專利名稱：磨擦攪拌焊接方法
技術領域：
本發(fā)明涉及采用摩擦攪拌焊接連接多個被連接件的方法，特別涉及適用于鐵路車輛的車體制造中連接構成各個構架的件的焊接方法。
背景技術：
如在鐵路車輛的車體制造中，構成該車體的側面構架是把多塊擠壓形材通過摩擦攪拌焊接形成的，擠壓形材的長度方向向著車體的長度方向，寬度方向沿著車體的周向排列。
在把如擠壓形材的被連接件進行摩擦攪拌焊接時，通常把被連接件沿長度方向對接，并在對接部空開一定間隔通過焊接形成定位焊的狀態(tài)進行焊接。此時，摩擦攪拌作業(yè)在包括定位焊接部的對接部的整個長度上連續(xù)進行。
摩擦攪拌焊接方法是通過備有插入連接部的圓柱狀銷的轉動工具轉動并同時沿連接線移動，通過摩擦熱使連接部發(fā)熱并使之成塑性流動而形成固相連接的方法。另外，作為摩擦攪拌焊接對象的被連接件是由最適合摩擦攪拌焊接的鋁合金等金屬材料構成。
作為其他的關于這種摩擦攪拌焊接方法的現(xiàn)有技術，例如在日本特開2000-343250號公報中介紹的構架的制造方法。該方法也是在連接部用I形焊縫坡口(即不設V形的坡口)形成定位焊的狀態(tài)進行，但是避開定位焊接部進行摩擦攪拌焊接。
所述的現(xiàn)有的摩擦攪拌焊接方法有以下不足。
(1)例如，在前者，是在包括定位焊接部的對接部的整個長度上進行摩擦攪拌焊接，但由于用于摩擦攪拌焊接的轉動工具的銷在定位焊接部不能充分地插入其下邊的對接部，使對被連接件的摩擦攪拌焊接不能充分進行。
更詳細地說，轉動工具形成插入對接部內的小直徑的銷同軸配置在位于對接部外邊對接部的大直徑部分的中心。為此，摩擦攪拌焊接作業(yè)在作為銷和大直徑部分地方的錐體部分(也稱為臺肩部)若干插入對接部的狀態(tài)，與將轉動工具向對接部的行進方向的后方傾斜并轉動來進行。定位焊接部的焊接材料從對接處的被連接件表面向上凸起，形成所謂“堆焊狀態(tài)”；在定位焊接部所述的臺階部分以碰上定位焊接部的狀態(tài)轉動。從而，由于銷在對接部不能充分地插入該對接部，使摩擦攪拌焊接部位淺，連接力不充分。再加上由于銷在定位焊接部插入該定位焊接部將焊接部切斷，會存在焊接部切斷使被連接件之間的間隙變大，或產生錯位而改變被焊接件間隔的問題。
(2)另外，在后者，由于不在定位焊接部進行摩擦攪拌焊接，與前者相比連接力更弱。而且，在摩擦攪拌焊接時把轉動工具提升到定位焊接部的前面以后，由于必須在通過該定位焊接部以后使轉動工具下降，所以使操作轉動工具變的困難，花費作業(yè)時間。而且，在使轉動工具自動升降時，有時會在定位焊接部的前后產生沒有形成摩擦攪拌焊接的地方，連接力更弱。
另外，在所述的(1)和(2)的現(xiàn)有的方法中，由于定位焊接部殘留從被連接件表面凸起的狀態(tài)，在進行摩擦攪拌焊接后必需用切削作業(yè)把凸起削除。

發(fā)明內容
本發(fā)明鑒于所述的這些問題，其目的在于提供一種摩擦攪拌焊接方法，該方法使對接部在進行定位焊接后可以比較容易形成牢固的連接，且形成光滑平整的表面，而沒有必要在摩擦攪拌焊接作業(yè)后再除去所述凸起的地方。
為達到所述目的，本發(fā)明的摩擦攪拌焊接方法通過以下方法對所述多個被連接件進行摩擦攪拌焊接。即將多個被連接件對接放置，沿著所述多個被連接件的對接部有間隔地形成多個V形坡口槽，把各坡口槽用焊接材料進行定位焊接，再把定位焊接部凸起處切除，使該處與所述多個被連接件的表面平齊，再在所述對接部的整個長度上連續(xù)進行摩擦攪拌焊接。
