專利名稱：沉積摩擦攪拌焊接方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及摩擦攪拌焊接，更準(zhǔn)確地說(shuō)，涉及包括在摩擦攪拌焊期間提供附加的固態(tài)源的摩擦攪拌焊接方法。
背景技術(shù)：
摩擦攪拌焊接是一種固態(tài)連接方法，其提供的材料變形類似于擠壓鍛造的材料變形。由于摩擦攪拌焊接方法在低于工件材料的熔點(diǎn)溫度進(jìn)行，因此，例如在熔焊型焊接中常見(jiàn)的有關(guān)凝固的缺陷，基本上被消除，并且，摩擦攪拌焊通?？商峁┹^高的連接強(qiáng)度。另外，用于摩擦攪拌焊方法的低熱量輸入與其他的焊接方法相反，從而導(dǎo)致較少殘余應(yīng)力、較少變形以及較少的沖擊而影響工件最終的金相性質(zhì)。許多接縫設(shè)計(jì)可以利用摩擦攪拌焊接，其中包括但不限于角焊縫和T形接頭。
如圖1和圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)，典型的摩擦焊接攪拌裝置10使用柱狀的、具有軸肩的工具12，所述工具12帶有任選輪廓的銷14，銷14可旋轉(zhuǎn)地、緩慢地進(jìn)入到兩塊片材或板材18、20之間的結(jié)合縫16中，所述片材或板材18、20被機(jī)械夾緊裝置22對(duì)接(abutted)在一起并被夾緊。典型的機(jī)械夾緊裝置包括頂板26和頂板28以及螺栓24，用于在操作期間鎖緊它們之間的對(duì)接工件18、20。摩擦熱是在旋轉(zhuǎn)工具10和由對(duì)接工件18、20所確定的結(jié)合縫16周圍的直接接觸區(qū)域之間產(chǎn)生，這種情況導(dǎo)致結(jié)合縫16附近的區(qū)域在未達(dá)到熔點(diǎn)的情況下發(fā)生軟化和塑性流動(dòng)。由于旋轉(zhuǎn)工具橫過(guò)結(jié)合縫，可塑性材料由工具的前沿轉(zhuǎn)移到工具軸肩和銷的后沿，從而在兩個(gè)工件之間留下固相接頭。為了終止焊接，就要終止沿焊縫的線性移動(dòng)并且旋轉(zhuǎn)工具從工件表面縮回，留下一個(gè)出口小孔。提供隨后可被移動(dòng)的脫離區(qū)域可以消除出口小孔，但這并不總是可行的而且成本較高。消除出口小孔效應(yīng)的替代方法已經(jīng)有所發(fā)展，比如，利用可變的穿透工具，在橫過(guò)焊縫線時(shí)，其可慢慢地縮回。這可以導(dǎo)致從非焊接區(qū)域到完全焊接區(qū)域再回到非焊接區(qū)域的平穩(wěn)過(guò)渡。其他已知的消除出口小孔效應(yīng)的方法包括修改銷的輪廓?，F(xiàn)行的方法在消除出口小孔效應(yīng)上并非全然有效。
現(xiàn)行的摩擦攪拌焊接方法的另一個(gè)正實(shí)施的問(wèn)題是該焊接方法具有產(chǎn)生焊火花材料以及導(dǎo)致沿焊縫線的材料普遍變薄的傾向。焊縫線附近截面的厚度的減少降低了接頭的正常負(fù)荷。這樣的強(qiáng)度降低必須由厚度補(bǔ)償設(shè)計(jì)來(lái)減輕，并且這種補(bǔ)償在許多位置尤其在板材連接應(yīng)用中是很重要的，在那里必須橫穿整個(gè)板的寬度來(lái)構(gòu)成附加厚度的補(bǔ)償。此外，焊火花材料的產(chǎn)生為操作人員帶來(lái)了安全隱患并要求進(jìn)一步地后處理。
因此，補(bǔ)償焊火花的產(chǎn)生和沿焊縫線材料普遍的變薄，以及提供從非焊接區(qū)域到焊接區(qū)域相對(duì)平穩(wěn)過(guò)渡，將成為合乎需要的摩擦攪拌焊接方法。

發(fā)明內(nèi)容
這里公開(kāi)的是沉積摩擦攪拌焊接方法和裝置。在一個(gè)具體實(shí)施例中，連接工件的摩擦攪拌焊接方法包括在結(jié)合縫附近及上面放置填充材料，所述結(jié)合縫是由將第一個(gè)工件表面相對(duì)于第二工件表面鄰接而形成的，摩擦加熱填充材料來(lái)軟化填充材料以及第一、第二工件表面與填充材料熱接觸的部分，在第一、第二工件表面形成焊縫，其中摩擦加熱的溫度低于填充材料的熔點(diǎn)和第一、第二工件表面的熔點(diǎn)。
