CN109414782A

CN109414782A - 固态挤出和结合方法

Info

Publication number: CN109414782A
Application number: CN201780029745.2A
Authority: CN
Inventors: 奥斯丁·吉隆; 乌尔夫·罗阿尔·阿肯斯; 托尔·贡纳·奥迪提加尔
Original assignee: HYBOND AS
Current assignee: HYBOND AS
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2019-03-01
Also published as: EP3455025A1; WO2017194792A1; EP3455024A1; EP3455026A1; WO2017194791A1; KR20190011255A; KR20190012182A; JP2019521854A; CA3023501A1; CN109311119A; CN109414783A; CA3023515A1; US20190193194A1; US20190283173A1; KR20190011254A; CA3023475A1; JP2019518611A; JP2019521853A; US20200324364A1; WO2017194793A1

Abstract

提供一种固态方法，其将挤出的金属材料焊道(4)结合到金属基板(6)的表面上。所述方法包括：使所述基板的所述表面变形；将挤出材料挤出以形成挤出物；将所述挤出物沉积到所述基板的所述表面上以在所述基板上形成材料焊道，所述材料焊道结合到所述基板。还提供一种衔接两个金属部件(30，31)的固态方法。所述方法包括：将金属挤出材料挤出以形成挤出物(32)；将挤出物沉积到所述两个部件之间，使得所述挤出物接触每个所述部件以在所述部件之间形成初始接头；使所述初始接头的表面变形；以及将进一步的挤出物(38)沉积到所述两个部件之间的所述初始接头上。

Description

固态挤出和结合方法

技术领域

本发明涉及一种固态挤出和结合方法。特别地，本发明涉及一种固态金属处理方法，其中包括挤出金属并将其结合到金属基板。

背景技术

多种技术已知用于将两个部件衔接到一起。这些技术包括：熔焊(例如，激光焊接、电子束焊接、金属惰性气体(MIG)焊接、或钨惰性气体(TIG)焊接)、摩擦焊接或已知为搅拌摩擦焊接(FSW)的变体、钎焊、铆接和粘接结合。不过，这些衔接方法存在各种问题，降低接头质量或者使衔接过程困难。

用于衔接部件的可替代的固态方法(例如如WO 03/043 775中所述)已知适合用于衔接用于结构应用的铝(或其它轻质金属)部件。这种方法涉及：从拟衔接的表面去除氧化物，然后立刻将填充材料挤出到拟衔接表面之间的间隙中以将两个表面相互结合。此方法可被称为复合式金属挤出和结合(HYB)过程。此方法基于填充/结合材料的挤出的原理，目的在于减少或消除现有技术方法的缺点，例如与FSW相关的过度加热和/或由于使用在熔接结合中常需要的保护气体而可在接头中形成的孔隙。

HYB过程背后的基本思路是：能够使用填充材料附加物来实现板(例如铝板)和型材的固态衔接，而不会如在传统熔焊和FSW中那样导致形成薄弱/软弱焊接区(其可已知为热影响区(HAZ))。

发明内容

已认识到，存在这种固态复合式金属挤出和结合过程的可替代应用。

所述方法可通过一种被布置以执行所述方法的挤出和结合工具执行。

本发明可提供一种固态方法，将挤出金属材料焊道(bead)/层结合到金属基板的表面上，该方法包括：使所述基板的所述表面变形；将挤出材料挤出以形成挤出物；以及将所述挤出物沉积到所述基板的所述表面上以在所述基板上形成材料焊道/层(其结合到所述基板)。

已经认识到：复合式金属挤出和结合过程可用于沉积和结合挤出材料焊道(即，层/条)到基板表面上，而非仅用于使用挤出物将两个部件衔接到一起。

因此，所述方法可以是在基板表面上形成附加层的方法。

挤出的材料焊道/层可仅结合于其已被挤出到的基板，即，挤出物不用作两个部件之间的接头中的填充材料，而是附加层，其挤出和结合到部件表面上。挤出的焊道可随后衔接到其它挤出的材料。因此，当挤出物沉积时，其可仅结合于其已被挤出到的基板。

因此，挤出物的挤出和结合可不用于将基板结合到第二基板的目的，而是，仅将这样的附加材料沉积到基板上。

例如，如果基板是板，则所述方法可包括：将挤出的挤出材料沉积和结合到所述板的顶部平坦表面上。

所述方法可被称为板上堆焊(bead-on-plate)沉积。

基板可为板，挤出的焊道可结合于顶部平坦表面(即，在挤出材料沉积过程中，所述板的表面面向挤出工具)。换言之，挤出的焊道不沉积到两个部件之间的间隙或缝隙中。

挤出的材料焊道可以是基板表面上的挤出材料的线(例如，纵材焊道)。

基板的变形表面可为基板的一区域(即，并非整个基板表面)。基板表面的变形区域与接触基板的挤出焊道区域相比可具有相等或更大的尺寸。

使基板表面变形的步骤可在挤出物沉积到基板表面上之前进行。挤出物可沉积到基板的变形表面上。基板表面可通过将挤出材料挤出的相同工具而变形。

挤出材料可在被沉积到基板上之前或在与基板接触之前被挤出在工具内。基板可在挤出物沉积到基板上之前或在挤出物与基板接触之前已通过所述工具塑性变形。

挤出材料当其被挤出时可为固态。挤出材料可在挤出腔内和/或在其从挤出腔被按压通过模具时塑性变形(即，塑化)。这样，所述方法可涉及：当挤出材料被挤出时使其塑性变形。这可因而引起挤出材料的表面(例如表面氧化物)的变形。这可因而引起挤出物表面层的去除/弥散/变形。这可有助于促进挤出物与变形基板之间的金属性结合。

