[发明专利]使用带有伸缩销的装置并且伸缩销在路径末段收缩的搅拌摩擦焊接方法

说明书

本发明涉及搅拌摩擦焊接(soudage par friction malaxage)方法。更确切地说，本发明涉及能够焊接在全部或部分接触表面上相互并列的两个板的方法。本发明尤其用于在航空工业中焊接板材、加固件等。 

摩擦焊接是一种机械焊接方法，在该方法中通过使待接合的部件在轴向压力下互相靠着摩擦或互相靠着旋转来提供焊接所需的热。 

为了能够使不容易旋转的比较笨重的部件互相焊接，已知使用搅拌摩擦焊接。搅拌摩擦焊接使用包括成型销和凸肩的旋转装置。销进入到待焊接的部件材料中，直到凸肩接触待焊接的材料表面。通过摩擦加热所述材料到容易使其变形的温度。当焊接装置前进时，材料从销路径的前面向后面流动，以形成焊缝。前和后是指在所述焊接作业期间相对于焊接装置的前进方向而言。焊缝是指待焊接的表面材料，其在由于焊接装置的销前进而成为胶质时发生移动。 

本质上，搅拌摩擦焊接方法具有许多优点。特别是，该方法不需要提供任何附加材料，如气体或金属。另外，就所述方法在胶质态操作而言，待焊接部件的材料不会熔化。此外变形很小，并且气孔、热裂缝、夹杂等风险大大减少。另外，由于达到的温度保持低于待焊接材料熔点，成品接合件的机械性能很高，并在多数情况下高于用传统焊接方法得到的机械性能。 

但是，使用如目前已知的搅拌摩擦焊接方法得到的焊缝的最后工序可能不令人满意。 

实际上，如现有技术的图1所示，焊缝不能够从一个边缘到另一个边缘通过待焊接的板(即分别为下板1和上板2)的重叠区，因为如果焊缝在所述上板的一个边缘之上、之内或之外开始或结束，则胶质材料可能流动到上板2的边缘。板是指任何带有伸展表面并且相对于板的其它尺寸而言厚度较小的零件。 

因此上板2至少部分地覆盖下板1，使得在焊缝的每一端附近，下板1表面的至少一部分被上板2表面的没有焊缝的部分所覆盖。

搅拌摩擦焊接装置3用于焊接两个板1、2。焊接装置3带有突起在所述焊接装置3的主体7的凸肩8上的销4。销4是相对于焊接装置3的主体7的固定突起物。焊接装置3迅速旋转，并且在两个板1和2上摩擦，两个板通过未示出的工具定位并保持在所需的接合位置。焊接装置3在板1、2上的摩擦转换为热，并导致所述板1、2的材料软化，则板的材料局部进入胶质状态。销4的长度适合在待焊接的上板2和下板1之间的界面上穿入焊缝平面中。销4在其转动和平移运动的过程中通过对所述材料进行锻造和挤压的综合操作使两个板1、2的材料紧密混合。接合逐渐进行。 

由于软化的材料从销4前部向销4后部流动的危险，不能在上板2的后端5处开始搅拌摩擦焊接，也不能正好在前端6处结束所述焊接。 

另外，焊接结束时，必须撤出焊接装置3。因此撤出焊接装置时，在得到的焊缝的前端处，销4在焊接起来的板1、2中留下焊接凹痕或孔眼。该焊接孔的存在使两个板1和2之间的连接变得脆弱。另外，还增加了焊接孔处腐蚀和裂缝的危险。 

为了消除焊缝末端的焊接孔，一般使焊接起来的板的尺寸大于所需尺寸，在所述板接合起来之后再进行切割，其间刻意在某个区域结束焊接，该区域将和焊接孔一起被除去。 

在边对边焊接的情况下，并且当焊缝沿着自我封闭路径时，不可能通过除去板的形成了焊接孔的区域来消除焊接孔。在这种情况下，已知使用具有伸缩销12的搅拌摩擦焊接装置10，该装置的细节示于现有技术的图2中。 

焊接装置10至少包括两个部分。第一部分11形成用于通过摩擦产生焊接所需热量的凸肩。第二部分由伸缩销12构成，销12沿焊接装置10的旋转轴活动安装在凸肩11之内。因此伸缩销12可以根据控制或多或少进入焊缝平面中，即或深或浅地穿入到边靠边相邻的板的厚度中。当焊接工具10的路径在经过自我封闭的路径后回到它的出发点时，搅拌摩擦焊接装置10的使用者使伸缩销12逐渐收缩，以使得伸缩销12在凸肩11不再与板的表面接触之前完全收缩。 

当然可以使用设有伸缩销12的焊接装置10来形成沿开放线路的焊缝，但是在这种情况下，得到的焊缝在销已经缩回处的焊接端的品质不够好，焊缝的特性从销穿入板的厚度较浅时起变差。 

实际上，如图2中所示，随着销12的收缩，伸缩销12穿入到板13 的厚度中的深度越来越浅，然后为零，因此板13被搅拌并与边靠边相邻板的材料混合的材料量越来越少。因此获得的焊缝的强度也越来越小。焊缝和板的相应端部变弱，使用包括固定销4的焊接装置3的焊接方法遇到的问题没有解决。当待焊接的部件在焊接作业前已具有其最终尺寸并因此不能在得到的焊缝处进行切割时，其结果是得到的焊接部件变弱。