用于摩擦搅拌焊接的装置和方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及摩擦搅拌焊接(frict1n stir welding)装置和方法。
【背景技术】
[0002]通常与诸如对接接头(butt joints)的简单的接合构造相关联的摩擦搅拌焊接可以接合由诸如2000系和7000系铝合金的各种金属形成的零件。具有诸如角接接头(corner joint)的复杂的接头几何构型的工件(workpiece)是仅从限制焊接透入(weldpenetrat1n)的一侧或者以顺序的方式从两侧进行摩擦搅拌焊接，这需要多个固定操作和额外的固定设备，导致周期时间和制造成本的增加。
【发明内容】
[0003]因此，会发现旨在解决上述所关注的问题的摩擦搅拌焊接装置和方法具有实用性。
[0004]本公开的一个实例涉及一种摩擦搅拌焊接装置。该摩擦搅拌焊接装置包括心轴壳体(spindle housing)和与轴同心并且围绕轴相对于心轴壳体可旋转的针工具(pintool)。摩擦搅拌焊接装置还包括围绕轴相对于心轴壳体基本上不可旋转的第一肩部和围绕轴相对于心轴壳体基本上不可旋转的第二肩部。针工具相对于第一肩部和第二肩部是可旋转的。
[0005]本公开的一个实例涉及一种接合至少两个零件的方法。该方法包括:通过使摩擦搅拌焊接装置的针工具围绕与针工具同心的轴相对于摩擦搅拌焊接装置的心轴壳体旋转，在该至少两个零件的接合接触面上形成塑化材料(plasticized material);并且将塑化材料限制在摩擦搅拌焊接装置的第一肩部与第二肩部之间。第一肩部与第二肩部沿着轴彼此相对并且围绕轴相对于心轴壳体基本上是不可旋转的。
[0006]本公开的一个实例涉及一种摩擦搅拌焊接装置。该摩擦搅拌焊接装置包括心轴壳体和与轴同心并且围绕轴相对于心轴壳体可旋转的针工具。该摩擦搅拌焊接装置还包括第一肩部和第二肩部。第一肩部和第二肩部中的一个围绕轴相对于心轴壳体是可旋转的。第一肩部和第二肩部中的另一个围绕轴相对于心轴壳体基本上是不可旋转的。
[0007]本公开的一个实例涉及一种接合至少两个零件的方法。该方法包括:通过使摩擦搅拌焊接装置的针工具围绕与针工具同心的轴相对于摩擦搅拌焊接装置的心轴壳体旋转，而在该至少两个零件的接合接触面上形成塑化材料；并且将塑化材料限制在摩擦搅拌焊接装置的第一肩部与第二肩部之间。第一肩部和第二肩部中的一个围绕轴相对于心轴壳体是可旋转的。第一肩部和第二肩部中的另一个围绕轴相对于心轴壳体基本上是不可旋转的。第一肩部沿着轴与第二肩部相对。
【附图说明】
[0008]因此已从整体上描述了本公开的实例，现在将参考附图，附图不一定按比例绘制，并且其中贯穿几幅图的相同的参考符号指代相同或者相似的零件，在附图中:
[0009]图1是其中可以实施本公开的说明性实例的飞行器的示图；
[0010]图2是示出了根据本公开的一个方面的摩擦搅拌焊接装置的框图；
[0011]图3是根据本公开的一个方面的诸如如在图2和图14至图23中所示的摩擦搅拌焊接装置的第一肩部的详细的正视图的示意图；
[0012]图4是根据本公开的一个方面的诸如如在图2和图14至图23中所示的摩擦搅拌焊接装置的第一肩部的正视图的详细的示意图；
[0013]图5是根据本公开的一个方面的诸如如在图2和图14至图23中所示的至少两个零件以及摩擦搅拌焊接装置的第一肩部和第二肩部的正视图的示意图；
[0014]图6是根据本公开的一个方面的诸如如在图2和图14至图23中所示的至少两个零件以及摩擦搅拌焊接装置的第一肩部和第二肩部的正视图的示意图；
[0015]图7是根据本公开的一个方面的诸如如在图2和图14至图23中所示的摩擦搅拌焊接装置的第一肩部和第二肩部的示意图；
