专利名称：线性摩擦焊接装置及方法
技术领域：
本发明涉及线性摩擦焊接的领域，且更明确地说，是指一种用于线性摩擦 焊接机器的双轴锻造的装置和方法。
背景技术：
线性摩擦焊接是接合类似或不同金属的固态工艺，所述工艺在焊接和受热 区中产生需要的微结构，从而产生最小组件变形和高强度焊接。另外，线性摩 擦焊接也是自我清理工艺，因为工艺的振荡运动使得表面不规则物和污染物 (如在焊接期间产生的毛边)被驱除，从而削减了生产步骤。如工艺名称所暗示，线性摩擦焊接涉及通过以零件相对于彼此振荡的受控 方式所产生的摩擦来加热将要焊接的零件。除了振荡以外，将零件在垂直于接 触表面所施加的受控负载(本文中称作"锻造负载，，)下强制于一起。参看现有技术的图8，在这个工艺中，基座零件800通常保持为静止的，而将要焊接 到基座零件上的零件802沿着振荡轴804振荡。通过所施加的锻造负载806, 振荡运动使得零件在摩擦表面808处受热以达到焊接温度，所述焊接温度低于 正进行焊接的材料的熔点。局部受热使得材料达到材料呈"塑性状态"的预定 温度。当相邻材料处于其塑料状态时，停止振荡运动且增加锻造移动中的锻造 负载力以将两个零件强制于一起。 一旦强制于一起，就保持锻造负载直到零件 冷却且最终降为零为止，从而完成焊接循环。已展示通过线性摩擦焊接所生产的焊接结构上是合理的且具有高质量。可 使用这个工艺来成功地焊接无法通过常规方法容易地进行焊接的材料(例如， 钛)。出于这个原因，以此方式焊接的零件在要求高度结构完整性以及最小重 量的应用(例如，航空)中为特别需要的。Shape, NNS)结构，所述近净成形结构可经机器加工以生产出成品零件。这6种组装接近成品零件的结构的方法减少了生产最终零件所要求的材料和机器 加工时间量，因此大大地降低了零件生产成本。能够制造出近净成形结构的常 规线性摩擦焊接机器当前利用沿着单一锻造轴的锻造负载来完成焊接，这适用 于焊接两个简单、分离的板状垂直焊接结构，其中可精确地控制焊接界面处的 负载控制。当需要连续板状零件焊接或在一个以上接触平面处的焊接时，利用单一锻 造轴来完成焊接的线性摩擦焊接工艺呈现很多缺点。参看现有技术的图9，展示零件902正在基板焊4妄卯4和成角焊接界面906两者处焊接到基座零件900 上，所述两个界面处的焊接是同时进行的。通过沿着振荡平面908进行的受控 摩擦来产生热。当前工艺包含沿着单一锻造轴910施加的锻造负载，所述单一 锻造轴可垂直于焊接界面904和906中的一者而定位或在锻造轴910的平面中 与焊接界面成预定角而定位。由于仅在一个轴上存在锻造负载控制，所以进行 两个平面焊接所需要的锻造负载是产生足以焊接成角焊接界面906的所得锻 造负载和足以进行基板焊接904的所得锻造负载之间的折衷。在这点上，同时进行两个平面焊接需要的是一种提供额外锻造轴以改进焊 接性能且扩展线性摩擦焊接机器的焊接能力的装置和方法。通过提供第二锻造 轴，不再需要两个板之间的成角接触，且实现了第二轴上的锻造负载的准确控 制。此外，通过增加与第一锻造轴成角度而起作用的第二锻造轴(沿所述第二 锻造轴施加额外锻造负载)，增加了线性摩擦焊接工艺的控制的数量级，从而 改进了焊接性能。发明内容因此，本发明的一目的是提供用于在一个以上接触平面中同时进行焊接的 线性摩擦焊接装置和方法。本发明的另 一 目的是提供用于产生高强度焊接和最小组件变形的线性摩 擦焊接装置和方法。