專利名稱：焊接罩、包括該焊接罩的焊接設(shè)備以及利用焊接罩焊接第一和第二焊接元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接設(shè)備的改進(jìn)，尤其涉及提供提高的焊接冷卻速率。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的摩擦焊設(shè)備中，待焊接在一起的兩個(gè)部件被保持成其可 焊接表面相面對(duì)。這兩個(gè)部件之間的摩擦運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生熱，從而使其中一 個(gè)部件或二者軟化；這一加熱可通過(guò)線性摩擦、往復(fù)角動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) (包括慣性運(yùn)動(dòng)和軌道運(yùn)動(dòng))或者任何其它公知方法進(jìn)行。繼續(xù)將部 件鍛造在一起，從而能夠在軟化的面之間形成焊接。所形成的焊接部 件在設(shè)備內(nèi)或者在去除并轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)存區(qū)或其它設(shè)備期間快速冷卻。該 方法的一個(gè)缺陷在于，焊接部件由于暴露于環(huán)境條件中以及該部件、 保持該部件的工具和/或設(shè)備的吸熱效果而很快冷卻。該冷卻是不可控 的，并且在緊隨焊接之后為大約100。C每秒的速率，并且對(duì)于薄接頭有 可能達(dá)到1000。C每秒。
傳統(tǒng)的摩擦焊設(shè)備提供的快速冷卻的另一缺陷在于，在焊縫及周 圍材料內(nèi)形成不期望的微觀結(jié)構(gòu)。例如，鋼焊接元件在快速冷卻期間 在焊接區(qū)內(nèi)形成有可能硬而脆的馬氏體。這些區(qū)域在冷卻期間可能會(huì) 引起淬火裂紋，并且在任意情況下會(huì)增大成品部件的脆性，從而引起 壽命縮短。而且，按以上詳述的速率快速冷卻不允許在焊接區(qū)內(nèi)形成 任何貝氏體相。焊接部件中包含貝氏體會(huì)降低在該位置開裂的風(fēng)險(xiǎn)。 不受控的冷卻導(dǎo)致不受控地形成馬氏體，形成很少的貝氏體或不形成 貝氏體，這意味著該部件的材料特性未被優(yōu)化。其它金屬及其合金(例 如，鈦和鎳)在快速冷卻期間類似地形成相分布。
傳統(tǒng)的摩擦焊設(shè)備的再一缺陷在于，焊接操作之后的快速冷卻意
味著用于隨后的焊后熱處理(PWHT)的殘余熱量很少或沒(méi)有。因此， 由于在焊接操作之間很多熱量損失給周圍環(huán)境以及工具或設(shè)備，因而 需要大量能量來(lái)進(jìn)行焊接以及隨后的熱處理操作。待焊接部件的預(yù)熱是有利的，能夠?qū)鋮s速率和焊接部件的微觀 結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定程度的控制，并能減少進(jìn)行隨后的焊接所需的能量，并 且/或者能夠焊接更大的表面積。 一種傳統(tǒng)預(yù)熱方法是在上述焊接步驟 之前，將熱探頭插在待焊接部件的表面之間。這會(huì)局部加熱所述表面。 撤出探頭，并快速將焊接元件壓在一起而形成焊縫。該加熱方法的一 個(gè)缺陷在于，焊接元件表面暴露于環(huán)境條件中，因此即使在去除探頭 并使表面合在一起的很短時(shí)間內(nèi)也會(huì)快速冷卻。因此，焊縫可能不均 勻并包括不良焊接區(qū)域。
該預(yù)熱方法的另一缺陷在于將不相似的金屬焊接在一起時(shí)所經(jīng)歷 的困難。當(dāng)如以上所述用熱探頭加熱焊接元件時(shí)，較軟金屬會(huì)比較硬 金屬更快軟化。因此，更多材料會(huì)從較軟元件移位或"對(duì)接"，因而這 兩個(gè)元件的長(zhǎng)度將會(huì)不對(duì)等地減少。
