CN1321850C - 摩擦搅拌接合方法与摩擦搅拌接合用中空型材 - Google Patents

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Abstract

本发明提供轻且可进行良好接合的摩擦搅拌接合方法与中空型材，使中空型材(10)的面板(11、12)与中空型材(20)面板(21、22)对接。在对接部的面板(11、12)的沟(18)中嵌入面板(21、22)的凸部(28)。连接板(14)与面板(11、12)正交。中空型材(20)端部没有与面板(21、22)正交的连接板。由摩擦搅拌接合热，面板(21)(22)想要沿中空型材(10、20)厚度方向移动，但由沟(18)与凸部(28)限制其移动。因此对接部可平地接合。在中空型材(20)中可除去相当于连接板(14)的连接板，从而可减轻重量。

Description

摩擦搅拌接合方法与摩擦搅拌接合用中空型材
技术领域
本发明涉及摩擦搅拌接合技术，特别是关于适合中空型材的摩擦搅拌接合的方法与中空型材。
背景技术
摩擦搅拌接合方法是使插入接合部的圆棒(转动工具)一边转动一边沿接合线移动，使接合部发热软化产生塑性流动而进行固相接合的方法。转动工具由大直径部与小直径部构成。将小直径部插入要接合的构件，使大直径部端面接触前述构件。小直径部上设有螺纹。
在要接合的2个构件的转动工具插入侧设凸部，以该凸部金属为原料填埋2个构件间的间隙。转动工具的大直径部插入凸部内。
由于必须将转动工具插入接合部金属内，在接合部施加比较大的力。因此，在接合中空型材时，将连接中空型材2个面板的连接板部分作为与另一方中空型材的摩擦搅拌接合位置。这样，以前述连接板支承前述力，防止中空型材变形并进行摩擦搅拌接合。
这些在日本专利特开平9-309164号公报(EP0797043A2)、特开平11-90655号公报(USP6050474)中有所展示。
当对2块板的对接部焊接(或摩擦搅拌接合)时，由焊接热引起变形。作为其变形之一在板厚方向板发生变形。因此，在焊接部一方的板与另一方板间产生台阶。容易使平面度变差。为此，在中空型材中，在焊接部近旁设置连接2块面板的板，来防止面板在厚度方向的变形。这种连接板设在中空型材各自焊接部近旁。这种连接板正交于面板。
由于摩擦搅拌接合比电弧焊接合温度低，变形小。因此，在前述日专利特开平9-309164号公报(EP0797043A2)、特开平11-90655号公报(USP6050474)中也设了前述接合板。在前述特开平11-90655号公报(USP6050474)中、在其各自中空型材端部设置前述连接板。为此，若对其强度进行评论，则连接板将引起质量增加。
在前述特开平9-309164号公报(EP0797043A2)中仅在摩擦搅拌接合的一对中空型材一方设连接板。
发明目的
本发明的目的在于提供重量轻可进行良好接合的摩擦搅拌接合方法与中空型材。
技术方案
为达到上述目的的第一解决方法是，使第一中空型材的宽度方向端部与第二中空型材的宽度方向端部相对接；所述第一中空型材由两个面板、第一连接板、第二连接板、设于所述第二连接板与所述两面板的各连接部并分别向该中空型材宽度方向外方与厚度方向外方开口的凹部、设在与所述第二中空型材对接的对接部的一个所述凹部上的沟或凸部、设在所述对接部的另一个所述凹部上的沟或凸部所构成；其中，所述第一连接板连接所述两面板、且其至少一端连接于除了所述端部以外的位置，所述第二连接板将所述两面板端部相互连接起来，并与所述面板正交；所述沟或凸部处于从所述凹部的底面至所述面板的表面的高度范围内，所述沟或凸部沿所述第一中空型材的宽度方向设置着；所述第二中空型材由两个面板、第一连接板、在该中空型材所述端部设于一个所述面板端部的凸部或沟、在该中空型材所述端部设于另一个所述面板端部的凸部或沟所构成；其中第一连接板连接所述两面板、并且至少一端连接于除了所述端部以外的位置；所述凸部或沟沿所述第二中空型材的宽度方向设置着；在进行了所述对接后，所述各凸部进入所述各沟中，这时一个中空型材相对于另一个中空型材以被限制了向该中空型材厚度方向移动的方式配入着；使转动工具位于所述第二连接板的板厚延长线上，从所述中空型材厚度方向的外方对所述对接了的部分进行摩擦搅拌接合。由所述摩擦搅拌接合使所述对接部分、及所述沟与所述凸部分别相接合。
