專利名稱：可調節(jié)式搭接及由此產生的結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦焊接方法及一種利用該攪拌摩擦焊接方法形成的結構本體。特別是，本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦焊接方法和由鋁合金擠壓框架構件制成的結構本體，該結構本體例如用于鐵路車輛中，通過攪拌摩擦焊接多個擠壓框架構件而形成。
本發(fā)明旨在提供用于簡化金屬框架構件焊接的方法，所述金屬框架構件可具有特定的尺寸變化。本發(fā)明尤其適用于焊接最終框架略呈圓形輪廓的多個擠壓構件。
攪拌摩擦焊接是這樣一種方法，即通過旋轉已插入位于擠壓框架構件之間的焊接接合處中的圓銷(稱為旋轉工具)，并使該旋轉工具沿著焊接接合處的焊縫運動，焊接部受熱，被軟化進而被塑性流化，從而被牢固地焊接。旋轉工具包括插入焊接接合處中的小直徑部和設置于該旋轉工具外部的大直徑部。旋轉工具的小直徑部和大直徑部具有相同的軸線。在焊接期間，旋轉工具的小直徑部與大直徑部之間的邊界較小程度地插入至焊接接合處。
例如，在WO95026254(TWI)中公開了上述技術。
背景技術：
由于存在尺寸變化，公知的是難以保持精密的公差來焊接大型框架構件。
專利EP893190公開了使用斜坡表面來補償引起待連接的框架之間的間隙的尺寸變化。
在專利EP0947280中，使用搭接而在對接合區(qū)域處具有間隙的部件進行攪拌摩擦焊接時向接合處供應額外的金屬。該專利沒有討論通過調節(jié)框架結構來補償尺寸偏差。
專利EP1057574公開了在接合區(qū)域處使用與待連接的框架構件搭接的中間構件。該專利沒有給出搭接的理由，也沒有使用從所考慮的框架構件之一的一體的延伸物。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的在于提供了一種利用攪拌摩擦焊接來焊接框架構件的方法，其中待連接的框架構件的尺寸偏差可以通過使用可調節(jié)式搭接的特定接合構造而得以補償。本發(fā)明的另一個目的在于提供了這樣一種框架結構，其既接近于標稱公差同時又保持高生產能力、周期短且可再現性高。
上述目的通過使用以下方式得以實現，即第一框架構件的、從第一框架構件朝向另一構件沿寬度方向突出的搭接部與第二構件的朝上表面搭接，從而使得該搭接部與第二框架構件的朝上表面在連接之前處于可滑動的接觸中，以便可以通過旋轉所述構件來補償公稱尺寸的偏差。
本發(fā)明提供了一種根據權利要求1所述的用于焊接的方法。
本發(fā)明還提供了一種根據權利要求9所述的框架結構。


圖1為示出了根據現有技術的框架構件的攪拌摩擦焊接的縱向剖視圖；圖2為示出了使用根據本發(fā)明的可調節(jié)式搭接來連接的框架的縱向剖視圖；圖3為示出了待使用根據本發(fā)明的可調節(jié)搭接來連接的框架的第二實施例的縱向剖視圖；以及圖4為示出了待使用根據本發(fā)明的可調節(jié)搭接來連接的框架的第三實施例的縱向剖視圖。
具體實施例方式
將參考圖2對根據本發(fā)明的攪拌摩擦焊接方法的一個實施例進行說明。
圖2示出了利用攪拌摩擦焊接而焊接在一起的第一框架構件101和第二框架構件102的剖面圖。兩個框架構件優(yōu)選地均為由鋁合金制成的擠壓中空框架構件構成。
通過附圖可看出，第一框架構件包括從該框架構件的本體(圖中未全部示出)相互平行延伸的第一凸緣11和第二凸緣12。凸緣11和12朝向相鄰的框架構件102突出。
