CN1312141A - 摩擦搅拌焊接方法 - Google Patents

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Abstract

在一个数控机床的主轴(30)上安装一个旋转工具(50)。主轴(30)不倾斜。要进行焊接的一第一部件(70)和一第二部件(76)固定在一个平台(20)上。为了在平台(20)倾斜的一个状态下倾斜第一部件(70)和第二部件(76)的一个焊接部,与旋转工具(50)的轴向中心相对,通过相对旋转工具(50)转动平台(20)并移动要焊接的一个部分,可以根据一种摩擦搅拌焊接对此部分进行焊接。可以方便地进行一个环形或圆形(包括圆弧)摩擦搅拌焊接。

Description

摩擦搅拌焊接方法
本发明涉及一种摩擦搅拌焊接，例如涉及一种圆形焊接。
如日本专利申请No.Hei9-309164(EP 0797043 A2)中所示，摩擦搅拌焊接方法是这样一种方法：通过转动一个插入在一个焊接部之中的圆棒(称为“旋转工具”)并沿一焊线移动旋转工具，然后焊接部被加热、软化并塑性流体化，并且成固状地焊接。
旋转工具包括一个插入焊接部的小直径部(称为“销”)和定位在旋转工具小直径部外侧的一个大直径部。旋转工具的小直径部和大直径部具有相同的轴线。旋转工具的大直径部转动。
在日本专利申请公开No.Hei11-197855中公开了一种焊接方法，其中两个部件的一个焊线是一个环形(一种圆形)。在焊接的起点和终点重合后，终点完成在焊线的一个环形内部或一个环形部中。因此，摩擦搅拌焊接完成并从要焊接的部件中抽出旋转工具，由于旋转工具的小直径部(销)而在要焊接的部件上留下一个孔。当抽出位置是要焊接的一个环形位置时，产生强度问题。
此外，旋转工具包括一个插入一焊接部中的小直径部和一个位于小直径部外侧上的大直径部。旋转工具倾斜插在部件上。倾斜方向倾斜成在旋转工具的一个移动方向中(要焊接的方向)旋转工具的小直径部一侧位于旋转工具的大直径部一侧的前部。换句话说，旋转工具向一后部倾斜。以上事实还在日本专利公开文本No.Hei9-508073(EP0752926B1)中示出。
在日本专利中请公开No.Hei11-197855中，倾斜的旋转工具以一个圆形移动。倾斜的旋转工具在圆形中移动很困难。为了对应于各种圆形，考虑使用一种数控机床进行焊接。在此机床中，要焊接的部件固定在一个平台上，旋转工具安装在一个主轴上，主轴倾斜，而且主轴在此圆形中移动。但是，为了保持主轴在一个圆形移动方向中预定的倾角，必须随着在圆形中的移动改变倾角，结果准备过程非常不容易。
本发明的一个目的是提供一种摩擦搅拌焊接，其中可以容易地进行一种环形或圆形(包括圆弧)的摩擦搅拌焊接。
以上目的可以通过提供一种摩擦搅拌焊接方法而取得，其特征在于，将一第一部件和一第二部件固定在一机床的一个平台上，对此一个旋转工具安装在一个主轴上，并且相对于旋转工具的一轴线中心并相对于其中第一和第二部件焊接的一个方向在平台倾斜的状态下，通过旋转平台相对于旋转工具移动要焊接的部分，可以根据一种摩擦搅拌焊接对此部分进行焊接。
图1是本发明一个实施例的一摩擦搅拌焊接装置的一个侧视图；
图2是本发明一个实施例的焊接流程图；
图3是在焊接之前的一个部件的平面图；
图4是图3的一个纵向剖视图；
图5是在焊接之后部件的平面图；
图6是图5的一个Ⅴ-Ⅴ剖视图；
图7是在焊接之后切除的部件的一个纵向剖视图并对应于图6。
