RU2353488C2 - Способ орбитальной сварки трением и устройство для осуществления этого способа - Google Patents

Способ орбитальной сварки трением и устройство для осуществления этого способа Download PDF

Info

Publication number
RU2353488C2
RU2353488C2 RU2006105464A RU2006105464A RU2353488C2 RU 2353488 C2 RU2353488 C2 RU 2353488C2 RU 2006105464 A RU2006105464 A RU 2006105464A RU 2006105464 A RU2006105464 A RU 2006105464A RU 2353488 C2 RU2353488 C2 RU 2353488C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heads
friction
plane
friction welding
workpieces
Prior art date
Application number
RU2006105464A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2006105464A (ru
Inventor
Леонард КРАССЕР (DE)
Леонард КРАССЕР
Original Assignee
Мульти Орбитал Системс ГмбХ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Мульти Орбитал Системс ГмбХ filed Critical Мульти Орбитал Системс ГмбХ
Publication of RU2006105464A publication Critical patent/RU2006105464A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2353488C2 publication Critical patent/RU2353488C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/06—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using friction, e.g. spin welding
    • B29C65/0609—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using friction, e.g. spin welding characterised by the movement of the parts to be joined
    • B29C65/0636—Orbital
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/1205—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using translation movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/129—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding specially adapted for particular articles or workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/114—Single butt joints
    • B29C66/1142—Single butt to butt joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/50—General aspects of joining tubular articles; General aspects of joining long products, i.e. bars or profiled elements; General aspects of joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; General aspects of joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
    • B29C66/51—Joining tubular articles, profiled elements or bars; Joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; Joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
    • B29C66/52—Joining tubular articles, bars or profiled elements
    • B29C66/522—Joining tubular articles
    • B29C66/5221—Joining tubular articles for forming coaxial connections, i.e. the tubular articles to be joined forming a zero angle relative to each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/50—General aspects of joining tubular articles; General aspects of joining long products, i.e. bars or profiled elements; General aspects of joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; General aspects of joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
    • B29C66/51—Joining tubular articles, profiled elements or bars; Joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; Joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
    • B29C66/52—Joining tubular articles, bars or profiled elements
    • B29C66/524—Joining profiled elements
    • B29C66/5241—Joining profiled elements for forming coaxial connections, i.e. the profiled elements to be joined forming a zero angle relative to each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/50—General aspects of joining tubular articles; General aspects of joining long products, i.e. bars or profiled elements; General aspects of joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; General aspects of joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
    • B29C66/51—Joining tubular articles, profiled elements or bars; Joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; Joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
    • B29C66/52—Joining tubular articles, bars or profiled elements
    • B29C66/526—Joining bars
    • B29C66/5261—Joining bars for forming coaxial connections, i.e. the bars to be joined forming a zero angle relative to each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/83—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools
    • B29C66/832—Reciprocating joining or pressing tools
    • B29C66/8322—Joining or pressing tools reciprocating along one axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/84—Specific machine types or machines suitable for specific applications
    • B29C66/843—Machines for making separate joints at the same time in different planes; Machines for making separate joints at the same time mounted in parallel or in series
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/95—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94
    • B29C66/951—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94 by measuring or controlling the vibration frequency and/or the vibration amplitude of vibrating joining tools, e.g. of ultrasonic welding tools
    • B29C66/9512—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94 by measuring or controlling the vibration frequency and/or the vibration amplitude of vibrating joining tools, e.g. of ultrasonic welding tools by controlling their vibration frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/95—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94
    • B29C66/951—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94 by measuring or controlling the vibration frequency and/or the vibration amplitude of vibrating joining tools, e.g. of ultrasonic welding tools
    • B29C66/9516—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94 by measuring or controlling the vibration frequency and/or the vibration amplitude of vibrating joining tools, e.g. of ultrasonic welding tools by controlling their vibration amplitude
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/78—Means for handling the parts to be joined, e.g. for making containers or hollow articles, e.g. means for handling sheets, plates, web-like materials, tubular articles, hollow articles or elements to be joined therewith; Means for discharging the joined articles from the joining apparatus
    • B29C65/7802—Positioning the parts to be joined, e.g. aligning, indexing or centring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/83—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools
    • B29C66/832—Reciprocating joining or pressing tools
    • B29C66/8322—Joining or pressing tools reciprocating along one axis
    • B29C66/83221—Joining or pressing tools reciprocating along one axis cooperating reciprocating tools, each tool reciprocating along one axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2023/00—Tubular articles
    • B29L2023/22—Tubes or pipes, i.e. rigid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/001—Profiled members, e.g. beams, sections
    • B29L2031/003—Profiled members, e.g. beams, sections having a profiled transverse cross-section
    • B29L2031/005—Profiled members, e.g. beams, sections having a profiled transverse cross-section for making window frames

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

Изобретения могут быть использованы для сварки протяженных заготовок, например труб, в том числе заготовок, имеющих произвольное поперечное сечение. На каждой части заготовки по обе стороны от плоскости соединения неподвижно закрепляют по меньшей мере один фрикционный диск, расположенный в орбитальной плоскости заготовок. По меньшей мере на одном диске по меньшей мере в одной орбитальной плоскости устанавливают головки для сварки трением в количестве более одной, внутри каждой из которых размещена вибрационная головка, неподвижно прикрепленная к фрикционному диску. Указанные головки приводят в колебательное движение с одинаковой частотой трения и с одинаковой амплитудой, а также с заданным фазовым положением. Заготовки прижимают друг к другу в плоскости соединения в течение времени приложения энергии колебаний. Изобретения обеспечивают подведение простым способом большого количества энергии в плоскость соединения относительно больших и протяженных заготовок. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 46 ил.

Description

Изобретение относится к способу орбитальной сварки трением, предназначенному для сварки заготовок, которые постоянно прижимают друг к другу в осевом направлении во время приложения энергии колебаний в плоскости соединения. Изобретение также относится к устройству для осуществления указанного способа, в котором энергия кругового движения для сварки заготовок, которые находятся под осевым давлением и произвольное поперечное сечение которых находится в указанной плоскости (F) соединения, может быть подведена в указанную плоскость соединения.
Способы сварки трением как таковые уже известны, и в них благодаря относительному перемещению и одновременному давлению возникает трение для получения необходимой энергии плавления в поверхностях, в которых должна произойти сварка.
В патенте Германии №19938100 А описан способ применения трения с использованием нескольких головок для изготовления оконных рам и дверных коробок из профильных деталей. Для выполнения одновременной сварки отдельные профильные детали неподвижно зажимают между расположенными сбоку головками для сварки трением с обеих сторон плоскости соединения и вблизи нее, и с помощью указанных головок указанные детали приводятся в состояние вибрации, при этом соединяемые поверхности одновременно прижимают друг к другу. Такое использование головок для сварки трением дает возможность значительного сокращения времени, необходимого для сварки, однако таким способом могут быть сварены только сравнительно короткие стержни, расположенные под углом друг к другу, при этом ось трения не проходит через центр тяжести поверхности.