可以對(duì)焊接部件應(yīng)用焊后熱處理(PWHT)以優(yōu)化部件的微觀結(jié)構(gòu) 及性質(zhì)，并釋放殘余應(yīng)力。這涉及在PWHT發(fā)生之前將部件轉(zhuǎn)移至第二 設(shè)備。該轉(zhuǎn)移使部件暴露f環(huán)境條件中，結(jié)果會(huì)引起上述的快速冷卻。 這意味著任何PWHT在其試圖逆轉(zhuǎn)快速冷卻的影響時(shí)具有有限的益處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明力求提供解決上述問(wèn)題的焊接設(shè)備。
因此，本發(fā)明提供了一種用于焊接設(shè)備的焊接軍，該焊接罩包括 殼體，該殼體適應(yīng)焊接元件之間的相對(duì)移動(dòng)以及所述焊接元件中至少 一個(gè)的外形尺寸的變化；用于相對(duì)于所述焊接設(shè)備定位所述殼體的定 位裝置；以及加熱手段。
優(yōu)選的是，所述殼體形成為手風(fēng)琴狀，以適應(yīng)所述焊接元件之間 的相對(duì)移動(dòng)以及所述焊接元件中至少一個(gè)的外形尺寸的變化?？商娲?地，所述殼體可形成為伸縮式段，以適應(yīng)所述焊接元件之間的相對(duì)移 動(dòng)以及所述焊接元件中至少一個(gè)的外形尺寸的變化。
優(yōu)選的是，所述焊接罩容納有惰性氣體，尤其是氬氣。
優(yōu)選的是，所述加熱手段包括多個(gè)軸向隔開的加熱元件。更優(yōu)選 的是，所述加熱元件形成圍繞所述焊接元件的至少一個(gè)環(huán)形陣列。通 常所述加熱元件為感應(yīng)加熱器?？商娲兀黾訜崾侄螢闊岫栊詺?體，優(yōu)選為氬氣。優(yōu)選的是，在所述焊接罩內(nèi)設(shè)置絕緣裝置，該絕緣裝置與所述設(shè) 備的第一面和笫二面中的至少一個(gè)相鄰。
優(yōu)選的是，設(shè)置有焊瘤剪切裝置。更優(yōu)選的是，所述焊瘤剪切裝
置為與所述焊接元件同心定位的剪，并適于在所述焊接罩的至少一部
分長(zhǎng)度上與所述焊接元件平行地移動(dòng)。通常，所述剪在不使用時(shí)在所 述焊接罩內(nèi)定位成與所述設(shè)備的第一面和第二面中的至少一個(gè)相鄰。
本發(fā)明的第二方面提供一種焊接設(shè)備，該焊接設(shè)備包括具有軸向 隔開的對(duì)置的第一面和第二面的工具，所述笫一面和第二面適于接收
并操作地保持相應(yīng)的焊接元件；該設(shè)備還包括焊接罩，該焊接罩包括 在所述第一工具面與第二工具面之間延伸并限定該焊接軍的范圍的殼 體，所述焊接罩包括加熱手段并且所述殼體適應(yīng)所述焊接元件之間的 相對(duì)移動(dòng)以及所述焊接元件中至少一個(gè)的外形尺寸的變化。
優(yōu)選的是，所述殼體形成為手風(fēng)琴狀，以適應(yīng)所述焊接元件之間 的相對(duì)移動(dòng)以及所述焊接元件中至少一個(gè)的外形尺寸的變化。可替代 地，所述殼體可形成為伸縮式段，以適應(yīng)所述焊接元件之間的相對(duì)移 動(dòng)以及所述焊接元件中至少一個(gè)的外形尺寸的變化。
優(yōu)選的是，所述焊接罩容納有惰性氣體，尤其是氬氣。
優(yōu)選的是，所述加熱手段包括多個(gè)軸向隔開的加熱元件。更優(yōu)選 的是，所述加熱元件形成圍繞所述焊接元件的至少一個(gè)環(huán)形陣列。通 常所述加熱元件為感應(yīng)加熱器。可替代地，所述加熱手段為熱惰性氣 體。優(yōu)選的是，所述熱惰性氣體為氬氣。
優(yōu)選的是，在所述焊接罩內(nèi)設(shè)置絕緣裝置，該絕緣裝置與所述設(shè) 備的第一面和第二面中的至少一個(gè)相鄰。可替代地，與所述工具的第 一面和笫二面相鄰地設(shè)置絕緣裝置。
優(yōu)選的是，設(shè)置有焊瘤剪切裝置。更優(yōu)選的是，所述焊瘤剪切裝
置為與所述焊接元件同心定位的剪，并適于在所述焊接罩的至少一部
分長(zhǎng)度上與所述焊接元件平行地移動(dòng).通常，所述剪在不使用時(shí)在所 述焊接罩內(nèi)定位成與所述設(shè)備的第一面和第二面中的至少一個(gè)相鄰。
本發(fā)明的第三方面提供一種焊接第一焊接元件和第二焊接元件的 方法，該方法包括以下步驟
