用于实现搅拌摩擦焊接接头的插入件的制作方法

本公开涉及搅拌摩擦焊接和搅拌摩擦焊接的总成。

背景技术：

本部分中的陈述仅提供了与本公开有关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

搅拌摩擦焊接(fsw)是固态接合过程，其使用由旋转工具产生的摩擦热来将两个零件中的金属软化和混合以使两个工件之间形成结合或焊缝。旋转工具被插入到一个工件中或被插入于在两个工件之间的接口处，并且需要在旋转工具与工件之间的高接触负荷来提供质量稳健的搅拌摩擦焊接。然而，封闭单元(closedcell)结构的接合可能会产生无法充分地支持该结构的质量稳健的fsw的接头。

本公开解决了与封闭单元结构的fsw相关的问题，以及与fsw相关的其他问题。

技术实现要素：

在本公开的一种形式中，一种搅拌摩擦焊接的总成包括：第一工件，所述第一工件具有带有相对内壁的内部部分；第二工件，所述第二工件具有带有相对内壁的内部部分；以及插入件，所述插入件定位在所述第一工件的所述内部部分和所述第二工件的所述内部部分内。所述插入件在所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的至少一者之间延伸并邻接所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的所述至少一者，并且搅拌摩擦焊缝(weld)在所述第一工件与所述第二工件之间。在一些变型中，所述搅拌摩擦焊缝将所述插入件接合到所述第一工件和所述第二工件。

在至少一个变型中，所述搅拌摩擦焊接的总成包括所述第一工件的接合端部和所述第二工件的接合端部，所述第一工件的所述接合端部和所述第二工件的所述接合端部形成对接接头，并且所述搅拌摩擦焊缝是在所述第一工件与所述第二工件之间的对接焊缝。在此类变型中，所述插入件邻接所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁。而且，在一些变型中，所述插入件具有在由所述第一工件的所述接合端部和所述第二工件的所述接合端部形成的所述对接接头之间延伸的接片(tab)。在至少一个变型中，所述接片结合在所述对接焊缝中。

在至少一个变型中，所述搅拌摩擦焊接的总成包括所述第一工件的接合端部，所述第一工件的所述接合端部定位在所述第二工件的所述内部部分内，使得在所述第一工件与所述第二工件之间形成搭接接头。在此类变型中，所述搅拌摩擦焊缝是在所述第一工件与所述第二工件之间的搭接焊缝，并且所述插入件邻接所述第一工件的所述相对内壁。而且，在一些变型中，所述插入件具有在形成在所述第一工件与所述第二工件之间的所述搭接接头之间延伸的接片。在至少一个变型中，所述接片结合在所述搭接焊缝中。

在一些变型中，所述插入件是在所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的至少一者之间延伸并邻接所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的至少一者的实心插入件。在其他变型中，所述插入件具有在邻接所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的至少一者的表面之间的内部腔。

在至少一个变型中，所述第一工件是铸铝工件并且所述第二工件是锻铝工件。在这种变型中，所述锻铝工件可为挤制铝工件和/或所述插入件是铝插入件。

在本公开的另一种形式中，一种搅拌摩擦焊接的总成包括：第一工件，所述第一工件具有带有相对内壁的内部部分以及接合端部；第二工件，所述第二工件具有带有相对内壁的内部部分以及接合端部；以及插入件，所述插入件定位在所述第一工件的所述内部部分和所述第二工件的所述内部部分内。所述插入件在所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的至少一者之间延伸并邻接所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的所述至少一者，并且搅拌摩擦焊缝在所述第一工件与所述第二工件之间，使得所述搅拌摩擦焊缝将所述第一工件、所述第二工件和所述插入件结合在一起。

在一些变型中，所述第一工件的所述接合端部和所述第二工件的所述接合端部形成对接接头，所述插入件邻接所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁，并且所述搅拌摩擦焊缝是在所述第一工件与所述第二工件之间的对接焊缝。

在其他变型中，所述第一工件的所述接合端部定位在所述第二工件的所述内部部分内，使得在所述第一工件与所述第二工件之间形成搭接接头，所述插入件邻接所述第一工件的所述相对内壁，并且所述搅拌摩擦焊缝是将所述第一工件结合到所述第二工件的搭接焊缝。