下面参照图1至7描述本发明一个实施例的摩擦搅拌焊接方法。图1对应于图3的Ⅰ-Ⅰ剖视图。附图标记10表示一个数控机床。通常，数控机床称为一个加工中心。机床包括一个用于安装要进行加工的匹配物(要进行焊接的部件)的平台20以及一个用于加工要进行焊接的部件的主轴。主轴30可以旋转。本发明此实施例的机床是一个横轴型，主轴30的轴向指向一个水平方向。用于安装(固定)要进行焊接的部件的平台20的一个面基本为竖向。平台20的此面可以倾斜。平台20的轴线可以在一个中心倾斜(基本沿水平方向)。平台20的轴线可以在中心转动。由于平台20的倾斜状态以及由中心形成平台20的轴线，平台20可以转动。
在主轴30的一个端部，可以安装一个机床的加工目标的切削用旋转工具或一个摩擦搅拌焊接用旋转工具50。在此安装一个摩擦搅拌焊接用旋转工具50。旋转工具50的一端指向平台20的一个侧面。主轴30和旋转工具50的一个轴向中心指向水平方向。旋转工具50根据主轴30而转动。主轴30的一端可以在一个轴向移动。此外，主轴30可以相对于此轴向在一个径向移动。
机床具有一个刀具安装装置，此安装装置包括切削用的多个旋转工具和多个方向搅拌焊接用旋转工具，以及一个用于在刀具安装装置和主轴之间交换一个所需的旋转工具的自动交换装置。
根据一个公共公知的方式一个要进行焊接的部件70固定在平台20上。在部件70中，一个圆形凹部71设置在主轴30的一侧中。一个台阶部72设置在圆形凹部71的外周面部上。台阶部72和此台阶部的一个外面基本为平的。这种平面相对于此圆形的轴向为一矩形。
在台阶部72上盖有一个圆形板盖76。部件70的一个外面和盖76的一个外面是相同的面。盖76的一个圆周面和台阶部72的一个圆周面之间的对接部根据一摩擦搅拌焊接完成。因此，要焊接的一个部分79(焊线)形成为一个圆环形。附图标记79b表示由焊接形成的一条焊缝。部件70和盖76之间的对接部根据一临时弧焊间断地形成。在临时弧焊之后，部件70固定在平台20上并且进行摩擦搅拌焊接。在摩擦搅拌焊接之后，由凹部71和盖76形成的一个空间形成一个冷却通道。在图中未示出冷却通道的入口和出口。部件70和盖76形成一个冷却机的一部分。部件70和盖76的材料为铝合金。
平板20可以旋转，圆形焊线79的中心为旋转中心。平台20的旋转中心和圆形焊线79的中心一致。固定到主轴30上的旋转工具50在焊线79的一个周向不能移动(转动)。旋转工具50只可以由主轴30的旋转而转动。通过转动平台20，旋转工具50可以相对于焊线79移动。
固定在主轴30上的旋转工具50定位在一个位置50S中，此位置是位于焊线79一水平方向中的一个位置。在此位置50S中，在摩擦搅拌焊接过程中平台20相对于旋转工具50的一个相对移动方向倾斜。倾斜方向在上述移动方向(要焊接的方向)中倾斜，旋转工具50的轴向中心的小直径部52一侧定位在旋转工具50的大直径部51一侧的一前部。当平台为标准时，在平台的旋转方向中，旋转工具轴向中心的小直径部52一侧定位在旋转工具50的大直径部51一侧的一后部。平台20的倾角θ例如为3°。在图3和图5中，旋转工具50定位在圆形焊线79的一个水平方向位置50S中，而且由于平台20在右向转动，平台20(部件70)的一个上侧相对于一个下侧倾斜以与旋转工具50分开。
下面介绍本发明此实施例的一种焊接方式。对于以上述3°角倾斜的平台20，其中根据临时焊接形成的部件70固定在平台20上。旋转工具50定位在一个预定位置50S中。由于此状态，通过旋转(相对于其本身的轴线)主轴30，旋转工具50在轴向突出，而且旋转工具50的小直径部52插入对接部(50S)中。当旋转工具50插入一个预定量时此突出停止。旋转工具50的一个插入位置在图3中为位置50S。位置50S是焊接的一个起点(步骤S11)。
