CN1165402C - 一种结构体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种中空构件，由两个面板组成，面板是通过肋板组成的桁架形状结构连接起来的。一个面板的端部位于中空构件桁架结构的一个顶点附近。另一面板的端部从一个面板的端部突伸开去。另一面板从上方用摩擦搅拌焊接连接在一起。下一步，在一个面板之间设置一个搭接元件，并从上方进行摩擦搅拌焊。肋板承担摩擦搅拌焊过程中的载荷。由于整体都是桁架结构，就可以实现轻量化，并保证高的刚度。

Description

一种结构体及其制造方法
本发明涉及一种结构体以及制造这种结构体的方法。举例来说，本发明适用于用铝合金轧压构架来制造铁路车辆或建筑物等场合所用的结构体以及制造该种结构体的方法。
在摩擦搅拌焊接方法中，通过在需要连接的部位中插入一个转动的圆棒(该圆棒被称为“转动焊头”)，并使该转动焊头沿轧压构件的接缝线运动，使受到摩擦搅动的连接部分被加热而软化，并发生塑性流延，从而实现固体状态下的焊接。
转动焊头包括一个插入到连接部位中的小直径部分和一个位于小直径部分外侧的大直径部分。转动焊头的大、小直径部分同轴设置。转动焊头大径部分和小径部分间的分界部分略微插入到连接部分中一些。上述的现有技术在例如日本专利特开平9-309164中(EP 0797043 A2)中有所公开。
在上述文件的图9中就表示了从中空轧压构件的两个表面之一来对该轧压构件的两个表面进行接合的事例。在图中还表示了用于防止中空轧压构件发生变形的一个联接元件。
摩擦搅拌连接方法与电弧焊接方法的不同之处在于：在摩擦搅拌连接中，由于在需要进行连接的构件中插入了转动焊头，从而作用了一个大的载荷，该载荷主要作用在转动焊头的插入方向上(即转动焊头的中轴线方向)。也就是说，转动焊头的插入力作用在要进行连接的构件上。
当对中空轧压构件进行摩擦搅拌焊接时，由转动焊头作用的上述插入力挤靠在一个肋板上，其中的肋板连接了一个面板和一个与此平行的第二面板，从而使中空轧压构件发生变形。由于这样的原因，非常必要设计一种结构件，在该结构件中联接元件部分的变形可被避免。
在上述的日本专利特开平9-309164中(EP 0797043 A2)就公开了上述所需的防变形装置。在该文中，在两个中空轧压构件的连接部分设置了一个垂直的板件(该元件被称作“纵向肋板”)，或将中空轧压构件的两个面板连接起来来防止变形。其中的纵向肋板设置在转动焊头中轴线的延长线上。
纵向肋板连接了中空轧压构件的两个面板。对纵向肋板而言，由于大的载荷作用在其中心轴线方向上，所以必须将中空轧压构件肋板的厚度加大。由于这个原因，制造一种轻质量的结构配合元件就受到了限制。
此外，从另一方面对中空轧压构件的纵向肋板进行探讨。在面板外侧的弯曲载荷作用在中空轧压构件的条件下，已知的是：肋板是决定构件整体刚度的部分。为了改善抵抗面板外侧弯曲作用力的刚度，需要沿和面板成45度夹角的方向来设置肋板，使其处于和剪切应力垂直的的主应力状态。然而，垂直于两面板设置的纵向肋板几乎不再起到加强元件的作用。
如上所述，尽管纵向肋板在结构体中作为加强元件时，几乎不能对构件的刚性有所贡献，但由于需要肋板元件来加厚中空轧压构件，使其可承受摩擦搅拌焊时的插入力，所以使中空轧压构件的联结件变轻是很困难的。
本发明的目的是设计一种结构体以及制造这种结构体的方法，其中的结构体质量轻、刚性好。
上述的目标可通过一种制造结构体的方法得以实现，该方法包括如下的步骤：先准备好两个中空轧压构件，该构件的两个相对的板件通过由多个肋板构成的一个桁架结构连接起来，其中一个面板的端部位于桁架结构中一个顶点的附近，而另一个面板的端部则突伸到一个面板的端部之外；然后在一个面板(未外伸面板)的一侧将突伸的面板相互连接起来；然后在两个中空轧压构件中各自一个面板的端部之间设置一个搭接元件；最后将搭接元件的两个端部和面板连接起来。
上述的目标通过一种制造结构体的方法得以实现，该方法包括如下的步骤：用一组肋板将两个中空构件中各自的两个面板连接起来，并使两个中空构件中各自的某一面板的端部突出于各自另一面板的端部之外；然后从两个面板中另一面板(未外伸面板)的一侧用摩擦搅拌焊将突伸的两个部件相互连接起来；并将一个搭接元件的两个端部分别搭接到两个连接部分上，这两个连接部分一个是两个中空构件之一的两个面板之一的端部和肋板的结合部位，另一个是另一中空构件的另一面板的端部和肋板的结合部位；在两个中空构件之一和搭接元件的一个端部的连接过程中，是从中空构件的外侧用摩擦搅拌焊来形成搭接部分的，且摩擦搅拌焊接部位的内侧部分不通过摩擦搅拌焊接焊到搭接元件的对应端部上；且在另一个构件和搭接元件的另一端的连接过程中，搭接部分是用摩擦搅拌焊从中空构件的外侧进行的，或是通过电弧焊接将搭接元件的另一端和中空构件的另一面板连接起来形成的，且摩擦搅拌焊的内侧部分不通过摩擦搅拌焊连接到搭接元件的一端上。
