摩擦搅拌焊接工具和用于生产摩擦搅拌焊接工具的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于焊接部件(7)的摩擦搅拌焊接工具(1)，所述摩擦搅拌焊接工具(1)具有销和被刚性地连接到所述销的肩部(3)，所述部件(7)由具有超过900℃的熔点的母体金属、特别是钢组成。根据本发明专利技术，为了即使是对于厚壁组件(7)、也实现所述工具的特别长的使用寿命，所述肩部(3)至少部分由第一材料组成，并且所述销至少部分由第二材料组成。本发明专利技术还涉及肩部(3)至少部分由第一材料组成，并且销至少部分由第二材料组成。本发明专利技术还涉及一种用于接合由具有超过900℃的熔化温度的一种或更多种母体金属组成的部件(7)的方法。金属组成的部件(7)的方法。金属组成的部件(7)的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】摩擦搅拌焊接工具和用于生产摩擦搅拌焊接工具的方法


[0001]本专利技术涉及一种摩擦搅拌焊接工具，摩擦搅拌焊接工具包括销和被刚性地连接到销的肩部，用于焊接由具有超过900℃的熔点的母体材料、特别是钢组成的部件。
[0002]此外，本专利技术涉及一种用于生产具有销和肩部的摩擦搅拌焊接工具的方法，利用该方法，具有超过900℃的熔化温度的母体材料的部件可以借助于摩擦搅拌焊接被接合。
[0003]另外，本专利技术涉及一种用于通过摩擦搅拌焊接来接合具有超过900℃的熔化温度的一种或多种母体材料的部件、特别是用于接合钢(优选地，结构钢)的部件的方法。

技术介绍

[0004]用于接合具有超过900℃的熔化温度的部件、特别是用于接合钢或多种不同的钢合金的部件的摩擦搅拌焊接工具从现有技术可知。这种类型的工具包括销和通常被垂直于销布置的肩部。当彼此相邻布置的两个部件被接合时，压缩力经由肩部被施加于正被接合的部件。同时，由于摩擦搅拌焊接工具相对于部件的、绕旋转轴的旋转而发生部件的加热，使得部件在摩擦搅拌焊接工具的区域中的接合区中被塑化和混合，由此接合发生。销从而确保塑化材料在接合区中的搅拌，并且因此在摩擦搅拌焊接期间受到大的机械负荷和热负荷，而摩擦搅拌焊接工具的肩部负责大部分的热量生成。肩部的尺寸从而通常由于肩部下面的最大表面压力、以及正被接合的部件上的轴向方向上的必要的压缩力所致。
[0005]已经证明，当被用于摩擦搅拌焊接工具中时，具有用作销材料的有益的性质(例如，高熔化温度)的材料由于与正被接合的部件的母体材料的摩擦过大，导致肩部处的发热过大或不足，由此最佳的焊缝不能实现。
[0006]为了防止焊接过程期间的温度过高或不足，从现有技术已知肩部被相应地实施为更大或更小。然而，因为接合区中的压缩不是最佳的，所以这继而引起焊接接头的质量问题。
[0007]此外从现有技术已知肩部和销由单独的部件零部件形成，并且肩部被以不同于销的速度驱动，以便使用肩部的旋转速度、与肩部的尺寸无关地、影响经由肩部的热量输入。然而，已经表明，尽管当焊接铝和具有低熔化温度的其他材料时，期望的效果可以以这种方式实现，但是当具有超过900℃的熔化温度的母体材料(诸如，举例来说，钢)被焊接时，来自接合区的塑化材料渗入到销和肩部之间的间隙中，并且导致工具的损坏，因此使工具的使用寿命更短。

