CN113226620A - 摩擦搅拌焊接中提高焊针速度及稳定性的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在摩擦搅拌焊接中用于提高焊针速度及稳定性的装置及方法，具有下面的装置特征：a)工具驱动器(1)具有保持法兰(2)，保持法兰(2)用于带有联管螺母(4)的锥形工具盖(3)；b)环状保持圈(12)围绕具有工具蹄片(7)的针柄(6)，该工具蹄片(7)被紧固到保持圈(12)的直径，其中工具蹄片(7)在针尖(10)的区域中具有平滑压实面(11)，用于平滑焊缝，其中针柄具有工具蹄片(7)的宽度；c)针尖(10)具有环状摩擦面(9)，该环状摩擦面(9)围绕螺杆输送器(8)，该螺杆输送器(8)用于来自该针尖(10)的材料传输的输出，该螺杆输送器(8)具有与针尖(10)的螺纹相反方向走向的螺纹。

Description

摩擦搅拌焊接中提高焊针速度及稳定性的装置及方法
技术领域
本申请涉及一种在摩擦搅拌焊接中用于提高焊针速度及稳定性的装置及方法。
背景技术
在摩擦搅拌焊接中，借助与同时平移地移动且被施加压力的旋转工具之间的摩擦，在待连接的材料的接合区域中产生摩擦热。该工具沿接合区域移动且搅拌正互相对接的待连接的材料的接缝内部的塑化材料，其中所施加的压力将塑化材料压在一起。在形成焊缝结束时，从连接区域抽出该工具，且由此生成的焊缝可立即承受负荷。
关于现有技术，请参考本申请人发明的DE 20 2018 001 178 U1。
DE 20 2018 001 178 U1针对一种在摩擦搅拌焊接操作期间用于避免焊接加工中断的装置，特别是用于避免摩擦针断裂的装置，该装置具有下面的特征：
a)至少三个带式传感器(8)，其在楔形工具圆顶(7)的纵向侧上，以互相成120度的角度取向，借助工具容纳锥部(28)和焊接蹄片(11)，工具圆顶(7)引导焊针(19)，并且传感器(8)被设计用于确定力、压力和行程，
b)工具容纳锥部(28)的下部区域中的锥部缩颈，该锥部缩颈用来容纳用于检测焊针(19)处的轴向力、转矩和弯矩的传感器(22)，
c)用于焊针(19)的压电垂直调节，
d)激光测量传感器(10)在该焊接蹄片(11)的区域中的安置，该焊接蹄片(11)的定向作用越过针尖(12)的贯通区域中的圆孔(27)，相对安置的空气载声传感器(3)，且提供焊接蹄片温度传感器，
e)传感器信号放大器(23)，其具有动转天线，用于接收、放大和传送所检测的所有测量值，静止天线(16)将这些测量值传送到机器控制器，
f)电感电源系统，其从移动二次绕组(24)和固定一次绕组(25)对测量系统供电。
然而，在摩擦搅拌焊接系统操作期间，摩擦针的断裂可缘于例如由于铸造材料的硬度的改变导致焊接组件内材料的局部变化而发生。
发明内容
因此，本发明不仅基于确保摩擦搅拌焊接系统经济营运的目的，而且还基于提高其焊接速度及摩擦工具的使用寿命的目的。
该目的由权利要求1中请求保护的装置的及权利要求5中请求保护的方法的特征实现。
权利要求1请求保护的装置：
一种在摩擦搅拌焊接中用于提高焊针速度及稳定性的装置，所述装置具有下面的特征：
工具驱动器(1)承载具有联管螺母(4)的锥形工具圆顶(3)的保持法兰(2)，
环状保持圈(12)围绕具有工具蹄片(7)的针柄(6)，该工具蹄片(7)被紧固到保持圈(12)的直径，其中工具蹄片(7)在针尖(10)的区域中具有平滑压实面(11)，用于平滑焊缝，其中该针柄具有工具蹄片(7)的宽度，及
针尖(10)具有环状摩擦面(9)，该环状摩擦面(9)围绕输送螺杆(8)，该输送螺杆(8)用于来自针尖(10)的材料传输的输出，该输送螺杆(8)的螺纹与针尖(10)的螺纹的走向相反，且其特征在于，在侧边提供提升装置(18)，可用于将滚动滚轮臂(17)旋入待接合零件(5)的邻接边缘(1)的区域内，而且其特征在于，平滑压实面(11)的半个半径(15)邻接针柄(6)，而且其特征在于，该输送螺杆(8)从该平滑压实面(11)开始。
权利要求5请求保护的方法：
一种在摩擦搅拌焊接中用于提高焊针速度及稳定性的方法，具有下面的特征：
