐng)人:空中客車營運(yùn)有限公司