專利名稱：摩擦攪動焊接方法、其中所用的框架構(gòu)件和由此制成的產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于連接如包括鋁合金件等在內(nèi)的由不同材質(zhì)制成的構(gòu)件的摩擦攪動焊接方法。
背景技術(shù)：
摩擦攪動焊接方法是這樣一種焊接方法，即通過使一根插入兩個構(gòu)件(例如但非限定的，兩個金屬件如兩個鋁制件)間的連接區(qū)內(nèi)的圓棒(轉(zhuǎn)動體)轉(zhuǎn)動并再通過沿接合線移動轉(zhuǎn)動體來加熱在連接區(qū)的這兩個構(gòu)件，由此使這兩個構(gòu)件的材料軟化且發(fā)生塑性流動并進(jìn)而被固相連接在一起，如在連接區(qū)中被焊接在一起。
過去，轉(zhuǎn)動體包括一個插入連接區(qū)內(nèi)的小直徑段和一個位于連接區(qū)外的大直徑段。小直徑段和大直徑段同軸。轉(zhuǎn)動大直徑段的一側(cè)，并由此使大、小直徑段轉(zhuǎn)動。大、小直徑段間的分界部分可稍微插入連接區(qū)中。根據(jù)摩擦攪動焊接方法的連接可用于對接部位和搭接部位。
上述現(xiàn)有技術(shù)已披露于例如日本的專利公開說明書平7-505090(EP0615480 B1)、《焊接與金屬加工》(1995.1)的第13、14和16頁中道斯所著的“摩擦攪動焊接及其發(fā)展簡介”、以及美國專利申請?zhí)枮?8/820231且申請日為1997年3月18日的文件中。在這里，作為參考地引入這些文件的內(nèi)容。
該現(xiàn)有技術(shù)也記載在T.Shinoda和Y.Kondoh的“采用摩擦攪動焊接的324板材的對接焊；摩擦攪動焊接工藝的研究”中，它刊登在第56期《日本焊接聯(lián)合學(xué)會紀(jì)要》(1995年4月)的第208頁和第209頁上。這篇文章披露了一個不銹鋼制的轉(zhuǎn)動體(旋轉(zhuǎn)工具)、板厚為6mm的純鋁制待焊接(連接)件(A1100)。轉(zhuǎn)動體具有一個直徑為20mm的大直徑段和一個直徑為6mm、軸向長度為5mm的小直徑段(圓柱形)。在工作中，轉(zhuǎn)動體的轉(zhuǎn)速為1000rpm-2500rpm且以1.0mm/s-8.0mm/s的速率沿兩個待焊接件移動。
在上段介紹的文章中，待焊接件是鋁制件。鋁合金也適用于摩擦攪動焊接。經(jīng)研究，適用于摩擦攪動焊接的其它金屬包括銅、鈦和不銹鋼。前述的EP 0615480 B1披露了塑性材料(如熱塑性塑料)的摩擦攪動焊接。可利用本發(fā)明的方法焊接所有這些材料。
根據(jù)摩擦攪動焊接方法的各種試驗，通過轉(zhuǎn)動體大直徑段的轉(zhuǎn)動而對兩個構(gòu)件的連接區(qū)上表面的局部進(jìn)行有屑機(jī)加工并在連接區(qū)的上表面上產(chǎn)生一個凹印。因構(gòu)件的塑性變形而在凹印的兩側(cè)產(chǎn)生了一個加厚部分。
消除加厚部分很簡單。但是，修補(bǔ)凹印就需要涂抹膩?zhàn)拥燃庸すば?，結(jié)果造成高昂的生產(chǎn)成本。
另外，當(dāng)兩個構(gòu)件的對接面的端面之間在連接加工前有間隙時，在連接區(qū)會產(chǎn)生像凹印這樣的缺陷。結(jié)果造成了強(qiáng)度的降低，這尤其在大型結(jié)構(gòu)中會造成麻煩。構(gòu)件越大，則處理上述間隙就越困難(即間隙出現(xiàn)得越多)。因此，凹印變大并進(jìn)而很容易產(chǎn)生缺陷。
例如在連接區(qū)被另一個構(gòu)件覆蓋的情況下，有凹印甚至不算是一個問題，且除了強(qiáng)度問題外沒有其它任何問題(強(qiáng)度問題本身當(dāng)然是一個嚴(yán)重的問題)。但當(dāng)在車(例如有軌車輛)的車體側(cè)表面等部位上有凹印時，從外觀的角度考慮，則需要除去凹印。另外，即使在看不到凹印的情況下，從性能的一個方面出發(fā)(如焊接強(qiáng)度)，凹印也會成為一個問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是在通過摩擦攪動焊接方法連接兩個構(gòu)件(例如但非限定的是兩個金屬件，如鋁合金件)時防止在連接區(qū)內(nèi)產(chǎn)生凹印。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種將通過摩擦攪動焊接方式連接的構(gòu)件，它們避免了在位于焊合件間的連接區(qū)內(nèi)形成凹印。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種摩擦攪動焊接方法和由此制成的產(chǎn)品，這樣在所述構(gòu)件于連接前彼此對接的情況下或即使在構(gòu)件被連在一起前其間有間隙(但所述構(gòu)件彼此相鄰)的情況下，避免了在焊接件的連接區(qū)內(nèi)出現(xiàn)凹印。