С учетом этого цель изобретения состоит в создании средства для сварки относительно больших и протяженных заготовок, благодаря которому одинаковое большое количество энергии должно быть простым способом подведено в плоскость соединения для того, чтобы большое количество материала в этой плоскости довести до температуры, при которой может произойти сварка.
В соответствии с изобретением, эта цель достигнута путем создания способа орбитальной сварки трением, указанного во вступительной части, в котором по меньшей мере по одну сторону от плоскости (F) соединения по меньшей мере на одном фрикционном диске располагают головки для сварки трением в количестве более одной (n>1) в орбитальной плоскости в зоне заготовки так, что вибрационные головки внутри указанных головок прикреплены неподвижно к фрикционному диску, при этом указанную по меньшей мере одну (n>1) головку для сварки трением, которая является ближайшей соответственно к одной стороне, приводят в колебательное движение с одинаковой частотой трения и с одинаковой амплитудой, а также с одинаковым заданным фазовым положением.
Дополнительно в соответствии с предложенным способом нажим, то есть осевое соединительное давление указанных головок для сварки трением в количестве более одной (n>1), требуемое для подачи энергии, выполняют по осям нажима в количестве более одной (n>1), так что воображаемая (далее "виртуальная") объединенная ось нажима, образованная наложением указанных осей нажима, при использовании подающего устройства, управляемого силой, проходит через центр тяжести поверхности соединения.
С тем чтобы кинематические условия могли быть оптимизированы, в предложенном способе указанные головки для сварки трением расположены таким образом, что оси трения в совокупности с их виртуальной объединенной осью трения проходят через объединенный центр масс всех вибрирующих масс, которые включают по меньшей мере эксцентриковый вал и фрикционную пластину головок для сварки трением, фрикционные диски, держатель заготовки и заготовку.
Для увеличения количества энергии колебаний, которая может быть приложена, дополнительно в предложенном способе вибрационные головки указанных головок для сварки трением неподвижно устанавливают по обе стороны от плоскости (F) соединения соответственно в нескольких орбитальных плоскостях на фрикционных дисках, при этом головки для сварки трением, расположенные по одну сторону от плоскости (F) соединения, приводят в состояние вибрации с предварительно заданным фазовым положением по отношению к головкам для сварки трением, расположенным по другую сторону плоскости соединения.
Для создания давления, которое должно быть приложено к плоскости соединения во время подведения энергии колебаний, устройства подачи материала направляют заготовки друг к другу в осевом направлении в плоскости соединения при контроле расстояния/времени, посредством чего в идеале указанная виртуальная объединенная ось проходит через центр тяжести поверхности соединения в плоскости соединения заготовок. Благодаря этому возникает преимущество, заключающееся в том, что поверхности соединения, которые, упираясь одна в другую, не находятся в одной плоскости, стираются до плоского состояния, что приводит к голоэдрической сварке.
В устройстве для орбитальной сварки трением, которое обеспечивает возможность осуществления указанного способа и в котором энергия кругового движения может быть подведена в плоскость соединения для сварки заготовок, на которые воздействует осевое давление и которые имеют произвольные поперечные сечения в плоскости (F) соединения, предложено в соответствии с изобретением, что вибрационные головки указанных головок для сварки трением в количестве более одной (n>1) установлены неподвижно по меньшей мере на одном фрикционном диске по меньшей мере в одной орбитальной плоскости вокруг заготовок, которые должны быть сварены таким образом, что виртуальная объединенная орбитальная ось трения, получаемая наложением осей трения в количестве более одной (n>1) отдельных головок для сварки трением, проходит через зону центра (22) масс, а указанные головки для сварки трением вибрируют с одинаковой частотой трения и одинаковой амплитудой, а также с заданным фазовым положением.
Расположение большого количества головок для сварки трением в орбитальной плоскости вокруг свариваемых заготовок приносит преимущество, заключающееся в том, что с увеличением числа головок для сварки трением могут быть приложены произвольно большие количества энергии, так что возможна сварка заготовок, таких как, например, длинные, толстостенные трубы, детали в виде длинных конструктивных стержней или заготовки, имеющие чрезмерную ширину, лишь при небольшом расходе времени.
Для того чтобы гарантировать, что во все зоны поверхности соединения подведено одинаковое количество энергии, в изобретении предложено, что при использовании регулировки усилия все оси нажима расположены на одинаковом расстоянии от центра тяжести поверхности соединения в плоскости соединения и одновременно с угловой симметрией для создания поверхностной симметрии относительно центра тяжести поверхности соединения. Кроме того, математическое произведение указанного расстояния от отдельной оси нажима до центра тяжести поверхности соединения на соответствующую силу (Р) осевого давления является постоянной величиной на объединенной орбитальной оси для всех головок для сварки трением.
В случае заготовок, у которых поперечное сечение не является симметричным, или если такая конструкция необходима, в соответствии с изобретением предложено, что все оси нажима расположены на разных расстояниях от центра тяжести поверхности соединения, прикладываемая сила (Р) нажима на соответствующей оси нажима обратно пропорциональна расстоянию от этой оси до центра тяжести поверхности соединения применительно к угловому расположению осей нажима по отношению друг к другу, при этом математическое произведение расстояния от отдельных осей нажима до центра тяжести поверхности соединения на соответствующую силу (Р) осевого давления является постоянной величиной на объединенной орбитальной оси для всех осей нажима.
При дополнительном взгляде на все эти процедуры сварки трением предложено, что соответственно по обе стороны от плоскости (F) соединения к фрикционному диску (16, 18), расположенному в орбитальной плоскости, вокруг заготовок (12, 14), которые необходимо сварить, неподвижно прикреплены головки для сварки трением, включающие вибрационные головки, при этом все головки для сварки трением, расположенные на одном фрикционном диске, колеблются с одинаковой частотой, одинаковой амплитудой и одинаковым фазовым положением.
В одном варианте выполнения изобретения предложено, что одна заготовка, выбранная из свариваемых встык двух заготовок, устанавливается неподвижно, то есть является "фиксированной", а указанные головки для сварки трением в количестве более одной (n>1) размещены только в орбитальной плоскости вокруг другой заготовки с обеспечением приведения этой второй заготовки в колебательное движение с трением.
Этот вариант выполнения представленного изобретения предпочтителен для заготовок, содержащих меньшее количество материала, или для заготовок, выполненных из материалов, которые относительно просто сваривать, таких как, например, тонкостенные пластмассовые трубы.
