[发明专利]带非圆周肩部的摩擦搅拌工具及其可实施的摩擦搅拌方法

说明书

为了能够以简单的过程可靠的方式借助于摩擦搅拌连接具有棱边偏移（18）的工件（10、12），本发明提出了用于摩擦搅拌的摩擦搅拌工具（30），其具有用于压到工件表面（14）上的肩部（34）以及突出超过肩部（34）的可旋转驱动的针（32）用于塑化地插入至少一个有待加工的工件（10、12）中，其中所述肩部（34）在圆周区域上具有中断开口（42），使得肩部（34）不是全圆周地围绕所述针（32）。此外，提出了设有该摩擦搅拌工具的摩擦搅拌装置（50）以及能够用该摩擦搅拌装置实施的摩擦搅拌方法。

技术领域

本发明涉及一种用于摩擦搅拌的摩擦搅拌工具，具有用于压紧到工件表面的肩部以及伸出超过该肩部的可旋转驱动的针用来塑化地插入至少一个有待加工的工件中。本发明还涉及一种设有这种摩擦搅拌工具的摩擦搅拌装置。此外，本发明还涉及一种可用这种摩擦搅拌工具或者这种摩擦搅拌装置实施的摩擦搅拌方法。

背景技术

本发明基于摩擦搅拌的领域（英语：“Friction Stir Processing”），其用在工件的维修、加工以及改良并且尤其用在工件的连接之中。在摩擦搅拌中将针状的突起在旋转移动中插入至少一个工件中，从而至少在焊针的接触区域内改性工件材料。为了维修目的，将旋转的针例如插入工件的裂纹中。

摩擦搅拌的特殊情况是摩擦搅拌焊接或者“Friction Stir Welding”（FSW），这越来越多地用在航空和航天技术中、轨道交通技术中、娱乐电子设备以及汽车制造中。在此涉及简单的、干净的并且革新的联接方法，其突出之处在于较高的效率以及较高的自动化潜力，由此降低了制造成本并且降低了由此形成的结构的重量。

尤其在WO 93/10935中描述了一种摩擦搅拌焊接。在此，两个有待相互焊接的工件处于接触之中并且保持在该位置中。在所述工件的连接区域内，在旋转移动之下插入相应的工具的焊针或者针状的突起，直到在针上方布置在工具上的肩部靠在工件的表面上。在此，通过工具和工件之间的相对移动产生摩擦热量，使得相邻的材料区域在连接区域内处于塑化的状态。工具在针旋转期间与连接区域接触，沿着工件的连接线向前沿着进给方向移动，使得围绕针的材料塑化并且随后加固。在材料完全硬化之前，所述焊针从连接区域或者工件移开。

由DE 10 2005 030 800 B4公开了一种摩擦搅拌工具、设有该摩擦搅拌工具的摩擦搅拌装置以及用于借助于摩擦搅拌沿着连接线焊接至少两个相互靠着的工件的摩擦搅拌焊接方法形式的摩擦搅拌方法。由DE 10 2005 030 800 B4公开的摩擦搅拌焊接方法的突出之处在于，相对于前面公开的摩擦搅拌焊接方法，在焊接过程期间仅仅旋转地驱动所述针，而肩部以n=0的转速得到保持。该肩部以及针由此能够相互相对旋转地构造。由此能够实现大量艰难的焊接任务。

此外，更大的挑战是连接不同厚度的工件。沿着工件之间的阶梯或者棱边偏移的摩擦搅拌焊接尤其都不同于普通的。

为此，在DE 100 63 920 A1中提出，在棱边偏移上布置底座，该底座支持更薄的工件并且然后从背侧实施摩擦搅拌焊接方法，该背侧是两个工件以其上面的外侧面处于一个平面内的地方。然而这种焊接方法不能在所有焊接任务中实施，经常希望刚好从带有棱边偏移的一侧进行的焊接。尤其值得期望的是，代替棱边偏移产生相应削平或者倒斜面的过渡区域。然而这刚好像在DE 100 63 920 A1中所解释地与困难相联系。

在DE 102 96 452 T5（WO 02/070186的德语翻译）以及DE 601 08 812 T2（EP 1166 946 B1的德语翻译）中为了连接两个不同厚度的带有棱边偏移的工件，建议带有肩部以及从肩部突出的针的摩擦搅拌工具置于相对于有待连接的工件的迎角下并且用该迎角沿进给方向移动以形成焊缝。