摩擦搅动焊接方法技术

本文披露了一种摩擦搅动焊接技术，它避免了在连接区内出现延伸到连接表面下方的凹印。在待连接框架构件的端部设有伸向转动体的加厚部分。待连接的相邻件的两个邻接加厚部分可形成梯形。转动体具有一个小直径末端和一个大直径段。将转动体插入加厚部分。在先插入小直径末端至大直径段与加厚部分搭接但不延伸到连接件的非加厚部分上表面下方的状态下，旋转转动体并使之沿连接区移动。即使在两个加厚部分之间存在间隙，也可以实现理想的连接。在连接后，加厚部分的残余部分可经过机加工而形成光滑表面。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于连接如包括铝合金件等在内的由不同材质制成的构件的摩擦搅动焊接方法。
技术介绍
摩擦搅动焊接方法是这样一种焊接方法，即通过使一根插入两个构件(例如但非限定的，两个金属件如两个铝制件)间的连接区内的圆棒(转动体)转动并再通过沿接合线移动转动体来加热在连接区的这两个构件，由此使这两个构件的材料软化且发生塑性流动并进而被固相连接在一起，如在连接区中被焊接在一起。过去，转动体包括一个插入连接区内的小直径段和一个位于连接区外的大直径段。小直径段和大直径段同轴。转动大直径段的一侧，并由此使大、小直径段转动。大、小直径段间的分界部分可稍微插入连接区中。根据摩擦搅动焊接方法的连接可用于对接部位和搭接部位。上述现有技术已披露于例如日本的专利公开说明书平7-505090(EP0615480 B1)、《焊接与金属加工》(1995.1)的第13、14和16页中道斯所著的“摩擦搅动焊接及其发展简介”、以及美国专利申请号为08/82031且申请日为1997年3月18日的文件中。在这里，作为参考地引入这些文件的内容。该现有技术也记载在T.Shinoda和Y.Kondoh的“采用摩擦搅动焊接的324板材的对接焊；摩擦搅动焊接工艺的研究”中，它刊登在第56期《日本焊接联合学会纪要》(1995年4月)的第208页和第209页上。这篇文章披露了一个不锈钢制的转动体(旋转工具)、板厚为6mm的纯铝制待焊接(连接)件(A1100)。转动体具有一个直径为20mm的大直径段和一个直径为6mm、轴向长度为5mm的小直径段(圆柱形)。在工作中，转动体的转速为1000rpm-2500rpm且以1.0mm/s-8.0mm/s的速率沿两个待焊接件移动。在上段介绍的文章中，待焊接件是铝制件。铝合金也适用于摩擦搅动焊接。经研究，适用于摩擦搅动焊接的其它金属包括铜、钛和不锈钢。前述的EP 0615480 B1披露了塑性材料(如热塑性塑料)的摩擦搅动焊接。可利用本专利技术的方法焊接所有这些材料。根据摩擦搅动焊接方法的各种试验，通过转动体大直径段的转动而对两个构件的连接区上表面的局部进行有屑机加工并在连接区的上表面上产生一个凹印。因构件的塑性变形而在凹印的两侧产生了一个加厚部分。消除加厚部分很简单。但是，修补凹印就需要涂抹腻子等加工工序，结果造成高昂的生产成本。另外，当两个构件的对接面的端面之间在连接加工前有间隙时，在连接区会产生像凹印这样的缺陷。结果造成了强度的降低，这尤其在大型结构中会造成麻烦。构件越大，则处理上述间隙就越困难(即间隙出现得越多)。因此，凹印变大并进而很容易产生缺陷。例如在连接区被另一个构件覆盖的情况下，有凹印甚至不算是一个问题，且除了强度问题外没有其它任何问题(强度问题本身当然是一个严重的问题)。但当在车(例如有轨车辆)的车体侧表面等部位上有凹印时，从外观的角度考虑，则需要除去凹印。另外，即使在看不到凹印的情况下，从性能的一个方面出发(如焊接强度)，凹印也会成为一个问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是在通过摩擦搅动焊接方法连接两个构件(例如但非限定的是两个金属件，如铝合金件)时防止在连接区内产生凹印。本专利技术的另一个目的是提供一种将通过摩擦搅动焊接方式连接的构件，它们避免了在位于焊合件间的连接区内形成凹印。本专利技术的再一个目的是提供一种摩擦搅动焊接方法和由此制成的产品，这样在所述构件于连接前彼此对接的情况下或即使在构件被连在一起前其间有间隙(但所述构件彼此相邻)的情况下，避免了在焊接件的连接区内出现凹印。上述目的可以通过这样一种措施来实现，即至少一个待连接构件在横截面内且在其与另一个构件的连接区处具有一个加厚部分，所述加厚部分突向用于进行摩擦搅动焊接的转动体。转动体具有例如由一种或几种比待焊接件的材质硬的材质构成的大直径段和小直径段。在连接过程中，小直径段先被插入待连接件的连接区内。