上述的目标可通过一种摩擦搅拌焊接方法得以实现，该方法包括如下的步骤：将第一构件的一端和第二构件的另一端搭在一起，使搭接部位位于第一构件的另一端和第二构件的另一端之间；在转动焊头插入到第一构件和第二构件中并顶挤在搭接部分上的状态下，开始执行摩擦搅拌焊。
图1是在根据本发明的结构体及其制造方法的第一种实施方式中的一个连接部分的主体部分的纵向截面视图；
图2是表示根据本发明的结构体及其制造方法的第一实施例中的连接部分的纵向截面视图；
图3是表示一对中空构件的轴测视图；
图4是根据本发明的结构体及其制造方法的实施例所涉及的铁路客车车体的轴测视图；
图5是表示根据本发明的结构体及其制造方法的第二种实施方式的接合部分的主体部分的纵向断面视图；
图6是表示根据本发明的结构体及其制造方法的第三种实施方式中的连接部分的主体部分的纵向截面视图；
图7是表示根据本发明的结构体及其制造方法的第四种实施方式中的连接部分的主体部分的纵向截面视图；
图8是表示根据本发明的结构体及其制造方法的第五种实施例中的连接部分的主体部分的纵向截面视图；
图9是表示根据本发明的结构体及其制造方法的第六种实施方式中的连接部分的主体部分的纵向截面视图；
图10是表示根据本发明的结构体及其制造方法的第七实施例中的连接部分的主体部分的纵向截面视图；
图11是表示根据本发明的结构体及其制造方法的第八实施方式中的连接部分的主体部分的纵向截面视图；
图12是表示根据本发明的结构体及其制造方法的第九实施方式中的连接部分的主体部分的纵向断面视图；
图13表示了图12中的结构在焊接后的纵向断面结构；
图14是表示根据本发明的结构体及其制造方法的第十实施方式中的连接部分的主体部分的纵向截面视图；
图15表示了图14中的结构在焊接后的纵向断面结构；以及
图16是表示根据本发明的结构体及其制造方法的第十一实施例中的连接部分的主体部分的纵向断面视图。
下文参照图1到图4来描述根据本发明的结构体及其制造方法的第一种实施方式。
一个客车体200包括一个组成客车体200侧板件的侧结构体201、一个组成客车体200车顶的顶结构体202、一个构成客车体200地板的支架板203、以及一个构成了客车体纵向端部的结构体204。
每个侧结构体201、顶结构体202和支架板203都分别是由多块轧压构件(挤压型材)连接而成的。轧压构件的纵长方向被设置成朝向客车体200的纵向方向。其中的轧压构件是由铝合金制成的中空构件。
下文将描述用于组成侧结构体201的中空构件10和20的结构及其连接方法。中空构件的其它部分和其它结构体类似于这些侧结构体。
中空构件10和挤压型材20分别包括一对薄面板11、12和21、22、以及以桁架形状设置的多个肋板13和23。两个面板11、和12(面板21和22)位置基本平行。肋板构成的桁架的架距也是相同的。桁架结构是由肋板13、23以及面板11、12和面板21、22的板厚方向的中心线组成的。在面板11、12和21、22的一个侧部有一个顶点，该顶点在图中用一个黑圈表示。
在铁路车体的内侧，在桁架结构的顶点附近整体成型了用于安装设备或装置的安装轨19、29。安装轨19、29包括两个L型的元件。设置安装轨19、29是为了安装例如内部安装板和座椅等设备或装置的。
面板12、22上位于车体的外侧，它们的端部突出于在车内一侧的面板11、21的端部之外，伸向相邻的中空构件20、10。这些突伸的面板用12b和22b表示。通过将面板12b和22b的端部相互抵靠在一起，就可以进行摩擦搅拌焊了。面板12b和22b的板厚大于面板12、22上的其它部分。
车体内侧面板11、12的端部通过一个搭接元件30连接起来。对连接件30和面板11、21的顶靠部分采用摩擦搅拌焊来连接起来，搭接元件30和面板11、21的接合部分位于肋板13、23和面板11、12、21、22交汇成的桁架结构顶点的附近。
中空构件10、20安放在焊床上，并使面板12和22位于下方，而面板11、21位于上侧部分。转动焊头250从上侧部分插入到连接部分中，然后进行摩擦搅拌焊。即摩擦搅拌焊是从车体的内侧方向进行的。
在面板12b、22b的端部设置了突向车体内侧(即向面板11、21一侧方向的)的凸台16、26。在面板11、21的端部附近(即端部的桁架结构顶点附近)设置了突入到车体内侧(即面板的外侧面方向)的凸台15、25。
在搭接元件30的端部设置了突入到车体内侧(即面板11、12的外侧方向和中空构件的外侧面方向)的两个凸台35。每个凸台15、25、35、16、26的高度和宽度都是相同的。
此外，在图1中并没有表示出凸台15及其顶靠面15b，但在面板11的端部则设置了凸台25和抵靠面25b。
凸台15、25、35、16、26的抵靠面15b和25b是垂直的。对应于这些抵靠面15b和25b，搭接元件30端部的抵靠面也是垂直的。搭接元件30的端部安装在支座17、27上，这些支座被设置的突伸向桁架顶点的附近。支座17、27是从肋板13A和23A上延伸出的。由垂直抵靠面15b、25b的上端表面和支座17、27的上端表面形成了一个凹陷的部分。该凹陷部分的开口朝向面板11、12的对侧和中空构件10、20的端部方向。