上述目的可以通過這樣一種措施來實現(xiàn)，即至少一個待連接構(gòu)件在橫截面內(nèi)且在其與另一個構(gòu)件的連接區(qū)處具有一個加厚部分，所述加厚部分突向用于進(jìn)行摩擦攪動焊接的轉(zhuǎn)動體。轉(zhuǎn)動體具有例如由一種或幾種比待焊接件的材質(zhì)硬的材質(zhì)構(gòu)成的大直徑段和小直徑段。在連接過程中，小直徑段先被插入待連接件的連接區(qū)內(nèi)。待連接件彼此相鄰且其中一個構(gòu)件的加厚部分靠近另一個將由焊接與其相連的待焊接構(gòu)件。在這兩個構(gòu)件都具有加厚部分的情況下，加厚部分可在連接區(qū)(接頭形成區(qū))內(nèi)彼此相鄰或只需要在該連接區(qū)內(nèi)設(shè)置一個加厚部分。接著，使轉(zhuǎn)動體進(jìn)入這兩個構(gòu)件之間即連接區(qū)內(nèi)，使轉(zhuǎn)動體的小直徑段被插入這兩個構(gòu)件的接頭形成區(qū)中，而轉(zhuǎn)動體的大直徑段伸入加厚部分中(但未到達(dá)加厚部分下方)。隨后，使轉(zhuǎn)動體在連接區(qū)內(nèi)沿待焊接構(gòu)件移動，此時像上句所述的那樣插入所述轉(zhuǎn)動體以便進(jìn)行摩擦攪動焊接。由于在接頭形成區(qū)內(nèi)設(shè)有加厚部分，所以可以避免在焊接件的連接區(qū)產(chǎn)生凹印(凹陷區(qū))。通過使轉(zhuǎn)動體的大直徑段插入加厚部分(與加厚部分重疊)地安置轉(zhuǎn)動體，在避免了于焊接接頭處產(chǎn)生凹印的同時，可獲得優(yōu)異的焊接效果。有利的是，在移動轉(zhuǎn)動體以便進(jìn)行摩擦攪動焊接時，轉(zhuǎn)動體的大直徑段未在加厚部分的突起部分下方延伸。
構(gòu)件的加厚部分可以與構(gòu)件成一體并例如延伸到將靠近另一個將焊接的構(gòu)件設(shè)定的構(gòu)件邊緣。
突起部分最好具有一個離焊接部位最遠(yuǎn)的側(cè)端，所述側(cè)端在橫截面內(nèi)是傾斜的(例如，與構(gòu)件表面的平面(不是突起部分)成小于90度的銳角，見圖4中的θ)。理想的情況是，這個離焊接部位最遠(yuǎn)的側(cè)端與構(gòu)件表面的平面的交角為15度到60度，且最佳為30度。


圖1是表示本發(fā)明一個實施例的局部的縱向橫截面圖。
圖2是表示在圖1的結(jié)構(gòu)經(jīng)過摩擦攪動焊接之后的狀態(tài)的縱向橫截面圖。
圖3是表示在圖1的結(jié)構(gòu)經(jīng)過摩擦攪動焊接之后而在一側(cè)上進(jìn)行精加工操作的狀態(tài)的縱向橫截面圖。
圖4是尺寸說明圖。
圖5是表示有軌車輛的車體的透視圖。
圖6是本發(fā)明另一個實施例的局部的縱向橫截面圖。
圖7是表示本發(fā)明另一個實施例的連接區(qū)的側(cè)向橫截面圖。
圖8A是表示本發(fā)明的一個實施例的連接裝置的縱向橫截面圖。
圖8B是表示本發(fā)明另一個實施例的局部的縱向橫截面圖。
圖8C是圖8B的左視圖。
圖8D是表示本發(fā)明又一個實施例的局部的縱向橫截面圖。
圖9是表示本發(fā)明又一個實施例的連接區(qū)的縱向橫截面圖。
圖10是表示在圖9所示結(jié)構(gòu)經(jīng)過摩擦攪動焊接之后的焊接結(jié)構(gòu)的縱向橫截面圖。
圖11是表示在圖10所示結(jié)構(gòu)的凸厚部分被拋光后而形成的結(jié)構(gòu)的縱向橫截面圖。
圖12是表示本發(fā)明另一個實施例的連接區(qū)的縱向橫截面圖。
圖13是表示在圖12所示的結(jié)構(gòu)經(jīng)過摩擦攪動焊接之后而形成的結(jié)構(gòu)的縱向橫截面圖。
圖14是表示在圖13所示結(jié)構(gòu)的凸厚部分被拋光后而形成的結(jié)構(gòu)的縱向橫截面圖。