При размещении головок для сварки трением на орбитальных плоскостях по обе стороны от плоскости соединения линейный вектор нажима создается при круговом расположении головок для сварки трением в количестве более одной (n>1) по обе стороны от плоскости (F) соединения свариваемых встык заготовок, причем указанные головки для сварки трением, расположенные по обе стороны от плоскости соединения, вибрируют с равной текущей фазой или с противоположным рабочим направлением вращения с непрерывно изменяющейся разностью фаз, расположены напротив друг друга и имеют заданную начальную фазу. (Линейное относительное перемещение)
В пределах плоскости соединения возникает движущийся по кругу вектор нажима, если указанные головки для сварки трением, расположенные по одну сторону от плоскости соединения, вибрируют с противоположной текущей фазой или с одинаковым направлением вращения и заданной разностью фаз относительно головок для сварки трением, расположенных по другую сторону от плоскости соединения. (Движущееся по кругу относительное перемещение)
Регулировка количества энергии, подводимой в плоскость соединения, может быть выполнена с помощью регулировки разности фаз между головками для сварки трением одной орбитальной плоскости и головками для сварки трением орбитальной плоскости по другую сторону от плоскости соединения, причем разность фаз в 180° дает примерно максимальное относительное перемещение в плоскости соединения, то есть приводит к максимальной амплитуде вибраций с трением.
Изобретение дополнительно делает возможной сварку, например, конструктивного стержня, который стоит на поперечном брусе, с образованием Т-образной конструкции, причем вибрационные головки указанных головок для сварки трением неподвижно прикреплены к указанному поперечному брусу в аксиальной плоскости, расположенной ортогонально к продольной оси указанного конструктивного бруса, и, кроме того, указанные головки для сварки трением закреплены на орбитальной плоскости вокруг указанного конструктивного бруса.
При таком расположении виртуальная объединенная орбитальная ось трения, образованная вследствие наложения вибраций большого числа (n) вибрационных осей отдельных головок для сварки трением, должна проходить через зону центра масс, головки для сварки трением по обе стороны от плоскости соединения должны вибрировать с одинаковой частотой трения, и должна быть установлена заданная разность фаз между головками для сварки трением, расположенными по одну сторону от плоскости соединения, и головками для сварки трением, расположенными по другую сторону от плоскости соединения.
Для сварки, например, оборудования трубопроводов, такого как секции труб, по которым может транспортироваться газ, нефтепродукты или вода и которые могут быть изготовлены из пластмассы, металла или композитных материалов, является удобным, чтобы большое число (n) головок для сварки трением находились в соответственно орбитальном положении, были прочно закреплены вокруг секций трубы и их можно было перемещать транспортным средством. Очевидно, что в таких случаях также можно иметь конструкцию, при которой свариваемые секции трубы можно перемещать через неподвижные орбитально расположенные головки для сварки трением в соответствующее положение для сварки и удерживать их в этом положении во время сварки.
В случае такого расположения для перемещения секций трубы в рабочее положение при контроле расстояния/времени может использоваться давление для сварки в плоскости соединения, преимущественно нажимные блоки с гидравлическими или пневматическими приводами или соответственно с механическими и/или электромеханическими приводами, которые взаимодействуют либо с заготовками, либо с фрикционными дисками, которые прочно прикреплены к заготовкам.
Преимущества и особенности представленного изобретения рассмотрены более подробно с помощью приведенного ниже описания примеров вариантов его выполнения в сочетании с формулой изобретения и чертежами, на которых:
Фиг.1 упрощенно изображает устройство для орбитальной сварки трением, предназначенное для сварки двух труб в плоскости их соединения;
Фиг.2 упрощенно изображает вид на орбитальные плоскости, показывающий головки для сварки трением вдоль их осей, глядя на плоскость соединения с одной стороны, причем показанный слева вид на орбитальную плоскость изображает вибрирующие головки для сварки трением в положении нулевой фазы, вид, расположенный посередине и изображающий головки для сварки трением, служит для объяснения одинаковой текущей фазы или противоположного рабочего направления вращения соответственно, и правый вид на головки для сварки трением служит для объяснения противоположной текущей фазы или одинакового рабочего направления вращения соответственно;
Фиг.3А и фиг.3В иллюстрируют на виде сверху вибрацию двух головок для сварки трением, расположенных напротив друг друга в плоскости соединения и вибрирующих с разностью фаз соответственно 0° или 360° с одинаковым рабочим направлением вращения;
Фиг.3С представляет изображение, из которого можно сделать вывод, что разность фаз 0°/360° приводит к отсутствию относительного перемещения вибрационных головок;
Фиг.4А, 4В и 4С изображают вид сверху на вибрационные головки, расположенные напротив друг друга с разностью фаз 45°/315° и с одинаковым рабочим направлением вращения;
Фиг.4D и 4Е иллюстрируют равномерное круговое относительное перемещение для разности фаз 45° в соответствии с фиг.4В и 315° в соответствии с фиг.4С;
Фиг.5А-5С изображают вид сверху на вибрационные головки, расположенные напротив друг друга с разностью фаз соответственно 90° или 270° и одинаковым рабочим направлением вращения;
Фиг.5D и 5Е иллюстрируют результирующее единообразное круговое относительное движение для разности фаз 90° в соответствии с фиг.5В и с разностью фаз 270° в соответствии с фиг.5С;
Фиг.6А - 6С изображают вид сверху на вибрационные головки, расположенные напротив друг друга при разности фаз 135° и 225° и с одинаковым рабочим направлением вращения;
Фиг.6D и 6Е иллюстрируют единообразное круговое относительное движение для разности фаз 135° в соответствии с фиг.6В и разностью фаз 225° в соответствии с фиг.6С;
Фиг.7А и фиг.7В изображают вид сверху вибрационных головок, расположенных напротив друг друга при разности фаз 180° и с одинаковым рабочим направлением вращения;
Фиг.7С иллюстрирует результирующее равномерное круговое относительное движение для разности фаз 180° в соответствии с фиг.7В;
Фиг.8А и фиг.8В изображают вид сверху на вибрационные головки, расположенные напротив друг друга, при разности фаз соответственно 0° и 360° и с противоположным рабочим направлением вращения;
Фиг.8С иллюстрирует результирующее линейное относительное перемещение для разности фаз 360° в соответствии с фиг.8В;
Фиг.9А-9С изображают вид сверху вибрационных головок, расположенных напротив друг друга, при начальной разности фаз соответственно 45° или 315° и с противоположным рабочим направлением вращения;
Фиг.9D и 9Е иллюстрируют линейное относительное перемещение для разности фаз 45° в соответствии с фиг.9В и для разности фаз 315° в соответствии с фиг.9С;
Фиг.10А-10С изображают вид сверху вибрационных головок, расположенных напротив друг друга, при начальной разности фаз соответственно 90° или 270° и с противоположным рабочим направлением вращения;
Фиг.10D и 10Е иллюстрируют линейное относительное перемещение для разности фаз 90° в соответствии с фиг.10В или для разности фаз 270° в соответствии с фиг.10С;
Фиг.11А-11С изображают вид сверху вибрационных головок, расположенных напротив друг друга, при начальной разности фаз 135° или 225° соответственно и с противоположным рабочим направлением вращения;
Фиг.11D и фиг.11Е иллюстрируют линейное относительное перемещение для разности фаз 135° в соответствии с фиг.11В и разности фаз 225° в соответствии с фиг.11C
Фиг.12А и 12В изображают вид сверху вибрационных головок, расположенных напротив друг друга, при начальной разности фаз 180° и с противоположным рабочим направлением вращения;
Фиг.12С иллюстрируют линейное относительное движение для разности фаз 180° в соответствии с фиг.12В;
Фиг.13 упрощенно представляет расположение трех головок/прижимных осей для сварки трением в орбитальной плоскости по отношению к центру тяжести поверхности в плоскости соединения для конструктивного стержня; и
Фиг.14 упрощенно представляет расположение головок для сварки трением на диске, который окружает часть свариваемой трубы и скреплен с ней установочными болтами.
