使用串联的工具和砧座的搅拌摩擦焊接装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术描述了用于同时焊接弧形接合处的两侧的搅拌摩擦焊接（FSW）装置和方法。FSW方法包括在接合处的外表面上操作FSW工具和砧座、且同时在该接合处的内表面上操作另一FSW工具和砧座的步骤。砧座以与FSW工具并置的方式定位，并与FSW工具串联地移动，从而在它们操作期间提供对FSW工具的支承力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主题的领域是搅拌摩擦焊接。
技术介绍

技术介绍
的描述包括可在理解本专利技术主题中有用的信息。其并非承认在此提供的 任何信息是现有技术或与当前要求保护的专利技术主题相关、或者任何明确或隐含参考的公开 文献是现有技术。 搅拌摩擦焊接("FSW"）是固态焊接工艺，其中旋转工具（下文称作"FSW工具"）加 热和混杂接缝处的两个工件。更具体地，旋转工具具有针和肩部，当工具旋转时，针和肩部 被压进接缝中，从而在工具和工件之间产生摩擦热。生成了足够的热，使得工件区域塑化 和混合。FSW工具的肩部有助于引起塑化区域混杂，从而在接缝处将这些工件接合（即搅拌 摩擦焊接)。旋转FSW工具沿着接缝长度行进，以在两个工件之间形成焊接接合线。可在由 R.S.Mishra等人所著的FrictionStirWeldingandProcessing(MaterialsScience andEngineeringR50 (2005) 1-78)(搅拌摩擦焊接及工艺(材料科学与工程R50(2005) 1-78))中看到FSW工艺的详细阐述。FSW提供很多优于其它焊接工艺的优点，部分地是由于FSW在更低的温度下发生 且无需填充材料的事实。FSW优点中的一些包括：在焊接处更好的机械性能；更小的孔隙 率、收缩量以及扭曲；很少或无毒烟排放；无可消耗的填充材料；以及易于自动化。然而，仍 存在与FSW相关的多种问题，包括出口孔、以及与砧（anvil)座或夹持工具关联的重量和成 本，通常需要其抵消来自FSW工具头的力。 在专利文献中描述了用于搅拌摩擦焊接的很多种方法和装置。例如，给予Kay的 美国专利申请公开第2005/0139640号描述了使用FSW工具的多焊道的搅拌摩擦焊接方法。 作为另一示例，授予Packer等人的美国专利第8, 056, 797号描述了能够使多个搅拌摩擦焊 接工具头在管外表面上同时执行焊接的能够膨胀的心轴。 在此引用的所有材料和参考文献以相同程度通过引用并入，正如每个单独参考文 献均特别地和单独地被指出通过引用并入。在并入的参考文献中的术语的定义或使用与本 文提供的术语的定义不一致或矛盾时，适用本文提供的术语的定义，而不适用该参考文献 中的术语的定义。 在本申请中特别感兴趣的是弧形接合处（arcuatejoint)两侧的同时焊接，例如 由两个管部段形成的接合处。授予Larsson的美国专利第6, 419, 142号描述了具有两个 相对的FSW工具的FSW装置(参见Larsson的图5和6以及第5栏，第35-62行)。然而，如 由本申请人最佳理解的，似乎是Larsson仅构想到同时从接合处一侧焊接（附加焊接头在 置于关于第一焊接的接合线的相对处时仅用作支持单元；参见Larsson的第6栏，第25-27 行)。Larsson也未能提供用于在沿着接合处的不同位置处同时焊接接合处两侧的搅拌摩擦 焊接装置和方法。 因此，仍存在对改进的搅拌摩擦焊接装置和方法的需要。
技术实现思路
本专利技术主题提供在其中对弧形接合处的两侧同时搅拌摩擦焊接的设备、系统和方 法。该FSW工艺包括在接合处外表面上操作第一FSW工具和第一砧座的步骤。该工艺还包 括当第一FSW工具和第二砧座仍在操作时，同时地在接合处的内表面上操作第二FSW工具 和第二砧座的步骤。第一砧座和第二砧座分别定位以对第二FSW工具和第一FSW工具提供 并置力。第一FSW工具、第二FSW工具、第一砧座以及第二砧座的各个同时沿着接合处串联 地移动，以在接合处内产生焊接区域。 该FSW工艺可任选地包括如下步骤，即利用多种传感器和工艺规则和/或目标来 电子地监视和控制FSW工艺。 在一些实施方式的其它方面，该FSW工艺可包括如下步骤，即一旦已焊接了第一 弧形接合处，使第二FSW工具和第二砧座沿着轨道行进至第二弧形接合处。 