用于摩擦攪拌焊接的方法和設備技術

本發明專利技術涉及一種用于將兩個部件摩擦攪拌焊接的方法，包括旋轉工具，該旋轉工具具有用于在結合區的區域中將過程力施加到部件的旋轉或非旋轉臺肩表面以及用于攪拌塑化材料或在結合區的區域中塑化并攪拌部件的攪拌銷，其中，攪拌銷的一段可滑動地進入滑架中，部件被支撐在滑架上，該滑架在部件的側面上被沿著結合區引導，該側面背對工具，使得在焊接期間可以實現攪拌銷和滑架或者工具的臺肩表面和滑架的支撐表面之間的自動相對移動，該支撐表面支撐部件，并且涉及用于實施此類方法的設備。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及根據權利要求1的預先表征部分的用于摩擦攪拌焊接的方法以及根據權利要求6的預先表征部分的用于摩擦攪拌焊接的設備。
技術介紹
摩擦攪拌焊接使得可以將通過使用常規熔融焊接方法不能焊接或者非常難以焊接的兩個部件整體地結合。摩擦攪拌焊接主要被用于焊接輕金屬。不需要添加焊接填料。在已知的摩擦攪拌焊接方法中，如例如在WO 93/10935 Al中所述，從旋轉圓柱的臺肩表面延伸的攪拌銷或焊接銷被壓入兩個部件的對接接頭中，并且被沿著所述對接接頭引導，其中，圓柱的臺肩表面使部件經受單側過程力。由于臺肩表面與部件之間的摩擦而產生熱量，借助于該熱量，對接接頭中的材料被塑化，并且材料隨后由于攪拌銷的浸入而被攪拌。在對接接頭的或結合區的區域中，部件被支撐在反保持器上，其由于過程力以及與攪拌銷的接觸而經受非常顯著的磨損，并且因此需要相應地不時地替換。特別是在球狀大面積部件或球形延伸結合區的情況下，例如在飛機機身的殼體元件的情況下，反保持器的磨損顯著地增カロ，因為除過程力之外，諸如不同的熱膨脹系數和部件公差的其他因素對支撐的狀態具有附加的負面影響。然而，特別地，攪拌銷頭或攪拌銷尖端與反保持器之間的距離是非常關鍵的過程變量，其必須被密切地觀察以便允許塑化材料的適當攪拌。攪拌銷的甚至最小的不充分浸入深度(即攪拌銷尖端與支撐體的過大間距)導致焊縫質量的明顯下降。除此之外，部件的厚度的變化以及結合區的區域中的不同間隙寬度導致攪拌銷的浸入深度的變化。此夕卜，由于所存在的過程カ的結果，攪拌銷趨向于沿著結合區的橫向方向偏移，這也會導致焊縫質量的下降。用于至少考慮結合區的區域中的部件厚度的變化的已知解決方案因此允許抵靠著部件在恒カ下以カ受控方式擠壓臺肩表面，并且設計攪拌銷使得其能夠沿著其豎直軸線移動，并且因此受到位置控制。為此，例如，沿著攪拌銷前面的焊接方向，提供用于感測材料中的不均勻的情況或部件的厚度變化的觸針設備，其隨后立即將上述內容報告給致動器以便調整攪拌銷的浸入深度。然而，從設備技術和控制技術的觀點出發，此類控制設備或調節設備是昂貴且復雜的。在WO 93/10935 Al中和WO 00/02699 Al中還示出了一直保證適當浸入深度或攪拌的已知的有關于設備和有關于方法的解決方案。那些文獻中描述的筒管工具包括兩個相對的臺肩表面，部件被夾持在其之間。一個臺肩表面由圓柱形成，并且另一臺肩表面由板狀頭形成。焊接銷穿透圓柱，并且被可旋轉地保持在所述圓柱中。在這種方法中，通過相等力的相反過程カ使部件處于對接接頭區域中，使得發生摩擦攪拌焊接，從而在豎直カ方面是幾乎中性的。除始終適當的浸入深度和攪拌銷的良好跟蹤之外，這種方法提供了其他優點，特別是均勻的熱量輸入和部件的極小變形。然而，攪拌銷被高度地加載，因為經由該攪拌銷，引入了用于使板旋轉的力和用于使板橫向移動的カ兩者。其他缺點包括板表面(第二臺肩表面)的側面上的接縫崩潰和相當昂貴的控制技術或調節技木。此外，由于高熱量輸入，焊接薄壁部件是成問題的。最近的開發因此提供了具有靜止、非旋轉臺肩和旋轉攪拌銷的焊接工具。以這種方式，熱量并未通過臺肩而僅通過攪拌銷被引入部件中。在彎曲的部件區域的情況中，美國專利US 6，237，835提供了可沿著接縫的縱向方向移動的滑塊，該滑塊在部件的背面上被引導，并且與攪拌銷處于主動接合，例如具有形狀配合，使得滑塊被幾乎朝著后面拉，并且部件區域被夾持在臺肩表面與滑塊之間。然而，用這種解決方案，不可能在焊接過程期間對變化的材料厚度作出反應。
技術實現思路
