用于摩擦搅拌焊接的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于将两个部件摩擦搅拌焊接的方法，包括旋转工具，该旋转工具具有用于在结合区的区域中将过程力施加到部件的旋转或非旋转台肩表面以及用于搅拌塑化材料或在结合区的区域中塑化并搅拌部件的搅拌销，其中，搅拌销的一段可滑动地进入滑架中，部件被支撑在滑架上，该滑架在部件的侧面上被沿着结合区引导，该侧面背对工具，使得在焊接期间可以实现搅拌销和滑架或者工具的台肩表面和滑架的支撑表面之间的自动相对移动，该支撑表面支撑部件，并且涉及用于实施此类方法的设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及根据权利要求1的预先表征部分的用于摩擦搅拌焊接的方法以及根据权利要求6的预先表征部分的用于摩擦搅拌焊接的设备。
技术介绍
摩擦搅拌焊接使得可以将通过使用常规熔融焊接方法不能焊接或者非常难以焊接的两个部件整体地结合。摩擦搅拌焊接主要被用于焊接轻金属。不需要添加焊接填料。在已知的摩擦搅拌焊接方法中，如例如在WO 93/10935 Al中所述，从旋转圆柱的台肩表面延伸的搅拌销或焊接销被压入两个部件的对接接头中，并且被沿着所述对接接头引导，其中，圆柱的台肩表面使部件经受单侧过程力。由于台肩表面与部件之间的摩擦而产生热量，借助于该热量，对接接头中的材料被塑化，并且材料随后由于搅拌销的浸入而被搅拌。在对接接头的或结合区的区域中，部件被支撑在反保持器上，其由于过程力以及与搅拌销的接触而经受非常显著的磨损，并且因此需要相应地不时地替换。特别是在球状大面积部件或球形延伸结合区的情况下，例如在飞机机身的壳体元件的情况下，反保持器的磨损显著地增カロ，因为除过程力之外，诸如不同的热膨胀系数和部件公差的其他因素对支撑的状态具有附加的负面影响。然而，特别地，搅拌销头或搅拌销尖端与反保持器之间的距离是非常关键的过程变量，其必须被密切地观察以便允许塑化材料的适当搅拌。搅拌销的甚至最小的不充分浸入深度(即搅拌销尖端与支撑体的过大间距)导致焊缝质量的明显下降。除此之外，部件的厚度的变化以及结合区的区域中的不同间隙宽度导致搅拌销的浸入深度的变化。此夕卜，由于所存在的过程カ的結果，搅拌销趋向于沿着结合区的横向方向偏移，这也会导致焊缝质量的下降。用于至少考虑结合区的区域中的部件厚度的变化的已知解决方案因此允许抵靠着部件在恒カ下以カ受控方式挤压台肩表面，并且设计搅拌销使得其能够沿着其竖直轴线移动，并且因此受到位置控制。为此，例如，沿着搅拌销前面的焊接方向，提供用于感测材料中的不均匀的情况或部件的厚度变化的触针设备，其随后立即将上述内容报告给致动器以便调整搅拌销的浸入深度。然而，从设备技术和控制技术的观点出发，此类控制设备或调节设备是昂贵且复杂的。在WO 93/10935 Al中和WO 00/02699 Al中还示出了一直保证适当浸入深度或搅拌的已知的有关于设备和有关于方法的解决方案。那些文献中描述的筒管工具包括两个相对的台肩表面，部件被夹持在其之间。一个台肩表面由圆柱形成，并且另一台肩表面由板状头形成。焊接销穿透圆柱，并且被可旋转地保持在所述圆柱中。在这种方法中，通过相等力的相反过程カ使部件处于对接接头区域中，使得发生摩擦搅拌焊接，从而在竖直カ方面是几乎中性的。除始终适当的浸入深度和搅拌销的良好跟踪之外，这种方法提供了其他优点，特别是均匀的热量输入和部件的极小变形。然而，搅拌销被高度地加载，因为经由该搅拌销，引入了用于使板旋转的力和用于使板横向移动的カ两者。其他缺点包括板表面(第二台肩表面)的侧面上的接缝崩溃和相当昂贵的控制技术或调节技木。此外，由于高热量输入，焊接薄壁部件是成问题的。最近的开发因此提供了具有静止、非旋转台肩和旋转搅拌销的焊接工具。以这种方式，热量并未通过台肩而仅通过搅拌销被引入部件中。在弯曲的部件区域的情况中，美国专利US 6，237，835提供了可沿着接缝的纵向方向移动的滑块，该滑块在部件的背面上被引导，并且与搅拌销处于主动接合，例如具有形状配合，使得滑块被几乎朝着后面拉，并且部件区域被夹持在台肩表面与滑块之间。然而，用这种解决方案，不可能在焊接过程期间对变化的材料厚度作出反应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于产生ー种用于通过摩擦搅拌焊接来将两个部件连接的方法，该方法克服了上述缺点，并且使得可以产生高质量的焊缝，并且在于产生ー种用于实施此类方法的设备。由具有权利要求1的特性的方法和具有权利要求6的特性的设备来达到此目的。在根据本专利技术的用于用工具通过摩擦搅拌焊接将两个部件连接的方法中，所述エ具包括用于使部件在结合区的区域中经受压力的台肩表面和用于搅拌塑化材料或用于在结合区的区域中塑化并搅拌部件的旋转搅拌销，搅拌销的一段可滑动地插入滑块中，部件被支撑在滑块上，该滑块在部件的侧面被沿着结合区引导，该侧面背对工具。