本发明的进一步目的是提供用于改进焊接工艺的控制的线性摩擦焊接装 置和方法。本发明的进一步目的是提供用于扩展线性摩擦焊接机器的能力的装置和方法。本发明的进一步目的是提供用于双锻造轴控制的装置和方法，所述双锻造 轴控制提供将要精确地施加到零件的锻造负载，所述零件具有并不垂直于锻造 轴的平面的焊接表面。为了实现以上和其它目的及优势，且根据如本文中实施且广泛描述的本发 明的目的，本发明提供用于利用双轴锻造进行线性摩擦焊接的装置和方法。在一个实施例中，本发明提供线性摩擦焊接装置，所述线性摩擦焊接装置包含 振荡块；至少一个Y轴振荡致动器，其支撑于振荡块的相对的侧向侧面上； 至少一个Z轴^l艮造致动器，其由振荡块支撑以用于提供沿着第一锻造轴的第 一锻造负载；以及至少一个X轴锻造致动器，其由振荡块支撑以用于提供沿 着第二锻造轴的第二锻造负载；其中第一锻造轴和第二锻造轴相对于彼此成不 同角度。所述装置可进一步包含至少一个X轴抗负载致动器，其由振荡块 支撑以用于抵抗由所述至少一个X轴锻造致动器提供的第二锻造负载；以及 至少一个Z轴抗负载浮动缸体，其由振荡块支撑以用于抵抗由所述至少一个Z 轴锻造致动器提供的第一锻造负载。振荡块保持于至少一个Y轴振荡致动器、X轴上的至少一个锻造致动器 和至少一个抗负载致动器，与Z轴上的至少一个锻造致动器和至少一个抗负 载缸体之间。所述装置可进一步包含一用于夹持将要相对于基座零件振荡的零 件的夹持工具。致动器可为流体静力轴承致动器。在另一实施例中，本发明提供一种线性摩擦焊接装置，所述线性摩擦焊接 装置包含 一焊接头装置，其包含三组正交致动器，所述三组正交致动器用于 提供焊接头装置移动的X平面、Y平面和Z平面以便提供Y轴振荡、沿着第 一锻造轴的第 一锻造负载和沿着第二锻造轴的第二锻造负载； 一焊接台组合 件； 一零件台，其可在X轴方向上移动； 一托台组合件，其用于提供Z轴移 动，其中所述托台组合件支撑一用于提供Y轴移动且支撑焊接头的焊接头支 架；以及一控制台，其用于控制线性摩擦焊接装置的操作。所述装置可进一步 包含一毛边去除系统和其它组件。在又一实施例中，本发明提供一种用于双轴锻造线性摩擦焊接的方法。所 述方法包含提供一包括焊接头装置的线性摩擦坪接装置，所述焊接头装置包含三组正交致动器，所述三组正交致动器用于提供焊接头装置移动的X平面、Y平面和Z平面以便提供Y轴振荡、沿着Z轴锻造轴的第一锻造负载和沿着 X轴锻造轴的第二锻造负载；提供基板；提供一将要在第一焊接界面和第二焊 接界面处焊接到基板上的零件；相对于第一焊接界面以一角度施加第 一锻造负 载且相对于第二焊接界面以一角度施加第二锻造负载，第 一锻造负载和第二锻 造负载具有预定量值；沿着Y轴以预定振荡幅度振荡零件以使零件和基板受 热；将振荡幅度减小为零；将第一锻造负载和第二锻造负载增加到预定设置点 且保持持续预定时间周期；以及将第 一锻造负载和第二锻造负载减小为零。第 一锻造负载相对于第 一焊接界面的角度和第二锻造负载相对于第二焊 接界面的角度从零度变化到九十度，且优选地大体上是垂直的。第一锻造负载 和第二锻造负载的幅度对应于焊接界面的长度。X锻造轴和Z锻造轴相对于彼 此成直角而起作用。所述方法可进一步包含监视焊接期间的材料位移以确定何 时将振荡幅度减小为零，以及监视并记录锻造位移。
