无延迟虚拟改变摩擦搅动焊接方法中系统焊肩的焊接方向的装置及方法与流程

本案与在需要通过焊接或材料的不均匀性来接合部件的几何配置时用于无延迟虚拟地改变用于摩擦搅动焊接的系统的焊肩的焊接方向的装置和方法有关。

已知在航空工程、铁路运输技术和汽车建造中越来越多地使用摩擦搅动焊接(fsw)。这种简单、干净和创新的接合方法卓越于对于自动化的高潜力，以及还对于铆钉需求的消除，从而降低制造成本，以及从而减少所产生的结构的重量。

背景技术：

引用作为先前技艺的是源自于申请人的文件de102014004331b3。这份文件与用于增加在摩擦搅动焊接中的焊接质量的方法和装置有关，并且也与具有用于执行所述方法的程序码的计算器程序和机器可读取载体有关。

这份文件是基于优化在摩擦搅动焊接中的焊接操作的目的，以如此方式达到完全避免所谓的末端孔(搅拌工具在焊接末端留下的负向压痕)，并且结果提高焊接的质量。

为了达到这个目的，一种用于提高在摩擦搅动焊接中的焊接质量的装置，具有如权利要求1所述的下列特征：

a)具有驱动头(2)的接收板(1)，其中后者具有用于接收保持罩(3)的接收法蓝(19)，所述保持罩利用接合螺帽(7)以焊接销尖端(5)连接到焊接靴(4)，

b)焊接靴(4)具有圆形底座形式，其上存在跨越截面上运行的且对此底座形式以直角高出的横向腹板，所述横向腹板大约具有所述底座形式的直径的1/4到1/5的宽度，而且具有弧形靴滑动表面和靴平滑表面(9)，其中在以凹口状锥部形式的小平面区域(16)是位于在此区(9)的周边区域中的此区(9)的每一侧上，

c)焊接销尖端(5)实质上具有成尖螺纹的形式的表面结构，此螺纹状结构不是纯圆形设置的，而是在每一个螺纹中具有三个沿圆周分布的平部，其中这些平部的中心彼此间分别形成120度的角度，而且此螺纹状结构的节距是0.5mm，以及侧面高度则从0.25mm变化到0.05mm。

技术实现要素：

在许多焊接工艺中，需要快速又精确地改变焊接靴或焊肩的接触角度，在焊接操作期间以对应于将要接合的分别的部件所施加的需求的方式来引导焊接销。为此目的，由于移动和控制摩擦搅动焊接的工艺的整体机器必须随其整体质量(mass)遵循必要的改变，本发明是基于从机器到焊接头或摩擦工具重新定位对于fsw工艺所必要的焊肩接触角度的局部位移的目的。

此目的是通过专利权利要求1中的特征来实现。

一种在需要通过将被焊接或材料的不均匀性来接合的部件的几何设置时用于无延迟虚拟改变用于摩擦搅动焊接的系统的焊肩的焊接方向的装置，具有下列特征：

a)主体(1)，具有焊接台(15)和用于摩擦焊接头(12)的悬架(10)的桥支撑物(5)，其中所述摩擦焊接头(12)能够跨越所述焊接台(15)的整体区水平地和竖直地无段移动，

b)销安装件(13)，用于固定和驱动所述摩擦焊接头(12)的焊接销尖端(14)，其中所述焊接销尖端(14)在焊肩(18)内受引导，所述焊肩(18)能够通过多重安装和受控的焊肩安装件(17)而万向移动，

c)所述焊肩安装件(17)在任一情况下通过分别铰接在所述摩擦焊接头(12)上的主调整驱动器(21)而在彼此之间呈一角度的多个位点在任一情况下利用抵住中心作用弹簧套组(25)的压力的推拉杆(16)所控制。

也主张，在至少一个推拉杆(16)上，主调整驱动器设有压电微调装置(22)，其中，利用压力测量传感器(23)来监测分别的作用力，而且所述弹簧套组(25)是由弹簧组件和受控制的压电组件的组合而组成，而且所产生的焊接是通过至少一个具有图案辨识用具的相机(26)来观察，而且设有用于测量焊肩(18)的调整角度的用具，而且所述焊肩(18)是可加热的，以及在焊接操作期间，藉由在焊接销尖端(14)的区域中的间隙成形设置，焊接金属的输入和输出为可能。

