CN103658967A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明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）。

Description

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

技术领域

本发明涉及将加强件固定在飞行器面板特别是飞机面板上。

根据本发明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。

背景技术

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——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。

发明内容

本发明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。

本发明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，本发明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。

根据本发明，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。

根据本发明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。

根据本发明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发明的方法获得的组件的结合。

总的来说，本发明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。

本发明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。

根据本发明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——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。

根据本发明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引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。

因为根据本发明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，为了在焊接方法结束时提高加强件凸缘的结构同质性，焊缝优选地在加强件凸缘的厚度的主要部分上延伸。

该加强件凸缘可以接合地焊接至两个相邻面板。

该方法因此接合地执行两个面板之间的对接焊接和加强件凸缘至面板的相应相邻部分的透明焊接。

概括地说，所述面板可以是机身面板并且所述加强件可以是周向框架或者该周向框架或成角度的部段。

在该情况中，每个焊头的移动是沿着弯曲轨迹完成的。

这种周向框架的凸缘呈现为例如圆筒回转形形式或者回转圆筒的一部分的形式。

在该情况下，每个焊头的移动总体上沿着定中心在由所述机身面板限定的机身轴线上的、圆形的、或者圆的弧形的轨迹实现。

用于飞行器的机身面板具有：外表面，该外表面限定为设计成位于飞行器的外侧上的表面并且在飞行中通过沿着机身流动的相对空气流冲洗；和内表面，该内表面位于相反侧。前述的周向框架自然地焊接至机身面板的内表面上。

在涉及将这种周向框架焊接至两个相邻机身面板上的方法的情况中，在该方法的结尾产生的接合是被广泛称为“轨道接合”的类型。

可替代地，所述加强件可以是纵向加强件，也被称为是桁梁。

在该情况下，特别当机身面板是要用于机身部段的位于飞行器的鼻锥体和机身末端之间的长度，每个焊头的移动可以沿着基本为直线的轨迹实现。

在另一可替代的实施方式中，面板可以是飞行器的机翼表面元件的航空动力学面板比如飞行器机翼或者尾翼组件。

在该情况下，所涉及的加强件可以是飞行器的这种元件的加强杆或者肋部。

在又一个可替代实施方式中，面板可以是形成飞行器的地板的一部分的面板，在该情况下，加强件可以是支承该地板或者用于导向座椅配装至该地板上的扶手的横梁。

在又一个可替代实施方式中，该面板可以形成飞行器起落架外壳的一部分或者形成飞行中的存储箱的基部。

总的来说，根据本发明的方法优选地包括焊接系统的使用，该焊接系统包括多个焊头，这些焊头中的每一者包括旋转销和在旋转销的基部延伸的肩部，并且该焊接系统还包括反支承表面。

在该情况中，该方法包括由所述旋转销的摩擦引起的热量造成的形成面板的材料和形成加强件凸缘的材料的局部软化所允许的，一方面将所述焊头的相应旋转销插入至所述面板和所述加强件凸缘中，然后沿着焊接方向沿着所述加强件凸缘移动所述焊头。

另一方面，与旋转销的插入和移动相结合地，该过程包括将反支承单元的支承表面应用至加强件凸缘上以便抵消通过所述旋转销施加的压力。

焊头的相应旋转销优选地沿着正交于焊接方向和旋转销中的每一者的旋转轴线的方向相互偏移。

优选地，通过所述焊头的所有相应旋转销形成的足印在横截面方面从加强件凸缘的第一侧边缘延伸至第二侧边缘。

术语“基本上”要理解为意味着足印从加强件凸缘的每个侧边缘延伸少于0.2mm的距离。

这保证在方法结束时获得的焊缝自身沿着横截面从加强件凸缘的第一侧边缘延伸至第二侧边缘。

术语“足印”要理解为意味着通过将旋转销插入至该材料中在该材料中会产生的痕迹，而与由所述销的旋转引起的任何搅拌现象无关。

应注意的是每个焊头的肩部可以是静止的或者旋转的。在最后情况中，该肩部的旋转方向可以与相同的焊头的旋转销的方向相同，或者可以以众所周知的“Delta N”构型与所述旋转销的旋转方向相反。