圖15是表示本發(fā)明另一個實施例的連接區(qū)的縱向橫截面圖。
圖16是表示在圖15所示結(jié)構(gòu)經(jīng)過摩擦攪動焊接之后而形成的結(jié)構(gòu)的縱向橫截面圖。
圖17是有軌車輛的側(cè)構(gòu)件的主視圖。
圖18是沿圖17的XVIII-XVIII線的橫截面圖。
圖19是圖8的右視圖。
圖20是表示本發(fā)明又一個實施例的局部的縱向橫截面圖。
具體實施例方式
以下參見圖1-圖5來描述本發(fā)明的一個實施例，此實施例用于有軌車輛的車體。
在圖5中，有軌車輛的車體是由一個側(cè)構(gòu)架41、一個頂部構(gòu)架42、一個底部構(gòu)架43和一個位于縱向末端部上的構(gòu)架44構(gòu)成的。側(cè)構(gòu)架41是通過排列許多空心的擠壓框架構(gòu)件50、60并使其接觸部位相連而形成的。如圖1所示的那樣進(jìn)行連接。
頂部構(gòu)架42和底部構(gòu)架43都以同樣的方式構(gòu)成。側(cè)構(gòu)架41與頂部構(gòu)架42間的連接以及側(cè)構(gòu)架41與底部構(gòu)架43間的連接是采用MIG(金屬電極惰性氣體)保護(hù)焊等方式實現(xiàn)的。
圖1示出了構(gòu)成側(cè)構(gòu)架41的空心框架構(gòu)件的接頭部分?？招目蚣軜?gòu)件50和60是用如鋁合金制成的擠壓框架構(gòu)件。空心框架構(gòu)件50、60各包括兩塊板51、52和61、62以及連接上述兩塊板的斜板(肋板)53、63。多塊斜板53、63被排列成珩架結(jié)構(gòu)。斜板52、63的傾斜方向是交替的。
一個空心框架構(gòu)件50的端部被插入另一個空心框架構(gòu)件60的端部中。連接板51和52的立板54設(shè)置在空心框架構(gòu)件50端部的附近。參考符號54是一個支承空心框架構(gòu)件50的端部用的擠壓件。
在立板54的厚度方向(在圖1中，從右到左)的中心延長線上，待連接的框架構(gòu)件的端部具有兩個空心框架構(gòu)件50和60的加厚部分(突起部分)。即，各空心框架構(gòu)件50和60在進(jìn)行連接的端部(焊接區(qū)W的中心)被加厚從而形成突起部分。
將板51、52和板61、62設(shè)置在焊接區(qū)W的附近(如見圖2)且所述板經(jīng)擠壓變厚而在空心框架構(gòu)件的前表面一側(cè)上(沿厚度方向的外側(cè))形成加厚部分，或在面向用作實施連接工作(焊接)的工具的一側(cè)，即面向是用于摩擦攪動焊接的工具的轉(zhuǎn)動體70的那一側(cè)上形成加厚部分。
加厚部分56和66分別成型于板51、52和板61、62的端部。加厚部分56和66的前表面(外表面)平滑相連且向板51、52和板61、62(非加厚部分，可能是平的)的前表面(外表面)傾斜。當(dāng)兩個加厚部分56和66被對準(zhǔn)時，它們可形成圖1所示的梯形，然而，本發(fā)明不局限于形成梯形的對準(zhǔn)的加厚部分56、66。
作為摩擦攪動焊接的連接工具的轉(zhuǎn)動體70和70分別安置在空心框架構(gòu)件連接區(qū)的上側(cè)和下側(cè)。各轉(zhuǎn)動體70在大直徑圓棒71(大直徑段)的頂端上具有一個小直徑圓棒72(小直徑段)，大直徑段作為一基礎(chǔ)部分。大直徑段71和小直徑段72同軸設(shè)置。
下轉(zhuǎn)動體70在上轉(zhuǎn)動體70的下方基本上垂直地向下設(shè)置。轉(zhuǎn)動體70和70可沿接合線間隔設(shè)置，但是為了防止空心框架構(gòu)件50和60彎曲，最好不使上轉(zhuǎn)動體和下轉(zhuǎn)動體在沿接合線的方向上間隔過遠(yuǎn)。轉(zhuǎn)動體70的材質(zhì)比空心框架構(gòu)件50和60的材質(zhì)硬。
通過使兩個轉(zhuǎn)動體70轉(zhuǎn)動而將小直徑段72插入空心框架構(gòu)件50和60的連接區(qū)中。隨后，使兩個轉(zhuǎn)動體70沿空心框架構(gòu)件50和60的連接區(qū)的縱向作水平移動。這兩個轉(zhuǎn)動體70同時移動。
