专利名称：摩擦搅动焊接的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种摩擦搅动焊接方法，依此法被焊工件置于工作台上用夹具夹在一起并且/或者夹在工作台上，依此法还设有一个焊接时压在所述工件上沿工件连接部移动的旋转焊接装置。
本发明还涉及一种摩擦搅动焊接的设备，它包括一个支承待焊工件的工作台，至少一套夹具把工件夹在一起并且/或者夹在工作台上，一套焊接时压在所述工件上并适于沿工件连接部移动的焊接装置。
摩擦搅动焊接定义为一种焊接方法，依此法待连接的工件，由于旋转焊头供的摩擦热，沿焊缝变粘，所述焊头压在工件上且沿工件的焊缝移动。如文献WO93/10935和/WO26254中描述的那样，焊头要用比工件硬的材料制造，并且在焊接操作中工件之间，工件和工作台之间要牢牢固定。在此方面本技术和常规摩擦焊接技术不同，在常规技术中摩擦热是工件被压在一起时的相对运动产生的，即摩擦热是由要结合到一起的两个组件产生的。依上述文献本摩擦搅动焊接技术被用来在广泛的应用领域焊接不同的材料，如塑料，金属等，例如将工件连在一起，修补工件下的裂缝等。焊头的设计依待焊材料及用途而定。
在金属汽弧焊特别是浸没式弧焊中熔区一般相当地大，此时经常要用到支持装置，即在焊接操作时在焊缝后面压上一个支持杆以支持焊缝边并防止在达到完全焊渗透阶段时熔区流出。在构造支持装置，选择支持材料时，很大程度上热方面的参量是决定性的、特别是焊接铝的情况下。支持装置对焊缝的冷却效果一定不能过强。
相近地，支持装置也用在和摩擦搅动焊接相联系的全渗透焊接中。在此情况下，支持装置用来作为机械支撑并使焊缝的下表面成形。在此情况下支持装置还可以把阻热材料加在支持杆上面以便更好地利用在焊接过程中产生的摩擦热。
在难焊材料如铝镁、铝锂、铝铜合金的摩擦搅动焊接中遇到的困难之一是焊接操作时力很大使得焊头由于疲劳在经过较短的焊接时间后破裂。特别当工件厚度超过5mm时更是这样。
另一个问题是由于热疲劳在支持装置表面产生的短而深的裂缝，特别是在它的横向。焊接操作中的粘化使得焊缝依循支持装置表面的外观，这些裂缝会在焊缝的下表面呈现出突起，结果焊缝不能令人满意。
另一个问题是在难焊材料中产生的摩擦热可能不够、因而不能达到完全焊接渗透，或者会发生欠熔。
本发明的一个目的是为摩擦搅动焊接提供一种方法和一种设备、通过它们可以大大延长所述焊头的使用寿命。同时也希望提高焊缝的质量，主要是通过确保焊接渗透和面对面基材的完全熔化，进而提高生产。
依本发明此目的已通过引言中定义的那种摩擦搅动焊接的方法而达到，该方法的特征在于在焊接操作前及/或其中向连接部提供额外的热量以汇同焊头旋转在焊缝产生的摩擦热和焊头装置以任何方法提供给焊缝的任何其它的热量，焊接操作的开始是指焊头落在焊缝上的时刻。
为达到所述目的，本发明提供了在引言中概述过的一种摩擦搅动焊接的设备，这种设备的特征在于它的一套加热装置，该装置在焊接操作前及/或其中向连接部提供额外的热量以汇同焊头旋转在焊缝产生的摩擦热和焊头装置以任何方法提供给焊缝的任何其它的热量。
由于提供了额外的热量以汇同焊头旋转在焊缝产生的摩擦热和焊头装置以任何方法提供给焊缝的任何其它的热量，焊头的使用寿命得以大大延长。在焊缝由下面的支持装置支持时，如果是通过支持装置向焊缝供热的话还可以防止支持装置开裂。区别显著，对某些铝合金而言，在可接受的成本范围里，此方法甚至是必要的。此外，由于改善的渗透和于基材更可靠的连接还进一步得到更好的焊接质量，提高焊接速度及相应地高产出也成为可能。
本方法和设备的改进版本将在独立的权利要求书中给出。
以下将参照代表本发明一实施例设备的附图
对本发明进行详尽的描述。
图中的设备1用来把两个工件2和3焊在一起，而后者，举例而言，有突出的铝的纵截面。
在焊接操作中，工件2，3各自由夹具5，6固定在工作台7上。夹具5，6可以各自配有压缩活塞。本工作台是个水平的机加工台7a，支持装置7b通过工字梁形的支持杆7d静止地固定其上，它又由一个静止的刚性框架7c来支承。支持装置7b设有一个和支承方向垂直的槽60，该槽中埋入加热电缆形式的加热线圈。
工件2，3的焊缝放得与支持装置的中心线对齐。支持装置也支持焊缝的边缘以防止达到完全焊接渗透时变粘的材料流走。
焊接由以焊头12和转轴13构成的焊接装置完成。焊头包括一个柱体12a连于其上有一个柱针12b，它的周长小于探头的周长。由此结构，柱体的下部要比针的上部突出。此后体的下部将称做体肩，如图所示焊头处于正常位置时肩紧靠工件2，3的上表面。焊头体和针可以依照文献WO93/10935或WO95/26254中的实施例来构造。体12a的上部和转轴13相连，转轴又和未画出的驱动部分相连，比如一个驱动马达。