当参看附图阅读本发明的以下详细描述时，更好地理解本发明的这些和其它特征、观点及优势，附图中图1是包含双轴锻造特征的线性摩擦焊接装置的透视图；图2是展示根据本发明的实施例的序列式双轴线性摩擦焊接工艺步骤的示意性视图；图3是用于双轴锻造的线性摩擦焊接头的底部透视图； 图4是图3的线性摩擦焊接头的顶部透视图； 图5是穿过焊接托台和焊接头所截得的图1的横截面； 图6A到图6C是根据本发明的实施例的线性摩擦焊接工艺的流程图； 图7A到图7H是处于操作中的线性摩擦焊接机器的筒化示意性操作序列 的牙见图；图8是展示现有技术的线性摩擦焊接工艺步骤的示意性视图；以及 图9是展示现有技术的单轴线性摩擦焊接工艺步骤的示意性视图。
具体实施方式
现将参看附图在下文更全面地描述本发明，附图中展示本发明的示范性实 施例。然而，本发明可以许多不同形式来实施且不应被理解为限于本文中所陈 述的代表性实施例。提供示范性实施例以使得本揭示案将更详尽且完整，且将 完全传达本发明的范围且使得所属领域的一般技术人员能够制造、使用和实践 本发明。各图中相同参考标号指代相同元件。参看图1,以100整体展示了根据本发明的一个实施例包含双轴锻造特征 的线性摩擦焊接机器的总体图。虽然本文中展示且描述了线性摩擦焊接机器的 具体实施例及其组件中的一些，但应了解，可在不脱离本发明的范围的情况下对所述机器及其设计进行多种修改。所述机器经操作以将至少一个零件102 线性摩擦焊接到另一零件(例如，基板)上。所述机器包含焊接台组合件104, 所述焊接台组合件104提供用于安装基板结构的表面。零件台106跨坐在为台 提供X轴行程的V形及平坦的导轨上。零件台和焊接台组合件经构造以承受 焊接工艺的负载力。组合件104进一步包含液压锁定系统，所述液压锁定系统 用于将零件台106固定于适当位置以便进行焊接。托台滑动组合件108提供装置的Z轴移动。组合件108安装到焊接台支 撑基座的每一侧上的托台支撑件110上，所述焊接台支撑基座支撑多个大直径 滑动柱112。托台包含Z位置双重锁114。托台组合件108进一步支撑焊接头 支架116,所述焊接头支架116提供Y轴行程和定位且包含液压锁定系统。焊 接头支架116保持焊接头118和毛边去除系统120。整个机器由机器基座122 支撑。在专用控制台124处控制机器100，所述专用控制台124包含用于装置 控制、数据获取、手动和自动功能的操作员接口和计算机系统。控制台进一步 包含对于马达、液压动力单元和安全装置的控制。控制设备可进一步包含马达 起动器、驱动控制器、功率调节、过载保护和电力断开。在一个实施例中，本发明的控制系统可包含结合所述装置而使用的计算机 系统。控制系统经操作以实时地对焊接参数进行数据获取。控制系统在机器运 行时记录焊接参数和数据，且使用数据来确定焊接是否恰当进行。计算机系统 可常规地包含用于执行存储于存储器中的程序指令的处理器。存储器存储由处 理器执行的指令和数据，所述指令和数据包含用于实施上文所描述的方法的指令和数据。视计算机系统中的软件实施的程度而定，存储器在操作时可存储可执行代码。存储器包含(例如)多组只读存储器(ROM)、动态随机存取存储 器(DRAM)以及高速緩沖存储器。操作系统提供软件平台，可在所述软件平 台上以所属领域的技术人员易于了解的方式执行应用程序。计算机系统可并入 有额外装置的任何组合，所述额外装置包含(但不限于)大容量存储装置、一 个或一个以上外围装置、远程连接、 一个或一个以上输入装置、 一个或一个以 上便携式存储i某体驱动器、显示器和一个或一个以上输出装置。