На фиг.1 упрощенно представлено устройство 10 для орбитальной сварки трением, предназначенное для сварки двух удлиненных частей 12 и 14 трубы, прижатых друг к другу своими концами в плоскости F соединения с осевой силой Р. На обеих частях 12 и 14 трубы неподвижно закреплены фрикционные диски 16 и 18. Преимущество такого расположения заключается в том, что действующая объединенная ось давления и действующая объединенная ось трения расположены на одной линии и положение центра тяжести поверхности соединения совпадает с положением центра масс. Очевидно, что на практике могут встретиться случаи, когда два центра тяжести удалены друг от друга, то есть ось приложения силы не безусловно должна совпадать с осью трения.
Фрикционные диски 16 и 18 служат для прикрепления головок соответственно I, II, III, IV или I', II', III', IV или I'', II'', III'', IV'' для сварки трением. Эти головки прикреплены к фрикционному диску вместе с их соответствующей вибрационной головкой. В связи с этим они удерживаются неподвижно с помощью соединителей (не показаны).
Головки для сварки трением, которые используются и пригодны для реализации изобретения, известны из патента Германии DE 4436857 А. Использование этих головок создает то преимущество, что большое количество таких головок может быть легко синхронизировано, и особенно то, что они позволяют осуществлять безупречную начальную синхронизацию, так что операция сварки трением начинается с требуемой фазы и фазовые соотношения между расположенными напротив друг друга головками для сварки трением могут поддерживаться с большой надежностью. Эта известная головка для сварки трением снабжена регулируемым эксцентриком и параллельным управлением, с помощью которых приводная боковая вращательная энергия может быть преобразована в энергию кругового параллельно управляемого движения. Для начальной синхронизации все эксцентрики индивидуальных головок для сварки трением устанавливают в положение полной начальной амплитуды и затем головки, которые расположены напротив друг друга, устанавливают в требуемое начальное фазовое положение. Только после этой настройки смещения фаз между головками для сварки трением, которые укреплены на противоположно расположенных фрикционных дисках, фрикционные диски 16 и 18 прикрепляют к частям 12 и 14 труб и последовательно вводят в действие для сваривания указанных частей труб в плоскости соединения.
Фрикционные диски 16 и 18 изображены на фиг.2 для того, чтобы помочь в объяснении относительного перемещения вибрационных головок расположенных напротив друг друга головок для сварки трением, причем изображение фрикционного диска 16.1 приведено соответственно для пояснения одинаковых рабочих фаз или противоположного направления вращения, а изображение фрикционного диска 16.2 дает возможность объяснения соответственно противоположной рабочей фазы или одинакового рабочего направления вращения. В иллюстративных целях кинематические условия в плоскости соединения изображены на осевом виде с одной стороны.
Для таких объяснений во всем последующем обсуждении будут рассмотрены только соответствующие головки соответственно I и I' или I''. Что касается заданных функций, то, очевидно, понятно, что также другие используемые головки соответственно II, III, IV, а также II', III', IV и II'', III'', IV'' работают с той же соответствующей частотой, амплитудой и фазой, так что устанавливаются требуемые относительные перемещения фрикционных дисков, которые расположены один против другого, и частей трубы в плоскости F соединения.
В процессе сварки к свариваемым частям трубы прикладывают осевое давление, что осуществляется с помощью нажимных устройств. Указанное давление может быть приложено через сами части трубы, а также через фрикционные диски, которые неподвижно прикреплены к указанным кускам трубы. Эти нажимные устройства могут содержать гидравлические или пневматические приводы, а также соответственно механические и/или электромеханические приводы.
Так как центр тяжести поверхности в плоскости соединения находится в центре обеих частей трубы, то отдельные головки для сварки трением размещаются в положении, симметричном в угловом направлении относительно центра тяжести поверхности, и на равных расстояниях, отделяющих их от указанного центра тяжести, в связи с чем все головки для сварки трением передают фрикционным дискам одинаковую энергию движения и в связи с этим каждой точке плоскости соединения, то есть сварочного шва. Для сварочного процесса требуется больше или меньше энергии в зависимости от материала, из которого изготовлены трубы, толщины стенки труб и в связи с этим от количества свариваемого материала. Для создания соединений, требующихся в особых условиях эксплуатации, количество головок для сварки трением, установленных на одном фрикционном диске, может отличаться от описанных четырех головок как в сторону уменьшения, например три, так и в сторону увеличения, то есть может использоваться большее число головок, для того чтобы можно было получить энергию сварки, пропорциональную поставленной задаче.
Хотя по экономическим соображениям предпочтительнее использовать головки для сварки трением одинакового типа, каждая из которых может обеспечить одинаковую мощность, также можно устанавливать на фрикционный диск головки для сварки различных типов, при этом следует позаботиться только о том, чтобы, с одной стороны, поддерживалась постоянной угловая симметрия относительно центра тяжести поверхности соединения и, с другой стороны, чтобы также было постоянным математическое произведение расстояния от осей трения до центра тяжести поверхности соединения на соответствующую подведенную энергию колебаний при непрерывно постоянном осевом давлении на свариваемые трубы.
Ниже представлены объяснения для результирующих относительных перемещений, то есть результирующих векторов нажима между двумя дисками 16 и 18 для различных случаев однонаправленного/противоположного рабочего вращения, а также влияния разности фаз между двумя фрикционными дисками. Так как, однако, при одной и той же разности фаз на все головки для сварки трением на одном фрикционном диске действуют одни и те же связи, ниже преимущественно и относительно друг друга объяснено колебательное поведение вибрационных головок для двух головок 1 и (1).
На фиг.3А и 3В представлена взаимосвязь для вибрационных головок для головок 1 и (1) для сварки трением, причем наконечники стрелок векторов движения для нулевой фазы для всех моментов времени, а именно 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, изображены закрашенными (жирно), а векторы движения для такой же рабочей фазы, то есть противоположного направления вращения, во все моменты времени, а именно (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7), (8), соответственно имеют не закрашенные (светлые) наконечники стрелок. Такие же обозначения также применяются для последующих чертежей, поясняющих смещения фазы.
