用于固态连接轻质金属的设备制造技术

描述了一种用于固态连接例如铝的轻质金属的设备。该设备采用连续挤出的原理以将金属填料条添加到将待被连接的构件分离的槽内，并剪切变形以在槽内去除表面氧化物。该设备包括终止在驱动心轴头(14)的旋转驱动心轴(13)。形状为圆弧且组成挤出室(16)的槽被机加工形成在驱动心轴头(14)的外表面上，挤出室(16)被包围驱动心轴头(14)的固定的环状金属瓦(17)从外部径向地限制，挤出室(16)被一体式的或可更换的抵接部件(18)所终止以使铝偏离挤出室中的圆形运动而通过模孔(19)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】描述了一种用于固态连接例如铝的轻质金属的设备。该设备采用连续挤出的原理以将金属填料条添加到将待被连接的构件分离的槽内，并剪切变形以在槽内去除表面氧化物。该设备包括终止在驱动心轴头(14)的旋转驱动心轴(13)。形状为圆弧且组成挤出室(16)的槽被机加工形成在驱动心轴头(14)的外表面上，挤出室(16)被包围驱动心轴头(14)的固定的环状金属瓦(17)从外部径向地限制，挤出室(16)被一体式的或可更换的抵接部件(18)所终止以使铝偏离挤出室中的圆形运动而通过模孔(19)。【专利说明】用于固态连接轻质金属的设备
本专利技术涉及一种用于连接轻质金属构件和合金的设备，尤其是铝构件，包括铝合 金以及含有轻质金属（尤其是铝）的混合物/复合材料。该设备采用连续挤出的原理，以向 与要被连接的构件分离的槽内添加填料金属条，并且剪切变形以在槽中移除表面氧化物。
技术介绍
通常，作为最初为了黑色金属的连接而开发的自适应技术，出现了用于连接金属 构件的技术。 金属的连接大量采用熔焊而连接，在熔焊中基体金属和合适的焊料都由电弧、电 子束或激光束熔化，以使在结晶过程中在焊池的痕迹部分处实现金属与金属的结合。在熔 焊中，施加的能量中仅一部分促使焊接，并且从而促使结合。大部分施加的能量导致基体金 属的局部加热及形成围绕焊缝的所谓热影响区（在文献中通常被称作HAZ)。该区域存在一 个问题，因为所得到的微观结构的改变导致母材永久的机械降解。因此，焊缝区的该特性将 会是工程设计中的限制因素，实际上该特性会决定构件的承载能力。此外，过量施加的能量 (即热量）导致在焊缝区中高的残余应力以及整体变形和畸变。这些问题在铝的焊接中比 在钢的焊接中更显著，因为在铝的情况中采取必要的预防措施的可能性是更困难的，例如 通过调节基体金属的化学成分来改变HAZ的微观结构。 通常，采用更有效的焊接方法（例如激光焊接和电子束焊接）来提供狭窄得多的 HAZ，就这一点来说这代表显著的改善。然而，这些技术在熔合区中引入了其他问题，涉及抗 热裂纹性和气孔形成。此外，这些技术具有设备更昂贵和较不通用的缺点。而且，由于通常 不添加焊料因此公差要求更严格。 在过去，进行了多次尝试以开发用于连接轻质金属的替代技术，其中摩擦焊或已 知为搅拌摩擦焊（FSW)的变型可能是最出名的。在FSW中，在旋转的工具沿板材之间的界 面（边缘）移动的同时，两个要连接在一起的板材坚固地压在彼此上，以去除氧化层，至少 对于铝而言该氧化层通常存在于表面上。即使在旋转工具和基体铝板之间的界面处出现相 当大的摩擦加热，但是所施加的能量及从而所产生的热量也少于熔焊中的，因而接头附近 的基体金属不会熔化并达到液态。因此，搅拌摩擦焊是固态连接技术的一个示例，其与熔焊 相比存在改善，因为减少了若干常见的问题，即高的残余应力和热裂纹的形成、孔的形成以 及低的耐腐蚀性。另一方面，这种新技术也被一些缺点所妨害，一个缺点是因为不存在采用 焊料的可能性，所以要被连接的表面需要彼此精确地匹配的要求。另一个缺点是要被连接 的构件必须要用相当大的力来压在彼此上，这意味着本方法需要重而刚硬的设备。最后，甚 至这类的摩擦焊也会造成宽的HAZ的形成，其中所造成的微观组织的改变会导致析出的强 化金属的永久软化。 在硬钎焊连接的其他方法中，应该提到铆接和粘接。这些方法中的一个或多个对 于一些应用领域而言可能是方便的，但是，通常这些方法具有低的防范失效的安全性，因此 在承载或负重结构中它们不是实际可行的替代方案。 在WO 03/043 773中，描述了一种用于连接例如铝的轻质金属的构件的特殊方 法。这种方法基于连续挤出的原理，目标是减少或消除涉及FSW方法和其他现有技术方法 的过热的缺点。在W0 03/043 775中，也主要描述了一种满足要求的设备。尽管这种方法 看起来有前景，但是这种方法没有发展到允许其工业使用的水平。 因此，仍然需要一种设备，该设备对基于挤出的铝构件及其他轻质金属构件的工 业规模的连接是有用的。