工具驱动器(1)承载锥形工具圆顶(3)，其中在待接合零件(5)的对接边缘(19)的区域中提供滚动滚轮臂(17)的提升装置(18)，其中该工具蹄片(7)具有用于平滑焊缝的平滑压实面(11)，具有围绕输送螺杆(8)的环状摩擦面(9)，该输送螺杆(8)用于来自针尖(10)的材料传输的输出，该输送螺杆的螺纹与针尖(10)的螺纹的走向相反，而且其特征在于，该环状摩擦面(9)通过摩擦加热待接合零件(5)，且由此提高焊接操作的速度，其中在左侧和右侧上的微小毛刺增加，然而，借助滚动滚轮(16)使该微小毛刺变平滑，而且，在进行期间，优化该平滑压实面(11)的分离边缘(13)与针柄(6)的距离，以及一种具有程序代码的计算机程序，当在计算机上执行该程序时，该计算机程序用于实行所述方法步骤，以及一种具有计算机程序的程序代码的计算机可读载体，当在计算机上执行该程序时，该计算机程序用于实行请求保护的方法。
附图说明
下面更详细地描述根据本发明的装置和基本方法。
附图中，具体地说：
图1示出根据本发明的工具蹄片的侧视图；
图2示出焊接蹄片的底座的斜视图；
图3示出针柄的区域中的详图；
图4示出滚动滚轮的区域中的行走轨迹的平面图；
图5示出针柄的总图；
图6示出焊接操作的平面图。
具体实施方式
图1示出工具蹄片(7)的直接侧视图。借助工具驱动器(1)，从上面驱动用于锥形工具圆顶(3)的保持法兰(2)。工具蹄片(7)经由联管螺母(4)紧固到工具圆顶(3)上。径向螺杆也可用于此目的。
工具蹄片(7)被示出为其针柄(6)具有与要焊接的待接合零件(5)直接接合。
在左侧，紧固到工具圆顶(3)的保持法兰(2)的是用于滚动滚轮臂(17)(或相应的滚珠)的提升装置(18)，滚动滚轮臂(17)对平行地行进的两个滚动滚轮(16)提供引导，在侧视图中可看到其中一个(18)被紧固。提升装置由压电器件调节，其中必须无关于实际加工力的调节来调节滚轮的高度或接触压力。以这种方式，滚动滚轮的压力可适应所生成的毛刺，因为由于滚轮压过加热区(15)内的待接合零件，过高的压力会将滚轮的痕迹压入待接合零件内(见图6)。
图2示出焊接蹄片的底座的斜视图。
由焊接蹄片的环状保持圈(12)引导的针柄(6)通过其平滑压实面(11)承载工具蹄片(7)。
针柄(6)伸向针尖(10)，针柄(6)在到达针尖(10)之前同样承载输送螺杆(8)，输送螺杆(8)具有逆时针螺纹且将排放材料连续输送到加工区内，其中输送螺杆(8)在下部区域被处于平滑压实面(11)水平的圈形环状摩擦面(9)包围，该圈形环状摩擦面用来加热待接合的一或多个零件(5)。在此亦可将其称为第二及/或旋转保持肩。缘于通过输送螺杆(8)向下输送排放材料，向上密封针蹄片半径(14)与针柄(6)之间的环状间隙。排放材料是在焊接加工期间从待接合零件(5)脱离的且沉积于针(6)上的磨损材料的术语。
图3示出针柄的区域中的详图。
在此，可看到针尖(10)，其完全沉入待接合零件(5)内，其中常以1.5至5度的角度倾斜地撞击待接合零件(5)的工具蹄片(7)中的平滑压实面(11)将其平滑压实作用施加于待接合零件(5)上，且在操作中，可看到针柄(6)中用于传输磨损材料的输送螺杆(8)及用于加热待接合零件的环状摩擦面(9)。
从图2知晓保持圈(12)，保持圈(12)在机器再现中以虚线绘制。
在截面中看到具有滚动滚轮(16)的滚动滚轮臂(17)(从图1知晓)位于工具蹄片(7)的左侧，与联管螺母(4)类似，其中在滚动滚轮(16)的轨迹中用编号(20)概述毛刺及凹凸还有焊缝边缘。
蹄片上的小滑动面(11)导致的优点是工具的低接触压力及较快的焊接速度。接触压力为该工具所特有，且因此是固定的。因为小接触面，所以接触压力相当大，但这意味着在给定机械力下，能够较快地进行焊接。的确，因此产生微小的毛刺，然而，滚动滚轮稍许使微小毛刺变平滑(沿焊接蹄片的侧面，在焊缝与基体材料之间的平移区域中)。
图4示出待接合的两个零件(5)上方的滚动滚轮(16)的区域中的行走轨迹的平面图。
从左侧的顶部可以看到两部分式滚动滚轮臂(17)和焊缝边缘(20)以及缝面(21)，其中可看到平滑面(11)及其半径(14)，其涵盖针柄。
图5示出针柄的总图。