优选地，旋转销中的每个均从凸缘的位于远离焊头的那一侧上的表面穿入加强件的凸缘中的深度达0.2mm至0.5mm。

这降低了旋转销与反支承装置进行接触的风险，如在下面将变得更清楚。

在本发明的优选实施方式中，所述多个焊头包括布置为三角形构型的三个焊头。

焊头的这种构型特别有利地适合覆盖飞行器加强件凸缘的整个宽度的焊缝的形成。

在该情况下，所述多个焊头优选地包括相对于正交于焊接方向的给定平面定中心的两个侧部焊头，和相对于所述侧部焊头的每一个沿着所述焊缝方向偏移的中心焊头。

术语“焊接方向”要理解为意味着正交于每个焊头所遵循的总的轨迹的方向。这种方向基本正交于每个前述旋转销的旋转轴线。

优选地，中心焊头的旋转销的沿着焊接方向的投影与侧部焊头的相应旋转销相交。

该特性保证在一方面的中心焊头的旋转销的足印与另一方面侧部焊头的相应旋转销的相应足印之间一定程度的叠。这特别优化焊缝的同质性

在本发明的优选实施方式中，所述焊头中的第一焊头定位成面向加强件的腹板，而另外两个焊头相对于所述加强件腹板偏移，并且所述第一焊头的旋转销并不如其他两个焊头的相应旋转销那样深入地穿入至所述加强件凸缘中。

该构型减小对加强件的位于接近加强件的腹板的关键结构部件的损坏的风险。

特别地，所述第一焊头可以是所述中心焊头。

该构型当加强件包括相对于该加强件的凸缘基本在中心的腹板时是特别适合的。

在本发明的优选实施方式中，所述焊缝沿着下述方向移动：以此方向移动使得所述中心焊头布置在所述侧部焊头的后方。

概括地说，在这些焊头允许获得覆盖涉及的加强件凸缘的整个宽度的焊缝的范围内，焊头的其他构型能够用于施行根据本发明的焊接过程。

另外，该反支承单元的所述支承表面有利地由承载在反支承单元上并且通过靠着加强件凸缘滚动而移动的两个夹紧辊子联合地形成。

总之，这种夹紧辊子特别提供能够合并简单设计地低成本热交换装置允许在焊接期间使加强件和面板有效地冷却。

可替代的，在所有都不离开本发明的范围的情况下，这种冷却可以通过喷洒冷却剂在焊接区域上——例如通过出于此目的设置的附加自动机械装置——，或者通过将整个焊接装置沉浸在填充有热交换流体的箱中来实现。