在本公开的又一种形式中，一种搅拌摩擦焊接的总成通过一种方法形成，所述方法包括：将插入件定位在第一工件的内部部分和第二工件的内部部分内；以及将所述第一工件搅拌摩擦焊接到所述第二工件。所述第一工件具有限定所述第一工件的所述内部部分的相对内壁，所述第二工件具有限定所述第二工件的所述内部部分的相对内壁，并且所述插入件在所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的至少一者之间延伸并邻接所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的所述至少一者。所述插入件在所述搅拌摩擦焊接期间提供对所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁的支撑。

在一些变型中，所述第一工件的接合端部定位在所述第二工件的所述内部部分内，使得在所述第一工件与所述第二工件之间形成搭接接头，并且将所述第一工件搅拌摩擦焊接到所述第二工件在所述第一工件与所述第二工件之间形成搭接焊缝。

从本文中提供的描述中，另外的适用领域将变得显而易见。应理解，描述和具体示例仅意图用于说明目的，并且不意图限制本公开的范围。

附图说明

为了可很好地理解本公开，现在将参考附图通过举例的方式描述本公开的各种形式，在附图中：

图1a示出了两个封闭单元结构的透视图；

图1b示出了用焊缝接合在一起的图1a中的两个封闭单元结构；

图2a示出了在被搅拌摩擦焊接在一起之前形成对接接头的图1a中的两个封闭单元结构的横截面；

图2b示出了图2a中的两个封闭单元结构的横截面，其中在对接接头处形成了搅拌摩擦焊缝；

图3a示出了在被搅拌摩擦焊接在一起之前形成搭接接头的两个封闭单元结构的横截面；

图3b示出了图3a中的两个封闭单元结构的横截面，其中在搭接接头处形成了搅拌摩擦焊缝；

图4a示出了根据本公开的一种形式的具有插入件的图2a中的对接接头的横截面；

图4b示出了根据本公开的教导的在图4a中的对接接头处的搅拌摩擦焊缝的横截面；

图5a示出了根据本公开的另一种形式的具有插入件的图3a中的搭接接头的横截面；

图5b示出了根据本公开的教导的在图5a中的搭接接头处的搅拌摩擦焊缝的横截面；

图6a示出了根据本公开的一种形式的用于fsw的插入件的横截面；

图6b示出了根据本公开的另一种形式的用于fsw的另一个插入件的横截面；并且

图7是根据本公开的教导的将两个封闭单元结构工件fsw在一起的方法的流程图。

本文中描述的附图仅用于说明目的，并且不意图以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，并且不意图限制本公开、应用或用途。应理解，贯穿附图，对应的附图标记指示相同或对应的部分和特征。

参考图1a和图1b，示出了在接合(焊接)在一起之前(图1a)和在接合在一起之后(图1b)的第一封闭单元结构110和第二封闭单元结构120。如本文所使用，短语“封闭单元结构”是指限定或包围内部部分以使得通向该内部部分的通路受限制的结构。封闭单元结构的非限制性示例包括铸造或锻造(例如，挤制)圆形管路或管件、矩形管路或管件、六边形管路或管件，以及具有将封闭单元结构分成两个或更多个单独的子单元的内部腹板的此类管路或管件中的任一者等。第一封闭单元结构110具有限定内部部分112的相对内壁114以及接合端部116。类似地，第二封闭单元结构120具有限定内部部分122的相对内壁124以及接合端部126。第一封闭单元结构110的接合端部116和第二封闭单元结构120的接合端部126用沿着如图1b所示的焊缝轴线a延伸的焊缝130接合在一起。

现在参考图2a和图2b，示出了在不使用插入件或支撑件的情况下将第一封闭单元结构110和第二封闭单元结构120fsw在一起的示例。在图2a中，接合端部116、126被定位成在第一封闭单元结构110与第二封闭单元结构120之间形成对接接头j1。在第一封闭单元结构110的相对内壁114之间的距离是d1，并且在第二封闭单元结构120的相对内壁124之间的距离是d2。在本公开的一些变型中，距离d1等于距离d2(即，d1＝d2)，而在其他变型中，距离d1不等于距离d2(即，d1≠d2)。