На фиг.3А и 3В проиллюстрирована соответственно разность фаз 0° или разность фаз 360° при одинаковом рабочем направлении вращения. С помощью наложения векторов движения одинакового размера и в различные моменты времени соответственно от 1 по 8 или от (1) по (8) при соответственно одинаковом размере и направлении не создается относительного перемещения вибрационных головок для головок для сварки трением, которые расположены напротив друг друга на дисках 16 и 18. Это же видно опять на изображении, представленном на фиг.3С, на которой векторы движения для всех изображенных моментов времени совпадают один с другим, что указывает на то, что относительного перемещения не возникает.
Теперь, рассматривая фиг.4А и 4В, получаем единообразное круговое относительное перемещение вследствие разности фаз в 45° путем изображения векторов для отдельных наблюдаемых моментов времени в соответствии с фиг.4D. Из этого представления можно сделать вывод, что между вибрационными головками головок 1 и (1) для сварки трением вызывается относительное перемещение, которое на фиг.40 изображено с помощью жирной соединительной линии между наконечниками стрелок векторов движения.
То же самое справедливо для разности фаз в 315°, как это можно видеть из сравнения векторов движения с фиг.4А и 4С в соответствии с изображением на фиг.4Е. Итогом в обоих случаях является соответственно единообразное круговое относительное перемещение или одинаково вращающийся вектор нажима.
Соответствующие данные могут быть получены применительно к фиг.5А и 5В, а также применительно к фиг.5А и фиг.5С для разностей фаз соответственно 90° и 270° при одинаковом направлении рабочего вращения. Соответствующее наложение векторов движения изображено на фиг.5D для разности фаз в 90° и на фиг.5Е для разности фаз 270°. Из этих иллюстративных изображений можно сделать заключение, что при разностях фаз 90° и 270° достигается большее относительное перемещение, чем при разности фаз 45° и 315°.
Соответственно, то же самое имеет силу для разностей фаз соответственно 135° и 225° при одинаковом рабочем направлении вращения, что следует из наложения векторов перемещения в соответствии с фиг.6А и 6В, а также с фиг.6А и 6С. Относительное перемещение, вызываемое наложением векторов движения, как изображено на фиг.6D и 6Е, также является однородным круговым относительным перемещением, однако по сравнению с предыдущими рассмотренными случаями, оно имеет увеличенную амплитуду.
Из рассмотрения разности фаз в 180° при одинаковом рабочем направлении вращения при наложении векторов перемещения в каждый отдельный данный момент времени получается максимальная амплитуда единообразного кругового относительного перемещения, как это может быть получено из фиг.7С.
Из всех предыдущих рассмотренных случаев различных разностей фаз можно понять, что относительное перемещение, которое происходит при наложении векторов перемещения отдельных головок для сварки трением, расположенных на противоположно расположенных фрикционных дисках, всегда является единообразным круговым относительным перемещением, которое только лишь изменяет свою амплитуду и свое круговое перемещение относительно момента времени наблюдения соответственно от 1 до 8 или от (1) до (8).
Из этой концепции возникает возможность, что оба линейных направления, то есть направление трения, зависящее от фазового положения, а также подведение энергии, зависящее от фазового положения, могут изменяться одновременно регулировкой фазового положения.
Ниже рассмотрены наложения векторов движения для различных моментов времени от 1 до 8 или от (1) до (8) при противоположном направлении рабочего вращения.
На фиг.8А и 8В изображены условия противоположного направления рабочего вращения при разности фаз 0° и разности фаз 360°. При наложении векторов движения в моменты времени, которые обозначены теми же арабскими цифрами, происходят относительные перемещения, как можно видеть из фиг.8С, для разности фаз 0° и 360°, причем становится очевидным, что создается линейное относительное перемещение, за исключением моментов времени 3 и 7, в которых относительное перемещение равно нулю.
На фиг.9А-9С изображены условия при противоположном направлении рабочего вращения и начальной разности фаз в 45° в 315° с постоянно изменяемой разностью фаз. С помощью наложения векторов движения в соответствии с фиг.9А и 9В начальная разность фаз в 45° приводит к линейному относительному перемещению амплитуды для моментов времени 2, 3, 6 и 7, которая меньше, чем амплитуда для моментов времени 1, 4, 5 и 8. В связи с этим амплитуда при разности фаз в 45° при 67,5° и 247,5° проходит значение, равное нулю, а при 157,5°, как и при 337,5°, проходит через максимальное значение амплитуды.
Соответственно, это также имеет силу для наложения векторов движения в соответствии с фиг.9А и 9С, где происходит только смещение линейного относительного перемещения относительно указанных моментов времени, которое зависит от установки фазы. В этом случае нулевая величина амплитуды находится при 12,5° и 292,5°, а максимум амплитуды находится на 22,5°, а также на 202,5°.
Также при рассмотрении фиг.10А-10С соответствующие результаты возникают для противоположного направления рабочего вращения при начальной разности фаз соответственно в 90° и 270°. Для начальной разности фаз 90° в соответствии с фиг.10А и фиг.10В получается линейное относительное перемещение в соответствии с фиг.10D, причем аналогично амплитуда относительного перемещения для отдельных моментов времени изменяется, а в моменты времени 2 и 6 не наблюдается относительного перемещения.
При начальной разности фаз в 270° и наложении векторов движения в соответствии с фиг.10А и фиг.10С получается такое же относительное перемещение с изменяющейся амплитудой, так что в моменты времени 4 и 8 относительного перемещения не происходит.
При противоположном направлении рабочего вращения и при начальной разности фаз соответственно 135° или 225° создается положение, изображенное на фиг.11D при наложении в соответствии с фиг.11А и 11В и при начальной разности фаз 135°. Аналогично имеется линейное относительное перемещение, амплитуда которого становится больше и меньше в соответствии с выбранным моментом времени наблюдения. То же самое справедливо для наложения векторов движения в соответствии с фиг.11А и 11С, которое при начальной разности фаз в 225° приводит к линейному относительному перемещению в соответствии с фиг.11Е, имеющему изменяющуюся амплитуду. В этом случае получается, что при разности фаз в 135° в начале вибрации амплитуда становится равной нулю при 22,5° и при 202,5°, а максимум амплитуды существует при 112,5° и при 292,5°. То же самое справедливо при разности фаз в 225° в начале вибрации с нулевой амплитудой при 157,5° и при 337,5° и максимальной амплитудой при 67,5° и 247,5°.
Наконец, показаны условия для противоположного направления рабочего вращения и начальной разности фаз в 180°, в которых векторы перемещения накладываются друг на друга в соответствии с фиг.12А и фиг.12 В. Наложение при разности фаз в 180° приводит к линейному относительному перемещению в соответствии с фиг.12С, причем для моментов времени 1 и 5 не происходит относительного перемещения.
Фиг.13 упрощенно изображает фрикционный диск 21, который прикреплен к конструктивному стержню (22) и на котором размещены три головки I, II, и III для сварки трением. На данном чертеже дополнительно изображен центр 22 тяжести поверхности, который пунктирными соединительными линиями соединен с указанными головками. Для обеспечения того, чтобы в каждой точке сварного шва было подведено равное количество энергии, головки для сварки трением размещены на фрикционном диске в таком положении, что при равной входной энергии математическое произведение указанного расстояния, умноженного на осевую силу давления, действующую в соответствующей головке для сварки трением, является постоянным. В связи с этим выравнивается поступление энергии в плоскость соединения и таким образом обеспечивается образование однородного сварочного шва.