各种组件经由 如所属领域的技术人员已知的适当总线连接。存储装置存储客户端和服务器信机指令。外围装置可包含(但不限于)任何类型的计算机支持装置(例如，输 入/输出(I/O)接口 )以增加控制系统的功能性。毛边去除系统120用于在焊接下一个板之前去除焊接工艺所产生的毛边。 系统120可包含两轴式机器加工头(包含Y轴机器滑动件、Z轴机器滑动件)、 独立的马达驱动式转轴头(其针对每一滑动轴具有工具加工卡盘和电动伺服滚 珠螺杆驱动器)。系统120展示为安装到托台框架的前侧上。焊接台提供X轴行程和定位。毛边去除系统控制集成到上文所描述的控制系统中。控制系统根 据零件配置信息和在焊接循环结束时产生的焊接头位置来计算定位信息，以便控制毛边去除系统来精确地控制自动化毛边去除操作。机器100可进一步包含自动化零件装载系统以提供完整的零件焊接循环 的自动化。所述系统包含零件传递系统和自动化多轴拾取和装载臂。零件传递 系统以将要焊接到基板上的零件将被焊接的次序来装载所述零件。所述系统自 动地将每一零件移位到拾取台。臂拾取起每一零件且将其传递到焊接头。零件 传递系统是由操作员手动装载的自由直立式移位台。臂的X轴、Y轴和Z轴 移动由伺服马达驱动。零件抓取器附接到臂的末端。臂组合件可安装到托台支 撑框架上。在操作中，抓^l器从停置位置移动到零件传递台且抓取将要焊接的 下一个零件。通过使用来自控制系统的位置反馈信息，抓取器将零件定位为与 焊接头的夹持爪成直线且将零件装载到爪中。当焊接头夹持住零件时，抓取器 释放零件且返回到停置位置。循环接着重复直到已将所有零件焊接到适当位置 中为止。ii参看图2，展示了由根据本发明的双轴锻造装置和方法执行的双轴线性摩擦焊接工艺步骤。在展示直角板焊接的第一工艺中，将板200在第一水平基板 焊接界面204和第二垂直焊接界面206处焊接到基板202上。板200的振荡沿 着振荡轴208进行。大体上垂直于板200的水平部分(展示为沿着Z轴)而 施加用于执行基板焊接204的第一锻造负载210。大体上平行于板200的水平 部分而施加用于执行垂直焊接206的第二锻造负载212。在这个焊接中，焊接 204和206的两个焊接边缘具有大体上相等的长度，且因此在每一轴上施加的 锻造负载在量值上近似相等。仍参看图2，在展示角撑板焊接的第二工艺中，将板214在第一水平基板 焊接216和第二垂直焊接218处焊接到基板202上。板214的振荡沿着振荡轴 220进行。大体上垂直于板200的水平部分(展示为沿着Z轴)而施加用于执 行基板焊接216的第一锻造负载222。大体上平行于板200的水平部分而施加 用于执行垂直焊接218的第二锻造负载224。在这个第二示范性焊接情境下，具有对应于焊接长度差异的较大量值。举例来说，长度比第二焊接大三倍的第 一焊接将需要沿其锻造轴的在量值上近似大三倍的锻造负载。实践本发明的方 法可获得的准确控制改进了焊接质量的可靠性。在两个焊接情境下，第一锻造 轴和第二锻造轴载于焊接头上，且相对于彼此成不同角度而起作用。在焊接平面并不大体上垂直于第一或第二锻造轴的焊接中，锻造轴仍然相 对于彼此成直角而起作用，且通过双轴锻造控制来实现成角表面上的锻造负载 的精确控制。基于焊接界面相对于锻造轴的角度和焊接界面的长度来计算施加 到第一和第二锻造负载上的力的量。可使用计算来确定由第一锻造轴(例如， Z轴)贡献的所得锻造负载。