[发明专利]用于将加强件摩擦搅拌焊接在飞行器面板上的改善方法和系统

说明书

本发明提供一种用于将加强件（22）的凸缘（26）线性透明摩擦搅拌焊接（FSW）至用于飞行器的至少一个面板（24）上的方法，其中，焊缝（90）沿着加强件的所述凸缘（26）形成，并且焊缝在横截面从加强件凸缘（26）的第一侧边缘（32a）延伸至相对的第二侧边缘（32b）。用于施行以上焊接方法的系统，该系统包括布置为三角形的三个焊头（54a，54b），三个焊头中的每一者均包括旋转销（66a，66b）和在所述旋转销的基部处延伸的肩部（74a，74b）。

技术领域

本发明涉及将加强件固定在飞行器面板特别是飞机面板上。

根据本发明涉及的面板可以是机身面板、翼面面板或者尾翼面板、也或者是形成储存箱或者起落架舱的一部分的面板、或者任何其他类型的面板。

固定至这些面板的加强件可以具体是机身周向框架、机身纵向桁架或者加强件、机翼表面或者尾翼加强杆或者肋状物、地板横向构件或地板梁等。

背景技术

在飞行器中加强件至面板上的固定通常通过铆接实现。

为了减少用于固定加强件至对应面板上的时间和操作成本，设想了特别地包括所谓的摩擦搅拌焊接技术的另一技术。

通常，称为摩擦搅拌焊接(FSW)的技术已知用于以至少等同于使用常规铆钉接合达到的效率的效率来制成允许力在所装配的部件之间传递的快速持久的机械接合。

在图1中示意性示出的该技术使用包括至少一个焊头10的焊接装置，该至少一个焊头10包括旋转销12、和肩部14，该肩部14延伸至旋转销12的基部并且具有通常等于该旋转销12的平均直径的2至2.5倍的直径。

两个部件16a、16b的摩擦搅拌焊接涉及在两个部件16a、16b之间的接合面18处将旋转销12引入至两个部件中，直到肩部14与部件16a、16b中的每个的表面进行接触为止。旋转销12至构成部件16a、16b的材料中的引入通过该材料的由于旋转销12针对两个部件16a和16b的摩擦产生的热量而产生的局部软化而成为可能。在旋转销12的周围的部件16a、16b的材料的面团样状态允许该旋转销沿着接合面18移动。旋转销12的转动以及在适当的情况下肩部14的转动引起处于在面团样状态的材料的搅拌。

通过旋转销12引起的挤压和通过肩部14产生的锻造效果因此逐渐地导致焊缝的形成。该焊缝表现为两种材料所共有的由于恢复再结晶现象而形成的新金相结构的形式，其中，该金相结构因此保证在冷却后两个部件16a、16b的良好结合。

如在图2中示意性地示出的，通过使用反模板20，反压力施加在部件16a、16b中的每个的与焊头10相反的面上，以抵消通过旋转销12施加的压力。这种反模板有时结合了允许通过摩擦产生的热的一部分被移除的冷却装置。这通常提高部件在焊接后的机械特性。这种冷却装置表现为例如下述通道21的形式：该通道21结合在反模板20中并且传热流体在通道21中流动。

该摩擦搅拌焊接技术允许实现所谓的“对接焊接”，如在图1和图2中示出的，在该对接焊接中，其中，旋转销12的轴线局部地平行于要被装配的部件之间的接合面。

该技术还允许实现所谓的“透明焊接”，在该透明焊接中，旋转销12的轴线局部地垂直于待装配的部件之间的接合面。在该情况下，待装配的部件中的一个被插入焊头与待装配的另一个部件之间。

摩擦搅拌焊接技术特别具有在待装配的部件的组成材料的熔点之下实现的优点，这特别地避免了与经常与其他焊接技术同时出现的重新固化相关的问题。

该技术另外提供不需要任何填充物材料和不引起任何污染烟雾散发的优点。

此外，焊接装置沿着待装配的部件的接合面移动时的速度可以达到每分钟2米，使得该焊接技术允许使部件快速地并且以降低的成本装配。

该焊接技术另外提供高度自动化水平的可能性。