Также может быть, что с учетом занимаемого объема головки для сварки трением должны быть размещены на одной стороне фрикционного диска относительно их центра масс. В этом случае следует принять меры для компенсации веса с помощью методов балансировки. Необходимо, чтобы действующая объединенная ось трения проходила через центр масс всех подвижных деталей.
Для того чтобы иметь основания быть уверенным в неподвижном закреплении заготовки, которая должна быть сварена, предложено множество различных способов. Применительно к сварке кусков трубы простое решение проблемы изображено на фиг.14, на которой представлен разъемный фрикционный диск, разделенный на две половины 24 и 25, которые для сваривания заготовок в форме труб расположены по периферии трубы и плотно обжимают ее.
Такой разъемный фрикционный диск, который может быть перебран и который имеет головки I, II, III и IV для сварки трением, может быть установлен, например, на транспортное средство, которое движется вдоль трубопровода для сварки длинных трубопроводов, таких какие используют для транспортировки газа, нефтепродуктов или воды и которые укладывают один кусок за другим, плотно прижимают части труб, которые должны быть сварены в каждом сечении сварки, зажимая их между фрикционными дисками и подводя в плоскость соединения направленное вдоль оси давление, необходимое для сварки.
Сварка трением таких труб с применением изобретения выполняется за очень короткий промежуток времени, в связи с чем можно предположить, что для самой операции сварки требуется меньше чем несколько минут при соответствующей подаче энергии. Если для сравнения рассматривать сварку трубопроводов обычными способами сварки, то такое сравнение покажет очень большую экономическую выгоду, так как изготовление сварного шва высокого качества обычными средствами для труб, работающих под высокими нагрузками, требует времени, от 10 до 100 раз большего, чем описанный выше способ.
Вместо предлагаемого транспортабельного устройства для орбитальной сварки трением сварочное оборудование может быть оборудованием стационарного типа, так чтобы большое количество секций труб, подлежащих сварке, могли перемещаться со скольжением одна за другой через указанное сварочное оборудование для выполнения операции сварки.
Применение, которое дополнительно не описано, состоит в сварке заготовок, которые установлены вертикально одна на другой с образованием Т-образной конфигурации, как, например, Т-образные разветвления трубопроводов или конструктивные опорные стойки на поперечном брусе.
С этой целью вибрационные головки более чем одной головки для сварки трением неподвижно закрепляют на поперечном брусе в осевой плоскости, расположенной перпендикулярно продольной оси указанного опорного бруса и по другую сторону от плоскости соединения, то есть в орбитальной плоскости вокруг опорного бруса дополнительно закрепляют большое количество (n) головок для сварки трением. Затем вибрационные головки головок для сварки трением по обе стороны от соединительной плоскости приводятся в состояние вибрации с одинаковой частотой, вследствие чего между головками для сварки трением, расположенными по одну сторону от соединительной плоскости, и теми, что расположены по другую сторону от соединительной плоскости, может быть установлена заданная разность фаз. С этой целью может использоваться линейная вибрация с помощью рабочего вращения в противоположных направлениях или, возможно, круговая вибрация с помощью рабочего вращения в одинаковом направлении.

Claims (22)

1. Способ орбитальной сварки трением заготовок (12; 14; 20; 26), включающий подведение к свариваемым заготовкам энергии колебаний с одновременным прижатием их друг к другу в плоскости соединения, отличающийся тем, что на каждой части заготовки по обе стороны от плоскости (F) неподвижно закрепляют по меньшей мере один фрикционный диск, расположенный в орбитальной плоскости заготовок по меньшей мере на одном диске по меньшей мере в одной орбитальной плоскости устанавливают головки (I, II, III, IV; I', II', III', IV; I'', II'', III'', IV'') для сварки трением в количестве более одной, внутри каждой из которых размещена вибрационная головка, неподвижно прикрепленная к фрикционному диску, и указанные головки для сварки трением приводят в колебательное движение с одинаковой частотой трения и с одинаковой амплитудой, а также с заданным фазовым положением.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соединительное давление указанных головок для сварки трением, необходимое для прижатия заготовок и подведения энергии колебаний, создают по осям нажима в количестве более одной таким образом, что виртуальная объединенная ось, образованная наложением осей нажима, проходит через зону центра тяжести поверхности соединения заготовок.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные головки для сварки трением размещают так, что оси трения в совокупности с их виртуальной объединенной осью трения проходят через зону центра масс всех колеблющихся масс.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что вибрационные головки указанных головок (I, II, III, IV; I', II', III', IV; I'', II'', III'', IV'') для сварки трением устанавливают неподвижно, соответственно, по обе стороны плоскости (F) соединения в нескольких орбитальных плоскостях, и указанные головки для сварки трением, расположенные по одну сторону плоскости (F) соединения, приводят в колебательное движение с заданным фазовым положением по отношению к указанным головкам для сварки трением, расположенным по другую сторону плоскости соединения.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что усилие, с которым заготовки прижимают друг к другу в плоскости соединения, создают нажимными устройствами, которые сводят заготовки вместе в осевом направлении при контроле времени или расстояния так, что виртуальные объединенные оси проходят через центр тяжести поверхности соединения заготовок.
6. Устройство для орбитальной сварки трением заготовок (12: 14; 20; 26), имеющих произвольное поперечное сечение в плоскости (F) соединения, включающее средства подведения энергии кругового движения в плоскость соединения и средства создания осевого давления, отличающееся тем, что средства подведения энергии кругового движения выполнены в виде фрикционных дисков (16, 18), расположенных в орбитальной плоскости заготовок и неподвижно закрепленных по обе стороны от плоскости (F) соединения, по меньшей мере, на одном из которых, по меньшей мере, в одной орбитальной плоскости установлены головки (I, II, III, IV; I', II', III', IV; I'', II'', III'', IV'') для сварки трением в количестве более одной, внутри каждой из которых неподвижно закреплена вибрационная головка так, что виртуальная объединенная орбитальная ось, образованная наложением осей трения в количестве более одной отдельных головок для сварки трением, проходит через зону центра масс в плоскости соединения заготовок, при этом указанные головки для сварки трением установлены с заданным фазовым положением с возможностью колебания с одинаковой частотой трения и одинаковой амплитудой.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что средство создания осевого давления выполнено с возможностью регулировки усилия, при этом все оси нажима расположены на одинаковом расстоянии от центра тяжести поверхности соединения заготовок и, одновременно, с угловой симметрией для создания поверхностной симметрии относительно центра тяжести поверхности соединения заготовок, а математическое произведение расстояния от отдельной оси нажима до центра тяжести поверхности соединения заготовок на соответствующую силу (Р) осевого давления является постоянной величиной на объединенной орбитальной оси для всех головок для сварки трением.
