专利名称：利用有槽销进行搅拌摩擦焊的装置和方法
技术领域：
本发明涉及摩擦焊接，尤其是涉及一种利用上面有一个或多个槽的销进行搅拌摩擦焊的装置和方法。
背景技术：
搅拌摩擦焊是一种这样的方法，其中，驱使旋转工具(例如有螺纹的销或探头)进入和/或通过工件，例如用于连接多件成固态的工件或者用于修补工件中的裂纹。通常，销从凹形轴肩上伸出，且该轴肩压靠在工件上，以便驱使销进入该工件内。然后，驱使销通过工件，以便形成连续焊接接头。例如，在一种普通的搅拌摩擦焊方法中，旋转工具的探头通过搅拌摩擦焊机器(未示出)而插入工件内或插入两个工件之间，以便产生所需的阻力，从而产生足够的摩擦热，以便形成塑化材料区域。工具通常相对于工件倾斜大约3°，这样，凹形轴肩的后缘推入塑化材料内并加强该塑化材料。当塑化材料固化时，工件部件沿焊接接头连接起来。由搅拌摩擦焊工具施加的力必须保持高于规定的最小值，以便产生所需的摩擦热。在授予Thomas等的美国专利No.5460317中进一步介绍了搅拌摩擦焊，该文献的内容被本文参引。
螺旋螺纹可以布置在销上，以便增加对焊接接头区域中的塑化材料的搅拌。在探头上的螺旋螺纹可以为右手螺纹、左手螺纹或它们的组合。也可选择，销可以为柱形。在任意一种情况下，支承装置通常布置在焊接接头的后面，即砧台或其它支持装置布置在轴肩的对侧，以便防止工件由于搅拌摩擦焊工具施加的力而变形，并保持尺寸公差。轴肩和支持装置通常在焊接过程中压向一起，以便防止通过焊接工具产生的摩擦热而塑化的材料流出焊接接头。轴肩和支持装置的向内夹持也加强了接头，从而使孔隙减至最小，并提供具有所希望表面光洁度的焊接接头。
用于使搅拌摩擦焊工具通过工件运动的焊接机器通常必须向焊接工具施加很大的力，以便使焊接工具以特定速度通过该工件。该力将部分取决于工件厚度、工件材料、工具的销的长度和厚度、工具的转速、工具通过工件的速度等。在某些情况下，作用在焊接工具上的力可以很大，并可能需要定期维修焊接工具和焊接机器，或者限制焊接工具和焊接机器的使用寿命。另外，以合适速度形成特定焊接接头所需的力可能超过了某些机器的能力，因此需要降低形成焊缝的速度、需要形成不同类型的焊缝或者需要以不同机器来驱动焊接工具。
因此，需要一种用于在工件之间形成焊接接头的、改进的搅拌摩擦焊工具。该工具应当能够有效支承焊接接头，并在搅拌摩擦焊过程中约束焊接接头内的塑化材料。该工具应当能够对多种工件(包括厚工件)进行搅拌摩擦焊，并可使用多种焊接机器和工具。优选是，该工具应当在焊接过程中较小作用在工具和机器上的力。
发明内容
本发明提供了一种用于在工件中形成搅拌摩擦焊接头的工具和方法。该工具包括可旋转的销，该销确定有搅动部分，其特征在于具有至少一个槽和至少一个脊。每个槽和脊垂直于销的纵向轴线延伸，且每个槽与其它槽不连续，并被脊分开。销可以旋转，以便使工件的材料塑化，并能够通过工件，以便形成焊接接头。在某些实施例中，与采用没有槽的销的可比较的搅拌摩擦焊方法相比，使工具通过工件所需的力减小。销可以从轴肩伸出，或者在两个轴肩之间延伸，每个轴肩可以设置成与工件接合，从而约束塑化材料。
销可以确定有两个或更多槽，各相邻的槽通过相应一个脊分开。每个槽和脊可以沿连续的周向通路(路径)环绕该销延伸。此外，槽可以由侧壁确定，该侧壁相对于销的轴线垂直或成一倾斜角延伸，从而使槽的宽度均匀或逐渐变细。每个槽的宽度例如可以在大约0.025和0.25英寸之间，并可以为槽的深度的至少大约两倍。
根据本发明的一个实施例，销在第一和第二相对轴肩之间延伸，每个轴肩可以确定有其上的一个摩擦特征。第二轴肩可以相对于第一轴肩进行调节，这样，在轴肩之间的销的搅动部分的长度可以调节。而且，轴肩可以确定有在其外周处的锥形。
