专利名称：可调节式搭接及由此产生的结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种搅拌摩擦焊接方法及一种利用该搅拌摩擦焊接方法形成的结构本体。特别是，本发明涉及一种搅拌摩擦焊接方法和由铝合金挤压框架构件制成的结构本体，该结构本体例如用于铁路车辆中，通过搅拌摩擦焊接多个挤压框架构件而形成。
本发明旨在提供用于简化金属框架构件焊接的方法，所述金属框架构件可具有特定的尺寸变化。本发明尤其适用于焊接最终框架略呈圆形轮廓的多个挤压构件。
搅拌摩擦焊接是这样一种方法，即通过旋转已插入位于挤压框架构件之间的焊接接合处中的圆销(称为旋转工具)，并使该旋转工具沿着焊接接合处的焊缝运动，焊接部受热，被软化进而被塑性流化，从而被牢固地焊接。旋转工具包括插入焊接接合处中的小直径部和设置于该旋转工具外部的大直径部。旋转工具的小直径部和大直径部具有相同的轴线。在焊接期间，旋转工具的小直径部与大直径部之间的边界较小程度地插入至焊接接合处。
例如，在WO95026254(TWI)中公开了上述技术。
背景技术：
由于存在尺寸变化，公知的是难以保持精密的公差来焊接大型框架构件。
专利EP893190公开了使用斜坡表面来补偿引起待连接的框架之间的间隙的尺寸变化。
在专利EP0947280中，使用搭接而在对接合区域处具有间隙的部件进行搅拌摩擦焊接时向接合处供应额外的金属。该专利没有讨论通过调节框架结构来补偿尺寸偏差。
专利EP1057574公开了在接合区域处使用与待连接的框架构件搭接的中间构件。该专利没有给出搭接的理由，也没有使用从所考虑的框架构件之一的一体的延伸物。
发明内容
本发明的一个目的在于提供了一种利用搅拌摩擦焊接来焊接框架构件的方法，其中待连接的框架构件的尺寸偏差可以通过使用可调节式搭接的特定接合构造而得以补偿。本发明的另一个目的在于提供了这样一种框架结构，其既接近于标称公差同时又保持高生产能力、周期短且可再现性高。
上述目的通过使用以下方式得以实现，即第一框架构件的、从第一框架构件朝向另一构件沿宽度方向突出的搭接部与第二构件的朝上表面搭接，从而使得该搭接部与第二框架构件的朝上表面在连接之前处于可滑动的接触中，以便可以通过旋转所述构件来补偿公称尺寸的偏差。
本发明提供了一种根据权利要求1所述的用于焊接的方法。
本发明还提供了一种根据权利要求9所述的框架结构。
图1为示出了根据现有技术的框架构件的搅拌摩擦焊接的纵向剖视图；图2为示出了使用根据本发明的可调节式搭接来连接的框架的纵向剖视图；图3为示出了待使用根据本发明的可调节搭接来连接的框架的第二实施例的纵向剖视图；以及图4为示出了待使用根据本发明的可调节搭接来连接的框架的第三实施例的纵向剖视图。
具体实施例方式
将参考图2对根据本发明的搅拌摩擦焊接方法的一个实施例进行说明。
图2示出了利用搅拌摩擦焊接而焊接在一起的第一框架构件101和第二框架构件102的剖面图。两个框架构件优选地均为由铝合金制成的挤压中空框架构件构成。
通过附图可看出，第一框架构件包括从该框架构件的本体(图中未全部示出)相互平行延伸的第一凸缘11和第二凸缘12。凸缘11和12朝向相邻的框架构件102突出。
第二框架构件102包括第一壁21和第二壁22，第一壁21和第二壁22沿着第一壁21的第一边缘和沿着第二壁22的第一边缘通过中间壁23相连。中间壁23优选地为第二框架构件的一部分。在搅拌摩擦焊接期间，该中间壁用作底部支承件(root support)。替代地，可以省去中间壁(图4中的虚线处框架的界限)，一用于连接这些框架的筒管工具(bobbin tool)提供从各个壁两侧的连接。可替代地，分离式支承件可在焊接期间插入框架中以便提供所需的支撑(backing)。
根据框架结构的最终形状，这些框架构件可具有略呈圆形的形状。
沿着第一壁21的第一边缘设置第一槽口(rebate)。所述第一槽口具有沿着其长度的朝向外侧的第一下凹表面21a。第一槽口还具有台阶形壁16，以便从第一壁21的面至第一表面21a形成向下的台阶。与此相应，沿着第二壁22的第一边缘设置第二槽口。所述第二槽口具有沿着其长度的朝向外侧的第二下凹表面22a。第二槽口还具有止动壁22b，以便形成从第二壁22的面至第二下凹表面22a形成向下的阶形。第一和第二下凹表面基本上相互平行。
在面向第一框架构件的第二凸缘12的内表面的、第一凸缘11的内表面之间的距离与第一壁21的第一下凹表面和第二壁22的第二下凹表面之间的距离大致相同。因此，第一框架构件101将与第二框架构件102平滑地配合并由第二框架构件102容放，因为在组装并连接第一和第二构件时，凸缘11和12将会在下凹表面21a和22a上滑动。