在图2b中，旋转工具150(图2a)已经由fsw形成了焊缝130。应理解，旋转工具150被插入到对接接头j1中并沿着焊缝轴线a(图1b)移动，使得在对接接头j1处产生摩擦热，并且在第一封闭单元结构110与第二封闭单元结构120之间形成焊缝130。然而，fsw所需的高接触负荷(即，在旋转工具150与接合端部116、126之间的向下(-z方向)力)造成在fsw过程期间接合端部116和/或接合端部126的移动和/或变形。因此，在相对内壁114、124之间没有支撑件的情况下经由fsw在接合端部116、126之间形成焊缝130造成在接合端部116、126处或附近的塑性变形。即，在第一封闭单元结构110的相对内壁114之间的距离是d1’，其小于d1(即，d1’＜d1)，并且在第二封闭单元结构120的相对内壁124之间的距离是d2’，其小于d2(即，d2’＜d2)。应理解，除了在接合端部116、126处或附近的塑性变形之外，接合端部116、126的这种移动可能还影响焊缝130的形成，使得在第一封闭单元结构110与第二封闭单元结构120之间获得或产生不如期望的性质(例如，强度、延展性、轮廓形状等)。

现在参考图3a和图3b，示出了在不使用插入件或支撑件的情况下将第一封闭单元结构210fsw焊接到第二封闭单元结构220的示例。第一封闭单元结构210具有限定内部部分212的相对内壁214以及接合端部216。类似地，第二封闭单元结构220具有限定内部部分222的相对内壁224以及接合端部226。在图3a中，接合端部216、226在第一封闭单元结构210与第二封闭单元结构220之间形成搭接接头j2，其中第二封闭单元结构的接合端部226与第一封闭单元结构210的接合端部216重叠。在第一封闭单元结构210的相对内壁214之间的距离为d1。

在图3b中，旋转工具150(图3a)已经由fsw形成了焊缝230。应理解，旋转工具150被插入到接合端部226中并沿着焊缝轴线(未示出)移动，使得在搭接接头j2处产生摩擦热，并且在第一封闭单元结构210与第二封闭单元结构220之间形成焊缝230。在一些变型中，旋转工具150延伸到接合端部216中以形成焊缝230。在其他变型中，旋转工具150不延伸到接合端部216中，并且由旋转工具150产生的摩擦热造成焊缝230将接合端部226结合(焊接)到接合端部216，如图3b所示。然而，并且与在图2b中焊缝130的形成类似，在相对内壁214之间没有支撑件的情况下形成焊缝230造成在fsw过程期间接合端部216和/或接合端部226的移动和/或变形。例如，在第一封闭单元结构210的相对内壁214之间的距离为d1’，其小于d1(即，d1’＜d1)。应理解，除了在接合端部216、226处或附近的塑性变形之外，这种移动可能还影响焊缝230的形成，使得在第一封闭单元结构210与第二封闭单元结构220之间获得或产生不如期望的性质(例如，强度、延展性、轮廓形状等)。

现在参考图4a和图4b，示出了根据本发明的教导使用插入件将第一封闭单元结构110和第二封闭单元结构120fsw焊接在一起的示例。在图4a中，并且与图2a中示出的示例类似，接合端部116、126在第一封闭单元结构110与第二封闭单元结构120之间形成对接接头j3，并且在第一封闭单元结构110的相对内壁114之间的距离为d1，并且在第二封闭单元结构120的相对内壁124之间的距离为d2。然而，在图4a中示出的示例中，具有外表面142的插入件140分别定位在第一封闭单元结构110的接合端部116和第二封闭单元结构120的接合端部126内，所述外表面之间具有的距离近似等于d1和d2。因此，提供在fsw期间在相对内壁114、124之间的支撑，并且减少接合端部116、126的塑性变形或使之不发生，如在图4b中描绘的搅拌摩擦焊接的总成中所示。即，插入件140在形成焊缝130期间提供支撑以抵抗在旋转工具150与接合端部116、126之间的高接触负荷，使得在形成焊缝130之后，在相对内壁116之间的距离为d1，并且在相对内壁126之间的距离为d2。

在一些变型中，焊缝130将插入件140接合到第一封闭单元结构110和/或第二封闭单元结构120，如图4b所示。在其他变型中，插入件140在fsw期间在相对内壁114、124之间提供支撑，但是焊缝130不将插入件140接合到第一封闭单元结构110和/或第二封闭单元结构120。而且，在一些变型中，插入件140可包括在接合端部116、126之间(即，在对接接头j3之间)延伸的一个或多个接片144，并且接片可在fsw期间结合在焊缝130中。应理解，接片144可有助于在fsw之前和/或期间将插入件140定位和/或保持在接合端部116、126之间。