基板表面可通过挤出物沉积而变形。换言之，基板的变形和挤出物在表面上的沉积可同时进行。例如，挤出物可被按压到基板表面上而使基板表面变形。不过，在有些情况下，挤出材料可能在其被按压抵靠基板之前已经塑性变形。

挤出材料和基板可均由金属制成。挤出材料和基板可在被处理时为固态。挤出材料和基板在挤出和结合处理过程中可以不熔化。例如，挤出材料可以在固态下被挤出，挤出材料可在挤出腔内变形和/或塑化。

挤出材料和/或基板可由能够塑性变形和/或能够以其固态加工的金属制成。挤出材料和/或基板可由铝制成。

基板材料和挤出材料可为不同的材料。这可以使所述方法包括：通过不同材料对基板进行覆盖/涂覆/镀。例如，基板可为钢制，挤出材料可为铝制，使得所述方法涉及将铝沉积到钢上。

所述方法还可包括：使基板表面上的材料焊道(可被称为第一挤出物焊道)的表面变形；将挤出物沉积到在基板上的材料焊道(第一挤出物焊道)的表面上以形成结合到在基板上的上述材料焊道的材料焊道(第二挤出物焊道)。

在此情况下，挤出的焊道被挤出到和结合到已结合于基板表面的挤出的焊道，即，第二挤出物焊道被挤出到和结合到第一挤出物焊道。这可称为固态挤出和结合的附加层制造(或附加层制造、附加制造、或三维打印)。

这样，在另一方面，本发明可提供一种固态挤出和结合的附加层制造方法，该方法包括：使第一金属材料焊道的表面变形；将金属挤出物沉积到第一材料焊道的表面上以在第一金属材料焊道上形成并结合第二金属材料焊道。

第一焊道可为已被挤出和结合到基板的焊道。这可作为相同操作的一部分和/或通过相同工具已被挤出和结合。

所述方法还可包括：将第一焊道挤出和结合到基板上。第一焊道可在第二焊道结合到第一焊道之前被挤出和结合到基板。

因此，在另一方面，本发明可提供一种挤出和结合的附加层制造方法，所述方法包括：使基板表面变形；将挤出材料挤出以形成挤出物；将挤出物沉积到基板表面上，以在基板上形成第一材料焊道/层(其结合到基板)；使基板表面上的第一材料焊道/层的表面变形；将挤出物沉积到在基板上的第一材料焊道/层的表面上，以在基板上的第一材料焊道/层上形成第二材料焊道/层。

因此，本发明可包括：使一系列挤出焊道相互上下堆叠结合。

所述方法可包括：使结合到第一材料焊道的第二材料焊道的表面变形；将挤出物沉积到第二材料焊道的表面上以在第二材料焊道上形成第三材料焊道。

这可重复进行以挤出和结合第四、第五、第六等等焊道到先前挤出和结合的焊道上。

因此，所述方法可以包括：使最上的材料焊道的表面变形；将挤出物沉积到基板上的先前最上的材料焊道的表面上，以在基板上的先前最上的材料焊道上形成另一(新的最上的)材料焊道。

结合到先前最上的焊道的新的挤出的焊道可具有与先前最上的焊道相等的或更小的宽度。例如，第二挤出焊道可具有与结合到基板上的第一挤出焊道相等的或更窄的宽度。

这使得先前的焊道(正在其上沉积新的焊道)提供适合的支撑和结合表面，可供新的挤出的焊道结合在其上。

挤出材料可沉积到基板的变形(先于沉积进行或由于沉积所致)的区域上。

使基板表面变形可包括：使基板表面的第一区域变形。基板上的材料焊道可被称为基板上的第一材料焊道，其沉积到基板表面的第一区域上。在此情况下，所述方法可包括：使基板表面的第二区域变形；将挤出物沉积到基板表面第二区域上以在基板上形成结合到基板的第二材料焊道。

同样地，基板的变形可发生在挤出材料沉积之前，或者其可由于挤出材料沉积所致，即，先于或同时于沉积。不过，固态挤出金属的变形可在其接触基板之前在工具内发生。

因此，在另一方面，本发明可提供一种将挤出的金属材料焊道结合到金属基板的表面上的固态方法，所述方法包括：使基板的表面的第一区域变形；将挤出材料挤出以形成挤出物；将挤出物沉积到基板表面上以在基板表面的第一区域上形成第一材料焊道，第一材料焊道结合到基板；使基板表面的第二区域变形；将挤出物沉积到基板表面的第二区域上，以在基板上形成第二材料焊道，第二材料焊道结合到基板。

第二区域可与基板的表面的第一区域分开，使得第二材料焊道与第一材料焊道分开。

可替代地，第一和第二区域可相互不分开。在此情况下，沉积的焊道可相互接触。

第一和第二材料焊道可相互分开以在它们之间形成通道。在此情况下，所述方法可包括：使通道的表面变形；将挤出物沉积到通道中以在基板上形成第三材料焊道，第三材料焊道结合到基板以及第一和第二材料焊道。

使通道表面变形、将挤出物沉积到通道中以在基板上形成第三材料焊道(其结合到基板以及第一和第二材料焊道)的步骤可等同于使用挤出和结合技术在第一和第二挤出材料焊道之间形成对接头。

