带有温度控制的摩擦搅拌焊接制造技术

本发明专利技术公开了带有温度控制的摩擦搅拌焊接。本发明专利技术提供了一种摩擦搅拌焊接的方法。该方法可以包括确定正在被焊接的一个或两个部件的温度。然后，可以将这些部件加热至所需温度并随后摩擦搅拌焊接在一起。通过预热这些部件，在焊接期间塑化部件所需的摩擦可以减少。由此，摩擦搅拌焊接工具的旋转速度可以降低，因此工具寿命可以延长，而形成焊缝的速率并没有降低。因此，可以用热控制装置调节焊缝的冷却速率。

【技术实现步骤摘要】
带有温度控制的摩擦搅拌焊接
本专利技术总体上涉及摩擦搅拌焊接，更具体地讲，涉及用于提高摩擦搅拌焊接产生的焊缝质量和延长工具寿命的方法和装置。
技术介绍
已经开发出用于连接两个部件的各种类型的方法和装置。用于连接两个部件的方法的示例实施方式包括粘合剂粘结、焊接、使用紧固件等。在连接某些材料诸如金属的背景下，焊接已经被认为是如今目前适用的方法。存在各种形式的焊接方法。焊接方法的示例实施方式包括激光焊接、（电）弧焊接、气体焊接和摩擦搅拌焊接。摩擦搅拌焊接可以表现出优于其它形式焊接的一些优点。例如，摩擦搅拌焊接可能不涉及将正被焊接的部件加热至与其它形式的焊接一样高的程度。另外，摩擦搅拌焊接可能不需要使用会在焊缝中引入污染物的助焊剂或气体。然而，使用摩擦搅拌焊接形成具有合适强度和美观外形的焊缝可能存在一些挑战。因此，提供用于改进的摩擦搅拌焊接的装置和方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种摩擦搅拌焊接的方法。该方法可以包括确定正在被焊接的一个或多个部件的温度。可以预热这些部件，以将其温度升至所需温度。被预热的部件可以沿着其间的接合部被摩擦搅拌焊接在一起。可以在预热这些部件的同时将这些部件摩擦搅拌焊接在一起。例如，可以在旋转摩擦搅拌焊接工具之前的固定距离处沿着接合部引导预热装置。为了避免浪费能量，可以在接合部选择性加热第一部件和第二部件，而不是加热第一部件和第二部件的全部。在一些实施方式中，该方法还可以包括调节焊缝的冷却速率。可以确定由摩擦搅拌焊接工具形成的焊缝处的摩擦搅拌焊接工具后方的位置和靠近摩擦搅拌焊接工具的位置之间的温度差。然后，可以根据温度差是大于还是小于所需的温度差来加热或冷却焊缝。因此，可以控制焊缝的冷却速率以得到所需的颗粒大小。可以沿着焊缝的长度选择性变化冷却速率，从而得到沿着其长度具有变化特性的焊缝。本专利技术还提供了一种摩擦搅拌焊接的系统。该系统可以包括摩擦搅拌焊接工具、被构造用于将摩擦搅拌焊接工具相对于正在被焊接的部件移动的致动器，以及热控制装置。热控制装置可以包括被构造用于预热部件的预热装置。在这点上，热控制装置可以包括温度传感器、加热元件和控制器，控制器被构造用于指示加热元件在部件温度达到所需温度之前一直加热部件。加热元件和温度传感器可以被安装在摩擦搅拌焊接工具的前方并且被构造为延伸到正在被焊接的部件之间的接合部中。热控制装置还可以包括冷却调节装置，冷却调节装置被构造用于控制摩擦搅拌焊接工具形成的焊缝的冷却速率。在这点上，热控制装置可以包括第一传感器和第二传感器以及加热元件和冷却元件，第一传感器和第二传感器被构造用于确定温度差，加热元件和冷却元件被分别构造用于根据温度差是太高还是太低来加热和冷却部件。在一些实施方式中，冷却速率可以沿着焊缝的长度来变化，从而得到沿着其长度具有变化特性的焊缝。本专利技术还提供了一种非暂态计算机可读介质，该非暂态计算机可读介质用于存储被构造用于控制摩擦搅拌焊接系统的指令。在阅读了下面的附图和具体实施方式之后，对于本领域的技术人员，本专利技术的其它装置、方法、特征和优点将是清楚的或者将变得清楚。