CN109311120A - 防止焊接残渣污染联合件，通过搅拌摩擦将二联合件焊接在一起的设备及方法 - Google Patents

防止焊接残渣污染联合件，通过搅拌摩擦将二联合件焊接在一起的设备及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于通过摩擦搅拌焊接将二联合件焊接在一起的方法和设备，所述方法和设备防止联合件被焊接残渣污染。所述方法包括以下特征：可以被集成于任何机器中的焊接头，所述焊接头为心轴驱动的形式由驱动单元驱动，包括用于固定辅助焊接过程的设备的安设凸缘、以及用于接收具有用于引导焊接针(11)的焊接和平滑护套的截头圆锥形工具的夹紧系统、被集成于焊接和平滑护套中的用于研磨在焊接过程中生成的废料的设备(17)，在焊接过程中生成的废物然后通过被安排在用于流体(20、18)和抽吸通道(19)的截头圆锥形工具的上部和/或下部区域中的流体的一个入口通道来去除。

Description

防止焊接残渣污染联合件，通过搅拌摩擦将二联合件焊接在 一起的设备及方法
技术领域
本发明涉及一种用于通过摩擦搅拌焊接焊接二联合件的设备和方法，其完全防止联合件被焊接残渣污染。在摩擦搅拌焊接期间，在打算通过在旋转并且同时在平移中移动并且被施以压力的旋转工具之间的摩擦力被焊接的材料的联合区域中，生成使待焊接材料处于塑化状态的摩擦热。在这例子中，工具沿着联合区域移动并且搅拌打算在接缝内被连接的以及彼此邻接的塑化材料。在接缝的端部，工具从连接区域移除并且焊缝可以被直接加载。
背景技术
从现有技术中已知关于摩擦搅拌焊接，尤其是来自申请人本身的先前公开的DE10 2015 005 763 U1，其涉及一种用于通过摩擦搅拌焊接的扁平弯曲结构的均匀的焊接的设备。由此出版物中已知的设备，虽然符合高质量要求的焊接结果可以达成，但是在这种例子中当焊接针在焊接操作结束期间被拉出时不能完全排除可以观察到的不均匀性的些微发生。此外，必须考虑打算被焊接的结构的边缘没有接头彼此不联接，但反而具有不均匀性的些微的发生，其在焊接操作期间为了达成平坦的表面，使其有必要提供“填充材料”。
此外，也有从也是来自申请人本身的DE 10 2012 010 836 B3已知的方法和设备，所述方法和设备用于以计算器程序和机器可读载体在摩擦搅拌焊接期间改善焊缝的质量。此文献打算将摩擦搅拌工具的服务寿命从大约2小时增加到15小时，并且以不需要后续处理的方式增加联合缝的质量。
所述目的以具有以下特征的设备来实现：
a)具有驱动头(2)的接收板(1)，和用于接收摩擦焊接尖端(9)的心轴轴承(4)，其中在心轴轴承(4)中，被使用于移除不需要的材料的螺旋形的运输蜗杆(6)在以倾斜的方式向外引导的开口(8)中打开，
b)心轴轴承(4)的纵轴是相对于垂直以自2.8至3.2度的角度倾斜，
c)旋转心轴的滑动面包括平的滑动面(10)，及特别地用于焊接弯曲接缝，自身是弯曲、并且相邻于两个相对的侧面、并且以相对于滑动面(11)的锐角倾斜的滑动面(11)，
d)摩擦焊接尖端(9)具有截断的圆锥的形状，其中覆盖面在中心升高，并且其中截断的圆锥的覆盖面是由六个梯形表面件形成，其中三个表面件是以在周边上均匀方式分布的状态以120度的角度彼此面对，并且在圆周上占据大于1/6的比例。