在摩擦攪動焊接的過程中，在上轉(zhuǎn)動體70的一側(cè)，轉(zhuǎn)動體70的大直徑段71和小直徑段72間的分界部分73(一基本上扁平的部分)定位于上部73a上(所述上部在加厚部分56和66的頂點(diǎn)面一側(cè)且在加厚部分56和66的內(nèi)部)并且與板51和61的總體部分(非突起部分)的上表面延伸面有一個略微靠上的距離。就是說，當(dāng)上轉(zhuǎn)動體70的大直徑段71伸到加厚部分上表面的下方時(如插入加厚部分中)，它不會伸到板51和61的非突起部分下方。
在下轉(zhuǎn)動體70一側(cè)，大直徑段71和小直徑段72間的分界部分73略微在板52和62的總體部分(非突起部分)的下表面延伸面的下方(在加厚部分56和66的頂點(diǎn)面?zhèn)扰c總體部分表面的延長面之間且在加厚部分56和66的內(nèi)部)。
即，大直徑段71和小直徑段72間的分界部分73位于板51和52的非突起部分外表面延長線的外側(cè)且還位于加厚部分56和66的內(nèi)部。在圖1中，線73a標(biāo)明了分界部分73的一個位置。換句話說，相對于上轉(zhuǎn)動體將大直徑段插入在加厚部分的頂點(diǎn)面下方但不在板51和52的非突起部分延長線的下方的位置。相應(yīng)地插入下轉(zhuǎn)動體的大直徑段。
在進(jìn)行焊接的情況下，框架構(gòu)件50和60被安裝且固定在一底架上。在下表面的加厚部分的周圍部分處沒有底架。轉(zhuǎn)動體70的轉(zhuǎn)動中心就是連接區(qū)的中心，即這樣的中心是立板54的厚度的中心。
在圖4中描述了各部分尺寸間的關(guān)系。在兩個加厚部分56和66(兩個焊接部分55和56)對接的情況下，這兩個加厚部分56和66(兩個焊接部分56和66)的頂點(diǎn)寬度W1大于小直徑段72的直徑d，但小于大直徑段71的直徑D。
兩個加厚部分56和66(兩個焊接部分55和56)的基部的寬度W2大于大直徑段71的直徑D。兩個加厚部分56和66(兩個焊接部分55和56)的高度H1大于小直徑段72的長度。
當(dāng)大直徑段71的下端位于兩個加厚部分56和66(兩個焊接部分55和56)的部位73a上時，小直徑段72的尖端觸及構(gòu)件55或位于構(gòu)件55附近。
圖2示出了已完成摩擦攪動焊接的狀態(tài)。圖2示出了在圖1上側(cè)的連接(焊接)區(qū)W。在下側(cè)的連接區(qū)與上側(cè)的連接區(qū)是對稱的。在連接區(qū)W的外表面?zhèn)壬闲纬闪艘粋€指向空心框架構(gòu)件內(nèi)側(cè)的凹印K。凸厚部分56T和66T位于凹印K的兩側(cè)。
凸厚部分56T和66T是加厚部分56和66的殘余部分。凸厚部分56T和66T包括塑性變形的材料。凹印K的底面位于外側(cè)部位73a處，即從板51和61的外表面向外。
在圖1的上側(cè)面是有軌車輛的車體外表面?zhèn)鹊那闆r下，例如通過磨床對上表面連接區(qū)的多余部分(從板51和61的總體部分(非加厚部分)的表面向外伸出的部分)進(jìn)行機(jī)加工且由此形成與板51和61的總體部分的上表面一樣的平面。由于上表面?zhèn)冉?jīng)過機(jī)加工，所以可以很容易地進(jìn)行切削加工。
與上述相似地，在下表面?zhèn)壬洗嬖诎加和凸厚部分56T和66T。但是，當(dāng)凹印和凸厚部分位于車體的內(nèi)表面?zhèn)葧r，由于它們被裝飾板蓋住了，所以無需進(jìn)行機(jī)加工。
圖3示出了如下所述的狀態(tài)，即安裝在底架111上的框架構(gòu)件50和60穿過上側(cè)和下側(cè)連接在一起并隨后在被安裝到底架111上的狀態(tài)下對上表面?zhèn)鹊耐购癫糠?6T和66T進(jìn)行機(jī)加工。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，基本上可以防止出現(xiàn)延伸到板51和61的總體部分(非加厚部分)表面下方的凹印K。結(jié)果，無需進(jìn)行堆焊并用膩?zhàn)有扪a(bǔ)。
另外，在上述實施例中，加厚部分56和66的端部56a和66a彼此接觸，但是，在加厚部分間存在間隙的情況下，在摩擦攪動焊接時被流化的加厚部分56和66的基體金屬被壓入上述間隙中。結(jié)果，在有間隙的情況下，在連接區(qū)內(nèi)不產(chǎn)生缺陷。
具體地說，當(dāng)加厚部分的高度(圖4中的H1)為1mm時，其間間距為1mm的兩個構(gòu)件可被無缺陷地連接在一起。另外，可以使凹印K位于板51、52和板61、62的外表面的延長線的外側(cè)。即，可以基本上且很容易地防止出現(xiàn)延伸至板61、62和板51、52的表面下的凹印K。
