SE512230C2 - Anläggning för friktionsomrörningssvetsning - Google Patents

Description

. id fi\ ME! iiiilvv _ 10 15 20 25 30 35 512 230 2 hänsyn till deras korrosionsbestàndighet, låga vikt m m.

Då dimensionerna på de profiler som idag kan tillverkas genom extrudering är relativt små och de svetsmetoder som idag används för förbindning av aluminiumprofiler ger ett ej helt tillfredsställande resultat med avseende på håll- fasthet, ytbeskaffenhet och formförändringar innebär detta att användningen av aluminium trots ovannämnda för- delar är ganska begränsad.

Genom att istället använda friktionsomrörningssvets- ning erhålls en svetsfog med en fin och slät ytstruktur på fogens undersida, vilket resulterar i få belastnings- koncentrationspunkter. Vidare blir hållfastheten för svetsfogen vid denna sammanfogningsmetod nästan lika med basmaterialets. Ett av problemen vid användandet av denna svetsmetod enligt ovannämnda patentskrifter för hop- svetsning av aluminiumprofiler är att den bara kan användas för sammanfogning av arbetsstycken med en väldigt smal mellanliggande luftspalt. Om luftspalten överstiger detta kritiska värde, som bland annat beror pà profilernas plåttjocklek erhålls en svetsfog med inre håligheter och försämrad hàllfasthet. Detta innebär att extruderade aluminiumprofiler, som med existerande till- verkningsmetoder ej kan framställas med helt exakta mått, kräver en viss förbehandling för undvikande av för stora spalter mellan profilerna. Detta är särskilt viktigt vid ihopsvetsning av långa profiler, för vilka även små form- förändringar kan ge upphov till oacceptabla avvikelser.

För bildande av aluminiumpaneler till fartygsskrov används t ex 300 mm breda och 12 m långa aluminium- profiler.

Ett annat problem vid friktionsomrörningssvetsning är att formförändringar av profilerna kan uppstå även under själva svetsningen, eftersom de utsätts för en värmepåverkan. Formförändringarna blir dock mindre än vid MIG- och TIG-svetsning, eftersom temperaturen aldrig når smältpunkten. Detta kan dock medföra att slutproduktens dimensioner ej ligger inom det accepterbara tolerans- 10 15 20 25 30 35 512 230 3 området trots att profilerna förbehandlats. Detta problem uppstår även vid sådana tillämpningar där slutproduktens tolerans ligger inom ett snävare område än de ingående arbetstyckenas.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma en anläggning för friktionsomrörnings- svetsning, vilken anläggning gör det möjligt att hop- svetsa två arbetsstycken på så sätt att den erhållna slutprodukten erhåller en hög hållfasthet och hamnar inom det angivna toleransområdet utan att profilerna behöver genomgå en förbehandling i en särskild enhet före till- förseln till anläggningen eller emellan de enskilda svetsoperationerna. Härigenom minskas både produktions- tiden och -kostnaden.

Ett annat ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en anläggning för friktionsomrörningssvets- ning, vilken anläggning gör det möjligt att erhålla en slutprodukt med snävare toleransomràde än de ingående delarnas.

Dessa ändamål åstadkommes enligt föreliggande upp- finning med en anläggning för friktionsomrörningssvets- ning av det inledningsvis angivna slaget, som känneteck- nas av att den även innefattar ett fräsverktyg, och att den även innefattar ett distanselement, som är placerat mellan arbetsstycket och arbetsbordet, när fräsverktyget är inkopplat, varvid fräslaget väsentligen överensstämmer med svetsläget.

Tack vare att nämnda anläggning även innefattar ett fràsverktyg är det möjligt att både före och/eller efter varje enskild svetsoperation utföra en fräsoperation, varigenom säkerställs att både de enskilda aluminium- profilerna eller de bildade aluminiumpanelerna hamnar inom acceptabla toleransområden utan att de behöver föras genom någon extern för- eller efterbehandlingsenhet.