现在参考图5a和图5b，示出了根据本发明的教导使用插入件将第一封闭单元结构210和第二封闭单元结构220fsw焊接在一起的示例。在图5a中，并且与图3a中示出的示例类似，接合端部216、226在第一封闭单元结构210与第二封闭单元结构220之间形成搭接接头j4，并且在第一封闭单元结构210的相对内壁214之间的距离为d1。然而，在图5a中示出的示例中，具有外表面242的插入件240定位在接合端部216内，所述外表面之间具有的距离近似等于d1。应理解，插入件240也定位在与接合端部216重叠的接合端部226内。因此，提供在fsw期间在相对内壁214、224之间的支撑，并且减少接合端部216、226的塑性变形或使之不发生，如在图5b中描绘的搅拌摩擦焊接的总成中所示。即，插入件240在形成焊缝230期间提供支撑以抵抗在旋转工具150与接合端部216、226之间的高接触负荷，使得在形成焊缝230之后，在相对内壁216之间的距离为d1。

在一些变型中，焊缝230将插入件240接合到第一封闭单元结构210和/或第二封闭单元结构220，如图5b所示。在其他变型中，插入件240在fsw期间在相对内壁214、224之间提供支撑，但是焊缝230不将插入件240接合到第一封闭单元结构210和/或第二封闭单元结构220。

在一些变型中，插入件240可包括在接合端部216、226之间(即，在搭接接头j4之间)延伸的一个或多个接片244，并且接片可在fsw期间结合在焊接部230中。应理解，接片244可有助于在fsw之前和/或期间将插入件240定位和/或保持在接合端部216、226之间。例如，接片244可包括端部246，所示端部有助于将插入件240定位和/或对准在第一封闭单元结构220的内部部分212内。在一些变型中，接片244在封闭单元结构中的一者的接合端部上滑动，并且端部246邻靠另一个封闭单元结构的端部(未标记)，使得插入件240在将封闭单元结构fsw在一起期间定位在期望的位置处。在图5a和图5b中示出的示例中，接片244在第一封闭单元结构210的接合端部216上滑动，并且端部246邻靠第二封闭单元结构220的端部(未标记)，使得插入件240在将第二封闭单元结构220fsw到第一封闭单元结构210期间定位在期望的位置处。

尽管插入件140和240被示出为实心插入件，但是在本公开的一些变型中，插入件具有内部腔，如图6a和图6b所示。例如，插入件140'包括一个或多个内部腔149，并且插入件240'包括一个或多个内部腔249。应理解，插入件140'和240'在减小了插入件140、240的质量和重量的同时，仍然分别在相对内壁114、124之间和相对内壁214、224之间提供支撑。

现在参考图7，形成搅拌摩擦焊接的总成的方法50包括在500处将插入件定位在第一工件和第二工件内，以及在510处将第一工件fsw到第二工件。在一些变型中，第一工件和第二工件是封闭单元结构，并且在510处的fsw期间，插入件在第一工件和第二工件的相对内壁之间提供支撑。

从本公开的教导中应理解，提供了一种搅拌摩擦焊接的总成，其包含或包括彼此接合的封闭单元结构。接合的封闭单元结构在封闭单元结构中的至少一者的相对内壁之间具有插入件，使得插入件在fsw期间为封闭单元结构提供结构支撑。插入件可在fsw期间接合到封闭单元结构中的至少一者，使得插入件变为搅拌摩擦焊接的总成的一部分。

除非本文另有明确地指示，否则指示机械/热性质、组成百分比、尺寸和/或公差或其他特性的所有数值在描述本公开的范围时应被理解为由字词“约”或“大约”修饰。出于各种原因期望进行这种修饰，所述原因包括：工业实践；材料、制造和组装公差；以及测试能力。

如本文所使用，短语a、b和c中的至少一者应被解释为使用非排他性逻辑“或”表示逻辑(a或b或c)，并且不应被解释为表示“a中的至少一者、b中的至少一者和c中的至少一者”。