而且，在需要通过将被焊接或材料的不均匀性来接合的部件的几何设置时用于无延迟虚拟地改变用于摩擦搅动焊接的系统的焊肩的焊接方向的此方法，还具有下列方法特征：

a)具有可水平地移动的桥支撑物(5)的主体(1)具有摩擦焊接头(12)，随其而为可竖直地调整，所述主体承载用于固定和驱动焊接销尖端(14)的销安装件(13)，其中焊肩(18)具有多重安装的焊肩安装件(17)，

b)在焊接操作期间，藉由各种推拉杆(16)，所述焊肩安装件(17)可被调整到相对于要被接合的部件的任何接触角度。

也主张在所述方法中，所述推拉杆(16)具有压电微调装置(22)，以及一种具有程序代码的计算器程序，当所述程序在计算器中运行时，所述程序代码用于执行所述方法步骤，并且还有一种具有计算器程序的程序代码的机器可读取载体，当所述程序在计算器中运行时，所述程序代码用于执行所述方法。

本发明将于下文中更详细加以描述。

附图说明

具体而言：

图1显示根据本发明的装置的全体透视图，

图2显示根据本发明的摩擦焊接头的透视表示图，

图3显示用于固定焊接销的销安装件的侧视图和从其下方的平面图，

图4显示用于固定焊接销的销安装件的更详细视图，

图5显示在焊肩17的区域中的自适应密封环36。

具体实施方式

图1显示根据本发明的装置的全体透视图。

根据本发明的龙门式焊接装置的主体1在上侧具有在桥支撑物5的两侧的每一侧上的纵向导轨2，用于移动承载摩擦焊接头12的悬架的桥支撑5。平行于分别的纵向导轨2，悬架10通过驱动器4而移动，在每一情况下藉由用于桥支撑物5的纵向调整的驱动和调整心轴3。驱动器6服务用于摩擦焊接头12的悬架10的横向移动，所述驱动器藉由驱动和调整心轴7跨越所显示的导轨11实现此移动。用于龙门式焊接装置的操作的供应和控制线路8通向悬架10和其竖直调整装置9中。悬架10承载销安装件13，用于固定具有焊接销尖端14的焊接销。焊接台15服务用于支撑和/或锁紧将通过焊接被接合的部件。

图2显示根据本发明的摩擦焊接头的透视表示图。

在摩擦焊接头12底下的是用于固定和控制焊接销的销安装件13。

具有焊接销尖端14的焊肩18是通过数个调整单元20、藉由圆盘成形平板而被虚拟无延迟地精确控制，所述圆盘成形平板服务作为具万向悬架的焊肩安装件17。与用于安装旋转摩擦销的传统的缸内径相比，此焊肩安装件17使得在每一个空间方向中的节距移动(pitchingmovement)成为可能。而在焊肩安装件17的最简单的建造阶段中，此等节距移动仅在进给方向中为可能，也就是说，在焊接操作期间，在一定程度上建立曳引接触角度，图2显示其他建造阶段。在焊肩安装件17的这个其他建造阶段中，圆盘成形肩的保持器可以在每一个空间方向中倾斜，也就是说，在一定程度上可以施行翻转移动。对焊肩18的对应的力传输藉由彼此之间呈90度角度设置的四个推拉杆16来发生。更详细的内容可从图3取得。这种建造形式是仅以示例的方式给出。因此，所显示的推拉杆16之间的相互作用可藉由以圆形对称设置的其他推拉杆16来补充。然而，圆盘成形肩的安装不必要是旋转对称的，因为每一个焊接的连接部在旋转的摩擦销的节距移动的移动性施加不同的需求。总而言之，根据本发明的焊肩安装件17的圆盘形状使得较低的摩擦和较平滑的焊接表面为可能。每一个调整单元20具有供应和控制线路19。

图2a显示调整单元20的细节表示图。

此处设置的是在推拉杆16的区域中，在每一情况下用于移动此一推拉杆16的是双向活塞34，双向活塞34是藉由在液压缸33中的两条对应可致动的控制线路35而可在两个相反方向中移动。此设置仅是以示例的方式给出，当然也可以使用任何类型的电驱动器。作为其他特殊的建造形式，设有用于加热焊肩的各别加热器。

图3显示用于固定焊接销的销安装件的侧视图和从其下方的平面图。

在图3a中可见用于固定焊接销的销安装件13的侧视图。用于推拉杆16的推杆移动的分别主调整驱动器21可藉由液压装置来施行。推杆16的移动的微调是藉由压电装置22而控制，其中压力测量传感器23服务用于记录发生的力。在每一情况下藉由铰接杠杆24通过在四个侧部上的四个推拉杆16而被移动的焊肩安装件17是藉由被中心地安装在焊接销尖端14周围的弹簧套组25而被中心地被压抵住焊肩18。在一方面通过弹簧套组25所施用的压缩力与通过所述四个推拉杆16所施用的各种反向力之间的相互作用导致焊肩安装件17的圆盘成形平板的万向悬浮。

