DE69805241T2

DE69805241T2 - Umgerührtes Reibschweissverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE69805241T2
Application number: DE69805241T
Authority: DE
Inventors: Hirozo Michisaka
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1998-06-24
Publication date: 2002-12-19
Anticipated expiration: 2018-06-25
Also published as: EP0888843B1; KR100496761B1; DE69805241D1; US6068178A; CN1123420C; KR19990007397A; EP0888843A1; JP3598204B2; JPH1110366A; CN1203845A

Description

Die Erfindung betrifft ein Reibrührfügeverfahren und eine Reibrührfügevorrichtung für das stumpf aneinander stoßende Zusammenfügen oder überlappende Zusammenfügen metallischer Fügeteile, wie z. B. Aluminiumteile, und insbesondere ein Reibrührfügeverfahren und eine Reibrührfügevorrichtung für das stumpf aneinander stoßende Zusammenfügen oder überlappende Zusammenfügen einer Mehrzahl von metallischen Fügeteilen, um vorzugsweise ein großes zusammengefügtes Teil, wie z. B. ein Bodenteil, ein Wandteil, ein Deckenteil, ein Gerüstteil oder dergleichen zu formen.
Konventionell ist als ein Reibrührfügeverfahren, welches eine Art eines Festphasenfügeverfahrens ist, das folgende Verfahren vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird eine in Fig. 5 gezeigte Fügevorrichtung 110 verwendet. Die Fügevorrichtung 110 ist mit einem säulenförmigen Rotor 111, der einen größeren Durchmesser hat, und einer zapfenförmigen Sonde 112 versehen, die einen kleineren Durchmesser hat. Die Sonde 112 ist einstückig an einem Ende des Rotors 111 vorgesehen, sodass sie entlang einer Achse Q des Rotors 111 vorausragt, und ist aus einem Material hergestellt, das härter ist als das der zusammenzufügenden Teile 101, 102 (im Folgenden als "Fügeteile" bezeichnet). Während der Rotor 111 mit Hochgeschwindigkeit rotiert, wird die Sonde 112 in einen stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 103 der beiden metallischen Fügeteile 101, 102 oder dort herum eingeführt.
Im Allgemeinen wird ein derartiges Einführen der Sonde 112 durchgeführt, bis ein äußerstes Ende der Sonde 112 einen Abschnitt in der Nähe einer rückseitigen Fläche der Fügeteile 101, 102 erreicht. Bei Fig. 5 berührt ein flacher Schulterabschnitt 111a, eine Stirnfläche, des Rotors 111 die Fügeteile 101, 102. Und dann, während die Sonde 112 in den stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 103 der Fügeteile 101, 102 eingeführt ist, schreitet die Sonde 112 an den Fügeteilen 101, 102 entlang dem stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 103 fort.
An einem Abschnitt der Fügeteile 101, 102, mit dem die Sonde 112 in Kontakt ist, und dort herum werden die Materialien der Fügeteile 101, 102 durch die Reibungswärme, die infolge der Rotation der Sonde 112 ebenso wie durch den Kontakt des Schulterabschnittes 111a des Rotors 111 und der Fügeteile 101, 102 erzeugt wird, erweicht und mittels der Sonde 112 verrührt. In Übereinstimmung mit der Vorrückbewegung der Sonde 112 werden die erweichten und verrührten Materialien der Fügeteile 101, 102 plastisch fluidisiert, sodass sie um die Sonde 112 herumlaufen und eine Rille ausfüllen, die hinter der Sonde 112 während ihrer Bewegung durch den Druck, der von der Vorrückbewegung der Sonde 112 verursacht wird, ausgebildet wird. Dann kühlen die Materialien durch den unverzüglichen Verlust derartiger Reibungswärme ab und erstarren. Diese Erscheinung wird bei der Vorrückbewegung der Sonde 112 wiederholt, was bewirkt, dass die Fügeteile 101, 102 zusammengefügt werden. In Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 104 einen Fügeabschnitt der Fügeteile 101, 102.
Dieses Reibrührfügeverfahren hat Vorteile darin, dass die metallischen Fügeteile 101, 102 nicht auf bestimmte Arten von Materialien beschränkt sind, weil das Fügeverfahren eine Art eines Festphasenfügeverfahrens ist und die Deformation der Fügeteile, die durch die Hitzebeanspruchung verursacht wird, geringer ist, als verglichen mit Schmelzfügeverfahren, wie zum Beispiel einem MIG-Schweißverfahren, einem WIG- Schweißverfahren oder dergleichen.
Bei dem oben genannten herkömmlichen Reibrührfügeverfahren sind die Fügeteile 101, 102 auf einer Unterlage (nicht gezeigt) fixiert. Die Sonde 112 wird in den stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 103 oder den überlappenden Abschnitt der Fügeteile 101, 102 eingeführt. Und dann wird die Sonde 112 oder die Unterlage, auf welcher die Fügeteile 101, 102 fixiert sind, in einer vorbestimmten Richtung bewegt, um die Fügeteile 101, 102 zusammenzufügen.
Um ein zusammengefügtes Material mit einem gleichmäßigen Fügeabschnitt zu erhalten, ist es notwendig, die Sonde 112 oder die Unterlage vorzurücken, während der Abstand zwischen dem äußersten Ende der Sonde 112 und der rückseitigen Fläche der Fügeteile 101, 102 konstant gehalten wird.