技术实现思路
专利技术目标 本专利技术的目标是提供一种设备，该设备用于基于挤出原理的轻质金属构件的工业 规模的连接，因而消除了过热的缺点，使得高的残余应力、变形、热裂纹或腐蚀的特别问题 将不是主要的关注点。 最后，目标是提供一种用于轻质金属构件的工业规模的连接的设备，该设备是简 单、便宜、可靠和坚固的，并可容易地按比例放大或缩小且可以是自动化的。 本专利技术涉及特征是权利要求1所述的特点的设备。在从属权利要求中公开了本发 明的优选实施例。 本设备包括特殊设计的挤出头，该挤出头组成本专利技术的核心。此外，本设备包括用 于轴的驱动设备和马达，本专利技术还包括用于要被挤出的填料金属条的保持器和给送装置。 这些构件可具有任何在现有技术中已知的形式，因此在本文档中不作进一步的描述。 此处所用的术语"轻质金属"应当解释为包括所述轻质金属的合金，尤其是铝及其 合金。 所需的结合温度通过利用由变形和摩擦所放出的热量而获得，并且可选择性地结 合局部加热，例如电阻加热、感应加热或利用激光束加热的形式。 通过利用根据本专利技术的设备，填料金属条被添加至要被连接的构件之间的接头 (槽）。不需要对构件施加大的力，这使得设备可制成为紧凑且简单的，并且如果需要的话， 设备适于便携或自动化的使用。 填料金属条（例如铝）被挤出工艺而增塑，并能容易地穿过模具并填充焊料被引 导进入的槽。当尺寸被模孔所固定的焊料进入略较窄的槽时，会发生剪切变形并去除要被 连接的构件的氧化层，因此允许要被连接的构件和填料金属条的原子之间形成紧密接触及 金属键。因此，在不存在构件的过热及由此产生的缺点的情况下，形成焊接状的结合。即使 当对离开模孔的焊料施加局部加热时，对要被连接的构件的加热也是适度的。 【专利附图】【附图说明】 现将参考附图，以非限制性实施例的形式对本专利技术进行进一步的描述。其中： 图1是根据本专利技术的挤出头的实施例的侧截面视图。 图2a和2b分别是在挤出前和挤出过程中挤出室和填料金属条的示意性图示。 图3是图1的挤出头的端截面视图。 图4是根据本专利技术的挤出头的透视图。 【具体实施方式】 图1示出了挤出头12,其中可旋转的驱动心轴13是核心元件。在挤出头的下端， 驱动心轴13延伸至具有光滑外表15的驱动心轴头14,该表面15通常是截头锥形的，但也 可以是柱形的。在驱动心轴头的圆周上机加工有360度的槽，以形成挤出室16的一部分 (以下将更加详细地描述）。根据用于填料金属条的入口点16a的位置，实际的挤出室通常 可围绕驱动心轴头14的表面15的圆周延伸180度或更多，更通常地大致270度，挤出室16 开始于入口点16a并终止于模孔19。因此，挤出室16的形状通常是圆弧而非整个圆，如图 3所更好地示出的。 通过如下可有效地形成挤出室16的终点：将分离的抵接部件18布置在与模孔19 相邻的槽内，并且优选地以下面将进一步描述的方法在操作过程中牢固地保持在适当的位 置处。抵接部件18的功能是使拉过挤出室的增塑化的填料金属条从圆形运动偏离并从模 孔19出来。不可避免本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于固态连接例如铝的轻质金属的设备，该设备采用连续挤出原理将填料金属条添加到使待被连接的轻质金属构件分离的槽中，该设备包括终止于驱动心轴头(14)的旋转驱动心轴(13)，其特征在于，形状为圆弧状并且构成挤出室(16)的槽被机加工形成在驱动心轴头(14)的外表面(15)上，挤出室(16)被包围驱动心轴头(14)的固定环状金属瓦(17)从外部径向地限制，挤出室(16)被一体式的或可更换的抵接部件(18)所终止以使填料金属条(26)在挤出室中从其圆形运动转向而从模孔(19)出来。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：U·R·奥克内斯，O·格龙，T·奥斯蒂加德，
申请(专利权)人：海邦得股份公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO