线性摩擦焊接装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于双轴锻造的线性摩擦焊接头装置和用于焊接的双轴锻造方法，所述装置包含三组正交致动器，用于提供装置移动的Ｘ平面、Ｙ平面和Ｚ平面，以便提供Ｙ轴振荡、沿着第一锻造轴的第一锻造负载和沿着第二锻造轴的第二锻造负载；所述方法包含提供一焊接头，所述焊接头用于沿着Ｘ锻造轴和Ｚ锻造轴施加第一锻造负载和第二锻造负载以在一个以上界面处进行焊接。所述锻造负载可相对于彼此成直角而施加且具有对应于焊接界面长度的量值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及线性摩擦焊接的领域，且更明确地说，是指一种用于线性摩擦 焊接机器的双轴锻造的装置和方法。
技术介绍
线性摩擦焊接是接合类似或不同金属的固态工艺，所述工艺在焊接和受热 区中产生需要的微结构，从而产生最小组件变形和高强度焊接。另外，线性摩 擦焊接也是自我清理工艺，因为工艺的振荡运动使得表面不规则物和污染物 (如在焊接期间产生的毛边)被驱除，从而削减了生产步骤。如工艺名称所暗示，线性摩擦焊接涉及通过以零件相对于彼此振荡的受控 方式所产生的摩擦来加热将要焊接的零件。除了振荡以外，将零件在垂直于接 触表面所施加的受控负载(本文中称作"锻造负载，，)下强制于一起。参看现有技术的图8，在这个工艺中，基座零件800通常保持为静止的，而将要焊接 到基座零件上的零件802沿着振荡轴804振荡。通过所施加的锻造负载806, 振荡运动使得零件在摩擦表面808处受热以达到焊接温度，所述焊接温度低于 正进行焊接的材料的熔点。局部受热使得材料达到材料呈"塑性状态"的预定 温度。当相邻材料处于其塑料状态时，停止振荡运动且增加锻造移动中的锻造 负载力以将两个零件强制于一起。 一旦强制于一起，就保持锻造负载直到零件 冷却且最终降为零为止，从而完成焊接循环。已展示通过线性摩擦焊接所生产的焊接结构上是合理的且具有高质量。可 使用这个工艺来成功地焊接无法通过常规方法容易地进行焊接的材料(例如， 钛)。出于这个原因，以此方式焊接的零件在要求高度结构完整性以及最小重 量的应用(例如，航空)中为特别需要的。Shape, NNS)结构，所述近净成形结构可经机器加工以生产出成品零件。这6种组装接近成品零件的结构的方法减少了生产最终零件所要求的材料和机器 加工时间量，因此大大地降低了零件生产成本。能够制造出近净成形结构的常 规线性摩擦焊接机器当前利用沿着单一锻造轴的锻造负载来完成焊接，这适用 于焊接两个简单、分离的板状垂直焊接结构，其中可精确地控制焊接界面处的 负载控制。当需要连续板状零件焊接或在一个以上接触平面处的焊接时，利用单一锻 造轴来完成焊接的线性摩擦焊接工艺呈现很多缺点。参看现有技术的图9，展示零件902正在基板焊4妄卯4和成角焊接界面906两者处焊接到基座零件900 上，所述两个界面处的焊接是同时进行的。通过沿着振荡平面908进行的受控 摩擦来产生热。当前工艺包含沿着单一锻造轴910施加的锻造负载，所述单一 锻造轴可垂直于焊接界面904和906中的一者而定位或在锻造轴910的平面中 与焊接界面成预定角而定位。由于仅在一个轴上存在锻造负载控制，所以进行 两个平面焊接所需要的锻造负载是产生足以焊接成角焊接界面906的所得锻 造负载和足以进行基板焊接904的所得锻造负载之间的折衷。在这点上，同时进行两个平面焊接需要的是一种提供额外锻造轴以改进焊 接性能且扩展线性摩擦焊接机器的焊接能力的装置和方法。通过提供第二锻造 轴，不再需要两个板之间的成角接触，且实现了第二轴上的锻造负载的准确控 制。此外，通过增加与第一锻造轴成角度而起作用的第二锻造轴(沿所述第二 锻造轴施加额外锻造负载)，增加了线性摩擦焊接工艺的控制的数量级，从而 改进了焊接性能。
技术实现思路