Härigenom åstadkommes även att aluminiumprofilerna genom fräsning görs så raka att mellanliggande luftspalter ej .iniw 10 15 20 25 30 35 512 230 4 överstiger det värde vid vilket en undermålig svetsfog erhålls.

Svetsverktyget kan vara utbytbart mot ovannämnda fräsverktyg och drivs företrädesvis av svetsverktygets drivenhet. Alternativt kan svetsverktyget och fräsverk- tyget drivas av separata drivenheter.

Fräsverktyget kan vara anordnat i anslutning till svetsverktyget eller kan vara anordnat skiljt ifrån svetsverktyget.

Anläggningen kan även innefatta ett distanselement, som är placerat mellan arbetsstycket och arbetsbordet, när fräsverktyget är inkopplat.

Anläggning kan även innefatta en urtagning, som är anordnad i arbetsbordet mittför fräsverktyget, vars arbetsläge är skiljt ifrån svetsverktygets arbetsläge.

Nämnda fastspänningsdon kan vara anordnat i samma läge vid svetsning och fräsning.

Alternativt kan fastspänningsdonet vara anordnat i olika lägen vid svetsning och fräsning.

Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande med hänvisning till bifogade ritningar, som visar olika utföringsformer av anläggningen enligt föreliggande uppfinning.

Fig 1 visar en vy sedd från sidan av en första ut- föringsform av en anläggning för friktionsomrörnings- svetsning enligt föreliggande uppfinning i sitt svets- läge.

Fig 2a visar ett parti av anläggningen i fig 1 i förstorad skala.

Fig 2b visar samma parti som fig 2a, men anlägg- ningen befinner sig här i sitt fräsläge.

Fig 3 visar en tvärsektion av en andra utföringsform av anläggningen i sitt fräsläge.

Fig 4 visar en tvärsektion av en tredje utförings- form av anläggningen i sitt kombinerade svets- och fräsläge. 10 15 20 25 30 35 512 230 5 Den i fig 1 visade anläggningen 1 är avsedd att användas för ihopsvetsning av extruderade aluminiumpro- filer 2 för bildande av en aluminiumpanel 3. Med ordet aluminium avses här antingen rent aluminium eller en legering av aluminium och en annan metall, såsom magnesium. Hur många aluminiumprofiler som skall svetsas ihop bestäms av bredden på den aktuella aluminium- profilen, som exempelvis kan vara 300 mm bred och 12 m lång, samt den beställda bredden på den färdiga aluminiumpanelen. Tillverkningen går till så att en ny aluminiumprofil ihopsvetsas med den föregående aluminium- profilens högra ändkant, såsom visas i fig 1, som i sin tur dessförinnan ihopsvetsats med sin föregående aluminiumprofils högra ändkant. Detta medför att den under tillverkning befintliga aluminiumpanelen ökar med bredden av en profil efter varje enskilda svetsoperation.

I det visade exemplet i fig 1 ökas den bildade panelen 3 med en aluminiumprofil 2 och utgörs efter den pågående svetsoperationen av fem aluminiumprofiler. Efter svetsningen förflyttas panelen en sträcka som motsvarar den aktuella profilbredden åt vänster i fig 1 av en intermittent verkande kedjetransportör 4. Samtidigt inmatas en ny aluminiumprofil medelst inmatningsdon 40, som är förflyttbara längs balkar 41. Dessa är fast för- bundna med anläggningens maskinstativ 50.

Under svetsningen fastspânns aluminiumprofilen 2 och den halvfärdiga aluminiumpanelen 3 av fastspänningsdon 5 resp 6 mot varandra och mot arbetsbordet 7. Varje fast- spänningsdon 5 resp. 6 utgörs av ett triangulärt press- element, som via en arm 8 resp 9 pressas till ingrepp med respektive arbetsstycke 2 resp 3 under svetsningen medelst en tryckcylinder 10 resp 11. Tryckcylindrarna 10 och 11 är förbundna med arbetsbordet 7 resp maskin- stativet 50. Fastspänningsdonen är anordnade i par mitt- för varandra längs arbetsstyckenas fogkanter. Avståndet mellan två närliggande pars centrumlinjer är i detta utföringsexempel ca 500 mm. På grund av bristande utrymme 10 15 20 25 30 35 512 230 6 drivs varje presselement 5 av en separat tryckcylinder 10, medan tvà närstående presselement 6 drivs av en gemensam tryckcylinder 11 via armen 9. Armen är härvid utformad som ett U, varvid presselementen är förbundna med dess skânklar och tryckcylindern med dess liv.

Arbetsbordet utgörs här av ett stationärt, horisontellt maskinbord 7a, pä vilket en mothällsskena 7b är fast monterad.

Fogen mellan profilen 2 och panelen 3 är placerad mittför mothàllskenans centrumlinje. Orsaken till att arbetsstyckena ej placeras direkt på maskinbordet utan pä den mellanliggande mothàllsskenan är en ren säkerhets- åtgärd, eftersom det är betydligt enklare att byta ut den relativt sett mindre mothällsskenan än hela maskinbordet, om dess ovansida skadas under tillverkningen av panelen.

Aluminiumet är nämligen mycket känsligt och kommer pà grund av sin plasticering under svetsoperationen att anta samma utseende som mothàllsskenans ovansida, vilket med- för att en skàra i denna ovansida skulle avbildas som utbuktningar pà panelens undersida. Härigenom skulle den färdiga aluminiumpanelen ej klara uppställda kvalitets- krav.

Svetsningen àstadkommes medelst ett svetsverktyg 12, som utgörs, se fig 2a, av en cylindrisk kropp 12a samt en med denna kropp förbunden tapp l2b, varvid den övre delen av kroppen är förbunden med en roterande spindel 13, som drivs av en icke visad drivenhet, såsom en drivmotor, och uppbärs av en löpare 14. Denna löpare förflyttas längs arbetsstyckena 2 och 3 medelst en icke visad drivenhet.

Svetsverktygets kropp och tapp kan exempelvis vara utformade i enlighet med någon av de utföringsformer som visas i WO93/10935 eller i WO95/26254.

För att svetsverktyget skall placeras i samma läge i förhållande till arbetsstyckenas fogkanter längs hela fogen är löparen 14 förbunden med arbetsbordet 7 via två gejdskor 15a och 16a, som löper längs varsin pà arbets- bordet befintlig ledskena 15b resp 16b. Härigenom åstad- 10 15 20 25 30 35 512 230 7 kommes en rätlinjig rörelse i förhållande till arbets- bordet.

I fig 1 visas även ett distanselement 17, som är fast förbundet med hållare 18. Varje hållare är medelst en tryckcylinder 19 förflyttbar ifrån ett viloläge (hel- draget), i vilket distanselementet är placerat på avstånd ifrån mothållskenan, till ett ingreppslàge (streckat), i vilket distanselementet är placerat ovanpå mothålls- skenan. Då distanselementet i detta läge sträcker sig utmed hela mothållsskenan kommer antalet hållare att bestämmas av mothållskenans längd, som här är ca 16 m, och är i det visade exemplet sex stycken.

I fig 2b har svetsverktyget 12 utbytts mot ett kon- ventionellt fräsverktyg 20, som också är förbundet med spindeln 13 och drivs således av dennas drivenhet. Fräs- läget överensstämmer för denna utföringsform med svets- läget. Hållaren 18 är här placerad i sitt ingreppslàge och distanselementet 17 är sålunda placerat ovanpå mothållsskenan 7b. Härigenom är den halvfärdiga alumi- niumpanelen 3 skiljd ifrån mothållsskenans ovansida.