这些夹紧辊子中的每一者有利地具有压靠该加强件凸缘的对应边缘的肩部。

另外，这些夹紧辊子优选地将加强件的腹板夹在中间。

可替代的，在所有都不离开本发明的范围的情况下，反支承单元的支承表面可以由静止部件形成，又称为反形体。

本发明还涉及用于施行以上描述的类型的焊接过程的焊接系统并且该焊接系统包括布置为三角形的三个焊头，这些焊头中每一者均包括旋转销和在旋转销的基部延伸的肩部。

自然地，该系统展示了以上描述的关于根据本发明的过程的优点，并且更加可以展示以上描述的一个或多个优选特征。

可替代的，其他类型的焊接系统可以用于实施以上描述类型的焊接过程。

附图说明

通过阅读下面的仅作为示例给出并不限制的描述同时参照附图，将更容易地明白本发明并且本发明的细节、优点和特征的其他方面将变得明显。其中：

-已经描述过的图1是通过摩擦搅拌焊接技术而被对接焊接的两个部件的局部立体示意图；

-已经描述过的图2是通过摩擦搅拌焊接技术而被对接焊接的两个部件的立体示意图，也示出了用于支承两个部件的反模板；

-已经描述过的图3是通过使用已知类型的摩擦搅拌焊接技术固定至飞行器机身面板上的周向框架的纵向截面示意图；

-图3a是示出了图3的细节IIIa的放大比例的视图；

-图3b是类似于图3a的、使用另一种众所周知类型的摩擦焊接技术固定至飞行器机身面板上的周向框架的视图；

-图4是包括根据本发明的优选实施方式的用于飞行器周向框架和机身面板的组件的若干焊接系统的焊接装置的示意性侧视图；

-图5是图4的焊接装置的沿图4的平面V-V截取的横截面示意图，其中，示出了属于该焊接装置的焊接系统；

-图6是图5中的焊接系统的、放大比例的并且沿图5的平面VI-VI截取的纵向截面中的局部示意图；

-图7是图5的沿图5的平面VII-VII截取的部分的放大比例的示意图图；

-图8是飞行器机身面板和固定至飞行器机身面板的两个周向框架的局部立体示意图，其中，示出了焊头的在该面板上的通道；

-图9是包括根据本发明的另一个实施方式的焊接系统的焊接装置的局部示意性侧视图；

-图10是包括根据本发明的又一个实施方式的焊接系统的焊接装置的局部示意侧视图。

在所有这些附图中，相同的附图标记能够标示相同的或者类似的元件。

具体实施方式

图4示出根据本发明的优选实施方式的设计成实施用于将周向框架装配至飞行器机身面板上的透明摩擦搅拌焊接方法的摩擦搅拌焊接装置40的总图。

图4特别地示出五个周向框架22，该五个周向框架22中的每一个例如通过分别地穿过周向框架22中的两个中心孔的两个中心销44均固定至支承件42，其中，周向框架22可以例如通过与中心销44联动的销而被保持。

由飞行器机身面板24形成的蒙皮应用于周向框架22中的每个的凸缘26的外表面上。

另外，四个焊接系统46并排地布置成与保持周向框架22和机身面板24的支承件42相对。出于清楚的目的，四个焊接系统46示出为关于周向框架22纵向地偏移，但是在该焊接装置40的操作期间，焊接系统46中的每个设置成基本地面向对应的周向框架22。

图5示出沿图4的平面V-V截取的焊接装置40并且因此示出从这一侧观察的这些焊接系统46中的一个。

该焊接系统46总体上包括焊接单元48和反支承单元50，该焊接单元48和该反支承单元50彼此相对地设置在承载支承周向框架22和机身面板24的支承件42的两侧。

焊接单元48表现为自动机械装置的形式，该自动机械装置在机械臂52的一端处包括设置有多个焊接头的焊接装置54，如在下面将变得更清楚的。

焊接单元48设计成特别地允许焊接装置54在图5的平面中沿着周向框架22、以与机身面板24相切的局部焊接方向56移动。

焊接单元48另外设计成允许焊接装置54沿着该焊接装置的焊头的各个旋转销穿透形成机身面板24和周向框架22的材料的方向移动，如在下面将变得更清楚。该穿透方向由箭头57表示并且平行于形成了图5的平面和能够在图5中看到的平面VI-VI的交线。通过限定，该穿透方向57垂直于机身面板24的外表面并且因此直交于前述的焊接方向56。

反支承单元50也表现为配备有机械臂58的自动机械装置的形式。该机械臂58具有配备有布置在周向框架22的腹板30的两侧的两个支承臂60的末端，其中，这些支承壁60中的仅一个在图5中可见。这些支承臂60各自保持夹紧辊子62和导引辊子64，如在下面将变得更清楚的。

图6更详细地示出用于通过使用焊接装置40来实施摩擦搅拌焊接方法的主要元件。

如在该图6中示出的，焊接装置54包括布置为三角形的三个焊头（图6）。这些焊头分布为两个侧部焊头54a和一个中心焊头54b，其中中心焊头54b相对于侧部焊头54a朝向后方（沿着焊接方向56限定为后方）偏移，如在图7中更清楚地示出。