可接着从垂直于成角焊接平面的所要锻造负载中 减去这个值。为了完成计算，使用所得值来确定X轴上所需要的额外锻造负来说，控制软件基于零件几何形态输入而自动地设置焊接头参数。参看图3和图4,展示了用于根据本发明的方法的双轴锻造的线性摩擦焊 接头300。线性摩擦焊接头300经操作以提供产生焊接的振荡和锻造负载力。 焊接头300包含用于支撑其它组件的振荡块302。在振荡块302的相对侧向侧面上提供两(2 )个Y轴振荡流体静力轴承致动器304且将二致动器支撑振荡 块中。在振荡块302的顶部表面上提供四(4)个Z轴锻造流体静力轴承致动 器306以用于提供沿着第一锻造轴(Z轴)的锻造负载。沿着振荡块302的一 个侧向侧面提供两(2 )个X轴流体静力锻造致动器308以用于提供沿着第二 锻造轴(X轴)的锻造负载。两(2)个X轴抗负载流体静力轴承致动器310 与两(2)个X轴流体静力锻造致动器308相对以用于抵抗X轴锻造致动器 308的锻造负载。在近振荡块302的每一隅角处定位四(4)个Z轴抗负载浮 动柱体312以用于4氐抗Z轴锻造致动器306的负载。振荡块302进一步提供用于夹持工具314的安装表面，所述夹持工具314 用于夹持振荡零件316。振荡块302保持于Y轴流体静力振荡致动器304、 X 轴上的流体静力锻造致动器和抗负载致动器308和310,与Z轴上的流体静力 锻造致动器和抗负载缸体306和312之间。多个流体静力致动器中的每一者优 选地装备有用于致动的伺服阀以及压力和位置反馈传感器。流体静力振荡致动 器优选地具备用于速度反馈的加速计。参看图5，展示了安装并保持于线性摩擦焊接机器(例如，图1的机器100) 内的图3和图4中所展示的线性摩擦焊接头300。在操作中，使用伺服阀以压 力和位置反馈来控制焊接头300的每一轴。振荡块302安装于三组致动器之间 的焊接头外壳中。如图所示，已通过仅使用Z轴锻造负载在焊接平面506处 将基板502和板504预先焊接在一起。夹持于焊接头中的板500与焊接平面 506和5084妄触。如图所示，板500将沿着焊接平面506和焊接平面508成直 角地焊接到基板502和板504上。X轴锻造致动器308提供沿着X轴锻造轴 方向510的锻造负载。X轴抗负载和流体静力轴承致动器310提供抗负载力以 在X轴上对流体静力轴承产生所要预负载。这个布置在X轴上限制振荡块302， 同时允许锻造致动器308在不向焊接头施加负载的情况下定位于X轴上且保 持在X轴上的控制。Z轴锻造致动器306提供沿着Z轴锻造轴方向512的锻造负载。此外，与 流体静力致动器成一体式的流体静力轴承要求预负载。Z轴抗负载缸体312(见 图3和图4)提供力以对振荡块的重量和流体静力锻造致动器的预负载产生抗 负载以将振荡块302保持于焊接头外壳中。这个布置允许流体静力锻造致动器在不向焊接头300施加负载的情况下控制在Z轴上的位置。任何两组致动器的组合移动均提供一个平面的运动。三组正交致动器引起三个平面的焊接头移动。流体静力振荡致动器提供头的高频率往复Y轴移动。参看图5，振荡轴在 从页面向外的方向上。一般就双轴锻造焊接工艺来说，通过振荡块的移动，在Z轴和X轴方向 上相对于焊接界面成零度到九十度(优选地，大体上垂直)施加预置(调节) 锻造负载。通过振荡运动和所施加的负载，所得摩擦使焊接界面受热以达到材 料的塑性状态。材料被驱除出焊接界面，因此清理了焊接表面。