專利名稱：摩擦攪動連接部位的修補方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及摩擦攪動連接(friction stirjoining)部位的修補方法，尤其是涉及用鋁合金材料作基礎部件的工件的摩擦攪動連接部位的修補方法。
摩擦攪動連接法是這樣一種方法按該法，使一圓棒(被稱為轉(zhuǎn)動工具)插入欲經(jīng)受摩擦攪動連接的兩工件的結(jié)合部(該工件比如是鋁合金框架件)的圓棒轉(zhuǎn)動，然后使該轉(zhuǎn)動工具沿此二經(jīng)受摩擦攪動連接的擠壓框架件的連接線移動。這兩個經(jīng)受摩擦攪動連接的擠壓框架件的摩擦攪動連接部位被加熱、軟化、塑性流化。
轉(zhuǎn)動工具是由插在兩擠壓框架件的摩擦攪動連接部位的小直徑部位和設置在該小直徑部外側(cè)部位的大直徑部位構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)工具的小直徑的中心與該旋轉(zhuǎn)工具的大直徑部位的中心同軸設置。
該旋轉(zhuǎn)工具的小直徑部位和大直徑部位的交界部份稍插入該兩擠壓框架件的摩擦攪動連接部位中。該旋轉(zhuǎn)工具逆著兩擠壓框架件的連接進行方向向后傾斜。
當對此二擠壓框架件進行摩擦攪動連接時，在插入該旋轉(zhuǎn)工具的、擠壓框架件的一側(cè)的表面上形成該擠壓框架件的突起部位。因此，在此二擠壓框架件的摩擦攪動連接部位處，該擠壓框架件的板厚變小。
為防止上述的該擠壓框架件板厚減小的問題。在欲經(jīng)受摩擦攪動連接的擠壓框架件的端部，提供朝著該旋轉(zhuǎn)工具一側(cè)突起的升高部位，然后對包括此升高部位的兩擠壓框架件進行摩擦攪動連接。
此外，替代向該擠壓框架件提供該升高部位的是，對此二擠壓框架件(第一和第二擠壓框架件)設置第三塊板，然后對此二擠壓框架件和此第三塊板進行摩擦攪動結(jié)合。
還有，在摩擦攪動連接中空框架件時，整體地設置一個與該中空框架件的面板垂直的支撐板，借助摩擦攪動連接的力可防止該中空框架件面板彎折。
上述技術(shù)公開于日本專利申請公開，平9-309164(EP 0797043 A2)中。
圖9展示了按摩擦攪動連接法連接火車車廂10側(cè)部構(gòu)件的技術(shù)。在該火車車廂10的側(cè)部結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中，采用了擠壓框架件20和30(第一擠壓框架件20和第二擠壓框架件30)。
這類擠壓框架件20和30是通過擠壓成型和模制而成的，比如，在鋁合金件(A6NO1材料)各自的側(cè)緣部件使它們連接，再沿第一、二擠壓框架件20和30的連接線40對第一，二擠壓框架件20和30進行摩擦攪動連接，于是在第一和第二擠壓框架件20和30之間形成接縫50。
上述的A6NO1材料作為鋁和/或鋁合金的擠壓框架件材料被用作火車車廂材料，因為可獲得截面形狀復雜的、大而薄的中空框架，并可得到高防腐蝕性能和良好的焊接性能。
上述A6NO1材料的化學成份是0.40-0.9％Si、小于0.35％的Fe、小于0.35％的Cu、小于0.50％的Mn、0.40-0.8％Mg、小于0.3％Cr、小于0.25％Zn、小于0.10％Ti、及余量的Al。
接著，檢測第一和第二擠壓框架件20和30的接縫50，沒有缺陷時，就將它原樣保留下來，當在對接縫50進行缺陷修補后，發(fā)現(xiàn)縫50中有缺陷時，則進行發(fā)狀裂縫處理(hairline processing)等工序，從而可形成具有美麗外觀的第一和第二擠壓框架件20和30的表面。