第二框架構件102包括第一壁21和第二壁22，第一壁21和第二壁22沿著第一壁21的第一邊緣和沿著第二壁22的第一邊緣通過中間壁23相連。中間壁23優(yōu)選地為第二框架構件的一部分。在攪拌摩擦焊接期間，該中間壁用作底部支承件(root support)。替代地，可以省去中間壁(圖4中的虛線處框架的界限)，一用于連接這些框架的筒管工具(bobbin tool)提供從各個壁兩側的連接?？商娲?，分離式支承件可在焊接期間插入框架中以便提供所需的支撐(backing)。
根據框架結構的最終形狀，這些框架構件可具有略呈圓形的形狀。
沿著第一壁21的第一邊緣設置第一槽口(rebate)。所述第一槽口具有沿著其長度的朝向外側的第一下凹表面21a。第一槽口還具有臺階形壁16，以便從第一壁21的面至第一表面21a形成向下的臺階。與此相應，沿著第二壁22的第一邊緣設置第二槽口。所述第二槽口具有沿著其長度的朝向外側的第二下凹表面22a。第二槽口還具有止動壁22b，以便形成從第二壁22的面至第二下凹表面22a形成向下的階形。第一和第二下凹表面基本上相互平行。
在面向第一框架構件的第二凸緣12的內表面的、第一凸緣11的內表面之間的距離與第一壁21的第一下凹表面和第二壁22的第二下凹表面之間的距離大致相同。因此，第一框架構件101將與第二框架構件102平滑地配合并由第二框架構件102容放，因為在組裝并連接第一和第二構件時，凸緣11和12將會在下凹表面21a和22a上滑動。
根據本發(fā)明的一種方案，第一凸緣11設置成比第二凸緣12更寬。這就意味著與第二凸緣12相比，第一凸緣11從第一框架構件的本體延伸更遠(關于這些長度，可從圖2的剖視圖得以理解)。因此，當第一構件101和第二構件102組裝在一起并相互適配時，第一凸緣11于是將具有比第一構件101與第二構件102之間的接合處的第二凸緣12更大的搭接量，從而提供了在形狀改型方面具有更大靈活性的構造。
焊接過程從將第一框架構件101連接至第二框架構件開始，該動作開始于將第一框架構件101的第二凸緣12引入第二框架構件102的第二槽口中，直到第二凸緣12的邊緣12a抵靠著第二槽口的端壁22b為止。該步驟之后是使第一框架構件101繞著所述第二凸緣12的所述邊緣12a與所述端壁22b之間的、作為鉸接處的接觸位置旋轉，從而使第一凸緣11的內側引導表面沿著第二框架構件102的第一槽口滑過第一下凹表面21a。旋轉繼續(xù)進行直到所安裝的框架的尺寸適配于所生產的產品的公稱尺寸為止。這種構造使得當第一框架構件與第二框架構件如上述相互完全接合時，第一凸緣11的邊緣11a不會到達第二框架構件的第一槽口的臺階形壁16。相應地，邊緣11a與臺階形壁16之間將會形成間隙。如果需要的話，該間隙可被填充并拋光以獲得光滑的表面。
本發(fā)明的另一種方案在于能夠自由地調節(jié)第一凸緣11相對于第一下凹表面21a的搭接量。按這種方式，在進行焊接之前，可以通過使第一框架構件的凸緣11和第二框架構件的壁21相對于彼此滑動來調節(jié)框架的尺寸。
第一凸緣11被設置成比第二凸緣12更寬，以便允許調節(jié)這些框架構件之間的角度。
在鐵路車輛的情況下，側面構造本體和頂部構造本體具有針狀弧形。本發(fā)明通過調節(jié)第一框架的凸緣11相對于第二框架構件的搭接量而可適于上述結構，從而實現接近于公稱尺寸。
將對該結構本體的制造方法進行說明。將中空框架構件101和102安裝于焊接基床上。接著，使框架構件101和102運動直到邊緣12a與端壁22b靠接為止。接著，使第一和第二框架構件繞著下部連接節(jié)點(邊緣12a和端壁22b的靠接表面)略微旋轉，從而獲得接近公稱尺寸的框架結構。然后將中空框架構件101和102固定至該基床上。
在這種狀態(tài)下，將攪拌摩擦焊接設備的旋轉工具從上方插入以便形成位于中間壁23上方的接合處，進而被插入搭接部中，使該工具沿著焊縫運動，從而進行攪拌摩擦焊接。