三个前述焊头54a、54b中的每个均包括旋转销66a、66b（图6和图7），旋转销66a、66b围绕旋转轴线68a、68b旋转，旋转轴线68a、68b基本正交于焊接方向56并且因此也基本垂直于机身面板24的外表面70和内表面72。三个焊头54a、54b中的每个均还包括形成在对应的旋转销66a、66b的基部处的肩部74a、74b。所述肩部74a、74b能够以本身已知的方式沿着与对应旋转销66a、66b的旋转方向相同或者相反的方向旋转、或者甚至静止。每个旋转销66a、66b具有整体上渐缩的形式，使得每个旋转销的横截面在旋转销的自由端——即，与对应肩部74a、74b相反那侧——的方向上缩小。对每个旋转销，最大直径Dmax（图7）限定为旋转销的在旋转销最宽处的横截面的直径，该最大直径Dmax在旋转销的靠近相应的肩部74a、74b的基部处。

自然地，焊接单元48包括允许旋转销66a、66b旋转、以及在适当的情况下允许肩部74a、74b旋转的驱动马达装置。

前述焊头的相应肩部74a、74b在相同平面中延伸。这些肩部74a、74b可以因此同时地按压至机身面板24的外表面70上，如在图6和图7中示出的。

侧部焊头54a的相应旋转销66a具有比机身面板24和机身框架22的凸缘26的累计厚度略小的高度。这些旋转销66a的高度与机身面板24和凸缘26的累计厚度之间的差通常达到十分之几毫米的程度，优选地在0.2mm与0.5mm之间。术语旋转销的“高度”自然地指的是其沿着其旋转轴线的长度。

此外，中心焊头54b的旋转销66b具有比侧部焊头54a的相应旋转销66a的高度更小、但是比机身面板24的厚度更大的高度。一方面的旋转销66b与另一方面的旋转销66a在高度上的差通常大约达到十分之几毫米的程度，优选地在0.2mm与0.5mm之间。

概括地说，三个旋转销66a、66b布置成使得中心焊头54b的旋转销66b的垂直于平面P（图7）的投影与这些旋转销66a相交（图6），所述平面P在侧部焊头54a的所述相应旋转销66a的相应旋转轴线68a的方向上穿过侧部焊头54a的所述相应旋转销66a的相应旋转轴线68。另外，由三个旋转销66a、66b形成的组件的宽度基本等于周向框架22的凸缘26的宽度。这保证了使用焊接单元得到的焊缝实现覆盖前述凸缘26的整个宽度，这在下面将变得更清楚。

图6另外示出支承臂60中的每个的端部，该端部包括通过支承臂60承载的夹紧辊子62和导引辊子64。

每个夹紧辊子62安装成使得其围绕旋转轴线76在对应支承臂60上旋转，旋转轴线76还形成用于辊子的几何回转的轴线。

夹紧辊子62具有设计成分别地抵靠着周向框架22的腹板30的两侧施用的相应侧壁78。以此方式，如在图6中示出的，周向框架22的腹板30可以夹在夹紧辊子62的相应侧壁78之间。因此，反支承单元50的机械臂58包括用于操作支承臂60的装置，该装置能够引起每个支承臂60朝向另一个支承臂60移动并因此使所述夹紧辊子62朝向彼此移动。

每个夹紧辊子62另外具有主周向轨道80，该主周向轨道80为圆筒形形式并且围绕旋转轴线76转动，该主周向轨道80从夹紧辊子62的侧壁78延伸并且设计成压靠周向框架22的凸缘26的内表面，如在图6中示出的。

每个夹紧辊子62的侧壁78通过弯曲周向部81连接至对应主周向轨道80，弯曲周向部81设计成抵靠将周向框架22的腹板30的对应侧连接至周向框架22的凸缘26的弯曲表面安装。

