专利名称：搅拌摩擦焊接组件和相关方法
技术领域：
本发明涉及通过搅拌摩擦焊接部件来形成组件，更具体地说，涉及形成 这样的组件，该组件包括有机可固结涂层材料，所述涂层材料有选择地沉积 在一个或多个部件上，位于搅拌摩擦焊接接头附近。
背景技术：
搅拌摩擦焊接通常指的是一种冶金接合或组装过程，其中结构构件或部 件定位成密切接触，限定对接或重叠结合部，并且用力将旋转的搅拌摩擦焊 接工具或柱销冲击或促动到部件中，同时沿着所述结合部行进。所述工具或 柱销在结构部件中产生足够的摩擦力，将部件的一部分可塑化，然后通过柱 销将可塑化的材料混合。随着可塑化的材料冷却并再次凝固，形成搅拌摩擦
焊接接头，特征在于，混合部分具有细化的晶粒结构，称为熔核(nugget core )。 搅拌摩擦焊接过程例如在美国专利No. 5,460,317中有进一步描述。
提出搅拌摩擦焊接过程是作为机械紧固或接合过程诸如铆接过程的替 代方案，所述铆接过程传统上用来组装飞行器部件。就是说，与铆接或其他 机械紧固飞行器部件的方式不同，所述部件可以利用搅拌摩擦焊接接头而冶 金接合。但是，在任何一种情况下，接合的部件通常在其间限定结合部，且 该结合部易于受到化学品、水分或其他流体或微粒造成的腐蚀和/或侵蚀。因 此，现有的粘湿密封剂可以设置在该结合部中，密封所述部件，防止外来物 质进入，并保护部件接头处不受腐蚀。设置这种粘湿密封剂通常耗时且昂贵。 此外，如果不设置湿密封剂，如果在接合过程中因挤压或其他原因而使密封 剂从结合部丢失，或者如果密封剂干透并劣化或者以其他方式从接头上剥 离，则接头质量下降。
此外，传统用于防腐蚀并且压力密封和燃料密封铝合金飞行器结构构件 的湿密封剂化合物包含有毒的基于溶剂的化合物。因此，必须采取各种预防 措施来保护使用它们的人员，并且确保它们安全降解。这种湿密封剂通常比 较脏，而且难于使用，通常需要用腐蚀性化学溶液大范围地清洗。
因此，需要在组件中形成耐腐蚀连接部的改进方法。所述方法应该与摩 擦焊接过程相适应，并且不能太过昂贵和费时。此外，所述方法应该优选不 需要使用传统湿密封剂化合物来防止腐蚀。
发明内容
本发明提供一种形成搅拌摩擦焊接组件的方法以及由该方法形成的相 关组件。所述方法包括涂覆部件的一个表面部分，然后将该部件搅拌摩擦焊 接，形成组件，该组件接着进行热处理，例如同时加热处理所述部件并且固 结所述涂层。
根据本发明一种实施例，所述方法包括提供第一和第二部件，所述部件 两者或其中之一包括铝；和提供耐腐蚀、可固结的有机涂层材料。例如，所 述涂层材料可以包括酚醛树脂和有机溶剂。所述涂层材料有选择地施加到第 一部件的第一表面部分，使第一部件上靠近所述第一表面部分的第二表面部 分基本上保持未涂覆。所述部件配置成预定构型，使第一和第二表面部分与 另一个表面接触，例如使第一部件的第一和第二表面与第二部件对应轮廓的 表面接触。将所述部件搅拌摩擦焊接，在所述第一部件的第二表面部分处形 成搅拌摩擦焊接结合部或接头，使第一表面部分基本上保持未焊接，从而形 成焊接结构组件。形成的结构组件然后加热到足够高的温度，将至少一个部 件热处理并同时充分固结所述有机涂层。在有些情况下，在施加涂层之后并 且在搅拌摩擦焊接之前，所述部件两者或其中之一还接受热处理，从而至少 局部固结所述涂层材料。
根据本发明一个方面，在保护层掩盖所述第二表面部分的情况下，施加 所述涂层材料，将所述涂层材料施加到靠近该第二表面部分的第一表面部分 上，并除去所述保护层，以使第二表面部分保持未涂覆。在任何情况下，可 以沿着所述第二表面部分的第一和第二相对边缘来施加所述涂层材料，以使 第二表面部分限定沿着该第 一部件延伸的路径。然后沿着所述路径移动搅拌 摩擦焊接工具或柱销，实施搅拌摩擦焊接，形成沿着该路径细长延伸的搅拌 摩擦焊接结合部或接头。