Es ist jedoch schwierig den Abstand entlang der gesamten Länge des stumpf aneinander stoßenden Abschnitts 103 oder des überlappenden Abschnitts konstant zu halten. Deshalb kann, während des Vorrückens der Sonde 112 oder der Unterlage, das äußerste Ende der Sonde 112 aus der rückseitigen Fläche der Fügeteile 101, 102 herausstoßen, oder es kann nicht genug in die Fügeteile 101, 102 eingeführt sein. Daher ist es schwierig durch das Reibrührfügeverfahren ein zusammengefügtes Material mit einem gleichmäßigen Fügeabschnitt zu erhalten.
Die EP-A-0 810 054, welche Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) EPÜ ist, offenbart eine Reibrührfügevorrichtung zum Zusammenfügen eines Fügeabschnitts, wie zum Beispiel eines stumpf aneinander stoßenden Abschnitts oder eines überlappenden Abschnitts, von zwei Fügeteilen und ein Verfahren dazu. Die Vorrichtung weist eine Stützrolle, eine Fügevorrichtung mit einer rotierenden Sonde und eine Antriebsvorrichtung zum Vorrücken der Fügeteile auf.
Die EP-A-0 653 265 offenbart ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks, das aufweist: das Zubringen einer Sonde aus einem Material, das härter als das Material des Werkstückes ist, zu einer fortlaufenden Fläche des Werkstücks, wobei die Sonde in Abhängigkeit von einem Einschlussteil eine Fläche hat, die dem Werkstück gegenüber ist.
Ein Ziel der Erfindung ist ein Reibrührfügeverfahren und eine Reibrührfügevorrichtung zum Zusammenfügen metallischer Fügeteile bereitzustellen, womit die Fügeteile zusammengefügt werden können, um ein zusammengefügtes Teil mit einem gleichmäßig Fügeabschnitt zu erhalten, und womit die Fügeteile ohne Fügedefekte zu verursachen zusammengefügt werden können, sogar wenn an einem stumpf aneinander stoßenden Abschnitt der Fügeteile Spalten vorhanden sind.
Gemäß der Erfindung wird dies durch die Merkmale von Anspruch 1 oder 7 erreicht. Vorteilhafte anderweitige Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Bei dem Verfahren wird der Abstand zwischen dem äußersten Ende der Sonde und der Umfangsfläche der Stützrolle konstant gehalten, sogar wenn die Stützrolle rotiert. Deshalb können die Fügeteile vorrücken, während der Abstand zwischen dem äußersten Ende der Sonde, die in den Fügeabschnitt eingeführt ist, und der rückseitigen Fläche der Fügeteile, das heißt, einer Fläche der Fügeteile, die einer Fläche, von welcher her die Sonde eingeführt ist, gegenüberliegt, konstant gehalten wird. Folglich kann ein zusammengefügtes Teil mit einem gleichmäßigen Fügeabschnitt erhalten werden.
Bei dem oben genannten Verfahren ist aus folgenden Gründen der Abstand zwischen dem äußersten Ende der Sonde und der Umfangsfläche der Stützrolle von 0,05 mm bis 0,4 mm. Der Abstand ist vorzugsweise so klein wie möglich. Wenn jedoch der Abstand kleiner als 0,05 mm ist, tritt das äußerste Ende der Sonde ungünstigerweise mit der Umfangsfläche der Stützrolle in Kontakt, sodass eine Beschädigung der Sonde und/oder der Stützrolle verursacht wird. Wenn andererseits der Abstand größer als 0,4 mm ist, wird ein Abstand zwischen dem äußersten Ende der Sonde und der rückseitigen Fläche der Fügeteile zu weit, was verhindert, dass ein Abschnitt, der nahe der rückseitigen Fläche des Fügeabschnitts der Fügeteile ist, erweicht und verrührt wird, resultierend in schlechtem Zusammenfügen.
Es ist vorzuziehen, dass eine Antriebsrolle und eine Druckrolle so angeordnet sind, dass die Fügeteile von der Druckrolle auf die Umfangsfläche der Antriebsrolle gedrückt werden und von der Antriebsrolle angetrieben werden. Das ermöglicht eine ruhige Vorrückbewegung der Fügeteile.
Bei einem stumpf aneinander stoßenden Zusammenfügen ist es vorzuziehen, dass ein Paar von drehbaren Führungsrollen an beiden Seiten der Vorrückrichtung der Fügeteile angeordnet sind, um die Fügeteile gegeneinander zu drücken. Das kann das Eindringen von Luft in den Fügeabschnitt verhindern, sogar wenn eine Spalte in einem stumpf aneinander stoßenden Abschnitt der Fügeteile existiert, weil der erweichte Abschnitt im stumpf aneinander stoßenden Abschnitt leicht zusammenpassen und deformieren kann, um die Luft aus dem stumpf aneinander stoßenden Abschnitt herauszudrängen.
Die Reibrührfügevorrichtung gemäß der Erfindung zum Zusammenfügen eines Fügeabschnitts, wie zum Beispiel eines stumpf aneinander stoßenden Abschnitts oder eines überlappenden Abschnitts zweier metallischer Fügeteile, ermöglicht das Vorrücken der Fügeteile, während der Abstand zwischen dem äußersten Ende der Sonde, die in den Fügeabschnitt eingeführt ist, und der rückseitigen Fläche der Fügeteile konstant gehalten wird, resultierend in einem zusammengefügten Teil mit einem gleichmäßigen Fügeabschnitt.
Gemäß der Vorrichtung können die Fügeteile vorrücken, während der Abstand zwischen dem äußersten Ende der Sonde, die in den Fügeabschnitt eingeführt ist, und der rückseitigen Fläche der Fügeteile, das heißt, einer Fläche der Fügeteile, die einer Fläche, von welcher her die Sonde eingeführt ist, gegenüberliegt, konstant gehalten wird. Folglich kann ein zusammengefügtes Teil mit einem gleichmäßigen Fügeabschnitt erhalten werden.