抵靠面15b和25b和面板11、12、21、22正交。即抵靠面15b和25b沿面板11、12、21、22的法线方向设置。抵靠面15b和25b沿着中空构件10、20的厚度方向延伸。
抵靠面15b和25b沿穿过桁架结构顶点处的法线设置并对着中空构件10、20的另一端部。在抵靠面15b和25b和穿过桁架结构顶点的法线面重合、且搭接元件30的宽度很短(该尺寸在一个误差限内)的情况下，转动焊头250的插入位置将靠近搭接元件30的一侧。在这样的情况下，需要测量两个凸台15(25)和35的宽度，并将转动焊头250的中轴线对准其中部。
搭接元件30端部的下表面(即对着面板12b和22b的面)逐渐向上拱起。下表面向上拱起的原因是这样就形成了较厚的接合焊道。搭接元件30的板条部分31(即元件端部上下凸台之外的其它部分)设置在中空构件10、20面板11、21的延长线上。
面板31的厚度大于或等于面板11、21的厚度。搭接元件30是由轧压构件形成的，其材料和中空构件10、20的材料相同。搭接元件30的长度和中空构件10、20的长度相同。
面板11端部和面板21端部之间的距离P(即从中空构件10端部的桁架结构顶点到中空构件20端部的桁架结构顶点间的距离)等于在其它部位的桁架结构的架距P。
虽然面板11、12、21、22侧面位于顶点处，且中空构件的桁架结构是一个等腰三角形。但是，中空构件10、20端部的桁架结构却不是一个等腰三角形。组成中空构件10、20端部桁架结构的肋板13A与垂直线所成的角是θ1。而组成中空构件10、20端部桁架结构的肋板13B与垂直线所成的角则是θ2。且在此处，θ1＜θ2。
由于上述的原因。肋板13A连接到面板12的中间部位，而肋板23B连接到面板22的中间部位。在肋板13A与面板12的连接部分和肋板23B和面板22的连接部分之间，预留了一个用于插入摩擦搅拌焊设备的空间。
由于肋板13A和23A相比于肋板13B、23B更为直立(即θ1小于θ2角)，所以肋板13A、23A的板厚要大于肋板13B和23B的厚度。而肋板13B和23B的厚度则大于其它处肋板13的厚度。在肋板13A、13B、13和面板11、12、21、22间的连接部分为弧形。此外，搭接元件30的厚度是根据强度计算确定的。
连接到搭接元件30上的面板11、21端部(即凸台部分15、25的端部)位于穿过由肋板13A、13B交成的桁架顶点的垂直延长线上。在图1和图2中，面板11、12、21、22、和元件35是水平的。
下文将描述该结构体的制造方法。中空构件10、20安装并固定在一个焊床240上。面板12b和22b端部的相抵靠部分相互接触或彼此靠近。面板12、22抵靠部分的凸台16、26用电弧焊从上端临时连接在一起。该临时的焊接只是间隔地连结几个焊点。
安放面板12b和22b相抵靠部分的焊床上表面是一个平面。面板12b和22b抵靠部分的附近，肋板12A、22B与面板12b、22b的交点周边部分，和肋板12B、22B与面板12、22这三个被安放在焊床240上，该焊床具有相同的高度。
进行这样设置之后，摩擦搅拌焊设备的转动焊头250从上方插入到凸台16和26的抵靠部分中，并沿一个焊缝移动，以进行摩擦搅拌焊。转动焊头250的中轴线保持在垂直方向(即沿连接部分的法线方向)上。但是，在现有技术中也存在转动焊头250的中轴线倾向于其前进方向的情况。并对凸台16、26的宽度进行测量使转动焊头250的中轴线位于其中央。
转动焊头250包括一个大径部分252和一个小径部分251，其中小径部分251位于大径部分252的末梢部位。转动焊头250小径部分251的末梢端从面板12b、22b的上面向下深入。转动焊头250的大径部分的下端位于凸台16、26的顶点之间、和车体内侧(即面板11、21一侧)面板12a和22a之间。
转动焊头250大径部分252的直径小于凸台16、26的宽度值之和。转动焊头250的小径部分251是一个螺旋元件。
面板12a和22b抵靠部分之间形成的间隙通过这样的摩擦搅拌焊被埋焊在了一起。抵靠部分的外侧面(即车体外侧)被连接成平面。在面板12b和22b的外侧面不设置内凹的连接线部分。
下一步，将搭接元件30安装在面板11和21的支座17上。搭接元件30的端部接触或靠近面板11和21的端部。
下一步，搭接元件的凸台35和面板11、21的凸台15、25分别通过电弧焊临时固定起来。临时的焊点是间隔布置的。
下一步，在摩擦搅拌焊接设备的转动焊头250已经从上方插入到搭接元件30和面板11之间的抵靠部分的前体下，使转动焊头沿焊接线移动并进行摩擦搅拌焊。同时检测两个凸台15、35的厚度以使转动焊头250的中轴线对准其中央部位。转动焊头的中轴线位于垂直方向，但是，在现有技术中也存在转动焊头250倾向于其前进方向的情况。