8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что средство создания осевого давления выполнено с расположением осей нажима на разных расстояниях от центра тяжести поверхности соединения заготовок, при этом сила (Р) осевого давления на соответствующей оси нажима обратно пропорциональна расстоянию от этой оси до центра тяжести поверхности соединения заготовок применительно к угловому расположению осей нажима по отношению друг к другу, а математическое произведение расстояния от отдельной оси нажима до центра тяжести поверхности соединения заготовок на соответствующую силу (Р) осевого давления является постоянной величиной на объединенной орбитальной оси для всех головок для сварки трением.
9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что головки для сварки трением неподвижно прикреплены к фрикционному диску (16, 18), соответственно, по обе стороны от плоскости (F) соединения, расположенному в орбитальной плоскости свариваемых заготовок (12, 14), при этом все головки для сварки трением, расположенные на одном фрикционном диске, имеют возможность колебания с одинаковой частотой, одинаковой амплитудой и одинаковым фазовым положением.
10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что одна из свариваемых встык заготовок закреплена неподвижно, а указанные головки для сварки трением, прикреплены вокруг второй заготовки с возможностью ее приведения в колебательное движение.
11. Устройство по п.6, отличающееся тем, что головки для сварки трением закреплены по кругу по обе стороны от плоскости (F) соединения заготовок (12, 14), расположены напротив одна другой и имеют возможность колебания, соответственно, с одинаковой текущей фазой или с противоположным рабочим направлением вращения с непрерывно изменяющейся разностью фаз и имеющие заданную начальную фазу.
12. Устройство по п.6, отличающееся тем, что головки (I, II, III, IV) для сварки трением, размещенные по одну сторону от плоскости соединения, имеют возможность колебания, соответственно, с противоположной текущей фазой или с одинаковым рабочим направлением вращения и с заданной разностью фаз по отношению к головкам (I', II', III', IV; I'', II'', III'', IV'') для сварки трением, расположенным по другую сторону от плоскости соединения.
13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что головки (I, II, III, IV) для сварки трением, размещенные по одну сторону от плоскости соединения, имеют возможность колебания с разностью фаз между 0 и 360° по отношению к головкам (I', II', III', IV; I'', II'', III'', IV'') для сварки трением, расположенным по другую сторону от плоскости соединения.
14. Устройство по п.8, отличающееся тем, что фрикционные диски, на которых закреплены головки для сварки трением, расположены в радиальном направлении один за другим по периферии заготовки или заготовок для увеличения энергии колебаний, подводимой в плоскость (F) соединения.
15. Устройство по п.6, отличающееся тем, что головки для сварки трением, соответственно, установлены неподвижно вокруг соединяемых заготовок, например труб или конструктивных деталей (24, 25) с возможностью их перемещения с помощью транспортного средства, либо с возможностью перемещения соединяемых заготовок, например, труб или конструктивных деталей, соответственно, через неподвижные, орбитально расположенные головки для сварки трением в соответствующее место сварки и возможностью закрепления в этом месте.
16. Устройство по п.6, отличающееся тем, что закрепленные на заготовке фрикционные диски с расположенными на них головками для сварки трением установлены с возможностью их сведения друг с другом при контроле времени или расстояния с помощью нажимных устройств для создания давления, прикладываемого во время подведения энергии колебаний в плоскость соединения, причем виртуальная объединенная ось проходит через центр тяжести поверхности соединения заготовок.
17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что нажимные блоки соединены с фрикционными дисками, расположенными по обе стороны от плоскости соединения и прикрепленными к заготовкам.
18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что нажимные блоки снабжены гидравлическими или пневматическими приводами или, соответственно, механическими и/или электромеханическими приводами.
19. Устройство по любому из пп.6-17, отличающееся тем, что головки для сварки трением установлены с возможностью подведения создаваемой ими энергии кругового движения перпендикулярно в плоскость соединения заготовок, расположенных наклонно или Т-образно одна относительно другой и состоящих из ответвлений труб, идущих в сторону от продольной трубы, или конструктивного стержня, отходящего от поперечного бруса, и закреплены неподвижно в плоскости, перпендикулярной продольной оси ответвления трубы или конструктивного стержня вокруг ответвления трубы или конструктивного стержня, при этом виртуальная объединенная орбитальная ось трения, образованная наложением колебаний осей трения отдельных головок для сварки трением, проходит через зону центра масс, а указанные головки для сварки трением расположены по обе стороны от плоскости соединения с возможностью колебания с одинаковой частотой трения, причем головки для сварки трением, расположенные по одну сторону от плоскости соединения, имеют возможность колебания с противоположной текущей фазой и заданной разностью фаз по отношению к головкам для сварки трением, расположенным по другую сторону от указанной плоскости соединения, с обеспечением линейного относительного перемещения заготовок в плоскости соединения.
20. Устройство по любому из пп.6-18, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью использования для сварки заготовок, длина которых существенно больше ширины их эффективного поперечного сечения.
21. Устройство по любому из пп.6-18, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью использования для сварки заготовок, у которых ширина их эффективного поперечного сечения существенно больше их длины.
22. Устройство по любому из пп.6-18, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью использования для сварки заготовок, изготовленных из композиционных материалов.