[0016]图8是根据本公开的一个方面的诸如如在图2和图14至图23中所示的摩擦搅拌焊接装置的第一肩部和第二肩部的示意图；
[0017]图9是根据本公开的一个方面的诸如如在图2和图14至图23中所示的摩擦搅拌焊接装置的第一肩部和第二肩部的示意图；
[0018]图10是根据本公开的一个方面的诸如如在图2和图14至图23中所示的摩擦搅拌焊接装置的第一肩部和第二肩部的示意图；
[0019]图11是根据本公开的一个方面的诸如如在图2和图14至图23中所示的摩擦搅拌焊接装置的第一肩部和第二肩部的示意图；
[0020]图12是根据本公开的一个方面的诸如如在图2和图14至图23中所示的摩擦搅拌焊接装置的第一肩部和第二肩部的示意图；
[0021]图13是根据本公开的一个方面的诸如如在图2和图14至图23中所示的摩擦搅拌焊接装置的第一肩部和第二肩部的正视图的详细示意图；
[0022]图14是根据本公开的一个方面的诸如如在图2和图15至图23中所示的摩擦搅拌焊接装置和至少两个零件的立体图；
[0023]图15是根据本公开的一个方面的诸如如在图2、图14以及图16至图23中所示的摩擦搅拌焊接装置和至少两个部件的详细的立体图；
[0024]图16是根据本公开的一个方面的诸如如在图2、图14至图15以及图17至图23中所示的摩擦搅拌焊接装置的详细的立体图；
[0025]图17是根据本公开的一个方面的诸如如在图2、图14至图16以及图18至图23中所示的摩擦搅拌焊接装置的详细的正视图；
[0026]图18是根据本公开的一个方面的诸如如在图2、图14至图17以及图19至图23中所示的摩擦搅拌焊接装置的细节侧视图；
[0027]图19是根据本公开的一个方面的诸如如在图2、图14至图18以及图20至图23中所示的摩擦搅拌焊接装置的截面立体图；
[0028]图20是根据本公开的一个方面的诸如如在图2、图14至图19以及图21至图23中所示的摩擦搅拌焊接装置的详细的截面立体图；
[0029]图21是根据本公开的一个方面的诸如如在图2、图14至图20以及图22至图23中所示的摩擦搅拌焊接装置的详细的截面侧视图；
[0030]图22是根据本公开的一个方面的诸如如在图2、图14至图21以及图23中所示的摩擦搅拌焊接装置的详细的截面正视图；
[0031]图23是根据本公开的一个方面的诸如如在图2和图14至图22中所示的摩擦搅拌焊接装置的详细的截面侧视图；
[0032]图24是根据本公开的一个方面的诸如如在图2和图14至图23中所示的使用摩擦搅拌焊接装置使至少两个零件接合的工艺的流程图；
[0033]图25是根据本公开的一个方面的诸如如在图2和图14至图23中所示的使用摩擦搅拌焊接装置使至少两个零件接合的工艺的流程图；
[0034]图26是根据说明性实例的飞行器制造和保养方法的框图；以及
[0035]图27是其中可以实施说明性实例的飞行器的框图。
[0036]在参考上述的框图中，连接各种元件和/或部件的实线可表示机械、电气、流体、光学、电磁以及其他耦接和/或其组合。如本文中所使用的，“耦接”指相关的直接以及间接耦接。例如，构件A可以直接与构件B相关联，或者例如可以经由另一构件C与其间接地相关联。可能还存在不同于框图中所描述的耦接。连接各种元件和/或部件的虚线(如果有的话)表示由实线所表示的功能和目的相似的耦接；然而，选择性地提供由虚线所表示的耦接或者由虚线所表示的耦接涉及本公开的可替代或者可选方面。同样，以虚线表示的任何元件和/或部件指示本公开的可替代或者可选的方面。点线表示环境要素(如果有的话)。
【具体实施方式】
[0037]为了提供对所呈现的构思的完全理解，在下列描述中阐述了许多具体细节。可以在没有这些具体细节中的一些或者全部的情况下实现所呈现的构思。在其他情况下，为了避免使所描述的构思变得晦涩难懂，故没有详细描述众所周知的处理操作。尽管将结合具体实例描述一些构思，但应当理解的是这些实例并不旨在限制。