因此，所述方法可被认为是表面沉积和对接的组合，以在基板表面上形成挤出的板。

第一、第二、第三焊道可一起在基板上形成板。这样，所述方法可被称为平板堆焊技术。

将分开的材料层沉积到基板上的过程可重复多于两次以形成一系列通道。所述一系列通道可均被变形并使挤出物被挤出在其中以在基板上形成平面板。平面板可覆盖全部、或大致全部的基板表面。

基板材料和挤出材料可为不同的材料，即，不同的金属。这可使所述方法包括：通过不同材料对基板进行覆盖/涂覆/镀。例如，基板可为钢制，挤出材料可为铝制，使得所述方法涉及在钢上镀铝。

在另一方面，本发明可提供一种衔接两个部件的方法，所述方法包括：将挤出材料挤出以形成挤出物；将挤出物沉积到两个部件之间，使得挤出物接触每个部件以在部件之间形成初始接头；使初始接头的表面变形；将进一步的挤出物沉积到两个部件之间的初始接头上。

因此，所述方法可包括：将第一材料焊道沉积到两部件之间以形成初始接头。使沉积的第一材料焊道(即，第一接头)塑性变形并将第二焊道沉积到变形的初始接头上，从而使得第一焊道和第二焊道可相互金属性地结合。这可用于在两个部件之间形成多道(multi-pass)接头。

所述方法可包括：使拟衔接的部件中的至少一个或每一个的表面变形。

第一焊道可结合到第一和/或第二部件。

进一步的挤出物可在初始接头上形成第一焊道。第一焊道可以在其自身与两个部件中的一个之间形成第一通道和/或在其自身与两个部件中的另一个之间形成第二通道。所述方法可包括：使第一通道的表面变形；使挤出物沉积在通道中以形成第二焊道(其结合到初始接头、所述部件中的一个、和挤出物的第一焊道)。

如果形成有第二通道，则所述方法可包括：使第二通道的表面变形；使挤出物沉积在通道中以形成第三焊道(其结合到初始接头、所述部件中的另一个、和挤出物的第一焊道)。

所述初始接头和所述第一、第二、第三(若存在)焊道可一起在所述两个部件之间形成接头。

所述第一、第二、第三(若存在)焊道可一起在初始接头(可被称为第一层)上形成第二层。

这样的接头可被称为多道接头。

这样的多道接头可用于衔接不能通过单道有效衔接的厚部件。

初始接头可为两个部件之间的对接头或角接头(取决于几何形状)。

第一焊道可为形成在初始接头上的附加层。

第二和/或第三焊道可以是在第一焊道与所述部件之一之间的有效对接头。

这样，多道衔接方法可被认为包括角接头和/或对接头和附加层。

所述部件可被称为基板。所述部件/基板可为板。

多道接头可包括多于两个的层，例如，进一步的挤出物(即，第四焊道)可被挤出和结合到第一、第二和/或第三焊道。

这种进一步的挤出物可通过进一步的焊道(其例如可为通过沉积到表面上和/或对接和/或角接而形成的焊道)结合到所述部件的衔接表面以在接头的第二层上形成第三层。

所述两个部件可相对于彼此定位以在拟衔接各部件的表面之间形成间隙。

因此，所述方法可包括：定位两个基板(例如部件，如板)，使得拟衔接的基板的面相互面对并分开一段距离以在它们之间形成间隙。

拟衔接的部件中的每一个的表面可相对于彼此成角度。这样，间隙沿进入接头的方向可具有变化的宽度。例如，间隙可在接头底部处(其中形成初始接头)最小，且在间隙最上表面处(其中可使用多道以在两个部件之间形成层)最大。例如，间隙(在截面中)可为V形。初始接头可以形成在V形间隙的顶点/最窄部分中。

在另一方面，本发明可提供一种衔接两个金属部件的固态方法，所述方法包括：将金属挤出材料挤出以形成挤出物；将挤出物从第一方向沉积到两部件之间以在各部件之间形成第一接头；并将进一步的挤出物从第二方向沉积到两部件之间以在各部件之间形成第二接头。

这可被称为双侧接头。

两个部件可实际上通过以下方式衔接：挤出物结合到每个部件的表面。

第一方向可相反于或大致相反于第二方向。

所述方法可包括：形成第一接头，然后形成第二接头，即，各个接头依次形成。

相同的工具可用于形成每个接头。例如，工具可形成第一接头并然后用于形成第二接头。

所述方向可相对于两个部件而言。执行挤出和结合的工具可以移动以改变相对于板的挤出物沉积方向。可替代地，执行挤出和结合的工具可以静止，而两个部件移动(例如翻转)以改变相对于两个部件的挤出物沉积方向。

所述方法可包括：使拟衔接的部件中的每个的表面(的至少一部分)变形。这可从每个方向进行。

当从第二方向执行变形时(即，在已形成第一接头之后)，所述方法可包括：除了拟衔接的部件中的一个或多个以外，还使初始接头的下侧部分变形。

第一接头可通过使挤出物从两个部件的第一表面沉积而形成，和/或，第二接头可通过使挤出物从两个部件的第二表面沉积而形成。

第一接头和第二接头可在部件的相对表面之间(例如中心)相遇。这样，第一接头和第二接头可一起形成双侧接头。

两个部件可相对于彼此定位以在拟衔接的部件中的每个的表面之间形成间隙。

拟衔接的各部件中的每个的表面可相互平行或大致平行。

拟衔接的部件中的每个的表面可相对于彼此成角度。这样，间隙沿进入接头的方向可具有变化的宽度。例如，间隙可在接头中心(其中形成初始接头)处最小或朝向接头中心并在间隙的最上表面处最大。例如，间隙(在截面中)可为两个V的形状，其中各V的顶点/最窄部分在两个板之间的间隙的中心处相遇或朝向间隙中心。第一接头可形成在V形中的一个的顶点/最窄部分中。第二接头可形成在V形中的另一个的顶点/最窄部分中。