本发明还提供了一种对工件进行搅拌摩擦焊的方法，其中，销设为从第一轴肩伸出。具有搅动部分的销进行旋转，从而使该搅动部分与工件摩擦啮合，以便形成搅拌摩擦焊接头，该搅动部分确定有至少一个槽和至少一个脊。沿与销的轴向方向基本垂直的方向驱动该旋转的销，从而使该销以平行于由该销的槽和脊确定的平面的方式运动。第二轴肩也可以相对于第一轴肩进行调节，以便调节销的搅动部分的长度。根据一个方面，在工件中钻孔，该销的连接部分穿过该孔插入，且销的连接部分与第二轴肩连接。
通过下面结合附图的详细说明，可以更清楚本发明的前述和其它优点和特征以及实现本发明的方法，这些附图表示了优选实施例，但是这些附图并不需要按比例画出，附图中图1是表示本发明一个实施例的搅拌摩擦焊工具的正视图；图2是表示本发明另一实施例的搅拌摩擦焊工具的透视图，该搅拌摩擦焊工具设置为用于对具有两个结构部件的工件进行搅拌摩擦焊；图2A是表示图2的搅拌摩擦焊工具的透视图，表示有在工件中局部形成的搅拌摩擦焊接头；图3是表示图1的搅拌摩擦焊工具的销的一部分的放大正视图；图3A是表示本发明另一实施例的搅拌摩擦焊工具的销的一部分的放大正视图；图4是表示图1的搅拌摩擦焊工具的销和轴肩在沿图1中的线4-4看时的平面图；图5是表示本发明另一实施例的搅拌摩擦焊工具的正视图，该搅拌摩擦焊工具构成为用于对具有两个结构部件的工件进行搅拌摩擦焊；图6是表示本发明还一实施例的搅拌摩擦焊工具的透视图，它有销，该销确定了沿销的搅动部分的长度方向延伸的两个表面，且这两个表面使销的槽和脊中断；以及图7是根据本发明一个实施例使用图1的搅拌摩擦焊工具焊接的工件的截面图。
具体实施例方式
下面将参考附图更充分地介绍本发明，附图中表示了某些(但不是全部)实施例。实际上，本发明可以以多种不同形式实施，且本发明并不局限于这里所述的实施例；而是，提供这些实施例使本公开完整，并使本领域技术人员将充分了解本发明的范围。在这些附图中，相同的参考标号表示相同元件。
下面参考附图，特别是参考图1，图中表示了本发明一个实施例的搅拌摩擦焊工具10，用于对工件60进行搅拌摩擦焊，该工件60例如图2和2A中所示的工件60。该搅拌摩擦焊工具10设置成由具有一个或多个促动器(未示出)的机器来驱动，该促动器用于使该工具10旋转和使该工具10通过工件60，以便形成摩擦焊接头80。例如，搅拌摩擦焊工具10可以包括连接部分12，该连接部分12可以与机器例如铣床或钻床的夹盘、心轴或其它部件接合。用于使搅拌摩擦焊工具10旋转的机器结构可以手动操作，但是优选是通过在软件控制下工作的计算机、微处理器、微控制器等来操作。
术语“工件”并不意味着进行限定，应当知道，工件60可以包括一个或多个结构部件，它们可以构成为各种结构。例如，如图2和2A所示，两个结构部件70、72的安装表面74、76可以交叠，以便形成交界面78，且搅拌摩擦焊工具10可以用于形成焊接接头80，特别是图2A中的搭接接头，该搭接接头沿交界面78延伸，从而连接结构部件70、72。可选择地，结构部件70、72可以布置成其它结构，且超过两个结构部件可以通过单个接头80连接。在另一实施例中，工件60可以包括单个结构部件，搅拌摩擦焊工具10可以用于形成部件中的焊接接头80，例如用于修补该部件中的裂纹、孔或其它缺陷，或者用来影响结构部件的材料性能。