所有这种额外系统、方法、特征和优点意图被包括在本说明书中，在本专利技术的范围内并且受所附的权利要求书保护。附图说明所包括的附图是出于示例性的目的并且只用于提供所公开的组件、方法和系统的可能结构和布置的例子。这些附图决不限制在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下由本领域的技术人员对本专利技术进行的任何形式和细节上的改变。图1示出在摩擦搅拌焊接中执行的操作的立体图；图2示出根据本专利技术的示例实施方式的包括热控制装置和摩擦搅拌焊接工具的摩擦搅拌焊接系统的示意图；图3示出图2的热控制装置和摩擦搅拌焊接工具的局部放大图；图4示出根据本专利技术的示例实施方式的摩擦搅拌焊接方法；以及图5示出根据本专利技术的示例实施方式的电子装置的框图。具体实施方式在这个部分中描述根据本专利技术的装置、系统和方法的示例性应用。提供这些例子只是为了添加理解本专利技术的背景内容和辅助内容。因此，本领域的技术人员应当理解，可以在没有这些具体细节中的部分或全部的情况下实践本专利技术。在其它情形下，为了避免不必要地混淆本专利技术，不详细描述熟知的工艺步骤。其它应用是可能的，因此下面的例子应该不被当作是限制性的。摩擦搅拌焊接是用于连接两个部件的方法，它可以表现出优于其它形式的焊接的某些优点。例如，摩擦搅拌焊接可能没有把正在焊接的部件加热至与其它形式的焊接一样高的的程度。在这点上，某些材料可能不能够经受与其它形式的焊接相关的温度。另外，部件经受高热会造成部件卷曲。由于热导致在接合部处也会产生应力，这会最终导致焊接失败。另外，摩擦搅拌焊接的优势在于，它可能不需要使用会在焊缝中引入污染物的助焊剂或气体。在焊缝中引入污染物会影响随后对部件执行的其它操作。例如，当污染物被引入焊缝中时，可能更难以将部件阳极氧化。摩擦搅拌焊接是固态连接工艺（意味着金属不被熔化）并且可以用在初始的金属特性必须尽可能地保持不变的应用中。通过将两片金属在接合部的位置进行机械混合（intermix），将它们转变成允许使用机械压力熔融金属的软化状态，来进行摩擦搅拌焊接功能。这种工艺主要是用于铝，但是也可以焊接其它材料，并且，这种工艺最常用于大片材料，这些大片材料可能不容易在焊接后被加热以恢复回火特性。图1示意性示出摩擦搅拌焊接工艺的示例实施方式。如图示的，可以借助使用恒定旋转的摩擦搅拌焊接工具104的摩擦搅拌焊接，将第一部件100连接到第二部件102，摩擦搅拌焊接工具104包括尾撑（shoe）106和从尾撑延伸的枢轴（pin）108。为了将第一部件100和第二部件102沿着其间的接合部110焊接在一起，例如，可以初始地通过将摩擦搅拌焊接工具104沿着路径112向下指向起始点114，将摩擦搅拌焊接工具104插入接合部中。然后，可以沿着第一部件100和第二部件102之间的接合部110遍历路径116地供给工具104，第一部件100和第二部件102可以被夹在一起。枢轴108可以比所需的焊接深度稍短，尾撑106搭在工作表面的顶部。在限定摩擦搅拌焊接工具104的耐磨焊接组件与正被焊接的部件100、102之间摩擦生热。这个热连同通过机械混合工艺产生的热和材料内的绝热热造成被搅拌材料软化而没有熔化。当枢轴108沿着路径116向前移动时，塑化材料移动到后部，在后部，夹持力有助于焊缝的锻造加固。摩擦搅拌焊接工具104遍历材料的塑化管轴中的焊缝线的这个过程会导致涉及基体材料的动态再结晶的严重固态变形。在接合部110遍历路径116之后，可以沿着路径120将摩擦搅拌焊接工具104从结束点118处的材料向上抬起。因此，可以沿着起始点114和结束点118之间的接合部110，形成焊缝。然而，借助摩擦搅拌焊接来形成具有理想强度和美观性质的焊缝可能存在某些问题。