技术实现思路

[0008]这通过本专利技术来解决。目的是指定一种开头所述的类型的摩擦搅拌焊接工具，利用该摩擦搅拌焊接工具，特别高的质量的焊接接头、同时工具的非常长的使用寿命可以被实现，即使摩擦搅拌焊接工具的几何结构是给定的。
[0009]另外，一种用于生产开头所述的类型的摩擦搅拌焊接工具的方法被指定，利用该方法，这种类型的摩擦搅拌焊接工具可以被生产。
[0010]最后，一种用于接合开头所述的类型的部件的方法被指定，利用该方法，特别高质量的连接可以以高效的方式被实现。
[0011]根据本专利技术，第一个目的利用一种开头所述的类型的摩擦搅拌焊接工具来达成，在摩擦搅拌焊接工具中，肩部至少部分由第一材料组成，并且销至少部分由第二材料组成。
[0012]在本专利技术的背景下，发现如果在肩部的区域中、摩擦搅拌焊接工具至少部分由与销的区域中的材料不同的材料组成的话，则现有技术的摩擦搅拌焊接工具的缺点可以被克服。就化学成分而言，就机械性质和/或热性质而言，第一材料通常不同于第一材料被刚性地与其连接的第二材料。结果，优化的摩擦搅拌焊接工具可以根据期望的应用、容易地形成。
[0013]如果第一材料具有超过900℃、优选地超过2000℃的熔化温度，则是有益的。
[0014]优选地规定第二材料具有超过900℃、优选地超过2000℃、特别是超过3000℃的熔化温度。摩擦搅拌焊接工具的特别长的使用寿命因此可以被实现。通常，第二材料的熔化温度高于第一材料的熔化温度。
[0015]已经证明有效的是，第一材料和第二材料具有不同的强度。结果，特别好地适应所需条件的工具可以被实现，尤其是因为特别高的强度在特别是销的区域中通常是必要的，而更低的强度在肩部的区域中通常是足够的。
[0016]如果第一材料与母体材料的材料配对具有第一动摩擦系数，并且第二材料与母体材料的材料配对具有第二动摩擦系数，其中第一动摩擦系数不同于第二动摩擦系数，特别是低于第二动摩擦系数，则是有益的。以这种方式，工具可以被实施为使得其在肩部的区域中具有比销的区域中的动摩擦系数低的动摩擦系数。因此以简单的方式确保经由肩部，足够高的压缩力可以在表面压力同时低的情况下被引入，但是不会发生过多的热量生成，并且摩擦在销的区域中也是足够的，以便在接合区中搅拌塑化部件以使得连接特别好。
[0017]根据焊接过程期间的期望的条件，或者肩部处的必要的压缩力，材料当然也可以被选择为使得第一动摩擦系数大于第二动摩擦系数。
[0018]尽管可以规定肩部完全由第一材料形成，并且销完全由第二材料形成，但是还可以仅部分使用第一材料和部分使用第二材料、以及可能地一种或更多种其他材料来形成肩部。类似地，销也可以仅部分由第二材料和第一材料、以及可能地其他材料形成。通过对应地将肩部和销的区域划分为由具有与母体材料不同的动摩擦系数的不同材料组成的部分区域，因此可以容易地在肩部的区域和销的区域这两个区域中实现期望的动摩擦系数，其中肩部的平均动摩擦系数通常不同于销的平均动摩擦系数。
[0019]这可以被实现，例如，其中第一部件部分被实施为环形的，其中该第一部件部分的外径对应于肩部外径，但是该第一部件部分的内径被实施为大于肩部内径，肩部内径可以与销外径一致。在肩部的区域中，第一材料然后在肩部的第一部分区域上从肩部外径延伸到第一部件部分的内径，并且第二材料在肩部的区域中从第一部件部分的内径延伸到肩部内径或销。另外，销也可以由第二材料形成，以使得第二部件部分可以部分地或完全地形成肩部和销的第二部分区域。