因而，转动焊头250的中轴线位于肋板23A和23B组成的桁架结构的顶点处，或位于穿过该顶点附近的垂直线上。其偏心程度取决于肋板13A、13B的厚度、连接肋板和面板的过渡弧的形状、连接部分的厚度等等因素。
转动焊头250的小径部分251的末梢端从支座17的上表面向下深插。转动焊头250的大径部分252的末端位于凸台15和35的顶点和面板11、31的车体内侧面(中空构件10的外侧面)之间。转动焊头250的大径部分252的直径小于两个凸台15、35的宽度之和。转动焊头250的小径部分251是一个螺旋元件。
下一步，在上述的部分中进行摩擦搅拌焊来连接面板21和搭接元件30的抵靠部分。
面板11、21和搭接元件30的焊接是通过连接面板12b、22b抵靠部分的同一个转动焊头250来进行的。相应地，随后进行面板11的焊接，再随后对面板21进行焊接。如果使用两个转动焊头，就可同时对搭接元件30的两端进行焊接。
采用这样的设置，就从一侧方向完成中空元件的两个面的焊接工作。因而不需要对已经焊接了一个面的结构进行反转。使得结构体可低成本、高精度地进行制造。
此外，面板12b、22b连接部分的外表面可焊的很平滑。凸台16、26、15、25、35设置在结构体内侧或车体的内侧。在需要光滑表面的部位(即车体的外侧面)则不设置任何凸起。此外，在外侧面部分也没有任何由转动焊头的切削而形成的内陷部分。因而对内陷部分的削平也是不必要的了，使得车体可低成本地制造出来。
此外，在搭接元件30和面板11(21)焊接过程中的插入力是由肋板13A和13B(23A和23B)来承担的，这些肋板设置的方向对准转动焊头250的中轴线。因而，肋板13A、13B(23A和23B)的弯曲就被限制了，肋板13A、13B(23A和23B)的板厚也可减薄了，就可实现结构的轻量化。此外，也限制了面板11、21、31的弯曲变形。
由于用于支撑肋板13A、13B、23A、23B的焊床240是等高，这也避免了面板12、22的弯曲。
此外，在摩擦搅拌焊接之后，作为结构体，其结构大体是用该桁架结构组成了，由此，中空构件10和20的连接部分也是该桁架结构，外侧板的弯曲刚度获得了改善，并使结构轻量化。
此外，结构体在焊接之后，作为结构体，结构基本是由桁架结构构成的。中空构件10、20的连接部分也是桁架结构，因而，向外的弯曲刚度获得了改善，并使结构轻量化。
此外，由于由面板12b、22b和搭接元件30间的肋板13A、23A基本组成了桁架结构，所以该部位并不是特别地弱。但是，下文将对板厚进行研究。
此外，由于肋板13A和23A的倾斜角θ1可大于肋板13B、23B的倾斜角θ2。从而使搭接元件30的宽度增大了，并需要增加板厚，因而增加了重量。当需要有较大的开口空间以利于摩擦搅拌焊接设备插入的时候可采用这样的设置。
如果倾斜角θ1和θ2角度相同，就可以形成一个等腰三角形。因而，肋板13A、13B的厚度就可设置的相同了。此外，肋板13A和13B(23A和23B)可比图1所示的薄一些。但是，该等腰三角形的桁架结构的尺寸可和其它部位桁架结构的尺寸相同，搭接元件30的宽度可大一些。
如果肋板13A和13B(23A和23B)的倾斜角θ1、θ2的倾角相同，都等于θ1，则端部的桁架结构可采用较小的等腰三角形。该端部桁架结构的底边尺寸则小于其它部位的底边尺寸。
相应地，从肋板13B(23B)与面板12(22)的交点到中空构件10(20)端部的距离就被缩短了。结果是搭接元件30的宽度可和图1中的搭接元件30具有相同的宽度。
包括搭接元件30部位桁架在内的所有桁架结构的间距都是相同的。除了端部的桁架结构，所有桁架结构的尺寸都是相同的。这样，中空构件的设计就标准化了。
肋板13A和13B(23A和23B)的相交顶点可布置在面板11、21的外侧面。
抵靠面15b和25b可在肋板13A和13B(23A和23B)的相交顶点处安装到搭接元件30上。但是，这种情况对肋板13A(23A)的倾角θ、板厚、载荷等因素是最优的。
此外，转动焊头250可插向肋板13A、13B(23A、23B)的角平分线方向。在该情况下其中轴线指向桁架结构的顶点。
根据上述的实施方式，搭接元件30的连接是通过摩擦搅拌焊接来进行的，但是也可以通过电弧焊来进行连接。如果采用电弧焊接，由于在焊接过程中没有作用力，肋板13A、13B(23A、23B)可设计的较薄一些。另外，搭接元件30的焊点也可以设置成间断的。
另外，面板12b和22b的连接也可以通过电弧焊来实现。如果面板12b和22b是用电弧焊连接的，则在焊背上形成了焊道，因而必须在焊接后铲平焊珠道。
在上述结构体及其制造方法的实施方式中，面板11、12和面板21、22是平行的，但对应于其它情况也可使面板和相对的另一面板倾斜设置。
关于肋板13A、13B(23A、23B)的厚度，在面板11和12一侧的板厚度要大于在面板21、22一侧的板厚。这样设置可以使得焊接过程中易于在该部位保持高温。