摩擦攪拌焊接裝置包括柱狀、具有任選輪廓銷的軸肩旋轉(zhuǎn)工具；以及與旋轉(zhuǎn)工具操作連接的第一模具，第一模具包括延伸貫穿頂面至底面適于容納至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)工具的輪廓銷的孔、和凹進(jìn)部分，其中凹進(jìn)部分具有大于形成在兩個(gè)或更多對(duì)接被焊工件之間的結(jié)合縫的寬度。
在另一個(gè)具體實(shí)施例中，用于沉積和圍住工件表面的方法包括在低于工件熔點(diǎn)的溫度下摩擦加熱所選的工件表面，其中所選的表面被軟化；并用一模具包含住軟化表面以圍住表面并防止焊火花材料在摩擦加熱期間被排放。
還有另一個(gè)具體實(shí)施例，點(diǎn)摩擦焊接方法包括摩擦加熱工件表面上的一點(diǎn)到有效軟化該點(diǎn)和點(diǎn)附近區(qū)域的溫度，其中所述溫度低于工件表面熔點(diǎn)；并包含住所述點(diǎn)以防止焊火花材料從工件表面排放。
所公開(kāi)的內(nèi)容通過(guò)參照下列對(duì)公開(kāi)的各種特點(diǎn)和包括在其中的實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明將會(huì)更加容易理解。


現(xiàn)在，參照附圖，其中相同的元件使用相同的附圖標(biāo)記圖1為闡明現(xiàn)有技術(shù)中的摩擦攪拌焊接設(shè)備的透視圖；圖2示意地闡明圖1中屬于現(xiàn)有技術(shù)的摩擦攪拌焊接設(shè)備的截面；圖3是供旋轉(zhuǎn)工具裝置使用的模具和填充材料裝置的透視圖，所述旋轉(zhuǎn)工具裝置用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的沉積摩擦攪拌焊接方法；圖4是模具的仰視透視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的模具的俯視透視圖；圖6和7闡明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電阻焊接方法，對(duì)型號(hào)5754和型號(hào)5182鋁材進(jìn)行電阻點(diǎn)焊的俯視圖；圖8和9分別為利用根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的點(diǎn)摩擦攪拌焊接方法點(diǎn)焊鋁材的俯視圖和橫截面視圖；圖10闡明用于修整工件側(cè)面輪廓而形成設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的沉積摩擦攪拌焊接方法；圖11闡明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，適合于修整工件側(cè)面輪廓而形成的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)沉積摩擦攪拌焊接方法。
具體實(shí)施例方式
申請(qǐng)人已經(jīng)揭示了一種摩擦攪拌焊接方法，所述方法可以在兩個(gè)或更多工件的固態(tài)連接操作期間補(bǔ)償焊火花和沿結(jié)合縫的材料的普遍變薄問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的摩擦攪拌焊接方法，其利用通常包括，在摩擦攪拌焊接兩個(gè)或更多對(duì)接的工件期間沿結(jié)合縫的接頭區(qū)域沉積附加固態(tài)材料(在這也被稱作填充材料)的所謂的沉積摩擦攪拌焊接方法。如以下的詳細(xì)描述，附加固態(tài)材料被如此引入到接頭區(qū)域以便于牽制焊接自由表面和成形焊接輪廓的形狀。同樣地，可形成相比現(xiàn)有技術(shù)的摩擦攪拌焊接方法具有較厚截面厚度的最終的焊縫，從而克服多個(gè)上述提到的現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題并提供適合于以前難以完成的多種應(yīng)用、更通用的摩擦攪拌焊接方法。