本專利技術的目的在于產生ー種用于通過摩擦攪拌焊接來將兩個部件連接的方法，該方法克服了上述缺點，并且使得可以產生高質量的焊縫，并且在于產生ー種用于實施此類方法的設備。由具有權利要求1的特性的方法和具有權利要求6的特性的設備來達到此目的。在根據本專利技術的用于用工具通過摩擦攪拌焊接將兩個部件連接的方法中，所述エ具包括用于使部件在結合區的區域中經受壓力的臺肩表面和用于攪拌塑化材料或用于在結合區的區域中塑化并攪拌部件的旋轉攪拌銷，攪拌銷的一段可滑動地插入滑塊中，部件被支撐在滑塊上，該滑塊在部件的側面被沿著結合區引導，該側面背對工具。結果，結合區沿著其豎直軸線的方向始終被攪拌銷穿透，并且因此不需要浸入深度的調整，并且使得可以實現塑化材料的完全攪拌。同時，滑塊充當反保持器，使得部件在焊接期間被牢固地支撐。由于攪拌銷和滑塊沿著豎直軸線的方向能夠相對于彼此滑動或移動的事實，該設備自動地補償部件的厚度變化。不需要致動器來使攪拌銷沿著其豎直軸線移動以便調節浸入深度。因此，工具的純粹カ受控控制是可能的。換言之，可以抵靠著部件以恒定的力擠壓エ具。不需要提供単獨的設備來沿著焊接的方向在工具前面掃描表面幾何結構以便調整攪拌銷的浸入深度。在優選示例性實施例中，由攪拌銷經由主動接合來攜帯滑塊。以這種方式，可以進一步簡化設備或工具的控制設備，因為不要求単獨的滑塊驅動裝置。然而，在另ー示例性實施例中，借助于滑塊自己的驅動裝置來驅動該滑塊，從而至少支撐攪拌銷。這是有利的，特別是在焊接厚壁部件以便解除攪拌銷吋。可以經由滑塊的位置來限定工具在X平面中的位置。這是有利的，特別是在例如經由機器人臂來控制工具的那些情況下，所述機器人臂只能有條件地保持工具的位置，使得一個或多個滑塊本身的位置被用作控制和修正元件。為了在焊接過程開始時將攪拌銷機械地聯接到滑塊，一個示例性實施例允許在結合區中制作通孔，通過該通孔，攪拌銷的一段隨后被插入滑塊中。根據本專利技術的用于通過摩擦攪拌焊接來連接兩個部件的設備具有工具，該工具包括用于使部件經受結合區的區域中的壓カ的臺肩表面和用于攪拌塑化材料或用于在結合區的區域中塑化并攪拌部件的可旋轉攪拌銷。根據本專利技術，所述設備包括用于攪拌銷的逐段可滑動接收并用于支撐部件的滑塊，該滑塊在部件的側面被沿著結合區可移動地引導，該側面背對工具。此類設備使得可以在部件的對接接頭布置以及重疊布置中實施根據本專利技術的上述方法，使得塑化材料始終被充分地攪拌，并且因此可以以高質量可靠地且可再現地產生甚至大面積部件的焊縫。在一個示例性實施例中，該滑塊包括用于接收攪拌銷的頭段的孔。可以在滑塊中快速地制作所述孔，并且所述孔代表經由攪拌銷實現的滑塊沿焊接方向或沿結合區的縱向方向的移動期間的可靠機械引導。在一個示例性實施例中，攪拌銷的頭段是圓柱形的。因此，被接收在滑塊中的頭段并不趨向于傾斜，并且滑塊或工具沿結合區或通道的縱向軸線或橫向軸線方向的輕微移位能夠得以補償。為了防止攪拌銷在焊接期間偏移或相對于焊接方向沿橫向方向漂移，如果提供用于接收滑塊的通道則是有利的，該通道沿著結合區的縱向方向延伸，所述通道的深度近似地對應于滑塊的高度，使得滑塊結束成與用于放置部件的支撐體的支撐表面齊平或幾乎齊平。在對滑塊的高度進行判定吋，當然還可以考慮例如滑軌或滾動元件上的其支承布置的類型。如果在滑動軸承裝置上的通道中引導滑塊，則根據本專利技術的設備是極其牢固耐用的。在此布置中，面對部件的至少ー個支撐表面和/或滑塊的ー個底面(該底面面對通道)可以包括用于減少摩擦阻力的涂層。在另ー示例性實施例中，在滑塊與通道之間形成滾子軸承裝置，并且因此進一歩減小摩擦系數。為了還能夠執行焊接任務，特別是涉及使部件和滑塊處于如下位本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.07.16 DE 102010027291.4;2010.07.16 US 61/36481.一種用于用工具(10)通過摩擦攪拌焊接將兩個部件(2、4)連接的方法，所述工具(10)包括用于使所述部件在結合區的區域中經受過程力(2、4)的臺肩表面(16)和用于攪拌塑化材料或在所述結合區的區域中塑化并攪拌所述部件(2、4)的旋轉攪拌銷(22)，其中，所述攪拌銷(22)的一段可滑動地插入滑塊(14)中，所述部件(2、4)被支撐在所述滑塊(14)上，所述滑塊(14)在所述部件(2、4)的側面上被沿著所述結合區引導，所述側面背對所述工具(10)。2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述滑塊(14)經由主動接合被所述攪拌銷(22)攜帯。3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，所述滑塊(14)至少以支撐方式由其自己的驅動裝置來驅動。4.根據權利要求1、2或3所述的方法，其中，經由所述滑塊的位置來限定所述工具(10)在所述結合區的x_y平面中的位置。5.述權利要求中的任ー項的方法，其中，在焊接過程開始時，在所述結合區中制作通孔以便導致所述攪拌銷(22)與所述滑塊(14)之間的主動接合。6.一種用于用工具(10)通過摩擦攪拌焊接將兩個部件(2、4)連接的設備，所述工具(10)包括用于使所述部件在結合區的區域中經受過程力(2、4)的臺肩表面(16)和用于攪拌塑化材料或在所述結合區的區域中塑化并攪拌所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：S塔瓦雷斯，M帕奇奧內，H奧斯特澤爾特，
申請(專利權)人：空中客車德國運營有限責任公司，
類型：
國別省市：