在这点上，由于摩擦搅拌焊接依赖的是摩擦生热，因此通常通过摩擦搅拌焊接工具相对大的旋转速度和摩擦搅拌焊接工具在正在被焊接的部件上较低的遍历速度，将产生较强的焊缝。然而，摩擦搅拌焊接工具的较高旋转速度会增大其磨损率。另外，摩擦搅拌焊接工具沿着接合部的较低遍历速度使可以产生焊缝的速率降低。另外，通过摩擦搅拌焊接形成的焊缝的强度和美观外形可能取决于焊缝处材料的冷却速率。在这点上，较低的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摩擦搅拌焊接方法，包括：确定第一部件和第二部件中的至少一个的温度；预热所述第一部件和所述第二部件，以将温度升至所需温度；以及沿着所述第一部件和所述第二部件之间的接合部引导旋转摩擦搅拌焊接工具，以在其间形成焊缝，其中，在沿着所述第一部件和所述第二部件之间的所述接合部引导所述旋转摩擦搅拌焊接工具的同时，进行对所述第一部件和所述第二部件的所述预热。

【技术特征摘要】
2012.07.27 US 13/560,9371.一种摩擦搅拌焊接方法，包括：根据第一部件和第二部件中的至少一个的测得温度来预热第一部件和第二部件以将第一部件和第二部件之间的接合部的温度升至所需温度；沿着所述第一部件和所述第二部件之间的接合部引导旋转摩擦搅拌焊接工具，以在其间形成焊缝；以及在沿着所述接合部引导所述旋转摩擦搅拌焊接工具的同时，使用与所述旋转摩擦搅拌焊接工具耦接的并且跟踪所述旋转摩擦搅拌焊接工具的热控制装置，根据在所述旋转摩擦搅拌焊接工具后面固定距离处的所述焊缝的温度和所述旋转摩擦搅拌焊接工具处的温度之间的温度差来调节所述焊缝的冷却速率。2.根据权利要求1所述的方法，其中预热所述第一部件和所述第二部件的步骤包括在所述旋转摩擦搅拌焊接工具之前沿着所述接合部引导预热装置。3.根据权利要求1所述的方法，其中预热所述第一部件和所述第二部件的步骤包括在所述接合部选择性地预热所述第一部件和所述第二部件。4.根据权利要求1所述的方法，其中，调节所述焊缝的冷却速率包括增大在距所述旋转摩擦搅拌焊接工具所述固定距离的附近的所述焊缝的冷却速率。5.根据权利要求4所述的方法，其中调节所述焊缝的所述冷却速率的步骤包括沿着所述焊缝的长度选择性地变化所述冷却速率。6.根据权利要求4所述的方法，其中调节所述焊缝的所述冷却速率的步骤包括确定所述焊缝处的温度和所述旋转摩擦搅拌焊接工具处的温度之间的温度差。7.根据权利要求6所述的方法，其中调节所述焊缝的所述冷却速率的步骤还包括当所述温度差大于所需的温度差时加热所述焊缝。8.根据权利要求7所述的方法，其中调节所述焊缝的所述冷却速率的步骤还包括当所述温度差小于所需的温度差时冷却所述焊缝。9.一种用于摩擦搅拌焊接的系统，包括：摩擦搅拌焊接工具，其被构造用于沿着接合部旋转并将第一部件摩擦搅拌焊接至第二部件；致动器，其被构造用于沿着所述接合部将所述摩擦搅拌焊接工具相对于所述第一部件和所述第二部件移位；以及热控制装置，其与所述摩擦搅拌焊接工具耦接并且在所述摩擦搅拌焊接工具后面跟踪，所述热控制装置被构造用于调节由接合所述第一部件和所述第二部件的由所述摩擦搅拌焊接工具形成的焊缝的冷却速率，所述热控制装置包括：传感器，其被构造用于确定所述焊缝的温度；第一加热元件，其被构造用于预热所述第一部件和所述第二部件；第二加热元件，其被构造用于在与所述传感器通信的控制器确定所述焊缝处的温度和所述旋转摩擦搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·卡斯蒂洛，U·纳玛兰，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：