(a) 將所述焊接元件裝載至焊接設(shè)備內(nèi)；
(b) 將所述焊接元件封裝在焊接罩內(nèi)，該焊接罩包括適應(yīng)所述焊
7接元件之間的相對(duì)移動(dòng)以及所述焊接元件中至少一個(gè)的外形尺寸變化
的殼體；
(c) 預(yù)熱所述焊接元件；
(d) 焊接所述焊接元件；
(e) 控制所述焊接罩內(nèi)的所形成的焊接部件的熱分布；以及 (f )從所述焊接罩去除所述焊接部件。
可在步驟e之前或步驟e期間從所述焊接設(shè)備去除所述焊接部件。 可替代地，可在步驟f期間或步驟f之后從所述焊接設(shè)備去除所述焊 接部件。


將參照附圖以示例方式更充分地描述本發(fā)明，在附圖中 圖1是根據(jù)本發(fā)明的摩擦焊設(shè)備的第一實(shí)施例的剖視圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的摩擦焊設(shè)備的第二實(shí)施例的剖視圖； 圖3是焊接之后的摩擦焊設(shè)備的第二實(shí)施例的剖視圖，其中包括 焊瘤剪切裝置；
圖4是包括兩個(gè)可替代絕緣裝置的摩擦焊設(shè)備的第一實(shí)施例的剖 視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，其中摩擦焊設(shè)備10包括具 有第一面12的第一工具部件11以及具有第二面14的對(duì)置的第二工具 部件13。第一焊接元件16和第二焊接元件18被接收并保持在相應(yīng)的 第一工具面12和第二工具面14中。焊接元件16、 18在焊接罩15內(nèi) 朝向彼此延伸。殼體22在工具面12、 14之間延伸并進(jìn)一步限定焊接 罩15。殼體22形成為具有平行于軸線A的可變長(zhǎng)度的環(huán)形手風(fēng)琴狀。 軸線A為用于旋轉(zhuǎn)摩擦焊的旋轉(zhuǎn)軸線，穿過(guò)焊接元件16、 18的中心并
垂直于其對(duì)置面。
殼體22的一個(gè)軸向端21固定至笫一工具面12，使得其相對(duì)于第 一焊接元件16以及第一工具面12定位?？稍跉んw22的第一軸向端21 和/或在設(shè)備10上設(shè)置合適的定位裝置(未示出)，例如本領(lǐng)域公知的 定位裝置以實(shí)現(xiàn)該相對(duì)定位。通常，第一工具部件11為設(shè)備10的不旋轉(zhuǎn)部分。殼體22的軸向相對(duì)的第二端23抵接于笫二工具面14?？?設(shè)置定位裝置25以保持殼體22距第二焊接元件18的徑向距離，并且 還用作支承件以允許第二工具面14與殼體22的相對(duì)徑向移動(dòng)?？稍?殼體22的軸向端21、 23中的一個(gè)或兩個(gè)上和工具面12、 14上設(shè)置合 適的密封裝置(未示出)，使得焊接罩15基本氣密或在使用惰性氣體 的情況下允許惰性氣體的受控泄漏?？衫枚栊詺夥諄?lái)減少或基本防 止氧化和焊接部件中包含氮，并因此降低制造期間的廢品率。
在優(yōu)選實(shí)施例中，摩擦焊設(shè)備IO適用于旋轉(zhuǎn)摩擦焊，并因此至少 第二工具面14的適于接收并保持第二焊接元件18的那部分圍繞軸線A 旋轉(zhuǎn)，以賦予使焊接元件16、 18中的至少之一軟化或熔化所需的旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，殼體22的第二軸向端23抵接于第二工具面14， 使得在焊接操作期間在旋轉(zhuǎn)面14與不妨礙相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的不旋轉(zhuǎn)殼體 22之間提供氣密密封。因此，殼體22的第二軸向端23可與第二工具 面14分離，以便提供對(duì)焊接罩15的入口。由于多種原因可能需要如 此，這些原因包括但不限于將焊接元件16、 18裝栽到工具部件11、 13中；在焊接之后去除焊接部件29;以及在焊接罩15內(nèi)進(jìn)行維護(hù)活 動(dòng)。而且，焊接罩15的兩端可以都是可從相應(yīng)的工具面12、 l4拆卸 的，使得可將焊接部件29從焊接設(shè)備10去除并可繼續(xù)加熱或以受控 速率冷卻。這在以下情況下尤其有利，即焊接部件29需要長(zhǎng)的受控冷 卻期間，而在繼續(xù)進(jìn)行受控冷卻的同時(shí)焊接設(shè)備10可用于隨后的操作， 并且需要時(shí)附接另一焊接軍15。