按照有所述構成的本發(fā)明的摩擦攪拌焊接方法，由于在被連接件之間形成的V形坡口槽內溶融焊接材料的同時進行定位焊接，在定位焊接部的連接力加大，與在被連接件表面上以形成凸起焊接的方式的定位焊接不同，焊接后的定位力牢固。另外，由于將被連接部分表面上的凸起的定位焊接部分削去使與原表面平齊，在被連接件之間沒有隆起的地方，在貫通全長都是平齊的狀態(tài)下，使用專用功具進行摩擦攪拌焊接，故可以在貫通包括定位焊接部的對接部全長上不使旋轉工具升降而進行連續(xù)作業(yè)，由于容易作業(yè)，作業(yè)效率高。
特別，由于定位焊接部的表面與被連接件間的其它的對接部同樣平齊，沒有高低差，所以旋轉工具的銷可以充分地插入對接部內并旋轉，因此，從被連接件的表面到里面附近塑性流動很充分，可以得到用于固相連接的強大的連接力。另外，由于旋轉工具的銷可以充分地插到定位焊接部內，而焊接部設在V型坡口槽內，與以前的凸起焊接不同，不用擔心焊接部斷開。而且由于即使在定位焊接部中，被連接件的母材和在V型開口槽內溶融固化的焊接材料一起塑性流動并固相連接，所以在包括定位焊接部分的對接部的整個長度上可以進行摩擦攪拌焊接。而且，由于被連接件的對接部貫穿全長成平齊，所以在摩擦攪拌焊接作業(yè)后不必修整。
在上述發(fā)明中，可以將所述定位焊接的間隔作成400mm～700mm，在這種情況下，雖然要取決于連接的被連接件的長度進行例如在2000mm～3000mm或比這更長的長尺寸的被連接件中，在對接部用400mm～700mm的間距進行定位焊接，在定位狀態(tài)下進行切削焊接部的隆起部分等作業(yè)，也不用擔心對接部分離。這時，V型坡口槽的長度可以取大約30mm。
在所述發(fā)明中，可以用砂輪或刃具除去所述定位焊接部的凸起部位。在這種情況下，可以比較簡單且用很短的時間進行切削清除，而且切削清除后的表面很漂亮。
在所述發(fā)明中，所述定位焊接可用MIG焊或TIG焊進行。在這種場合下，所述焊接材料最好使用與所述被連接件的母材強度相近的金屬材料。根據這種結構，溶融后的焊接材料在固化狀態(tài)中V型坡口槽面中的母材和焊接部的融和性好，可以與相對的寬的V型開口槽面相結合而可靠地維持被連接件的對接狀態(tài)。另外，在摩擦攪拌焊接時，由于用旋轉工具(銷部)使被連接件的母材與焊接部一起塑性流動，雙方的材料大致均等地混合而固相連接，故定位焊接部也可以得到和其它對接部一樣的強大的連接力。


圖1是表示用本發(fā)明的實施例的摩擦攪拌焊接方法將兩個工件對接焊作業(yè)狀態(tài)的整體示意立體圖；圖2是表示在圖1中的定位焊接作業(yè)前將工件對接狀態(tài)的局部放大立體圖；圖3是圖2中C-C線的放大剖面圖，順序表示使工件對接直到進行摩擦攪拌焊接的作業(yè)工序；
圖4是表示圖1中摩擦攪拌焊接作業(yè)狀態(tài)的工件局部放大立體圖；圖5是圖4中E-E線的剖面圖。
具體實施例方式
下面根據附圖對本發(fā)明的摩擦攪拌焊接方法的實施方式進行說明。
圖1是表示使用本發(fā)明的摩擦攪拌焊接方法的實施例將2個工件對接焊接作業(yè)狀態(tài)的整體示意立體圖；圖2是放大表示將定位焊接作業(yè)前的工件對接的狀態(tài)的部分立體圖；圖3A～3E是圖2C-C剖面的放大圖，順序表示使工件對接直到摩擦攪拌焊接的作業(yè)工序；圖4是將表示摩擦攪拌焊接作業(yè)狀態(tài)的工件的一部分放大表示的立體圖；圖5是圖4中E-E線的剖面圖。