结构部件70、72可以由各种材料形成，这些材料包括但不局限于铝、铝合金、钛、钛合金、钢等。非金属材料也可以用搅拌摩擦焊工具10进行焊接，该材料例如聚合物等。而且，工件60可以包括相似或不相似材料的部件，例如，由不同金属形成的结构部件，该金属包括通过普通熔焊技术不可焊接或不能经济连接的金属。不可焊接的材料在通过普通熔焊技术连接时将产生相对较弱的焊接接头，该焊接接头趋向于在焊缝固化时产生裂纹。这样的材料包括铝和某些铝合金，特别是AA系列2000和7000合金。使用搅拌摩擦焊使得由不可焊接的材料形成的工件能够牢固连接。搅拌摩擦焊还可以用于使可焊接的材料与其它可焊接的材料以及不可焊接的材料牢固连接。因此，形成工件60的材料可以从更大范围的重量轻、强度高的金属和合金中选择，从而有利于减小工件60以及由该工件形成的结构组件的总重量。
根据本发明的工件60可以用于各种用途，例如包括用于航空和航天结构例如飞机和宇宙飞船的框架、面板、外壳、机翼等，用于舰船、汽车等以及用于除运输业之外的其它用途。本发明的搅拌摩擦焊工具10可以用于对较大的工件60和具有曲线几何形状的工件60进行搅拌摩擦焊。在某些用途中，部件70、72连接成这样的几何结构，它使得难以或不能接近工件60的相对的面62、64。例如，结构部件70、72可以交叠和连接形成局部或完全封闭体，例如管或飞机机翼。
如图1和3所示，一个实施例的搅拌摩擦焊工具10包括第一轴肩20、第二轴肩30以及在它们之间延伸的销40。该销40和轴肩20、30优选是由具有较高强度和热阻的材料形成。例如但不局限于，销40和/或轴肩20、30可以由工具钢、钼合金例如TZM以及镍合金例如Rene 41(UNSN07041)构成。第一和第二轴肩20、30可以形成多种结构，并可以构成为压靠于工件60的相对面62、64，以便在它们之间与工件60进行摩擦啮合。例如，每个轴肩20、30可以确定基本平坦、凹形或凸形的、面向工件60的表面。如图3所示，每个轴肩20、30确定了靠近销40的平坦部分26、36，并确定了在轴肩20、30的外周或边缘24、34处的锥形部分22、32。在某些实施例中，轴肩20、30的锥形部分22、32可以防止或减少“开槽(plowing)”的发生，在该“开槽”情况下，当工具10沿工件60运动时，工件60的塑化材料被推向轴肩20、30的外周的径向外侧。例如，锥形部分22、32可以在每个轴肩20、30的外边缘24、34和销40之间的大约一半径向距离上延伸，且该锥形部分22、32可以使相对于每个轴肩20、30的平面部分26、36的角度确定为大约3°至5°之间。
销40在轴肩20、30之间延伸，并确定了搅动部分42，即在焊接过程中与工件60啮合的销40的部分。销40的搅动部分42确定了至少一个槽44和至少一个脊46。槽44的特征是它沿销40的径向的尺寸小于相邻的脊46，因此，这些槽44确定于这些脊46之间，并由这些脊46分开。销40可以确定任意数目的槽44和脊46。例如，如图3所示，销40具有三个槽44和四个脊46。在其它实施例中，销40可以只包括一个槽44或包括超过三个槽44。同样，销40也可以只包括两个脊46或包括超过四个脊46，这样，每个槽44布置于一对脊46之间。而且，每个相邻的槽44和脊46通过侧壁48连接，这样，该侧壁48至少局部确定槽44。侧壁48可以垂直于销40的轴线，这样，每个槽44的宽度在槽44的大部分深度处(如果不是全部深度的话)是均匀的。也可选择，如图3A所示，侧壁48可以相对于销40的轴线倾斜，例如侧壁48径向向内倾斜，从而使每个槽44的宽度沿径向向内的方向朝着销40的轴线减小。在另一实施例中，每个槽44的侧壁48可以收敛，这样，槽44为大致V形。