在双侧接头的情况下，每一侧上的接头可为如前所述的多道接头。多道接头可从一侧形成，多道接头可从另一侧形成。

这当拟衔接极厚板时可以特别有用。

可替代地，每一侧上的接头可为单道接头。例如，每一侧上的接头可为单道的对接头。

双侧接头(无论每个接头是单道接头或是多道接头)可用于协助在接头的每一侧上获取所需的(例如平滑的)精修。这样，即使当衔接相对较薄部件时，也可执行双侧接头(即，这种技术不必仅当衔接厚部件时执行)。

本发明可提供一种挤出和结合工具，适于执行一种或多种前述方法。挤出和结合工具可用于将挤出材料挤出和将挤出材料结合到基板。工具可被布置为将挤出材料挤出并将其沉积到基板上而使挤出的挤出材料结合到基板。换言之，结合和挤出工具可为执行复合式金属挤出和结合(HYB)过程的工具。

本发明可提供一种使用挤出和结合工具执行一种或多种前述方法的方法。

当所述方法是用于衔接两个部件的方法时，所述工具可沿两个部件之间的间隙移动而使得：通过使各表面变形且然后均结合到挤出的挤出材料，连续的接头形成在各部件之间。

对于每个方面而言，使表面变形的步骤可包括：使金属基板塑性变形和/或从基板去除表面层，例如表面氧化物。这由于氧化物弥散和/或剪切变形而可以促使金属挤出材料与基板之间的金属性结合。

在所述方法过程中，工具部分(例如旋转心轴)可能无法完全浸没在基板中(即，未在其整个周边上被包围)，而是，仅心轴的边缘部分可用于使基板表面变形。这样，所述方法可以不是搅拌摩擦焊接方法，其中变形部件浸没在基板中并通过块部件的接近拟衔接表面的部分移动。替代性地，本发明可涉及一种方法，其仅使用心轴的一部分来变形/去除基板的表面层以利于结合。

而且与搅拌摩擦焊接不同的是，在所述方法包括将两个部件衔接到一起的情况下，两个部件之间可存在间隙。进一步地，挤出材料可在其接触基板之前在工具内塑化，而不是如涉及填充材料的搅拌摩擦焊接中那样通过与基板接触而塑化。

旋转的心轴(若存在)的旋转速度可为100至900rpm、200至600rpm、300至500rpm或约400rpm。精确速度可取决于多种因素，例如工具行进速度或材料性能。

一个或多个这些特征(且可选地所述工具和方法的其它特征)可意味着：通过本方法的被衔接材料的温度可保持在比搅拌摩擦焊接更低的温度下(使得衔接质量可改善)。而且，在所述方法过程中由工具和/或旋转心轴施加的力可以更小。

变形步骤可在挤出物沉积到基板表面上之前进行。挤出物可沉积到基板的变形表面上。基板表面可通过将挤出材料挤出的相同工具变形。例如，工具可具有用于将材料挤出和使表面变形的一部分(例如旋转心轴)。心轴可因而具有双重功能：使挤出物挤出，和使基板变形。这两个步骤可同时发生。

心轴的旋转可引起基板和挤出材料上的表面层的弥散或变形。

可替代地，供挤出物沉积的表面可通过挤出物的沉积而变形。换言之，基板的变形和挤出物在表面上的沉积可以同时进行。例如，挤出物可被按压到基板表面上而使得基板表面变形。

挤出物可被挤出到表面上而使其结合到其被挤出的表面。

基板/部件可为轻质金属，例如铝(包括铝合金)。基板/部件可为相同材料。如果基板/部件是铝，则它们可具有相同或不同的铝等级。

基板/部件可为非轻质金属，例如钢。

当所述方法是将两个基板衔接到一起的方法时，两个基板可为相同的材料。基板/部件可具有彼此相同的组分。可替代地，两个基板可为不同的材料。例如，一个基板可为轻质金属(例如铝)，另一基板可为非轻质金属(例如钢)。

挤出材料可为填充材料，例如填充丝。

挤出材料可为铝(包括铝合金)。挤出材料可为与基板相同的材料(或者在衔接两个基板的情况下，与基板中的至少一种相同)。

可替代地，挤出材料可不同于基板的材料。

挤出材料在所述方法过程中可改变。

例如，在附加制造的情况下，更接近于基板的焊道可为一种材料，而更远离基板的焊道可为不同的材料。在多道衔接的情况下，初始接头可由第一材料形成，而随后的层可由不同材料形成。

在两个部件衔接到一起的情况下，挤出材料可为填充两个基板之间的间隙的填充材料。挤出材料可将两种材料衔接到一起。这可通过使挤出材料结合到两个基板而实现。

前述方法可在室温下执行。所述方法可包括：除了由所述过程本身产生的热量，例如挤出和/或摩擦(例如在挤出机与基板和/或挤出材料之间)，不使用任何加热装置或者将额外热量添加到环境。例如，在所述方法过程中，热量可从挤出腔经由模开口(由此执行挤出)传导到供挤出材料沉积的基板/部件。