在一具體實(shí)施例中，所述方法包括以如圖3所示的方式在待連接的工件18、20的對(duì)接結(jié)合縫16上方放置模具30。模具30被成型至少覆蓋由待連接的對(duì)接工件提供的接頭的一部分，并適于接收填充材料34。在焊接期間，如箭頭32所示的負(fù)荷施加于模具上以保持模具同工件表面的接觸。
如圖4更加清楚地顯示，模具30包括頂面36和底面38(為了清楚起見(jiàn)，模具30相對(duì)于其實(shí)際使用被倒置而進(jìn)行說(shuō)明)。孔40貫穿頂面36至底面38，并適于接收旋轉(zhuǎn)摩擦攪拌焊接設(shè)備10的柱狀軸肩旋轉(zhuǎn)工具和任選輪廓的銷14，適當(dāng)?shù)睦尤鐖D1和2中的現(xiàn)有技術(shù)所示。凹進(jìn)部分42成形在底面38，并如圖所示從模具的一端延伸至相對(duì)的一端。凹進(jìn)部分42與孔40相連續(xù)。雖然模具30作為通常具有方塊形狀被闡明，但是其他的形狀也是允許的并在公開(kāi)范圍內(nèi)。模具優(yōu)選具有高于填充材料34或待焊工件18、20的熔點(diǎn)溫度和強(qiáng)度。
凹進(jìn)部分42限定了進(jìn)入?yún)^(qū)44和擠出區(qū)46。作為參考，在連接兩個(gè)工件18、20期間，利用旋轉(zhuǎn)工具10沿結(jié)合縫16的平移方向運(yùn)行，進(jìn)入?yún)^(qū)44在孔40前方，反之?dāng)D出區(qū)46在后方。因而，在操作期間，旋轉(zhuǎn)工具橫過(guò)進(jìn)入?yún)^(qū)下面的區(qū)域來(lái)連接工件18、20。進(jìn)入?yún)^(qū)44優(yōu)選具有可補(bǔ)充填充材料34輪廓的外廓。同樣地，進(jìn)入?yún)^(qū)44的尺寸適合容納填充材料34，其在焊接操作期間被插入到進(jìn)入?yún)^(qū)44中。相反，擠出區(qū)46在從工具的前沿轉(zhuǎn)移到后沿時(shí)，適合于接收并成型增塑材料。擠出區(qū)46可以包括任何特別應(yīng)用所要求的輪廓，以便獲得成型焊接輪廓。在圖4中，擠出區(qū)46被描述為具有錐形外廓。
通常，凹進(jìn)部分的寬度W至少大于限定結(jié)合縫16的間隔，那就是說(shuō)，與對(duì)接工件18、20之間的間隔重疊。在其他的具體實(shí)施例，凹進(jìn)部分的寬度等于或大于孔40的直徑。
再次參照?qǐng)D3，填充材料34優(yōu)選覆蓋所要焊接的結(jié)合縫16的長(zhǎng)度，也就是說(shuō)從最初的焊點(diǎn)起直到孔40附近。依據(jù)應(yīng)用，填充材料34可以從模具30延伸或全部包含在模具30內(nèi)部。另外，需注意的是填充材料可以是單個(gè)條狀或是包括形成填充帶的許多條，也可以是粉末，可以是丸狀，等等。
在其他的具體實(shí)施例中，可應(yīng)用替代填充材料34的注入結(jié)構(gòu)。在一具體實(shí)施例中，填充材料穿過(guò)分離通道插入到攪拌區(qū)。也就是說(shuō)，分離通道可以不依賴進(jìn)入?yún)^(qū)或可以替換進(jìn)入?yún)^(qū)。在這些和多個(gè)如上所述具體實(shí)施例中，可利用任何手段插入填充材料形成攪拌區(qū)，比如，穿過(guò)工具的軸線的進(jìn)行泵送的活塞，等等。另外，旋轉(zhuǎn)工具本身可以成形用來(lái)提供填充材料到攪拌區(qū)。這樣的修改屬于本領(lǐng)域技術(shù)，并未脫離本發(fā)明公開(kāi)的范圍。本發(fā)明的方法不是意指限于任何特別的填充材料泵送方法或形成。