在由工具面12、 14以及殼體22限定的焊接罩15內(nèi)設(shè)置加熱元件 20。在圖1中所示的示例中，這些加熱元件20采用穿過(guò)焊接罩15軸 向間隔開的六個(gè)點(diǎn)熱源環(huán)形陣列的形式。然而，也可具有不同數(shù)量的 點(diǎn)熱源環(huán)形陣列。在其它實(shí)施例中，加熱元件20可采用熱發(fā)生器例如 感應(yīng)加熱器的圃環(huán)的形式?？商娲?，加熱元件可以為熱惰性氣體源， 以提供氬氣之類的熱惰性氣體。優(yōu)選的是，加熱元件20分別受控或以 離散組受控，以在焊接罩15內(nèi)的各種軸向位置提供區(qū)別加熱。如果焊 接元件16、 18為不同材料(例如，合金720和IN718),則這尤其有利。 因而，可優(yōu)先將較硬材料(合金720 )加熱至較高溫度，或者加熱較長(zhǎng) 時(shí)間，使得在焊接操作期間對(duì)每個(gè)元件16、 18造成的相對(duì)對(duì)接均等。
圖2中示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例，其中摩擦焊設(shè)備IO、第一和第二工具部件11和13、笫一和第二工具面12和14、焊接罩15、第一 和第二焊接元件16和18、加熱元件20、定位裝置25以及軸線A與第 一實(shí)施例中所述相同。圖2中示出了伸縮式殼體24的兩種布置。在圖 2頂部的第一種布置中，殼體24a包括伸縮式段，從左向右看時(shí)連續(xù)的 段相對(duì)于前一段具有減小的半徑。在圖2底部的第二種布置中，殼體 24b包括伸縮式段，各段具有兩個(gè)半徑之一，并且連續(xù)的段在這些半徑 之間交替。在段之間設(shè)置絕緣、密封或連接裝置(未示出)，以保持所 需要的特性。
傳統(tǒng)摩擦焊設(shè)備設(shè)計(jì)成提供小的"突出"，即每個(gè)焊接元件從工具 面伸出的量。這是為了使每個(gè)焊接元件以最少量暴露于相對(duì)較冷的周 圍空氣中。僅為了清晰起見，附圖示出了比實(shí)際中所預(yù)期的更顯著的 "突出"。
本發(fā)明通過(guò)設(shè)置焊接罩15解決了該問(wèn)題。本發(fā)明的焊接罩15以 及結(jié)合了該焊接罩15的摩擦焊設(shè)備10能夠適應(yīng)焊接元件16、 18的大 的"突出"，這使工具11、 13遠(yuǎn)離焊接部件29的在焊接過(guò)程中受熱影 響的部分。這有益于工具ll、 13的壽命。由于加熱被容納在焊接罩15 內(nèi)而不是消散至周圍大氣及工具11、 13，因而這還提供了更有效的焊 接過(guò)程。
而且，部分限定焊接罩15的殼體22、 24a、 24b的性質(zhì)和形式提 供了附加的優(yōu)點(diǎn)。圖1中示出的手風(fēng)琴式殼體22以及圖2中所示的伸 縮式殼體24a、 24b都能夠改變以適應(yīng)焊接元件16、 18的外形尺寸(在 本示例中為軸向長(zhǎng)度)的變化。這使得焊接罩15能夠在防止焊接元件 16、 18受到焊接罩15外的環(huán)境空氣的冷卻效應(yīng)的同時(shí)，在焊接操作期 間改變軸向長(zhǎng)度。因此，可將較大直徑的元件16、 18焊接在一起，這 是因?yàn)楹附诱?5能夠適應(yīng)與焊接元件16、 18相比焊接部件29的軸向 長(zhǎng)度的顯著減小，該顯著減小是由材料轉(zhuǎn)移至焊接元件16、 18中的一 個(gè)或者更優(yōu)選地轉(zhuǎn)移至二者引起的。焊接軍15足夠堅(jiān)固，并定位成徑 向距焊接元件16、 18足夠遠(yuǎn)，使得無(wú)論是在其未壓縮狀態(tài)還是在其壓 縮狀態(tài)下，焊接火花或焊瘤撞擊都不會(huì)造成破壞。這還意味著焊接罩 15能夠適應(yīng)焊接元件16、 18之間的相對(duì)移動(dòng)(例如大致垂直于軸線A