Detta resulterar i att arbetsstyckets 3 högra ändkant kan fräsas även vid sin nederkant utan risk för samtidig fräsning av mothållsskenans ovansida varigenom oönskvärd bearbetning av mothållsskenan undviks. Panelen 3 är även under fräsningen fastspänd mot mothållsskenan 7b medelst fastspänningsdonen 6, som befinner sig i samma läge i förhållande till mothållsskenans centrumlinje c som vid svetsningen enligt fig 2a.

I fig 3 har distanselementet ersatts med en urtag- ning i form av ett spår 21, som sträcker sig utmed hela mothållsskenan 7b. Då aluminiumet under svetsningen kommer att anta formen av mothållskenans ovansida medför detta att spåret ej kan vara beläget på det stycke av mothållskenan som fungerar som en gjutform för arbets- styckena 2, 3. Fräsläget måste således vara skiljt ifrån svetsläget och avståndet mellan mothållskenans centrum- linje c och spårets 21 innerkant måste vara större eller I!! « v!! -.- w I *än ' .Åà JE . .. 10 15 20 25 30 35 512 230 8 lika med avståndet mellan nämnda centrumlinje och svets- verktygets ytterkant. Fräsläget förflyttas således åt vänster jämfört med i fig 2b. Panelen 3 är även enligt denna utföringsform fastspänd mot mothållsskenan 7b medelst fastspänningsdonen 6, som befinner sig i samma läge i förhållande till mothällsskenans centrumlinje c som vid svetsningen och fräsningen enligt fig 2a resp 2b.

Resultatet av detta blir att frâsverktyget förflyttas närmare mot fastspänningsdonen än vid föregående utför- ingsformer, vilket under vissa omständigheter kan ställa till problem. För att undanröja detta problem kan fast- spänningsdonen utformas på så sätt att de kan placeras i olika lägen under svetsningen och fräsningen.

Som visas i fig 4 kan fräsverktyget vara en separat enhet 22, som drivs av en separat drivenhet 23 och fräs- verktyget är härvid anordnat skiljt ifrån svetsverktyget.

Detta medför att samtidigt som aluminiumprofilen 2 svet- sas ihop med den halvfärdiga aluminiumpanelen 3 vid sin vänstra ändkant kan den fräsas rak vid sin högra ändkant, varigenom en hög produktionshastighet säkerställs. Även om fräsverktyget 22 drivs av en separata drivenhet är det naturligtvis möjligt att anordna det i anslutning till svetsverktyget.

Då ett visst antal aluminiumprofiler skall samman- svetsas för bildandet av en aluminiumpanel av önskad storlek spänns först två aluminiumprofiler fast i anlägg- ningen l medelst fastspänningsdonen 5, 6, så att luft- spalten mellan profilernas mot varandra vända ändkanter ej överstiger den storlek vid vilken en undermålig svets bildas. Som framgår av fig 2a är spalten placerad mittför mothållsskenans 7b centrumlinje c. Den kritiska spalt- bredden varierar med de ingående profilernas plåttjocklek och ligger vid en tjocklek på ca 6 mm på ca l mm.

Härefter startas svetsoperationen genom att svetsverk- tyget bringas rotera med en viss hastighet samtidigt som det förflyttas längs spalten med en förutbestämd hastig- het. Som beskrivits inledningsvis kommer profilernas 10 15 20 25 30 35 512 230 9 ändkanter att plasticeras av det hârigenom bildade frik- tionsvärmet samtidigt som de pressas samman. Efter stel- ning bildas hârigenom en homogen svetsfog med hög häll- fasthet. När svetsverktyget 12 har förts längs hela fogen och den enskilda svetsoperationen sàlunda har avslutats aktiveras tryckcylindrarna 10 och ll, sä att fast- spànningsdonen 5 resp 6 deaktiveras. Härigenom frigörs den härvid bildade aluminiumpanelen 3 ifrån arbetsbordet 7 och frammatas medelst kedjetransportören 4 ät vänster i fig l en sträcka motsvarande bredden av en aluminium- profil, så att panelen kan ihopsvetsas pä ovannämnda sätt med en ny aluminiumprofil 2, som inmatas medelst inmatningsdon 40.