如上所示，根據(jù)本發(fā)明，兩個待連接件可以相互接觸，但無需接觸；在待連接件的端部之間可以有間隙。根據(jù)本文所述，盡管兩個待連接構(gòu)件彼此相鄰(對接)，但這兩個構(gòu)件可以彼此接觸或可具有小的間隙。
例如，加厚部分56和66基部的寬度W2大于大直徑段71的直徑D。加厚部分56和66的頂點(diǎn)寬度W1大于小直徑段72的直徑d。當(dāng)轉(zhuǎn)動體70的中心偏離加厚部分56和66的中心時，上述尺寸是在考慮了兩個框架構(gòu)件間的間距的情況下確定的。
另外，連接區(qū)的加厚部分56和66在被連接到一起時可呈梯形。與加厚部分56和66被擠壓成四邊形的情況相比，在本發(fā)明中不存在多余部分。結(jié)果，本發(fā)明可節(jié)省少量的空心框架構(gòu)件并且還可以降低生產(chǎn)成本。
另外，可以減少磨床的機(jī)加工量，這是因為例如只有加厚部分的殘余部分需要機(jī)加工。另外，如圖6所示，在加厚部分56和66的側(cè)端51a和61a從板51和61的非加厚部分的外表面略微向上突出之后，可以使加厚部分56和66成梯形。
立板54防止了板51和61在加厚部分56和66因由轉(zhuǎn)動體70引起的壓力而彎向內(nèi)側(cè)。
在圖1中，空心框架構(gòu)件50的右端結(jié)構(gòu)形狀可采用空心框架構(gòu)件的左端結(jié)構(gòu)形狀也可以采用空心框架構(gòu)件60的右端結(jié)構(gòu)形狀?？招目蚣軜?gòu)件60的結(jié)構(gòu)形狀可采用相似結(jié)構(gòu)?？偠灾詈眠B接兩個空心框架構(gòu)件。
通過采用一光學(xué)探測器檢測對接部位來移動轉(zhuǎn)動體70。通過檢測加厚部分56和66的坡面56c和66c來決定轉(zhuǎn)動體70在寬度方向上的位置。如圖7所示，用于檢測的坡面56n和66n可設(shè)置在加厚部分56m和66m的對面?？煞謩e為加厚部分56m和66m或其中之一設(shè)置坡面56n(66n)。
在上述的各實施例中，兩個連接區(qū)的兩個端面56a和66a平行于轉(zhuǎn)動體70的軸心。但是，兩個端面56a和66a可相對轉(zhuǎn)動體70的軸心傾斜。例如，構(gòu)件50的端面56a是傾斜的，另一構(gòu)件60的端面66a在上側(cè)相對于端面56a是一致的。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，即使當(dāng)兩個端面間的間隙較大時，也可以根據(jù)轉(zhuǎn)動體70的轉(zhuǎn)動防止流化金屬從擠壓件55中流出。這種結(jié)構(gòu)適于連接對接管。
參見圖8A來描述連接裝置。空心框架構(gòu)件50和60被安裝在底架111上且由夾具113固定住。這兩個空心框架構(gòu)件50和60的對接部分被適當(dāng)?shù)貢簳r焊接在一起。
上轉(zhuǎn)動體70從一個沿寬度方向運(yùn)行的移動座121上懸垂下來。移動座121沿門型活動架122的上部構(gòu)架移動?；顒蛹?22沿一個縱向布置在空心框架構(gòu)件50和60兩側(cè)的軌道123運(yùn)行。
下轉(zhuǎn)動體70設(shè)置在一個布置在兩個底架111和111之間的移動座131上。移動座131安裝在活動架132上并沿寬度方向移動。
活動架132沿軌道133移動且也沿空心框架構(gòu)件50和60的縱向移動。下轉(zhuǎn)動體70設(shè)置在移動座131的上部上。移動座131和121也使轉(zhuǎn)動體70和70沿垂直方向移動。
許多壓緊空心框架構(gòu)件50和60用的滾輪124和134設(shè)置在移動座121和131上。滾輪124和134布置在轉(zhuǎn)動體70和70的前部且位于加厚部分56和66的兩側(cè)。必要時，沿運(yùn)行方向設(shè)置多排滾輪124和134。滾輪可加設(shè)在轉(zhuǎn)動體70的前面和后面。
移動座121和131帶有一個可檢測待連接位置的探測器(圖中未示出)。由探測器使移動座121和131沿寬度方向移動。在用激光作為探測器的情況下，探尋坡面56c，56c和66c，66c并檢測待連接中心。