Bei der Reibrührfügevorrichtung ist es vorzuziehen, dass ein Paar von drehbaren Führungsrollen an beiden Seiten der Vorrückrichtung der Fügeteile angeordnet sind, um die Fügeteile gegeneinander zu drücken. Das kann das Eindringen von Luft in den Fügeabschnitt verhindern, sogar wenn eine Spalte in einem stumpf aneinander stoßenden Abschnitt der Fügeteile existiert, weil der erweichte Abschnitt im stumpf aneinander stoßenden Abschnitt leicht zusammengepasst und deformiert werden kann, um die Luft aus dem stumpf aneinander stoßenden Abschnitt herauszudrängen.
Andere Ziele und Merkmale werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind genauer beschrieben und die Erfindung wird besser verstanden aus der folgenden Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Reibrührfügevorrichtung und eines Reibrührfügeverfahrens gemäß der Erfindung ist,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 2-2 der Fig. 1 ist,
Fig. 3 eine teilweise vergrößerte Ansicht der Fig. 2 ist,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht ist, die gewellte Fügeteile zeigt, welche stumpf gegeneinander stoßen, und
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht ist, die Fügeteile und eine herkömmliche Fügevorrichtung zeigt.
Der Begriff "Aluminium", der in dieser Beschreibung verwendet wird, bezeichnet Aluminium und seine Legierungen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Reibrührfügeverfahrens zum erfindungsgemäßen Zusammenfügen metallischer Fügeteile werden nun im Detail mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Reibrührfügevorrichtung für das stumpf aneinander stoßende Zusammenfügen zweier langer plattenförmiger Fügeteile 1, 2, um eine Platte zu erhalten, die als Bodenplatte eines großen Schiffes verwendet wird.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist jedes der Fügeteile 1, 2 ein stranggepresster Aluminiumgegenstand, der einen streifenförmigen flachen Abschnitt 1a, 2a und einen Schenkelabschnitt 1b, 2b aufweist. Der Schenkelabschnitt 1b, 2b ist im Mittenabschnitt in der Breitenrichtung der Fügeteile 1a, 2a senkrecht auf einer rückseitigen Fläche der Fügeteile 1a, 2a entlang deren Länge ausgebildet. Die Fügeteile 1a, 1b sind verkehrt herum mit ihren Rändern stumpf aneinander stoßend positioniert.
Eine Reibrührfügevorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel wird im Folgenden erläutert.
Wie in Fig. 1 bis Fig. 3 gezeigt, bezeichnet das Bezugszeichen 20 eine säulenförmige Stützrolle zum Abstützen der Fügeteile 1a, 1b von deren Unterseite aus. Die stumpf aneinander stoßenden Fügeteile 1a, 2a sind auf der Stützrolle 20 in solch einem Zustand angeordnet, dass die rückseitige Fläche, eine der Flächen in der Dickenrichtung der Fügeteile 1a, 2a, die Umfangsfläche der Stützrolle 20 berührt und die Stützrolle 20 senkrecht zur Längsrichtung der Fügeteile 1a, 2a ist. Die Stützrolle 20 hat eine Länge, die geringfügig länger ist, als die Breite der stumpf aneinander stoßenden Fügeteile 1a, 2a, sodass die stumpf aneinander stoßenden Fügeteile 1a, 2a sicher abgestützt werden können. Die Rolle 20 wird mittels eines Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) angetrieben, um die Fügeteile 1a, 2a, welche mittels der Rolle 20 abgestützt sind, in der Längsrichtung der Fügeteile 1a, 2a vorzurücken. Daher kann die Stützrolle 20 ebenfalls als Antriebsrolle dienen.
In einem Abschnitt über der Stützrolle 20, wo ein stumpf aneinander stoßender Abschnitt 3 der Fügeteile 1, 2 vorbeigeht, ist eine Fügevorrichtung 10 angeordnet. Die Fügevorrichtung 10 ist mit einem säulenförmigen Rotor 11, der einen größeren Durchmesser hat, und einer zapfenförmigen Sonde 12 versehen, die einen kleineren Durchmesser hat. Die Sonde 12 ist einstückig an einem flachen Schulterabschnitt 11a des Rotors 11 vorgesehen, sodass sie entlang einer Achse Q davon hervorsteht. Die Sonde 12 ist so angeordnet, dass sie der Umfangsfläche der Stützrolle 20 nahe kommt. Bei der Fügevorrichtung 10 rotiert die Sonde 12 zusammen mit dem Rotor 11. Die Sonde 12 und der Rotor 11 sind aus Materialien hergestellt, die härter sind als das der Fügeteile 1, 2 und die die Reibungswärme ertragen können, die erzeugt wird, wenn die Fügeteile 1, 2 zusammengefügt werden. Die Sonde 12 hat eine unebene Oberfläche (nicht gezeigt) für das Verrühren des stumpf aneinander stoßenden Abschnittes 3.
