摩擦焊方法和結構體技術

本文披露了一種摩擦攪動焊接技術，它避免了在連接區內出現延伸到連接表面下方的凹印。在待連接框架構件的端部設有伸向轉動體的加厚部分。待連接的相鄰件的兩個鄰接加厚部分可形成梯形。轉動體具有一個小直徑末端和一個大直徑段。將轉動體插入加厚部分。在先插入小直徑末端至大直徑段與加厚部分搭接但不延伸到連接件的非加厚部分上表面下方的狀態下，旋轉轉動體并使之沿連接區移動。即使在兩個加厚部分之間存在間隙，也可以實現理想的連接。在連接后，加厚部分的殘余部分可經過機加工而形成光滑表面。（*該技術在2018年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種適用于連接如包括鋁合金件等在內的由不同材質制成的構件的摩擦攪動焊接方法。摩擦攪動焊接方法是這樣一種焊接方法，即通過使一根插入兩個構件(例如但非限定的，兩個金屬件如兩個鋁制件)間的連接區內的圓棒(轉動體)轉動并再通過沿接合線移動轉動體來加熱在連接區的這兩個構件，由此使這兩個構件的材料軟化且發生塑性流動并進而被固相連接在一起，如在連接區中被焊接在一起。過去，轉動體包括一個插入連接區內的小直徑段和一個位于連接區外的大直徑段。小直徑段和大直徑段同軸。轉動大直徑段的一側，并由此使大、小直徑段轉動。大、小直徑段間的分界部分可稍微插入連接區中。根據摩擦攪動焊接方法的連接可用于對接部位和搭接部位。上述現有技術已披露于例如日本的專利公開說明書平7-505090(EP0615480B1)、《焊接與金屬加工》(1995.1)的第13、14和16頁中道斯所著的“摩擦攪動焊接及其發展簡介”、以及美國專利申請號為08/820231且申請日為1997年3月18日的文件中。在這里，作為參考地引入這些文件的內容。該現有技術也記載在T.Shinoda和Y.Kondoh的“采用摩擦攪動焊接的324板材的對接焊；摩擦攪動焊接工藝的研究”中，它刊登在第56期《日本焊接聯合學會紀要》(1995年4月)的第208頁和第209頁上。這篇文章披露了一個不銹鋼制的轉動體(旋轉工具)、板厚為6mm的純鋁制待焊接(連接)件(A1100)。轉動體具有一個直徑為20mm的大直徑段和一個直徑為6mm、軸向長度為5mm的小直徑段(圓柱形)。在工作中，轉動體的轉速為1000rpm-2500rpm且以1.0mm/s-8.0mm/s的速率沿兩個待焊接件移動。在上段介紹的文章中，待焊接件是鋁制件。鋁合金也適用于摩擦攪動焊接。經研究，適用于摩擦攪動焊接的其它金屬包括銅、鈦和不銹鋼。前述的EP 0615480 B1披露了塑性材料(如熱塑性塑料)的摩擦攪動焊接。可利用本專利技術的方法焊接所有這些材料。根據摩擦攪動焊接方法的各種試驗，通過轉動體大直徑段的轉動而對兩個構件的連接區上表面的局部進行有屑機加工并在連接區的上表面上產生一個凹印。因構件的塑性變形而在凹印的兩側產生了一個加厚部分。消除加厚部分很簡單。但是，修補凹印就需要涂抹膩子等加工工序，結果造成高昂的生產成本。另外，當兩個構件的對接面的端面之間在連接加工前有間隙時，在連接區會產生像凹印這樣的缺陷。結果造成了強度的降低，這尤其在大型結構中會造成麻煩。構件越大，則處理上述間隙就越困難(即間隙出現得越多)。因此，凹印變大并進而很容易產生缺陷。例如在連接區被另一個構件覆蓋的情況下，有凹印甚至不算是一個問題，且除了強度問題外沒有其它任何問題(強度問題本身當然是一個嚴重的問題)。但當在車(例如有軌車輛)的車體側表面等部位上有凹印時，從外觀的角度考慮，則需要除去凹印。另外，即使在看不到凹印的情況下，從性能的一個方面出發(如焊接強度)，凹印也會成為一個問題。本專利技術的一個目的是在通過摩擦攪動焊接方法連接兩個構件(例如但非限定的是兩個金屬件，如鋁合金件)時防止在連接區內產生凹印。本專利技術的另一個目的是提供一種將通過摩擦攪動焊接方式連接的構件，它們避免了在位于焊合件間的連接區內形成凹印。本專利技術的再一個目的是提供一種摩擦攪動焊接方法和由此制成的產品，這樣在所述構件于連接前彼此對接的情況下或即使在構件被連在一起前其間有間隙(但所述構件彼此相鄰)的情況下，避免了在焊接件的連接區內出現凹印。上述目的可以通過這樣一種措施來實現，即至少一個待連接構件在橫截面內且在其與另一個構件的連接區處具有一個加厚部分，所述加厚部分突向用于進行摩擦攪動焊接的轉動體。