关于现有技术，还可以参考EP 2 561 948A1，其相关于通过摩擦搅拌焊接用于制造凸缘/管凸缘组件的方法和安装。根据权利要求11的前序部分的这种安装陈述了简化凸缘和管的定心、以及使用焊浴的固定的问题，及支持通过摩擦搅拌焊接所软化的区域以用于接收在摩擦搅拌焊接期间的压力，以及具有测量的减少的根据凸缘的纵轴用于定心管道、以及具有同时的生产时间的减少、节省材料及确保经济优势的安装操作。在权利要求11的特征部分中，在这方面请求保护的是，焊浴固定是构成为气动地可夹紧和可释放的夹紧和支持板，以用于相对于凸缘的旋转轴将管定心、并且用于接收在摩擦搅拌焊接期间的压力，以及用于扫描在管和凸缘之间的对接接头的传感器被提供，以及此外用于将成形楔移入和移出的设备被提供，所述成形楔与切线平面对齐，其水平地位于旋转轴上方，并且其延伸穿过所述对接接头，以便移动摩擦搅拌焊接工具的摩擦搅拌焊接针而没有来自摩擦搅拌焊接对接接头的穿孔，其中传感器和用于使成形楔移入和移出的设备被连接到控制单元。
然而，在许多情况下，当通过摩擦搅拌焊接来焊接二联合件时，关于不可防止的焊接部件的污染会有来自客户的异议。在许多应用中，藉此相当大的成本可能缘于必要的后续处理的结果而生成。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种设备和方法，其中在摩擦搅拌焊接的操作期间，由于在焊接过程中的残渣在所有各自的联合件上没有污染被进行。高成本的焊缝的后续处理因此被免除。
此目的以本专利权利要求1中的特征来达成。
用于通过摩擦搅拌焊接焊接二联合件的设备，其完全防止联合件被焊接残渣污染，其具有以下特征：
a)焊接头，其以心轴驱动(4)的形式可以被集成于任何机器中，所述心轴驱动由具有组装凸缘(5)的驱动单元(1)驱动，所述组装凸缘用于固定支持焊接过程和夹紧系统(8)的设备，以用于接收工具盖(9)，工具盖(9)具有用于引导焊针(11)的焊接和平滑护套(10)，
b)设备(14)，其被集成于焊接和平滑护套(10)中，用于压碎在焊接过程中生成的磨损材料，其中用于去除所述磨损材料而不污染联合件的设备被提供，
c)集成在焊接头中的设备(7)，以用于垂直轴向调整工具盖(9)，
d)温度传感器(27)，其被集成于工具盖(9)中，其中工具盖(9)的温度可以通过流体的供应和排出来控制。要求保护的是，在焊接过程中生成的磨损材料的压碎是通过切割刀片保持构件(16)和与其固定的切割刀片(17)进行。还要求保护在组装凸缘(5)下方安排传感器环(6)，所述传感器环(6)承载用于测量力的传感器，用于测量直接工艺参数和/或用于振荡测量，以及在焊接过程期间生成的磨损材料借助于用于流体(20、18)的流入通道去除，所述流入通道安排在工具盖(9)的上部和/或下部区域中以及出口信道(19)。还要求保护的是，在焊接头中，至少一个缆线通道(22)通往被集成于焊接头中的传感器，
和根据权利要求6的方法。
通过摩擦搅拌焊接焊接二联合件的方法，其完全防止联合件被焊接残渣污染，具有以下方法特征：
a)在可以被集成于心轴驱动器(4)形式的任何机器中的焊接头中，心轴驱动器(4)由驱动单元(1)驱动，驱动单元(1)具有用于固定支持焊接过程的设备的组装凸缘(5)和夹紧系统(8)用于接收工具盖(9)，工具盖(9)具有用于引导焊接针(11)的焊接和平滑护套(10)，确保在焊接和平滑护套(10)中集成设备(14)被提供用于压碎在焊接过程中生成的磨损材料，
b)然后通过安排在工具盖(9)的上部和/或下部区域中的流体(20、18)的流入信道和出口信道移除在焊接过程中生成的磨损材料，(19)并且在焊接过程中生成的磨损材料的压碎是通过切割刀片保持构件(16)和与其固定的切割刀片(17)进行，并且计算器程序具有程序代码，用于当在计算器上执行程序时，实现根据权利要求6或7的方法步骤。还要求保护一种机器可读载体，其具有计算器程序的程序代码，用于当在计算器上执行程序时，执行根据权利要求6或7的方法。
附图说明
下面更详细地描述根据本发明的设备：
在图式中：
图1是焊接头的立体图，
图2是图1的焊接头的截面图，
图3a是工具盖的截面图，
