CN115138959B - 焊接结构以及摩擦搅拌焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接结构以及摩擦搅拌焊接装置。焊接结构包括：第一工件(11)；第二工件(12)；结合部(28)，所述结合部借助所述第一工件和所述第二工件的塑性移位材料形成在所述第一工件和所述第二工件之间；以及挂钩部分(29)，所述挂钩部分具有嵌入所述第二工件中的基端以及延伸到所述第一工件中的末端，所述挂钩部分沿所述结合部的外周径向向外并向上延伸。用于形成这种结构的装置包括夹紧环(18)，所述夹紧环在其接触表面(24)的位于通孔(19)周围的部分中设置有中央凹部(25)。

Description

焊接结构以及摩擦搅拌焊接装置

技术领域

本发明涉及一种焊接结构以及一种摩擦搅拌焊接装置，在该焊接结构中多个工件借助摩擦搅拌焊接彼此连结。

背景技术

摩擦搅拌焊接在本领域中是已知方法，在这种方法中，旋转工具压靠一对相互重叠的构件，使得与旋转工具相邻的构件的材料借助摩擦热被塑性地搅拌并移位，并在构件之间产生结合部。也能够同时连结三个或更多个构件。这种方法可以作为用于在单个点处连结构件的点焊或者用于沿着线连结构件的线焊来实施。在前一种情况下，在每个点处进行点焊时，旋转工具在单个点处保持静止。在后一种情况下，旋转工具沿线相对于待连结的构件移动。

在摩擦搅拌焊接中，两个构件的材料塑性移位并被搅拌，并且两个构件经由结合部(搅拌部)彼此连结，在该结合部处两个构件的塑性搅拌材料彼此结合。

然而，如JP2013-086175A中所讨论的，构件中的一个的材料沿着搅拌部的外周被拉动，这被称为“挂钩”。图13示出了彼此摩擦搅拌焊接的下部构件2和上部构件1。在旋转探针已经搅拌两个构件1和2的材料的区域中产生结合部3，但下部构件2的一部分材料沿着结合部3的外周延伸，以形成挂钩部分5。众所周知，挂钩部分5降低了结合部3的结合强度。

为了解决这个问题，JP2013-086175A提出使用具有规定几何形状的截头圆锥形探针。然而，这种技术要求探针具有特殊的形状，而且这种形状必须根据待连结的上部构件的厚度来调节。因此，这种方法需要增加努力和费用来实现期望的目标。

发明内容

鉴于现有技术的这种问题，本发明的主要目的是提供一种焊接结构，在该焊接结构中多个工件借助摩擦搅拌焊接以有利的方式彼此连结，以及提供一种摩擦搅拌焊接装置，所述摩擦搅拌焊接装置能够以简单且经济的方式生产这种焊接结构。

为了实现这样的目的，本发明提供了一种焊接结构，所述焊接结构包括：第一工件11；第二工件2，所述第一工件以叠置关系放置在所述第二工件上；结合部28，所述结合部借助所述第一工件和所述第二工件的塑性移位材料形成在所述第一工件和所述第二工件之间；以及挂钩部分29，所述挂钩部分具有嵌入所述第二工件中的基端以及延伸到所述第一工件中的末端，所述挂钩部分沿所述结合部的外周径向向外并远离所述第二工件延伸，并且所述末端比所述基端径向上更向外突出。因此，挂钩部分的外周表面径向向外倾斜。结果，挂钩部分能够提供有利的锚定作用，该锚定作用将第一工件机械地固定到第二工件，并阻止两个工件彼此剥离。

优选地，所述第二工件由比所述第一工件的材料更硬的材料制成。因此，挂钩部分能够为第一工件和第二工件之间的剥离提供特别强的阻力。

优选地，所述挂钩部分的外周表面是弯曲的，以便在其径向外侧呈现凹形表面。

因此，可以进一步改善挂钩部分的锚定作用。

优选地，所述结合部包括管状突起27，该管状突起在所述结合部的外周部中从所述第一工件远离所述第二工件突出。挂钩部分突出到第一工件中，但由于管状突起设置在挂钩部分的末端附近，因此可以充分保证在挂钩部分的末端和第一工件的背离第二工件的表面之间测得的第一工件的有效厚度。因此，可以提高第一工件和第二工件之间连结的机械强度。