的相對(duì)移動(dòng))。
圖3以示例方式示出了焊接元件16、 18焊接之后焊接軍15的第二實(shí)施例；第一實(shí)施例同樣有利于這里所述的焊瘤剪切裝置。伸縮式 殼體段24b很好地疊置以適應(yīng)由焊接操作引起的長(zhǎng)度縮短。第一焊接 元件16與第二焊接元件18之間產(chǎn)生的焊縫26被焊瘤或?qū)硬?8包 圍，焊瘤或?qū)硬?8是在通過(guò)使焊接元件16、 18之間進(jìn)行摩擦運(yùn)動(dòng) 而加熱元件16、 18的步驟以及將元件16、 18壓在一起而形成焊縫26 的步驟期間從焊接元件16、 18移位的材料。在該示例中為同心剪的焊 瘤剪切裝置30設(shè)置在設(shè)備10的第一工具面12附近。一旦形成焊縫26， 但是在明顯冷卻之前，剪30沿著焊接部件29移動(dòng)至少足夠遠(yuǎn)，以從 焊縫26切除焊瘤28。由于焊接元件是熱的并具有延展性(因加熱和焊 接操作而導(dǎo)致)，因此切除焊瘤28時(shí)對(duì)焊縫26、焊接部件29的周圍區(qū) 域或剪30只有很小的阻力或應(yīng)力。在焊瘤剪切操作之后，使剪30返 回與第一工具面12相鄰的靜止位置。
在可替代實(shí)施例中，可設(shè)置兩個(gè)剪30， 一個(gè)剪與設(shè)備10的每個(gè)工 具面12、 14相鄰。在操作中，這些剪可在焊縫26處相遇，以實(shí)現(xiàn)焊 瘤28的切除?？商娲?，剪30中的第一剪可穿越焊接部件29的至少 一部分長(zhǎng)度移動(dòng)以切除焊瘤28并返回其靜止位置。接著，剪30中的 第二剪可穿越焊接部件29的至少一部分長(zhǎng)度移動(dòng)以切除任何殘余焊瘤 28或者清理焊縫26周圍的區(qū)域。在該可替代布置中，與焊接部件" 的半徑相比，剪30可布置在距軸線A的不同半徑處，從而利用剪30 中的第一剪提供粗剪，由剪30中的第二剪提供精剪。
圖4以示例方式示出了用于設(shè)備10(使用了殼體22的第 一 實(shí)施例) 的工具11、 13的絕緣件的兩個(gè)實(shí)施例。伸縮式段24a、 24b同樣有利 于這里所述的絕緣裝置。圖4的左側(cè)示出了笫一絕緣布置32。絕緣件 32位于焊接罩15的徑向內(nèi)側(cè)并與設(shè)備10的第一工具面12相鄰。絕緣 件32內(nèi)設(shè)有孔，以允許焊接元件16被接收在第一工具面l2中。絕緣 件32可以是本領(lǐng)域中公知的任何合適的絕緣裝置，包括但不限于玻璃 纖維、熱反射箔、陶瓷及石棉。
圖4的右側(cè)示出了第二絕緣布置34。絕緣件34形成設(shè)備10的第 二工具面14。絕緣件34可作為薄層與工具面14形成為一體，或者可 形成大致整個(gè)工具部件13。可替代地，絕緣件34可以是通過(guò)結(jié)合、鳩 尾接頭之類的機(jī)械裝置、或者通過(guò)噴射到工具面14的表面上而附接至 工具面14的絕緣材料層。該絕緣件的最佳形式及其施加方法取決于要進(jìn)行的焊接操作。
絕緣件32、 34的設(shè)置通過(guò)減少焊接操作與熱處理操作之間的熱損 失而提高了摩擦焊設(shè)備10的效率。因而，在一定時(shí)期內(nèi)的第一次焊接 操作需要從周圍環(huán)境獲得足夠的能量以加熱焊接元件16、 18。然而， 絕緣件32、 34確保在具有殘余熱量的焊接罩15中進(jìn)行熱處理操作， 從而需要相對(duì)較少的熱量。
因此，前述焊接罩15以及包括焊接罩15的摩擦焊設(shè)備10用于以 減少的能量需求進(jìn)行焊接，或者用于與以前可能的相比需要更多能量 預(yù)算的焊接操作。
