[發明專利]使用串聯的工具和砧座的攪拌摩擦焊接裝置及方法

有效

• 申請號: 201380075274.0
• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號: CN105263665B
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: C.J.奧巴迪奇;K.穆爾;G.肯內爾;G.格蘭特
• 申請（專利權）人: 氟石科技公司
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李陵峰;張昱

本發明描述了用于同時焊接弧形接合處的兩側的攪拌摩擦焊接（FSW）裝置和方法。FSW方法包括在接合處的外表面上操作FSW工具和砧座、且同時在該接合處的內表面上操作另一FSW工具和砧座的步驟。砧座以與FSW工具并置的方式定位，并與FSW工具串聯地移動，從而在它們操作期間提供對FSW工具的支承力。

技術領域

本發明主題的領域是攪拌摩擦焊接。

背景技術

背景技術的描述包括可在理解本發明主題中有用的信息。其并非承認在此提供的任何信息是現有技術或與當前要求保護的發明主題相關、或者任何明確或隱含參考的公開文獻是現有技術。

攪拌摩擦焊接（“FSW”）是固態焊接工藝，其中旋轉工具（下文稱作“FSW工具”）加熱和混雜接縫處的兩個工件。更具體地，旋轉工具具有針和肩部，當工具旋轉時，針和肩部被壓進接縫中，從而在工具和工件之間產生摩擦熱。生成了足夠的熱，使得工件區域塑化和混合。FSW工具的肩部有助于引起塑化區域混雜，從而在接縫處將這些工件接合（即攪拌摩擦焊接）。旋轉FSW工具沿著接縫長度行進，以在兩個工件之間形成焊接接合線。可在由R.S.Mishra等人所著的Friction Stir Welding and Processing（Materials Science andEngineering R 50 (2005) 1-78）（攪拌摩擦焊接及工藝（材料科學與工程 R 50（2005）1-78））中看到FSW工藝的詳細闡述。

FSW提供很多優于其它焊接工藝的優點，部分地是由于FSW在更低的溫度下發生且無需填充材料的事實。FSW優點中的一些包括：在焊接處更好的機械性能；更小的孔隙率、收縮量以及扭曲；很少或無毒煙排放；無可消耗的填充材料；以及易于自動化。然而，仍存在與FSW相關的多種問題，包括出口孔、以及與砧（anvil）座或夾持工具關聯的重量和成本，通常需要其抵消來自FSW工具頭的力。

在專利文獻中描述了用于攪拌摩擦焊接的很多種方法和裝置。例如，給予Kay的美國專利申請公開第2005/0139640號描述了使用FSW工具的多焊道的攪拌摩擦焊接方法。作為另一示例，授予Packer等人的美國專利第8,056,797號描述了能夠使多個攪拌摩擦焊接工具頭在管外表面上同時執行焊接的能夠膨脹的心軸。

在此引用的所有材料和參考文獻以相同程度通過引用并入，正如每個單獨參考文獻均特別地和單獨地被指出通過引用并入。在并入的參考文獻中的術語的定義或使用與本文提供的術語的定義不一致或矛盾時，適用本文提供的術語的定義，而不適用該參考文獻中的術語的定義。

在本申請中特別感興趣的是弧形接合處（arcuate joint）兩側的同時焊接，例如由兩個管部段形成的接合處。授予Larsson的美國專利第6,419,142號描述了具有兩個相對的FSW工具的FSW裝置（參見Larsson的圖5和6以及第5欄，第35-62行）。然而，如由本申請人最佳理解的，似乎是Larsson僅構想到同時從接合處一側焊接（附加焊接頭在置于關于第一焊接的接合線的相對處時僅用作支持單元；參見Larsson的第6欄，第25-27行）。Larsson也未能提供用于在沿著接合處的不同位置處同時焊接接合處兩側的攪拌摩擦焊接裝置和方法。

因此，仍存在對改進的攪拌摩擦焊接裝置和方法的需要。

發明內容

本發明主題提供在其中對弧形接合處的兩側同時攪拌摩擦焊接的設備、系統和方法。該FSW工藝包括在接合處外表面上操作第一FSW工具和第一砧座的步驟。該工藝還包括當第一FSW工具和第二砧座仍在操作時，同時地在接合處的內表面上操作第二FSW工具和第二砧座的步驟。第一砧座和第二砧座分別定位以對第二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個同時沿著接合處串聯地移動，以在接合處內產生焊接區域。

該FSW工藝可任選地包括如下步驟，即利用多種傳感器和工藝規則和/或目標來電子地監視和控制FSW工藝。