RU2006105464A 2003-07-24 2004-07-19 Способ орбитальной сварки трением и устройство для осуществления этого способа RU2353488C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10333783.0 2003-07-24
DE2003133783 DE10333783A1 (de) 2003-07-24 2003-07-24 Orbital-Reibschweissverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006105464A RU2006105464A (ru) 2007-09-10
RU2353488C2 true RU2353488C2 (ru) 2009-04-27

Family

ID=34071887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006105464A RU2353488C2 (ru) 2003-07-24 2004-07-19 Способ орбитальной сварки трением и устройство для осуществления этого способа

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7441689B2 (ru)
EP (1) EP1656231B1 (ru)
CN (1) CN1856382A (ru)
AT (1) ATE392980T1 (ru)
CA (1) CA2533616A1 (ru)
DE (2) DE10333783A1 (ru)
RU (1) RU2353488C2 (ru)
WO (1) WO2005009663A1 (ru)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT413346B (de) * 2003-03-21 2006-02-15 Voestalpine Schienen Gmbh Vorrichtung und verfahren zum verbinden der stirnseiten von teilen
ATE470557T1 (de) 2006-12-12 2010-06-15 Branson Ultraschall Verfahren und vorrichtung zum herstellen von gehrungs-eckverbindungen durch vibrationsschweissen
JP2008176567A (ja) * 2007-01-18 2008-07-31 Fujitsu Ltd プリント基板組立体、情報技術装置用筐体及び情報技術装置
US7624907B2 (en) * 2007-06-15 2009-12-01 Cyril Bath Company Linear friction welding apparatus and method
DE102007060114A1 (de) 2007-12-13 2009-06-18 Benteler Automobiltechnik Gmbh Verfahren zum Verbinden einer Flanschplatte mit abgasführenden Rohren, Baueinheit und Verwendung einer Vorrichtung zum Orbital-Reibschweißen
DE102007061512A1 (de) 2007-12-20 2009-07-30 Pewag Austria Gmbh Verfahren zur Herstellung geschweißter Rund- und Profilketten, Kettenglied für eine Rund- oder Profilkette sowie aus solchen Kettengliedern aufgebaute Rund- oder Profilkette
DE102008011922A1 (de) * 2008-02-29 2009-09-03 Ks Kolbenschmidt Gmbh Kolben für Brennkraftmaschinen, hergestellt mittels eines Multi-Orbitalen Reibschweißverfahrens
DE102008020624A1 (de) * 2008-04-24 2009-10-29 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Verfahren zur Herstellung von Turbinen- oder Kompressorrotoren für Gasturbinentriebwerke
US8251275B2 (en) * 2009-08-12 2012-08-28 Kulicke And Soffa Industries, Inc. Ultrasonic transducers for wire bonding and methods of forming wire bonds using ultrasonic transducers
DE102010031313A1 (de) 2010-07-14 2012-01-19 Hilti Aktiengesellschaft Meisselwerkzeug, Verfahren zur Herstellung eines Meisselwerkzeugsystems und Handwerkzeugmaschine
EP2535516B1 (fr) * 2011-06-17 2014-02-26 Techspace Aero S.A. Procédé de soudage par friction d'aubes à un tambour de compresseur axial et dispositif correspondant
US8998067B2 (en) * 2013-01-10 2015-04-07 Baker Hughes Incorporated Tubular friction welding joining method without rotation of the tubulars
GB2514086B (en) * 2013-03-11 2017-12-06 Kuka Systems Uk Ltd Linear friction welding
GB2514087B (en) * 2013-03-11 2018-01-24 Kuka Systems Uk Ltd Linear friction welding
GB201501884D0 (en) 2015-02-05 2015-03-25 Rolls Royce Plc Friction welding
GB2544808B (en) * 2015-11-30 2019-12-04 Jackweld Ltd An apparatus for forming a friction weld
DE102015122314B3 (de) 2015-12-18 2016-12-15 Pewag Austria Gmbh Linearreibschweißmaschine
CN109072567B (zh) * 2016-04-20 2021-03-30 托莱多制模和冲模股份有限公司 用纤维浆料制造声学汽车hvac和ais管道的方法
CN108098131A (zh) * 2018-01-04 2018-06-01 上海锢维智能设备有限公司 一种适合于长工件焊接的摩擦焊设备
CN108327293B (zh) * 2018-01-19 2019-07-02 南京航空航天大学 一种热塑性塑料搅拌摩擦点焊工具及辅助装置及点焊方法
CN108568591A (zh) * 2018-07-09 2018-09-25 西南交通大学 一种钢轨轨道摩擦焊接方法
JP7433663B2 (ja) * 2019-11-12 2024-02-20 国立大学法人大阪大学 異材固相接合方法、異材固相接合構造物及び異材固相接合装置
CN113147270B (zh) * 2021-06-02 2022-09-27 青岛森麒麟轮胎股份有限公司 一种可镶钉轮胎
CN114346405B (zh) * 2022-01-28 2023-04-11 清华大学 中间件旋转钢轨摩擦焊接装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3088343A (en) * 1961-04-28 1963-05-07 Cavitron Ultrasonics Inc Ultrasonic seam welding apparatus
US3702674A (en) * 1970-12-03 1972-11-14 Albert G Bodine Apparatus for accomplishing sonic fusion welding and the like involving variable impedance load factors
US5160393A (en) * 1990-12-27 1992-11-03 Hydroacoustics, Inc. Friction welder having an electromagnetic drive which produces orbital motion
GB2279597B (en) * 1993-05-13 1996-05-15 Rolls Royce Plc Improvements relating to friction welding
GB9414381D0 (en) * 1994-07-15 1994-09-07 British Nuclear Fuels Plc A method of friction welding
DE4436857C2 (de) * 1994-10-17 2003-06-18 Willi Fischer Schwingschweißkopf zum Reibschweißfügen oder Entgraten technischer Bauteile, Rohre oder Profile
DE29723201U1 (de) * 1997-11-27 1998-07-02 Vectron Elektronik Gmbh Vorrichtung zur Regelung der Bewegungsbahn des Werkstückaufnahmekopfes eines Orbital-Vibrationsschweißsystems
US6091215A (en) * 1998-06-02 2000-07-18 Switched Reluctance Drives Limited Trajectory controller
DE19938100A1 (de) * 1999-08-12 2001-02-15 Exama Maschinen Gmbh Mehrkopf-Reibschweißverfahren

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005009663A1 (de) 2005-02-03
CA2533616A1 (en) 2005-02-03
RU2006105464A (ru) 2007-09-10
DE502004006937D1 (de) 2008-06-05
US7441689B2 (en) 2008-10-28
US20060157538A1 (en) 2006-07-20
EP1656231A1 (de) 2006-05-17
DE10333783A1 (de) 2005-02-17
EP1656231B1 (de) 2008-04-23
CN1856382A (zh) 2006-11-01
ATE392980T1 (de) 2008-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2353488C2 (ru) Способ орбитальной сварки трением и устройство для осуществления этого способа
RU2274529C2 (ru) Устройство и способ для соединения торцов деталей
US5697545A (en) Method of friction welding
US5248077A (en) Friction welding and welds made by friction
RU2233743C2 (ru) Способ сварки трением
US3438824A (en) Method and apparatus for joining a closure to a container by high frequency radial vibrations
EP2788141B1 (en) Apparatus for linear friction welding
US6612479B2 (en) Apparatus and method for joining layers of materials
JP4446528B2 (ja) 摩擦溶接するための装置および方法、摩擦溶接装置を用いてブレード一体型ロータを形成する方法
US6059923A (en) Rotary acoustic horn with sleeve
US20050224559A1 (en) Method for metallically connecting rods by oscillating friction welding
US9346120B1 (en) Sonotrode apparatus for use in ultrasonic additive manufacturing
US6547904B1 (en) Method and apparatus for welding polymer fabrics
JP4461438B2 (ja) 摩擦溶接によりレールを結合する方法
US6357506B1 (en) Joining apparatus of thermoplastic pipes
US6029727A (en) Jointing apparatus of thermo plastic pipes
CA3006566C (en) An apparatus for forming a friction weld
CN111250378A (zh) 一种激振装置
US3439409A (en) Apparatus for accomplishing sonic fusion welding and the like involving variable impedance load factors
JP7285005B2 (ja) 機械振動加工装置及び機械振動加工方法
RU2062193C1 (ru) Устройство для сварки трением
CA2239845C (en) A jointing apparatus of thermo plastic pipes
JPH0275479A (ja) 拡散接合方法及び装置
WO2014063221A1 (pt) Equipamento de solda por fricção a topo em elementos tubulares e método de solda por fricção a topo em elementos tubulares
JP2016520429A (ja) 線形摩擦圧接

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110720