圖4展示了沿第一和第二擠壓框架件20和30的連接線40進行摩擦攪動連接，及在第一和第二擠壓框架件20和30間形成接縫50的狀況。
檢測第一和第二擠壓框架件20和30的接縫50，比如，按超聲波探傷法進行檢測，假設在接縫50上發(fā)現(xiàn)了圖5所示的缺陷。
此外從

圖1到圖7未畫出升高部分的端部線(但圖3除外)。圖6和7中所示的每種結(jié)構(gòu)表示了在接縫50上發(fā)現(xiàn)的缺陷70的常規(guī)修補過程。
第一和第二擠壓框架件20和30分別用A6NO1鋁合金材料作基礎件按擠壓工藝制成。由于對第一和第二擠壓框架件20和30進行摩擦攪動連接而形成的接縫50具有和第一和第二擠壓框架件20和30的基礎件相同的A6NO1材料的組份。
為去除接縫50中的缺陷，用諸如砂輪之類的工具處理出一個包括這種缺陷部位的部分，并形成修補區(qū)70。
接著進行MIG焊(金屬惰性氣體保護焊)，形成修補縫80。當進行MIG焊時，采用適于MIG焊的焊絲。具有A5356規(guī)范的材料被用作這種焊接的材料。
圖8示出一種狀態(tài)，其中對包括已被修補的接縫50的連接部位進行發(fā)狀裂縫處理部位52。與第一、二擠壓框架件20和30的表面相比，發(fā)狀裂紋處理部位52具有性能高度均勻的表面，因而可用保留這種未上漆狀態(tài)的表面作火車廂10的側(cè)部構(gòu)件。
當對按上述的常規(guī)摩擦連接形成的，用MIG修補過的接縫50進行發(fā)狀裂紋處理52時，圖8中的修補部位82的表面顯示出與其周邊表面不同的外觀。
至于修補部位的外觀，它保持與火車廂10的側(cè)部構(gòu)件一樣未涂漆的狀態(tài)，當采用這種連接件時，從外觀感覺方面而言，這就成了問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種能克服上述問題的修補摩擦攪動連接部位的方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種能去除摩擦攪動連接部位中的缺陷的修補摩擦攪動連接部位的方法。
本發(fā)明的再一目的在于提供修補摩擦攪動連接部位的方法，按該法可去除兩個欲經(jīng)受摩擦攪動結(jié)合工件的摩擦攪動連接部位的接縫中的缺陷。
本發(fā)明的修補通過運用摩擦攪動連接而形成的摩擦攪動連接部位的方法包括通過按打摩法去除缺陷而形成修補區(qū)的步驟，該缺陷包括在連縫中，及按TIG(惰性氣體保護鎢電極焊接)焊接法，采用與基礎件為同一材料的焊條，在已形成的修補區(qū)中形成修補接縫的步驟。
本發(fā)明的修補摩擦攪動連接部位的方法還包括對包括修補接縫和該接縫的連接部位進行發(fā)狀裂縫處理的步驟。
圖1是示出本發(fā)明修補摩擦攪動連接部位的工藝的一個實施方案的說明圖；圖2是示出本發(fā)明修補摩擦攪動連接部位的工藝的一個實施方案的說明圖；圖3是展示本發(fā)明修補摩擦攪動連接部位的工藝的一個實施方案的說明圖；圖4是展示摩擦攪動連接的示意圖；圖5是展示摩擦攪動連接中的缺陷的說明圖；圖6是展示現(xiàn)有技術(shù)的修補摩擦攪動連接部位的工藝的說明圖；圖7是展示現(xiàn)有技術(shù)的修補摩擦攪動連接部位的工藝的說明圖；圖8是展示現(xiàn)有技術(shù)的修補摩擦攪動連接部位的工藝的說明圖；圖9是展示按摩擦攪動法制造火車廂側(cè)部構(gòu)件的說明圖；圖10是沿圖9中的A-A線截取的剖面圖。