接下来，在其中保持带有上述3°倾角的状态下平台20转动。平台20的转向为左向(步骤S13)。平台20的转动中心为焊线79的中心。因此，旋转工具50相对地沿焊线79移动并且对接部进行圆形摩擦搅拌焊接。附图标记79b表示根据上述摩擦搅拌焊接操作的一个焊缝。
当平台20的转动继续时并且甚至平台到达其中插入旋转工具50的位置50S时，即甚至当平台20转动360°时，平台20的转动连续进行。因此，从焊接的起点50S重新进行摩擦搅拌焊接。
接下来，当平台20在一个预定的360°+α的角度中旋转时，主轴30在径向移动(步骤S15)。在此，主轴30在圆形焊线79的一个外侧中移动。平台20继续转动。平台的倾斜角θ不变。因此，在圆形焊线79的外侧形成一个弧形焊缝79C。旋转工具50相对于旋转工具50的相对移动方向的倾斜角θ从角度360°+α(从主轴30开始在径向开始)必须为上述的3°。在此，由于此部分通常不是要进行摩擦搅拌焊接的部分，它可以不需要规则的摩擦搅拌焊接而进行。
当旋转工具50移入一预定位置50E中时，主轴30(即旋转工具50)退出并且主轴30从部件70和焊线76中抽出(步骤S17)。主轴30的退出位置由主轴30的一个移动量确定。主轴30的退出位置为部件70的一个外径的一内侧。在一个其中旋转工具50从部件70抽出的位置中(焊接的完成点)，留下一个对应于旋转工具50的小直径部52的一外径的孔55。
在完成摩擦搅拌焊接后，部件70被取走，而且由另一个机床切去部件70不需要的部分。在此，圆形焊线79的外侧的部件70被切去并且制成一个圆形(步骤S21)。图5和图6中示出的附图标记74表示一个切去位置。由于孔55在焊接的完成点打开，此切去部分通过根据一种机加工切除部件70的一个外周部而被去除。此外，由于产生毛刺和存在凹部，如果需要的话根据要焊接的面(图6中的上面)焊接部被切去。结果，焊接完成部中的孔55被去除，而要焊接一侧的焊接变得平滑，这样可以取得一个良好的产品外观。
因此，不需要倾斜旋转工具50和以圆形方式移动旋转工具50。使用不能倾斜主轴30(旋转工具50)的机床可以进行摩擦搅拌焊接。此外，在主轴30不能倾斜的情况下，用于保持在圆形移动方向中的预定角θ并移动的程序设计很困难并且成本很高。但是，根据以上实施例，由于倾斜由平台20给定，旋转工具50由此状态旋转，则上述高成本的程序设计就没有必要。因此，根据本发明的上述实施例，使用现有的机床就可以低成本而容易地进行摩擦搅拌焊接。
根据需要可以进行这些切除。在焊接完成点中的孔55由一个钻床等加工，并且孔可以形成为一个螺栓孔等类似物。此外，孔55根据TIG(钨惰性气体)焊接而盖住，并且切去焊接面的侧面。用于TIG焊接的焊条的材料与部件50的相同。因此，孔的焊接部在没有涂敷的情况下几乎看不见。
一个用于检测对接部位置的光学传感器设置在主轴30一侧上，而且根据此光学传感器的数值可以移动主轴30的位置。由于平台20的转动主轴30的移动方向相对于此移动方向为一个矩形。因此，即使在对接部(连线79)中第一部件70的精度和第二部件76的精度很低，旋转工具50的轴线中心也可以定位在对接部的中心。
此外，要进行焊接的焊接线是用于焊接的圆形线、环形自由曲线、非环形圆线、以及非环形自由曲线。在自由曲线的情况下，平台20可以以焊接部的圆弧中心为中心转动，而平台20直线移动。由于机床为数控型，对应于各种曲线焊接可以容易地进行。在圆弧线的情况下焊接的完成点的孔55根据焊接或钎焊而埋住。此外，可以采用环形焊接，其中焊线包括直线的四个侧边。在此情况下，对于四个侧边的焊接，平台线性移动。对于侧边的相交部或附近的圆弧部的焊接，平台20转动。
此外，不仅对接部的焊接而且其中两个部件重叠的一个部分都能焊接。此外，可以使用一种纵向型机床。