槽44的尺寸也可以改变，并可以根据工件60的材料、所希望的焊接速度等来选择。例如，根据本发明的一个实施例，每个槽44的宽度为槽44的深度的至少大约两倍。槽的深度由槽44的内径以及相邻脊46的外径之间的径向距离来确定，每个槽44的宽度测量为销40的外径处的轴向距离，即在脊46之间的轴向上测量。特别是，每个槽44的宽度例如可以在大约0.01至0.5英寸之间，在某些实施例中，在大约0.025至0.25英寸之间，例如为大约0.05英寸。如图3所示，每个槽为大约0.047英寸宽，深度在大约0.02和0.025英寸之间。在图3中表示的脊46为大约0.03英寸宽，且高度等于槽44的深度。因此，图3中所示的工具10可以用于焊接厚度为大约0.25英寸的工件60。根据本发明的另一实施例，用于焊接0.5英寸厚的工件的工具可以有大约0.12至0.2英寸宽的槽。整个销40的槽44和脊46的尺寸和形状可以相同，或者某些槽44和脊46的形状和/或尺寸可以与销40的其它槽44和脊46的形状和/或尺寸不同。如图3和3A所示，槽44和脊46的拐角45和边缘47可以进行圆角，即确定导圆角和半径，如本领域技术人员所知。
通常，槽44和脊46沿连续的周向通路环绕销40延伸。因此，当每个槽44和脊46环绕销40基本连续延伸时，每个槽44和脊46有利的是分别与其它的槽44和脊46不连续或离散。槽44和脊46的、垂直于销40的轴线的横截面为可以圆形，如图4所示，或者可以确定为其它多边形形状，例如矩形、正方形、三角形、椭圆形等。
在本发明的某些实施例中，每个槽44和脊46也基本垂直于销40的轴线延伸。因此，销40可以在垂直于销40的轴线的运动平面内通过工件60，即，槽44和脊46基本平行于运动方向。尽管本发明并不局限于任何特定工作原理，但是认为在销40上的槽44的结构与在焊接过程中使该销40通过工件60和使塑化材料运动所需的力相关。特别是，可以认为在本发明的销40上的槽44的结构能够减小使销40通过工件60所需的力。而且，可以认为该槽44的结构减小了塑化材料从工件60的相对侧62、64轴向向外的运动，因此在焊接过程中基本保持工件60的表面62、64的形状。
此外，轴肩20、30可以构成为在工具10的操作过程中与工件60摩擦啮合，从而至少部分地形成搅拌摩擦焊接头80。在本发明的一个实施例中，一个或多个轴肩20、30确定了一个或多个摩擦特征，例如凸出部分或表面，例如螺纹、凸块或肋，它们构成为与工件60摩擦啮合。例如，如图4所示，螺旋螺纹38布置在第二轴肩30的平面部分36上。在另一实施例中，该螺纹可以布置在第一和/或第二轴肩20、30的锥形和/或平面部分22、32、26、36上。为了保证该特征与要焊接的工件60的相对表面62、64接触，销40的长度与要连接的部件70、72的组合厚度基本相等，因此轴肩20、30的分离距离也基本等于该组合厚度。
根据本发明的一个实施例，搅拌摩擦焊接头80这样形成，即通过使搅拌摩擦焊工具10运动成与工件60接触，从而使销40的搅动部分42以及轴肩20、30与工件60摩擦啮合。搅拌摩擦焊工具10可以沿预定通路通过工件60，从而形成细长焊接接头80。在搅拌摩擦焊过程中，靠近销40的工件60部分“夹”在第一轴肩20和第二轴肩30之间。优选是，轴肩20、30形成防止塑化材料挤出的密封件。例如，如图2所示，焊接工具10可以设置在工件60的边缘，且沿方向14旋转，并沿方向16驱动通过工件60。每个轴肩20、30与工件60的表面62、64接触，如图2A所示，从而约束了工件60的塑化材料的轴向运动。因此，在焊接接头80处，在工件的相对面62、64上形成平面或其它合适形状。而且，轴肩20、30可以使工具10轴向抵靠工件60，从而在焊接过程中只需要向工具10施加很小轴向力，或者不需要轴向力。