图3b是工具盖下部的截面图，
图3c是没有焊接和平滑护套10的工具盖下部的立体图，
图4a是工具盖下部的截面图，其中切割刀片17位于顶部，
图4b是工具盖下部的截面图，其中切割刀片17位于底部，
图4c是透过工具盖下部的截面图，其中切割刀片17位于针轴部区域的底部，
图5是用于轴向调整工具盖的单元7的截面图，
图6是轴向调整7的立体图，
图7a是从上方抬起的清洁操作的截面图，
图7b是从下方抬起清洁操作的截面图，
图8是工具盖的截面图，示出了多个功能。
具体实施方式
图1是根据本发明的整体焊接头的立体图。
术语“整体”之被选择是因为整个过程数据采集和过程控制是被集成于焊接头中。心轴在某种程度上是“旋转工具保持构件”，其中焊接头可以被被集成于任何机器中。在右手侧，在图1中，可以看见用于心轴的驱动单元的控制线和能量供应线2，其中整个焊接头可以例如由自动机3来引导，以及心轴齿轮4在其较低侧具有组装凸缘5。在组装凸缘5的下方安排传感器环6，所述传感器环6例如承载用于力测量的传感器，用于直接过程参数的测量和/或振荡测量。为了直接测量在肩部生成的振荡，测量头被安排在心轴和焊接头之间。这导致较少的误差效应，例如，因为心轴中不平衡。用于工具盖的轴向调整的单元7在传感器环6的下方被支持。它赋能工具盖在轴向的精确位移。进一步接着用于焊接工具的夹紧系统8，具有工具盖9和焊接和平滑护套10以及其焊接针11。
图2是透过图1的焊接头的截面。
在这例子中，在右手的上部区域中在截面上延伸的心轴齿轮4和相对于从图1的心轴螺纹横向地延伸的组装凸缘5被指出。在组装凸缘5之下，可以看到传感器环6的内部区域，而在安排在其下方的状态中，用于轴向调整的单元7的部件可以在截面上看到。中心支持的工具盖9被用于焊接工具的夹紧系统8所包围。在工具盖9的旋转轴中支持心轴12，心轴12在其延伸中延伸穿过在工具盖9中的工具轴部13并且在其端部承载焊接针11。焊接针11在焊接和平滑护套10中被引导。在左侧区域中的焊接和平滑护套10中，在摩擦搅拌焊接过程中用于压碎或加工磨损材料的设备14被指出。
图3a是透过工具盖的截面。
除了带有内部工具轴部13的工具盖9以及带有其针尖15的焊接针11，在这例子中在焊接和平滑护套10中，如图在这例子中所示在焊接和平滑护套10的左侧和右侧，所谓的用于流体的较低的流入信道18被图标出。这些较低的流入通道18可以围绕在焊接和平滑护套10而自然地一路被分布，并且用以供应流体用于冲走在摩擦搅拌焊接过程中已被生成的磨损材料或过量的过程材料。这些流入通道18仅示意性地并且作为示例地如图示出。在焊接和平滑护套10上的流入通道18还具有用于进入的流体的流动生成功能。
图2中所示的用于研磨或加工、更具体地用于压碎这磨损的材料的设备14通过此设备的切割刀片保持构件16和关联的切割刀片17被表征在图3a中。用于在流入通道18中供应流体的设备在这种例子中为了清楚的理由而未示出。
在工具盖9的左手侧，可以看到用于流体的出口通道19和用于流体的上部流入通道20。
图3b是绘制成放大比例的透过工具盖下部的截面图。且在这例子中，在上部区域中，工具盖9以内工具轴部13和中心引导的焊接针11及其针尖15被指出。在图3a中也示出的用于流体的两个的流入通道18在这例子中甚至更清楚地如图示出。在图3b中，切割刀片保持构件16连同其切割刀片17可以被特别清楚地看到。在如图示出的焊接针11的下部区域中，在图3b中，在焊接和滑动护套10中，在左侧用于磨损材料的间隙21可以被看到。
图3c是没有焊接和平滑护套10的阻碍视图的工具盖的下部的立体图。切割刀片保持构件16是以环形方式连同切割刀片17被放置在焊接针11上，所述切割刀片17藉此被保持或被支持用于研磨或加工或大致来说压碎在摩擦焊接期间生成的磨损材料的设备，所述切割刀片保持构件16在此例子中可以被清楚地看到。
