[發明專利]以摩擦攪拌焊接均勻焊接二維彎曲結構的裝置及方法

有效

• 申請號: 201680048159.8
• 申請日: 2016-08-10
• 公開（公告）號: CN107921574B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 馬庫斯·魏格爾
• 申請（專利權）人: 格林策巴赫機械制造有限公司
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K37/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋融冰

1.一種用于以至少兩個匹配件(6)的形式通過摩擦攪拌焊接均勻焊接二維彎曲結構的裝置，所述裝置具有下列特征：

插槽板(1)，通過引導機器而引導且具有驅動頭(2)和鎖固至所述驅動頭(2)的工具圓頂(3)，而且所述工具圓頂(3)具有焊接蹄片固定件(4)且具有用于焊接蹄片(8)的焊接銷(11)的銷軸承(5)；

所述焊接蹄片(8)具有圓形基本形狀，其上置有橫向腹板，所述橫向腹板在所述基本形狀的截面間延伸并與所述基本形狀正交，所述橫向腹板具有大約為所述基本形狀的直徑的1/4至1/5的寬度，而且所述橫向腹板具有弓形蹄片滑動面和蹄片平滑面，其中具有切口型錐體形式的小平面表面即為切屑引導階部(9)且是置在所述弓形蹄片滑動面和所述蹄片平滑面的周邊的區域中而位于所述弓形蹄片滑動面和所述蹄片平滑面的前側，而且其中所述弓形蹄片滑動面和所述蹄片平滑面實質上對應至所述匹配件(6)的表面曲率；

所述焊接銷(11)具有圓錐形的末端；

所述工具圓頂(3)具有條形傳感器(23)，其是被配置以確定力或行徑，而且是附接到所述工具圓頂(3)中與該焊接過程的流動方向相對的那一側，而且其中錐形縮部(17)被設在工具插槽錐部(26)的相對較寬區域中，所述錐形縮部(17)用于接收用于取得該焊接銷(11)上軸向力、扭矩和彎曲動量的傳感器(20)，而且其中在所述工具插槽錐部(26)的前區域中的另一收縮部分具有至少三個傳感器(25)，分布在周圍上相隔120度的間隔處，以用于測量作用在所述焊接銷(11)上的該軸向力，而且具有壓電力測量傳感器(24)，同樣是用于測量軸向力，該另一收縮部分設置在所述焊接銷(11)的軸桿(7)的縱軸中，而且其中設有具有旋轉天線(21)的傳感器信號放大器，用于接收、用于放大和用于傳送所有取得的測量值，其中這些測量值是從靜態天線(22)傳送到機器控制器，而且其中設有用于從移動的次級線圈(19)和從固定不動的主線圈(18)供應測量系統的感應式電源供應系統，而且其中在所述焊接銷(11)從所述至少兩個匹配件(6)撤回時，已焊接材料的體積變化以線性方式定向。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于：

所述焊接銷(11)及/或所述焊接蹄片(8)的溫度是由傳感器所偵測。

3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于：

所述條形傳感器(23)所確定的所述力是壓力。

4.一種用于以至少兩個匹配件(6)的形式通過摩擦攪拌焊接均勻焊接二維彎曲結構的方法，所述方法具有下列特征：

用于實施所述方法的插槽板(1)，通過引導機器而引導且具有驅動頭(2)和鎖固至所述驅動頭(2)的工具圓頂(3)，而且所述工具圓頂(3)具有焊接蹄片固定件(4)且具有用于焊接蹄片(8)的焊接銷(11)的銷軸承(5)；

為了在所述匹配件(6)的兩側上都實現無孔洞且具有無暇表面的焊接結果，確定用于控制焊接過程的相關的測量參數，其中條形傳感器(23)是沿所述工具圓頂(3)的一側而設，用于偵測力或行徑，其中設有用于取得焊接銷(11)上軸向力、扭矩和彎曲動量的傳感器(20)，其中分布在工具插槽錐部(26)的周圍上的具有應變計帶體形式的至少三個傳感器(25)適用于測量作用于所述焊接銷(11)上的該軸向力，而且其中進一步的壓電力測量傳感器(24)是設置在所述焊接銷(11)的軸桿(7)的縱軸中，所述壓電力測量傳感器(24)同樣是用于測量該軸向力，而且其中所述焊接銷(11)具有圓錐形的末端，使得在所述焊接銷(11)從所述至少兩個匹配件(6)撤回時，已焊接材料的體積變化以線性方式定向。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于：

所述條形傳感器(23)所確定的所述力是壓力。

6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于：

通過一個或多個壓電致動器組件，執行作用在所述焊接銷(11)上的該軸向力的測量和死循環控制，執行作用在所述焊接銷(11)上的該扭矩的測量和死循環控制，以及執行所述焊接銷(11)的自動長度調整，而且通過紅外線傳感器測量所述焊接銷(11)上的溫度。

7.根據權利要求4和6中任一權利要求所述的方法，其特征在于：

執行作用在所述焊接蹄片(8)的壓縮力的測量和執行死循環控制；根據所述焊接蹄片(8)的測量軸向壓力以執行所述焊接蹄片(8)的前進；

所述焊接蹄片(8)的溫度是通過溫度傳感器測量；以及

在該整個焊接過程中以光學方式并且通過與所述匹配件對應的質量參數持續監測焊縫的型態、該焊縫的質量和該焊縫的輪廓。