本公开的描述本质上仅是示例性的，并且因此不脱离本公开的实质的变型意图在本公开的范围内。不应将此类变型视为脱离本公开的精神和范围。

根据本发明，提供了一种搅拌摩擦焊接的总成，所述搅拌摩擦焊接的总成具有：第一工件，所述第一工件具有带有相对内壁的内部部分；第二工件，所述第二工件具有带有相对内壁的内部部分；插入件，所述插入件定位在所述第一工件的所述内部部分和所述第二工件的所述内部部分内，所述插入件在所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的至少一者之间延伸并邻接所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的所述至少一者；以及搅拌摩擦焊缝，所述搅拌摩擦焊缝在所述第一工件与所述第二工件之间。

根据一个实施例，所述搅拌摩擦焊缝将所述插入件接合到所述第一工件和所述第二工件。

根据一个实施例，所述第一工件的接合端部和所述第二工件的接合端部形成对接接头，并且所述搅拌摩擦焊缝是在所述第一工件与所述第二工件之间的搅拌摩擦对接焊缝。

根据一个实施例，所述插入件邻接所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁。

根据一个实施例，所述插入件具有在由所述第一工件的所述接合端部和所述第二工件的所述接合端部形成的所述对接接头之间延伸的接片。

根据一个实施例，所述第一工件的接合端部定位在所述第二工件的内部部分内，使得在所述第一工件与所述第二工件之间形成搭接接头，并且所述搅拌摩擦焊缝是在所述第一工件与所述第二工件之间的搅拌摩擦搭接焊缝。

根据一个实施例，所述插入件邻接所述第一工件的所述相对内壁。

根据一个实施例，所述插入件具有在形成在所述第一工件与所述第二工件之间的所述搭接接头之间延伸的接片。

根据一个实施例，所述插入件包括在所述第一工件的接合端部与所述第二工件的接合端部之间延伸的接片。

根据一个实施例，所述接片的至少一部分结合在所述搅拌摩擦焊缝中。

根据一个实施例，所述插入件是在所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的至少一者之间延伸并邻接所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的所述至少一者的实心插入件。

根据一个实施例，所述插入件具有在邻接所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的至少一者的表面之间的内部腔。

根据一个实施例，所述第一工件是铸铝工件并且所述第二工件是锻铝工件。

根据一个实施例，所述锻铝工件是挤制铝工件。

根据一个实施例，所述插入件是铝插入件。

根据本发明，提供了一种搅拌摩擦焊接的总成，所述搅拌摩擦焊接的总成具有：第一工件，所述第一工件具有带有相对内壁的内部部分以及接合端部；第二工件，所述第二工件具有带有相对内壁的内部部分以及接合端部；插入件，所述插入件定位在所述第一工件的所述内部部分和所述第二工件的所述内部部分内，所述插入件在所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的至少一者之间延伸并邻接所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的所述至少一者；以及搅拌摩擦焊缝，所述搅拌摩擦焊缝在所述第一工件与所述第二工件之间，其中所述搅拌摩擦焊缝将所述第一工件、所述第二工件和所述插入件结合在一起。

根据一个实施例，所述第一工件的所述接合端部和所述第二工件的所述接合端部形成对接接头，所述插入件邻接所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁，并且所述搅拌摩擦焊缝是在所述第一工件与所述第二工件之间的搅拌摩擦对接焊缝。

根据一个实施例，所述第一工件的所述接合端部定位在所述第二工件的所述内部部分内，使得在所述第一工件与所述第二工件之间形成搭接接头，所述插入件邻接所述第一工件的所述相对内壁，并且所述搅拌摩擦焊缝是将所述第一工件结合到所述第二工件的搅拌摩擦搭接焊缝。

根据本发明，提供了一种通过一种方法形成的搅拌摩擦焊接的总成，所述方法具有：将插入件定位在第一工件的内部部分和第二工件的内部部分内，其中所述第一工件包括限定所述第一工件的所述内部部分的相对内壁，所述第二工件包括限定所述第二工件的所述内部部分的相对内壁，并且所述插入件在所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的至少一者之间延伸并邻接所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁中的所述至少一者；以及将所述第一工件搅拌摩擦焊接到所述第二工件，其中所述插入件在所述搅拌摩擦焊接期间提供对所述第一工件的所述相对内壁和所述第二工件的所述相对内壁的支撑。

根据一个实施例，所述第一工件的接合端部定位在所述第二工件的所述内部部分内，并且使得在所述第一工件与所述第二工件之间形成搭接接头，并且将所述第一工件搅拌摩擦焊接到所述第二工件在所述第一工件与所述第二工件之间形成搅拌摩擦搭接焊缝。