待连接件彼此相邻且其中一个构件的加厚部分靠近另一个将由焊接与其相连的待焊接构件。在这两个构件都具有加厚部分的情况下，加厚部分可在连接区(接头形成区)内彼此相邻或只需要在该连接区内设置一个加厚部分。接着，使转动体进入这两个构件之间即连接区内，使转动体的小直径段被插入这两个构件的接头形成区中，而转动体的大直径段伸入加厚部分中(但未到达加厚部分下方)。随后，使转动体在连接区内沿待焊接构件移动，此时像上句所述的那样插入所述转动体以便进行摩擦搅动焊接。由于在接头形成区内设有加厚部分，所以可以避免在焊接件的连接区产生凹印(凹陷区)。通过使转动体的大直径段插入加厚部分(与加厚部分重叠)地安置转动体，在避免了于焊接接头处产生凹印的同时，可获得优异的焊接效果。有利的是，在移动转动体以便进行摩擦搅动焊接时，转动体的大直径段未在加厚部分的突起部分下方延伸。构件的加厚部分可以与构件成一体并例如延伸到将靠近另一个将焊接的构件设定的构件边缘。突起部分最好具有一个离焊接部位最远的侧端，所述侧端在横截面内是倾斜的(例如，与构件表面的平面(不是突起部分)成小于90度的锐角，见图4中的θ)。理想的情况是，这个离焊接部位最远的侧端与构件表面的平面的交角为15度到60度，且最佳为30度。附图说明图1是表示本专利技术一个实施例的局部的纵向横截面图。图2是表示在图1的结构经过摩擦搅动焊接之后的状态的纵向横截面图。图3是表示在图1的结构经过摩擦搅动焊接之后而在一侧上进行精加工操作的状态的纵向横截面图。图4是尺寸说明图。图5是表示有轨车辆的车体的透视图。图6是本专利技术另一个实施例的局部的纵向横截面图。图7是表示本专利技术另一个实施例的连接区的侧向横截面图。图8A是表示本专利技术的一个实施例的连接装置的纵向横截面图。图8B是表示本专利技术另一个实施例的局部的纵向横截面图。图8C是图8B的左视图。图8D是表示本专利技术又一个实施例的局部的纵向横截面图。图9是表示本专利技术又一个实施例的连接区的纵向横截面图。图10是表示在图9所示结构经过摩擦搅动焊接之后的焊接结构的纵向横截面图。图11是表示在图10所示结构的凸厚部分被抛光后而形成的结构的纵向横截面图。图12是表示本专利技术另一个实施例的连接区的纵向横截面图。图13是表示在图12所示的结构经过摩擦搅动焊接之后而形成的结构的纵向横截面图。图14是表示在图13所示结构的凸厚部分被抛光后而形成的结构的纵向横截面图。图15是表示本专利技术另一个实施例的连接区的纵向横截面图。图16是表示在图15所示结构经过摩擦搅动焊接之后而形成的结构的纵向横截面图。图17是有轨车辆的侧构件的主视图。图18是沿图17的XVIII-XVIII线的横截面图。图19是图8的右视图。图20是表示本专利技术又一个实施例的局部的纵向横截面图。具体实施例方式以下参见图1-图5来描述本专利技术的一个实施例，此实施例用于有轨车辆的车体。在图5中，有轨车辆的车体是由一个侧构架41、一个顶部构架42、一个底部构架43和一个位于纵向末端部上的构架44构成的。侧构架41是通过排列许多空心的挤压框架构件50、60并使其接触部位相连而形成的。如图1所示的那样进行连接。顶部构架42和底部构架43都以同样的方式构成。侧构架41与顶部构架42间的连接以及侧构架41与底部构架43间的连接是采用MIG(金属电极惰性气体)保护焊等方式实现的。图1示出了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摩擦搅动焊方法，其包括：对接一个第一挤压框架构件的一个端部和一个第二挤压框架构件的一个端部，以提供一个对接部分；当从所述挤压方向上观看所述第一挤压框架构件时，在所述第一挤压框架构件的宽度方向的一个端部处，提供一个突出部分 ，该突出部分在所述第一挤压框架构件的厚度方向上突出，其中，在所述对接过程中，使所述第二挤压框架构件的所述端部与所述第一挤压框架构件的宽度方向的所述端部对接，并且其中，在所述突出部分，一个凸片从所述突出部分的顶点向所述第二挤压框架构件的一侧延伸，并且叠盖所述第二挤压框架构件的所述端部；以及在一个旋转工具从所述突出部分的一侧被插入到所述突出部分和所述对接部分中的条件下，转动所述旋转工具，并且沿所述对接部分相对地运动所述旋转工具，以进行所述摩擦搅动焊接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：青田欣也，江角昌邦，石丸靖夫，冈村久宣，舟生征夫，佐藤章弘，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]