[发明专利]包括可动反支承件的用于摩擦搅拌焊接的改进系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于通过摩擦搅拌焊接的技术（FSW）装配两个部件的系统和方法。

本发明特别地在加强件在飞行器面板——特别是飞机面板——上的固定方面获得应用。

根据本发明关注的面板可以是机身面板、翼面面板或者尾翼面板、或者形成储存箱或者起落架舱部分的面板、或者任何其他类型的面板。

固定至这些面板的加强件可以具体是机身周向框架、机身纵向桁架或者加强件、机翼或者尾翼加强杆或者肋状物、地板横向构件或地板梁等。

背景技术

通常，称为摩擦搅拌焊接（FSW）的技术已知用于以至少等同于使用常规铆钉接合达到的效率来制成允许压力通过所装配的部件之间的快速持久的机械接合。

在图1中示意性示出的该技术使用包括至少一个焊头10的焊接装置，该至少一个焊头10包括旋转销12、肩部14，该肩部14延伸至旋转销12的基部并且具有通常等于该旋转销12的平均直径的2至2.5倍之间的直径。

两个部件16a、16b的摩擦搅拌焊接包含在两个部件16a、16b之间的接合面18处将旋转销12引入至两个部件中，直到肩部14与部件16a、16b中的每个的表面进行接触为止。旋转销12至构成部件16a、16b的材料中的引入通过该材料的由于旋转销12针对两个部件16a和16b的摩擦产生的热量而产生的局部软化而成为可能。在旋转销12的周围的部件16a、16b的材料的面团样状态允许该旋转销沿着接合面18移动。旋转销12的转动以及在适当的情况下肩部14的转动引起处于在面团样状态的材料的混合。

通过旋转销12引起的挤压和通过肩部产生的锻造效果因此逐渐地导致焊缝的形成。该焊缝表现为两种材料所共有的由于恢复再结晶而形成的新金相结构的形式，其中，该金相结构因此保证在冷却后两个部件16a、16b的良好结合。

如在图2中示意性地示出的，通过使用反模板20，反压力施加在部件16a、16b中的每个的与焊头10相反的面上，以抵消通过旋转销12施加的压力。这种反模板有时结合了允许通过摩擦产生的热的一部分被移除的冷却装置。这通常提高部件在焊接后的机械特性。这种冷却装置表现为例如下述通道21的形式：该通道21结合在反模板20中并且传热流体在通道21中流动。

该摩擦搅拌焊接技术允许实现所谓的“对接焊接”，如在图1和图2中示出的，在该对接焊接中，旋转销12的轴线局部地平行于要被装配的部件之间的接合面。

该技术还允许实现所谓的“透明焊接”，在该透明焊接中，旋转销12的轴线局部地平行于待装配的部件之间的接合面。在该情况下，待装配的部件中的一个被置于焊头与待装配的另一个部件之间。

摩擦搅拌焊接技术特别具有在待装配的部件的组成材料的熔点之下实现的优点，这特别地避免了与重新固化相关的问题并且经常与其他焊接技术同时出现。

该技术另外提供不需要任何填充物材料和不引起任何污染烟雾散发的优点。

此外，焊接装置沿着待装配的部件的接合面移动时的速度可以达到每分钟2米，使得该焊接技术允许使部件快速地并且以降低的成本装配。

该焊接技术另外提供高度自动化水平的可能性。

虽然如此，已知的摩擦搅拌焊接方法确实存在缺点。

在对接焊接的情况下或者在透明焊接的情况下针对待装配的一个部件，使用的反模板必须按照严格的尺寸公差制造以便尽可能接近地适合待装配的表面。

如果不是这种情况则必须例如通过机械加工事先调整待装配部件的尺寸，使得装配部件的尺寸尽可能接近地匹配反模板的几何体。

此外，通过焊接头施加的力的级别可能达到若干吨，使得特别当待装配的部件具有弯曲形状时，例如在图3的纵向截面图中示出的在周向框架22装配至飞行器机身面板24上的情况中，反模板通常必须具有大质量。这种周向框架22包括应用至机身面板24上的、形状基本是圆筒形的凸缘26、和基本上正交于基板26延伸的腹板30。

此外，如果反模板包括必须能够提取大量热的冷却装置，则反模板的质量将更大并且加工起来更复杂。

发明内容

本发明的一个目的特别是提供一种针对这些问题的简单、经济并且有效解决方法，该解决方案允许避免以上所述的缺点中的至少一些。

为此目的，本发明提出一种用于焊接待装配的至少两个部件的摩擦搅拌焊接系统，该摩擦搅拌焊接系统包括：

—焊接单元，该焊接单元包括焊接装置，该焊接装置包括设置有旋转销的至少一个焊头；

—反支承单元，反支承单元提供支承表面，该支承表面设计成克服由每个所述焊头施加的压力来支承待装配的部件；