根据另 一种实施例，本发明提供一种包括第 一和第二部件的结构组件， 所述第一和第二部件两者或其中之一可由铝或铝合金材料形成。所述第一部 件限定相邻的第一和第二表面部分，且所述第二部件限定与所述第一部件的 所述第一和第二表面部分接触的表面。搅拌摩擦焊接接头设置在所述第一部 件的第二表面部分处，接合所述部件。此外，耐腐蚀、可固结的有机涂层材 料设置在所述第一和第二部件之间，位于所述搅拌摩擦焊接接头相对侧部上 的所述第一部件的第一表面部分处。因此，搅拌摩擦焊接接头延伸穿过所述 第一部件的第二表面部分，并设置在有机涂层材料之间，例如使所述涂层材 料基本上从所述搅拌摩擦焊接接头分开。根据一个方面，涂层材料沿着所述 第二表面部分的相对的第一和第二边缘设置，使得所述第二表面部分限定沿 着所述第 一部件延伸的路径，且所述搅拌摩擦焊接接头沿着所述路径细长延 伸。所述涂层材料可以适配成在加热处理操作过程中固结，该加热处理操作 适配成同时加热处理至少其中一个部件。例如，所述涂层材料可以包括酚醛 树脂和有机溶剂。
因此，本发明的方法可以用来形成搅拌摩擦焊接组件，在靠近部件之间 的搅拌摩擦焊接连接部的地方耐腐蚀性能得到改进。具体来说，所述涂层材 料设置在搅拌摩擦焊接件附近，能保护靠近该接头的组件表面，例如保护接 合形成所述组件的配合部件之间的表面。
' 在概括描述了本发明之后，将参照附图进行讨论，所述附图并非依照比 例绘制，其中
图l是方块图，示意性图示了根据本发明一种实施例形成组件的方法步
骤；
图2是透视图，图示了根据本发明一种实施例用来形成组件的部件；
图3是侧视图，图示了图2所示的部件与形成组件的第二部件定位在一 起，所述组件诸如飞行器组件；
图4是透视图，图示了形成组件的搅拌摩擦焊接过程中，图3所示的部
件；
图5是图片，图示了根据本发明一种实施例，具有搅拌摩擦焊接接头的 组件的截面；
图6是图片，图示了根据本发明另一种实施例，具有搅拌摩擦焊接接头 的组件的截面。
具体实施例方式
以下参照附图将更为全面地说明本发明，其中示出了本发明的一些实施 例，但不是全部。实际上，本发明可以以许多不同的方式实施，且不应该理 解为限制到本文所述的实施例，提供这些实施例仅仅是为了满足法律要求。 类似的数字始终指代类似的元件。
现在参照附图，图1是方块图，示意性地示出了根据本发明一种实施例 用于形成结构组件的步骤。简要地说，所述方法包括提供未处理部件或构件
以及涂层材料。参见块10和12。涂层材料应用于一个或多个部件上。参见 块14。在一些情况下，然后对涂覆过的部件进行热处理。参见块16。此后， 对所述部件进行搅拌摩擦焊接，以形成组件，接下来进行热处理，例如同时 加热处理该部件并固结所述涂层。参见块18和20。以下将对这些操作每一 个进〗于更为全面地i兑明。
针对在块10提供并且此后进行涂覆并组装的部件，本发明提供一种组 件以及用于组装金属部件的相关方法，所述部件通常用铝合金材料形成。结 合成单个组件的各个部件可以用相同材料形成，也可以由不同材料形成。例 如，由第 一铝合金材料形成的第 一部件可以结合到由不同于该第 一合金的第 二铝合金材料形成的第二部件。在一些情况下， 一个或多个部件可以由除铝 合金材料之外的其他材料形成，诸如各种其他金属。每个部件的金属材料可 以根据组件的应用场合进行选择。
术语"铝合金，，或"铝合金材料"在本文中用来指代铝的重量多于50% 而少于100%的合金。本发明所用的通常铝合金材料中铝的重量介于约 85-98%之间，带有平衡量的合金元素以及少量杂质。合金元素可以添加精确 控制的量，以可预料地改变铝合金材料的性质。所述合金元素包括镁、铜和 锌以及其他元素。具体来说，部件或构件22、 26可以由挤压的未处理7075 铝合金材料形成，或由7150铝合金材料形成。其他适当的合金包括但不限 于2000、 4000、 6000和7000系列可加热处理的铝合金材料。