优选地，所述挂钩部分的所述末端终止于所述第一工件，而没有到达所述管状突起。因此，防止第一工件的有效厚度减小，使得挂钩部分能够为第一工件和第二工件之间的剥离提供特别强的阻力。

优选地，所述管状突起的外周位于所述挂钩部分的所述末端的径向外侧。因此，管状突起的增强能力可以最大化。

优选地，所述结合部大致是环形形状的，并在中央限定有圆柱形凹部20，所述圆柱形凹部的底端到达超过所述第一工件和所述第二工件之间的界面的点。管状突起的材料可以从工件的材料中获得，这些材料在搅拌焊接过程期间从圆柱形凹部移位，使得可以在不需要引入任何外来材料的情况下产生结合结构。

本发明还提供了一种用于连结呈相互叠置关系的多个工件的搅拌焊接装置，所述搅拌焊接装置包括：探针18，所述探针具有圆柱形形状并能够绕其中心轴线旋转；夹紧环15，所述夹紧环具有用于将所述探针接收在其中的通孔19以及被构造成抵靠所述工件中的一个工件的表面的接触表面；以及和驱动单元D，所述驱动单元用于旋转地驱动所述探针并将所述探针进给到所述工件中，其中，所述夹紧环在其所述接触表面24的位于所述通孔周围的部分中设置有中央凹部25。

来自探针的压力主要从另一个工件的材料中产生挂钩部分，并使该挂钩部分卡在一个工件中。由于挂钩部分的锚定作用，两个工件可以牢固地彼此连结。此外，被塑性地移入中央凹部中的工件的材料形成管状突起，在产生管状突起期间提供的压力使挂钩部分径向向外弯曲，从而可以进一步提高挂钩部分的锚定作用。

优选地，所述夹紧环设置有从所述中央凹部的底端轴向突出的内管状部分22。

该内管状部分使挂钩部分进一步径向向外弯曲，以改善其锚定作用。

优选地，所述内管状部分具有突出超过所述接触表面的自由端。

这种构造还有助于挂钩部分的径向向外的弯曲。此外，即使在第一工件的厚度大时，挂钩部分的径向向外位移也可以从将探针进给到第一工件和第二工件中的早期阶段开始。

替代地，所述内管状部分具有突出未达到所述接触表面的自由端。

因此，当探针被进给到工件中时，探针上的负荷减小。

优选地，所述夹紧环设置有在其所述接触表面中绕所述中央凹部形成的环形凹部31。

该环形凹部防止旋转探针产生的摩擦热在径向向外方向上的耗散。

优选地，所述内管状部分沿其周向方向连续延伸，并具有恒定的径向宽度。因此，可以使摩擦搅拌焊接期间夹紧环上的负荷最小。

优选地，所述内管状部分沿其周向方向连续延伸，并具有变化的径向宽度。因此，可以有利地控制塑化材料的流动。

替代地，所述内管状部分在其自由端中具有沿其所述周向方向布置的凹口或断裂。

因此，可以有利地控制塑化材料的流动。

优选地，所述中央凹部具有平坦的底端、远离所述工件朝向所述中心轴线倾斜的底端或朝向所述工件朝向所述中心轴线倾斜的底端。

通过适当地选择中央凹部的底端的构造，可以以期望的方式引导已经成为塑性流体的材料。

优选地，所述中央凹部具有外周壁表面，所述外周壁表面远离所述中心轴线朝向所述工件倾斜。

因此，可以以期望的方式引导已经成为塑性流体的材料。

优选地，所述接触表面由多个区段组成，所述多个区段借助径向凹槽彼此分离。由此，旋转探针产生的摩擦热可以被有利地引导。

附图说明

图1是示出由根据本发明的第一实施方式的焊接装置执行的搅拌焊接过程的截面图；

图2是该焊接装置的截面立体图；

图3是借助根据本发明的焊接结构彼此连结的两个工件的截面图；

图4是根据本发明的第二实施方式的焊接装置的截面图；

图5是根据本发明的第三实施方式的焊接装置的截面图；

图6是根据本发明的第四实施方式的焊接装置的截面图；

图7是根据本发明的第五实施方式的焊接装置的截面图；

图8A是根据本发明的第六实施方式的焊接装置的截面图；

图8B是根据本发明的第七实施方式的焊接装置的截面图；

图9A是根据本发明的第八实施方式的焊接装置的截面图；

图9B是根据本发明的第九实施方式的焊接装置的截面图；

图9C是根据本发明的第十实施方式的焊接装置的截面图；

图10是根据本发明的第十一实施方式的焊接装置的截面图；

图11A至图11E是根据本发明的不同实施方式的探针和夹紧环的截面图；

图12是根据本发明的又一实施方式的探针和夹紧环的截面图；以及

图13是由传统摩擦搅拌焊接装置形成的焊接结构的截面图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的优选实施方式。