根据本发明的一种方案，第一凸缘11设置成比第二凸缘12更宽。这就意味着与第二凸缘12相比，第一凸缘11从第一框架构件的本体延伸更远(关于这些长度，可从图2的剖视图得以理解)。因此，当第一构件101和第二构件102组装在一起并相互适配时，第一凸缘11于是将具有比第一构件101与第二构件102之间的接合处的第二凸缘12更大的搭接量，从而提供了在形状改型方面具有更大灵活性的构造。
焊接过程从将第一框架构件101连接至第二框架构件开始，该动作开始于将第一框架构件101的第二凸缘12引入第二框架构件102的第二槽口中，直到第二凸缘12的边缘12a抵靠着第二槽口的端壁22b为止。该步骤之后是使第一框架构件101绕着所述第二凸缘12的所述边缘12a与所述端壁22b之间的、作为铰接处的接触位置旋转，从而使第一凸缘11的内侧引导表面沿着第二框架构件102的第一槽口滑过第一下凹表面21a。旋转继续进行直到所安装的框架的尺寸适配于所生产的产品的公称尺寸为止。这种构造使得当第一框架构件与第二框架构件如上述相互完全接合时，第一凸缘11的边缘11a不会到达第二框架构件的第一槽口的台阶形壁16。相应地，边缘11a与台阶形壁16之间将会形成间隙。如果需要的话，该间隙可被填充并抛光以获得光滑的表面。
本发明的另一种方案在于能够自由地调节第一凸缘11相对于第一下凹表面21a的搭接量。按这种方式，在进行焊接之前，可以通过使第一框架构件的凸缘11和第二框架构件的壁21相对于彼此滑动来调节框架的尺寸。
第一凸缘11被设置成比第二凸缘12更宽，以便允许调节这些框架构件之间的角度。
在铁路车辆的情况下，侧面构造本体和顶部构造本体具有针状弧形。本发明通过调节第一框架的凸缘11相对于第二框架构件的搭接量而可适于上述结构，从而实现接近于公称尺寸。
将对该结构本体的制造方法进行说明。将中空框架构件101和102安装于焊接基床上。接着，使框架构件101和102运动直到边缘12a与端壁22b靠接为止。接着，使第一和第二框架构件绕着下部连接节点(边缘12a和端壁22b的靠接表面)略微旋转，从而获得接近公称尺寸的框架结构。然后将中空框架构件101和102固定至该基床上。
在这种状态下，将搅拌摩擦焊接设备的旋转工具从上方插入以便形成位于中间壁23上方的接合处，进而被插入搭接部中，使该工具沿着焊缝运动，从而进行搅拌摩擦焊接。
该旋转工具包括大直径部和位于该大直径部末端的小直径部。工具小直径部的末端(下端)设置成使肩部不会沿侧向在凸缘11的相对于表面21a的搭接处外侧延伸。
可替代地，可以同时从框架结构的上侧和下侧进行焊接或者利用筒管工具进行焊接。
尽管本发明已对于其各个示例性实施例进行了描述与示出，但是本发明所属领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种变化、省略和增加。因此，本发明应当被视为包括属于所附权利要求书限定的范围内的所有可能的实施例及其等同物。
根据本发明，可以获得高精度的框架结构。
权利要求
1.一种通过搅拌摩擦焊接来焊接第一框架构件(101)和第二框架构件(102)的方法，其中，所述第一框架构件(101)包括从该第一框架构件平行延伸的第一凸缘(11)和第二凸缘(12)，并且其中，所述第二框架构件包括从该第二框架构件的端部平行延伸的第一壁(21)和第二壁(22)，所述第一壁(21)具有沿着所述第一边缘的第一槽口，所述第一槽口带有面向外侧的第一下凹表面(21a)，所述第二壁(22)在所述第一边缘处具有第二槽口，所述第二槽口带有面向外侧的第二下凹表面(22a)，其中，所述第一下凹表面(21a)和所述第二下凹表面(22a)基本相互平行，其特征在于，该方法包括以下步骤将所述第一框架构件(101)的第二凸缘(12)引入到所述第二框架构件(102)的第二槽口中，直到所述第二凸缘(12)的边缘(12a)抵靠着第二槽口的端壁(22b)为止；使第一框架构件(101)绕着第二凸缘(12)的所述边缘与所述端壁(22b)之间的接触位置旋转，直到第一凸缘(11)的内侧引导表面沿着第二框架构件(102)的第一槽口的第一下凹表面(21a)滑动为止，以便自由地调节第一凸缘(11)相对于第二框架构件(102)的第一下凹表面(21a)的搭接量；在第一框架构件(101)与第二框架构件(102)之间进行搅拌摩擦焊接以便形成焊接接合处。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一凸缘(11)设置成比所述第二凸缘(12)更宽。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，从所述框架的两侧同时进行焊接。