所述组件可以用在任何场合，包括飞行器结构部件诸如机翼和机身表层 面板、加强件(包括但不限于翼梁、肋、街条、纵梁、框架和夹片)、铰链、 门等等。此外，所述方法可以用于其他类型的组件，包括用在其他航天结构、 其他交通工具诸如汽车和轮船、建筑结构等中的组件。所述部件通常具有与 最终组件设计应用场合相对应的特性。例如，每个部件可以具有适当的形状
和尺寸，用于由其形成的组件的相应部分。
为了说明，图2图示了第一部件22，其具有拐角形状，即具有L形截 面的细长构件。在图3所示实施例中，第一部件的基部凸缘24结合到具有 平面结构的第二部件26。在其他实施例中，两个部件22、 26其中之一可以 以其他方式配置，例如用于限定其他形状诸如平面、拐角、曲钱、管状、槽 状等等。此外，应该理解，根据本发明，可以组装任意数目的部件。
可以在图1中的块10处提供局部处理状态的部件22、 26。例如，在涂 覆操作之前，部件22、 26可以人工老化和/或阳极化。但是，部件22、 26 可以处于完全加热处理状态，或者不处于完全加热处理状态。特别来说，在 涂覆操作之前，部件22、 26可以并不完全退火。
特别是，部件以及此后产生的组件可以用这样的铝合金制成，该铝合金 具有自然老化或人工老化到其最终状态的回火度。人工老化和自然老化的区 别在于在析出加热处理过程中，人工老化涉及将部件加热到较高的温度，并 持续较长的时间。自然老化在室温下通过延长时间来实现。每个部件的合金 元素可以进行选择，以使部件可以加工到相对较软的状态，例如，加热到较 高的温度并持续一定的时间周期，然后淬火到较低温度。这种过程称为"溶 液加热处理"。在溶液加热处理过程中，溶质元素扩散到合金基体中(即， 溶液处理)并通过快速淬火而保持在溶体中。
在所述构件进行溶液处理/退火后，可以对其进行进一步加工，将其强度 提高若干倍，以具有希望的高强度特性，如下所述。这种进一步的加工，通 常借助析出硬化/老化处理，可以通过加热到较高温度并持续一定的时间(称 为人工老化)或着保持在室温下并持续更长的时间(称为自然老化)来实现。 在传统铝工业术语中，不同的人工老化、析出加热处理(有时与中间变形或 冷加工相结合)，产生出基本的T6、 T7、 T8或T9回火状态。自然老化析出 处理产生出基本的T3或T4回火状态。 一些合金要求人工老话，而另一些合 金可以任一种方式老化。本发明经过处理的结构部件都可以用这两种类型的 材料制成。在两种老化方式中，因为在铝合金基体中形成第二相颗粒，通常 称为析出相，所以产生了增强效果。总的来说，所有归结为增强作用的处理 步骤一般称为"加热处理"，其中部件在一个时期或者多个时期暴露于较高 的温度，并持续一定的时间。加热速率和冷却速率经过选择，以协助产生希 望的最终特性。实现特定特性所需要的温度、时间和其他参数对于铝合金和
冶金领域的技术人员来说是已知的。
在块13处，部件可以接受各种额外的处理步骤，为后续涂覆和焊接操 作做准备。例如，在本发明一种实施例中，除了将要涂覆和焊接的表面部分
32之外，部件根据Douglas Process Standard ( DPS ) 11.01-03或MIL-A-8625 进行铬酸阳极化。可以选择的是，可以利用碱性清洁、脱氧程序以溶剂为需 要涂覆和焊接的表面部分32、 34进行脱脂。优选可以利用例如Scotch Brite (中等粒度的磨料)来去除表面32、34的外层，直达约0.00010英寸到0.00030 英寸深度，以便去除任何现存的轧制(mill scale)氧化层。然后利用异丙醇 来清洁干净的表面32、 34。清洁后的表面可以风干约IO分钟，以允许该表 面干燥。然后向第二表面部分34施加保护层(maskant)，并施加涂层材料。