沉積摩擦攪拌焊接方法包括夾緊待連接工件18、20。隨后模具30放置在結(jié)合縫上，并注意結(jié)合縫16與凹進(jìn)部分42對(duì)齊。填充材料34插入凹進(jìn)部分42的進(jìn)入?yún)^(qū)44中，覆蓋結(jié)合縫16的一端到另一端。然后旋轉(zhuǎn)工具10(圖1和圖2)慢慢插入孔40中并位于填充材料34上。摩擦熱在銷14和填充材料34之間產(chǎn)生，其導(dǎo)致填充材料34未達(dá)到熔點(diǎn)而軟化。摩擦熱也就地轉(zhuǎn)移到工件18、20下層的接頭區(qū)域，其同時(shí)沿結(jié)合縫軟化工件部分來(lái)形成兩個(gè)工件18、20之間的固相連接。由于旋轉(zhuǎn)工具10沿結(jié)合縫16橫過(guò)，增塑材料(填充材料和工件材料)由工具的前沿轉(zhuǎn)移到工具軸肩和銷的后沿。當(dāng)轉(zhuǎn)移到后沿時(shí)，凹進(jìn)部分42的擠出區(qū)46幫助形成最終焊接輪廓，所述最終焊接輪廓，由擠出區(qū)46的輪廓限定，并在兩個(gè)工件18、20之間留下一個(gè)固相接頭。為了終止焊接，要停止線性移動(dòng)，且工具10從孔40縮回。需注意在一具體實(shí)施例中，在沉積摩擦攪拌焊接過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)工具10和模具30沿被固定夾緊的工件18、20的結(jié)合縫16橫過(guò)。在加工期間，負(fù)載施加于模具30且反向壓力施加給填充材料34。當(dāng)旋轉(zhuǎn)工具10沿結(jié)合縫16橫過(guò)，模具30同工件18、20和填充材料34滑動(dòng)接觸。模具30同工件的滑動(dòng)接觸由壓力觸點(diǎn)保持，并且在焊接期間模具30沿工件18、20的表面持續(xù)地滑動(dòng)?？蛇x擇地，滾子或其他的驅(qū)動(dòng)輪加載裝置可以結(jié)合或附著于模具30的底面以促進(jìn)在摩擦攪拌焊接過(guò)程期間的滑動(dòng)。在以上現(xiàn)有技術(shù)加工中需注意的出口小孔效應(yīng)可通過(guò)在用向下壓力和填充材料的進(jìn)給來(lái)保持拉模壓力的同時(shí)，縮回旋轉(zhuǎn)工具來(lái)而避免。出口可在有或沒(méi)有線性運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生。
在其他的具體實(shí)施例中，工件18、20可相對(duì)于安裝的旋轉(zhuǎn)工具10和模具30線性地移動(dòng)。在這些具體實(shí)施例中，填充材料34可被注入或者在靠近工件18、20平移的方向上運(yùn)動(dòng)。
填充材料34本身優(yōu)選與待連接的工件18、20材料相同，或選擇具有相似性質(zhì)或可以包括不同的材料以提供焊接所需的金相性質(zhì)。填充材料34可考慮可消耗的進(jìn)料，其加入到焊縫以提高焊縫金屬的量并沿焊縫線沉淀成被連接的工件。如上所述，由于填充材料34與模具的結(jié)構(gòu)被整體利用，所以可有效地防止焊火花形成與/和焊接區(qū)域變薄。此外，根據(jù)填充材料34的厚度，可以提供附加的填充材料來(lái)形成焊縫，從而為焊接接頭提供增加的負(fù)載電阻。例如，如果需要，可獲得的截面厚度大于連接工件的最初的截面厚度。
如上所述，由對(duì)接的工件18、20和填充材料34提供的接頭區(qū)域在攪拌區(qū)內(nèi)為可塑的，也就是說(shuō)，在摩擦加熱的局部區(qū)域周圍為可塑的。可塑材料被模具30和位于另一側(cè)的工件18、20的表面提供的擠出區(qū)46限止自由流動(dòng)。因而，有效地消除了焊火花材料的自由形成。此外，隨著旋轉(zhuǎn)工具10和沖模30的前進(jìn)，迫使增塑材料被擠壓成擠出區(qū)46。而且，需注意的是，擠出區(qū)46的成型形狀可以修整為最終用戶要求的焊接外型。同樣地，擠出區(qū)46的輪廓可方便地確定為所設(shè)計(jì)的焊縫形狀，其可容易于設(shè)計(jì)為用以最小化壓力的特別應(yīng)用中，例如，最佳化用于特別應(yīng)用的焊接幾何形態(tài)。
