[發明專利]用于獲得板上相同特性的成形；用于使用冷卻元件摩擦攪拌焊接的器械

有效

• 申請號: 200980141802.1
• 申請日: 2009-11-13
• 公開（公告）號: CN102186621A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: D·G·桑德斯;L·R·利昂;P·D·愛德華茲;G·L·拉姆齊;G·W·科爾曼
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B21D26/021;G01N3/00;B23K26/20
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本公開主要涉及焊接金屬件(piece)，并且特別地涉及焊接鈦板(sheet)。還更特別地，本公開涉及使用摩擦攪拌焊接來焊接鈦板。

背景技術

成形是用于從材料制造組件的過程，所述材料例如金屬、塑料和/或其他適當的材料。該組件可用于例如飛機的零件或其裝配件。超塑成形是成形過程的一種類型，其加熱材料，以便材料具有超塑性。超塑性是材料以均一的方式伸長超過約材料長度100％的材料能力。相比不均一伸長，材料的均一伸長會減少材料的頸縮量。

當材料變形以致許多的應變會不成比例地局部處于材料的一部分內時發生頸縮。結果，響應該變形，材料的該部分在厚度上會比材料的其他部分更薄。在這些例子中，變形是伸長。頸縮可導致材料中的不一致，例如破裂和/或其他類型的不一致。

使用金屬的情況下，超塑成形包括在模具部分(die?section)和蓋子部分(lid?section)之間放置金屬板。該金屬板也可被稱作例如毛坯。使用有些目前使用的模具部分，一個金屬板可能不夠大到制造一個組件。使用這些類型的模具部分，許多金屬板可被焊接在一起從而形成毛坯。許多金屬板可使用摩擦攪拌焊接被焊接。

使用摩擦攪拌焊接，兩個金屬板的邊緣靠在一起。熱能和機械能被施加在金屬板上，從而在邊緣結合金屬板。熱能和機械能導致金屬板的幾部分形成結合了兩個金屬板的連續金屬區域。該區域可為焊點熔核。這種焊接類型不引起金屬的熔化并且避免與熔化相關的熱畸變。

通常，模具部分具有組件的形狀。使用加壓氣體迫使毛坯具有模具部分的形狀。該加壓氣體可通過蓋子部分被引入。模具部分可被加熱至影響金屬和毛坯焊接部分的機械性能、疲勞性能和/或其他特性的溫度。

因此，具有考慮上述的一個或更多問題以及其他可能問題的方法和器械是有利的。

發明內容

本公開的一個有利實施例通過如下步驟形成組件：焊接多個金屬板形成具有許多焊點熔核的毛坯、將毛坯放置在模具部分和蓋子部分之間、加熱模具部分從而加熱毛坯以及在蓋子部分和模具部分之間引入加壓氣體從而將毛坯壓進模具部分的模子中從而形成組件。形成組件后，許多焊點熔核具有在大約1.1至大約1.25之間的所需厚度比，以便多個金屬板和形成的組件具有許多基本相同的特性。

本公開的一個有利實施例是一種焊接機器，其包含砧子、銷子工具(pin?tool)和冷卻元件，其中銷子工具繞軸線旋轉、在垂直于軸線的方向運動并且在墊板和對焊接頭(butt?joint)上施加向下的力，從而將第一金屬件和第二金屬件焊接在一起，從而形成焊點熔核，其中焊點熔核在超塑成形過程后具有在大約1.1至大約1.25之間的理想厚度比，并且在超塑成形后，第一金屬件、第二金屬件和焊點熔核具有許多基本相同的特性。

本公開的另一個有利實施例是一種制造組件的方法，該方法包含：在理想溫度下將金屬板摩擦攪拌焊接在一起從而形成具有焊點熔核的毛坯；以及使用超塑成形過程從而由毛坯形成組件，其中在超塑成形過程后焊點熔核具有在大約1.1至大約1.25之間的理想厚度比，其中焊點熔核和被摩擦攪拌焊接的金屬板具有在大約每秒每英寸1×10^-2英寸至大約每秒每英寸5×10^-6英寸之間的基本不變的應變比，并且其中在超塑成形過程后被焊接的金屬板和焊點熔核具有許多基本相同的特性。

本公開的另一個有利實施例是一種制造方法，其包含：焊接多個鈦板從而形成具有許多焊點熔核的毛坯；將毛坯放置在模具部分和蓋子部分之間，其中模具部分被加熱從而加熱毛坯；在蓋子部分和模具部分之間引入加壓氣體從而將毛坯壓進模具部分中的模子，從而形成組件，其中許多焊點熔核具有在大約1.1至大約1.25之間的理想厚度比，以便許多鈦板和形成的組件具有許多基本相同的特性。

本公開的另一個有利實施例是用于制造鈦結構的方法，該方法包含將多個鈦件摩擦攪拌焊接在一起，從而形成具有焊點熔核的毛坯，其中焊點熔核具有理想的超塑性；以及由毛坯形成鈦結構，其中在鈦結構形成期間焊點熔核伸長得比毛坯的其它部分小大約1％至大約25％。

這些特征、功能和優點在本公開的不同實施例中分別實現，或者可在進一步細節參考以下說明和附圖看出的其他實施例中結合。

附圖說明

圖1是制造環境圖，其使用依照有利實施例的成形和攪拌焊接；

圖2是依照有利實施例的飛機的圖；

圖3是依照有利實施例的噴氣發動機的分解圖；

圖4是依照有利實施例的制造環境的圖；

圖5是依照有利實施例的制造環境的圖；