在块12处提供的用于涂覆部件22、 26的涂层材料通常为有机防腐蚀涂 层材料，可以用来涂覆(或"预处理，，)所述部件。可以使用各种所述涂层。 例如，美国专利No5，614,037说明了在安装前可以用来预处理飞行器紧固件 诸如铆钉的涂层材料和涂覆方法，该文件通过引用方式全文包含在本文中。 其中描述的涂层和涂覆方法可以类似地用在本发明中。特别是，美国专利 No. 5,614,037说明了以有机涂层材料涂覆紧固件，以保护紧固件的基体金属 以及周围的相邻结构不会腐蚀损坏。首先制造所述紧固件，然后任选加热处 理到需要的强度。在任选的加热处理之后，以苛性钠池对所述紧固件进行蚀 刻，或者以其他方式对其进行清洁，以去除加热处理中产生的任何氧化皮。 溶解在易挥发载体液体中的涂层材料通过喷涂、浸洗等方式施加到紧固件 上 将涂覆后的紧固件经受高温并持续一定的时间周期，通常在400下下持 续l小时，以允许载体液体蒸发，并快速(flash)固结所述涂层。
这种涂层材料的一个示例包括树脂，其与一种或多种增塑剂、其他有机
成分诸如聚四氟乙烯以及无机添加剂诸如铝粉和/或铬酸盐诸如铬酸锶、铬酸
钡、铬酸锌等混合。这些涂层成分优选溶解在适当的溶剂中，存在量要产生
希望的施加浓度。对于上述涂层材料来说，溶剂是乙醇、曱苯和曱乙酮的混
合物。通常可喷涂的涂层溶液具有约30% (重量)的乙醇，约7% (重量)
的曱苯和约45% (重量)的曱乙酮作为溶剂，并且约2% (重量)的铬酸锶、
约2% (重量)的铝粉、平衡量的酚醛树脂和增塑剂作为涂层材料。可以任
选添加少量聚四氟乙烯。例如，这种可固结的涂层为Hi-Shear Corporation,
Torrance, California生产的Hi-Kote l,其全部内容通过引用方式包含在本文
中。制造商推荐，Hi-Kote l在350-400。F下接受1-4小时的升温固结处理。 可以选择的是，可以使用无铬酸盐的涂层。这些涂层材料可以分散在适当的 溶剂中，存在量根据所选择的应用场合，要能产生希望的浓度。溶剂可以是 乙醇混合物，但是优选为水基介质。其他涂层在美国专利No.6,953，509中说 明，其全部内容通过引用方式包含在本文中。
在优选使用Hi-Kotel的情况下，通过EDS分析对喷涂的涂层进行分析。 较重的元素以下述的量存在Al, 82.4%(重量)；Cr， 2.9% (重量)；Fe， 0.1%(重量)；Zn, 0.7。/。(重量)和Sr， 13.9% (重量)。在涂层中检测到了 较轻的元素诸如碳、氧和氢，但是没有报告，因为对于这些元素的EDS分 析一般不精确。
涂层材料通常仅直接施加在部件配合表面的其中之一上。例如，在图2 和3所示的实施例中，涂层材料直接施加到第一部件22而不施加到第二配 合部件26。更具体地说，涂层材料施加到第一部件22的表面28上，该表面 定位成相对着第二配合部件26的对应表面30并最终接合到第二部件26。在 这方面，第一和第二部件22、 26的对应表面28、 30可以限定对应的类似轮 廓，诸如平面、曲线、拐角或其他形式的配合表面。
涂层材料通常根据部件之间需要形成焊接接头的相邻路径而有选择地 施加到部件上。例如，如图2所示，第一部件22限定第一表面部分32和第 二表面部分34。涂层材料施加在第一表面部分32上，但是不施加在的第二 表面部分34上，以使焊接接头可以形成与第二部分34相符并且基本上不受 涂层材料的影响或者不与其发生干涉。具体来说，两个第一表面部分32可 以设置在第二表面部分34的相对两侧，以使第一部分32限定第二部分34 的相对边缘36、 38。如图所示，每个部分32、 34可以沿着部件22纵向延伸， 以使第二部分34沿着部件22限定路径，该路径在两侧由被涂覆的第一表面 部分32所限定。
可以通过掩盖第二表面部分34以防止涂层材料沉积到其上来实现有选 择地涂覆部件22。就是说，在进行涂覆操作之前，保护层诸如带材或其他可 去除的材料可以施加到第二表面部分34上。可以借助任何沉积过程将涂层 材料涂覆到第一表面部分32上，诸如喷涂、涂刷、浸洗等。在涂覆第一表 面部分32之后，可以去除保护层，从而去除沉积在第二表面部分34上的任 何涂层材料。可以选择的是，可以有选择地施加涂层材料而不使用保护层，