图5表示了结构体及其制造方法的另一种实施方式，在该情况下，连接部分面板的法线是倾斜的。中空构件10的一端是水平的。中空构件10、20被安装在焊床240上。
这就使完成侧结构体201端部的焊接线变得容易了。转动焊头的中轴线沿面板的法线移动。该法线穿过桁架顶点的附近。在图中用一个箭头来表示转动焊头250的位置和指向。
图6表示了结构体及其制造方法的另一种实施方式，下文对此进行描述。在图6中用于安放搭接元件30的支座27的面设计成一个倾斜面27b。该倾斜面的倾向于面板22b的端部。搭接元件30端部的倾斜方向也是类似的。当面板12b、22b被进行焊接时，将凸台15和25的间隔设置的小一些。通过设置倾斜面27b，搭接元件30的定位变得简单了。
下文将描述图7和图8所示的实施例。其面板12b、22b的长度变短了。但其厚度变厚了。在从上方对面板12b和22b执行了摩擦搅拌焊之后，面板12b和22b被从上方切削成弧形。该弧形被切削成和肋板13A和23A相切。这样，就可以避免由应力集中而引起的强度下降了。
下文将描述图9中所示的实施例。中空构件10c端部的肋板13c和面板11c和12c垂直(即沿着面板的法线方向)。类似于上述的结构，在面板11c和肋板13c的连接部分上设置了内陷的部分和支座17c。在该支座17c上设置了一个外伸的搭片17d，搭接元件30的端部安装在该搭片上。
该焊接部分的抵靠面位于肋板13c的板厚尺寸范围内。抵靠面16c沿面板的法线方向设置。在面板11c的端部设置了凸台15c。采用这样的结构，摩擦搅拌焊接时的插入力就由肋板13c来承担了。在中空构件端部不能设置桁架结构的条件下可采用这样的设计。
根据本发明，由于用于连接两个面板的两个肋板的相交顶点附近部分被连接起来作为连接部分，从而可使结构体的质量小、刚度大。
下文将参照图10来说明根据本发明的结构体及其制造方法的另一种
实施方式。
在图10中，凸台35的宽度大于转动焊头250大径部分252的直径。在凸台35宽度方向的中央部位设置了一个沟槽36。转动焊头250的转动中心线对准该沟槽36。
在摩擦搅拌焊接设备上的一个传感器用于检测上述的沟槽36，转动焊头250沿该沟槽36运动。由此，在焊接面板12b和22b的过程中就可利用转动焊头250和传感器之间的相对位置来保证焊接位置。
下文将参照图11来说明根据本发明的结构体及其制造方法的另一种
实施方式。
在图11中，中空构件10c端部的肋板13c垂直于面板11c和12c(即沿着面板的法线方向)。类似于上述的结构，在支座17c的凹陷部分上设置了面板11c和肋板13c的连接部分。
在该支座17c上设置了一个外伸的搭片17d，搭接元件30的端部安装在该搭片上。转动焊头250的转动中心和沟槽36位于肋板13c厚度范围内。因而，在摩擦搅拌焊过程中的插入力就可由肋板13c来承担了。
下文将参照图12、13来说明根据本发明的结构体及其制造方法的另一种实施方式。在该实施方式中，在结合部分设置了一个元件以作为加强元件，该元件承受拉力载荷。两个元件310和320相对的端部相互搭接。其中一个元件310的端部搭接到另一元件320的另一端部，且搭接部分位于元件310的另一端部和元件320的另一端部之间。
搭接面310b和320b是一个倾斜面。搭接面310b和320b的倾斜角例如在四度到十度之间。而另外的上下平面310c和320d(320c和320d)则是水平平行的。元件320的下面320d安放在焊床上。元件310和320都是由轧压型材制成的。
焊接线垂直指向图1的纸面。搭接面310b和320b和焊接线(焊接方向)成直角方向。搭接面310b和320b位于两个元件310和320的端部。转动焊头250相对于元件310和320移动。
转动焊头250包括一个大径部分252和一个位于大径部分252末梢部位的小径部分251。转动焊头250的小径部分251从搭接面310b和320b深深地插入。转动焊头250的小径部分251深插到靠近下底面320d的部位。转动焊头250的大径部分252的下端从元件310的上面310c稍微插入。
图13表示了在焊接后的状态。图中用阴影线部分来表示焊道(即热效应区)。焊道的尺寸略大于转动焊头250的外径尺寸。
根据上述的结构，转动焊头250的转动轴线是垂直的，但由于搭接面310b和320b相对于水平面有一定的倾角。因而搭接面310b和320b相对于转动焊头250的中轴线有一定的倾斜角。由此，由于搭接面310b和320b的倾斜角，元件310和320被搅动并焊合在一起。
也就是说，元件310和320与转动焊头250的中轴线相交。因此，即使在焊接之前有氧化覆盖薄层，也可以实现良好的混熔。因而，即使元件310和320在左右方向被拉动，也可以获得高强度的焊接。因此，元件310和320可用作增强元件，它们在左右方向上被拉伸。