焊接罩15還用于焊接部件29的PWHT以及受控冷卻。由于任何合 適構(gòu)造的殼體使焊接部件29與周圍環(huán)境空氣隔絕，因而與傳統(tǒng)焊接設(shè) 備布置相比可實(shí)現(xiàn)更慢的冷卻速率。這通常比不具有焊接罩15的情況 慢一個(gè)數(shù)量級(jí)。優(yōu)選的是，殼體由絕緣材料形成，使得冷卻速率進(jìn)一 步得以控制。而且，在焊接操作結(jié)束之后可應(yīng)用加熱元件20中的一些 或全部來(lái)輔助控制冷卻速率。這具有附加優(yōu)點(diǎn)，即可沿焊接部件29的 軸向長(zhǎng)度施加區(qū)別冷卻，并借此確保與先前的焊接設(shè)備布置相比可對(duì) 焊接部件29的材料性質(zhì)進(jìn)行大得多的控制?？蓪⒓訜嵩?0連接至 反饋控制環(huán)，該反饋控制環(huán)包括在焊接罩15內(nèi)或者在任何其它合適位 置的傳感器，以動(dòng)態(tài)地改變所提供的加熱。這具有進(jìn)一步的益處，即 可將焊后熱處理指向焊接區(qū)，而不會(huì)全局性地施加至整個(gè)焊接部件29。 這會(huì)是更經(jīng)濟(jì)的方法，并且可對(duì)焊接部件29的微觀結(jié)構(gòu)及性質(zhì)提供更 好的控制。加熱元件20提供充分的靈活性，使得可通過(guò)在位于同一設(shè) 備10內(nèi)的同一焊接罩15中焊接相似的焊接元件16、 18并在預(yù)熱、焊 接和焊后階段采用不同加熱策略，而產(chǎn)生具有不同材料性質(zhì)的焊接部 件29。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)清楚本發(fā)明范圍內(nèi)的修改。例如，不僅可將 棒焊接在一起，而且也可將管及更復(fù)雜的幾何體焊接在一起，例如將 葉片焊接至燃?xì)廨啓C(jī)用的盤。第一實(shí)施例中的加熱元件20示出為處于 焊接罩15的最遠(yuǎn)可能徑向范圍處。然而，它們同樣可定位成徑向更靠 近焊接元件16、 18(這在某些情況下是優(yōu)選的)?？删哂懈嗷蚋俚?環(huán)形陣列或環(huán)、這些環(huán)形陣列或環(huán)無(wú)需對(duì)稱地定位?？商娲兀訜?元件20可具有圍繞焊接元件16、 18并在焊接罩15內(nèi)的螺線或螺旋形式。加熱元件20可附加地或可替代地設(shè)置在焊接罩15的徑向外側(cè)。
盡管所述殼體示出并描述為包括呈手風(fēng)琴式殼體22或伸縮式殼體 24a、 24b的布置，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可用其它形狀的殼體 取代以獲得本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。例如，所述殼體可包括在工具面12、 14之 間伸展以包圍焊接元件16、 18的彈性材料。由于焊接部件29比焊接 元件16、 18的相加長(zhǎng)度短，所述彈性材料朝其自然長(zhǎng)度松弛以適應(yīng)軸 向長(zhǎng)度的縮短。可替代地，所述殼體可包括表現(xiàn)出所期望特性的任何 合適的材料或形式。
盡管已結(jié)合合適的旋轉(zhuǎn)摩擦焊設(shè)備IO描述了焊接罩15，然而本領(lǐng) 域技術(shù)人員會(huì)清楚，焊接罩15可在初始制造期間或者通過(guò)后續(xù)改造而 裝配至任何焊接設(shè)備，從而獲得本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。焊接設(shè)備可包括適用 于通過(guò)線性運(yùn)動(dòng)、往復(fù)角動(dòng)、慣性運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的摩擦焊或者本領(lǐng)域公知 的任何其它形式的焊接(例如閃光焊或電阻對(duì)接焊)的設(shè)備。焊接罩 15適應(yīng)由這些焊接方法中的任何方法所引起的焊接元件16、 18之間的 相對(duì)移動(dòng)，并且還適應(yīng)焊接元件16、 18中至少一個(gè)的外形尺寸的變化， 這通常是在基本垂直于焊接元件16、 18之間的焊接界面的方向上的外 形尺寸的減小。
權(quán)利要求
1.一種用于焊接設(shè)備(10)的焊接罩(15)，該焊接罩(15)包括殼體(22、24a、24b)，該殼體適應(yīng)焊接元件(16、18)之間的相對(duì)移動(dòng)以及所述焊接元件(16、18)中至少一個(gè)的外形尺寸的變化；用于相對(duì)于所述焊接設(shè)備(10)定位所述殼體(22、24a、24b)的定位裝置；以及加熱手段(20)。