可能理想的是，供应足够热量到基板以避免挤出材料在结合过程中的过度加工硬化，还理想的是，热量仅供应到挤出机头下的基板的有限体积。

热量可经由挤出物并通过与基板接触的工具的传导和机械加工而供应。

所述方法可以包括：在挤出和结合过程中冷却工具和/或基板。例如，所述方法可包括：在使用工具时冷却(例如水冷)工具、基板和/或挤出物。

冷却可以使用水冷却媒介执行。冷却媒介可使用非水的流体。例如，冷却媒介可为CO₂或氦。

冷却流体可例如针对工具和/或挤出材料被引导。在CO₂的情况下，流体可为冷却媒介内的液体，并然后刚好在其触碰到拟冷却部分(例如工具自身或者被结合材料)上之前、之时或之后转变为气体。

所述方法可为一种或多种以上方法的组合。所述方法可包括：将挤出材料挤出到两个基板(例如板或部件)之间以将两个基板衔接到一起，和/或，所述方法可包括：将挤出物沉积到基板的表面(例如板或部件的表面)上。

所述方法可包括以下中的一种或多种：对接两个部件、角接(其包含T接、拐角衔接和搭接)两个部件、多道衔接两个部件、将纵材焊道沉积到部件表面上、将层沉积到基板上、双侧衔接和/或附加层制造。

当所述方法包括多种不同的应用/技术时，不同工具可用于所述过程的不同阶段。可替代地，可使用单一工具。用于执行所述方法的单一工具可包括：可互换的部分，它们可根据待使用结合和挤出工具的应用而改换。

例如，工具可包括挤出机头，挤出机头可根据欲使用所述工具的应用而改换。因此，可提供多个挤出机头。每个挤出机头可用于不同的结合和挤出应用。

每个挤出机头可具有适用于待使用所述工具的应用的特定几何形状。

例如，可提供被设计用于对接的挤出机头、被设计用于角接的挤出机头、被设计用于板上堆焊沉积的挤出机头、和/或被设计用于附加层制造的挤出机头中的每个。

这样，工具可包括多个可互换的挤出机头，它们中的每个被设计用于不同应用。每个不同应用涉及将挤出材料挤出和将其结合到基板。

由于工具可用于多种不同应用(包括对接、角接、多道衔接、双侧衔接、板上堆焊沉积、和/或附加层制造)，因而工具可用于需要这些不同技术的组合的应用中。例如，工具可用于平板堆焊，其可通过将分立的焊道沉积到基板上然后将相邻的沉积的焊道对接到一起而实现。工具可用于多道衔接，其可包括角接，将焊道沉积到角接头上，将每一侧上的沉积的焊道对接到被衔接的基板。

所述方法可包括：在执行衔接和/或沉积技术的过程中改换工具的挤出机头。

工具可包括驱动机构，驱动机构可接合于所述或每个挤出机头。驱动机构和挤出机头可一起形成结合和挤出工具。

这样，在另一方面，本发明可提供一种多部件成套工具，用于结合和挤出工具，以执行固态复合式金属挤出和结合过程，其中，所述工具用于将金属挤出材料挤出并将挤出材料结合到金属基板，所述多部件成套工具包括：驱动机构、和多个挤出机头，其中每个挤出机头可由驱动机构驱动，其中驱动机构和，挤出机头中的一个一起形成结合和挤出工具。

本发明可提供被设计用于对接两个基板的挤出机头。这样的挤出机头可被称为对接挤出机头。

对接挤出机头可被设计以衔接两个基板。两个基板可具有彼此大致在相同平面中的顶表面，并可通过间隙彼此分离。基板可均具有上表面，所述上表面是在使用过程中面对工具主体的表面。基板均可具有衔接表面，所述衔接表面相互面对并结合两个基板之间的间隙。两个基板中的每个的上表面和衔接表面可相互成一角度，例如相互成45至90度。衔接表面可相互平行。

本发明可提供一种挤出机头，其被设计用于角接两个基板。这样的挤出机头可被称为角接挤出机头。

角接挤出机头可被设计以衔接相对于彼此成一角度延伸的两个基板。基板可均具有第一表面，第一表面是在使用过程中面对工具主体的表面。两个基板的第一表面可相互成一角度。基板均可具有衔接部分，衔接部分位于另一基板的近处/接近处。

角接挤出机头可包括支撑/密封表面，支撑/密封表面在使用时接触和密封于两个基板。密封表面可减少衔接过程中在基板表面上形成挤出材料毛刺(flash)。

密封表面可包括：在使用时密封于两个基板中的第一个的第一密封部分；在使用时密封于两个基板中的另一个(即，第二个)的第二密封部分。

本发明可提供一种被设计用于板上堆焊沉积的挤出机头。这样的挤出机头可被称为板上堆焊挤出机头。

板上堆焊挤出机头可被设计以将挤出物的焊道沉积到基板表面上。基板可具有沉积表面，沉积表面是在使用过程中面对工具主体的表面和供被挤出的挤出材料沉积的表面。

本发明可提供一种被设计用于附加层制造的挤出机头。这样的挤出机头可被称为附加层制造挤出机头。

附加层制造挤出机头可被设计以将挤出物的焊道沉积到已被沉积到基板上的焊道上。因此，供工具进行沉积的基板可为已通过工具沉积的焊道。

所述方法可包括：提供一种工具，其具有对接挤出机头、角接挤出机头、板上堆焊挤出机头、和/或附加层制造挤出机头中的一种或多种，例如两种或更多种。

将挤出的材料焊道结合到基板表面上的方法可包括：使用板上堆焊挤出机头。板上堆焊挤出机头可用于使基板表面变形；将挤出材料挤出以形成挤出物；将挤出物沉积到基板表面上以在基板上形成结合到基板的材料焊道。