Durch das wie oben genannte Anordnen der Stützrolle 20 und der Sonde 12 können die stumpf aneinander stoßenden Fügeteile 1, 2 zwischen der Stützrolle 20 und der Sonde 12 mit einer Fläche der Fügeteile 1, 2 von einer Umfangsfläche der Stützrolle 20 abgestützt angeordnet werden, und die Sonde 12 kann in den stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 3 der Fügeteile 1, 2 eingeführt werden.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Sonde 12 vorzugsweise so angeordnet, dass der Abstand δ zwischen dem äußersten Ende der Sonde 12 und der Umfangsfläche der Stützrolle 20 in den Bereich von 0,05 bis 0,4 mm fällt. Wenn der Abstand δ kleiner als 0,05 mm ist, kann das äußerste Ende der Sonde 12 ungünstig mit der Umfangsfläche der Stützrolle 20 in Kontakt treten, sodass an dem äußersten Ende der Sonde 12 und/oder an der Umfangsfläche der Stützrolle 20 eine Beschädigung verursacht wird. Andererseits wird, wenn der Abstand δ größer als 0,4 mm ist, der Abstand zwischen dem äußersten Ende der Sonde 12 und der rückseitigen Fläche der Fügeteile 1, 2 zu weit, was verhindert, dass ein Abschnitt in der Nähe der rückseitigen Fläche des stumpf aneinander stoßenden Abschnitts 3 der Fügeteile 1, 2 erweicht und verrührt wird, resultierend in schlechtem Zusammenfügen.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Fügevorrichtung 10 durch einen Neigungswinkel θ in Richtung der Vorrückrichtung der Fügeteile 1, 2 geneigt, mit einer Kante des Schulterabschnitts 11a einen bewegungsabwärts gerichteten Abschnitt der Fügeteile 1, 2 berührend und abgehoben von einem bewegungsaufwärts gerichteten Abschnitt der Fügeteile 1, 2.
Durch das wie oben genannte Anordnen der Fügevorrichtung können die folgenden Effekte erreicht werden. Weil eine Kante des Schulterabschnittes 11a einen bewegungsabwärts gerichteten Abschnitt der Fügeteile 1, 2 berührt, kann verhindert werden, dass die erweichten Materialien verstreut werden, und die erweichten Materialien werden durch die Kante des Schulterabschnittes 11a mit Druck beaufschlagt, um sicher einen gleichmäßig Fügeabschnitt zu erhalten. Ferner, weil Reibungswärme infolge der Reibung zwischen dem Schulterabschnitt 11a und den erweichten Materialien erzeugt ist, wird der Abschnitt, mit dem die Sonde 12 in Kontakt ist, und die Umgebung zusätzlich erweicht, was es der Schulter 11a ermöglicht die obere Fläche der Fügeteile 1, 2 zu glätten.
Weil eine Kante des Schulterabschnittes 11a geringfügig von einem bewegungsaufwärts gerichteten Abschnitt der Fügeteile 1, 2 abgehoben ist, kann verhindert werden, dass die Kante des Schulterabschnittes 11a an winzigen Vorsprüngen (nicht gezeigt) hängen bleibt, welche auf der Oberfläche der Fügeteile 1, 2 existieren können, und dadurch resultiert ein gleichmäßiges Passieren der Sonde 12 entlang dem stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 3.
Es ist vorzuziehen, dass der Neigungswinkel θ innerhalb des Bereichs von 1 bis 6º fällt. Wenn der Winkel θ kleiner als 1º ist, kann der Schulterabschnitt 11a an winzigen Vorsprüngen hängen bleiben, welche auf der oberen Fläche des oberen Bewegungsabschnitts der Fügeteile 1, 2 existieren können. Andererseits kann, wenn der Winkel θ 6º überschreitet, der Schulterabschnitt 11a zu sehr an der oberen Fläche des bewegungsabwärts gerichteten Abschnitts der Fügeteile 1, 2 reiben, was Grate verursachen kann.
Die Fügevorrichtung 10 geht vorzugsweise mittels eines Höhenstellgliedes (nicht gezeigt) hoch und runter. Die Betätigung des Höhenstellgliedes ermöglicht eine Feineinstellung des Abstands δ zwischen dem äußersten Ende der Sonde 12 und der Umfangsfläche der Stützrolle 20. Es ermöglicht ferner die Sonde 12 in die Fügeteile 1, 2 einzuführen und aus den Fügeteilen 1, 2 herauszuziehen.
Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, sind die säulenförmigen Antriebsrollen 21, 22, die jeweils dieselbe Form und Größe wie die Stützrolle 20 haben und durch einen Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) angetrieben sind, parallel zur Stützrolle 20 an beiden Positionen vor und hinter der Stützrolle 20 in Bezug auf die Vorrückrichtung der Fügeteile 1, 2 angeordnet. Diese Antriebsrollen 21, 22 weisen ein Antriebsmittel für das Vorrücken der Fügeteile 1, 2 in deren Längsrichtung auf. Diese Antriebsrollen 21, 22 und die Stützrolle 20 sind synchron angetrieben.
An den Positionen vor und nach der Sonde 12 in der Vorrückrichtung der Fügeteile 1, 2 sind drehbare Druckrollen 30, 31, die jeweils dieselbe Form und Größe haben und durch einen Druckmechanismus (nicht gezeigt) angedrückt werden, angeordnet, sodass sie den Antriebsrollen 21, 22 gegenüber sind. Diese Druckrollen 30, 31 drücken die Fügeteile 1, 2, welche durch die Stützrolle 20 abgestützt sind, gegen die Umfangsfläche der Antriebsrollen 21, 22.
Die Fügeteile 1, 2 werden von den Druckrollen 30, 31 auf die Umfangsfläche der Antriebsrollen 21, 22 gedrückt, um die Fügeteile 1, 2, während die Fügeteile 1, 2 zwischen der Stützrolle 20 und der Sonde 12 angeordnet sind, ohne Rutschen vorzurücken, wobei die rückseitige Fläche der Fügeteile 1, 2 von der Umfangsfläche der Stützrolle 20 abgestützt ist, und wobei die Sonde 12 in den Fügeabschnitt 3 eingeführt ist. Weil die Druckrollen 30, 31 rotieren können, rotieren die Druckrollen 30, 31 auf den Fügeteilen 1, 2 mit ihrer Umfangsfläche auf die Fläche der Fügeteile 1, 2 drückend in Übereinstimmung mit der Vorrückbewegung der Fügeteile 1, 2.