[0038]现参考图，具体地，参考图1，描述了其中可以实施说明性实例的飞行器的示图。在说明性实例中，飞行器100具有附接至主体106的机翼102和机翼104。飞行器100包括附接至机翼102的引擎108和附接至机翼104的引擎110。
[0039]主体106 具有尾部(tail sect1n) 112。水平尾翼(horizontal stabilizer) 114、水平尾翼116以及垂直尾翼118被附接至主体106的尾部112。
[0040]飞行器100是其中可以使用本文中所示出或者所描述的装置和方的法使零件接合的飞行器的实例。例如，使用本文中所示出或者所描述的装置和方法可以接合机翼102、机翼104或者主体106的零件。
[0041]图1中的飞行器100的示图并不意指暗示对其中可以实施说明性实例的方式的物理或者架构的限制。例如，尽管飞行器100是商用飞机，然而，飞行器100可以是军用飞机、旋翼飞机、直升机、无人驾驶飞行器或者任何其他合适的飞行器。
[0042]尽管已经描述了有关飞行器的说明性实例，然而，装置和方法可以应用于其他类型的平台。例如，该平台可以是移动平台、固定平台、以地面为基础的结构、以水上为基础的结构以及以空间为基础的结构。更具体地，该平台可以是水面舰艇、坦克、人员运输车、火车、列车、航天器、太空站、卫星、潜水艇、汽车、发电站、桥梁、大坝、房屋、风车、制造工厂、楼宇以及其他合适的平台。
[0043]例如，如在图2和图16中所示，本公开的一个实例涉及一种摩擦搅拌焊接装置202。摩擦搅拌焊接装置202包括心轴壳体204和与轴208同心并且围绕轴208相对于心轴壳体204可旋转的针工具206。摩擦搅拌焊接装置202还包括第一肩部210和第二肩部212，第一肩部210围绕轴208相对于心轴壳体204基本上是不可旋转的，并且第二肩部212围绕轴208相对于心轴壳体204基本上是不可旋转的。针工具206相对于第一肩部210和第二肩部212使可旋转的。
[0044]摩擦搅拌焊接装置202可被配置为使具有不同的接合接触面几何构型的至少两个零件252接合。如本文中所使用的，诸如至少两个零件252的接合接触面250的接合接触面是在摩擦搅拌焊接操作过程中与第一肩部210和第二肩部212接触的至少两个零件252的一部分。
[0045]通过针保持器216可以保持针工具206在针工具206与针保持器216之间没有相对移动。针保持器216可以被定位在心轴壳体204中。针保持器216可以起到使针工具206沿着轴208移动的作用。此外，针保持器216可起到使针工具206围绕轴208旋转的作用。
[0046]针工具206可延伸通过摩擦搅拌焊接装置202的第一结构222。针工具206可以被可旋转地连接至摩擦搅拌焊接装置202的第二结构238。
[0047]摩擦搅拌焊接装置202的第一结构222可以连接至心轴壳体204，这样使得针工具206可以在第一结构222没有相对于心轴壳体204旋转的同时而相对于心轴壳体204旋转。摩擦搅拌焊接装置202的第一结构222包括第一肩部210、第一冷却护套224以及至少一个径向止推轴承(radial and thrust bearing) 228。第一结构222还可包括其他部件(未示出)。例如，第一结构222可包括紧固件、轴承、连接件或者其他部件。
[0048]第一肩部210可在摩擦搅拌焊接操作过程中接触至少两个零件252的接合接触面250的一部分。第一冷却护套224可以热耦接至第一肩部210以及至少一个径向止推轴承228。在第一冷却护套224的内部的冷却液可从该至少一个径向止推轴承228和第一肩部210中的至少一个移除热量。
[0049]该至少一个径向止推轴承228可以被定位在第一冷却护套224与结构