由控制系统监 视每一锻造轴位移以确定清理工艺期间材料的位移(即，消耗)量。当到达预 置清理位移时，将振荡幅度减小为零以定位零件以便进行最终锻造运动。在零 振荡处或接近零振荡处，在Z轴和X轴方向上施加预置的最终锻造负载。所 施加的锻造负载将零件强制于一起。将锻造负载压力保持为恒定。监视且记录 锻造位移。当材料冷却且固化时，锻造位移停止。在锻造位移停止之后保持锻 造负载持续预置时间以确保零件定位和焊接质量。记录最终焊接头位置，将锻 造压力减小为零，释放零件夹持且缩回焊接头，因此完成焊接循环。参看图6A到图6C,展示了根据本发明的实施例利用双轴锻造进行特定 线性摩擦焊接工艺的流程图。工艺的起始开始于将基座零件装载到线性摩擦焊 接机器上(步骤600)且将要焊接到基座零件上的板夹持到振荡块的夹持特征 内(步骤602)。接着确定、设置焊接控制参数且开始焊接循环(步骤604)。 在焊接循环开始时，机器快速地将焊接头定位到与接触到焊接界面相差预定距 离，如25in处。接下来，机器切换到緩慢馈给接触控制(步骤606)。进行询 问以确定将要焊接到基板上的板是否通过焊接头感测运动而与基板恰当接触 (步骤608)。如果确定尚未恰当接触，那么工艺重复緩慢馈给接触感测控制步 骤。如果确定已经恰当接触，那么工艺中的下一个步骤是机器经由托台和台机 器定位系统将焊接头定位到其开始位置(步骤610 )。接着进行询问以确定焊接头是否处于开始位置(步骤612)。如果确定焊 接头并不处于开始位置，那么重复定位焊接头的过程。如果焊接头处于恰当开 始位进行询问以确定是否已到达零件表面调节距离(步骤618)。如果确定尚未到达距离极限，那么重复施加锻造负载和振荡。如果确定已到达距离极限，那么将振荡幅度逐渐减小为零且停止(步骤620)。接着进行询问以确定振荡幅度 是否已到达零(步骤622)。如果确定振荡幅度尚未到达零，那么将振荡幅度 减小为零且停止。如果确定振荡已到达零，那么将锻造负载增加到锻造负载设 置点且保持(步骤624 )。接着进行询问以确定锻造运动是否已停止(步骤626 )。 如果确定锻造运动尚未停止，那么继续以设置点值施加锻造负载且继续。如果 确定锻造运动已停止，那么保持停止点持续预定时间周期，且记录焊接头最终 位置，将锻造负载减小为零，释放托台锁定和零件夹持，且缩回焊接头(步骤 628)。焊接工艺已完成。所述工艺可接着针对第二板或下一个板重复。可使用本发明的系统和方法来生产单界面和多界面焊接。参看图7A到图 7H，展示了用于焊接的线性摩擦焊接机器的筒化示意性操作序列的各种视图。 参看图7A,在步骤l中，将基板700安装到台702上。焊接头704提供Y轴 振荡706、 X轴锻造708和Z轴锻造710。参看图7B,在步骤2中，将基板 712夹持到焊接头704中。参看图7C,在步骤3中，焊接头704定位零件712 且沿着单一平面执行线性摩擦焊接，其中仅Z轴锻造710为有效的。参看图 7D，在步骤4中，完成焊接且缩回焊接头。参看图7E，在步骤5中，定位焊接头704以用于下一个焊接。参看图7F， 在步骤6中，将第二板零件714装载到焊接头704中。参看图7G，在步骤7 中，焊接头704定位第二零件714且执行两个平面线性摩擦焊接，其中Z轴 710和X轴708锻造为有效的。振荡沿着Y轴706进行。参看图7H，在步骤 8中，缩回焊接头704且完成两个平面焊接，其中板零件714沿着一个界面焊 接到板零件712上且沿着一个界面焊接到基座零件700上。