在属于本发明的术语中，两个夹紧辊子62的相应主周向轨道80组合在周向框架22的凸缘26上形成支承表面。

此外每个夹紧辊子62具有周向肩部82，周向肩部82限定了夹紧辊子的主周向轨道80的在面向夹紧辊子的侧壁78那一侧上的一端。该周向肩部82连接至夹紧辊子的副周向轨道84，该副周向轨道84延伸至夹紧辊子62的限定在面向夹紧辊子62的侧壁78那一侧的端面85。如在图6中示出的，该副周向轨道84意在基本上与机身面板24的内表面72接触。因此，每个夹紧辊子62的周向肩部82具有基本等于周向框架22的凸缘26的厚度的宽度。

应注意的是每个夹紧辊子的主周向轨道80和副周向轨道84可以是圆筒形形式或者圆锥形形式。

夹紧辊子62另外包括冷却装置。这些夹紧辊子中的每个因而包括定中心在夹紧辊子76的旋转轴线76上的基本为环形的通道C1并且具有连接至进口通道C2的端部和连接至出口通道（在图中未示出）的相对端部。所述进口通道和所述出口通道通向夹紧辊子的端面85并且分别地连接至供给管道C3和出口管道（在图中未示出），供给管道C3和出口管道布置在对应的支承臂60中并且连接至用于冷却热交换流体的热交换器（未示出）。

此外，每个导引辊子64安装成使得其能够围绕正交于对应夹紧辊子62的旋转轴线76的相应旋转轴线86旋转。

每个导引辊子64具有周向导引轨道88，周向导引轨道88为圆筒形形式并且围绕导引辊子64的旋转轴线86转动，并且周向导引轨道88设计成压靠周向框架22的凸缘30的对应表面。

参照附图5至8，现将更详细地对用于通过使用焊接装置40的焊接系统46中的一个焊接系统将周向框架22焊接至机身面板24的摩擦搅拌焊接方法进行描述。

首先该方法涉及以下述方式使焊接系统46的面向周向框架22的焊接单元48和反支承单元50预定位。如果必要，可以通过移动焊接装置40的焊接系统46和/或通过移动承载周向框架22和机身面板24的支承件42实现该预定位。

然后该方法涉及三个焊头54a、54b的相应旋转销66a、66b垂直于周向框架22的凸缘26的定位。因为三个旋转销66a、66b的布局，通过这些三个旋转销形成的组件的沿着穿透方向57的投影基本与所述凸缘26的整个宽度相交。该定位可以通过焊接单元48的机械臂52的操作来实现。

该方法然后涉及焊接单元48，特别是机械臂52的操作，以使旋转销66a、66b的自由端与机身面板24的外表面接触。

该方法还包括对反支承单元50的每个夹紧辊子62进行定位使得每个夹紧辊子62的侧壁78压靠周向框架22的腹板30并且使得每个夹紧辊子62的主周向轨道80压靠周向框架22的凸缘26。特别地，每个夹紧辊子62定位成使得其旋转轴线76局部地平行于机身面板24并且正交于焊接方向56和穿透方向57。可以通过操作反支承单元50，特别是机械臂58来实现夹紧辊子62的定位。

在图6中示出的夹紧辊子62的该定位中，每个夹紧辊子62的旋转轴线76正交于周向框架22的腹板30，而每个导引辊子64的旋转轴线86平行于前述的腹板30。此外，每个夹紧辊子62的周向肩部82压靠周向框架22的凸缘26的横向边缘（图6）并且每个导引辊子64的周向轨道88压靠周向框架22的腹板30。

概括地说，夹紧辊子62另外面向焊接装置54设置。在示出的示例中，夹紧辊子62定位成使得夹紧辊子62中的每个与侧部焊头54a中的每一个的旋转销66a的旋转轴线68a相交（图6和图7）。更具体地，每个夹紧辊子62的回转轴线76相对于对应旋转销66a的旋转轴线68a稍微地向前偏移，使得夹紧辊子62中的每个夹紧辊子的该回转轴线76的平行于所述夹紧辊子的旋转轴线68a的投影仍然与所述夹紧棍子相交。