本實施例的摩擦攪拌焊接裝置1，作為整體如圖1所示，備有放置準備焊接的兩塊擠出型材組成的被連接件即工件K，K的平坦的床面2，沿著該床面2的長度方向配置能移動的門形框架3，在該門型框架的水平框部4上的連接頭10設計成通過滑塊5能橫向移動，且可以升降。
連接頭10在上部裝有電機(圖中未示出)，在下端轉動自由地支承旋轉工具11，旋轉工具11能整體轉動地連接在所述電機驅動軸的下端。旋轉工具11，呈向下尖細的圓錐狀，如圖4、圖5所示，在其前端與圓柱狀的肩部11a形成一體，銷11b整體地突設在其前端面的中心。在本實施例中，由于工件K的材質是鋁合金，這些肩部11a和銷11b，是用比它更硬的、剛性高的金屬材料形成。而且，使其中軸線相對垂直線以傾斜角α(最好是3°左右)向進行方向后方傾斜。
所述門形框架3，能沿著床2兩側的軌道6移動。該門形框架3上裝的旋轉工具11沿著對接部L，在二個工件K，K的對接部L(參照圖2)的連接線的上方移動。
本實施例的摩擦攪拌焊接裝置1，作成如上結構，進行如下的摩擦攪拌焊接。首先，將上述兩個工件K，K沿著床面2的長度方向放置，在使工件K，K的長邊對接的狀態(tài)下，由夾具固定(圖中未示出)(參照圖3A)。
接著，在上述那樣使兩個工件K，K固定的狀態(tài)下，如圖2所示，沿著對接部L，按一定間隔(例如500mm)形成規(guī)定長度(例如30mm)的V形坡口槽S(參照圖3B)，由于使用專用工具形成這個開口槽，(圖中未示出)，比較簡單，且在短時間內即可結束作業(yè)。
另外，在工件K，K長度方向的兩端，如圖2所示，將兩個小方形的輔助板(舍去板)j，j通過堆焊m，m分別定位。兩塊輔助板j，j也對接，在對接部L′也空開間隔通過堆焊m，m定位(參照圖2)。即兩塊輔助板j，j的定位焊接m在I形坡口上進行。
接著在該狀態(tài)的工件K，K上，使用由與工件K的材質接近的鋁合金組成的焊接材料通過例如TIG焊接或MIG焊接等電弧焊接定位焊接對接部L的V形坡口槽S。在該定位焊接狀態(tài)下，V形坡口槽S內的焊接材料溶融，固化的焊接部t的一部分t′，在工件K的表面的上方隆起露出(參照圖3C)。
因此，使用切削用的刃具(圖中未示出)和砂輪(圖中未示出)，切削除去從各V形坡口槽S向工件K上方露出的焊接部分t′，使對接部L的表面在整個長度上成為一個平面(參照圖3D)。
如圖2所示，在該狀態(tài)下，以一方的輔助板j，j的對接部L′為始點y，使旋轉工具11邊旋轉邊下降，插到規(guī)定的深度。然后，貫穿工件K，K的對接部L全長將摩擦攪拌焊接裝置1的門形框架2沿軌道6移動到另一方的輔助板j，j的對接部L′，使旋轉工具11邊旋轉邊沿對接部L移動。其結果，由于工件K，K的對接部L貫穿全長由旋轉工具11的旋轉產生摩擦熱進行塑性流動，并固相結合，從而可以在包括定位焊接部t的對接部L的整個長度上進行摩擦攪拌焊接(參照圖3E)。
圖2及圖3E中的符號W是摩擦攪拌焊接部。特別由于使用接近工件K的母材的鋁合金作為焊接材料，所以工件K的母材和焊接材料以大致均等的塑性流動，并固相結合，故結合力牢固。另外，工件K，K的對接部L，由于在整個長度上預先形成一個平面，摩擦攪拌焊接作業(yè)后的精加工只限于把輔助板j，j從工件K上除去，幾乎不需要其它的作業(yè)。
以上展示了本發(fā)明的摩擦攪拌焊接方法的一個實施例，也同樣可以在工件K是中空的擠壓的型材上實施。當然，不僅限于兩個工件，也可以用在3個以上的工件的對接焊接。這種情況可以對應對接部的數(shù)量，使用多個旋轉工具11一起進行摩擦攪拌焊接作業(yè)。