工件2，3先由夹具5，6固定在设备1上，应注意相对纵截面端边间的气缝、即焊缝，不要超过容易引起虚焊的尺度。如图所示焊缝是对在支持装置7b的中线c上。然后支持装置由内设的加热缆70来预热，直至支持装置的温度达到150-250℃的范围之间。这个温度范围用传统方法探测，如用一个热传感器，未画出。预热支持装置以及焊缝之后，开始焊接操作，焊头以一定的速度旋转同时以预定的速度沿焊缝移动。如前所述纵截面的端边由于此过程产生的摩擦热将会变粘。
固化后、完成的焊缝是一种均匀的高强度的结合。
应该注意到本发明不只限于以上实施例，它可以在所附权利要求书的范围内在许多方面进行修改。比如支持装置7b可以由供给槽60的加热液加热或用间接的电供应取代槽中的加热缆。除了通过支持装置加热焊缝外，焊缝也可以由加热元件，如置于焊缝下或靠着焊缝边的燃气具来加热。感应加热是另一种提供额外热量的可能方法。设备当然也可以用来把其它非铝金属或合金的工件焊在一起，例如钛或钢。当设备用来焊钛或钢工件时，支持装置要加热到500-1000℃的温度范围。
权利要求
1.一种摩擦搅动焊接法，依此方法待焊工件(2，3)放在工作台(7)上，利用夹具(5，6)互相夹在一起和/或夹在工作台上，焊接过程中，一个转动的焊接装置(12，13)压在所述工件上并沿工件的连接部移动，该方法的特征在于在焊接操作之前和/或在其过程中向连接部提供额外的热量以汇同焊接装置的旋转在连接部产生的摩擦热和焊接装置以任何其它方式提供给连接部的任何其它热量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于将连结部预热最高至比连接部材料的熔化温度低250℃。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于连接部被置于其下的加热元件加热。
4.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于连接部由下面的支持装置(7b)支承，其被预热至高于100℃的温度。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于支持装置被加热到150-250℃的温度范围内。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于支持装置被加热到500-1000℃的温度范围内。
7.如权利要求4、5或6所述的方法，其特征在于支持装置(7b)由设在其内的加热线圈(70)加热。
8.一种摩擦搅动焊接设备(1)，它包括一个支承待焊工件(2、3)的工作台(7)；至少一套夹具(5、6)把工件夹在一起和/或夹在工作台上；以及一套焊接过程中压在所述工件上并适于沿工件连接部移动的焊接装置(12、13)，其特征在于一加热元件(70)在焊接操作前和/或其过程中向连接部提供额外的热量以汇同焊接装置的旋转在连接部产生的摩擦热和焊接装置以任何其它方式提供给连接部的任何其它热量。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于它包括置于连接部下面的加热元件。
10.如权利要求8或9所述的设备，其特征在于支持装置(7b)放在连接部的下面。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于支持装置(7b)适于被加热元件(70)加热。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于加热元件是设在支持装置(7b)内部的加热线圈。
全文摘要
本发明涉及一种摩擦搅动焊接法,依此方法焊接时待焊工件(2、3)放在工作台(7)上又利用夹具(5、6)互相夹在一起并/或夹在工作台上。焊接时一个转动的焊接装置(12、13)压在所述工件上并沿工件的连接部移动。在焊接操作之前和/或其中额外的热量提供给连接部以汇同焊接装置旋转在连接部产生的摩擦热和焊接装置以任何方式提供给连接部的任何其它热量。本发明也涉及一种摩擦搅动焊接的设备,它包括一个加热元件(70),它在焊接操作之前及/或其中向连接部提供额外热量以汇同焊接装置旋转在连接部产生的摩擦热和焊接装置以任何方式提供给连接部的任何其它热量。
文档编号B23K20/26GK1251549SQ9880383
公开日2000年4月26日 申请日期1998年4月3日 优先权日1997年4月4日
发明者卡尔－埃里克·克尼普斯托姆, 安德斯·马尔姆 申请人:依赛彼·阿克蒂博拉格公司