例如使用受控涂覆过程，诸如用于沉积涂层材料的印刷过程。
本发明实现的涂层厚度可以根据涂覆部件、部件的组件以及涂层本身的 优选最终结果特性而进行改变。涂层通常足够薄，以避免与部件配合以及在
它们之间形成焊接接头结构发生干涉。例如，与第二部件26组装前，第一 部件22上实现的涂层厚度小于约0.001英寸，例如介于约0.00015英寸和约 0.00035英寸之间。
通常仅涂覆其中一个部件，且被涂覆的部件表面部分是定位成与另一个 配合部件相接触但不直接焊接到另一个部件的表面部分。例如，如图2和3 所示，第一部件22的全部表面28要设置成与第二部件26接触。被涂覆的 第 一表面部分32各自的宽度足够在其之间为第二表面部分34留出足够的宽 度，以使焊接接头可以形成与第二表面部分34相符，并从第一表面部分32 隔开。具体来说，在第一部件22具有约0.875英寸宽的基部凸缘24的情况 下，每个被涂覆的第一表面部分32的宽度可以约为0.250英寸，以使其间的 第二表面部分34的宽度约为0.375英寸。
在有些情况下，可以涂覆多个部件，和/或接合部件时，其中一个部件的 涂覆表面可以设置成与另一个部件的涂覆表面接触。此外，应该明白，可以 向一个部件施加多个涂层，例如让多个涂层施加到部件的不同部分和/或让多 个涂层依次施加，在一个或多个表面部分上形成叠层。
如块16所示，在施加涂层'之后，但在搅拌摩擦焊接过程接合部件之前， 可以让部件接受任选的加热处理操作。例如，可以将部件22、 26加热，以 局部固结所述涂层材料，以使部件22、 26容易操作而不会干扰涂层材料。 具体来说，由7075-T6铝合金材料制成的部件可以加热到约320下并持续约 15-18小时的周期，进行老化，以实现-T76回火度。可以选择的是，可以在 约200。F下处理部件约2分钟，以便为后续操作"快速固结"涂层材料，直 到涂覆部件全部老化处理进行完为止。在任何情况下，如果不是立即通过搅 拌摩擦焊来组装部件，则部件可以保存在干燥环境中，例如将部件与干燥剂 包裹在一起。
在部件布置和定位成预定配置的情况下，即需要形成的构件组件的希望 配置的情况下，进行块18的搅拌摩擦焊接操作。通常，根据DPS10.700实 施搅拌摩擦焊接操作。例如，部件22、 26可以如图3那样布置成最终完工 组件的希望配置。如图4所示，在第一和第二部件22、 26的对应表面28、
30相接触，且部件处于预定配置的情况下，可以形成搅拌摩擦焊接接头42 来结合部件22、 26,形成组件40。为了清楚地说明，图4图示的结构组件 40带有局部形成的搅拌摩擦焊接接头42和用来形成焊接接头42的搅拌摩擦 焊接设备44。搅拌摩擦焊接设备44包括柱销或工具46,其具有搅拌摩擦焊 柱销或工具部分50，该工具部分从工具或柱销46肩部48延伸。设置一个或 多个构件或促动器52例如沿着旋转方向54旋转工具46，并例如沿着方向 56沿着部件22、 26横移工具46。因此，旋转的工具46可以至少局部穿入 每个部件22、 26，并沿着未涂覆的第二表面部分34所限定的路径促动该旋 转工具，以使部件22、 26的材料可塑化，并将这些材料混合或掺和，从而 随着材料在再固结过程中冷却和硬化而形成搅拌摩擦焊接接头42。
如图4所示，搅拌摩擦焊接接头42形成与第二表面部分34相符，即位 于第一部件22的第一表面涂覆部分32的边缘36、 38之间，以使第一表面 部分32基本上保持分开或者保持未焊接到第二部件26。换句话说，未涂覆 的第二表面部分34可以摩擦焊接到第二部件26,而不将涂覆的第一表面部 分32焊接到第二部件26。这样，可以留下涂层材料，在配合的第一表面部 分32附近的位置，即靠近焊接接头42并与通常形成在部件22、 26之间的 缝隙重合的位置，为部件22、 26提供防腐蚀性。而且，在搅拌摩擦焊接操 作过程中，涂层材料可以保持基本上不熔化和/或不混合，从而防止因涂层材 料混入搅拌摩擦焊接接头42而带来的不良影响以及可能因这种混合而为焊 接接头整体性带来的不良影响。在部件22、 26通过搅拌摩擦焊接而组装成 希望的配置后，所述部件限定构件组件40。
