用于搅拌摩擦焊的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于在工件中形成搅拌摩擦焊接头的工具。根据一个实施例，该工具包括可旋转的销，该销具有第一端和第二端，并确定了在它们之间的搅拌部分，该搅拌部分构造成与工件摩擦接合，以便至少部分地形成搅拌摩擦焊接头。该工具包括可旋转的第一肩部，该第一肩部确定了穿过该第一肩部的孔，该孔构造成可滑动地接收销的第一端。该工具还包括第二肩部，该第二肩部确定了孔，该孔构造成接收销的第二端，这样，该销在第一和第二肩部之间延伸，且第二肩部与该销可旋转地连接。该第一肩部构造成独立于销和第二肩部旋转。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及摩擦焊，尤其是涉及在搅拌摩擦焊过程中对焊接接头的支承。
技术介绍
搅拌摩擦焊是相对较新的方法，它使用旋转工具来连接固态的两个工件，或者修补在单个工件中的裂纹，该旋转工具包括安装在凹形肩部上的螺纹销或探头。例如，在授予Thomas等的美国专利No.5460317中公开了这样一种方法，该文献的内容整个被本文参引。如图1A所示，在搅拌摩擦焊过程中，旋转工具12的探头10通过搅拌摩擦焊机器(未示出)而插入一个工件内或两个工件14之间，以便产生所需的阻力，从而产生足以形成塑化材料区域的摩擦热。如图1B所示，工具12通常相对于工件14倾斜大约3°，这样，凹形肩部16的后缘推入塑化材料中并使该塑化材料固定。当塑化材料固化时，工件14沿焊接接头18被连接起来。由搅拌摩擦焊工具12施加的力量值必须保持高于规定的最小值，以便产生所需的摩擦热。为了防止工件由于搅拌摩擦焊工具12施加的力而变形并保持尺寸工差，工件14必须具有在焊接接头下面的支承件15。另外，因为由焊接工具产生的摩擦热使得焊接接头内的材料塑化，因此必须对该塑化材料进行约束，以防止该材料流出焊接接头，还必须固定该塑化材料，以便使孔隙度最小，并使焊接接头具有合适的表面光洁度。当对相对扁平工件进行搅拌摩擦焊时，焊接接头可以由位于要连接的工件的下面的连续平表面(例如钢板)来支承。当对较大工件或者具有弯曲几何形状的工件进行搅拌摩擦焊时，对焊接接头提供足够支承将成为问题，因为所需支承材料的量和/或该弯曲几何形状将使得提供连续支承表面更困难和更昂贵。当制造军用和民用飞机以及火箭燃料箱时通常需要该焊接。在某些情况下，在搅拌摩擦焊之前，通常称为“工具化(tooling)”的组装(built-up)结构可以固定在工件的内表面上。不过，重量限制和/或设计参数通常需要使最终的组件有光滑内表面。因此，该工具化的组装结构必须例如通过机械加工除去，这将消耗时间和延长劳动，并增加了最终组件的制造成本。在连接的工件由具有不同材料特性(例如固相线温度、硬度和/或导热率)的不同材料形成时，搅拌摩擦焊将遇到另一问题。特定合金的“固相线”温度是这样的温度，即，当低于该温度时只有固相稳定。这些不同材料特性可能需要使搅拌摩擦焊工具在各个工件内以不同转速旋转和/或使工具以不同的速度通过工件前进，这可能使搅拌摩擦焊处理复杂，并可能限制了可以连接的材料类型。例如，当具有不同固相线温度的工件进行搅拌摩擦焊时，搅拌摩擦焊工具将首先使具有较低固相线温度的工件塑化，这样，具有更高固相线温度的工件可能并不象形成坚固焊接接头所需那样进行充分塑化以便与另一工件混合。因此，需要一种改进的搅拌摩擦焊工具，以便在较大工件或者具有弯曲几何形状的工件之间形成焊接接头。该工具在搅拌摩擦焊过程中能够有效支承焊接接头和将该塑化材料约束在焊接接头内，且该工具应当很容易适应变化的工件几何形状和尺寸。此外，该工具应当能够用于具有不同材料性质的搅拌摩擦焊工件。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于在工件中形成搅拌摩擦焊接头的工具。根据本专利技术的一个实施例，该工具包括可旋转的销，该销具有第一端和第二端，并确定了在它们之间的搅拌部分，该搅拌部分构造成与工件摩擦接合，以便至少部分地形成搅拌摩擦焊接头。该工具包括可旋转的第一肩部，该第一肩部确定了穿过该第一肩部的孔，该孔构造成可滑动地接收销的第一端。该工具还包括第二肩部，该第二肩部确定了孔，该孔构造成接收销的第二端，这样，该销在第一和第二肩部之间延伸，且第二肩部与该销可旋转地连接。该第一肩部构造成独立于销和第二肩部旋转。在一个实施例中，第一和第二肩部构造成在搅拌摩擦焊过程中相对支承工件。在另一实施例中，第二肩部确定了多个肋，用于从焊接接头向外传热。