在用轉(zhuǎn)動體70和70分別將空心框架構(gòu)件50的上、下表面與空心框架60的上、下表面連在一起后且在空心框架構(gòu)件50和60被安裝在底架111上的情況下，通過切削掉上表面的凸厚部分而對空心框架構(gòu)件50和60進(jìn)行光滑地精加工。
當(dāng)用手動工具進(jìn)行磨削加工時，所述表面可被加工得更光滑。為此，可以把凸厚部分設(shè)置在上表面上以便進(jìn)行機(jī)加工。
另外，首先由于凸厚部分經(jīng)過機(jī)加工后的余量很少且隨后用手動工具對殘余的凸厚部分進(jìn)行加工，所以可以縮短切削加工時間。在這種情況下，轉(zhuǎn)動體70不占據(jù)移動座121的后部并將切削工具安裝在移動座121上。在使轉(zhuǎn)動體70轉(zhuǎn)動的情況下，切削工具進(jìn)行切削加工。
例如如圖8B和8C所示，參見上表面?zhèn)鹊霓D(zhuǎn)動體70的后部，在上表面?zhèn)鹊囊苿幼?21上設(shè)有一個端部銑床126。端部銑床126切掉凸厚部分56T和66T。端部銑床126的下端位于一個略微離開空心框架構(gòu)件50和60的上面板51和61的上表面的上部上。端部銑床126的直徑比位于上述位置的凸厚部分56T和66T的寬度大許多。滾輪124和134從一上部位和一下部位向下推進(jìn)到端部銑床126附近并由此使端部銑床126的加工量均勻一致。
在上述實施例中，一對空心框架構(gòu)件在端部分別具有加厚部分，但是，如圖8D所示，可以形成這樣的結(jié)構(gòu)，即只有一個空心框架構(gòu)件具有一加厚部分。加厚部分66的金屬在位于空心框架構(gòu)件50的板的上表面以及空心框架構(gòu)件50和60之間的間隙中流動。另外，與上述相似地，在一個空心框架構(gòu)件60中，加厚部分形成于上面板61上，而在另一個空心框架構(gòu)件50中，下表面52具有加厚部分。
在上述實施例中，框架構(gòu)件(如擠壓框架構(gòu)件)被例舉為空心框架構(gòu)件。但是，本發(fā)明可用于非空心的(如擠制)框架構(gòu)件。隨后將描述這樣的實施例。
圖9示出了一個在板形擠壓框架構(gòu)件31和32的端部具有加厚部分34和35的接頭結(jié)構(gòu)的例子，所述框架構(gòu)件31和32是通過對接加厚部分34和35并進(jìn)行摩擦攪動焊接而連接起來的。在焊接過程中，擠壓框架構(gòu)件31和32設(shè)置在支承工具(底架)36上。為了防止支承工具與連接區(qū)W相連，使這些支承工具36由比擠壓框架構(gòu)件31和32的材質(zhì)硬的材料制成。
至于接頭的對接面，由于轉(zhuǎn)動體70旋轉(zhuǎn)并且移動，所以可獲得圖10所示的連接區(qū)W。轉(zhuǎn)動體70相對加厚部分34和35的位置關(guān)系與上述實施例中的位置關(guān)系相似。
隨后，如圖11所示，用磨床等工具光滑地除去凹印K和凸厚部分。連接裝置的滾輪124等構(gòu)件與上述實施例中的相應(yīng)構(gòu)件相似。
另外，在擠壓框架構(gòu)件等只有一個連接區(qū)的情況下，在圖8A所示的實施例中，可設(shè)置一個支承擠壓框架構(gòu)件用的滾輪以取代下轉(zhuǎn)動體70。在這種結(jié)構(gòu)中，無需支承框架構(gòu)件31和32的整個表面。結(jié)果，可簡化底架結(jié)構(gòu)。
圖12-圖14所示的實施例示出了各框架構(gòu)件37和38的一個表面具有許多肋條39的情況。在與具有肋條39的表面相對的表面上，具有加厚部分34b和35b的框架構(gòu)件37和38通過摩擦攪動焊接方式被連接在一起。底架36B支承肋條39的下端和加厚部分34b和35b的下表面。摩擦攪動焊接的實施過程與上述實施例相似。
圖15-圖16所示的實施例示出了具有加厚部分34b和35b的擠制框架構(gòu)件37c和38c設(shè)置在肋條39一側(cè)的情況。在這種結(jié)構(gòu)中，底架36C的一側(cè)變成平面。
結(jié)果，在允許肋條39的相對側(cè)略微不平整的情況下，可以取消使連接區(qū)光滑的精加工工序，從而可以低成本地制造連接結(jié)構(gòu)。連接區(qū)W是一個連接良好的區(qū)域而且它可以獲得預(yù)定的厚度。