轴肩20、30可以固定安装在销40上，或者一个或两个轴肩20、30可以从该销40上取下。例如，如图5所示，销40可以确定连接部分50，该连接部分50上具有螺纹或其它连接特征。在第二轴肩30中有相应的连接特征，例如螺纹孔52，以便接收销40的螺纹连接部分50。因此，第二轴肩30可以从销40上取下，且该销40可以穿过在工件60中的孔66延伸。然后，第二轴肩30可以安装在该销40上，且然后可以使用该工具10对工件60进行摩擦焊。当焊接接头80终止于工件60的边缘处时，工具10可以在两个轴肩20、30都不通过工件60的情况下从工件60上除去。也可选择，在焊接工件60之后，第二轴肩30可以从销40上取下，然后销40可以从工件60中退出。在另一实施例中，大于孔66的一个或多个孔可以布置在工件60上，每个孔足够大，以便接收第二轴肩30，这样，轴肩30可以穿过工件60而插入和/或取出，同时不需要将轴肩30从销40上取下。
而且，第二轴肩30可以相对于第一轴肩20进行调节，这样，可以调节销40的搅动部分42的长度。在某些实施例中，第二轴肩30可以独立于第一轴肩20和/或销40而进行旋转或进行其它驱动。例如，在焊接操作过程中，第二轴肩30可以推向第一轴肩20，以便在两个轴肩30、40之间挤压工件60。用于独立驱动相对轴肩的装置和方法在美国申请No.10/237506中另外说明，该申请的申请日为2002年9月9日，并转让给本申请的受让人，该申请的内容整个被本文参引。
在本发明的其它实施例中，工具10可以在没有一个或两个轴肩20、30的情况下使用。例如，图5中所示的工具10可以通过使第一轴肩20压靠工件60的第一面62，同时使销40至少部分通过工件60延伸而在没有第二轴肩30的情况下操作。第一轴肩20压靠工件60的压力可以通过砧台或其它支承装置来抵抗，或者工件60可以足够坚固，以便抵抗该压力。
而且，工具10的槽44并不需要环绕销40连续延伸。例如，如图6所示，销40可以确定一个或多个没有槽的表面54，该表面54至少部分沿销40的长度延伸，这样，表面54使槽44和脊46中断。可以在销40上设置任意数目的表面54，且每个表面54可以为平坦、弯曲或其它外形。如图6所示，两个表面54径向相对，并沿销40的搅动部分42的长度延伸，不过在其它实施例中，表面54可以更短和/或以其它方式布置在销40上。
图7表示了包括0.25英寸厚的单个铝板的工件60的一部分，其中，搅拌摩擦焊接头80根据本发明的一个实施例形成。特别是，该接头80利用类似于图1所示的销40形成，该销40进行旋转，并设置成在工件60的第一和第二面62、64之间延伸，并驱使沿垂直于纸平面的方向通过该工件60。如图7所示，工件60的材料通过销40而混合，且材料的粒度进行细化，从而提高了在接头80处的材料的材料性能。
本领域技术人员根据前述说明书和附图的教导，可以知道本发明的多种变化形式和其它实施例。因此，应当知道，本发明并不局限于所述特定实施例，在所附的权利要求的范围内也将包括这些变化形式和其它实施例。尽管这里使用了专业术语，但是它们只是用于说明目的，而不是为了进行限定。
权利要求
1.一种用于在工件中形成搅拌摩擦焊接头的工具，该工具包括第一轴肩，该第一轴肩构成为压靠工件；以及可旋转的销，该销从第一轴肩伸出，该可旋转的销具有第一和第二端部，并确定有在这两端部之间的搅动部分，该可旋转的销构成为与工件摩擦啮合，从而至少局部地形成搅拌摩擦焊接头，其中，该销的搅动部分确定有至少一个槽和至少一个脊，每个槽和脊垂直于销的轴线延伸。
2.根据权利要求1所述的工具，其特征在于该销确定有至少两个槽，相邻的槽通过相应的一个脊分开。
3.根据权利要求1所述的工具，其特征在于每个槽沿连续的周向通路环绕该销延伸。
4.根据权利要求1所述的工具，其特征在于每个槽至少部分地由侧壁确定，每个侧壁相对于销的轴线成一倾斜角延伸，这样，每个槽的宽度径向向内朝着销的轴线逐渐变细。
5.根据权利要求1所述的工具，其特征在于每个槽至少部分地由侧壁确定，每个侧壁垂直于销的轴线延伸，这样，每个槽确定了均匀的宽度。