Wie in Fig. 1 gezeigt, sind in den Positionen vor und nach der Sonde 12 ein Paar von Führungsrollen 40, 41, welche dieselbe Form und Größe haben, mit den Umfangsflächen der Führungsrollen 40, 41 gegen die Außenflächen der Schenkelabschnitte 1b, 2b drückend an beiden Seiten in der Vorrückrichtung der Fügeteile 1, 2 angeordnet. Diese Führungsrollen 40, 41 stellen die Position der Fügeteile 1, 2 ein, sodass deren stumpf aneinander stoßender Abschnitt 3 sich in einem Abschnitt befindet, wo die Sonde 12 vorbeigeht, und die Führungsrollen 40, 41 drücken die Fügeteile 1, 2 gegeneinander. Da die Führungsrollen 40, 40, 41, 41 drehbar sind, können die Führungsrollen auf der äußeren Fläche der Schenkelabschnitte 1b, 2b der Fügeteile 1, 2 in Übereinstimmung mit der Vorrückbewegung der Fügeteile 1, 2 rotieren.
Ein Reibrührfügeverfahren mittels der oben genannten Reibrührfügevorrichtung wird im Folgenden erläutert.
In einem Zustand, in dem die Sonde 12 in einer Warteposition über der Stützrolle 20 ist, wird ein längsseitiges Ende der stumpf aneinander stoßenden Fügeteile 1, 2 zwischen die rotierende Antriebsrolle 22 und die Druckrolle 31 eingeführt. In diesem Zustand werden die Schenkelabschnitte 1b, 2b der stumpf aneinander stoßenden Fügeteile 1, 2 von den Führungsrollen 41, 41 nach innen gedrückt, was bewirkt, dass der stumpf aneinander stoßende Abschnitt 3 in einem Abschnitt positioniert ist, wo die Sonde 12 vorbeigeht, und dass die Fügeteile 1, 2 gegeneinander gedrückt werden.
Die Fügeteile 1, 2, die sich zwischen der Antriebsrolle 22 und der Druckrolle 31 befinden, werden von der Druckrolle 31 auf die Antriebsrolle 22 gedrückt, welche bei der Drehung der Antriebsrolle 22 eine Antriebskraft auf die Fügeteile 1, 2 gibt. Folglich rücken die Fügeteile 1, 2 zwischen die Stützrolle 20 und die Sonde 12 vor.
Wenn die Anfangsstelle zum Zusammenfügen des stumpf aneinander stoßenden Abschnittes der Fügeteile 1, 2 an einem Abschnitt über der Umfangsfläche der Stützrolle 20 ankommt, stoppt die Vorrückbewegung der Fügeteile 1, 2. Dann geht die Sonde 12 herunter, wobei die Sonde 12 rotiert. Wenn das äußerste Ende der Sonde 12 den stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 3 der Fügeteile 1, 2 berührt, werden die Materialien, mit denen die Sonde 12 in Kontakt ist, durch die Reibungswärme erweicht, die durch die Reibung zwischen der Sonde 12 und den Fügeteilen 1, 2 erzeugt wird. Dann wird die Sonde 12 weiter nach unten gedrückt, sodass sie in den stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 3 eingeführt wird, und wird gestoppt und fixiert, wenn der Abstand δ zwischen dem äußersten Ende der Sonde 12 und der Umfangsfläche der Stützrolle 20 von 0,05 bis 0,4 mm ist.
Folglich sind die Fügeteile 1, 2, mit der Sonde 12 in den stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 3 eingeführt, zwischen der Stützrolle 20 und der Sonde 12 angeordnet. In diesem Zustand ist die rückseitige Fläche des stumpf aneinander stoßenden Abschnittes 3 durch die Umfangsfläche der Stützrolle 20 abgestützt.
Alternativ können die Fügeteile 1, 2, nachdem die Sonde 12 herunter gegangen ist, unter Krafteinwirkung zwischen die Sonde 12 und die Stützrolle 20 eingeführt werden, sodass die Sonde 12 in den stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 3 vom vorderen Rand der Fügeteile 1, 2 her eingeführt wird.
Als Nächstes werden die Antriebsrollen 21, 22 und die Stützrolle 20 abermals angetrieben. Folglich werden die Fügeteile 1, 2 mit dem stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 3, in welchen die Sonde 12 eingeführt ist, mittels der Stützrolle 20 zum Vorrücken gezwungen. Die Fügeteile 1, 2 werden durch die Antriebsrolle 22 und die Stützrolle 20 zum Vorrücken zwischen die Antriebsrolle 21 und die Druckrolle 30 gezwungen, sodass die Sonde 12 sich entlang dem stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 3 bewegt, wobei die Sonde 12 in den stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 3 eingeführt ist.
Weil die Fügevorrichtung 10 geringfügig in Richtung der Vorrückrichtung der Fügeteile 1, 2 geneigt ist, berührt eine Kante des Schulterabschnittes 11a einen bewegungsabwärts gerichteten Abschnitt der Fügeteile 1, 2 und ist von einem bewegungsaufwärts gerichteten Abschnitt der Fügeteile 1, 2 abgehoben.
Die Fügeteile 1, 2, die zwischen die Antriebsrolle 21 und die Druckrolle 30 eingeführt sind, werden von der Druckrolle 30 auf die Umfangsfläche der Antriebsrolle 21 gedrückt. Deshalb werden die Fügeteile 1, 2 mittels der Antriebsrolle 21 zum Vorrücken gezwungen. Die Fügeteile 1, 2 werden durch die Antriebskraft der Antriebsrollen 22, 21 und der Stützrolle 20 zwischen den Führungsrollen 40, 40 bewegt. Folglich wird von den Umfangsflächen der Führungsrollen 40, 40 Druck auf die äußeren Flächen der Schenkelabschnitte 1b, 2b ausgeübt.