挤出和结合的附加层制造方法可包括使用板上堆焊挤出机头和附加层制造挤出机头。板上堆焊挤出机头可用于在基板上形成初始焊道，附加层制造挤出机头可用于将一个或多个随后焊道相互上下地沉积到初始焊道上。例如，板上堆焊挤出机头可用于使基板表面变形；将挤出材料挤出以形成挤出物；将挤出物沉积到基板表面上以在基板上形成结合到基板的第一材料焊道。附加层制造挤出机头可用于使在基板表面上的第一材料焊道的表面变形；将挤出物沉积到在基板上的第一材料焊道的表面上以在基板上的第一材料焊道上形成第二材料焊道。所述方法可包括：使用板上堆焊挤出机头挤出和沉积初始焊道；将工具的挤出机头改换为附加层制造挤出机头；然后使用附加层制造挤出机头将一个或多个焊道相互上下地沉积到初始焊道上。

将挤出的材料焊道结合到基板表面上的方法可包括：使用板上堆焊挤出机头将多个焊道沉积到基板上。板上堆焊挤出机头可具有一装置，例如在底表面上的凹部，其在使用时面对基板，可用于使每个焊道与相邻的已沉积的焊道分开一设定距离。所述凹部可被设计以容纳已通过工具沉积的焊道或焊道的至少一部分。这可允许焊道沉积成紧挨在一起，而工具不会撞击到相邻的焊道。

凹部可具有与已通过板上堆焊挤出机头沉积的焊道的相等或更大的高度。这使得焊道可容纳在通道内，而不会妨碍沉积另外的焊道。凹部在挤出机头上的位置可确定通过工具沉积的两个焊道之间的最小距离。

板上堆焊挤出机头可用于使基板表面的第一区域变形；将挤出材料挤出以形成挤出物；将挤出物沉积到基板表面上，以在基板表面的第一区域上形成结合到基板的第一材料焊道。板上堆焊挤出机头然后可移动到第二位置，第二位置可通过使第一焊道容纳在挤出机头壳体中的凹部中来确定。一旦移动，则板上堆焊挤出机头可然后用于使基板表面的第二区域变形；将挤出物沉积到基板表面的第二区域上，以在基板上形成结合到基板的第二材料焊道。相同的挤出机头可按相同方式使用多次以允许在部件上沉积多个等距分开的纵材焊道。凹部可用于设定相邻焊道之间的距离。

在部件表面上形成挤出的板的方法可包括：使用板上堆焊挤出机头将一系列分开的纵材焊道沉积到部件表面上(例如如前所述)，然后改换成对接挤出机头并在相邻纵材焊道之间的通道中执行有效的对接以对部件进行表面镀膜。

为了实现两个部件之间的多道接头，对接挤出机头或角接挤出机头(取决于拟衔接的两个部件之间的间隙的几何形状)可用于在两个部件之间形成初始接头(其可相应地为对接头或角接头)。工具的头可然后改换为板上堆焊挤出机头，工具可然后用于在初始接头上挤出和结合第一焊道。第一焊道可与两个部件中的每个分开并仅结合到下方的初始接头。工具的头可然后改换为对接挤出机头或角接挤出机头(取决于第一焊道和拟衔接的两个部件之间的间隙中的每个的几何形状)。工具可然后用于在初始焊道的每一侧上形成对接头和角接头以将初始焊道结合到部件。

如果多道接头具有附加层，则所述方法可包括：改换回板上堆焊挤出机头，将一个或多个焊道沉积到两个部件之间的间隙中，改换为对接头或角接头(根据几何形状所需)并使沉积的焊道衔接到部件和/或相互衔接。

附图说明

现在将仅示例性地参照附图描述本发明的特定的优选实施例，其中：

图1显示出板上堆焊沉积；

图2显示出板上堆焊沉积的另一视图；

图3显示出用于板上堆焊沉积的挤出机头；

图4显示出表面镀膜技术；

图5显示出用于对接的挤出机头；

图6显示出使用中的用于对接的挤出机头；

图7显示出附加层制造；

图8显示出附加层制造的另一视图；

图9显示出用于附加层制造的挤出机头；

图10显示出多道衔接的第一阶段；

图11显示出用于多道衔接的第一阶段的挤出机头；

图12显示出多道衔接的第二阶段；

图13显示出多道衔接的第二阶段的另一视图；

图14显示出用于多道衔接的第二阶段的挤出机头；

图15显示出多道衔接的第三阶段；

图16显示出用于多道衔接的第三阶段的挤出机头；

图17显示出完成的多道接头；

图18显示出双侧多道接头；

图19显示出复合式结合和挤出工具，其挤出机头连接到驱动机构。

具体实施方式

图1和2例示出一种板上堆焊沉积方法，这是一种将挤出的材料焊道4结合到基板6的表面上的方法。用于此方法的挤出机头8显示在图3中。在此方法中，板上堆焊挤出机头8用于将金属材料焊道4挤出和沉积到金属基板6上。所述方法包括：使基板6的表面变形。这可通过以下方式实现：使用挤出机头8的一部分(例如旋转心轴10)，在挤出物被沉积之处前方或者可替代地或另外地在正被沉积的挤出物的力可使基板6变形之处前方使基板6变形。所述方法还包括：将挤出材料挤出以形成挤出物，将挤出物沉积到基板6的表面上，以在基板6上形成材料焊道4，材料焊道4结合到基板6。