并不认为操作参数与单轴线性摩擦焊接技术显著不同。仅举例来说，视材 料、材料厚度、零件应用和类似变量而定，焊接头的振荡频率可在约"Hz到 100 Hz之间，且典型范围在25 Hz到45 Hz与40 Hz到60 Hz之间。同样视材 料、材料厚度、零件应用和类似变量而定，锻造压力可为近似14,000 psi。锻 造角度通常将为90度，但可用本发明的装置和方法实现其它相对角度。虽然上文描述了双轴锻造线性摩擦焊接装置和方法，但可在不脱离本发明15的范围的情况下改变本发明的各种细节。此外，仅出于说明的目的且并非出于 限制的目的而提供本发明的优选实施例的以上描述和实践本发明的最佳模式。
权利要求
1.一种用于双轴锻造的线性摩擦焊接装置，其包括一振荡块；至少一个Y轴振荡致动器，其支撑于所述振荡块的相对的侧向侧面上；至少一个Z轴锻造致动器，其由所述振荡块支撑以用于提供沿着第一锻造轴的第一锻造负载；以及至少一个X轴锻造致动器，其由所述振荡块支撑以用于提供沿着第二锻造轴的第二锻造负载；其中所述第一锻造轴和所述第二锻造轴相对于彼此成不同角度。
2. 根据权利要求1所述的线性摩擦焊接装置，其进一步包括至少一个X 轴抗负载致动器，所述X轴抗负载致动器由所述振荡块支撑以用于抵抗由所 述至少一个X轴锻造致动器提供的所述第二锻造负载。
3. 根据权利要求2所述的线性摩擦焊接装置，其进一步包括至少一个Z 轴抗负载浮动缸体，所述Z轴抗负载浮动缸体由所述振荡块支撑以用于抵抗 由所述至少一个Z轴锻造致动器提供的所述第一锻造负载。
4. 根据权利要求1所述的线性摩擦焊接装置，其中所述振荡块保持于所 述至少一个Y轴振荡致动器、X轴上的所述至少一个锻造致动器和所述至少 一个抗负载致动器，与Z轴上的所述至少一个锻造致动器和所述至少一个抗 负载釭体之间。
5. 根据权利要求1所述的线性摩擦焊接装置，其进一步包括一由所述振 荡块支撑以用于夹持振荡零件的夹持工具。
6. 根据权利要求1所述的线性摩擦焊接装置，其中所述致动器中的每一 者是流体静力轴承致动器。
7. 根据权利要求1所述的线性摩擦焊接装置，其中所述装置保持于一线 性摩擦焊接机器内，所述线性摩擦焊接机器包含一焊接台组合件、 一零件台、 一托台滑动组合件、 一焊接头支架和一毛边去除系统。
8. —种线性摩擦焊接装置，其包括一焊接头装置，其包含三组正交致动器，所述三组正交致动器用于提供焊接头装置移动的X平面、Y平面和Z平面以便提供Y轴振荡、沿着第一锻 造轴的第 一锻造负载和沿着第二锻造轴的第二锻造负载； 一焊接台组合件；一零件台，其可在X轴方向上移动；一托台组合件，其用于提供Z轴移动，其中所述托台组合件支撑一用于 提供Y轴移动且支撑所述焊接头的焊接头支架；以及一控制台，其用于控制所述线性摩擦焊接装置的操作。
9. 根据权利要求8所述的线性摩擦焊接装置，其中所述焊接头装置包括 一振荡块；至少一个Y轴振荡致动器，其支撑于所述振荡块的相对的侧向侧面上；至少一个Z轴锻造致动器，其由所述振荡块支撑以用于提供沿着所述第 一锻造轴的所述第一锻造负载；至少一个X轴锻造致动器，其由所述振荡块支撑以用于提供沿着所述第 二锻造轴的所述第二锻造负载；至少一个X轴抗负载致动器，其由所述振荡块支撑以用于抵抗所述第二 锻造负载；以及至少一个Z轴抗负载浮动缸体，其由所述振荡块支撑以用于抵抗所述第 一锻造负载。