图1至图3示出了板状的第一工件11和板状的第二工件12，这两个工件在其相对的表面(界面)处以叠置的关系抵靠彼此，并借助根据本发明的优选实施方式的焊接结构彼此结合。所示实施方式中的焊接结构将第一工件11连结到第二工件12，从而形成两层，但也可用于连结三层或更多层工件。工件(至少其待结合的部分)通常是板状的，但最下层可以不是板状的。

第一工件11的材料通常比第二工件12的材料更容易变形，但不限于此。第一工件11和第二工件12的材料的可能组合包括但不限于铝合金和铁合金(钢)、低强度铝合金和高强度铝合金、低碳钢和高抗拉强度钢、铝合金和铜合金、铝合金和碳纤维增强塑料、铝合金和玻璃纤维增强塑料、镁合金和铁合金、镁合金和铜合金、镁合金和碳纤维增强塑料以及镁合金和玻璃纤维增强塑料。

图1和图2示出了一种摩擦搅拌点焊装置，该摩擦搅拌点焊装置包括：工具套组13，该工具套组13包括旋转工具14和具有环形形状的夹紧环15；以及驱动单元D，该驱动单元D可以旋转地驱动并轴向进给旋转工具14，这一点将在下文中讨论。在下面的公开中，假定旋转工具14的中心轴线在竖直方向上延伸，并且在第二工件12放置在工作台上(图中未示出)并且第一工件11放置在第二工件12的顶部上的情况下，第一工件11和第二工件12水平地延伸。在实际应用中，旋转工具14的定向没有被这样限制，而是可以自由选择。此外，在所示的实施方式中，旋转工具14的中心轴线与第一工件11的表面正交，但也可以与第一工件11的主平面的法线成一定角度。

旋转工具14设置有绕其中心轴线的旋转对称形状，并包括：主体16，该主体具有以中心轴线为中心的大致圆柱形形状；肩部分17，该肩部分向下渐缩以呈现倒置截头圆锥形的轮廓；以及圆柱形探针18，该圆柱形探针具有比主体16小的直径并从肩部分17的下端向下延伸，该主体16、肩部分17以及圆柱形探针18都处于同轴关系。肩部分17的上端与主体16的下端具有相同的外径，并且肩部分17的下端与探针18的上端具有相同的直径。通常，主体16和探针18沿其长度均具有恒定的直径。所示实施方式的探针18的下端表面是平坦的，但也可以是球形、锥形或其他凸形的形状。

夹紧环15的形状也是绕其中心轴线(使用时与旋转工具14的中心轴线重合)旋转对称的，并包括大致圆柱形的主体21以及从其上端部径向向外延伸的径向凸缘23。通孔19在中央轴向地穿过夹紧环15。

通孔19在其上部中形成有与夹紧环15的径向凸缘23对应的锥形部分19a，但除此之外是具有恒定直径的直孔。当使用时，旋转工具14的探针18紧密地(以规定的公差)被接收在通孔19中，而通孔19的上锥形部分19a以基本共形方式与旋转工具14的肩部分17相对。通常，上锥形部分19a和肩部分17具有共同的锥角。

如图1和图2中所示，夹紧环15的下端在中央设置有：内管状部分22，该内管状部分在内部限定通孔19的下部；以及中央凹部25，该中央凹部限定在环形形状的内管状部分22的外周向表面与夹紧环15的周围部分之间。夹紧环15的底端限定平坦的接触表面24，该接触表面正交于夹紧环15的轴线延伸(以便在使用时抵靠第一工件11的上表面)并围绕中央凹部25，并且内管状部分22的下端26也是平坦的，但在一定程度上延伸超过夹紧环15的主体21的接触表面24。因此，内管状部分22的下端26和夹紧环15的接触表面24是环形形状的，并且彼此同心。