下文将参照图14、15来说明根据本发明的结构体及其制造方法的另一种实施方式。元件330和340的端部相互搭接。元件330和340上除了一个凸台330e之外都是平面。搭接面也是水平的，转动焊头250偏离垂直方向4度到10度。该倾斜方向朝着元件330和340的端部方向。在上侧、即元件330对着转动焊头250的一侧设置了一个凸台330e，其凸向转动焊头250的方向。
在元件330板部分的末端，凸台330e凸起于板部分上表面的延长线的厚度量为t1和t2。板部分的端面以及凸台330e上t1部分的端部大体垂直于板部分。
端面以及凸台330e上t1部分的端面基本位于同一平面上。凸台330e的上表面是倾斜的。也就是说，凸台330e的上表面垂直于转动焊头250的中轴线。因此，在构件330中，不必要的部分被缩简了。在图15中，以阴影部分表示的焊道部分是倾斜的。
下文将参照图16来说明根据本发明的结构体及其制造方法的另一种
实施方式。
在图16中，中空构件10c端部的肋板13c垂直于面板11c和12c(即沿面板的法线方向)。中空构件10c的搭接部分和面板元件21并不位于水平线上，而是倾斜的，搭接部分向转动焊头250的中轴线方向倾斜。类似于前述的结构，在面板11c和肋板13c的连接部分上设置凹陷部分和支座17c。在支座17c上连接了外伸的搭片17d，在该搭片上安装了搭接元件130的端部。转动焊头250的中轴线和沟槽36位于肋板13c的厚度区间内。采用这样的结构，在摩擦搅拌焊过程中的插入力可由肋板13c来承担。

Claims (53)

1.一种用于制造结构体的方法，该方法包括下列步骤：
先准备好两个中空构件，该构件的两个相对的薄面板件通过由多个肋板构成的一个桁架结构连接起来，其中一个所述面板的端部位于桁架结构中一个顶点的附近，而另一个所述面板的端部从所述一个面板的端部延伸出来；
从所述一个面板的一侧将突伸的面板相互连接起来；
在两个中空构件的所述面板的对应端部之间设置一个搭接元件；以及
将搭接元件的两个端部和各所述一个面板连接起来。
2.根据权利要求1所述制造结构体的方法，其特征在于：用摩擦搅拌焊将突伸的面板从所述一个面板的一侧连接起来。
3.根据权利要求2所述制造结构体的方法，其特征在于：将所述搭接元件分别连接到相应的中空构件的所述顶点附近。
4.一种用于制造结构体的方法，该方法包括下列的步骤：
准备一个第一中空构件，其两个面板由一组肋板组成的桁架结构连接起来，所述面板之一的端部位于所述桁架结构的顶点附近，所述另一面板的端部则突伸到一个面板的端部之外；
准备一个第二中空构件，其两个面板由垂直于面板的肋板连接起来，所述肋板连接到所述两个面板端部的中段；
从一个面板的一侧将突伸的面板相互连接起来；
在所述第一中空构件的所述面板端部和所述第二构件的所述面板端部之间设置一个搭接元件；以及
将所述搭接元件的端部分别和所述面板焊接起来。
5.根据权利要求4所述制造结构体的方法，其特征在于：用摩擦搅拌焊将突伸的面板从所述一个面板的一侧连接起来。
6.根据权利要求5所述制造结构体的方法，其特征在于：分别将所述搭接元件的两端连接到所述一个面板上。
7.根据权利要求6所述制造结构体的方法，其特征在于：将所述搭接元件的一个端部搭接到所述第一中空构件的所述顶点的附近；以及将所述搭接元件的另一个端部搭接到所述第二中空构件的肋板上的一个支座上。
8.一种结构体，其包括：两个连接在一起的中空构件；在所述两个中空构件中，两个相对的板件分别通过一个由多个肋板构成的桁架结构连接起来，其中一个所述面板的端部位于所述桁架结构一个顶点的附近，而所述另一个面板的端部则突伸到一个面板的端部之外；
所述突伸面板相互连接；以及
所述中空构件中所述面板的所述端部和所述另一个构件上所述面板的另一端部用一个搭接元件连接在一起。
9.根据权利要求8所述结构体，其特征在于：所述搭接元件设置在所述一个面板的延长线上。
10.根据权利要求8所述结构体，其特征在于：通过摩擦搅拌焊将所述突伸面板相互连接起来。
11.根据权利要求8所述结构体，其特征在于：通过摩擦搅拌焊将所述搭接元件的两个端部和所述一个面板连接起来。
12.根据权利要求11所述结构体，其特征在于：所述搭接元件的所述端部分别搭接到一个面板所述端部顶点的支座上；以及所述搭接元件的端部分别和所述中空构件的所述一个面板的所述端部连接。
13.根据权利要求8所述结构体，其特征在于：所述构件的所述端部上的倾斜角小于邻近所述构件的所述肋板的倾斜角。
14.根据权利要求8所述结构体，其特征在于：所述搭接元件两个端部间的间隔距离等于除邻近所述结合部位的桁架结构之外的所述桁架的架距。
15.一种结构体，其包括：连接在一起的第一中空构件和一个第二中空构件；
在所述第一中空构件中，其两个面板由多个肋板构成的桁架结构连接起来，所述面板之一的端部位于所述桁架结构顶点附近，所述另一面板的端部突伸到所述一个面板的端部之外；