2. 如權(quán)利要求1所述的焊接罩(15)，其中所述殼體(22、 24a、 24b)形成為手風(fēng)琴狀，以適應(yīng)所述焊接元件(16、 18)之間的相對(duì)移 動(dòng)以及所述焊接元件(16、 18)中至少一個(gè)的外形尺寸的變化。
3. 如權(quán)利要求1所述的焊接罩(15),其中所述殼體(22、 24a、 24b)形成為伸縮式段，以適應(yīng)所述焊接元件(16、 18)之間的相對(duì)移 動(dòng)以及所述焊接元件(16、 18)中至少一個(gè)的外形尺寸的變化。
4. 如以上任一權(quán)利要求所述的焊接罩(15)，其中所述焊接罩 (l5)容納有惰性氣體。
5. 如權(quán)利要求4所述的焊接罩(15 ),其中所述惰性氣體為氬氣。
6. 如權(quán)利要求1所述的焊接罩(15)，其中所述加熱手段(20) 包括多個(gè)軸向隔開的加熱元件(20)。
7. 如權(quán)利要求6所述的焊接罩(15)，其中所述加熱元件(20) 形成圍繞所述焊接元件(16、 18)的至少一個(gè)環(huán)形陣列。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的焊接罩(15 )，其中所述加熱元件(20 ) 為感應(yīng)加熱器。
9. 如權(quán)利要求l所述的焊接罩(15)，其中所述加熱手段(20) 為熱惰性氣體。
10. 如權(quán)利要求9所述的焊接軍(15)，其中所述熱惰性氣體為 氬氣。
11. 如權(quán)利要求1所述的焊接罩(15)，其中在所述焊接罩(15) 內(nèi)設(shè)置有絕緣裝置(32)，該絕緣裝置(32)與所述設(shè)備(10)的第一 面(l2)和第二面(l4)中的至少一個(gè)相鄰。
12. 如權(quán)利要求1所述的焊接罩(15)，其中設(shè)置有焊瘤剪切裝 置(30)。
13. 如權(quán)利要求12所述的焊接罩(15 )，其中所述焊瘤剪切裝置 (30)為與所述焊接元件(16、 18)同心定位的剪，并適于在所述焊接罩(15)的至少一部分長(zhǎng)度上與所述焊接元件(16、 18)平行地移動(dòng)。
14. 如權(quán)利要求13所述的焊接罩(15)，其中所述剪(30)在不 使用時(shí)定位成與所述設(shè)備(10)的笫一面(l2)和第二面(IO中的 至少一個(gè)相鄰，并位于所述焊接革(15)內(nèi)。
15. —種焊接設(shè)備(IO)，該焊接設(shè)備包括具有軸向隔開的對(duì)置 的第一面和第二面(12、 14)的工具，所述第一面(12)和第二面(14 ) 適于接收并操作地保持相應(yīng)的焊接元件(16、 18);該設(shè)備(10)還包 括焊接罩(15 )，該焊接軍(15 )包括在所述第一工具面(12 )與笫二 工具面(l4)之間延伸并限定該焊接罩(15)的范圍的殼體("、Ma、 24b),所述焊接罩(15)包括加熱手段(20)并且所述殼體(22、 24a、 24b)適應(yīng)所述焊接元件(16、 18)之間的相對(duì)移動(dòng)以及所述焊接元件(16、 18)中至少一個(gè)的外形尺寸的變化。
16. 如權(quán)利要求15所述的焊接設(shè)備(10)，其中所述殼體(22、 24a、 24b)形成為手風(fēng)琴狀，以適應(yīng)該焊接設(shè)備(10)與所述焊接元 件(16、 18)之間的相對(duì)移動(dòng)。
17. 如權(quán)利要求15所述的焊接設(shè)備(10)，其中所述殼體(22、 24a、 24b)形成為伸縮式段，以適應(yīng)該焊接設(shè)備(10)與所述焊接元 件(16、 18)之間的相對(duì)移動(dòng)。
18. 如權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)所述的焊接設(shè)備(10)，其中 所述焊接罩(15)容納有惰性氣體。