由以上說明可知，本發(fā)明的摩擦攪拌焊接方法有以下好的效果。
(1)本發(fā)明的摩擦攪拌焊接方法，由于在被連接件間形成的V形坡口槽內使焊接材料熔化并進行定位焊接，故在定位焊接部的結合力大、定位牢固。另外，由于在削去在被連接件的表面上露出的定位焊接部分而形成一個平面的狀態(tài)下進行摩擦攪拌焊接，故能在包括定位焊接部的對接部的整個長度內進行連續(xù)作業(yè)，不必使旋轉工具升降，作業(yè)容易、作業(yè)效率高。特別是由于定位焊接部的表面與被連接件的其它對接部在同一平面上沒有高低差，所以旋轉工具的銷可以充分插入對接部內轉動，從被連接件的表面到里面附近進行充分的塑性流動并形成固相結合，可以得到強大的結合力。另外，由于在定位焊接部中被連接件的母材也與V型坡口槽內溶融固化的焊接材料一起塑性流動并形成固相結構，故可以在包括定位焊接部的對接部的整個長度上進行摩擦攪拌焊接。而且，由于被連接件的對接部在整個長度上預先作成齊平面，故摩擦攪拌焊接作業(yè)后幾乎不用精加工作業(yè)。
(2)上述摩擦攪拌焊接方法由于在被連接件的對接部上，以400mm～700mm的間距進行定位焊接，故即使在定位狀態(tài)下進行切削焊接部的凸起部分等作業(yè)，也不用擔心對接部分離。
(3)使用上述摩擦攪拌焊接方法比較簡單且可以在短時間內進行，而且切削除去后的表面很漂亮。
(4)用上述摩擦攪拌焊接方法溶融后的焊接材料在固化狀態(tài)下V型坡口槽面的母材與焊接部的融和性好，與對面的寬V型坡口槽面相結合，可以可靠地保持被連接件的對接狀態(tài)。在摩擦攪拌焊接時，由于用旋轉工具使被連接件的母材與焊接部一起塑性流動，使雙方的材料均勻混合而形成固相連接，故定位焊接部也可以得到與其它對接部一樣牢固的連接力。
權利要求
1.一種摩擦攪拌焊接方法，其使多個被連接件進行摩擦攪拌焊接，其特征在于使所述多個被連接件對接放置，沿著所述多個被連接件的對接部有間隔地形成多個V形坡口槽，用焊接材料定位焊接各坡口槽，切除定位焊接部的凸起處，使所述多個被連接件的表面平齊，使所述對接部在整個長度上連續(xù)進行摩擦攪拌焊接。
2.如權利要求1所述的摩擦攪拌焊接方法，其特征在于所述定位焊接的間隔為400mm～700mm。
3.如權利要求1所述的摩擦攪拌焊接方法，其特征在于用砂輪或刃具切除所述定位焊接部凸起處。
4.如權利要求1至3中任一項要求所述的摩擦攪拌焊接方法，其特征在于用MIG焊接或TIG焊接進行所述定位焊接，所述焊接材料使用與所述被連接件的母材強度相近的金屬材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種摩擦攪拌焊接方法。該摩擦攪拌焊接方法使對接部在定位焊接后能比較容易且牢固地結合，表面美觀的摩擦攪拌焊接方法。本發(fā)明使多個工件K，K對接配置，沿著對接部L間缺形成多個V形坡口槽S，各坡口槽S通過TIG焊接或MIG焊接等用焊接材料進行定位焊接，在將定位焊接的凸起處切除，使其與述工件K，K的表面平齊后，通過使對接部L在整個長度上連續(xù)進行摩擦攪拌焊接把工件K，K連接起來。
文檔編號B23K20/24GK1421294SQ0215272
公開日2003年6月4日 申請日期2002年11月20日 優(yōu)先權日2001年11月27日
發(fā)明者山下政一郎 申請人:川崎重工業(yè)株式會社