Wenn sich die Fügeteile 1, 2 so bewegen, dass der stumpf aneinander stoßende Abschnitt 3 die Sonde 12 passiert, wird der Abschnitt, wo die Sonde 12 berührt, infolge der Reibungswärme erweicht und mittels der Sonde 12 verrührt, um den stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 3 der Fügeteile 1, 2 zusammenzufügen. Im Einzelnen werden die Materialien des stumpf aneinander stoßenden Abschnittes, wo die Sonde 12 kontaktiert, und ein Bereich dort herum durch die Reibungswärme, welche infolge der Rotation der Sonde 12 und infolge der Reibung zwischen der Kante des Schulterabschnittes 11a und der oberen Fläche der Fügeteile 1, 2 erzeugt wird, erweicht und verrührt. In Übereinstimmung mit der Vorrückbewegung der Fügeteile 1, 2 werden die erweichten und verrührten Materialien der Fügeteile 1, 2 plastisch fluidisiert, um eine Rille auszufüllen, die hinter der Vorrückbewegung der Sonde 12 ausgebildet ist. Dann kühlen die Materialien durch den unmittelbaren Verlust der Reibungswärme ab und erstarren. Diese Erscheinung wiederholt sich mit der Vorrückbewegung der Sonde 12, was ein Reibrührfügen des stumpf aneinander stoßenden Abschnittes 3 der Fügeteile 1, 2 entlang deren gesamter Länge ermöglicht. Weil die Fügeteile 1, 2 vorrücken, während eine Kante des Schulterabschnittes 11a einen bewegungsabwärts gerichteten Abschnitt der Fügeteile 1, 2 berührt, kann verhindert werden, dass die erweichten Materialien verstreut werden, und auf die erweichten Materialien wird von der Kante des Schulterabschnittes 11a Druck ausgeübt, um sicher einen gleichmäßigen Fügeabschnitt zu erhalten. Ferner kann die obere Fläche der Fügeteile 1, 2 geglättet werden.
Weil der Abstand zwischen dem äußersten Ende der Sonde 12 und der Umfangsfläche der Stützrolle 20, sogar wenn die Stützrolle 20 rotiert, konstant gehalten wird, können die Fügeteile 1, 2 vorrücken, wobei der Abstand δ zwischen dem äußersten Ende der Sonde 12 und der rückseitigen Fläche der Fügeteile 1, 2 konstant gehalten wird, resultierend in einem gleichmäßigen Fügeabschnitt.
Weil die Fügeteile 1, 2 von den Führungsrollen 40, 40, 41, 41, gegeneinander gedrückt werden, können sich die erweichten Abschnitte im stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 3 leicht aneinanderlegen und deformieren, was ein Verschwinden einer Spalte bewirkt, die in dem stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 3 gebildet ist, um die Luft innerhalb der Spalte aus dem Fügeabschnitt 4 herauszudrängen. Folglich kann das Eindringen von Luft in den Fügeabschnitt 4 verhindert werden.
Auf diese Weise können die Fügeteile 1, 2 einstückig zusammengefügt werden, um ein zusammengefügtes Teil hoher Qualität mit einem gleichmäßigen Fügeabschnitt 4 mit wenig Fehlern zu formen, in welchen wenig Luft eingedrungen ist.
Bei der oben genannten Reibrührfügevorrichtung können, weil die Antriebsrollen 21, 22 und die Druckrollen 30, 31 an der vorderen und der hinteren Position in der Vorrückrichtung der Fügeteile 1, 2 angeordnet sind, die folgenden Probleme gelöst werden.
Wie in Fig. 4 gezeigt, sind Fügeteile 1, 2, insbesondere dünne und lange Fügeteile, nicht immer flach, das heißt, sie können gewellt oder verdreht sein. Wenn diese Fügeteile 1, 2 stumpf aneinander gestoßen sind, können Höhendifferenzen 5 oder Spalten (nicht gezeigt) in dem stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 3 ausgebildet sein. Deshalb kann das Ausführen des stumpf aneinander stoßenden Zusammenfügens unter solch einem Umstand Fügefehler oder eine schlechte Fügefestigkeit verursachen.
Wenn die oben genannten Fügeteile 1, 2 überlappen, können infolge der gewellten oder verdrehten Abschnitte Spalten im überlappenden Abschnitt gebildet sein. Deshalb kann auch das Ausführen eines überlappenden Zusammenfügens unter solch einem Umstand eine schlechte Fügewirksamkeit verursachen. Insbesondere, weil das Reibrührfügen eine Art eines Festphasenfügeverfahrens ist, kann eine kleine Spalte, die in dem stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 3 oder dem überlappenden Abschnitt gebildet ist, eine stark verminderte Fügewirksamkeit verursachen. Beim Zusammenfügen dünner und langer Fügeteile durch ein Reibrührfügeverfahren können die Fügeteile deformiert werden. Deshalb ist es sehr schwer eine hohe Qualität des zusammengefügten Teils zu erhalten.
Bei dem Ausführungsbeispiel sind die Antriebsrollen 21, 22 und die Druckrollen 30, 31 in Positionen vor und nach der Stützrolle 20 und der Sonde 12 in der Vorrückrichtung der Fügeteile 1, 2 angeordnet.
Deshalb werden die Fügeteile 1, 2, die durch die Reibrührfügevorrichtung hindurch gehen, am bewegungsaufwärts gerichteten Abschnitt und am bewegungsabwärts gerichteten Abschnitt von den Druckrollen 30, 31 mit Druck beaufschlagt, um einen gewellten oder verdrehten Abschnitt zwischen den Druckrollen 30, 31 in einen flachen Abschnitt zu korrigieren, was eine Vergrößerung des Kontaktbereichs der Fügeteile 1, 2 bewirkt, resultierend in einer erhöhten Fügewirksamkeit. Die Fügeteile 1, 2 werden in einem Glättungs-Zustand zwischen den Druckrollen 30, 31 zusammengefügt, was das Auftreten von Fügefehlern verhindern kann.