6.根据权利要求1所述的工具，其特征在于每个槽确定了深度，该深度由槽的内径和每个脊的外径之间的径向距离来确定，每个槽确定了沿销的轴向方向在槽的外径处的宽度，且每个槽的宽度至少为槽的深度的大约两倍。
7.根据权利要求1所述的工具，其特征在于每个槽确定了沿销的轴向方向在槽的外径处的宽度，且每个槽的宽度在大约0.025和0.25英寸之间。
8.根据权利要求1所述的工具，还包括第二轴肩，该第二轴肩与第一轴肩相对，且该销在该第一和第二轴肩之间延伸。
9.根据权利要求8所述的工具，其特征在于至少一个轴肩确定有其上的至少一个摩擦特征。
10.根据权利要求8所述的工具，其特征在于该第二轴肩可相对于第一轴肩进行调节，这样，在轴肩之间的销的搅动部分的长度设为可以进行调节。
11.根据权利要求8所述的工具，其特征在于至少一个轴肩确定有在其外周处的锥形。
12.根据权利要求1所述的工具，其特征在于每个槽确定了具有第一直径的圆周，且每个脊确定了具有第二直径的圆周。
13.根据权利要求1所述的工具，其特征在于该销确定了至少部分沿销的搅动部分的长度延伸的至少一个表面，这样，该表面使销的槽和脊中断。
14.一种用于在工件中形成搅拌摩擦焊接头的工具，该工具包括彼此相对的第一和第二轴肩，每个轴肩构成为压靠工件；以及可旋转的销，该销在第一和第二轴肩之间轴向延伸，并确定有在这两轴肩之间的搅动部分，这样，该可旋转的销构成为与工件摩擦啮合，从而至少局部形成搅拌摩擦焊接头，其中，该销的搅动部分确定有至少一个槽和至少一个脊，每个槽和脊垂直于销的轴线延伸。
15.根据权利要求14所述的工具，其特征在于该销确定有至少两个槽，相邻的槽通过相应一个脊分开。
16.根据权利要求14所述的工具，其特征在于每个槽沿连续的周向通路环绕该销延伸。
17.根据权利要求14所述的工具，其特征在于每个槽至少部分地由侧壁确定，每个侧壁相对于销的轴线成一倾斜角延伸，这样，每个槽的宽度沿径向向内朝着销的轴线逐渐变细。
18.根据权利要求14所述的工具，其特征在于每个槽至少部分地由侧壁确定，每个侧壁垂直于销的轴线延伸，这样，每个槽确定了沿径向向内朝着销的轴线的方向均匀的宽度。
19.根据权利要求14所述的工具，其特征在于每个槽确定了深度，该深度由槽的内径和每个脊的外径之间的径向距离来确定，每个槽确定了沿销的轴向方向在槽的外径处的宽度，且每个槽的宽度至少为槽的深度的大约两倍。
20.根据权利要求14所述的工具，其特征在于每个槽确定了沿销的轴向方向在槽的外径处的宽度，且每个槽的宽度在大约0.025和0.25英寸之间。
21.根据权利要求14所述的工具，其特征在于第一和第二轴肩分别确定了构成为与工件摩擦啮合并至少局部形成搅拌摩擦焊接头的表面。
22.根据权利要求14所述的工具，其特征在于该第二轴肩可相对于第一轴肩进行调节，从而可以调节在轴肩之间的销的搅动部分的长度。
23.根据权利要求14所述的工具，其特征在于每个轴肩确定有在其外周处的锥形。
24.根据权利要求14所述的工具，其特征在于每个槽确定了具有第一直径的圆周，且每个脊确定了具有第二直径的圆周。
25.根据权利要求14所述的工具，其特征在于该销确定了至少部分沿销的搅动部分的长度延伸的至少一个表面，这样，该表面使销的槽和脊中断。
26.一种用于在工件中形成搅拌摩擦焊接头的工具，该工具包括第一轴肩，该第一轴肩构成为压靠工件；以及可旋转的销，该销从第一轴肩伸出，该可旋转的销具有第一和第二端部，并确定有在这两端部之间的搅动部分，该销构成为与工件摩擦啮合，从而至少局部形成搅拌摩擦焊接头，其中，该销的搅动部分确定有至少两个不相连的槽以及在该槽之间并使槽分开的脊。