在所述第二中空构件中，两个面板由基本垂直于所述面板的一个肋板连接起来，所述肋板连接到所述面板端部的中段；
从所述一个面板一侧将所述突伸面板的端部相互连接起来；
一个搭接元件设置在所述第一中空构件的所述一个面板端部和所述第二构件的所述一个面板端部之间。
16.根据权利要求15所述结构体，其特征在于：所述搭接元件设置在所述一个面板的延长线上。
17.根据权利要求15所述结构体，其特征在于：所述突伸面板元件间的连接是通过摩擦搅拌焊来实现的。
18.根据权利要求15所述结构体，其特征在于：所述搭接元件的两个端部和所述面板间的连接是通过摩擦搅拌焊来实现的。
19.根据权利要求15所述结构体，其特征在于：所述搭接元件的所述端部分别搭接到位于一个面板的所述端部顶点上的支座上；以及所述搭接元件的端部分别和所述中空构件一个面板的所述端部连接。
20.根据权利要求15所述结构体，其特征在于：所述构件的所述端部上的肋板的倾斜角小于邻近该构件端部的其它肋板的倾斜角。
21.一种中空构件，其包括：两块由一个桁架结构连接在一起的面板，其中的桁架结构由一组肋板组成；所述面板之一的端部位于所述桁架结构顶点附近，所述另一面板的端部突伸出所述一个面板的端部之外。
22.根据权利要求21所述中空构件，其特征在于：由所述中空构件端部的第一肋板和邻近该第一肋板的第二肋板构成的所述桁架结构的顶点到所述突伸面板端部的横向距离为其他桁架结构架距的一半。
23.根据权利要求21所述中空构件，其特征在于：所述第一肋板的倾斜角小于所述第二肋板的倾斜角。
24.根据权利要求21所述中空构件，其特征在于：除了所述第一肋板之外的其它肋板的倾斜角等于所述第二肋板的倾斜角。
25.根据权利要求21所述中空构件，其特征在于：从所述一个面板的一侧看时，所述由所述中空构件端部的第一肋板和其邻近的第二肋板构成的桁架是一个等腰三角形。
26.根据权利要求21所述中空构件，其特征在于：所述桁架结构的底边尺寸要小于其它部位桁架结构的底边尺寸。
27.根据权利要求21所述中空构件，其特征在于：所述第一肋板和第二肋板构成的桁架结构的顶点到所述突伸面板端部的距离为其它部位桁架结构架距的一半。
28.根据权利要求21所述中空构件，其特征在于：在由所述中空构件端部的第一肋板和其邻近的第二肋板构成的桁架的所述顶点附近设置了一个凹陷的部分；
所述凹陷部分的开口分别朝向所述一个面板端部的那一侧、以及所述中空构件端部的那一侧；
以及所述凹陷部分是由一个沿所述一个面板的方向延伸的表面和一个沿所述中空构件的厚度方向延伸的表面形成的。
29.根据权利要求28所述中空构件，其特征在于：所述沿所述中空构件厚度方向延伸的表面是一个沿所述中空构件的厚度方向、即穿过所述顶点的直线方向指向所述中空构件的另一端部的平面。
30.根据权利要求21所述中空构件，其特征在于：所述沿所述中空构件厚度方向延伸的表面是一个沿所述中空构件的厚度方向、即穿过所述顶点的直线方向指向所述中空构件的突伸面板的平面。
31.一种用于制造结构体的方法，该方法包括下列步骤：用一组肋板来连接两个中空构件中的两块面板，并使得所述两个中空构件中的所述面板之一的端部突伸出所述另一面板的端部之外；
从所述未突伸面板的一侧用摩擦搅拌焊接将突伸板件相互连接起来；
将一个搭接元件的两端分别搭接到两个连接部分上，该连接部分之一由所述两个中空构件之一的一个面板的端部和所述肋板组成，另一个连接部分由另一中空构件的一个面板端部和所述肋板组成；
在将所述中空构件之一连接到所述搭接元件一端的过程中，从所述中空构件的外侧对所述搭接部分进行摩擦搅拌焊，摩擦搅拌焊部分的内侧部位不通过摩擦搅拌焊连接到所述搭接元件的一端上；以及
在将另一所述中空构件连接到所述搭接元件的另一端的过程中，从所述中空构件的外侧对所述搭接部分进行摩擦搅拌焊，或用电弧焊接将所述搭接元件的另一端和所述该中空构件的另一面板连接起来，摩擦搅拌焊部分的内侧部位不通过摩擦搅拌焊连接到所述搭接元件的一端上。
32.根据权利要求31所述制造结构体的方法，其特征在于：在将所述中空构件中的第二构件连接到所述搭接元件的另一端时，所述搭接部分从所述中空构件的外侧用摩擦搅拌焊连接起来。
33.根据权利要求31所述制造结构体的方法，其特征在于：在摩擦搅拌焊之后，所述搭接元件所述端部附近的所述面板用电弧焊进行处理。
34.根据权利要求31所述制造结构体的方法，其特征在于：在将所述搭接元件的另一端连接到所述另一中空构件的连接过程中，在将所述第一中空构件和所述搭接元件的一端用摩擦搅拌焊连接起来之后，所述搭接元件的另一端和所述另一中空构件的所述面板用电弧焊连接起来。
35.根据权利要求31所述制造结构体的方法，其特征在于：所述搭接元件在进行摩擦搅拌焊接的端部外侧面上具有一个沟槽，借助于该沟槽来确定转动焊头的位置。
36.一种用于制造结构体的方法，该方法包括下列步骤：连接两个中空构件；
用一组肋板来连接所述中空构件中的两个面板，并使两个面板之一的端部突伸出另一面板的端部之外；