如图2-4所示，所述一对构件或部件22、 26在部件22、 26之间限定材 料结合部60,该结合部与第一表面部分32相符。例如可以通过搅拌摩擦焊 接操作将材料结合部60处的涂层材料固结，在材料结合部60处形成热固结 耐腐蚀有机材料62，如图4所示。搅拌摩擦焊接接头42可以设置在构件之 间的搅拌摩擦焊接结合部64处，即与第二表面部分34相符，因此位于双向 排除热固结结合部60的地方。具体来说，有机材料可以沿着搅拌摩擦焊接 结合部64的相对边缘设置，如图所示，以使材料结合部60的两个部分在其 间限定沿着部件22、 26延伸的路径，搅拌摩擦焊接结合部64沿着该路径细 长延伸。
在搅拌摩擦焊接操作之后，构件组件40可以接受热处理，即加热处理
操作。参见图1的块20。热处理通常用来改善构件组件40的一个或多个部 件22、 26的材料特性。就是说，部件的基体金属和施加的涂层作为一个组 件一起加热到适当的高温，以使铝合金通过人工老化而析出加热处理到最终 希望的强度状态。优选用于该热处理的温度和时间选择为实现所述铝合金基 体金属希望特性所需的温度和时间，正如用于该特定铝合金材料的工业上可 接受并经验证的加工标准所提供的。
此外，热处理操作还可以任选将有机涂层材料固结到其希望的最终结合 状态。因此，部件22、 26的热处理和涂层材料的固结可以作为组合操作， 通常作为同时发生的操作来完成。就是说，可以将涂层材料适配成在用于进 行部件22、 26加热处理的、温度足够和持续期间足够的热处理过程中进行 固结。例如，在7075铝合金部件和以"Hi-Kote 1"涂层为代表的上述涂层 的情况下，加热处理过程可以包括将构件组件40加热到约250。F的温度，持 续约12-14小时，以稳定所述涂层材料，随后以环境空气冷却到室温。
此后，构件组件40可以按照DPS9.45或MIL-C-5541施加无色的组件转 换涂层，按照DPS4.50-36或MIL-PRF-23377施加环氧底层涂层，按照 DPS4.50-36施加光泽白色环氧顶层涂层，诸如DN7507,以完成工作，接着 最后边缘密封该构件组件。
图5和6图示了根据本发明形成在部件之间的搅拌摩擦焊接接头的两幅 显微截面图像。具体来说，图5图示了这样的实施例部件22、 26的配合 表面28、 30进行过脱脂，且在搅拌摩擦焊接操作之前，第一表面部分32进 行过涂覆，以产生如图所示的搅拌摩擦焊接接头。在图6的实施例中，在第 一表面部分32涂覆以及随后的搅拌摩擦焊接操作之前，配合表面28、 30通 过氧化物喷^^、操作进行过机械清洁。
根据一种实施例，有机涂层材料施加到其中 一个部件阳极化的未密封表 面，所述部件尚未处于其最终加热处理状态。在搅拌摩擦焊接之后，完成构 件组件的加热处理操作，通过加热到高温进行析出加热处理，从而将完成的 组件处理到具有完全强度。在析出加热处理/老化过程中，根据用于所述构件 组件的特别铝合金材料的具体温度、时间和环境组合，在实现部件所需的冶 金特性的同时，将所述涂层固结。因此，在组件加热处理之后，不需要用于 涂层的单独固结过程，且涂层材料保护组件不受部件之间的腐蚀影响，即靠 近搅拌摩擦焊接接头的腐蚀影响。
本发明的许多改型和其他实施例将会出现在本发明所属领域的技术人 员脑海中，并具有前述说明和附图教导的优势。因此，应该理解，本发明并 未限于所公开的具体实施例，所述改型和其他实施例也包括在附带的权利要 求书的范围之内。虽然本文采用具体的术语，但是它们仅用作概括和描述的 意思，并非用于限制。
权利要求