在另一個(gè)具體實(shí)施例，如圖5所示，該方法進(jìn)一步包括應(yīng)用相對(duì)模具50，即，后板，與相連的工件18、20和模具30一同形成一個(gè)類似三明治的排列。模具50包括凹進(jìn)部分52，其可與上模30的凹進(jìn)部分42近似或不同，這取決于所要求的焊縫輪廓。有利地，這種設(shè)置準(zhǔn)許在相連工件的兩個(gè)上下表面都形成對(duì)稱焊縫而沒(méi)有焊火花材料的損失和沒(méi)有從兩邊變薄。選擇性地，填充材料34可以按照所述的有關(guān)凹進(jìn)部分42的類似方式供應(yīng)給凹進(jìn)部分52。
在一些具體實(shí)施例，模具30、50可用于實(shí)行機(jī)械夾緊。也就是說(shuō)，螺栓與模具30、50連接操作以固定保持工件18、20處于固定的位置。在這些具體實(shí)施例中，整個(gè)三明治裝置(模具30、50和工件18、20)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)工具移動(dòng)并且填充材料34也被連續(xù)注入。在另一個(gè)具體實(shí)施例中，工件可以利用熔焊、摩擦或其他的降低夾具技術(shù)要求的手段被定位焊接在一起。
有利地，可以單道或多道實(shí)行沉積摩擦攪拌焊方法，后者在摩擦攪拌焊方面表現(xiàn)出重大的商業(yè)利益和進(jìn)步。在現(xiàn)有的摩擦攪拌焊方法中，焊縫可在單個(gè)焊道上完成或完全不是作為在那些結(jié)構(gòu)限制的直接結(jié)果而完成。然而，這里描述的沉積摩擦焊接在焊縫的厚度方面，準(zhǔn)許利用具有連續(xù)組合的多條焊道，從而即使沒(méi)有不利情況，也可以提供有關(guān)熔焊的有利方面。此外，由于單焊道方法通常要求在工件上有大的載荷以提供有效的焊縫，因此通過(guò)利用多條焊道，可以使夾持載荷顯著地降低。因而，沉積摩擦攪拌焊接方法尺寸不受約束，從而致使該方法適于使用用于連接小尺寸板的相同設(shè)備來(lái)連接大尺寸的板。按照對(duì)此技術(shù)現(xiàn)狀的認(rèn)識(shí)，設(shè)備的費(fèi)用并非與尺寸大小呈線性比例。也就是說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)工具是成比例的以調(diào)節(jié)相連工件的尺寸，因?yàn)橹挥袉蝹€(gè)焊道適于現(xiàn)有技術(shù)的工具和結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的沉積摩擦攪拌焊方法和結(jié)構(gòu)能夠用于多條焊道，因此提供了利用相對(duì)小的旋轉(zhuǎn)工具經(jīng)濟(jì)地焊接具有相對(duì)大尺寸的工件的方法和結(jié)構(gòu)。利用沉積摩擦攪拌焊接方法連接多條焊道的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是較硬的材料可以更有效地被焊接。通常，較硬材料的單道焊對(duì)工具加壓并導(dǎo)致對(duì)工具的許多元件造成重大的磨損，例如，銷。由于使用多條焊道，各焊道的壓力比起現(xiàn)有應(yīng)用單焊道的加工方法可最小化，這是因?yàn)橹圃靻魏傅酪筝^高的軸向和扭矩負(fù)荷。
除上述的優(yōu)點(diǎn)之外，在這里描述的沉積摩擦攪拌焊接方法現(xiàn)在可以用于點(diǎn)摩擦焊接(SFW)方法。在典型的SFW方法中，旋轉(zhuǎn)工具就地插入或縮回并沒(méi)有沿結(jié)合縫直線運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致在工具的縮進(jìn)上產(chǎn)生出口小孔效應(yīng)。而且，觀察到形成焊火花并在局部的區(qū)域變薄。更進(jìn)一步，現(xiàn)有技術(shù)中的點(diǎn)焊方法一般使用電阻基點(diǎn)焊方法，其已知易于在點(diǎn)焊縫中形成氣孔，這就降低了機(jī)械性能。然而，利用在這里描述的沉積摩擦攪拌焊方法，通過(guò)利用模具和填充材料可牽制焊火花和成型焊點(diǎn)輪廓，并有利地消除如已知工藝中出口小孔效應(yīng)和最小化和/或消除氣孔的形成。例如，圖6和7為對(duì)型號(hào)5754和型號(hào)5182鋁材進(jìn)行電阻點(diǎn)焊的俯視圖；兩幅圖清楚地顯示了有關(guān)技術(shù)中不符合要求的焊點(diǎn)點(diǎn)核多孔性。圖8和9為利用點(diǎn)摩擦攪拌焊接方法(SFSW)焊接鋁材的點(diǎn)焊縫的俯視圖和橫截面視圖；得到的點(diǎn)焊縫是干凈的并不存在焊點(diǎn)點(diǎn)核多孔性。沉積SFSW可用于消除由于焊火花和小孔效應(yīng)產(chǎn)生的材料損失。