表示在销安装件13的侧部的相机26象征性地代表完成的焊接的观察组件的系统(未再具体地被指定)。

在图3b中焊接销尖端14可被中心地见到在具有焊接销28的焊肩18的中间，其中焊肩18是藉由所显示的平头螺钉27而锁紧。可替代地，此处诸如软焊(soldering)或收缩配合(shrink-fitting)的永久性连接是可能的。

图4显示用于固定焊接销的销安装件的使用的更详细视图。

在图4a中显示在焊接操作期间与所指示的将被接合的部件29的固定。

在图4b中表示在焊接操作期间以稍微倾斜的具有焊肩18的焊肩安装件17在使用中的销安装件13。此处，在左侧上所显示的是具有处于延伸位置的其相关联的推拉杆16的主调整驱动器21，这导致焊肩安装件17在弹簧套组25的反压效果下的稍微倾斜。在此情况下，所导致的焊肩对于将被接合部件的表面的倾斜角度或其调整角度31最大值为2至5度。一般而言，上达3度的调整角度31应该是足够的。在此视图中，从前方可以看到此处可见的铰接杠杆的指定的铰接杠杆头30。根据指向右方的粗体参考箭头，所表示的焊接销尖端14从完成的焊接32通向将被接合部件29的区域中。

设有该领域技艺人士所熟知的用于测量焊接靴肩部的调整角度31的用具。

图5显示在焊肩安装件17的区域中的自适应密封环36。

在图5a中，具有圆形侧面的密封环36，其服务用于焊接销尖端14的移动性，在焊肩18的中间中可见到。在销安装件13的区域中的焊肩安装件17和弹簧套组25包围用于保持焊接销尖端14的工具柄39。

在图5b中，在图5a中以截面a-a的方向中所显示的横截面被表示。焊肩18在每一情况下通过相对面地放置的夹紧螺钉37的一个而被锁紧在安装件17上，而自适应密封环36则通过夹紧螺钉38而被锁紧。可替代地，此处诸如软焊或收缩配合的永久性连接是可能的。

为了在摩擦搅动焊接期间提高可达到的进给速率，优选地是使用具有高热传导性的硬金属肩。优选地使用碳化钨/钴硬金属。在焊肩中加热器的整合允许在适合于作用位置处的温度调整被实现，使得即使在动态工艺控制下，摩擦销也不会遇到会导致过度的剪切(excessiveshearing)而结果早产的(premature)销失效的冷材料。通过将肩部加热器安装在实际的肩部和相关联的支撑物之间，它与工具的磨耗组件无关，无需进行任何更改或转换。

可以设有一种特殊的建造形式，在焊接操作期间藉由在焊接销尖端(14)的区域中的间隙成形设置，焊接金属的输入和输出为可能。

组件符号列表

1龙门式焊接装置的主体

2纵向导轨

3用于纵向调整的驱动和调整心轴

4纵向调整的驱动器

5龙门式焊接装置的桥支撑物

6用于悬架10的横向移动的驱动器

7用于横向移动的驱动和调整心轴

8用于操作的供应和控制线路

9用于摩擦焊接头的竖直调整装置

10摩擦焊接头的悬架

11用于龙门式焊接装置的横向导引的轨道

12摩擦焊接头

13用于固定焊接销的销安装件

14焊接销尖端

15焊接台

16调整单元20的推拉杆

17焊肩安装件(具有万向悬架的圆盘成形平板)

18焊肩(固定式肩)

19调整单元20的供应和控制线路

20用于调整焊肩安装件圆盘17的调整单元

21用于推拉杆16的推杆移动的主调整驱动器(例如液压式)

22推杆16的压电微调装置

23压力测量传感器

24铰接杠杆

25用于在安装圆盘17上建立应力的弹簧套组(例如杯型弹簧)

26用于监控焊接的用于图案辨识的相机

27用于固定焊接靴的平头螺钉

28焊接销

29将被接合部件

30铰接杠杆头

31焊接靴相对于将被接合的部件表面的调整角度(最大为5度)

32焊接

33液压缸

34双作用活塞

35控制线路

36自适应密封环

37用于锁紧肩的夹紧螺钉

38用于锁紧密封环36的夹紧螺钉

39用于保持焊接销尖端14的工具柄