为了达到上述目的的第二解决方法是，将第一中空型材宽度方向端部的对接部与第二中空型材宽度方向端部的对接部对接接合；所述第一中空型材由两个面板、第一连接板、第二连接板构成；其中所述两个面板的宽度方向端部构成所述对接部，所述第一连接板连接所述两面板、且其至少一端连接于除了所述面板的对接部以外的位置，所述第二连接板将所述两面板的对接部相互连接起来、且与所述面板正交；在所述第二连接板与所述两面板对接部的连接部形成有向该中空型材的宽度方向外方与厚度方向外方开口的凹部；在所述两个面板中一个面板的对接部与所述第二连接板的连接部所形成的所述凹部，形成有沟或凸部；在所述两个面板中另一个面板的对接部与所述第二连接板的连接部所形成的所述凹部，形成有沟或凸部；所述沟朝向中空型材宽度方向端部侧开口；所述凸部朝向中空型材宽度方向端部侧突出；所述第二中空型材由两面板和第一连接板构成；其中，所述两个面板的宽度方向端部构成所述对接部，所述第一连接板连接所述两面板，且其至少一端连接于除了所述对接部以外的位置；在该第二中空型材的所述两面板的对接部形成有凸部或沟；所述沟朝向中空型材宽度方向端部侧开口；所述凸部朝向中空型材宽度方向端部侧突出；在将所述第一中空型材与所述第二中空型材对接后，所述凸部进入到所述沟中；使转动工具位于所述第二连接板板厚延长线上，在所述凸部进入到所述沟中的状态下，从所述中空型材的厚度方向外方对所述对接了的部分进行摩擦搅拌接合。
为了达到上述目的的第三个方法是，使第一中空型材宽度方向端部与第二中空型材宽度方向端部相对接；所述第一中空型材在其宽度方向一端的两面板端部具有向所述宽度方向开口的沟或向所述宽度方向突出的凸部，该沟或所述凸部处于所述面板的对接部的厚度范围内；
所述第二中空型材在其宽度方向一端的两面板的端部具有向所述宽度方向突出的凸部或向所述宽度方向开口的沟，该沟或所述凸部处于所述面板的对接部的厚度范围内；在进行所述对接后，所述各凸部分别进入到所述各沟中；对所述对接了的部分、及所述沟和所述凸部进行摩擦搅拌接合。
为了达到上述目的的一方中空型材，由两面板、第一连接板、第二连接板、凹部、在一方前述凹部向前述宽度方向外方开口的沟或向前述外方突出的凸部、和在另一方前述凹部向前述宽度方向外方开口的沟或向前述外方突出的凸部构成，其中，第一连接板连接前述两面板、且其至少一端连接于中空型材宽度方向除了端部以外的位置，第二连接板将前述2个面板前述端部相互连接、且实际上正交于前述面板，凹部设于前述第二连接板与前述两面板各自连接部、并分别向中空型材宽度方向外方与厚度方向外方开口。
为达到上述目的的另一方中空型材，由两面板、连接板、设于该中空型材宽度方向的前述端部一方的前述面板前端并向该中空型材宽度方向外方突出的凸部或向前述外方开口的沟、设于该中空型材宽度方向前述端部另一方的前述面板前端并向该中空型材宽度方向外方突出的凸部或向前述外方开口的沟构成，其中，连接板连接前述两面板，且其至少一端连接于中空型材宽度方向的除了端部以外的位置。
附图说明
图1是本发明一实施例中空型材接合部纵剖面图；
图2是图1中空型材接合部整体纵剖面图；
图3是铁路车辆车身立体图；
图4是本发明其他实施例中空型材10接合部纵剖面图；
图5是用于图4接合部的中空型材20的接合部纵剖面图。
实施例
现借助图1～图3来说明本发明一实施例。铁路车辆的车身500由构成侧面的侧构体501、构成车顶的车顶构体502、构成底板的台框503、构成长度方向端部的端构体504构成。侧构体501、车顶体502、台框503分别由多个挤压型材10、20接合构成。使挤压型材10、20的长度方向(挤压方向)向着车身300的长度方向、沿车身500周向并列多个。挤压型材10、20是铝合金制中空型材。
下边对构成侧构体501的中空型材10和20的接合部进行说明。同样也可适用于其他地方的中空型材的接合部。
中空型材10(20)，实际上是由平行的两块面板11(21)、12(22)、和连接这两块面板的多块连接板13(23)、14构成。连接板13(23)相对于面板11(21)、12(22)成倾斜状态。即，由面板11(21)、12(22)、连接板13(23)构成桁架。根据中空型材10、20的使用部位，一方的面板11、12相对另一方的面板12、22倾斜、或成为圆弧状、或整体成为圆弧状。
中空型材10宽度方向端部的接线板14相对面板11、12实际上成正交状态，而在中空型材20端部没有对面板21、22成正交的连接板。在连接板14与面板11、12的各自的连接部具有中空型材20面板21、22端部重叠的凹部。在前述各连接部有着支承面板21、22的突出片15。突出片15从连接板14向中空型材10宽度方向端部侧突出。前述凹部由面板11(12)、连接板14、突出片15构成。凹部向中空型材10宽度方向外方与厚度方向外方敞开。当将面板21、22重叠于凹部时，使得面板21、22端面与面板11、12端面相对接。