图3显示出用于板上堆焊沉积的挤出机头的局部截面。挤出材料可通过围绕旋转心轴10的挤出腔12被馈送，并被向后(与工具的行进方向相比)按压通过后向通道14以形成焊道4。当沉积多个焊道4时(如图1和2中所示)，板上堆焊挤出机头8可包括凹部16。凹部16的尺寸设置成容纳已经沉积的相邻的焊道4，并可用于使每个焊道4与相邻的焊道4分开设定的距离。

可能理想的是，将多个焊道4沉积到基板6上，使得表面镀膜技术可以执行，如图4中所示。一旦多个焊道4已经被沉积到基板6上，则对接挤出机头18可用于使挤出材料变形和挤出到各沉积焊道4之间的通道中以在相邻各焊道之间形成对接头5。一旦这对于每个通道重复进行，则挤出的板形成到和结合到基板6上。

图5显示出用于对接的挤出机头18，其可用于表面镀膜技术中以衔接相邻的沉积的焊道4。对接挤出机头18包括旋转心轴20，旋转心轴20具有心轴尖端21，在挤出材料被挤出到通道中之前接触通道的底部和侧部并使其变形。对接挤出机头18还包括密封突起22，密封突起22位于通道中，用于防止在工具前方的毛刺渗漏。

图6显示出正在使用以执行对接的对接挤出机头18的另一视图。

图7和8显示出正在使用以执行附加层制造的附加层制造挤出机头24。附加层制造挤出机头24显示在图9中。

在此技术中，挤出的焊道7沉积到已沉积的挤出的焊道4上。

这样，所述方法包括：使基板(其在图7和8中所示的示例中是已经根据结合图4所述方法沉积的平面板)的表面变形；将挤出材料挤出以形成挤出物；将挤出物沉积到基板表面上以在基板上形成第一材料焊道4，第一材料焊道4结合到基板。此第一步骤可与结合图1和2所述的板上堆焊沉积方法相同。

下一步，所述方法可包括：使基板表面上的第一材料焊道4的表面变形；将挤出物沉积到在基板上的第一材料焊道4的表面上，以在基板上的第一材料焊道4上形成第二材料焊道7。使沉积焊道表面变形和将挤出物沉积到焊道表面上的这种处理可重复进行，以形成彼此上下堆叠的各焊道7，如图7和8中所示。

附加层制造挤出机头24可在挤出通道28的任一侧上包括引导突起26。这些引导突起26可用于确保被沉积的焊道7正确沉积到已被沉积的材料焊道上。

图10、12、13和15显示出多道衔接技术。当单道不能在厚板30、31之间形成合适的接头时，这种技术可用于衔接两板30、31。

作为第一阶段(例如显示在图10中)，初始接头32形成在两个板30、31之间。考虑到在两个板30、31之间的间隙的V形几何形状，此初始接头是角接头。因此，这种初始接头32使用角接挤出机头34形成。

衔接两个厚部件30、31的方法包括：使拟衔接的部件30、31中的每个的表面变形。这可使用旋转心轴36实现，旋转心轴36具有渐缩尖端，其待被接纳在两个部件30、31之间的间隙中。挤出机头34然后用于将挤出材料挤出以形成挤出物并将挤出物沉积到两个部件之间而使其接触每个部件30、31的表面以在部件30、31之间形成初始接头32。

一旦初始接头32已形成，则焊道38可沉积到两个部件30、31之间的间隙中的初始接头32上。所述方法可包括：使初始接头32的表面变形，将进一步的挤出物沉积到两个部件30、31之间的初始接头32上以形成焊道38，如图12和13中所示。焊道38可通过板上堆焊挤出机头40被挤出和沉积。

焊道38可位于两个部件30、31之间的间隙的中心以在焊道38的任一侧上留出通道。

板上堆焊挤出机头40可特别被设计为具有成角度的侧部(例如参见图11和12)，以允许焊道38沉积到两个部件30、31之间的间隙中的初始接头32上。

一旦焊道38已被沉积，则对接挤出机头42可用于使挤出物变形和沉积到焊道38的两侧上形成的通道中。首先，一个通道被填充，然后另一个通道被填充。这用第二和第三焊道44填充通道，第二和第三焊道44中的每一个结合于第一焊道38、初始接头32、和所述部件中相应的一个部件(30或31)。

一旦第二和第三焊道44已被挤出和沉积到通道中，则形成完整的多道接头，如图17中所示。

在拟衔接厚部件30a、31a的情况下和/或当需要小心控制在每一侧上的衔接表面质量时，可形成双侧接头，其中第一接头46从两个部件的第一侧形成，而第二接头48从两个部件的相反的第二侧形成。

在拟衔接特别厚的部件30a、31a的情况下，每一侧上的接头可为通过结合图10至17所述方法形成的多道接头。

这样，衔接两个厚部件30a、31a的方法可包括：使拟衔接的部件30a、31a中每个的表面的至少一部分变形；将挤出材料挤出以形成挤出物；从第一方向将挤出物沉积到两个部件30a、31a之间而使其接触于已变形的所述部件中每一个的表面，以在各部件之间形成初始接头32；从第二方向将进一步的挤出物沉积到两个部件之间，以在部件30a、31a之间形成附加接头32。挤出物沉积方向可通过移动挤出工具和/或拟衔接的两个部件而改变。