沉積摩擦攪拌焊方法也經(jīng)得起快速原型法的檢驗(yàn)。牽制模具，例如，30，可以容易地改進(jìn)以調(diào)節(jié)快速原型法。例如，圖10為說(shuō)明工件20的側(cè)面被擠壓并被成形以產(chǎn)生所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的例子。
圖11所示為替代的輪廓排列。如圖所示，模具60包括墊板62、頂板64、和按以上所述的方式用于接收摩擦攪拌焊接設(shè)備(未顯示)的有孔板66。墊板62用于逆向驅(qū)動(dòng)摩擦攪拌焊接設(shè)備10的負(fù)荷。填充材料34放置在修整外形的工件18上，且模具60或工件18沿結(jié)合縫68移動(dòng)以便于通過(guò)摩擦攪拌裝置10將填充材料34連接到工件，如通常顯示的外輪廓表面70。墊板62和頂板64間的距離是可變化的，所述變化可通過(guò)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)工件厚度的變化，比如，翼面，等等。此外需注意墊板62和/或頂板66的后沿可進(jìn)一步包括凹進(jìn)部分(未顯示)以便提供在一些應(yīng)用中所要求的平滑的和連續(xù)的側(cè)面。在一具體實(shí)施例，所有的外輪廓表面都是可塑的以保持整個(gè)結(jié)構(gòu)的同系性質(zhì)，也就是說(shuō)，整個(gè)結(jié)構(gòu)都將進(jìn)行攪拌工藝。
除快速原型法之外，沉積摩擦攪拌焊縫最適合用于修補(bǔ)。目前使用熔焊的修補(bǔ)方法是常見(jiàn)的，但由于在方法中使用高溫會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。雖然材料可以在加工過(guò)程中被加入，但是用于熔焊的高溫可以導(dǎo)致不符合要求的晶粒長(zhǎng)大和造成熱變形、破壞性地影響機(jī)械性能和造成熱變形。通過(guò)利用這里描述的沉積摩擦攪拌焊方法，可產(chǎn)生高級(jí)的修補(bǔ)，因?yàn)樾纬尚迯?fù)要求較少的加熱。例如，在精密光亮磨光鑄件上，由于有關(guān)矯正由熔焊引起的熱變形的耗費(fèi)而不能時(shí)常地修補(bǔ)。使用沉積摩擦攪拌焊方法，變形最小化成為修補(bǔ)的經(jīng)濟(jì)合算的選則。機(jī)器人可用于自動(dòng)化摩擦攪拌焊接方法。
運(yùn)用例子進(jìn)行描述以此來(lái)公開(kāi)本發(fā)明，包括最佳方式在內(nèi)，并且能夠使所屬技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員實(shí)現(xiàn)和使用本發(fā)明。本發(fā)明可以取得專利的范圍由權(quán)利要求書(shū)定義，并包括本領(lǐng)域技術(shù)人員可想到的其他例子。這些其他的例子，如果它們的構(gòu)成單元與權(quán)利要求書(shū)的文字表述沒(méi)有區(qū)別，或者如果它們包括與權(quán)利要求書(shū)的文字表述無(wú)實(shí)質(zhì)差別的構(gòu)成單元，則其確定為在權(quán)利要求書(shū)的范疇內(nèi)。
附圖標(biāo)記10現(xiàn)有技術(shù)摩擦攪拌焊裝置38模具下表面12軸肩工具 40孔14輪廓銷36模具上表面16結(jié)合縫42凹進(jìn)部分18片(板)材 44進(jìn)入?yún)^(qū)20片(板)材 46擠出區(qū)22機(jī)械夾緊裝置 50相對(duì)模具24螺栓 52凹進(jìn)部分26頂板 60模具28底板 62墊板30模具 64頂板32箭頭 66有孔板34填充材料 68結(jié)合縫