当例如焊接在圆形焊线的一个内侧之中完成时，根据一个平底扩孔方式去除内侧部件。
旋转工具50相对于移动方向倾斜，而且根据平台20进行用于相对移动的转动。由于旋转工具50的倾斜和用于旋转工具50的圆形移动分开进行，焊接可以以低成本和容易地进行。
此外，在进行摩擦搅拌焊接之后，在其中部件70固定到平台20上的状态下，主轴30的旋转工具50被更换成切削用的旋转工具。更换由主轴30和一刀具安装装置之间的一个自动更换装置进行。此后，根据主轴旋转切削用刀具旋转，不需要的部分被切除。切除后，当进行摩擦搅拌焊接时，在去除后用于切削的油和用于清洗的油对摩擦搅拌焊接产生不良的影响。此外，根据残余的切削量，两个部件中的组合精度可能很差。但是，在进行摩擦搅拌焊接之后，由于切除不需要的部分，可以避免上述问题。在摩擦搅拌焊接之前，进行两个部件的切除，但是根据另一个机床充分进行切削用油的去除。由于切除，例如在旋转工具50退出以及此外一个螺栓切削的过程中，孔55的所需直径可以扩大。
此外，要进行焊接的一对部件的摩擦搅拌焊接使用一个第一旋转工具进行，接着在主轴和刀具安装装置之间旋转工具被更换，然后使用一第二旋转工具进行要承受焊接的上述部件的一第二焊接部的摩擦搅拌焊接。
本发明的技术范围不受上述描述的限定，本领域的技术人员可以在本发明的范围内容易地进行替换。
根据本发明，可以容易地进行环形、圆形、自由曲线形、圆弧形的摩擦搅拌焊接。

Claims (23)

1．一种摩擦搅拌焊接方法，其特征在于：
在一个主轴上安装一个摩擦搅拌焊接用的旋转工具，其中其一个轴向中心指向一个水平方向或一个竖直方向，在一个与所述旋转工具的一端相对的平台上固定一个第一部件和一个第二部件；以及
通过转动所述平台在所述平台的一轴线中心倾斜的状态下在一个其中所述第一部件和所述第二部件进行焊接的方向中在所述旋转工具的大直径部的一侧的前部中定位所述旋转工具一轴线中心的一小直径部，相对所述旋转工具移动要进行焊接的一个部分，并且对所述要进行焊接的部分进行摩擦搅拌焊接。
2．如权利要求1所述的摩擦搅拌焊接方法，其特征在于：所述机床是一个数控机床。
3．如权利要求1所述的摩擦搅拌焊接方法，其特征在于：在摩擦搅拌焊接中，伴随着所述平台的转动线性移动所述平台。
4．如权利要求1所述的摩擦搅拌焊接方法，其特征在于：在摩擦搅拌焊接中，独立进行所述平台的一转动和所述平台的一线性移动。
5．如权利要求1所述的摩擦搅拌焊接方法，其特征在于：
在一个用于支撑所述主轴的部件上设置一个用于检测要进行焊接的所述部分的传感器；
根据所述传感器的一个检测值相对于所述平台相对移动所述主轴支撑部件，以在所述要进行所述第一部件和所述第二部件的焊接的部分中定位所述旋转工具。
6．一种摩擦搅拌焊接方法，其特征在于：
在一个主轴上安装一个摩擦搅拌焊接用的旋转工具，其中其一个轴向中心指向一个水平方向或一个竖直方向，在一个与所述旋转工具的一端相对的平台上固定一个第一部件和一个第二部件；以及
通过转动所述平台在所述旋转工具的一轴线中心倾斜的状态下在一个其中所述第一部件和所述第二部件进行焊接的方向中在所述旋转工具的大直径部一侧的前部中定位所述旋转工具一轴线中心的一小直径部，相对所述旋转工具移动要进行焊接的一个部分，并且对所述要进行焊接的部分进行摩擦搅拌焊接。
7．如权利要求6所述的摩擦搅拌焊接方法，其特征在于：所述机床是一个数控机床。
8．如权利要求6所述的摩擦搅拌焊接方法，其特征在于：在摩擦搅拌焊接中，伴随着所述平台的转动线性移动所述平台。
9．如权利要求6所述的摩擦搅拌焊接方法，其特征在于：在摩擦搅拌焊接中，独立进行所述平台的一转动和所述平台的一线性移动。