Weil die Fügeteile 1, 2 in einem solchen Zustand zusammengefügt werden, dass Abschnitte der Fügeteile 1, 2, die sich vor und nach der Sonde 12 befinden, von der vorderen und der hinteren Druckrolle 30, 31 mit Druck beaufschlagt werden, kann die Bildung von Spannung infolge des Fügens beherrscht und dadurch die Deformation der Fügeteile 1, 2 verringert werden.
Die Erfindung ist nicht auf das oben genannte Ausführungsbeispiel begrenzt.
Die Erfindung ist nicht nur zum Herstellen eines Plattenteils für die Verwendung an einem Schiffsboden anwendbar, sondern für die Herstellung irgendwelcher zusammengefügter Teile.
Die Stützrolle 20 ist nicht auf den Typ einer Antriebsrolle begrenzt, sondern kann auch vom Typ einer nicht angetriebenen Rolle sein.
Die Antriebsrollen 21, 22 weisen einen Antriebsmechanismus auf, der an zumindest einer Seite der Fügeteile 1, 2 in der Dickenrichtung angeordnet sein kann. Die Fügeteile, welche in der Erfindung verwendbar sind, können andere Metalle als Aluminium sein, wie z. B. Stahl, Kupfer, Messing oder dergleichen, und können durch ein anderes Verfahren als ein Strangziehverfahren, wie z. B. durch Gießen, Schmieden, Druckgießen oder dergleichen hergestellt sein.
Die Erfindung ist nicht auf das oben genannte Ausführungsbeispiel begrenzt, bei welchem die Sonde 12 in den stumpf aneinander stoßenden Abschnitt 3 der beiden metallischen Fügeteile 1, 2 eingeführt ist, welche so angeordnet sind, dass sie stumpf gegeneinander stoßen, um die Fügeteile 1, 2 einstückig zusammenzufügen. Alternativ kann die Sonde 12 zwischen zwei metallischen Fügeteilen 1, 2 eingeführt sein, welche so angeordnet sind, dass sie an ihren Breitseiten-Abschnitten überlappen.
Bei dem Reibrührfügeverfahren gemäß der Erfindung, wird der Abstand zwischen dem äußersten Ende der Sonde und der Umfangsfläche der Stützrolle konstant gehalten, sogar wenn die Stützrolle rotiert. Deshalb können die Fügeteile vorrücken, während der Abstand zwischen dem äußersten Ende der Sonde, die in den Fügeabschnitt eingeführt ist, und der rückseitigen Fläche der Fügeteile, das heißt, einer Fläche der Fügeteile gegenüber der Fläche, von welcher her die Sonde eingeführt ist, konstant gehalten wird. Daher kann das Auftreten von Problemen, wie dass das äußerste Ende der Sonde aus der rückseitigen Fläche der Fügeteile herausstößt oder nicht genug in die Fügeteile eingeführt ist, verhindert werden. Folglich kann ein zusammengefügtes Teil mit einem gleichmäßigen Fügeabschnitt erhalten werden.
Der Abstand zwischen dem äußersten Ende der Sonde und der Umfangsfläche der Stützrolle fällt in den Bereich von 0,05 bis 0,4 mm, sodass das Auftreten eines Kontakts zwischen dem äußersten Ende der Sonde und der Umfangsfläche der Stützrolle verhindert werden kann und Fügefehler infolge einer ungenügenden Einführung der Sonde vermieden werden können.
In einem Fall, in dem eine Antriebsrolle und eine Druckrolle so angeordnet sind, dass die Fügeteile von der Druckrolle auf eine Umfangsfläche der Antriebsrolle gedrückt werden und von der Antriebsrolle angetrieben werden, können die Fügeteile leicht bewegt werden.
In einem Fall, in dem ein Paar drehbarer Führungsrollen an beiden Seiten in der Vorrückrichtung der Fügeteile zum Gegeneinanderdrücken der Fügeteile angeordnet ist, kann, sogar wenn eine Spalte im stumpf aneinander stoßenden Abschnitt der Fügeteile existiert, verhindert werden, dass Luft in den Fügeabschnitt eindringt, weil der erweichte Abschnitt in dem stumpf aneinander stoßenden Abschnitt sich leicht aneinanderlegen und deformieren kann, um die Luft aus dem stumpf aneinander stoßenden Abschnitt herauszudrängen. Folglich kann die Bildung eines Hohlraums im Fügeabschnitt vermieden werden, resultierend in einem zusammengefügten Teil mit hoher Qualität mit weniger Fügefehlern.
Gemäß der erfindungsgemäßen Reibrührfügevorrichtung wird der Abstand zwischen dem äußersten Ende der Sonde, die in den Fügeabschnitt eingeführt ist, und der rückseitige Fläche der Fügeteile konstant gehalten, resultierend in einem zusammengefügten Teil mit einem gleichmäßigen Fügeabschnitt.
In einem Fall, in dem ein Paar drehbarer Führungsrollen an beiden Seiten in der Vorrückrichtung der Fügeteile zum Gegeneinanderdrücken der Fügeteile angeordnet ist, kann das Eindringen von Luft in den Fügeabschnitt verhindert werden, um ein stumpf aneinander stoßend zusammengefügtes Teil hoher Qualität ohne Fügefehler zu erhalten.
Während verschiedene Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beschrieben wurden, sollte anerkannt werden, dass verschiedene Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie in den Ansprüchen definiert, möglich sind.
Die Begriffe und Ausdrücke, welche hierin verwendet wurden, sind als Begriffe zur Beschreibung und nicht zur Begrenzung verwendet worden, und bei der Verwendung dieser Begriffe und Ausdrücke besteht keine Absicht irgendwelche Äquivalente der Merkmale, die gezeigt und beschrieben wurden, oder Teile davon auszuschließen, sondern es ist anzuerkennen, dass verschiedene Modifikationen innerhalb des Umfangs der beanspruchten Erfindung möglich sind.