根据本专利技术的另一实施例，工具包括可旋转的销，该销具有第一端和第二端，并确定了在它们之间的搅拌部分，该搅拌部分构造成与工件摩擦接合，以便至少部分地形成搅拌摩擦焊接头。该工具包括可旋转的第一肩部，该第一肩部确定了穿过该第一肩部的孔，该孔构造成可滑动地接收销的第一端。该工具还包括第二肩部，该第二肩部确定了孔，该孔构造成接收销的第二端，这样，该销在第一和第二肩部之间延伸，且第二肩部与该销可旋转地连接。第一和第二肩部中的至少一个具有确定了至少一个凸出部分的表面，该凸出部分构造成与工件摩擦接合，以便至少部分地形成搅拌摩擦焊接头。第一和第二肩部构造成在搅拌摩擦焊过程中相对支承工件。在一个实施例中，第一肩部构造成独立于销和第二肩部旋转。在另一实施例中，第二肩部确定了多个肋，用于从焊接接头向外传热。根据本专利技术的另一实施例，工具包括可旋转的销，该销具有第一端和第二端，并确定了在它们之间的搅拌部分，该搅拌部分构造成与工件摩擦接合，以便至少部分地形成搅拌摩擦焊接头。该工具包括可旋转的第一肩部，该第一肩部确定了穿过该第一部分的孔，该孔构造成可滑动地接收销的第一端。该工具还包括第二肩部，该第二肩部确定了孔，该孔构造成接收销的第二端，这样，该销在第一和第二肩部之间延伸，且第二肩部与该销可旋转地连接。第二肩部确定了多个肋，用于从焊接接头向外传热。在一个实施例中，第一和第二肩部构造成在搅拌摩擦焊过程中相对支承工件。在另一实施例中，第一肩部构造成独立于销和第二肩部旋转。销的搅拌部分包括各种结构。例如，在一个实施例中，销的搅拌部分确定了至少一个平表面。在另一实施例中，销的搅拌部分确定了至少一个螺纹表面和至少一个平表面。在还一实施例中，销的搅拌部分包括具有沿第一方向的螺纹的第一螺纹表面以及具有沿第二方向的螺纹的第二螺纹表面，其中，所述第一方向与第二方向不同。第一和第二肩部分别具有构造成与工件摩擦接合的表面，从而至少部分地形成搅拌摩擦焊接头。例如，在一个实施例中，第一和第二肩部的至少一个表面具有螺纹。在另一实施例中，至少一个表面为凸形。在还一实施例中，至少一个表面为凹形。在还一实施例中，至少一个表面确定了至少一个凸出部分，该凸出部分构造成与工件摩擦接合。销可以以各种不同方式与第二肩部连接。例如，在一个实施例中，销的第二端的至少一部分具有螺纹。同样。第二肩部的孔的至少一部分具有螺纹，以便能够通过螺纹接收该销的第二端。在另一实施例中，销的第二端具有多边形结构，第二肩部的孔具有与销的第二端的结构相对应的多边形结构。本专利技术还提供了一种用于在工件中形成搅拌摩擦焊接头的装置。根据一个实施例，该装置包括具有心轴的机器，该心轴确定了可旋转的内部部分和可旋转的外部部分。该装置包括搅拌摩擦焊工具。在一个实施例中，该搅拌摩擦焊工具包括销，该销具有第一端和第二端，并确定了在它们之间的搅拌部分，该搅拌部分构造成与工件摩擦接合，以便至少部分地形成搅拌摩擦焊接头。该销的第一端与心轴的内部部分可旋转地连接。该搅拌摩擦焊工具包括第一肩部，该第一肩部确定了穿过该第一肩部的孔，该孔构造成可滑动地接收销的第一端。该第一肩部与心轴的外部部分可旋转地连接。该搅拌摩擦焊工具还包括第二肩部，该第二肩部确定了孔，该孔构造成接收销的第二端，这样，该销在第一和第二肩部之间延伸，且第二肩部与该销可旋转地连接。该第一肩部构造成独立于销和第二肩部旋转。如上所述，搅拌摩擦焊工具以及第一和第二肩部可以有多种变化形式。本专利技术还提供了对工件进行搅拌摩擦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在工件中形成搅拌摩擦焊接头的工具，包括：可旋转的销，该销具有第一端和第二端，并确定了在它们之间的搅拌部分，该搅拌部分构造成与工件摩擦接合，以便至少部分地形成搅拌摩擦焊接头；可旋转的第一肩部，该第一肩部确定了穿过该第一 肩部的孔，该孔构造成可滑动地接收所述销的所述第一端；以及第二肩部，该第二肩部确定了孔，该孔构造成接收所述销的所述第二端，这样，所述销在所述第一和第二肩部之间延伸，所述第二肩部与所述销可旋转地连接，所述第一和第二肩部分别具有构造成与工 件摩擦接合的表面，从而至少部分地形成搅拌摩擦焊接头，且所述第一肩部构造成独立于所述销和所述第二肩部旋转。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：道格拉斯J沃尔德伦，雷蒙德米尔叶克塔，基思R麦克特南，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]