[发明专利]用于弓形工件的摩擦搅拌焊接的弓形悬臂

说明书

本发明涉及一种用于焊接一个或多个弓形工件的摩擦搅拌焊接装置。该装置包括弓形悬臂、摩擦搅拌焊接头和鞍座，该鞍座使得焊接头与弓形悬臂操作地联接，用于使得焊接头相对于弓形悬臂运动。鞍座可以通过驱动机构而与弓形悬臂联接，该驱动机构用于使得鞍座和与它联接的焊接头相对于弓形悬臂运动。焊接头还可以具有相对于弓形悬臂的三个自由度，以使得焊接头能够相对于弓形悬臂旋转、倾斜和线性运动。

相关申请的交叉引用

本申请是待审的美国临时专利No.62/410928(申请日为2016年10月21日，标题为“Arcuate Boom for Friction Stir Welding of Arcuate Work Pieces”)以及美国非临时专利申请No.15/628242(申请日为2017年6月20日，标题为“Arcuate Boom for FrictionStir Welding of Arcuate Work Pieces”)的非临时申请，这两个申请都整个被本文参引。

技术领域

本发明总体上涉及摩擦搅拌焊接。更特别地，本发明涉及一种利用弓形悬臂来用于弓形工件的摩擦搅拌焊接的装置和方法。

背景技术

摩擦搅拌焊接是公知的已证明的焊接方法，它特别能够用于将工件装配在一起和用于修理工件中的裂纹。当工件借助于摩擦搅拌焊接而彼此联接时，工件的边缘通过来自旋转焊接工具的摩擦加热而沿它们的联接线塑化，该旋转焊接工具横过工件之间的接缝，同时压靠在工件上，该工件在焊接操作过程中将彼此相对固定。

摩擦焊接装置通常包括：旋转本体，该旋转本体在焊接操作过程中压靠在工件上；以及销，该销从本体向外延伸，该本体被向前引导，同时在按压工件的动作中在工件之间的接缝中旋转。如在WO93/10935A1和WO95/26254A1中所述，焊接工具由比工件更硬的材料来制造。通过使焊接工具运动(同时工件布置成静止)，或者通过使工件相对于焊接工具运动(该焊接工具以固定方式布置)，从而使得焊接工具能够横过在工件之间的接缝。

对于摩擦搅拌焊接，焊接工具必须以很大的力压靠在工件上，以便能够摩擦加热它们直至足以使得工件在它们之间的接缝中产生所希望的塑化。

不过，该方案的一个缺点是，摩擦搅拌焊接是敏感的焊接处理，需要使用昂贵的焊接工具。另外，为了获得焊接非常大工件所需的向下的力，焊接装置需要非常大且通常过重(例如，超过100吨)。另一缺点是，为了执行大圆顶、径向或弯曲接缝的摩擦搅拌焊接，已经使用大型龙门架或者柱和悬臂载体来提供摩擦搅拌焊接头的所需的横向和竖直(即X和Y)运动。这意味着摩擦搅拌焊接头的横向和竖直运动很大，以便能够跟随进行联接的工件的形状。

因此，希望提供一种改进的装置和方法，该装置和方法克服了与现有技术装置相关的缺陷和限制。

发明内容

本发明涉及一种用于焊接一个或多个弓形工件的摩擦搅拌焊接(FSW)装置。FSW装置包括弓形悬臂、摩擦搅拌焊接头和鞍座，该鞍座使得焊接头与弓形悬臂操作地联接，用于使得焊接头相对于弓形悬臂运动。

焊接头可以设置成相对于悬臂以三个自由度运动，从而使得焊接头能够相对于悬臂旋转、倾斜和线性运动。

鞍座包括驱动机构，该驱动机构用于与弓形悬臂接合，这样，操作马达使鞍座和与它联接的焊接头相对于弓形悬臂运动。

鞍座可以包括用于与弓形悬臂接合的本体部分和用于与焊接头接合的头部部分。该头部部分可以与本体部分旋转联接。可选择地或者另外地，鞍座的头部部分与焊接头枢转地联接。鞍座的本体部分包括马达，用于与位于弓形悬臂上的驱动导轨接合。可选择地或者另外地，鞍座的本体部分包括第一和第二导轨系统，用于与位于弓形悬臂上的第一和第二轨道接合，这样，驱动马达而使得鞍座和(因此)焊接头沿弓形悬臂的曲率运动。