在一些实施方式的另外的其它方面，该FSW工艺可包括如下步骤，即沿着接合处 的内表面操作修整工具(例如切割工具、研磨工具、打磨机)、或者加热/冷却元件，并尾随第 二FSW工具。 本专利技术主题也提供FSW装置，其用于焊接弧形接合处的内表面，以及用于提供并 置操作在接合处外表面上的外部FSW工具的支承力。 在一些实施方式的一个方面，FSW装置包括由臂部和/或框架连接的砧座和FSW工 具。FSW工具和砧座能从弧形接合处的内表面操作，并构造为经由驱动砧座的马达同时地沿 着接合线行进。FSW装置也可包括第二行进机构，其构造为将FSW装置从第一接合处移离并 移至第二接合处。在一些实施方式中，这种行进机构包括腿部和轮子，其接合设置在工件的 内表面上的轨道(例如在管的内腔内）。 本专利技术主题的多种目的、特征、方面以及优点将从优选实施方式的以下详述连同 附图变得更清楚，在附图中，相似标号标示相似部件。【附图说明】 图1是同时搅拌摩擦焊接接合处的相对侧的方法。 图2是使用三个FSW工具同时搅拌摩擦焊接接合处的相对侧的方法。 图3是用于控制具有两个FSW工具和两个砧座的FSW系统的控制系统的示意图。 图4a和4b示出在两个管部段的端部之间形成的接合处。 图4c是根据图1的方法正被搅拌摩擦焊接的图4a和4b的接合处的截面视图。 图5是根据图1的方法正被搅拌摩擦焊接的图4a和4b的接合处的另一示例的截 面视图。 图6是根据图2的方法正被搅拌摩擦焊接的图4a和4b的接合处的截面视图。 图7是用于焊接管的内表面和用于支承外部FSW装置的FSW装置的侧视图。 图8是用于焊接管的内表面和用于支承外部FSW装置的另一FSW装置的侧视图。 图9是刺入接合处的FSW工具的近视图。 图10a是FSW装置和行进机构的侧视图。 图10b是图10a的FSW装置和行进机构的前视图。【具体实施方式】 以下讨论提供本专利技术主题的多种示例性实施方式。虽然各实施方式代表专利技术元件 的单种组合，但本专利技术主题被考虑为包括所公开元件的所有可能组合。因此，如果一个实施 方式包括元件A、B和C，而第二实施方式包括元件B和D，那么即使未明确公开，本专利技术主题 也被考虑为包括A、B、C或D的其它剩余组合。 应该意识到，所公开的技术提供多种有利技术效果，包括用于同时焊接弧形接合 处的相对的两侧的改进的FSW装置。 图1示出用于搅拌摩擦焊接弧形接合处的方法100,例如通过接合两个管部段的 端部而形成的接合处。在步骤110中，在接合处的外表面上操作第一FSW工具(例如具有针 和肩部的工具)，而在该接合处的内表面上同时操作第二FSW工具。该FSW工具通过旋转该 工具，用该工具刺入接合处使得接合处被加热并且来自两个工件(例如两个管部段）的材料 被混杂，以及使该工具沿着接合处行进，从而形成沿着接合处长度的焊接区域来操作。FSW 工具沿着接合处在不同位置处同时操作，分隔开角距离。 在步骤120中，将第一砧座设置在接合处内表面上并与第一FSW工具相对（S卩，与 第一FSW工具位于接合处上的相同位置，但位于接合处的相对侧上)，且当第一FSW工具操 作以产生焊接区域时，与第一FSW工具串联地行进以对接合处提供支承(例如力)。相似地， 在步骤130中，将第二砧座设置在接合处外表面上并与第二FSW工具相对，且当第二FSW工 具操作以产生焊接区域时，与第二F本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种搅拌摩擦焊接由第一管部段和第二管部段形成的弧形接合处的方法，包括：同时（）通过旋转第一FSW工具并使所述第一FSW工具以第一刺入深度沿着所述接合处的外表面行进来在所述接合处的外表面上操作第一FSW工具；以及（）通过旋转第二FSW工具并使所述第二FSW工具以第二刺入深度沿着所述接合处的内表面行进来在所述接合处的内表面上操作第二FSW工具；使第一砧座以与所述第一FSW工具相对的方式在所述接合处的内表面上行进，以在操作期间提供支承所述第一FSW工具的第一并置力；使第二砧座以与所述第二FSW工具相对的方式在所述接合处的外表面上行进，以在操作期间提供支承所述第二FSW工具的第二并置力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：CJ奥巴迪奇，K穆尔，G肯内尔，G格兰特，
申请(专利权)人：氟石科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US