19. 如權(quán)利要求18所述的焊接設(shè)備(10),其中所述惰性氣體為 氬氣。
20. 如權(quán)利要求15所述的焊接設(shè)備(10 )，其中所述加熱手段(20 ) 包括多個(gè)軸向隔開的加熱元件(20)。
21. 如權(quán)利要求20所述的焊接設(shè)^( 10 )，其中所述加熱元件(20 ) 形成圍繞所述焊接元件(16、 18)的至少一個(gè)環(huán)形陣列。
22. 如權(quán)利要求20或21所述的焊接設(shè)備(10),其中所述加熱 元件(20)為感應(yīng)加熱器。
23. 如權(quán)利要求15所述的焊接設(shè)備(10),其中所述加熱手段(20) 為熱惰性氣體。
24. 如權(quán)利要求23所述的焊接設(shè)備(10)，其中所述熱惰性氣體為氬氣。
25. 如權(quán)利要求15所述的焊接設(shè)^( 10 )，其中在所述焊接罩(15 ) 內(nèi)設(shè)置有絕緣裝置(32 )，該絕緣裝置(32 )與所迷工具的第一面(12 ) 和第二面(14)中的至少一個(gè)相鄰。
26. 如權(quán)利要求15所述的焊接設(shè)備(10),其中與所述工具的第 一面(l2)和第二面(l4)相鄰地設(shè)置有絕緣裝置(34)。
27. 如權(quán)利要求15所述的焊接設(shè)備(10)，其中設(shè)置有焊瘤剪切 裝置(30)。
28. 如權(quán)利要求27所述的焊接設(shè)備(10)，其中所述焊瘤剪切裝 置(30)為與所述焊接元件(16、 18)同心定位的剪，并適于在所述 焊接罩(15)的至少一部分長(zhǎng)度上與所述焊接元件(16、 18)平行地 移動(dòng)。
29. 如權(quán)利要求28所述的焊接設(shè)備(10)，其中所述剪(30)在 不使用時(shí)定位成與第一工具面(12)和第二工具面(14)中的至少一 個(gè)相鄰，并位于所述焊接罩(15)內(nèi)。
30. —種焊接第一焊接元件(l6 )和第二焊接元件(1S )的方法， 該方法包括以下步驟a )將所述焊接元件(16、 18 )裝載至焊接設(shè)備(10 )內(nèi)； b )將所述焊接元件(16、 18 )封裝在焊接罩(l5 )內(nèi)，該焊接軍 包括適應(yīng)所述焊接元件(16、 18)之間的相對(duì)移動(dòng)以及所述焊接元件 (16、 18)中至少一個(gè)的外形尺寸的變化的殼體(22、 Ma、 2仆)；c) 預(yù)熱所述焊接元件(16、 18);d) 焊接所述焊接元件(16、 18);e) 控制所述焊接罩(15)內(nèi)所形成的焊接部件(29)的熱分布；以及f )從所述焊接罩(l5)去除所述焊接部件(")。
31. 如權(quán)利要求30所述的焊接方法，其中在所述步驟e之前或 在所述步驟e期間從所述焊接設(shè)備(10)去除所述焊接部件(29)。
32. 如權(quán)利要求30所述的焊接方法，其中在所述步驟f期間或 在所述步驟f之后從所述焊接設(shè)備(10)去除所述焊接部件(29)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種焊接罩、包括該焊接罩的焊接設(shè)備(10)以及焊接方法。所述設(shè)備(10)具有適于接收并保持相應(yīng)的第一焊接元件(16)和第二焊接元件(18)的、對(duì)置的第一工具面(12)和第二工具面(14)。所述焊接罩包括殼體(22)，該殼體允許所述焊接元件(16、18)之間的相對(duì)移動(dòng)以及所述焊接元件(16、18)中至少一個(gè)的外形尺寸的變化。所述焊接罩還包括用于相對(duì)于所述焊接設(shè)備(10)定位所述殼體(22)的定位裝置，并包括加熱手段(20)。
文檔編號(hào)F27B1/10GK101687274SQ200880021497
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月23日
發(fā)明者S·E·布雷, T·J·斯維廷 申請(qǐng)人:勞斯萊斯有限公司