SE510729C2 - Svetsdon för friktionsomrörningssvetsning - Google Patents

Description

510 729 10 15 20 25 30 35 Ett av problemen vid användandet av den i ovannämnda patentskrifter beskrivna svetsmetoden för ihopsvetsning av exempelvis aluminiumprofiler är att svetsverktyget i höjdled i princip måste sträcka sig genom hela fogen mellan de arbetsstycken som skall hopsvetsas för att säkerställa att den bildade svetsfogen sträcker sig från arbetsstyckenas ovansida till deras undersidor, dvs en genomgående svetsfog. De i ovannämnda patentskrifter visade svetsverktygen utgörs av en roterbar, väsentligen cylindrisk kropp, som vid sin överdel är förbunden med en drivenhet och som vid sin nederdel är försedd med en medroterbar tapp. Den väsentliga skillnaden mellan svets- verktygen enligt WO93/lO935 och W095/26254 är att svets- verktygets kropp och tapp är utformade i ett stycke enligt den första patentskriften och som två separata delar enligt den andra patentskriften. Kroppen och tappen enligt den sistnämnda patentskriften är dock fast för- bundna med varandra under själva svetsoperationen. Detta innebär att hela svetsverktyget eller åtminstone tappen enligt den senare skriften måste bytas ut för att göra det möjligt att svetsa ihop arbetsstycken, som har olika tjocklek.

Ett annat problem är att de arbetsstycken som skall sammanfogas kan ha en tjockleksvariation utmed fogen, vilket resulterar i att den erhållna slutprodukten ej längs hela svetsfogen erhåller en genomgående svetsfog, dvs sammanfogningen kommer att resultera i en ej god- kännbar svetsfog.

Ett ytterligare problem med de hittills kända svets- verktygen är att ett utgångshål bildas vid det ställe där svetsverktyget lyfts upp ur den bildade svetsfogen, när svetsoperationen avslutats.

Ett ytterligare problem är att nuvarande svetsverk- tyg ej tillåter någon tillförsel av tillsatsmaterial under själva svetsoperationen, vilket exempelvis är 10 15 20 25 30 35 3 "s1o 729 önskvärt i det fall man vill att kroppen pressas mot arbetsstyckenas ovansidor utan att kroppens nedre del, den s k skuldran, går ner i arbetsstyckena.

Ett ändmàl med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma ett svetsdon för friktionsomrörningssvetsning, som på ett enkelt och snabbt sätt kan anpassas till olika tjocklekar hos de arbetsstycken som skall sammanfogas eller justera för tjockleksvariationer hos arbets- styckena.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett sådant svetsdon som möjliggör en tillförsel av tillsatsmaterial under svetsoperationen.

Dessa ändamål åstadkommes enligt föreliggande upp- finning med ett svetsdon för friktionsomrörningssvetsning av det inledningsvis angivna slaget, som kännetecknas av att tappen och kroppen är så anordnade i förhållande till varandra att de är inbördes rörliga för medgivande av i förhållande till varandra skilda rörelsermönster.

Tack vare att svetsverktygets svetsdon utgörs av en tapp och en kropp, som är så anordnade i förhållande till varandra att de är inbördes rörliga för medgivande av i förhållande till varandra skilda rörelsemönstser säker- ställs att det under svetsoperationen plasticerade mate- rialet hålls kvar under kroppens nedre del och tappens läge i förhållande till fogen kan härigenom regleras på så sätt att en genomgående svetsfog åstadkommes i fogens hela utbredning.

Fördelaktiga utföringsvarianter av detta svetsdon anges i de bifogade underkraven.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare i det följande under hänvisning till bifogade ritningar.

Fig. l visar en vy sedd från sidan av en anordning för friktionsomrörningssvetsning innefattande ett svets- don enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 2 visar en tvärsektion i förstorad skala av en första utföringsform av ett i detta svetsdon ingående svetsverktyg. 510 10 15 20 25 30 35 729 4 - Fig. 3 visar en tvärsektion i förstorad skala av en andra utföringsform av svetsverktyget. H Fig. 4 visar ett snitt längs linje IV-IV genom det i fig. 3 visade svetsverktyget.