在面板11、12(21、22)端部分别有向中空型材10、20厚度方向外侧突出的凸部17(27)。面板11、12(21、22)的端面与凸部17(27)端面沿着中空型材10(20)厚度方向。面板11、12与凸部17端面(中空型材10的宽度方向端部)处在连接板14板厚中心C的延长线上。面板21、22及凸部27端面(中空型材20宽度方向端部)也处在连接板14板厚中心C的延长线上。
在使中空型材10与中空型材20相组合时，在连接板14板厚中心C的延长线上具有面板11、12、21、22与凸部17、17、27、27的端面。由这种组合，使得中空型材10的面板11(12)及凸部17(17)的端面、与中空型材20面板21(22)及凸部27(27)的端面相对接。这时，设置各部时要使对接部的间隙尽可能小。即，确定了面板21、22的间隔、凹部的间隔。
在使中空型材10、20对接时，面板11、12的外面与面板21、22的外面实际上处于同一面，凸部17、27的突出量也是相同的。2个凸部17、27的宽度相同。使2个凸部17、27对接起来的宽度比转动工具50的大直径部51的直径要大。凸部17、27的金属成为填埋对接部分间隙的金属原料。
在中空型材10的对接部的端面[沿中空型材10厚度方向的凹部面(实际上与面板11、12正交的面、沿中心C的面。)]沿中空型材10长度方向设有沟18、18。在中空型材20对接部的端面(实际与面板21、22正交的面、沿中心C的面)上沿中空型材20长度方向设有凸部28、28。凸部28嵌入沟18。
为使凸部28容易插入沟18中，沟18与凸部28都做成梯形。凸部28的宽度其前端侧比基部要小。沟18的宽度其底部比开口部侧要小。沟18、凸部28的各自的角部形成为圆弧状。将凸部28与沟18的大小做得在两者组合了时两者之间的间隙尽可能小。特别是，中空型材10、20厚度方向的沟18与凸部28间的间隙要小。或者，在中空型材10、20厚度方向上，最好沟18与凸部28接触。
中空型材10(20)的厚度方向上的沟18(凸部28)的位置只要处在面板11、12(21、22)与凸部17、17(27、27)相重合的厚度范围内即可。面板11、12、21、22的对接部板厚比其他部分的厚度厚。由于中空型材厚度方向的外面侧实际上必须做平，向着面板内面侧突出地变厚。这个厚度随着离开对接部而渐渐变薄。凹部底面实际平行于面板11、12、21、22的外面。
接合时，使2个中空型材10、20像图1那样配合起来。凸部28、28嵌入沟18、18中。由于沟18向中空型材宽度方向端部侧开口，凸部向中空型材宽度方向端部侧突出，可很容易地配合。
一旦配合后即将中空型材10、20固定于台架100上。101是下面的凸部17、27的置入沟。固定后，间隔临时固定焊接对接部上面侧。
转动工具50在大直径部51的前端设有小直径部52。在小直径部52上设置螺纹。在接合时，将转动工具50插入对接部。使转动工具50的轴心15位于连接板14板厚中心C的延长线上。使大直径部51的下端位于面板11、21(12、22)外面延长线与凸部17、27(17、27)顶面之间。小直径部52插入面板11(12)与面板21(22)的对接部。小直径部52的下端插入得比突出片15的上面(凹部底面)若干深一些。插入小直径部52以使得至少塑性流动到突出片15。
在使转动工具50的轴心位于连接板14板厚中心C的延长线上时，沟18位于小直径部52的直径范围内。凸部28也位于小直径部52的直径范围内。在这种状态，使转动工具50一边转动，一边沿对接部的接合线移动。
如果一方面侧的摩擦搅拌接合结束，则使中空型材10、20上下翻转，同样进行摩擦搅拌接合。
而后，切削位于车身500外面侧的凸部17、27，使得接合部的外面与面板11、21(12、22)的外面相齐平。
由于这样，即使因摩擦搅拌接合引起的摩擦热使面板21(22)变形，由于使凸部28与沟18嵌合着，可以防止或限制面板21(22)的上下方向的移动。因此，在面板11(12)与面板21(22)间可实现台阶很小的接合。
因此，摩擦搅拌接合后，可减少用于消除前述台阶的切削作业。由此而减小成本。另外，还可预先除去在中空型材20端部与面板21、22正交的连接板。由此可得到廉价而轻的中空型材20。