轉動體具有例如由一種或幾種比待焊接件的材質硬的材質構成的大直徑段和小直徑段。在連接過程中，小直徑段先被插入待連接件的連接區內。待連接件彼此相鄰且其中一個構件的加厚部分靠近另一個將由焊接與其相連的待焊接構件。在這兩個構件都具有加厚部分的情況下，加厚部分可在連接區(接頭形成區)內彼此相鄰或只需要在該連接區內設置一個加厚部分。接著，使轉動體進入這兩個構件之間即連接區內，使轉動體的小直徑段被插入這兩個構件的接頭形成區中，而轉動體的大直徑段伸入加厚部分中(但未到達加厚部分下方)。隨后，使轉動體在連接區內沿待焊接構件移動，此時像上句所述的那樣插入所述轉動體以便進行摩擦攪動焊接。由于在接頭形成區內設有加厚部分，所以可以避免在焊接件的連接區產生凹印(凹陷區)。通過使轉動體的大直徑段插入加厚部分(與加厚部分重疊)地安置轉動體，在避免了于焊接接頭處產生凹印的同時，可獲得優異的焊接效果。有利的是，在移動轉動體以便進行摩擦攪動焊接時，轉動體的大直徑段未在加厚部分的突起部分下方延伸。構件的加厚部分可以與構件成一體并例如延伸到將靠近另一個將焊接的構件設定的構件邊緣。突起部分最好具有一個離焊接部位最遠的側端，所述側端在橫截面內是傾斜的(例如，與構件表面的平面(不是突起部分)成小于90度的銳角，見圖4中的θ)。理想的情況是，這個離焊接部位最遠的側端與構件表面的平面的交角為15度到60度，且最佳為30度。附圖說明圖1是表示本專利技術一個實施例的局部的縱向橫截面圖。圖2是表示在圖1的結構經過摩擦攪動焊接之后的狀態的縱向橫截面圖。圖3是表示在圖1的結構經過摩擦攪動焊接之后而在一側上進行精加工操作的狀態的縱向橫截面圖。圖4是尺寸說明圖。圖5是表示有軌車輛的車體的透視圖。圖6是本專利技術另一個實施例的局部的縱向橫截面圖。圖7是表示本專利技術另一個實施例的連接區的側向橫截面圖。圖8A是表示本專利技術的一個實施例的連接裝置的縱向橫截面圖。圖8B是表示本專利技術另一個實施例的局部的縱向橫截面圖。圖8C是圖8B的左視圖。圖8D是表示本專利技術又一個實施例的局部的縱向橫截面圖。圖9是表示本專利技術又一個實施例的連接區的縱向橫截面圖。圖10是表示在圖9所示結構經過摩擦攪動焊接之后的焊接結構的縱向橫截面圖。圖11是表示在圖10所示結構的凸厚部分被拋光后而形成的結構的縱向橫截面圖。圖12是表示本專利技術另一個實施例的連接區的縱向橫截面圖。圖13是表示在圖12所示的結構經過摩擦攪動焊接之后而形成的結構的縱向橫截面圖。圖14是表示在圖13所示結構的凸厚部分被拋光后而形成的結構的縱向橫截面圖。圖15是表示本專利技術另一個實施例的連接區的縱向橫截面圖。圖16是表示在圖15所示結構經過摩擦攪動焊接之后而形成的結構的縱向橫截面圖。圖17是有軌車輛的側構件的主視圖。圖18是沿圖17的ⅩⅧ-ⅩⅧ線的橫截面圖。圖19是圖8的右視圖。圖20是表示本專利技術又一個實施例的局部的縱向橫截面圖。以下參見圖1-圖5來描述本專利技術的一個實施例，此實施例用于有軌車輛的車體。在圖5中，有軌車輛的車體是由一個側構架41、一個頂部構架42、一個底部構架43和一個位于縱向末端部上的構架44構成的。側構架41是通過排列許多空心的擠壓框架構件50、60并使其接觸部位相連而形成的。如圖1所示的那樣進行連接。頂部構架42和底部構架43都以同樣的方式構成。側構架41與頂部構架42間的連接以及側構架41與底部構架43間的連接是采用MIG(金屬電極惰性氣體)保護焊等方式實現的。圖1示出了構成側構架41的空心框架構件的接頭部分。空心本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種摩擦焊方法，其特征為，使第一構件的一個端部上側的一表面與第二構件的一個端部上側的一個表面對接；為所述第一構件的所述端部設置一個突出部分，它從所述第一構件的所述上側的所述表面伸入一上部中；在從所述突出部分的一側插入一旋轉工具的 條件下，通過轉動所述旋轉工具并沿所述對接部分相對地移動所述旋轉工具而對所述突出部分和所述對接部分進行摩擦焊；以及在所述第一構件和所述第二構件的擱置狀態下，切去所述突出部分。

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：青田欣也，江角昌邦，石丸靖夫，岡村久宣，舟生征夫，佐藤章弘，
申請(專利權)人：株式會社日立制作所，
類型：發明
國別省市：JP[日本]