Den i fig. 1 visade anordningen är avsedd att använ- das för ihopsvetsning av två arbetsstycken 1, 2 i form av exempelvis två extruderade aluminiumprofiler genom frik- tionsomrörningssvetsning. Anordningen innefattar ett arbetsbord 3 med en mothållsskena 4 i form av en I-balk, ett horistontellt maskinbord 5 och ett stationärt, styvt stativ 6. Anordningen innefattar även ett antal fast- spänningsdon 7 och 8 för fastspänning av arbetsstyckena 1 och 2 mot varandra och mot arbetsbordet 3 under svets- operationen. Varje fastspänningsdon 7 respektive 8 kan utgöras av ett med en tryckcylinder förbundet pressele- ment. Anordningen innefattar även ett svetsdon inne- fattande ett svetsverktyg 9 och en icke-visad drivenhet för drivning av svetsverktyget utmed en mellan arbets- styckena befintlig fog.

Som tydligare framgår av fig. 2 utgörs svetsverk- tyget 9 av en väsentligen konformad, rotationssymmetrisk kropp 10 med ett inre hàlrum ll och ett genomgående hål 12, nande ände lOa. Denna ände l0a kommer på grund av sitt som är anordnat i centrum av kroppens nedre avsmal- utseende att i det följande kallas för skuldra. Skuldran är vid sitt yttre parti så utformad att den erhåller en konkav botten 13, 10 är vid sin övre, med en stillastående mellandel 14 medelst ett lager 15.

Mellandelen 14 är vid sin övre del försedd med två axel- i vars centrum hålet 12 mynnar. Kroppen utvidgande ände roterbart förbunden tappar 16 som är lagrade i varsitt gaffelformigt uppbär- ningselement 17 för höjning och sänkning av mellandelen och därmed kroppen 10 i verikalled. Mellandelen 14 är också försedd med ett hàlrum 18, vilket mynnar i kroppens 10 hàlrum 11.

En roterande spindel 19 med en i sin nedre, formade del monterad, gängad tapp 20 är så placerad i kon- 10 15 20 25 30 35 5 ' 510 729 hålrummen 18 och 11 att tappen 20 skjuter ut genom hålet 12 i skuldran 10a. Spindeln 19 är förbunden med mellan- delen 14 via en runtomgàende lagring 21 och är mitt för kroppens 10 utvidgande parti lOb försedd med en utvändig kuggkrans 22. Även det utvidgande partiet lOb är längs övre delen av sin insida försedd med en invändig kugg- krans 23, som står i förbindelse med den utvändinga kugg- kransen 22 medelst ett antal frilöpande kugghjul 23, exempelvis 6 stycken. Härigenom àstadkommes att spindeln 19 kan rotera både tappen 20 och skuldran lOb fast med olika rotationshastighet i beroende av antalet kuggar på kuggkransarna 22 och 23 och i förhållande till varandra motsatt rotationsriktning.

Som även framgår av figuren finns ett tillförseldon 25 i form av ett làngsmalt rör, som sträcker sig genom mellandelen 14 och kroppens 10 hàlrum ll för att mynna precis ovanför hålet 12. Röret är bockat vid sin nedre ände för att kunna inrymmas emellan skuldrans inre ovan- del och spindelns nedre, konformade ände.

Av fig. 1 framgår vidare att kroppens skuldra l0a under svetsoperationen pressas mot arbetsstyckenas 1 och 2 ovansidor, medan tappen 20 roterande framförs i fogen i pressverkan med arbetsstyckena.