因此，本专利技术的一目的是提供用于在一个以上接触平面中同时进行焊接的 线性摩擦焊接装置和方法。本专利技术的另 一 目的是提供用于产生高强度焊接和最小组件变形的线性摩 擦焊接装置和方法。本专利技术的进一步目的是提供用于改进焊接工艺的控制的线性摩擦焊接装 置和方法。本专利技术的进一步目的是提供用于扩展线性摩擦焊接机器的能力的装置和方法。本专利技术的进一步目的是提供用于双锻造轴控制的装置和方法，所述双锻造 轴控制提供将要精确地施加到零件的锻造负载，所述零件具有并不垂直于锻造 轴的平面的焊接表面。为了实现以上和其它目的及优势，且根据如本文中实施且广泛描述的本发 明的目的，本专利技术提供用于利用双轴锻造进行线性摩擦焊接的装置和方法。在一个实施例中，本专利技术提供线性摩擦焊接装置，所述线性摩擦焊接装置包含 振荡块；至少一个Y轴振荡致动器，其支撑于振荡块的相对的侧向侧面上； 至少一个Z轴^l艮造致动器，其由振荡块支撑以用于提供沿着第一锻造轴的第 一锻造负载；以及至少一个X轴锻造致动器，其由振荡块支撑以用于提供沿 着第二锻造轴的第二锻造负载；其中第一锻造轴和第二锻造轴相对于彼此成不 同角度。所述装置可进一步包含至少一个X轴抗负载致动器，其由振荡块 支撑以用于抵抗由所述至少一个X轴锻造致动器提供的第二锻造负载；以及 至少一个Z轴抗负载浮动缸体，其由振荡块支撑以用于抵抗由所述至少一个Z 轴锻造致动器提供的第一锻造负载。振荡块保持于至少一个Y轴振荡致动器、X轴上的至少一个锻造致动器 和至少一个抗负载致动器，与Z轴上的至少一个锻造致动器和至少一个抗负 载缸体之间。所述装置可进一步包含一用于夹持将要相对于基座零件振荡的零 件的夹持工具。致动器可为流体静力轴承致动器。在另一实施例中，本专利技术提供一种线性摩擦焊接装置，所述线性摩擦焊接 装置包含 一焊接头装置，其包含三组正交致动器，所述三组正交致动器用于 提供焊接头装置移动的X平面、Y平面和Z平面以便提供Y轴振荡、沿着第 一锻造轴的第 一锻造负载和沿着第二锻造轴的第二锻造负载； 一焊接台组合 件； 一零件台，其可在X轴方向上移动； 一托台组合件，其用于提供Z轴移 动，其中所述托台组合件支撑一用于提供Y轴移动且支撑焊接头的焊接头支 架；以及一控制台，其用于控制线性摩擦焊接装置的操作。所述装置可进一步 包含一毛边去除系统和其它组件。在又一实施例中，本专利技术提供一种用于双轴锻造线性摩擦焊接的方法。所 述方法包含提供一包括焊接头装置的线性摩擦坪接装置，所述焊接头装置包含三组正交致动器，所述三组正交致动器用于提供焊接头装置移动的X平面、Y平面和Z平面以便提供Y轴振荡、沿着Z轴锻造轴的第一锻造负载和沿着 X轴锻造轴的第二锻造负载；提供基板；提供一将要在第一焊接界面和第二焊 接界面处焊接到基板上的零件；相对于第一焊接界面以一角度施加第 一锻造负 载且相对于第二焊接界面以一角度施加第二锻造负载，第 一锻造负载和第二锻 造负载具有预定量值；沿着Y轴以预定振荡幅度振荡零件以使零件和基板受 热；将振荡幅度减小为零；将第一锻造负载和第二锻造负载增加到预定设置点 且保持持续预定时间周期；以及将第 一锻造负载和第二锻造负载减小为零。第 一锻造负载相对于第 一焊接界面的角度和第二锻造负载相对于第二焊 接界面的角度从零度变化到九十度，且优选地大体上是垂直的。第一锻造负载 和第二锻造负载的幅度对应于焊接界面的长度。X锻造轴和Z锻造轴相对于彼 此成直角而起作用。所述方法可进一步包含监视焊接期间的材料位移以确定何 时将振荡幅度减小为零，以及监视并记录锻造位移。附图说明当参看附图阅读本专利技术的以下详细描述时，更好地理解本专利技术的这些和其它特征、观点及优势，附图中图1是包含双轴锻造特征的线性摩擦焊接装置的透视图；图2是展示根据本专利技术的实施例的序列式双轴线性摩擦焊接工艺步骤的示意性视图；图3是用于双轴锻造的线性摩擦焊接头的底部透视图； 图4是图3的线性摩擦焊接头的顶部透视图； 图5是穿过焊接托台和焊接头所截得的图1的横截面； 图6A到图6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于双轴锻造的线性摩擦焊接装置，其包括：一振荡块；至少一个Ｙ轴振荡致动器，其支撑于所述振荡块的相对的侧向侧面上；至少一个Ｚ轴锻造致动器，其由所述振荡块支撑以用于提供沿着第一锻造轴的第一锻造负载；以及　至少一个Ｘ轴锻造致动器，其由所述振 荡块支撑以用于提供沿着第二锻造轴的第二锻造负载；其中所述第一锻造轴和所述第二锻造轴相对于彼此成不同角度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：萨伐托儿亚雷希，赖利亚历山大波廉，纳尔达利，
申请(专利权)人：西瑞尔贝兹公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]