以下描述圖17-圖19所示的實施例。在圖17中，有軌車輛的側(cè)構(gòu)架416是由許多擠壓框架構(gòu)件150和160構(gòu)成的。在窗口172和172之間的和在進(jìn)出口171和窗口172之間的各擠壓框架構(gòu)件150沿圖17中的縱向延伸(即所述框架構(gòu)件的長度方向為上述縱向)。在窗口172的下部和上部的各擠壓框架構(gòu)件160沿圖17中的橫向延伸(即所述框架構(gòu)件的長度方向為上述橫向)。即，擠壓框架構(gòu)件150和擠壓框架構(gòu)件160(即框架構(gòu)件長度)沿彼此垂直相交的方向延伸。
與上述實施例相似，通過設(shè)有加厚部分，同向延伸的(指其長度方向相同)擠壓框架構(gòu)件150和150彼此相連，而且同向延伸的(指其長度方向相同)擠壓框架構(gòu)件160和160彼此相連。
圖18示出了在框架構(gòu)件150和160的延伸方向上的相交部分。圖18示出了在摩擦攪動焊接前的狀態(tài)。擠壓框架構(gòu)件150和160在板的一側(cè)各具有一肋條153和163。擠壓框架構(gòu)件150和160不是空心框架構(gòu)件。擠壓框架構(gòu)件150和160使板151和161支承在底架36C上。肋條153和163指向上部。肋條153和163的側(cè)面是車輛的內(nèi)側(cè)，而板151和161的側(cè)面是車輛的外側(cè)。
擠壓框架構(gòu)件150的端部被擠壓到肋條153的一側(cè)上并且構(gòu)成了一加厚部分156。加厚部分156被進(jìn)一步擠壓向待焊接的擠壓框架構(gòu)件160并構(gòu)成一擠壓部分157。擠壓部分157與擠壓框架構(gòu)件160的板161的內(nèi)側(cè)(肋條163側(cè))搭接。部分?jǐn)D壓部分157的肋條163被切除。例如，擠壓部分157的擠壓量等于加厚部分156的寬度L1，即擠壓部分157對應(yīng)于加厚部分156。擠壓部分157的尖端與加厚部分156相似地具有一個側(cè)斜面。
由于從上部插入轉(zhuǎn)動體70，所以當(dāng)進(jìn)行摩擦攪動焊接時，由于擠壓部分157疊置在位于這兩個擠壓框架構(gòu)件150和160的端部150b和160b之間的間隙150c上而使擠壓部分157的金屬等流向間隙150c。另外，金屬也流向擠壓框架構(gòu)件160的上部。結(jié)果，與不帶有加厚部分156和擠壓部分157的情況相比并且進(jìn)一步地與不只帶有擠壓部分157的情況相比，可以在上述的情況下獲得良好的焊接效果。
由于通過切除擠壓框架構(gòu)件160的肋條163且由擠壓部分157覆蓋擠壓框架構(gòu)件160，所以在擠壓部分157附近的板161可被壓下并可獲得良好的焊接效果。
三角形槽158開設(shè)于位于擠壓框架構(gòu)件150的端部150b和擠壓框架構(gòu)件160的端部160b間的加厚部分156的外表面上。此槽158起到了用于最初確定轉(zhuǎn)動體70的位置的位標(biāo)的作用。此槽158還用作一個用于探測器的標(biāo)記。
圖20示出了在肋條153側(cè)未設(shè)置加厚部分156和擠壓部分157的情況。肋條153和163安置在底架36B上。加厚部分156、擠壓部分157和環(huán)繞這兩部分的板151和161安置在一個從底架36B向上部伸出的底架上。在擠壓框架構(gòu)件160端部附近的肋條163被切除。使擠壓框架構(gòu)件150的加厚部分156和擠壓部分157位于板151側(cè)(車輛的外表面?zhèn)?。
在焊接擠壓方向直交的框架構(gòu)件的情況下，可以采用只有一個加厚部分156而不帶擠壓部分157的結(jié)構(gòu)。另外，擠壓部分朝相鄰構(gòu)件設(shè)置的結(jié)構(gòu)可適用于空心擠壓框架構(gòu)件等。另外，擠壓部分結(jié)構(gòu)可適用于連接兩個非直交的擠壓框架構(gòu)件即適用于焊接兩個平行構(gòu)件。
上述方法可適用于對接蜂窩板。各蜂窩板包括兩個面板、一個位于這兩個面板之間的蜂窩式芯件、以及一個設(shè)置在芯件的周圍部分上的凸緣件等。
待連接的客體可以是管件等。在這種情況下，上述實施例的板可適當(dāng)?shù)赜梢粋€圓柱體取代。
可以通過采用本發(fā)明而避免產(chǎn)生延伸到連接件的表面下方的凹印。因此，可以簡化連接件的精加工，所述精加工是為了產(chǎn)生一個穿過所述連接件間的接頭的光滑表面。