将两个突伸的板件连接起来；
在将所述中空构件之一和所述搭接元件一端的连接起来时，从所述中空构件的外侧对所述搭接部分采用摩擦搅拌焊，且摩擦搅动焊的某一内侧部位不通过摩擦搅拌焊连接到所述搭接元件的一端；以及
在将另一所述中空构件和所述搭接元件的另一端连接起来时，从所述中空构件的外侧对所述搭接部分进行摩擦搅拌焊，或用电弧焊接将所述搭接元件的另一端和所述中空构件的另一面板连接起来，且摩擦搅动焊的某一内侧部位不通过摩擦搅拌焊连接到所述搭接元件的一端。
37.根据权利要求36所述制造结构体的方法，其特征在于：在将所述中空构件中的第二构件连接到所述搭接元件的另一端部时，从所述中空构件的外侧将所述搭接部分用摩擦搅拌焊连接起来。
38.根据权利要求36所述制造结构体的方法，其特征在于：在摩擦搅拌焊之后，所述搭接元件所述端部附近的所述面板用电弧焊进行处理。
39.一种用摩擦搅拌焊方法连接起来的中空构件，其包括：用一组肋板构成的桁架结构连接起来的两个面板；
所述面板之一的端部位于中空构件端部的所述桁架结构顶点附近；
所述另一面板的端部突伸出一个面板的端部之外；
在一个面板的端部和该端部肋板的连接处设置了一个凹陷的支座，其开口朝向中空构件的厚度方向、并指向所述端部的方向；以及
所述支座在宽度方向上的中线位于所述桁架结构顶点的附近。
40.根据权利要求39所述用摩擦搅拌焊方法连接起来的中空构件，其特征在于：所述支座宽度方向的中线部位和所述中空构件端部间的距离小于该中线部位和所述一个面板之间的距离。
41.根据权利要求39所述用摩擦搅拌焊方法连接起来的中空构件，其特征在于：设置在所述支座和所述一个面板间的搭接部分是一个倾斜面。
42.一种用摩擦搅拌焊方法连接起来的中空构件，其包括：用一组肋板连接起来的两个面板；
所述面板之一的一个端部位于该面板的连接部分附近；
所述另一面板的端部突伸出所述一个面板的端部之外；
在一个面板的端部和该端部肋板的连接处设置了一个凹陷的支座，其开口朝向中空构件的厚度方向、并指向所述端部的方向；以及
所述支座在宽度方向上的中心位于所述端部的肋板厚度方向的延长线附近。
43.根据权利要求42所述用摩擦搅拌焊方法连接起来的中空构件，其特征在于：在所述支座宽度中心部位和所述中空构件端部之间的距离小于该中心部位和所述一个面板的距离。
44.根据权利要求42所述用摩擦搅拌焊方法连接起来的中空构件，其特征在于：设置在所述支座和所述一个面板间的搭接部分是一个倾斜面。
45.一种用摩擦搅拌焊方法连接起来的中空构件，其包括：两块由一个桁架结构连接在一起的面板，其中的桁架结构由一组肋板组成；所述面板之一的端部位于所述桁架结构顶点附近，所述另一面板的端部突伸出所述一个面板的端部之外，其中：在一个面板端部的宽度方向上设置了一个沿所述面板的纵向方向延伸的沟槽。
46.根据权利要求45所述用摩擦搅拌焊方法连接起来的中空构件，其特征在于：在所述端部设置了一个凸向所述面板厚度方向一侧的一个凸台；以及
在所述凸台宽度方向的中央部位设置了一个沟槽。
47.根据权利要求46所述用摩擦搅拌焊方法连接起来的中空构件，其特征在于：在所述第二面板上设置了一个凸向所述面板厚度一侧的一个凸台；以及在所述凸台宽度方向的中央部位设置了一个沟槽。
48.一种摩擦搅拌焊接的方法，其包括的步骤：搭接第一构件的端部和第二构件的另一端部，所述搭接部分位于所述第一构件的另一端和所述第二构件的另一端之间；以及
在将转动焊头插入到第一构件和第二构件中、并挤靠在所述搭接部分上的状态下，进行摩擦搅拌焊接。
49.根据权利要求48所述摩擦搅拌焊接方法，其特征在于：所述第一构件和所述第二构件的搭接面是基本水平的；以及，在转动焊头和垂直方向有一定倾角的状态下进行摩擦搅拌焊接。
50.根据权利要求48所述摩擦搅拌焊接方法，其特征在于：所述第一构件和第二构件的搭接面是倾斜的；以及，在所述转动焊头以大体垂直的方向插入后，进行摩擦搅拌焊。
51.一种用摩擦搅拌焊连接成的轧压型材构件，其包括：两块由一个桁架结构连接在一起的面板，其中的桁架结构由一组肋板组成；所述面板之一的端部位于所述桁架结构顶点附近，所述另一面板的端部突伸出所述一个面板的端部之外，其中，在平行的两个面板的端部，所述面板的一个面是倾斜的。
52.根据权利要求51所述用摩擦搅拌焊连接成的轧压型材构件，其中：所述倾斜部分是一个凸台，所述凸台的端面和所述面板的端面基本位于一个平面，并垂直于所述面板。
53.一种用摩擦搅拌焊连接成的轧压型材构件，其中包括：两块用一组肋板连接起来的面板；所述面板之一的一个端部位于一个中空构件端部的肋板附近；另一面板的一个端部突伸出一个面板的端部之外；以及，所述两个面板的端部连接部分的一个面板和所述中空构件所述端部的肋板向所述端部倾斜。
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