I den i fig. 3 och 4. visade utföringsformen utgörs svetsverktyget 9 liksom vid utföringsformen enligt fig 2 av en roterande spindel 30 med en i sin nedre del monte- rad, roterande, gängad tapp 31. Kroppen 32 är dock asym- metrisk och ej roterande utan istället oscillerande i förhållande till tappen 31. Kroppen är som även framgår av fig. 4 utformad som en kon med ett vid sin nedre del borttaget parti för bildande av en nedre, skulderformad ände 32. Kroppen har även ett inre hålrum 33 och en övre utvidgande ände 32b. Skuldran är vid sin nedre ände så utformad att den erhåller en konkav botten 34, i vars centrum ett hål 35 mynnar. Tappen 31 skjuter liksom vid den tidigare utföringsformen ut ur detta hål. 510 729 6 " 10 15 20 25 30 35 Kroppen 32 är vid sin övre, utvidgande ände 32b roterbart förbunden med en stillastående mellandel 40 medelst ett lager 36. 3 finns ett tillförseldon 37 i form av ett långsmalt rör, Som även framgår av fig. som sträcker sig genom mellandelen 40 och kroppens 32 hàlrum 33 för att mynna precis ovanför hålet 35. Röret är bockat vid sin nedre ände för att kunna inrymmas emellan skuldrans inre ovan- del och spindelns nedre, konformade ände.

Som särskilt framgår av fig 4 är kroppen 32 vid sitt övre högra parti försett med en länkarm 38, som vid sin andra ände är förbunden med en roterande excenteraxel 39.

Härigenom erhåller kroppen 32 en i horisontalplanet oscillerande rörelse i förhållande till arbetsstyckenas 1 och 2 ovansidor istället för en roterande rörelse som vid förstnämnda utföringsform. Båda rörelserna kommer dock att ge upphov till att friktionsvärme bildas mellan skuldran och arbetsstyckenas ovansidor. Det är även möj- ligt att i detta fall montera ett skärande verktyg på den oscillerande skuldran för efterbearbetning av den svetsade ytan.

Då arbetsstyckena l och 2 skall sammanfogas genom friktionsomrörningssvetsning spänns arbetsstyckena l och 2 först fast av fastspänningsdonen 7 och 8 på så vis att fogen, dvs luftspalten, mellan arbetsstyckenas mot var- andra vända ändkanter ej överstiger den storlek vid vil- ken en undermålig svets bildas. Härefter bringas spindeln 19 resp 30 medelst exempelvis en icke-visad drivmotor och därigenom spindlarnas tappar att rotera samtidigt som hela svetsverktyget 9 bringas att förflyttas längs fogen medelst ovannämnda drivenhet med en förutbestämd hastig- het. Kroppen 10 kommer också att rotera i motsatt rota- tionsriktning som tappen 20, men med en annan hastighet.

Som påpekats ovan kommer kroppen 32 istället att utföra en oscillerande rörelse. Vid båda utföringsformerna är således tappen och kroppen så anordnade i förhållande till varandra att de rör sig med olika rörelsemönster 10 15 20 25 30 35 510 729 under svetsoperationen. Det genom kroppens och skuldrans rörelser alstrade friktionsvärmet kommer, såsom beskri- vits inledningsvis, att medföra att arbetsstyckenas ändkanter plasticeras samtidigt som de fasthàlles av fastspänningsdonen 7 och 8.

För att åstadkomma en genomgående svetsfog längs hela fogen trots varierande tjocklek hos de arbetsstycken som skall sammanfogas är en icke-visad servomekanism an- sluten till svetsverktyget på så vis att tappens läge i förhållande till skuldran i höjdled varieras i förhåll- ande till nämnda tjocklek, så att tappen i princip under hela svetsoperationen sträcker sig genom hela fogen, dvs tappen skjuter ut en sträcka nedanför skuldran motsvaran- de fogens djup. Tack vare att skuldran och tappen har skilda rörelsemönster säkerställs att det av friktions- värmet plasticerade materialet blir kvar under skuldran och ej tränger upp i hålet 12 respektive 35 mellan tapp och skuldra och härigenom àtadkommes att tappens läge i höjdled kan ändras under hela svetsoperationen utan problem.