因此，通孔19的主要部分(下部)穿过夹紧环15和内管状部分22，并且可以具有恒定的直径，但也可以稍微向下会聚。以探针18可以相对于夹紧环15旋转而不产生过度摩擦的方式选择通孔19的内径和探针18的外径。优选地，通孔19和探针18之间的间隙约为0.5毫米或更小。内管状部分22的下端26与夹紧环15的下端(接触表面24)之间的竖直距离小于第一工件11的厚度。

下文中将描述该摩擦搅拌焊接装置在单个点处将第一工件11和第二工件12彼此连结的操作模式以及由此产生的焊接结构。

首先，如图1中所示，第二工件12放置在工作台(图中未示出)上，并且第一工件11以叠置关系放置在第二工件12上，从而至少在两个工件要彼此连结所处的点周围的区域中形成两层，该第二工件12由比第一工件11的材料不易变形的材料制成。

夹紧环15放置在第一工件11的上表面上，以使内管状部分22的下端26抵靠第一工件11的上表面，并且探针18被推入夹紧环15的通孔19中，直到探针18的下端抵靠第一工件11的上表面。此时，夹紧环15的接触表面24与第一工件11的上表面间隔开。

然后，旋转工具14被向下推，同时绕其中心轴线旋转。当第一工件11的材料由于探针18引起的摩擦热而软化，并被探针18搅拌时，旋转工具14被进给到第一工件11中，并且夹紧环15的内管状部分22被向下推，直到夹紧环15的接触表面24安置在第一工件11的上表面上。

一旦探针18的下端到达略低于第一工件11和第二工件12之间的界面的点，探针18就被抬离第一工件11，并且移除夹紧环15。在整个焊接过程期间，防止夹紧环15旋转。

因此，如图1和图2的下部中所示，第一工件11的部分材料以及第二工件12的紧贴着探针18下方的小部分材料借助摩擦而软化并被搅拌，并被向上推入中央凹部25中以在其中固化并形成结合部28，该结合部包括从第一工件11的上表面向上突出的管状突起27。结合部28包含两个工件的材料，并将两个工件彼此连结。同时，第二工件12的少量材料被径向向外并向上推动，以形成挂钩部分29。挂钩部分29以环形方式绕探针18向上并径向向外突出。挂钩部分29因此远离探针18而倾斜，并位于第一工件11的材料上面，并且挂钩部分29的末端部分延伸到第一工件11中，或者更准确地说，延伸到结合部28和第一工件11的周围相对未受影响的部分之间的边界区域中，而挂钩部分29的基端部分嵌入第二工件12的相对未受影响的部分中。这将两个工件机械并牢固地连结在一起。因此，第一工件11和第二工件12借助结合部28和挂钩部分29彼此连结。

在本实施方式中，由于向被探针18的底端挤压的第二工件12的材料施加向下的压力的管状突起27的存在，挂钩部分29径向向外定向。如果期望，通过适当地选择探针18和中央凹部25的尺寸，挂钩部分29的外周表面可以是弯曲的，以在其径向外侧呈现凹形表面，如在图1中的竖直截面中所见。在这种情况下，可以进一步增加由挂钩部分29提供的连结力。通常，结合部28大致是环形形状的，并在中央限定圆柱形凹部20，圆柱形凹部20的底端到达超过第一工件11和第二工件12之间的界面的点。管状突起27的材料可以从工件的材料中获得，这些材料在搅拌焊接过程期间从圆柱形凹部20移位，从而可以在不需要引入任何外来材料的情况下产生结合部28。

如果从挂钩部分29的末端到第一工件11的上表面的竖直距离小，则第一工件11的有效板厚度减小，从而第一工件11和第二工件12之间的剥离强度可能会降低。然而，由于管状突起27的存在，挂钩部分29的末端可以竖直延伸，而不会显著减小剥离强度。基于这样的考虑，可以得出结论，通过将从挂钩部分29的末端到管状突起27的上表面的竖直距离选择成大致等于第一工件11的板厚度，可以使剥离强度最大化。为了实用目的，从挂钩部分29的末端到管状突起27的上表面的竖直距离优选是第一工件11的50％到100％。当完成此摩擦搅拌焊接过程时，中央凹部25应当完全被第一工件11和第二工件12的塑性移位材料所填充。为了做到这一点，工具套组13的各种尺寸应选择如下：