Dä exempelvis fyra aluminiumprofiler 2 har ihop- svetsas uppmäts den bildade panelens högra ändkant avseende sin rakhet och om denna avviker ifràn pà förhand bestämda toleranser utförs en fräsoperation medelst fräs- verktyget 20 före svetsningen, om fräsningen utförs en- ligt de i fig 2b och 3 angivna utföringsformerna, och samtidigt med svetsningen, om fräsningen utförs med den i fig 4 visade separata fräsenheten 22. Om utföringsformen enligt fig 2b används mäste distanselementet 17 medelst hällarna 18 placeras under panelen 3 före fastspänningen medelst fastspänningsdonen 6. Om däremot utföringsformen enligt fig 3 används måste spindeln 13 liksom panelen 3 förflyttas ät vänster i figuren före fräsningen. Enligt båda dessa utföringsformer utförs fräsningen innan den nya aluminiumprofilen fastspänns medelst fast- spänningsodonen 5, varigenom den senare ej är i vägen under fräsningen.

Efter fräsningen utbyts fräsverktyget 20 mot svets- verktyget 12 och ovanstående svetscykel upprepas tills en ny korrigerande fräsning mäste genomföras. Hur ofta fräs- ningen upprepas beror naturligtvis pà den noggrannhet med vilken aluminiumprofilerna framställts samt önskvärd kvalitet pà den färdiga aluminiumpanelen. ll H \ I HIHHH ”mv ia: __a\| Hm m: n m. g, :t ß i 10 512 230 10 Uppfinningen är givetvis ej begränsad till ovan- stående utföringsformer utan kan modifieras pà en mängd sätt inom ramen för efterföljande patentkrav. Exempelvis kan svetsverktyget vara automatiskt utbytbart mot fräs- verktyget istället för manuellt medelst en icke visad verktygsväxlare. Anläggningen kan användas för ihopsvets- ning av arbetsstycken av andra metaller eller metalleger- ingar än av aluminium, såsom exempelvis titan eller stål.

Vanligtvis används denna anläggning för ihopsvetsning av två arbetsstycken, såsom en halvfärdig aluminiumpanel och en ny aluminiumprofil, men den kan även användas för att reparera en spricka i ett arbetsstycke, såsom en färdig aluminiumpanel.

Claims (6)

10 15 20 25 30 512 230 11 PATENTKRAV

1. Anläggning för friktionsomrörningssvetsning, innefattande ett svetsverktyg (12), en drivenhet (13) för drivning av svetsverktyget, ett arbetsbord (7) för upp- bärning av de arbetsstycken (2, 3) resp det arbetsstycke som skall svetsas samt minst ett fastspänningsdon (5, 6) för fastspänning av arbetsstyckena mot varandra och/eller mot arbetsbordet resp arbetsstycket mot arbetsbordet under svetsningen, k ä n n e t e c k n a d av att den även innefattar ett fräsverktyg (20; 22) och att den även innefattar ett distanselement (17), som är placerat mellan arbetsstycket (3) och arbetsbordet (7), när fräsverktyget (20; 22) är inkopplat, varvid fräsläget väsentligen överensstämmer med svetsläget.

2. Anläggning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att svetsverktyget (12) är utbytbart mot ovannämnda fräsverktyg (20) och att fräsverktyget drivs av svets- verktygets drivenhet (13).

3. Anläggning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att svetsverktyget (12) och fräsverktyget (22) drivs av separata drivenheter (13, 23).

4. Anläggning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att fräsverktyget (22) är anordnat i anslutning till svetsverktyget (12).

5. Anläggning enligt nàgot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att fastspänningsdonet (6) är anordnat i samma läge vid svetsning och fräsning.

6. Anläggning enligt något av krav 1 - 4, k ä n n e t e c k n a d av att fastspänningsdonet (6) år anordnat i olika lägen vid svetsning och fräsning.