27.根据权利要求26所述的工具，其特征在于每个槽沿连续的周向通路环绕该销延伸。
28.根据权利要求26所述的工具，其特征在于每个槽至少部分地由侧壁确定，每个侧壁相对于销的轴线成一倾斜角延伸，这样，每个槽的宽度径向向内朝着销的轴线逐渐变细。
29.根据权利要求26所述的工具，其特征在于每个槽至少部分地由侧壁确定，每个侧壁垂直于销的轴线延伸，这样，每个槽确定了均匀的宽度。
30.根据权利要求26所述的工具，其特征在于每个槽确定了深度，该深度由槽的内径和每个脊的外径之间的径向距离来确定，每个槽确定了沿销的轴向方向在槽的外径处的宽度，且每个槽的宽度至少为槽的深度的大约两倍。
31.根据权利要求26所述的工具，其特征在于每个槽确定了沿销的轴向方向在槽的外径处的宽度，且每个槽的宽度在大约0.025和0.25英寸之间。
32.根据权利要求26所述的工具，还包括第二轴肩，该第二轴肩与第一轴肩相对，且该销在该第一和第二轴肩之间延伸。
33.根据权利要求32所述的工具，其特征在于至少一个轴肩确定有其上的至少一个摩擦特征。
34.根据权利要求32所述的工具，其特征在于该第二轴肩可相对于第一轴肩进行调节，这样，在轴肩之间的销的搅动部分的长度设为可以进行调节。
35.根据权利要求32所述的工具，其特征在于至少一个轴肩确定有在其外周处的锥形。
36.根据权利要求26所述的工具，其特征在于每个槽确定了具有第一直径的圆周，且每个脊确定了具有第二直径的圆周。
37，根据权利要求26所述的工具，其特征在于该销确定了至少部分沿销的搅动部分的长度延伸的至少一个表面，这样，该表面使销的槽和脊中断。
38.一种对工件进行搅拌摩擦焊的方法，该方法包括提供销，该销从第一轴肩伸出，该销确定有搅动部分，该搅动部分构成为与工件摩擦啮合，且该搅动部分确定有至少一个槽和至少一个脊，每个槽和脊垂直于销的轴线延伸；使销旋转，这样，该销的至少搅动部分与工件摩擦啮合，从而形成搅拌摩擦焊接头；以及沿与销的轴向方向基本垂直的方向驱动该旋转的销，从而使该销平行于由该销的槽和脊确定的平面而运动。
39.根据权利要求38所述的方法，其特征在于所述提供步骤包括提供在第一轴肩和第二轴肩之间延伸的销，该第二轴肩布置成与第一轴肩相对的结构；该方法还包括在所述旋转和驱动步骤中，使工件与每个轴肩摩擦啮合。
40.根据权利要求39所述的方法，还包括相对于第一轴肩调节第二轴肩，从而调节在轴肩之间的销的搅动部分的长度。
41.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述提供步骤包括在工件中钻出一孔；将销的连接部分穿过工件上的该孔插入，这样，第一轴肩构成为与工件的第一面摩擦啮合；以及使销的连接部分与第二轴肩连接，该第二轴肩设为与工件的、与第一面相对的第二面摩擦啮合。
42.根据权利要求38所述的方法，还包括使销的搅动部分沿预定通路通过工件。
43.根据权利要求38所述的方法，还包括提供工件，该工件包括至少两个由不同材料形成的结构部件。
全文摘要
本发明提供了一种用于在工件中形成搅拌摩擦焊接头的工具。根据一个实施例，该工具包括可旋转的销，该可旋转的销有第一和第二端部，并确定有在这两端部之间的搅动部分，该销构成为与工件摩擦啮合，从而至少局部形成搅拌摩擦焊接头。特别是，该销的搅动部分确定有至少一个槽和至少一个脊，每个槽和脊总体上环绕销的轴线延伸。该工具还包括第二轴肩，该第二轴肩与第一轴肩相对，且该销在该第一和第二轴肩之间延伸。
文档编号B23K20/12GK1590003SQ20031011699
公开日2005年3月9日 申请日期2003年12月5日 优先权日2003年8月29日
发明者乔治·D·亨普斯特德 申请人:波音公司