因此

其中，H是从第一工件11的上表面测量的管状突起27的高度，p是从第一工件11的上表面测量的探针18的穿透深度，d是探针18的外径，并且D是中央凹部25的外径。

优选地，管状突起27的径向外边缘位于挂钩部分29的末端的径向外侧。由此，可以保证第一工件11的有效厚度，从而维持第一工件11的机械强度，并且可以提高第一工件11和第二工件12之间的剥离强度。

在本实施方式中，由于内管状部分22的下端26突出超过由夹紧环15限定的接触表面24，因此内管状部分22的下端26按压在焊接过程期间由探针18的底端从上方挤出的塑化材料流。结果，使第一工件11和第二工件12的塑化材料径向向外定向，这有助于挂钩部分29径向向外偏斜。

图4示出了根据本发明的第二实施方式的用于摩擦搅拌焊接的工具套组13。该实施方式与第一实施方式相似，本实施方式中与第一实施方式对应的各部分用相似的附图标记表示，无需重复描述这些部分以避免冗余。这一点也将适用于下文将讨论的各个实施方式。

如图4中所示，夹紧环15的中心部分的下端设置有内管状部分22a，并且内管状部分22a周围限定有环形形状的中央凹部25a，与第一实施方式中相似，内管状部分22a和中央凹部25a处于同心关系。然而，内管状部分22a的下端26a与夹紧环15围绕中央凹部25a的部分所限定的接触表面24平齐。因此，根据本实施方式，接触表面24是由内管状部分22a的下端和夹紧环15的其余部分共同限定的。当夹紧环15放置在第一工件11上时，内管状部分22的下端和夹紧环15的主体21的下端两者都同时与第一工件11的上表面接触。

图5示出了根据本发明的第三实施方式的用于摩擦搅拌焊接的工具套组13。如图5中所示，夹紧环15的中心部分的下端设置有内管状部分22b，并且内管状部分22b周围限定有中央凹部25b，与第一实施方式中相似，内管状部分22b和中央凹部25b处于同心关系。然而，当夹紧环15的接触表面24抵靠第一工件11的上表面时，内管状部分22a的下端26b定位成与第一工件11的上表面相距一定距离，或者内管状部分22a的下端26b相对于由夹紧环15围绕中央凹部25a的部分所限定的接触表面24而凹陷。因此，根据本实施方式，接触表面24仅由夹紧环15的其余部分的下端限定。因此，当夹紧环15放置在第一工件11上时，内管状部分22b的下端26b不会与第一工件11的上表面接触。根据本实施方式，夹紧环15和探针18上的机械负荷可以被最小化。

图6示出了根据本发明的第四实施方式的用于摩擦搅拌焊接的工具套组13。如图6中所示，夹紧环15的中心部分的下端没有设置内管状部分，并且在夹紧环15的下表面的中心部分中限定有圆形凹部25c。圆形凹部25c具有比通孔19大得多的直径，并且与通孔19同轴，使得通孔19的下部大致形成圆形凹部25c的中心部分。同样根据本实施方式，夹紧环15和探针18上的机械负荷也可以被最小化。

图7示出了根据本发明的第五实施方式的用于摩擦搅拌焊接的工具套组13。如图7中所示，夹紧环15的下端设置有：内管状部分22d，该内管状部分在内部限定通孔19下部；中间管状部分30，该中间管状部分与内管状部分22d共同限定内中央凹部25d；以及外管状部分32，该外管状部分与中间管状部分30共同限定外环形凹部31。外管状部分32的外圆周与夹紧环15的位于径向凸缘23下方的主体21的外圆周重合。根据本实施方式，接触表面24由内管状部分22、中间管状部分30以及外管状部分32的下端共同限定。当夹紧环15放置在第一工件11上时，内管状部分22、中间管状部分30和外管状部分32的下端都同时与第一工件11的上表面接触。根据本实施方式，外环形凹部31用作用于探针18和工件之间的摩擦所产生的热的绝缘体，使得所产生的热被有效地遏制在与探针18下端相邻的部分中。由于外环形凹部31防止旋转探针18产生的摩擦热在径向向外方向上耗散，因此可以用最小的能量消耗进行焊接。

