用于将加强件摩擦搅拌焊接在飞行器面板上的改善方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于将加强件（22）的凸缘（26）线性透明摩擦搅拌焊接（FSW）至用于飞行器的至少一个面板（24）上的方法，其中，焊缝（90）沿着加强件的所述凸缘（26）形成，并且焊缝在横截面从加强件凸缘（26）的第一侧边缘（32a）延伸至相对的第二侧边缘（32b）。用于施行以上焊接方法的系统，该系统包括布置为三角形的三个焊头（54a，54b），三个焊头中的每一者均包括旋转销（66a，66b）和在所述旋转销的基部处延伸的肩部（74a，74b）。

【技术实现步骤摘要】
用于将加强件摩擦搅拌焊接在飞行器面板上的改善方法和系统
本专利技术涉及将加强件固定在飞行器面板特别是飞机面板上。根据本专利技术涉及的面板可以是机身面板、翼面面板或者尾翼面板、也或者是形成储存箱或者起落架舱的一部分的面板、或者任何其他类型的面板。固定至这些面板的加强件可以具体是机身周向框架、机身纵向桁架或者加强件、机翼表面或者尾翼加强杆或者肋状物、地板横向构件或地板梁等。
技术介绍
在飞行器中加强件至面板上的固定通常通过铆接实现。为了减少用于固定加强件至对应面板上的时间和操作成本，设想了特别地包括所谓的摩擦搅拌焊接技术的另一技术。通常，称为摩擦搅拌焊接(FSW)的技术已知用于以至少等同于使用常规铆钉接合达到的效率的效率来制成允许力在所装配的部件之间传递的快速持久的机械接合。在图1中示意性示出的该技术使用包括至少一个焊头10的焊接装置，该至少一个焊头10包括旋转销12、和肩部14，该肩部14延伸至旋转销12的基部并且具有通常等于该旋转销12的平均直径的2至2.5倍的直径。两个部件16a、16b的摩擦搅拌焊接涉及在两个部件16a、16b之间的接合面18处将旋转销12引入至两个部件中，直到肩部14与部件16a、16b中的每个的表面进行接触为止。旋转销12至构成部件16a、16b的材料中的引入通过该材料的由于旋转销12针对两个部件16a和16b的摩擦产生的热量而产生的局部软化而成为可能。在旋转销12的周围的部件16a、16b的材料的面团样状态允许该旋转销沿着接合面18移动。旋转销12的转动以及在适当的情况下肩部14的转动引起处于在面团样状态的材料的搅拌。通过旋转销12引起的挤压和通过肩部14产生的锻造效果因此逐渐地导致焊缝的形成。该焊缝表现为两种材料所共有的由于恢复再结晶现象而形成的新金相结构的形式，其中，该金相结构因此保证在冷却后两个部件16a、16b的良好结合。如在图2中示意性地示出的，通过使用反模板20，反压力施加在部件16a、16b中的每个的与焊头10相反的面上，以抵消通过旋转销12施加的压力。这种反模板有时结合了允许通过摩擦产生的热的一部分被移除的冷却装置。这通常提高部件在焊接后的机械特性。这种冷却装置表现为例如下述通道21的形式:该通道21结合在反模板20中并且传热流体在通道21中流动。该摩擦搅拌焊接技术允许实现所谓的“对接焊接”，如在图1和图2中示出的，在该对接焊接中，其中，旋转销12的轴线局部地平行于要被装配的部件之间的接合面。该技术还允许实现所谓的“透明焊接”，在该透明焊接中，旋转销12的轴线局部地平行于待装配的部件之间的接合面。在该情况下，待装配的部件中的一个被插入焊头与待装配的另一个部件之间。摩擦搅拌焊接技术特别具有在待装配的部件的组成材料的熔点之下实现的优点，这特别地避免了与经常与其他焊接技术同时出现的重新固化相关的问题。该技术另外提供不需要任何填充物材料和不引起任何污染烟雾散发的优点。此外，焊接装置沿着待装配的部件的接合面移动时的速度可以达到每分钟2米，使得该焊接技术允许使部件快速地并且以降低的成本装配。该焊接技术另外提供高度自动化水平的可能性。然而，将该焊接技术应用到加强件组件和到飞行器面板造成了问题。实际上，在加强件和飞行器面板的常规装配中，通常在加强件与面板之间设置一层胶泥，以特别提供这些元件之间的密封并且因此限制这些元件的腐蚀风险，并且还为了使由加强件与飞行器面板之间的振动导致的耗损现象最小化。在摩擦搅拌焊接技术的情况中，尽管振动问题可能比铆接组装方法遭遇的问题较不明显，但另一方面关于装配的部件之间的密封问题仍存在。该密封问题在图3、图3a、图3b中示出。图3是通过已知类型的透明摩擦搅拌焊接方法固定至飞行器机身面板24的周向框架22的纵向截面的局部示意图，其中，没有使用装配的部件中设置的胶泥。图3a以放大比例示出了在使用相对靠近周向框架22的腹板30的两个焊缝28进行焊接的情况中，周向框架22的凸缘26和机身面板24的接合。图3b是类似于图3a的视图，其中，示出了使用相对地远离周向框架22的腹板30的并且分别地接近该周向框架22的凸缘26的相对边缘32a和32b的两个焊缝28的焊接情况。在两种情况中，装配的方法没有阻止微型腔34的出现，出于清楚的目的，在这些图中微型腔34的尺寸被夸大。广泛地称为“腐蚀圈套”的该微型腔允许湿气穿入部件之间的接合点并且因此促进这些部件的腐蚀。在摩擦搅拌焊接的情况中，在加强件与飞行器面板之间插入一层胶泥是不理想的，这是由于胶泥与组成加强件和面板的材料在焊接期间混合，从而导致焊接组件的结构质量降低。该问题当要焊接的凸缘的宽度比旋转销的足印的宽度更大——即，比旋转销的直径更大一时，并且特别当凸缘的宽度比旋转销的两倍直径更大时自然地发生。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是特别地提供针对该问题的一种简单、经济并且有效的解决方案。