10．如权利要求6所述的摩擦搅拌焊接方法，其特征在于：
在一个用于支撑所述主轴的部件上设置一个用于检测要进行焊接的所述部分的传感器；
根据所述传感器的一个检测值相对于所述平台相对移动所述主轴支撑部件，以在所述要进行所述第一部件和所述第二部件的焊接的部分中定位所述旋转工具。
11．一种摩擦搅拌焊接方法，其特征在于：
在一个其中一具有一环形端面的第一部件和一对接在所述第一部件的所述环形端面的第二部件进行一摩擦搅拌焊接的情况下，在沿所述对接部在一个环形中焊接后，在一环形焊线的一内侧或一外侧中完成摩擦搅拌焊接；以及
根据一机加工去除所述完成的内侧或所述完成的外侧。
12．一种摩擦搅拌焊接方法，其特征在于：
在根据一摩擦搅拌焊接将一第一部件和一第二部件焊接成一环形后在一环形焊线的一内侧或一外侧中完成摩擦搅拌焊接；以及
根据一机加工去除所述完成的内侧或所述完成的外侧。
13．一种摩擦搅拌焊接方法，其特征在于：
使用一摩擦搅拌焊接用的旋转工具进行一摩擦搅拌焊接一第一部件和一第二部件；
在所述第一部件和所述第二部件的至少一个中拉起所述旋转工具。
14．如权利要求13所述的摩擦搅拌焊接方法，其特征在于：
对所述盖使用基本与所述至少一个部件相同的材料，所述孔通过进行TIG焊接而埋住。
15．一种焊接体，其特征在于：
根据一摩擦搅拌焊接一第一部件和一第二部件形成一环形；
摩擦搅拌焊接从所述第一部件的一面的一侧进行；以及
通过在所述环形部件的一径向外侧中使其中进行摩擦搅拌焊接的所述部分连续，所述焊接体具有一个根据一第二摩擦搅拌焊接而焊接的部分；以及
一个要根据第二摩擦搅拌焊接而进行焊接的所述部分的端部定位在所述第一部件或所述第二部件的一径向外侧或一径向内侧的一个端面上。
16．一种机床，包括：
一个用于转动一用于在一竖向面或一水平面中固定一对部件的平面的平台；以及
一个主轴，与所述水平面或所述竖直面相对并具有沿一水平方向或一竖直方向的一轴线中心并进一步在一个其中一摩擦搅拌焊接用旋转工具安装到其一端上的状态下转动；
机床的特征在于：
对于所述平台的一个方向，在所述平台的一个转动方向中，所述旋转工具的一个轴线中心的一个小直径部分一侧定位在所述旋转工具的一大直径部分一侧的一后部中，而且所述旋转工具的所述轴线中心可以倾斜。
17．如权利要求16所述的机床，其特征在于：所述主轴的一端安装成可以沿其所述轴线中心移动。
18．如权利要求16所述的机床，其特征在于：所述主轴安装成可以在平台转动过程中在所述主轴的一径向中移动。
19．如权利要求16所述的机床，其特征在于：所述平台安装成在所述平台转动过程中可以在其所述轴线中心的一径向中移动。
20．一种机床，包括：
一个用于转动一用于固定一对部件的平面的平台；以及
一个主轴，其中一个轴线中心相对于所述平台的一水平面或一竖直面倾斜并且可以在其中一摩擦搅拌焊接用旋转工具安装到其一端上的状态下转动；
机床的特征在于：
对于所述主轴的一个倾斜方向，在所述平台的一转向中，所述旋转工具的一轴线中心的小直径部一侧定位在所述旋转工具的大直径部的一后部中，而且所述旋转工具的所述轴线中心可以倾斜。
21．如权利要求20所述的机床，其特征在于：所述主轴的一端安装成可以沿其所述轴线中心移动。
22．如权利要求20所述的机床，其特征在于：所述主轴安装成可以在平台转动过程中在所述主轴的一径向中移动。
23．如权利要求20所述的机床，其特征在于：所述平台安装成在所述平台转动过程中可以在其所述轴线中心的一径向中移动。
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