图8A示出了根据本发明的第六实施方式的用于摩擦搅拌焊接的工具套组13。在本实施方式中，内管状部分22e形成为渐缩的锥形形状，使得内管状部分22e的外径朝其下端逐渐减小。内管状部分22e的下端大致位于夹紧环15的接触表面24上方。图8B示出了根据本发明的第七实施方式的用于摩擦搅拌焊接的工具套组。在这种情况下，内管状部分22f的下端的外周是倒圆的，使得内管状部分22f的外径朝其下端逐渐减小。内管状部分22f的下端大致位于夹紧环15的接触表面24上方。第六实施方式和第七实施方式允许被探针18挤压的材料平滑地被引入到中央凹部25e、25f中，从而可以减少能量消耗，并使塑性流体材料以光滑无暇疵的方式被成形为管状部分。

图9A示出了根据本发明的第八实施方式的用于摩擦搅拌焊接的工具套组13。在本实施方式中，内管状部分22g具有平坦且位于夹紧环15的接触表面24上方的下端，并且在截面中，中央凹部25g的底表面是弧形形状的，凹侧面向下或朝向第一工件11的表面。

图9B示出了根据本发明的第九实施方式的用于摩擦搅拌焊接的工具套组13。在本实施方式中，内管状部分22h具有平坦且位于夹紧环15的接触表面24上方的下端，并且中央凹部25h的底表面偏斜成随着远离夹紧环15的中心轴线移动而更接近第一工件11的表面，从而呈现锥形表面。

图9C示出了根据本发明的第十实施方式的用于摩擦搅拌焊接的工具套组13。在本实施方式中，内管状部分22i具有平坦且位于夹紧环15的接触表面24上方的下端，并且中央凹部25i的底表面偏斜成随着朝向夹紧环15的中心轴线移动而更接近第一工件11的表面，从而呈现倒置的锥形表面。然而，用于中央凹部25的底表面的这些形状有利于适当地引导第一工件和第二工件的材料的塑性流体部分。

图10示出了根据本发明的第十一实施方式的环形凹部的又一种不同构造。在这种情况下，内管状部分22j具有平坦且位于夹紧环15的接触表面24上方的下端，并且中央凹部25j的径向内部具有平坦的底表面，但中央凹部25j的径向外部或其径向外壁具有锥形表面，该锥形表面随着从轴线径向向外移动而逐渐接近第一工件11的上表面。中央凹部25中倾斜或弯曲的表面的存在增加了管状突起27和结合部28的其余部分之间的结合强度，并促进塑性流体材料平滑移入中央凹部25中，从而可以提高结合强度和结合可靠性。

前述实施方式中的内管状部分22是圆形形状的，并且中央凹部25也是圆形形状的，如图11A中所示。然而，内管状部分22和中央凹部25的横截面形状可以具有不同的形状。在图11B所示的示例中，内管状部分22k的外轮廓是椭圆的，因此具有沿其周向变化的壁厚度。在本实施方式中，中央凹部25k的外周与内管状部分22的外周向表面共形，使得中央凹部25k具有基本恒定的宽度。然而，环形凹部的宽度也可以通过适当地选择中央凹部25的外周的形状而沿其圆周变化。

图11C示出了一个实施方式，其中内管状部分22m的外轮廓是矩形或方形的，因此具有沿其周向变化的壁厚度。中央凹部25m的外周的形状是矩形的，并且内管状部分22m的拐角连接到夹紧环15的限定中央凹部25m的外周的主体21m的各个边的中点。

图11D示出了一个实施方式，其中内管状部分22n的外轮廓是星形的(在图示示例中是五点星)。因此，内管状部分22n的壁厚度沿其周向显著变化，并且在形成星形的突起的基部处可以变得非常薄。中央凹部25n的外轮廓大致为五边形，但其拐角均设置有向内定向的三角形突起，该突起的末端与星形内管状部分22n的对应末端连结。

内管状部分22的壁可以不沿其周向连续，而是在一些点处断裂。图11E示出了一种情况，其中内管状部分22p是环形形状的，但在其自由(下)端中具有沿其周向方向布置的凹口(堞形(castellated)自由端)。换句话说，内管状部分22p的下端沿其周向被径向槽分成四个部分。这四个部分在形状上可以彼此等同，但也可以不同。在内管状部分22p中设置断裂有利于适当地引导塑化材料流。另外，内管状部分22的这些不规则形状允许挂钩部分29根据期望成形以便根据待连结在一起的部分的材料特性和几何条件获得最佳效果。