该方法涉及使旋转销66a、66b旋转，并且在适当的情况下使相关的肩部74a、74b旋转，然后将旋转销插入至形成机身面板24的材料中然后再插入至形成周向框架22的凸缘26的材料中。根据众所周知的摩擦搅拌焊接原理，由旋转销的摩擦引起的材料的局部软化使得该插入成为可能。

该方法然后包含操作焊接单元48，特别是机械臂52，使得焊头54a、54b沿着周向框架22移动，优选地以旋转销66a、66b覆盖周向框架22的整个凸缘26的方式移动。

在焊头54a、54b的移动期间，旋转销66a、66b的快速旋转引起围绕这些旋转销中的每个搅拌形成机身面板24和凸缘26的局部软化材料。因为三个旋转销66a、66b的布局，搅拌的材料的区域从所述凸缘26的一个侧边缘32a延伸至另一个侧边缘32b。在示出的示例中，在焊头54a、54b的移动期间，所有三个旋转销68a、68b的足印在横截面上覆盖整个前述凸缘26。需要理解的是，足印从凸缘26的一个侧边缘32a延伸至另一个侧边缘32b。术语“足印”要理解为意味通过将旋转销66a、66b插入至在所述材料中会产生的痕迹，而与通过所述销的旋转造成的任何搅拌现象无关。

另外在焊接头54a、54b移动的期间，还由于如以上解释的中心焊头54b的旋转销66b的有限高度，旋转销66b并不到达周向框架22的弯曲表面，所述弯曲表面分别与夹紧辊子62的相应弯曲部81接触并且分别将周向框架22的腹板30的面连接至周向框架22的凸缘26。因此能够保持周向框架22的这些弯曲表面的完整性。

此外，如以上解释的，由于这些旋转销65a的有限高度，因此侧部焊头54a的相应旋转销66a并不到达夹紧辊子62的相应主周向轨道80。

同时，反支承单元50被操作使得以与焊接装置54的运动同步的方式实现夹紧辊子62在周向框架22的凸缘26的内表面之上和在机身面板24的内表面72之上的滚动运动，使得夹紧辊子62连续地施加基本上与通过焊头54a、54b的相应旋转销66a、66b的组件施加的压力相反的支承力，如在图7中示出的。

夹紧辊子62另外通过抵靠周向框架22的凸缘26的部段而安装从而在软化材料的限制和构造方面起作用。夹紧辊子62中的每个的周向肩部82特别用于保持所述凸缘26的每一侧上的材料。

与夹紧辊子62的移动相结合，导引辊子64分别在周向框架22的腹板30的两面之上滚动并且因此有助于使周向框架22相对于机身面板24定中心。

在焊接方法的结尾，在冷却后，以前搅拌过的材料恢复其刚性并且形成在周向框架22的凸缘26与机身面板24之间提供完全结合的焊缝90（图8）。该焊缝90对应以前搅拌过的材料的区域并且因此覆盖周向框架22的凸缘26的整个宽度。

以上描述的方法对应于装置40中的焊接系统46中的一个焊接系统的工作。自然地，其他的焊接系统能够并行地实现相同的过程。

应注意的是以上描述的方法也能够应用于将周向框架同时地焊接至两个相邻的机身面板上。在该情况下，该方法共同地实现对接焊接两个相邻面板并且和将周向框架透明焊接至所述面板的相邻端。

图9示出根据本发明的另一个实施方式的焊接系统46，其中，焊接单元48另外包括通过机械臂52承载并且可以各自是常规类型的非破坏性检验装置92和防腐蚀处理装置94。非破坏性检验装置92是例如超声波检验装置。

在焊接方法的施行期间，考虑到焊接方向56，焊接单元定位成使得非破坏性检验装置92设置成存在延后——即是说，其相对于焊接装置54在后面，并且焊接单元以下述方式定位：以此方式使得防腐蚀处理装置94布置成使得存在延后——即是说，其相对于非破坏性检验装置92在后面。