圖1和2分別展示了將要說明的本發(fā)明實施方案的、修補摩擦攪動連接部位的方法。
對構(gòu)成火車廂10的側(cè)部構(gòu)件的第一和第二擠壓框架件20和30進行摩擦攪動連接，在第一和第二擠壓框架件20和30之間的連接部位40上形成接縫50。
圖9是按摩擦攪動連接法制造火車廂10的側(cè)部構(gòu)件的說明圖，而圖10是沿圖9中的A-A線截取的剖面圖。
在圖10中，將第一和第二擠壓框架件20和30的升起部位22和32的側(cè)端部緊靠在一起，然后通過進行摩擦攪動連接形成接縫50。
當?shù)谝缓偷诙D壓框架件20和30的升起部位22和32被用作火車廂10的外面時，按照打磨工藝，連接的升起部位被作為平面使用，但，當該連接的升起部位的反面作為火車廂的外側(cè)而形成時，則該連接的升起部位保留原樣不變。
第一和第二擠壓框架件20和30的上述接縫50是用A6NO1的同類材料形成的，該材料也是第一和第二擠壓框架件20和30的基本部件。
接著，檢測第一和第二擠壓框架件20和30的接縫50。這種對接縫50的檢測，可在保留第一和第二擠壓框架件20和30的升起部位22和32的條件下進行，或在切去第一，二擠壓框架件20和30的升起部位22和32的條件下進行。
對接縫50檢測的結(jié)果是，當在接縫50上發(fā)現(xiàn)缺陷，如開裂或疵點等時，則去除包括這類缺陷的接縫50的周邊，或用砂輪進行打磨，形成修補區(qū)70。
接著，如圖2所示，用TIG焊(惰性氣體保護鎢極弧焊)對修補區(qū)70形成修補縫100。即，對修補區(qū)進行對縫焊接。
在進行TIG焊時，制備用類似于基礎件的A6NO1材料制成焊條，然后用上述的A6NO1材料制的焊條進行上述的TIG焊。這種用A6NO1材料制的焊條是通過切割基礎件的第一、二擠壓框架件20和30的涂料制成的。
按照TIG焊，用同一材料形成接縫50和修補縫100。在TIG焊時，由于電極材料(鎢電極或鎢合金電極)和焊條材料彼此不同，所以可采用與基礎件材料相同的焊條。
通過切割而去除第一、二擠壓框架件20和30的升起部位22和32，然后對該升起部位一側(cè)的面進行發(fā)狀裂紋處理。
結(jié)果，如圖3所示的，因?qū)B接部位進行發(fā)狀裂紋處理而得的發(fā)狀裂紋處理部位54而言，沒有留下痕跡或印跡。因此，可得到具有高質(zhì)量的第一、二擠壓框架件20和30的表面。因而，可按本發(fā)明的這一實施方案構(gòu)成具有美感外觀的火車廂10。
在采用A6NO1材料的擠壓框架件的情況下進行MIG焊時，采用A5356材料的焊條。這種組合是由焊絲制造商推薦的。從焊接強度和實際操作方面來看，上述這種組合最好。
至于A6NO1材料制的框架件與A6NO1材料制的焊條的組合，A6NO1材料制的焊條尚未上市。此外，上述的A6NO1材料制的框架件與A6NO1材料制的焊條的組合已被從焊接強度和焊接性能等各方面中除去。
在本文中，出于上述原因，按本發(fā)明，A6NO1材料制的剩余件被切開，再將其制成焊條。在切割第一、二擠壓框架件20和30的升起部位22和32之后，根據(jù)情況還對接縫50進行檢測和修補。
對于第一或第二擠壓框架件20或30的情況，當連接部位在兩面形成時，上述的TIG焊用于修補進行過發(fā)紋處理的外面。在修補內(nèi)側(cè)面的情況下，采用MIG焊，它使用普通材料的，A5356規(guī)范材料制的焊條。
如圖10所示，當通過使旋轉(zhuǎn)工具的小直徑部位接近材料基底以進行摩擦攪動連接時，圖10中所示的第一和第二擠壓框架件20和30的下面?zhèn)缺荒サ煤芄饣?。該面用作火車廂的外面，進行發(fā)紋處理。