图12示出了一个实施方式，其中内管状部分22是圆形或环形形状的，并沿其周向连续，但夹紧环15的主体21被形成于接触表面24中的径向凹槽分成四个节段。通过将接触表面24分成多个节段，能够增加每单位接触面积的接触压力，并能够减少摩擦热经由夹紧环15的主体21的耗散。结果，能够提高摩擦搅拌焊接的质量。

已经根据具体实施方式描述了本发明，但本发明并不限于图示的实施方式，在不背离本发明精神的情况下，可以用各种方式进行改变和替换。例如，工具套组的不同部分的各种特征可以以互换的方式组合，即使在这种组合没有明确说明或以其他方式公开时这种组合也应被视为本发明范围的一部分。

Claims (16)

1.一种焊接结构，所述焊接结构包括：

第一工件；

第二工件，所述第一工件以叠置关系放置在所述第二工件上；

结合部，所述结合部借助所述第一工件和所述第二工件的塑性移位材料形成在所述第一工件和所述第二工件之间；以及

挂钩部分，所述挂钩部分由所述第二工件的少量材料形成，所述挂钩部分具有嵌入所述第二工件中的基端以及延伸到所述第一工件中的末端，所述挂钩部分沿所述结合部的外周径向向外并远离所述第二工件延伸，并且所述末端比所述基端径向上更向外突出，

其中，所述结合部包括管状突起，所述管状突起在所述结合部的外周部中从所述第一工件远离所述第二工件突出，

其中，所述挂钩部分的所述末端终止于所述第一工件，而没有到达所述管状突起，

其中，所述管状突起的外周位于所述挂钩部分的所述末端的径向外侧，

其中，从所述挂钩部分的末端到所述管状突起的上表面的竖直距离是所述第一工件的厚度的50％到100％。

2.根据权利要求1所述的焊接结构，其中，所述第二工件由比所述第一工件的材料更硬的材料制成。

3.根据权利要求1所述的焊接结构，其中，所述挂钩部分的外周表面是弯曲的，以便在其径向外侧呈现凹形表面。

4.根据权利要求1所述的焊接结构，其中，所述结合部是环形形状的，并在中央限定有圆柱形凹部，所述圆柱形凹部的底端到达超过所述第一工件和所述第二工件之间的界面的点。

5.一种用于连结呈相互叠置关系的多个工件的搅拌焊接装置，所述搅拌焊接装置包括：

探针，所述探针具有圆柱形形状并能够绕其中心轴线旋转；

夹紧环，所述夹紧环具有用于将所述探针接收在其中的通孔以及被构造成抵靠所述工件中的一个工件的表面的接触表面；以及

驱动单元，所述驱动单元用于旋转地驱动所述探针并将所述探针进给到所述工件中，

其中，所述夹紧环在其所述接触表面的位于所述通孔周围的部分中设置有中央凹部，

其中，所述夹紧环设置有从所述中央凹部的底端轴向突出的内管状部分。

6.根据权利要求5所述的搅拌焊接装置，其中，所述内管状部分具有突出超过所述接触表面的自由端。

7.根据权利要求5所述的搅拌焊接装置，其中，所述内管状部分具有突出未达到所述接触表面的自由端。

8.根据权利要求5所述的搅拌焊接装置，其中，所述夹紧环设置有在其所述接触表面中绕所述中央凹部形成的环形凹部。

9.根据权利要求5所述的搅拌焊接装置，其中，所述内管状部分沿其周向方向连续延伸，并具有恒定的径向宽度。

10.根据权利要求5所述的搅拌焊接装置，其中，所述内管状部分沿其周向方向连续延伸，并具有变化的径向宽度。

11.根据权利要求5所述的搅拌焊接装置，其中，所述内管状部分在其自由端中具有沿其周向方向布置的凹口。

12.根据权利要求5所述的搅拌焊接装置，其中，所述中央凹部具有平坦的底端。

13.根据权利要求5所述的搅拌焊接装置，其中，所述中央凹部具有远离所述工件朝向所述中心轴线倾斜的底端。

14.根据权利要求5所述的搅拌焊接装置，其中，所述中央凹部具有朝向所述工件朝向所述中心轴线倾斜的底端。

15.根据权利要求5所述的搅拌焊接装置，其中，所述中央凹部具有远离所述中心轴线朝向所述工件倾斜的外周壁表面。

16.根据权利要求5所述的搅拌焊接装置，其中，所述接触表面由多个区段组成，所述多个区段借助径向凹槽彼此分离。