[0020]通常，肩部的平均动摩擦系数低于销的平均动摩擦系数。平均动摩擦系数从而可以经由对应的面积比例来实现。如果动摩擦系数还取决于摩擦搅拌焊接工具相对于母体材料的相对速度，则相应的面积部分在摩擦搅拌焊接过程期间的速度也可以被考虑用于肩部
的由第一材料或第二材料组成的部分区域的选择。
[0021]即使由单个的材料形成的面积上的可实现的平均动摩擦系数的数学确定是优选的，对应的摩擦搅拌焊接工具当然也可以被形成，因为肩部的区域的对于期望的焊缝质量所必需的构成(也就是说，肩部的由第一材料、以及可能地第二材料和/或第三材料组成的部分区域的尺寸)在测试中被确定。
[0022]优选地规定第一材料对于母体材料的化学亲和力不同于、特别是低于第二材料。这里，化学亲和力表示相应的材料与母体材料结合的趋势。因此，在销的区域中，如果存在高化学亲和力，以便实现良好的搅拌、并且因此实现焊接接头的高强度，则是有利的。在肩部的区域中，低于销的区域中的亲和力可以是有利的，以便实现具有平滑的表面的焊缝、以及防止肩部的区域中的过大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种摩擦搅拌焊接工具(1)，所述摩擦搅拌焊接工具(1)包括销(2)和被刚性地连接到所述销(2)的肩部(3)，所述摩擦搅拌焊接工具(1)用于焊接由具有超过900℃的熔点的母体材料、特别是钢组成的部件(7)，所述摩擦搅拌焊接工具(1)特别是在根据权利要求12至19中一项所述的方法中形成的，其特征在于所述肩部(3)至少部分由第一材料组成，并且所述销(2)至少部分由第二材料组成。2.根据权利要求1所述的摩擦搅拌焊接工具(1)，其特征在于所述第一材料具有超过900℃、优选地超过2000℃的熔化温度。3.根据权利要求1或2所述的摩擦搅拌焊接工具(1)，其特征在于所述第二材料具有超过900℃、优选地超过2000℃、特别是超过3000℃的熔化温度。4.根据权利要求1至3中一项所述的摩擦搅拌焊接工具(1)，其特征在于所述第一材料和所述第二材料具有不同的强度。5.根据权利要求1至4中一项所述的摩擦搅拌焊接工具(1)，其特征在于所述第一材料与所述母体材料的材料配对具有第一动摩擦系数，并且所述第二材料与所述母体材料的材料配对具有第二动摩擦系数，其中所述第一动摩擦系数不同于所述第二动摩擦系数，特别是低于所述第二动摩擦系数。6.根据权利要求1至5中一项所述的摩擦搅拌焊接工具(1)，其特征在于所述第一材料对于所述母体材料的化学亲和力低于所述第二材料。7.根据权利要求1至6中一项所述的摩擦搅拌焊接工具(1)，其特征在于所述摩擦搅拌焊接工具(1)具有柄(4)，所述柄(4)包括第三材料，特别是由第三材料形成。8.根据权利要求1至7中一项所述的摩擦搅拌焊接工具(1)，其特征在于所述第一材料含有钼，特别是被实施为钼合金。9.根据权利要求1至8中一项所述的摩擦搅拌焊接工具(1)，其特征在于所述第二材料含有钨，特别是由钨
‑
铼形成。10.根据权利要求1至9中一项所述的摩擦搅拌焊接工具(1)，其特征在于所述第一材料和/或所述第二材料包括陶瓷材料，特别是氧化物陶瓷材料、和/或诸如碳化物、氮化物或硅化物的非氧化物陶瓷材料，或者由这种类型的材料形成。11.根据权利要求1至10中一项所述的摩擦搅拌焊接工具(1)，其特征在于所述第一材料和/或所述第二材料包括难熔金属、难熔金属合金、镍合金、钴合金和/或铁合金，或者由这种类型的材料形成。12.一种用于生产具有销(2)和肩部(3)的摩擦搅拌焊接工具(1)、特别是用于生产根...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：斯德泰克有限公司，
类型：发明
国别省市：