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，从所述壁/凸缘(11、21)和(12、22)中的至少一个的两侧同时进行焊接。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，利用筒管工具进行焊接。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，使用具有销和肩部的工具，并且所述工具设置成使得肩部不会沿侧向在凸缘(11)相对于表面(21a)的搭接处的外侧延伸。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，在焊接过程期间，将中间壁(23)用作支撑。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，在焊接过程期间将分离式支承件插入作为支撑。
9.一种包括利用搅拌摩擦焊接来连接的第一框架构件(101)和第二框架构件(102)的框架构造，其中，所述第一框架构件(101)包括从第一框架构件平行延伸的第一凸缘(11)和第二凸缘(12)，并且其中，所述第二框架构件包括从第二框架构件的端部平行延伸的第一壁(21)和第二壁(22)，其特征在于所述第一壁(21)具有沿着所述第一边缘的第一槽口，所述第一槽口带有面向外侧的第一下凹表面(21a)，所述第二壁(22)在所述第一边缘处具有第二槽口，所述第二槽口带有面向外侧的第二下凹表面(22a)，其中所述第一下凹表面(21a)和所述第二下凹表面(22a)基本相互平行，并且所述第一框架构件和所述第二框架构件能绕着位于边缘(12a)和(22b)的靠接表面处的下部连接节点略微旋转。
10.根据权利要求9所述的框架构造，其中，所述第一凸缘(11)设置成比所述第二凸缘(12)更宽。
11.根据权利要求9或10所述的框架构造，其中，沿着所述第一壁(21)的第一边缘和沿着所述第二壁(22)的第一边缘设置有中间壁(23)。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的框架构造，其中，所述中间壁(23)为所述第二框架构件的一部分。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的框架构造，其中，所述框架构件均为铝挤压件。
14.一种调节框架构造的形状的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤设置第一框架构件(101)和第二框架构件，所述第一框架构件(101)包括从该第一框架构件平行延伸的第一凸缘(11)和第二凸缘(12)，所述第二框架构件包括从该第二框架构件的端部平行延伸的第一壁(21)和第二壁(22)，所述第一壁(21)具有沿着所述第一边缘的第一槽口，所述第一槽口带有面向外侧的第一下凹表面(21a)，所述第二壁(22)在所述第一边缘处具有第二槽口，所述第二槽口带有面向外侧的第二下凹表面(22a)，其中，所述第一下凹表面(21a)和所述第二下凹表面(22a)基本相互平行；将所述第一框架构件(101)的第二凸缘(12)引入到所述第二框架构件(102)的第二槽口中，直到所述第二凸缘(12)的边缘(12a)抵靠第二槽口的端壁(22b)为止；使第一框架构件(101)绕着所述第二壁(12)的边缘与所述端壁(22b)之间的接触位置旋转，直到第一凸缘(11)的内侧引导表面沿着第二框架构件(102)的第一槽口的第一下凹表面(21a)滑动为止，以便自由地调节第一凸缘(11)相对于第二框架构件(102)的第一下凹表面(21a)的搭接量。
全文摘要
本发明涉及一种搅拌摩擦焊接方法及一种利用该搅拌摩擦焊接方法形成的结构本体。特别是，本发明涉及一种搅拌摩擦焊接方法和由铝合金挤压框架构件制成的结构本体，该结构本体例如用于铁路车辆中，通过搅拌摩擦焊接多个挤压框架构件而形成。通过利用沿侧向在另一构件的一个面上方突出的、第一构件的搭接部的朝下表面与第二构件的朝上表面接触而使第一构件(101)与第二构件(102)靠接，从而使朝下表面和朝上表面在连接之前处于可滑动的接触中，并且所述第一构件和第二构件可旋转，并进行搅拌摩擦焊接以连接构件形成框架结构。
文档编号B23K33/00GK101032784SQ20071008586
公开日2007年9月12日 申请日期2007年3月8日 优先权日2006年3月8日
发明者让-菲利浦·舍费尔, 扬·斯蒂勒纽斯, 斯文·伦丁 申请人:萨帕铝型材股份公司