Claims

1. Reibrührfügeverfahren aufweisend die Schritte:

Anordnen einer rotierenden Sonde (12) benachbart zu einer Umfangsfläche einer Stützrolle (20) zum Stützen metallischer Fügeteile (1, 2), sodass ein Abstand zwischen einem äußersten Ende der Sonde (12) und der Umfangsfläche der Stützrolle (20) in einen Bereich von 0,05 bis 0,4 mm fällt, wobei die Fügeteile (1, 2) stumpf aneinander stoßen oder überlappen, sodass sie einen Fügeabschnitt (3) haben,

Anordnen der Fügeteile (1, 2) zwischen der Stützrolle (20) und der Sonde (12), wobei sich eine Fläche der Fügeteile (1, 2) auf der Umfangsfläche der Stützrolle (20) abstützt, Einführen der rotierenden Sonde (12) in den Fügeabschnitt (3), und

Vorrücken der Fügeteile (1, 2), sodass ein Abschnitt der Fügeteile (1, 2), mit dem die Sonde (12) in Kontakt ist, durch Reibungswärme, die infolge der Rotation der Sonde (12) erzeugt wird, erweicht wird und durch die Sonde (12) verrührt wird, um dadurch die zusammenzufügenden Materialien zu verbinden.

2. Reibrührfügeverfahren gemäß Anspruch 1, wobei eine Antriebsrolle (21, 22) und eine Druckrolle (30, 31) so angeordnet sind, dass die Fügeteile (1, 2) von der Druckrolle (30, 31) auf die Umfangsfläche der Antriebsrolle (21, 22) gedrückt werden und von der Antriebsrolle (21, 22) angetrieben werden.

3. Reibrührfügeverfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Antriebsrolle (21, 22) und die Druckrolle (30, 31) auf Abschnitten vor und nach der Stützrolle (20) und der Sonde (12) angeordnet sind.

4. Reibrührfügeverfahren gemäß Anspruch 1, wobei Paare von Führungsrollen (40, 41) so angeordnet sind, dass die Fügeteile (1, 2) stumpf aneinander stoßend zusammengefügt werden, während die Fügeteile (1, 2) von den Paaren von Führungsrollen (40, 41) gegeneinander gedrückt werden, wobei ein Paar der Führungsrollen (40, 41) vor der Stützrolle (20) und der Sonde (12) angeordnet ist und das andere Paar der Führungsrollen (40, 41) dahinter angeordnet ist.

5. Reibrührfügeverfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Fügeteile (1, 2) vorgerückt werden, während die Fügevorrichtung (10), welche die Sonde (12) hat, die von einer Endfläche des Rotors (11) entlang einer Achse vorausragt, in Richtung der Vorrückrichtung der Fügeteile (1, 2) geneigt ist, wobei eine Kante der Endfläche einen bewegungsabwärts gerichteten Abschnitt der Fügeteile (1, 2) berührt und von einem bewegungsaufwärts gerichteten Abschnitt der Fügeteile (1, 2) abgehoben ist.

6. Reibrührfügeverfahren gemäß Anspruch 5, wobei ein Neigungswinkel der Fügevorrichtung (10), welcher gebildet ist zwischen der Achse des Rotors (11) und einer Richtung senkrecht zu einem Abschnitt, mit dem die Fügeteile (1, 2) mit der Stützrolle (20) in Kontakt sind, 1º bis 6º beträgt.

7. Reibrührfügevorrichtung zum Zusammenfügen eines Fügeabschnitts (13), wie eines stumpf aneinander stoßenden Abschnitts oder eines überlappenden Abschnitts zweier metallischer Fügeteile (1, 2), aufweisend:

eine Stützrolle (20), die eine Umfangsfläche hat, eine Fügevorrichtung (10), die eine rotierende Sonde (12) hat, die benachbart zu der Umfangsfläche angeordnet ist, sodass ein Abstand zwischen einem äußersten Ende der Sonde (12) und der Umfangsfläche der Stützrolle (20) in einen Bereich von 0,05 bis 0,4 mm fällt, und

eine Antriebsvorrichtung zum Vorrücken der Fügeteile (1, 2), die durch die Stützrolle (20) gestützt sind und zwischen der Sonde (12) und der Stützrolle (20) angeordnet sind, während die rotierende Sonde (12) in den Fügeabschnitt (3) eingeführt ist, wodurch ein Abschnitt der Fügeteile (1, 2), mit dem die Sonde (12) Kontakt hat, durch Reibungswärme, die infolge einer Rotation der Sonde (12) erzeugt wird, erweicht wird und durch die Sonde (12) verrührt wird, um dadurch die zusammenzufügenden Materialien zu verbinden.

8. Reibrührfügevorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Antriebsvorrichtung eine Antriebsrolle (21, 22) aufweist, die an zumindest einer Fläche der Fügeteile (1, 2) angeordnet ist.

9. Reibrührfügevorrichtung gemäß Anspruch 8, die ferner eine drehbare Druckrolle (30, 31) aufweist, die gegenüberliegend zu der Antriebsrolle (21, 22) zum Vorrücken der Fügeteile (1, 2) angeordnet ist, während sie die Fügeteile (1, 2) auf die Umfangsfläche der Antriebsrolle drückt.

10. Reibrührfügevorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Antriebsrollen (21, 22) und die Druckrollen (30, 31) jeweils vor und nach der Stützrolle (20) beziehungsweise der Sonde (12) angeordnet sind.

11. Reibrührfügevorrichtung gemäß Anspruch 7, ferner aufweisend ein Paar von Führungsrollen (40, 41), die auf beiden Seiten der Vorrückrichtung angeordnet sind, um die Fügeteile (1, 2) gegeneinander zu drücken.

12. Reibrührfügevorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Fügevorrichtung (10) aufweist: einen Rotor (11) und eine Sonde (12), die von einer Endfläche des Rotors (11) entlang einer Achse desselben herausragt, und wobei die Fügevorrichtung (10) so angeordnet ist, dass sie in Richtung der Vorrückrichtung der Fügeteile (1, 2) geneigt ist, wobei eine Kante der Endfläche einen bewegungsabwärts gerichteten Abschnitt der Fügeteile (1, 2) berührt und sich von einem bewegungsaufwärts gerichteten Abschnitt der Fügeteile (1, 2) abhebt.

13. Reibrührfügevorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die Fügevorrichtung (10) so geneigt ist, dass ein Neigungswinkel der Fügevorrichtung (10), welcher gebildet ist zwischen der Achse des Rotors (11) und einer Richtung senkrecht zu einem mit der Stützrolle (20) in Kontakt stehenden Abschnitt der Fügeteile (1, 2), 1º bis 6º beträgt.