另外，即使在將通過摩擦攪動焊接連接的構(gòu)件之間有一處或多處間隙且這些間隙較大時，也可以避免產(chǎn)生延伸到連接件表面下方的凹印，由此簡化提供一個穿過接頭的光滑表面的精加工工作。
在不超出本發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)特征的前提下，可以通過其它具體方式實施本發(fā)明。因此，從各個方面看，上述實施例應(yīng)被認(rèn)為是示意性的實施例而不是限定性的實施例。本發(fā)明的范圍是由隨后的權(quán)利要求書限定的而不是由上述說明書限定的。所以，所有落入權(quán)利要求的等同替換方式的范圍和目的中的改動都包含在本權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種摩擦焊設(shè)備，包括一個用于安裝要進(jìn)行焊接的構(gòu)件(50、60)的墊座(111、111)；一個用于按沿著所述墊座(111、111)的方向運(yùn)行的下方的運(yùn)行體(131)；一個安裝在所述下方的運(yùn)行體(131)上的下方的摩擦焊裝置(70)，它與所述下方的運(yùn)行體一起按沿著所述墊座的方向運(yùn)行并且具有一個用于朝所述構(gòu)件運(yùn)動的回轉(zhuǎn)體；以及一個用于除去欲進(jìn)行焊接的所述構(gòu)件(50、60)的一個突出部分(56、66)的去除裝置，該去除裝置安裝在所述下方的運(yùn)行體(131)上，且沿所述下方的運(yùn)行體的運(yùn)行方向位于所述摩擦焊裝置(70)之后。
2.如權(quán)利要求1所述的摩擦焊設(shè)備，其特征為，所述下方的運(yùn)行體安裝在一個用于按沿著所述墊座的方向運(yùn)行的第一運(yùn)行體上，下方的運(yùn)行體與第一運(yùn)行體一起運(yùn)行。
3.如權(quán)利要求2所述的摩擦焊設(shè)備，其特征為，所述下方的運(yùn)行體沿朝向所述構(gòu)件的方向運(yùn)動，從而回轉(zhuǎn)體可移向所述構(gòu)件。
4.如權(quán)利要求3所述的摩擦焊設(shè)備，其特征為，所述的朝向所述構(gòu)件的方向垂直于沿著所述墊座的運(yùn)行方向。
5.如權(quán)利要求1所述的摩擦焊設(shè)備，其特征為，所述的朝向所述構(gòu)件的方向垂直于沿著所述墊座的運(yùn)行方向。
6.一種摩擦焊設(shè)備，包括一個用于安裝要進(jìn)行焊接的構(gòu)件(50、60)的墊座(111、111)；一個用于按沿著所述墊座的方向運(yùn)行的上方的運(yùn)行體(121)；一個安裝在所述上方的運(yùn)行體上的上方的摩擦焊裝置(70)，它與所述上方的運(yùn)行體一起按沿著所述墊座的方向運(yùn)行并且具有一個用于朝所述構(gòu)件運(yùn)動的回轉(zhuǎn)體；以及一個用于除去欲進(jìn)行焊接的所述構(gòu)件(50、60)的一個突出部分(56、66)的去除裝置，該去除裝置安裝在所述上方的運(yùn)行體上，且沿所述上方的運(yùn)行體的運(yùn)行方向位于所述摩擦焊裝置之后。
全文摘要
本文披露了一種摩擦攪動焊接技術(shù)，它避免了在連接區(qū)內(nèi)出現(xiàn)延伸到連接表面下方的凹印。在待連接框架構(gòu)件的端部設(shè)有伸向轉(zhuǎn)動體的加厚部分。待連接的相鄰件的兩個鄰接加厚部分可形成梯形。轉(zhuǎn)動體具有一個小直徑末端和一個大直徑段。將轉(zhuǎn)動體插入加厚部分。在先插入小直徑末端至大直徑段與加厚部分搭接但不延伸到連接件的非加厚部分上表面下方的狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動體并使之沿連接區(qū)移動。即使在兩個加厚部分之間存在間隙，也可以實現(xiàn)理想的連接。在連接后，加厚部分的殘余部分可經(jīng)過機(jī)加工而形成光滑表面。
文檔編號B23Q3/155GK1541799SQ20041004734
公開日2004年11月3日 申請日期1998年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月23日
發(fā)明者青田欣也, 江角昌邦, 邦, 石丸靖夫, 岡村久宣, 宣, 夫, 舟生征夫, 佐藤章弘, 弘 申請人:株式會社日立制作所