结果，结合区沿着其竖直轴线的方向始終被搅拌销穿透，并且因此不需要浸入深度的调整，并且使得可以实现塑化材料的完全搅拌。同时，滑块充当反保持器，使得部件在焊接期间被牢固地支撑。由于搅拌销和滑块沿着竖直轴线的方向能够相对于彼此滑动或移动的事实，该设备自动地补偿部件的厚度变化。不需要致动器来使搅拌销沿着其竖直轴线移动以便调节浸入深度。因此，工具的纯粹カ受控控制是可能的。換言之，可以抵靠着部件以恒定的力挤压エ具。不需要提供単独的设备来沿着焊接的方向在工具前面扫描表面几何结构以便调整搅拌销的浸入深度。在优选示例性实施例中，由搅拌销经由主动接合来携帯滑块。以这种方式，可以进一步简化设备或工具的控制设备，因为不要求単独的滑块驱动装置。然而，在另ー示例性实施例中，借助于滑块自己的驱动装置来驱动该滑块，从而至少支撑搅拌销。这是有利的，特别是在焊接厚壁部件以便解除搅拌销吋。可以经由滑块的位置来限定工具在X平面中的位置。这是有利的，特别是在例如经由机器人臂来控制工具的那些情况下，所述机器人臂只能有条件地保持工具的位置，使得一个或多个滑块本身的位置被用作控制和修正元件。为了在焊接过程开始时将搅拌销机械地联接到滑块，一个示例性实施例允许在结合区中制作通孔，通过该通孔，搅拌销的一段随后被插入滑块中。根据本专利技术的用于通过摩擦搅拌焊接来连接两个部件的设备具有工具，该工具包括用于使部件经受结合区的区域中的压カ的台肩表面和用于搅拌塑化材料或用于在结合区的区域中塑化并搅拌部件的可旋转搅拌销。根据本专利技术，所述设备包括用于搅拌销的逐段可滑动接收并用于支撑部件的滑块，该滑块在部件的侧面被沿着结合区可移动地引导，该侧面背对工具。此类设备使得可以在部件的对接接头布置以及重叠布置中实施根据本专利技术的上述方法，使得塑化材料始終被充分地搅拌，并且因此可以以高质量可靠地且可再现地产生甚至大面积部件的焊缝。在一个示例性实施例中，该滑块包括用于接收搅拌销的头段的孔。可以在滑块中快速地制作所述孔，并且所述孔代表经由搅拌销实现的滑块沿焊接方向或沿结合区的纵向方向的移动期间的可靠机械引导。在一个示例性实施例中，搅拌销的头段是圆柱形的。因此，被接收在滑块中的头段并不趋向于倾斜，并且滑块或工具沿结合区或通道的纵向轴线或横向轴线方向的轻微移位能够得以补偿。为了防止搅拌销在焊接期间偏移或相对于焊接方向沿横向方向漂移，如果提供用于接收滑块的通道则是有利的，该通道沿着结合区的纵向方向延伸，所述通道的深度近似地对应于滑块的高度，使得滑块结束成与用于放置部件的支撑体的支撑表面齐平或几乎齐平。在对滑块的高度进行判定吋，当然还可以考虑例如滑轨或滚动元件上的其支承布置的类型。如果在滑动轴承装置上的通道中引导滑块，则根据本专利技术的设备是极其牢固耐用的。在此布置中，面对部件的至少ー个支撑表面和/或滑块的ー个底面(该底面面对通道)可以包括用于减少摩擦阻力的涂层。在另ー示例性实施例中，在滑块与通道之间形成滚子轴承装置，并且因此进一歩减小摩擦系数。为了还能够执行焊接任务，特别是涉及使部件和滑块处于如下位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.16 DE 102010027291.4;2010.07.16 US 61/36481.一种用于用工具(10)通过摩擦搅拌焊接将两个部件(2、4)连接的方法，所述工具(10)包括用于使所述部件在结合区的区域中经受过程力(2、4)的台肩表面(16)和用于搅拌塑化材料或在所述结合区的区域中塑化并搅拌所述部件(2、4)的旋转搅拌销(22)，其中，所述搅拌销(22)的一段可滑动地插入滑块(14)中，所述部件(2、4)被支撑在所述滑块(14)上，所述滑块(14)在所述部件(2、4)的侧面上被沿着所述结合区引导，所述侧面背对所述工具(10)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述滑块(14)经由主动接合被所述搅拌销(22)携帯。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述滑块(14)至少以支撑方式由其自己的驱动装置来驱动。4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，经由所述滑块的位置来限定所述工具(10)在所述结合区的x_y平面中的位置。5.述权利要求中的任ー项的方法，其中，在焊接过程开始时，在所述结合区中制作通孔以便导致所述搅拌销(22)与所述滑块(14)之间的主动接合。6.一种用于用工具(10)通过摩擦搅拌焊接将两个部件(2、4)连接的设备，所述工具(10)包括用于使所述部件在结合区的区域中经受过程力(2、4)的台肩表面(16)和用于搅拌塑化材料或在所述结合区的区域中塑化并搅拌所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S塔瓦雷斯，M帕奇奥内，H奥斯特泽尔特，
申请(专利权)人：空中客车德国运营有限责任公司，
类型：
国别省市：