在中间垂直地例示针柄(6)，其使得工具蹄片(7)、环状摩擦面(9)及输送螺杆(8)可见，以虚线以隐蔽方式例示工具蹄片(7)，工具蹄片(7)及其平滑压实面(11)安装于下部区域中。针尖(10)同样可见。
此构造带来较快的焊接速度及较长的工具使用寿命。尤其是，由于利用输送螺杆(8)降低工具的自发热，所以降低了内部摩擦。
图6示出焊接操作的平面图。
曲线(15)示出实际焊接操作的加热区，其中图6的虚线中心线(19)指出要焊接的待接合零件(5)的对接边缘。
两个滚动滚轮(16)平滑化凹凸及/或焊缝边缘(20)。
焊接蹄片(7)自顶部的边界线由(7)表示。
平滑面(11)及其分离边缘(13)环绕被称为摩擦面且用于对待接合零件加热的表面(9)的一半。
可将针柄(6)及其针尖(10)看作焊接操作的中心。具有综合调节选项的焊接加工的控制需要专用计算机程序。
附图标记列表
1 工具驱动器
2 工具圆顶(锥部)的保持法兰
3 工具圆顶(锥部)
4 工具蹄片的联管螺母
5 一或多个待接合零件
6 针柄
7 工具蹄片
8 用于传输磨损材料的输送螺杆(还被称为毛刺螺杆)
9 用于加热待接合零件的环状摩擦面
10 针尖
11 平滑压实面
12 焊接蹄片的保持圈
13 分离边缘
14 针蹄片半径
15 热分布曲线
16 滚动滚轮(或滚珠)
17 滚动滚轮臂
18 用于滚动滚轮臂的提升装置
19 待接合零件的对接边缘
20 毛刺、凹凸、焊缝边缘
21 焊缝、缝面。

Claims (9)

1.一种在摩擦搅拌焊接中用于提高焊针速度及稳定性的装置，所述装置具有下面的特征：
a)工具驱动器(1)承载具有联管螺母(4)的锥形工具圆顶(3)的保持法兰(2)，
b)环状保持圈(12)围绕具有工具蹄片(7)的针柄(6)，所述工具蹄片(7)被紧固到所述保持圈(12)的直径，其中所述工具蹄片(7)在针尖(10)的区域中具有平滑压实面(11)，用于平滑焊缝，其中所述针柄具有所述工具蹄片(7)的宽度，
c)所述针尖(10)具有环状摩擦面(9)，所述环状摩擦面(9)围绕输送螺杆(8)，所述输送螺杆(8)用于来自所述针尖(10)的材料传输的输出，所述输送螺杆(8)的螺纹与所述针尖(10)的螺纹的走向相反。
2.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，
在侧边提供提升装置(18)，可用于将滚动滚轮臂(17)旋入待接合零件(5)的对接边缘(1)的区域内。
3.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，
所述平滑压实面(11)的半个半径(15)邻接所述针柄(6)。
4.根据权利要求1和2中的任何一项所述的装置，
其特征在于，
所述输送螺杆(8)从所述平滑压实面(11)开始。
5.一种在摩擦搅拌焊接中用于提高焊针速度及稳定性的方法，具有下面的特征：
工具驱动器(1)承载锥形工具圆顶(3)，其中在待接合零件(5)的对接边缘(19)的区域中提供滚动滚轮臂(17)的提升装置(18)，其中所述工具蹄片(7)具有用于平滑所述焊缝的平滑压实面(11)，具有围绕输送螺杆(8)的环状摩擦面(9)，所述输送螺杆(8)用于来自所述针尖(10)的材料传输的输出，所述输送螺杆的螺纹与所述针尖(10)的螺纹的走向相反。
6.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于，
所述环状摩擦面(9)通过摩擦加热所述待接合零件(5)，且由此提高所述焊接操作的速度，其中在左侧和右侧上的微小毛刺增加，然而，借助所述滚动滚轮(16)使所述微小毛刺变平滑。
7.根据权利要求5所述的装置，
其特征在于，
在进行期间，优化所述平滑压实面(11)的分离边缘(13)与所述针柄(6)的距离。
8.一种具有程序代码的计算机程序，当在计算机上执行所述程序时，所述计算机程序用于实行权利要求5至7中任一项所述的方法。
9.一种具有计算机程序的程序代码的计算机可读载体，当在计算机上执行所述程序时，所述计算机程序用于实行权利要求5至7中任一项所述的方法。
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