本专利技术的目的在于特别提供一种用于将加强件焊接至飞行器面板上的方法，该方法具有摩擦搅拌焊接在装配质量、速度和低成本方面的优点，同时使装配部件的腐蚀风险最小化以及同时允许这些部件保持其最佳结构属性。为此目的，本专利技术提出一种用于将加强件的凸缘焊接至至少一个飞行器面板上的线性透明摩擦搅拌焊接(FSW)方法，在该方法中使用至少一个旋转销沿着所述加强件凸缘形成焊缝，并且在该方法中，所述加强件的所述凸缘的宽度比所述旋转销的最大直径更大。根据本专利技术，所述焊缝在横截面方面从所述加强件凸缘的第一所述侧边缘延伸至第二相对侧边缘。术语“最大直径”必须要理解为意味着在销最宽的地方处测量销的横截面的直径。该销实际上拥有下述形式:以此形式使得其横向截面的直径变化，例如圆锥筒形形式或者圆锥形形式。根据本专利技术的方法实际上在加强件的凸缘的宽度比旋转销的最大直径更大时，特别当加强件凸缘的宽度比旋转销的两倍最大直径更大时是有用的。根据本专利技术的焊接方法防止在加强件凸缘与面板之间出现微型腔，因此降低了这些部件的腐蚀风险。该方法因此还去除了在加强件凸缘与面板之间置入一层胶泥的需要，并且因此避免在摩擦搅拌焊接技术中背景下使用这种胶泥层所固有材料的污染问题。这意味着加强件凸缘优选地直接压靠该面板。因此可以优化由于根据本专利技术的方法获得的组件的结合。总的来说，本专利技术因此提供一种使用用于装配加强件和用于飞行器的面板的摩擦搅拌焊接技术的优化方法。本专利技术因此提供摩擦搅拌焊接技术固有的、特别是在速度方面和自动化可能性方面的优点。根据本专利技术的方法涉及的加强件通常包括腹板，该腹板连接至加强件凸缘并且正交于该凸缘、或者以相对于所述凸缘倾斜的方式一例如在加强件要并入飞行器的鼻锥体或者尾锥体的情况中-延伸。根据本专利技术的方法总体上包括将加强件凸缘应用到所述面板的第一表面上和将至少一个焊头应用至所述面板的与第一所述表面相对的第二表面上，并且沿着该加强件凸缘移动该焊头使得通过摩擦产生热并且因此从该凸缘的第一侧边缘至第二侧边缘局部地弓I起形成面板的材料和形成加强件凸缘的材料的软化。该方法自然地包括将反支承装置应用至加强件凸缘上以抵消通过前述焊头施加的压力。下面将更详细地在描述该反支承装置的示例。因为根据本专利技术的焊接方法涉及透明焊接，因此焊缝从面板的所述第二表面起始沿着厚度方向延伸。此外，为了在焊接方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将加强件（22）的凸缘（26）线性透明摩擦搅拌焊接（FSW）至用于飞行器的至少一个面板（24）上的方法，其中，焊缝（90）通过至少一个旋转销（66a，66b）沿着所述加强件（22）的所述凸缘（26）而形成，并且其中，所述加强件（22）的所述凸缘（26）的宽度比所述旋转销（66a，66b）的最大直径更大，其特征在于，所述焊缝（90）在横截面中从所述加强件的所述凸缘（26）的第一侧边缘（32a）延伸至第二侧边缘（32b）。

【技术特征摘要】
2012.09.07 FR 12583921.一种用于将加强件(22)的凸缘(26)线性透明摩擦搅拌焊接(FSW)至用于飞行器的至少一个面板(24)上的方法，其中，焊缝(90)通过至少一个旋转销(66a，66b)沿着所述加强件(22)的所述凸缘(26)而形成，并且其中，所述加强件(22)的所述凸缘(26)的宽度比所述旋转销(66a，66b)的最大直径更大，其特征在于，所述焊缝(90)在横截面中从所述加强件的所述凸缘(26)的第一侧边缘(32a)延伸至第二侧边缘(32b)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加强件(22)的所述凸缘(26)的宽度比所述旋转销(66a, 66b)的所述最大直径的两倍更大。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用焊接系统(46)，所述焊接系统(46)包括多个焊头(54a，54b)，所述多个焊头(54a，54b)中的每一个均包括旋转销(66a，66b )和在所述旋转销的基部处延伸的肩部(74a，74b )，其中，所述焊接系统另外包括具有支承表面(80)的反支承单元(50)，其中，所述方法包括: -一方面，将所述焊头(54a, 54b)的相应的所述旋转销(66a, 66b)插入至所述面板(24)和所述加强件的所述凸缘(26)中，然后在焊接方向(56)上沿着所述加强件的所述凸缘移动所述焊头，通过由所述旋转销(66a，66b)的摩擦产生的热量造成的形成所述面板(24)的材料和形成所述加强件(26)的材料的局部软化而能够进行所述移动； -另一方面，将所述反支承单元(50)的所述支承表面(80)按压至所述加强件(22)的所述凸缘(26)上以抵消通过所述旋转销(66a，66b)施加的压力。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述焊头(54a，54b)的相应的所述旋转销(66a，66b)在正交于所述焊接方向(56)和正交于每个所述旋转销(66a, 66b)的相应旋转轴线...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托夫·米亚勒，帕特里克·利芬，罗曼·德拉艾，
申请(专利权)人：空中客车营运有限公司，
类型：发明
国别省市：