图19显示出用于执行上述方法的工具50。工具50包括：驱动机构52和挤出机头18(为了清楚起见以灰色阴影显示)。虽然工具50显示具有对接挤出机头18，不过挤出机头可互换为任一前述挤出机头8、18、24、34、40和/或42。所述方法可包括：在正被执行的方法的各步骤之间改换挤出机头。例如，在表面镀膜方法的情况下，初始，板上堆焊挤出机头8可用于沉积多个等距分开的焊道4(它们之间具有通道)，然后对接挤出机头18可用于将相邻的焊道4对接到一起以形成平面板。

Claims

1.一种固态方法，其将挤出金属材料焊道结合到金属基板的表面上，所述方法包括：

使所述基板的所述表面的第一区域变形；

将挤出材料挤出以形成挤出物；

将所述挤出物沉积到所述基板的所述表面上以在所述基板上形成第一材料焊道，所述第一材料焊道被金属性地结合到所述基板；

使所述基板的所述表面的第二区域变形；

将挤出物沉积到所述基板的所述表面的所述第二区域上，以在所述基板上形成第二材料焊道，所述第二材料焊道结合到所述基板；其中所述第二区域与所述基板的所述表面的所述第一区域分开，使得所述第二材料焊道与所述第一材料焊道分开以在它们之间形成通道；

使所述通道的表面变形；以及

将挤出物沉积到所述通道中，以在所述基板上形成第三材料焊道，所述第三材料焊道结合到所述基板和所述第一和第二材料焊道。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述挤出物被沉积以形成所述第一材料焊道时，所述挤出物仅结合于其已被挤出到的所述基板。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述基板是板，且所述被挤出的焊道结合于所述板的平坦表面。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，使所述基板的所述表面变形的步骤先于所述挤出物沉积到所述基板的所述表面上而进行，使得所述挤出物沉积到所述基板的变形的表面上。

5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述第一、第二和第三焊道在所述基板的所述表面上形成挤出板。

6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，在所述基板上沉积分开的材料层的步骤重复多于两次，以形成一系列通道，并且其中，所述一系列通道均变形并使得挤出物被挤出在其中，以在所述基板上形成平面板。

7.一种固态挤出和结合的附加层制造方法，将挤出的金属材料焊道结合到金属基板的表面上，所述方法包括：

使所述基板的表面变形；

将挤出材料挤出以形成挤出物；以及

使在所述基板的所述表面上的所述第一材料焊道的表面变形；以及

将挤出物沉积到在所述基板上的所述第一材料焊道的表面上，以在所述基板上的所述第一材料焊道上形成第二材料焊道。

8.根据权利要求7所述的方法，包括：使结合到所述第一材料焊道的所述第二材料焊道的表面变形；以及将挤出物沉积到所述第二材料焊道的表面上以在所述第二材料焊道上形成第三材料焊道。

9.一种使用挤出和结合工具执行任一前述权利要求所述方法的方法。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法包括：改换所述工具的挤出机头。

11.一种固态方法，其衔接两个金属部件，所述方法包括：

将金属挤出材料挤出以形成挤出物；

将挤出物沉积到所述两个部件之间，使得所述挤出物接触每个所述部件以在所述部件之间形成初始接头；

使所述初始接头的表面变形；以及

将进一步的挤出物沉积到所述两个部件之间的所述初始接头上。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述进一步的挤出物形成所述初始接头上的第一焊道。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一焊道在其自身与所述两个部件中的一个之间形成第一通道，并在其自身与所述两个部件中的另一个之间形成第二通道。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方法包括：

使所述第一通道的表面变形；

使挤出物沉积在所述第一通道中以形成第二焊道，所述第二焊道结合到所述初始接头、所述部件中的一个、和挤出物的所述第一焊道；

使所述第二通道的表面变形；以及

将挤出物沉积在所述第二通道中以形成第三焊道，所述第三焊道结合到所述初始接头、所述部件中的另一个、和挤出物的所述第一焊道。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，

所述初始接头和所述第一、第二及第三焊道一起在所述两个部件之间形成多道接头。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，所述第一、第二及第三焊道一起在形成第一层的所述初始接头上形成第二层。

17.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述两个部件被布置以在它们之间具有V形间隙。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述初始接头形成在所述V形间隙的最窄部分中。

19.一种使用挤出和结合工具执行任一前述权利要求所述方法的方法。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述方法包括：改换所述工具的挤出机头。

21.根据权利要求11至20中任一项所述的方法，其中，所述初始接头使用角接挤出机头来形成。

22.根据权利要求11至21中任一项所述的方法，当引用权利要求12时，

其中，所述第一焊道使用板上堆焊挤出机头来形成。

23.根据权利要求11至22中任一项所述的方法，当引用权利要求14时，

其中，所述第二和第三焊道使用对接挤出机头来形成。

24.一种衔接两个部件的方法，所述方法包括：

从第一方向执行权利要求11至23中任一项所述的方法以在所述部件之间形成第一接头；以及

从第二方向重复权利要求11至23中任一项所述的方法以在所述部件之间形成第二接头。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，

所述第一接头和第二接头一起形成双侧接头。

26.一种挤出和结合工具，其被布置以执行任一前述权利要求所述的方法。