權(quán)利要求
1.連接工件的摩擦攪拌焊方法，該方法包括在由第一表面工件(18)對(duì)接第二工件表面(20)而形成的結(jié)合縫(16、68)的周圍和上面放置填充材料(34)；和摩擦加熱填充材料以致軟化填充材料(34)以及第一、第二工件表面(18、20)與填充材料(34)熱接觸的部分，并在第一、第二工件(18、20)之間形成焊縫，其中摩擦加熱的溫度低于填充材料(34)和第一、第二工件表面(18、20)的熔點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中放置填充材料(34)包括將填充材料(34)插入到攪拌區(qū)(44)中。
3.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括包含住軟化的填充材料(34)和第一、第二工件(18、20)部分。
4.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其中摩擦加熱填充材料(34)是沿結(jié)合縫(16、68)往返移動(dòng)的方向進(jìn)行。
5.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括在結(jié)合縫(16、68)上面和周圍多道摩擦加熱填充材料(34)，以增加焊縫的截面厚度。
6.如上述任一權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括相對(duì)于第一、第二工件表面(18、20)對(duì)接至少一個(gè)附加工件表面，用來(lái)形成結(jié)合縫(16、68)。
7.一種摩擦攪拌焊裝置包括柱狀的、軸肩旋轉(zhuǎn)工具(12)；和與旋轉(zhuǎn)工具(12)可操作連接的第一模具(30)，第一模具(30)包括貫穿頂面(36)至底面(38)的孔(40)和凹進(jìn)部分(42)，所述孔適于容納旋轉(zhuǎn)工具(12)，其中，凹進(jìn)部分(42)具有大于結(jié)合縫的寬度，所述結(jié)合縫形成在要被焊接的兩個(gè)或更多對(duì)接的工件(18、20)之間。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中第一模具(30)的熔點(diǎn)大于填充材料(34)和要被焊接工件(18、20)的熔點(diǎn)。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，凹進(jìn)部分(42)繞底面(38)側(cè)向延伸從沖模(30)的一端到相對(duì)的一端。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，凹進(jìn)部分(42)包括擠出區(qū)(46)，用于形成焊縫輪廓并防止在摩擦攪拌焊過(guò)程中焊火花材料被放出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種連接工件(18、20)的沉積摩擦攪拌焊接方法，包括在由第一表面工件(18)對(duì)接第二工件表面(20)而形成的結(jié)合縫(16、68)的周圍和上面放置填充材料(34)；和摩擦加熱填充材料以致軟化填充材料(34)以及第一、第二工件(18、20)表面與填充材料(34)熱接觸的部分，并在第一、第二工件(18、20)之間形成焊縫，其中摩擦加熱的溫度低于填充材料(34)和第一、第二工件表面(18、20)的熔點(diǎn)。在這里也公開(kāi)了用于沉積摩擦攪拌焊的摩擦攪拌焊接裝置以及沉積填充材料(34)和修復(fù)工件表面(18、20)的方法。
文檔編號(hào)B29C65/06GK1978118SQ200610064788
公開(kāi)日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2006年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月29日
發(fā)明者D·P·米卡 申請(qǐng)人:通用電氣公司