以此方式非破坏性检验装置92用于自动地并且在焊缝90形成之后立即检验焊缝90的质量。

在检测到缺陷的结果下，焊接方法则包括焊接装置54的反向运动，然后从焊缝90的缺陷区域开始焊接的返工。

此外，防腐蚀处理装置94能够用于紧接着在通过非破坏性检验装置的质量检查当检验显示无缺陷之后，将防腐蚀处理应用至机身面板24的外表面上的焊缝90处。

可替代的或者以补充方式，非破坏性检验装置和/或防腐蚀装置可配装至反支承单元50的机械臂58以便在周向框架22的凸缘26上作用。

另外，图9的示例中示出夹紧辊子和导引辊子的另一个构型。

实际上，考虑到焊接方向56，在图9中的反支承单元50不仅包括以上描述的两个夹紧辊子62还包括布置至夹紧辊子62的后方的并且相似于夹紧辊子62的两个附加的夹紧辊子96。这些附加的夹紧辊子92也压靠周向框架22的凸缘26的内表面。

反支承单元50包括两个导引辊子64’，该两个导引辊子64’的旋转轴线86’平行于夹紧辊子62和夹紧辊子92的相应旋转轴线76和旋转轴线76’。这些导引辊子64’压靠在周向框架22的滑道98的内表面上。应注意的是滑道98在图6和图8中能够更清楚地看见。

此外，在图10示出的本发明的另一个实施方式中，焊接单元48另外包括修理装置，该修理装置由第二焊接装置100形成，该第二焊接装置100优选地类似于以上描述的焊接装置54但是布置在非破坏性检验装置92与防腐蚀处理装置94之间。

只要非破坏性检验装置92没有到检测任何缺陷，则该第二焊接装置100就一直保持非工作状态，并且随着任何缺陷被检测到后而启动。在该情况下，该方法然后包括通过第二焊接装置100在焊缝90的缺陷区域中的焊接的返工。在缺陷区域的返工结束时，该方法通常地继续使用焊接装置54。

第二焊接装置100因而避免了在发生通过非破坏性检验装置92在焊缝90中检测到缺陷的情况时焊接装置54的任何反向运动。这使得焊接过程更快速。

在前面的描述中，关于将周向框架焊接至飞行器机身面板上，已经描述了根据本发明的焊接方法的示例和允许该方法施行的装置的示例。

应注意的是本发明能够应用于其他部件的焊接，特别是纵向加强件、加强杆或者横向构件的焊接。

Claims (12)

1.一种用于将加强件（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（68a，68b）的横向方向上相互偏移。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，通过所述焊头（54a，54b）的所有相应的所述旋转销（66a，66b）形成的足印在横截面中从所述加强件的所述凸缘（26）的所述第一侧边缘（32a）基本延伸至所述第二侧边缘（32b）。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中，所述多个焊头包括根据三角形构型布置的三个焊头（54a，54b）。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述三个焊头包括：相对于与所述焊接方向（56）正交的给定平面（P）定中心的两个侧部焊头（54a）；和相对于每个所述侧部焊头（54a）在所述焊接方向（56）上偏移的中心焊头（54b）。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述焊头中的第一焊头（54b）定位成面向所述加强件（22）的腹板（30），而另外两个所述焊头（54a）相对于所述加强件（22）的所述腹板（30）偏移，并且所述第一焊头（54b）的旋转销（66b）穿入至所述加强件（22）的所述凸缘（26）中的穿入深度比另外两个所述焊头（54a）的相应的所述旋转销（66a）穿入至所述加强件（22）的所述凸缘（26）中的穿入深度更小。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一焊头是所述中心焊头（54b）。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，所述焊头沿着使得所述中心焊头（54b）布置于所述侧部焊头（54a）的后面的方向移动。

11.根据权利要求4至10中任一项所述的方法，其中，所述支承表面（80）由通过所述反支承单元承载并且通过靠着所述加强件（22）的所述凸缘（26）滚动而移动的两个辊子结合地形成。

12.一种用于执行根据前述权利要求中任一项所述的焊接方法的焊接系统（46），其特征在于，所述焊接系统（46）包括布置为三角形的三个焊头（54a，54b），每个所述焊头（54a，54b）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）。

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