图4a、4b和4c代表对于在焊接和滑动护套的区域中安排切割刀片17的不同可能性。在这例子中，切割刀片17的形状仅通过示例如图示出。它也可以是三角形、正方形或任何几何形状。
图4a是透过工具盖下部的截面，连同在切割刀片保持构件16的顶部的切割刀片17。
图4b是透过工具盖下部的截面，连同在切割刀片保持构件16的底部的切割刀片17。
图4c是透过工具盖下部的截面，连同在针轴部的区域的底部的切割刀片17。
如图所示的所有切割刀片位置可以自由地彼此组合。因此，也在轴向和径向切割或压碎之间的组合也可以被生成。
图5是透过用于工具盖的轴向调整的单元7的截面。在整个焊接头的中心轴驱动单元中，心轴的轴12可以在工具盖9的上部之内的工具轴部13中被看到。就心轴12对称旋转的情况下，在图5的左和右上侧，可能看到从图2的上部已知的以及将心轴齿轮4连接到传感器环6的组装凸缘5，其中在这例子中传感器环6在右手侧被指示。用于工具盖9的夹紧系统可以在相对于在左和右侧的工具盖9旋转对称的截面被看到。类似地，在用于焊接工具的夹紧系统8的左和右侧旋转对称的情况下，用于轴向调整7的行进的调整螺母24的两个部分(在截面中可见)可以被看到，其中在左手侧在调整螺母24的两侧，两个引导组件25被指示，所述引导组件25的至少两个被提供。在每种情况下在截面中在引导组件25旁边被支持的的预紧组件23赋能用于工具盖的轴向调整的行进的无段调整。进一步的细节可以在图6的图示中看到。在右手侧，用于对通往工具的传感器供应信号的缆线信道22被指示。
图6是轴向调整7的立体图示。在这例子中，轴向调整7在根据本发明的焊接头的整体结构中于其位置中分离地如图所示。在右前景中，引导组件25可以被看到，其中因为引导功能，其至少两者必须存在。这些引导组件25在某种程度上执行螺纹的功能，而调整螺母24的环形特征在所述图标中变得清楚。此外，在图6的图示中三个预紧组件23可以被看到，其中示出在左侧的一个被指出。调整驱动26被使用作为用于整个轴向调整7的驱动。
图7示出了轴向和径向的切割刀片的组合。
图7a是通过从上方行进的清洁操作的截面。
除了包围焊接和平滑护套10以及被支持在其中的针尖15之外，在这例子中，切割刀片保持构件16连同其切割刀片17可以被看到。在切割刀片保持构件16的左侧，窄间隙、用于磨损材料或大致称为压碎的过程材料的间隙21被示出，所述间隙导致此材料能够通过在上区域中的提升行为经由间隙18向外引入。在间隙21中的压碎材料的去除是通过流动影响/生成几何来控制，所述几何停止于盖的内侧以及在摩擦针接收构件和切割刀片保持构件的外侧。
图7b是通过从下方行进的清洁操作的截面。
在这例子中，降低工具盖导致由焊针生成的过程材料能够被向上引入并且因此经由示出的一或多个间隙向外引入。
图8是透过工具盖的截面，其有多个功能的图标。除了具有工具轴部13的工具盖9，焊接针11和具有用于磨损材料的间隙21的切割刀片17之外，在这例子中，在左侧在工具盖9中，两个用于流体的流入通道(也就是说，在上部区域中的流入信道20和在下部区域中的流入信道18)可以被看到。较大的出口通道19补充了这种安装。这种安排不仅用于控制磨损材料的输送，而且还使用如所示的温度传感器27在摩擦搅拌焊接期间控制整个过程的整体操作温度。根据本发明，提供了流体流动和流体分布的额外控制，其为在组件工具盖、针接收构件、焊接和滑动护套(也就是说，所有与流体接触的组件)的外侧和内部的流动影响的几何形状的结果。
附图标记说明
1 用于心轴12的驱动单元
2 控制线和能量供应线
3 自动机
4 心轴齿轮
5 组装凸缘
6 传感器环(力测量、振荡测量)