在使转动工具50的轴心位于连接板14板厚中心C的延长线时，沟18位于小直径52的直径范围内。凸部28也位于小直径部52的直径范围内。因此，即使沟18与凸部28间有间隙，间隙也可被填埋、被接合。即使沟18与凸部28不位于小直径部52的直径范围内，也可由小直径部52使沟18与凸部28塑性流动来确定沟18与凸部28的位置与大小。
由于转动工具50位于连接板14板厚的延长线上，摩擦接合时的载荷由连接板14支承，接合部变形小。连接板14具有支承该载荷的刚性。最好是使转动工具50的轴心位于连接板14板厚中心C的延长线上。
由于沟18与凸部28的一部设置于比面板11、21、12、22(除了凸部17、27部分以外)外面的延长线还靠外面侧的凸部17、27的部分(凸部17、27突出量部分)上，故可很容易地设置所需大小的沟18与凸部28。
最好是使转动工具50的轴心、凸部17、27的端部实际位于连接板14板厚中心C的延长线上。
在上述实施例中，在中空型材10的凹部设沟18，在中空型材20上设凸部28；但也可以在中空型材10的凹部设凸部28，而在中空型材20的面板21、22的端部设沟18。可是，一般认为在制作挤压成形型材时，可以正确地制造出前者。
另外也可以，在一方面板11侧(一方的凹部侧)设沟18，在另一方面板12侧(另一方凹部侧)设凸部28，在一方面板21上设凸部28，在另一方面板22上设沟18。
下面来说明图4、图5的实施例。沟18的深度中心位于连接板14板厚中心C的延长线上。因此，面板11、12与凸部17的对接部端面突出到比连接板14板厚中心C更靠中空型材10的端部侧。中空型材20的对接部与之相对应设置。即，面板21、22与凸部27的对接部端面(除了凸部28以外)突出到比连接板14板厚中心C延长线更靠中空型材10的宽度方向另一端侧。因此，凸部17的宽度比凸部27的宽度要宽。
使转动工具50的轴心位于连接板14板厚中心C的延长线上进行摩擦搅拌接合。当摩擦搅拌接合时，求出凸部17、27的对接部位置，将从该位置向中空型材10侧偏移规定量位置定为转动工具50的位置。
如这样，可加大转动工具50(小直径部52)轴心相对沟18与凸部28的容许位置错动量。
最好是使转动工具50轴心、沟18深度中心实际位于连接板14板厚中心C的延长线上。
在上述各实施例中，为了支承摩擦搅拌接合时的载荷，设置了连接板14。但是，如在由面板11、12、21、22与连接板13、23形成的空间里配置支承构件以支承前述载荷的话，也可以除去连接板14。中空型材10、20的宽度方向的端部位置(沟18、凸部28的位置，即对接部的位置)实际上是同一位置。支承构件比如可以载置于下方面板12、22上。
本发明的技术范围并不仅限于权利要求书的各权利要求项中所记述内容或技术方案部分中记述的内容，它可扩展到本技术领域的人员从其很容易更换的范围。
发明效果
如依本发明，可以较轻重量、进行良好的摩擦搅拌接合。

Claims (11)

1.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于，
使第一中空型材的宽度方向端部与第二中空型材的宽度方向端部相对接；
所述第一中空型材由两个面板、第一连接板、第二连接板、设于所述第二连接板与所述两个面板的各连接部并分别向该中空型材的宽度方向外方与厚度方向外方开口的凹部、设在与所述第二中空型材对接的对接部的一个所述凹部上的沟或凸部、设在所述对接部的另一个所述凹部上的沟或凸部所构成；其中，所述第一连接板连接所述两个面板、且其至少一端连接于除了所述端部以外的位置，所述第二连接板将所述两个面板端部相互连接起来，并与所述面板正交；
所述沟或凸部处于从所述凹部的底面至所述面板的表面的高度范围内，所述沟或凸部沿所述第一中空型材的宽度方向设置着；
所述第二中空型材由两个面板、第一连接板、在该中空型材所述端部设于一个所述面板端部的凸部或沟、在该中空型材所述端部设于另一个所述面板端部的凸部或沟所构成；其中第一连接板连接所述两个面板、并且至少一端连接于除了所述端部以外的位置；
所述凸部或沟沿所述第二中空型材的宽度方向设置着；
在进行了所述对接后，所述各凸部进入所述各沟中，这时一个中空型材相对于另一个中空型材以被限制了向该中空型材厚度方向移动的方式配入着；
使转动工具位于所述第二连接板的板厚延长线上，从所述中空型材厚度方向的外方对所述对接了的部分进行摩擦搅拌接合；