當從圖1的下面?zhèn)葘涌p50進行修補時，可用上述的TIG焊進行這種修補。在完成了TIG焊之后，通過磨削切去修補縫100，再使其光滑。
如上所述，按本發(fā)明，當通過連接擠壓框架件來構(gòu)成結(jié)構(gòu)件，如鋁制的火車廂時，及修補按摩擦攪動連接法形成的接縫中的缺陷時，通過打磨等法去除缺陷部位，形成修補區(qū)，將材質(zhì)與框架件相同的焊條用于該修補區(qū)，再按TIG焊工藝形成修補縫，上述的框架件是用鋁合金料形成的中空擠壓框架件制成的。
由于按摩擦攪動連接形成的接縫和修補縫是用同一材料形成的，所以當對接縫進行發(fā)紋處理時，不留修補縫的痕跡，可得到具有高度美感的連接表面。
因此，火車廂等可不用油漆工序而構(gòu)成，可得到結(jié)構(gòu)重量輕而且適于再利用的結(jié)構(gòu)體。
權(quán)利要求
1.一種通過對以鋁合金件作基礎件的工件進行摩擦攪動而形成的摩擦攪動連接部位的修補方法，該摩擦攪動連接部位的修補方法包括如下步驟通過按打磨工藝去除包含在接縫中的缺陷而形成修補區(qū)的步驟；及按TIG焊接法，用與所述基礎件同材質(zhì)的焊條在所述形成的修補區(qū)中形成修補縫的步驟。
2.如權(quán)利要求1的摩擦攪動連接部位的修補方法，其中，還包括如下步驟對包括所述修補縫和接縫的所述連接部位進行發(fā)狀裂紋處理的步驟。
3.一種通過對兩個框架件進行摩擦攪動而形成的摩擦攪動連接部位的修補方法，而所述框架件是以鋁合金為基礎件，該摩擦攪動連接部件的修補方法包括如下步驟通過按打磨工藝去除包括在所述兩框架件接縫中的缺陷而形成修補區(qū)的步驟；及按TIG焊接法，用材質(zhì)與所述基礎件相同的焊條在所述二框架件的所述已形成的修補區(qū)中形成修補縫的步驟。
4.如權(quán)利要求3的摩擦攪動連接部位的修補方法，其中，還包括以下步驟對包括所述修補縫和所述兩框架件的所述接縫的所述連接區(qū)進行發(fā)狀裂紋處理的步驟。
5.一種通過對兩個均由基本上是A6NO1作基礎件而構(gòu)成的擠壓框架件進行摩擦攪動而形成的摩擦攪動連接部位的修補方法，該摩擦攪動連接部位的修補方法包括如下步驟通過按打磨工藝去除包括在所述兩擠壓框架件的接縫中的缺陷而形成修補區(qū)的步驟；用材質(zhì)與所述基礎件相同的焊條按TIG焊接法在所述的兩框架件的所述已形成的修補區(qū)中形成修補縫的步驟。
6.如權(quán)利要求5的摩擦攪動連接部位的修補方法，其中還包括如下步驟對包括所述修補縫及所述兩擠壓框架件的所述接縫的所述連接部位進行發(fā)狀裂縫處理的步驟。
全文摘要
按摩擦攪動連接法連接框架件和形成連接部位接縫,每個框架件由A6N01材料制的鋁合金的基礎件中空地擠壓成型和模制。有缺陷時,對接縫打磨,去除缺陷接縫,形成修補區(qū)。再用TIG焊接法處理修補縫。焊條用與框架件的基礎件相同的材料制成。對摩擦攪動連接部位進行發(fā)紋處理,可獲得具高度美感的表面,其中,框架件的交界和缺陷的痕跡是難以查覺的。在制造如火車廂時,對其中鋁合金材料進行摩擦攪動連接,改進了修補摩擦攪動連接部件的方法。
文檔編號B23K103/10GK1275461SQ0010366
公開日2000年12月6日 申請日期2000年3月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月26日
發(fā)明者江角昌邦, 福寄一成, 佐藤章弘 申請人:株式會社日立制作所