På grund av att tapparna 20 och 31 är utvändigt gängade åstadkommes under svetsoperationen ett i tappens längdriktning riktat flöde, s k pumpverkan, av det mate- rial som plasticeras under svetsoperationen av det vid operationen avgivna friktionsvärmet. Denna pumpverkan förstärks vid den första utföringsformen på grund av att kroppen och tappen roterar i motsatt riktning. Om även kropparnas hål 12 respektive 15 är gängade förstärks denna pumpverkan ytterligare. Denna pumpverkan i kom- bination med ovan beskrivan relativrörelse mellan tappen och skuldran medför även att tillsatsmaterial, som tillförs till hålens 12 respektive 35 övre mynning, kan matas ned genom skuldran och in i fogen för att tillföra extra material när arbetsstyckenas gods ej räcker till, för att fylla det utgångshål som bildas när tappen lyfts upp ur den bildade svetsfogen vid svetsoperationens avslut eller för att tillföras mellan arbetsstyckenas cn 1w< 510 729 8 10 15 20 25 30 35 ovansidor och skuldran för unvikande av att skuldran går ned i arbetsstyckenas ovansidor. I det senare fallet pressas kroppen liksom vid tidigare beskrivna fall mot arbetsstyckenas ovansidor, men via mellanliggande tillsatsmaterial.

För att säkerställa att vid svetsoperationen bildat plasticerat material ej kan leda till en fast förbindnig av kropp och tapp under den efter svetsoperationen följande avsvalningen är kroppen och tappen så förbundna med varandra att de är koaxiellt förskjutbara i höjdled i förhållande till varandra. Antingen kan tappen lyftas upp ur hålet i skuldran efter varje enskild svetsoperation eller så kan tappen vid sin övre, med spindeln förbundna ände vara försedd med en hals med avsevärt mindre dia- meter än nämnda hål, vilket resulterar i att svetsgods ej han förbinda delarna vid avsvalning.

För att åstadkomma att önskvärd svetstemperatur snabbare uppnås är det möjligt att tillföra extra värme före och/eller under svetsoperationen. Det är även möjligt att tillföra kroppen och/eller tappen extra värme under och/eller efter svetsoperationen för förhindrande av en fast förbindning av kropp och tapp av vid svets- operationen bildat plasticerat material.

Uppfinningen är givetvis ej begränsade till ovanstående utföringsformer utan kan modifieras på en mängd olika sätt inom ramen för efterföljande patentkrav.

Exempelvis kan kroppen och tappen vara anordnade att rotera i samma riktning med samma eller olika hastighet.

Alternativt kan kroppen och tappen vara anordnade att rotera med samma medelhastighet, men med en pulserande rotation, varigenom en relativrörelse mellan kroppen och tappen är erhàllbar under väsentligen hela svetsoperatio- nen. Det skilda rörelsemönstret kan även vara så utformat att kroppen är stillastående, dvs stationär, under svets- operationen. Vid detta fall är det nödvändigt att uppvär- ma kroppen på elektrisk väg eller med hjälp av ett värme-_ bärande medium för kompensering av det värme som bort- 9 510 729 faller pà grund av att den stillastående kroppen härvid ej alstrar friktionsvärme. Även dà kroppen ej är stillatstàende, exempelvis oscillerande, kan det vara nödvändigt att tillföra extra värme på grund av det alstrade friktionsvärmet ej är tillräckligt för åstad- kommande av en tillräcklig plasticering av arbetstyckenas ändkanter.