由所述摩擦搅拌接合使所述对接部分、及所述沟与所述凸部分别相接合。
2.一种摩擦搅拌接合方法，
将第一中空型材宽度方向端部的对接部与第二中空型材宽度方向端部的对接部对接进行接合；其特征在于，
所述第一中空型材由两个面板、第一连接板、第二连接板构成；其中所述两个面板的宽度方向端部构成所述对接部，所述第一连接板连接所述两个面板、且其至少一端连接于除了所述面板的对接部以外的位置，所述第二连接板将所述两个面板的对接部相互连接起来、且与所述面板正交；
在所述第二连接板与所述两个面板对接部的连接部形成有向该中空型材的宽度方向外方与厚度方向外方开口的凹部；
在所述两个面板中一个面板的对接部与所述第二连接板连接的连接部形成的所述凹部，形成有沟或凸部；
在所述两个面板中另一个面板的对接部与所述第二连接板连接的连接部形成的所述凹部，形成有沟或凸部；
所述沟朝向中空型材宽度方向端部侧开口；
所述凸部朝向中空型材宽度方向端部侧突出；
所述第二中空型材由两个面板和第一连接板构成；其中，所述两个面板的宽度方向端部构成所述对接部，所述第一连接板连接所述两个面板，且其至少一端连接于除了所述对接部以外的位置；
在该第二中空型材的所述两面板的对接部形成有凸部或沟；
所述沟朝向中空型材宽度方向端部侧开口；
所述凸部朝向中空型材宽度方向端部侧突出；
在将所述第一中空型材与所述第二中空型材对接后，所述凸部进入到所述沟中；
使转动工具位于所述第二连接板板厚延长线上，在所述凸部进入到所述沟中的状态下，从所述中空型材的厚度方向外方对所述对接了的部分进行摩擦搅拌接合。
3.按权利要求2所记述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，对所述第一中空型材与所述第二中空型材对接后的各面板的对接部、及对接着的所述沟和所述凸部进行摩擦搅拌接合。
4.按权利要求3所记述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，在使所述沟与所述凸部位于插入所述中空型材的所述转动工具小直径部的直径范围内的状态下进行所述摩擦搅拌接合。
5.按权利要求4所记述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，使所述转动工具轴心位于所述沟深度范围内地进行所述摩擦搅拌接合。
6.按权利要求3所记述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，使所述转动工具轴心位于所述沟深度范围内地进行所述摩擦搅拌接合。
7.按权利要求2所记述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，作为所述第一中空型材的各所述凹部的所述沟或所述凸部，有所述沟；
作为所述第二中空型材的各所述面板的所述凸部或所述沟，有所述凸部。
8.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于，
使第一中空型材的宽度方向端部与第二中空型材的宽度方向端部相对接；
所述第一中空型材在其宽度方向一端的两个面板的端部具有向所述宽度方向开口的沟或向所述宽度方向突出的凸部，该沟或所述凸部处于所述面板的对接部的厚度范围内；
所述第二中空型材在其宽度方向一端的两个面板的端部具有向所述宽度方向突出的凸部或向所述宽度方向开口的沟，该沟或所述凸部处于所述面板的对接部的厚度范围内；
在进行所述对接后，所述各凸部分别进入到所述各沟中；
对所述对接了的部分、及所述沟和所述凸部进行摩擦搅拌接合。
9.按权利要求8所记述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，在使所述沟与所述凸部位于插入所述中空型材的转动工具的小直径部内的状态下进行所述摩擦搅拌接合。
10.按权利要求9所记述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，使所述转动工具的轴心位于所述沟深度范围内地进行所述摩擦搅拌接合。
11.按权利要求8所记述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，使插入所述中空型材的转动工具的轴心位于所述沟的深度范围内地进行所述摩擦搅拌接合。
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