10. 根据权利要求8所述的线性摩擦焊接装置，其进一步包括毛边去除系统。
11. 一种用于双轴锻造线性摩擦焊接的方法，所述方法包括 提供一线性摩擦焊接装置，其包括一焊接头装置，所述焊接头装置包含三组正交致动器，所述三组正交致动器用于提供焊接头装置移动的X平面、 Y平面和Z平面以便提供Y轴振荡、沿着Z轴锻造轴的第一锻造负载和沿着 X轴锻造轴的第二锻造负载； 提供一基板；提供一将要在第一坪接界面和第二焊接界面处焊接到所述基板上的零件；相对于所述第一焊接界面以一角度施加所述第一锻造负载，且相对于所述第二焊接界面以 一角度施加所述第二锻造负载，所述第 一锻造负载和所述第二锻造负载具有预定量值；沿着Y轴以预定振荡幅度振荡所述零件以使所述零件和所述基板受热； 将所述振荡幅度减小为零；将所述第一锻造负载和所述第二锻造负载增加到预定设置点且保持持续 预定时间周期；以及将所述第一锻造负载和所述第二锻造负载减小为零。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中所述焊接头装置包括 一振荡块；至少一个Y轴振荡致动器，其支撑于所述振荡块的相对的侧向侧面上； 至少一个Z轴锻造致动器，其由所述振荡块支撑以用于提供所述第一锻 造负载；至少一个X轴锻造致动器，其由所述振荡块支撑以用于提供所述第二锻 造负载；至少 一个X轴抗负载致动器，其由所述振荡块支撑以用于抵抗所述第二 锻造负载；以及至少一个Z轴抗负载浮动缸体，其由所述振荡块支撑以用于抵抗所述第 一锻造负载。
13. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一锻造负载相对于所述第一 焊接界面的所述角度和所述第二锻造负载相对于所述第二焊接界面的所述角 度从零度变化到九十度。
14. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一锻造负载相对于所述第一 焊接界面的所述角度和所述第二锻造负载相对于所述第二焊接界面的所述角 度两者大体上皆是垂直的。
15. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一锻造负载和所述第二锻造 负载的幅度对应于所述焊接界面的长度。
16. 根据权利要求11所述的方法，其中所述X锻造轴和所述Z锻造轴相 对于彼此成直角而起作用。
17. 根据权利要求11所述的方法，其进一步包括监视焊接期间的材料位移以确定何时将所述振荡幅度减小为零。
18. 根据权利要求11所述的方法，其进一步包括监视并记录锻造位移。
全文摘要
本发明公开了一种用于双轴锻造的线性摩擦焊接头装置和用于焊接的双轴锻造方法，所述装置包含三组正交致动器，用于提供装置移动的X平面、Y平面和Z平面，以便提供Y轴振荡、沿着第一锻造轴的第一锻造负载和沿着第二锻造轴的第二锻造负载；所述方法包含提供一焊接头，所述焊接头用于沿着X锻造轴和Z锻造轴施加第一锻造负载和第二锻造负载以在一个以上界面处进行焊接。所述锻造负载可相对于彼此成直角而施加且具有对应于焊接界面长度的量值。
文档编号B23K20/12GK101323049SQ20081010998
公开日2008年12月17日 申请日期2008年6月16日 优先权日2007年6月15日
发明者纳尔·达利, 萨伐托儿·亚雷希, 赖利·亚历山大·波廉 申请人:西瑞尔贝兹公司