Claims (14)

510 10 15 20 30 35 729 PATENTKRAV

1. Svetsdon för sammanfogning av arbetsstycken (1, 2) längs en mellan arbetsstyckena befintlig fog genom friktionsomrörningssvetsning, innefattande ett svetsverk- tyg (9), som är avsett att drivas utmed nämnda fog under svetsoperationen, varvid svetsverktyget innefattar en kropp (10: 32) (20: 31), anordnad att under svetsoperationen pressas mot arbetsstyckenas ovansidor, medan tappen är anordnad att under svetsoperationen roterande framföras i fogen i pressverkan med arbetsstyckena, k ä n n e t e c k n a t av att tappen (20: 31) (10: 32) ordnade i förhållande till varandra att de är inbördes rörliga för medgivande av i förhållande till varandra och en tapp varvid kroppen är och kroppen är så an- skilda rörelsemönster.

2. Svetsdon enligt krav 1, av att tappen (20; 31) är så roterbart anordnad i kroppen (10; 32) anordnat genomgående hål (12: 35) sådan utskjutning av tappen medges att den sträcker sig k ä n n e t e c k n a t ett i att en en sträcka nedanför kroppen motsvarande fogens djup i varje punkt längs fogen under hela svetsoperationen.

3. Svetsdon enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att tappen (20: 31) är utvändigt gängad för medgivande av ett i tappens längdriktning riktat flöde, av det material som plasticeras under svetsoperationen av det vid operationen avgivna friktionsvärmet och/eller av det tillsatsmaterial som är s k pumpverkan, anordnat att tillföras fogen.

4. Svetsdon enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att även kroppen (10; roterbar under svetsoperationen

5. Svetsdon enligt något av krav 1-3, k ä n n e - t e c k n a t av att kroppen (l0; 32) och tappen (20: 31) är anordnade att rotera i motsatt riktning och/eller med olika hastighet i förhållande till varandra. 32) är 10 15 20 25 30 35 11 510 729

6. Svetsdon enligt något av krav 1-3, k ä n n e - t e c k n a t av att kroppen (10: 32) och tappen (20; 31) är anordnade att rotera med samma medelvarvtal, men med en pulserande rotation, varigenom en relativrörelse mellan kroppen och tappen är erhàllbar under väsentligen hela svetsoperationen.

7. Svetsdon enligt något av krav 1-3, k ä n n e - t e c k n a t av att kroppen (l0; 32) är oscillerbar under svetsoperationen.

8. Svetsdon enligt något av krav 1-3, k ä n n e - t e c k n a t av att kroppen (l0; 32) är stationär under svetsoperationen.

9. Svetsdon enligt något av föregående krav, k ä n - n e t e c k n a t av att kroppen (l0; 32) är anordnad att uppvärmas genom extern energitillförsel för tillförsel av för svetsoperationen nödvändig värme utöver det av tappen (20; 31) under svetsoperationen alstrade friktionsvärmet.

10. Svetsdon enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att kroppen (l0; 32) och tappen (20; 31) är så förbundna med varandra att de är koaxiellt förskjutbara i förhållande till varandra för möjliggörande av en sådan rörelse mellan kroppen och tappen efter svetsoperationen att vid svetsoperationen bildat plasticerat material ej kan leda till en fast förbindnig av kropp och tapp under den efter svetsopera- tionen följande avsvalningen.

11. ll. Svetsdon enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att extra värme tillförs kroppen (10: 32)och/eller tappen (20; 31) före och/eller under svetsoperationen för snabbare uppnàende av önskvärd svetstemperatur.

12. Svetsdon enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att extra värme tillförs kroppen (l0; 32) och/eller tappen (20; 31) under och/eller efter svetsoperationen för förhindrande av fast förbindning av kropp och tapp av vid svetsoperationen bildat plasticerat material. 510 729 12

13. Svetsdon enligt något av krav 2 - 12, k ä n n e t e c k n a t av att tillsatsmaterial är anordnat att tillföras fogen och/eller arbetsstyckenas (1, 2) ovansidor medelst ett vid kroppens hál (l2; 35) 5 mynnande tillförseldon.

14. Svetsdon enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att ett verktyg för bearbetning av uppkommen svetsfogyta är fäst på kroppens (l0; 32) bakre del. 10