1.一种形成结构组件的方法，所述方法包括将第一和第二飞行器构件搅拌摩擦焊接在一起，所述第一构件包括处理过的表面，该表面具有以可固结的有机材料涂覆的部分和未涂覆部分，所述处理过的表面靠接所述第二构件，使得在所述未涂覆部分形成搅拌摩擦焊接接头；和对焊接后的所述构件进行热处理。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理步骤包括将所 述焊接后的构件加热到足够高的温度，以固结所述有机材料。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理步骤包括加热 处理焊接后的所述构件。
4. 如权利要求1所述的方法，进一步包括设置由铝合金构成的所述第 一和第二构件，所述第一构件限定所述处理过的表面的涂覆部分和未涂覆部 分，所述处理过的表面的轮廓对应于所述第二构件的表面。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搅拌摩擦悍接步骤包 括将搅拌摩擦焊接柱销设置成经过所述第一构件的所述涂覆部分并经过所 述第二构件的表面，并且旋转所述搅拌摩擦焊接柱销，使所述柱销将靠近所 述柱销的所述构件的材料可塑化并使其混合，从而形成所述搅拌摩擦焊接接 头。
6. 如权利要求1所述的方法，进一步包括有选择地向所述第一构件的 第一表面部分施加所述可固结的有机材料，形成所述涂覆部分，使得靠近所 述第一表面部分的所述第一构件的第二表面部分基本上保持未涂覆。
7. 如权利要求6所述的方法，进一步包括在所述施加步骤之后，所述 搅拌摩擦焊接步骤之前，使至少一个所述构件接受热处理，从而至少局部固 结所述有机材料。
8. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述施加步骤包括以保护 层掩盖所述第二表面部分；将所述有机材料施加到靠近所述第二表面部分的 所述第一表面部分上；和除去所述保护层，以使所述第二表面部分保持未涂覆。
9. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述施加步骤包括沿着所 述第二表面部分相对的第一和第二边缘施加所述有机材料，以使所述第二表 面部分限定沿着所述第 一构件延伸的路径，且其中所述搅拌摩擦焊接步骤包 括沿着所述路径移动搅拌摩擦焊接柱销，形成沿着该路径细长延伸的所述搅 拌摩擦焊接接头。
10. 如权利要求l所述的方法，进一步包括提供包括酚醛树脂和有机溶 剂的所述有机材料。
11. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述热处理步骤包括将所 述焊接过的构件加热到足够高的温度，同时加热处理所述构件并固结所述有 机材料。
12. —种以权利要求1所述方法形成的结构组件。
13. —种形成结构组件的方法，所述方法包括提供包括铝的第 一和第二部件，所述第 一部件限定相邻的第 一和第二表 面部分，所述第一表面部分被限定为靠近所述第二表面部分的相对边缘，以 使所述第二表面部分限定沿着所述第一部件延伸的路径；提供耐腐蚀、可固结的有机涂层材料；将所述涂层材料施加到所述第一部件的所述第一表面部分，用保护层覆 盖所述第二表面部分；从所述第一部件除去所述保护层，将所述第二表面部分基本上暴露成未 涂覆；将所述部件配置成预定构型，使所述第一和第二表面部分与所述第二部 件接触；沿着由所述第 一部件的第二表面部分限定的路径搅拌摩擦焊接所述部 件，在所述第一表面部分之间形成沿着该路径延伸的搅拌摩擦焊接接头，从 而形成焊接结构组件，所述第一表面部分基本上保持未焊接；和将所述结构组件加热到足够高的温度，以同时加热处理至少一个所述部 件并固结所述有机涂层。
14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述提供所述第一和第 二部件的步骤包括提供由铝合金构成的所述第一和第二部件，所述第一部件 限定所述第一和第二表面，其轮廓对应于所述第二部件的表面。.
15. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述搅拌摩擦焊接步骤 包括将搅拌摩擦焊接柱销设置成经过所述第一部件的所述第二表面部分并 经过所述第二部件的表面，并旋转所述搅拌摩擦焊接柱销，使得所述柱销将 靠近所述柱销的所述部件的材料可塑化并使其混合，从而形成搅拌摩擦焊接 接头。
16. 如权利要求13所述的方法，进一步包括在所述施加步骤之后，在 所述搅拌摩擦焊接步骤之前，让所述部件接受热处理，从而至少局部固结所 述施加步骤过程中设置的所述涂层材料。
17. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述提供有机涂层材料 的步骤包括提供包括酚醛树脂和有机溶剂的所述涂层材料。
18. —种以权利要求13所述的方法形成的结构组件。
19. 一种结构组件，包括包括铝的第一部件，所述第一部件限定相邻的第一表面部分和第二表面部分；第二部件，其限定与所述第一部件的所述第一和第二表面部分接触的表面；接合所述第一和第二部件的搅拌摩擦焊接接头，所述接头设置在所述第 一部件的所述第二表面部分处；和耐腐烛、可固结的有机涂层材料，其设置在所述第一部件和第二部件之 间，位于所述搅拌摩擦焊接接头相对侧上的所述第一部件的第一表面部分 处，以使所述搅拌摩擦焊接接头延伸穿过所述第一部件的所述第二表面部 分，并设置在所述有机涂层材料之间。
20. 如权利要求19所述的结构组件,其特征在于，所述涂层材料基本 上从所述搅拌摩擦焊接接头分开。
21. 如权利要求19所述的结构组件，其特征在于，所述第一和第二部 件包括铝合金。
22. 如权利要求19所述的结构组件，其特征在于，所述涂层材料适配 成在加热处理操作过程中固结，所述加热处理过程适配成同时加热处理至少 一个所述部件。
23. 如权利要求19所述的结构组件，其特征在于，所述涂层材料沿着 所述第二表面部分的相对的第一和第二边缘设置，使得所述第二表面部分限 定沿着所述第一部件延伸的路径，所述搅拌摩擦焊接接头沿着该路径细长延 伸。
24. 如权利要求19所述的结构组件，其特征在于，所述涂层材料包括酚醛树脂和有机溶剂。
25. —种飞行器组件，包括一对飞行器构件，所述飞行器组件包括 位于所述构件之间并包括加热固结的耐腐蚀有机材料的材料结合部；和 位于所述构件之间并设置在双向排除加热固结的所述结合部的位置的搅拌摩擦焊接结合部。
26. 如权利要求25所述的组件，其特征在于，所述一对构件每一个包 括铝合金。
27. 如权利要求25所述的组件，其特征在于，所述有机溶剂沿着所述 搅拌摩擦焊接结合部的相对的第一和第二边缘设置，以使所述材料结合部限 定沿着所述构件延伸的路径，使得所述搅拌摩擦焊接结合部沿着该路径细长 延伸。
28. 如权利要求25所述的组件，其特征在于，所述涂层材料包括酚醛 树脂。
全文摘要
提供了一种用于形成搅拌摩擦焊接组件的方法，以及根据该方法形成的相关构件组件。所述方法包括以涂层材料涂覆一个或多个未处理部件的表面部分。此后，将所述部件搅拌摩擦焊接，形成组件。在所述焊接操作之前或之后，执行热处理，例如同时加热处理所述部件并固结所述涂层。
文档编号B23K20/12GK101340999SQ200680047935
公开日2009年1月7日 申请日期2006年12月11日 优先权日2005年12月20日
发明者史蒂文·G·基纳, 罗纳德·S·惠滕, 阿迪蒂亚·N·阿加瓦尔, 马克斯·鲁尼安 申请人:波音公司