[发明专利]针对要点焊的薄板厚度采用适当数量的台肩进行搅拌摩擦点焊的设备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种搅拌摩擦点焊的方法和设备。更具体地说，本发明涉及一种用于搅拌摩擦点焊具有不同厚度的薄板的方法和设备。

背景技术

搅拌摩擦点焊(FSSW)技术源自传统的搅拌摩擦焊接(FSW)，除了未使用横向运动外，该技术当作传统的工艺来应用。替代所述横向运动的仅是向下运动(插入)和伴有工具进行旋转运动的收缩运动。该技术中存在各种延伸，增强了接头的质量，例如通过来回移动工具、或使用伸缩式搅拌头(pin)工具以两个单独的运动进行插入操作。使用搅拌摩擦点焊允许快速连接，而不需要可用作与传统铆钉结合的替换物的消耗品。

一个共同的问题在于进行点焊的薄板可具有不同的厚度。首先，如果使用传统的搅拌摩擦焊接工具来进行基于位置的插入，则台肩可能“过度插入”材料(插入上薄板内太深)，或更糟糕的是，台肩根本未接触到材料。第二，传统工具的搅拌头的长度必须适合要连接的薄板的厚度。搅拌头既不应当超过要连接的板材的厚度，也不应当太短且不能完全插入下薄板。不能完全插入下薄板时，不能形成接合。

由于应用搅拌摩擦点焊接合的一个重要原因在于接合可适用的速度，时间周期必须尽可能地短。在传统的插入过程中，插入工具的搅拌头部件时，仅仅产生很少的热量。当工具的台肩部件与材料接触时，产生高扭矩。如果在插入的过程中，工具向下的速度要最大化，那么传统插入的极限扭矩会给搅拌摩擦焊接机器带来所不希望的高载荷，在最糟糕的情况下，这会损害机器或搅拌摩擦焊接工具。

日本专利申请JP2001-321967描述了用于搅拌摩擦点焊三个金属板的工具，该工具具有锥形搅拌头，其直径朝着端部方向减小。该工具也具有传统的台肩，在焊接的过程中，将该台肩安装在顶部金属板的表面内。

如果两个金属板要使用搅拌摩擦点焊进行连接，则在台肩与顶板的顶面相接触时，将工具设置为使得搅拌头足够长，以穿过整个顶板并穿入底板。当薄板的厚度变化时，有必要改变用于搅拌摩擦点焊的工具，使得工具的搅拌头穿入底板，而不穿过底板。然而，每次薄板的厚度变化时，必须要耗费时间来更换工具。

发明内容

本发明的目的在于提供一种搅拌摩擦点焊的方法和设备，该搅拌摩擦点焊提供了令人满意的焊接结果，而且当金属板的厚度在预定的区间(interval)内变化时，不需要更换用于搅拌摩擦点焊的工具。

使用根据独立权利要求的方法和设备实现上述目的。

使用从属权利要求书的特征实现本发明的其他优势。

本发明的基本思想是使用具有许多台肩的搅拌摩擦点焊工具，该台肩的数量超过要焊接的金属板的数量。

根据本发明的第一方面，一种搅拌摩擦点焊的方法包括下列步骤：将至少两个金属板安装在支撑平面上，该至少两个金属板彼此至少部分重叠，其中每个金属板在垂直于支撑平面的方向上具有在最小厚度到最大厚度的区间之内的厚度。该方法进一步包括提供具有长度轴(length axis)的工具的步骤，该工具在焊接端包括端部，该端部绕长度轴圆形对称，在焊接的过程中将该端部设置为与金属板接触，并且该端部包括朝着焊接端阶梯式减小的直径，其中，直径的每次阶梯式减少量限定(define)台肩；并且，该方法还包括：在焊接的过程中，旋转该工具的步骤。该方法的特征在于，该方法包括下列步骤：在焊接的过程中，沿着该工具的长度轴方向朝着支撑平面将该工具移动到预先确定的位置，在该预先确定的位置处，该焊接端和支撑平面之间的距离大于零且小于金属板之一的最小厚度；第一台肩位于与焊接端相距小于金属板之一的最小厚度的一半的距离处，数量比要连接的金属板的数量多的台肩位于与焊接端相距一距离内，该距离小于金属板的最大厚度与要连接的金属板的数量减去一的积。

根据本发明的第一方面的方法，在较大范围的厚度内，可获得令人满意的金属板搅拌摩擦点焊结果。可将台肩设置在金属板内必要的位置处。

所述台肩直径的最小减少量和台肩直径的最大减少量之间的系数(factor)可在区间1-2内。所述直径当然能够减小得更多，但是在区间1-2内能够提供良好的搅拌摩擦点焊结果。

该方法可包括：在距所述金属板一距离处开始旋转所述工具，该距离小于金属板的最大厚度。这样，即使在所述工具移动到焊接位置的过程中撞击到任何东西，为不随意性焊接提供了更小的风险。然而，所述工具可能在距金属板的任意距离处开始旋转。