7 用于工具盖的轴向调整的单元
8 用于焊接工具的夹紧系统
9 工具盖
10 焊接和平滑护套
11 焊针
12 心轴
13 工具轴部(针轴部)
14 用于研磨或加工磨损材料的设备
15 针尖
16 用于大致称为压碎的研磨或加工的设备14的切割刀片保持构件
17 切割刀片
18 用于流体的流入通道(底部)
19 输出通道
20 用于流体的流入通道(顶部)
21 用于磨损材料的间隙
22 用于传感器的缆线通道，其通往工具
23 用于轴向调整7的预紧组件
24 用于轴向调整7的行程的调整螺母
25 引导组件(螺纹功能)
26 调整驱动
27 温度传感器

Claims (9)

1.一种用于通过摩擦搅拌焊接而焊接二联合件的设备，其完全防止所述联合件被焊接残渣污染，具有以下特征：
e)焊接头，其以心轴驱动(4)的形式可以被集成于任何机器中，所述心轴驱动(4)由具有组装凸缘(5)的驱动单元(1)所驱动，以用于固定支持所述焊接过程的设备、以及用于接收具有用于引导焊针(11)的焊接和平滑护套(10)的工具盖(9)的夹紧系统(8)，
f)设备(14)，其被集成于所述焊接和平滑护套(10)中，用于压碎在所述焊接过程中生成的所述磨损材料，其中用于去除所述磨损材料的工具而无所述联合件的污染的设备被提供，
g)设备(7)，其被集成于所述焊接头中，用于所述工具盖(9)的垂直轴向调整，
h)温度传感器(27)，其被集成于所述工具盖(9)中，其中所述工具盖(9)的所述温度可以通过流体的所述供应和排出来控制。
2.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于，在所述焊接过程中生成的所述磨损材料的所述压碎是通过切割刀片保持构件(16)和与其固定的切割刀片(17)来进行。
3.根据权利要求1或2所述的设备，
其特征在于，传感器环(6)被安排于所述组装凸缘(5)的下方，其携带用于测量力、用于测量直接过程参数和/或用于振荡测量的传感器。
4.如前述权利要求其中之一所述的设备，
其特征在于
在所述焊接过程中生成的所述磨损材料通过被安排在所述工具盖(9)的上部和/或下部区域中的流体(20、18)的流入信道以及出口信道(19)来移除。
5.如前述权利要求其中之一所述的设备，
其特征在于
在所述焊接头中，至少一个缆线通道(22)通往被集成于所述焊接头中的所述传感器。
6.一种用于通过摩擦搅拌焊接而焊接二联合件的方法，其完全防止所述联合件被焊接残渣污染，具有以下方法特征：
c)在可以被集成于以心轴驱动(4)形式的任何机器中的焊接头中，所述心轴驱动(4)由具有组装凸缘(5)驱动单元(1)所驱动，以用于固定支持所述焊接过程的设备、以及用于接收具有用于引导焊接针(11)的焊接和平滑护套(10)的工具盖(9)的夹紧系统(8)，确保在焊接和平滑护套(10)中，集成设备(14)被提供用于压碎在所述焊接操作期间生成的所述磨损材料，
d)在所述焊接操作期间生成的所述磨损材料然后通过被安排于所述工具盖(9)的所述上部和/或下部区域中的流体(20、18)的流入信道以及出口信道(19)来移除。
7.根据权利要求6所述的方法，
其特征在于
在所述焊接过程中生成的所述磨损材料的所述压碎是通过切割刀片保持构件(16)和与其固定的切割刀片(17)来进行。
8.一种计算器程序，具有用于当在计算器上进行所述程序时实施根据权利要求6或7中所请求的所述方法步骤的程序代码。
9.一种机器可读介质，具有用于当在计算器上进行所述程序时进行根据权利要求6或7中所请求的所述方法的计算器程序的所述程序代码。
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