該旋轉工具包括大直徑部和位于該大直徑部末端的小直徑部。工具小直徑部的末端(下端)設置成使肩部不會沿側向在凸緣11的相對于表面21a的搭接處外側延伸。
可替代地，可以同時從框架結構的上側和下側進行焊接或者利用筒管工具進行焊接。
盡管本發(fā)明已對于其各個示例性實施例進行了描述與示出，但是本發(fā)明所屬領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明進行各種變化、省略和增加。因此，本發(fā)明應當被視為包括屬于所附權利要求書限定的范圍內的所有可能的實施例及其等同物。
根據本發(fā)明，可以獲得高精度的框架結構。
權利要求
1.一種通過攪拌摩擦焊接來焊接第一框架構件(101)和第二框架構件(102)的方法，其中，所述第一框架構件(101)包括從該第一框架構件平行延伸的第一凸緣(11)和第二凸緣(12)，并且其中，所述第二框架構件包括從該第二框架構件的端部平行延伸的第一壁(21)和第二壁(22)，所述第一壁(21)具有沿著所述第一邊緣的第一槽口，所述第一槽口帶有面向外側的第一下凹表面(21a)，所述第二壁(22)在所述第一邊緣處具有第二槽口，所述第二槽口帶有面向外側的第二下凹表面(22a)，其中，所述第一下凹表面(21a)和所述第二下凹表面(22a)基本相互平行，其特征在于，該方法包括以下步驟將所述第一框架構件(101)的第二凸緣(12)引入到所述第二框架構件(102)的第二槽口中，直到所述第二凸緣(12)的邊緣(12a)抵靠著第二槽口的端壁(22b)為止；使第一框架構件(101)繞著第二凸緣(12)的所述邊緣與所述端壁(22b)之間的接觸位置旋轉，直到第一凸緣(11)的內側引導表面沿著第二框架構件(102)的第一槽口的第一下凹表面(21a)滑動為止，以便自由地調節(jié)第一凸緣(11)相對于第二框架構件(102)的第一下凹表面(21a)的搭接量；在第一框架構件(101)與第二框架構件(102)之間進行攪拌摩擦焊接以便形成焊接接合處。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一凸緣(11)設置成比所述第二凸緣(12)更寬。
3.根據權利要求1-2中任一項所述的方法，其中，從所述框架的兩側同時進行焊接。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的方法，其中，從所述壁/凸緣(11、21)和(12、22)中的至少一個的兩側同時進行焊接。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，利用筒管工具進行焊接。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的方法，其中，使用具有銷和肩部的工具，并且所述工具設置成使得肩部不會沿側向在凸緣(11)相對于表面(21a)的搭接處的外側延伸。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的方法，其中，在焊接過程期間，將中間壁(23)用作支撐。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的方法，其中，在焊接過程期間將分離式支承件插入作為支撐。
9.一種包括利用攪拌摩擦焊接來連接的第一框架構件(101)和第二框架構件(102)的框架構造，其中，所述第一框架構件(101)包括從第一框架構件平行延伸的第一凸緣(11)和第二凸緣(12)，并且其中，所述第二框架構件包括從第二框架構件的端部平行延伸的第一壁(21)和第二壁(22)，其特征在于所述第一壁(21)具有沿著所述第一邊緣的第一槽口，所述第一槽口帶有面向外側的第一下凹表面(21a)，所述第二壁(22)在所述第一邊緣處具有第二槽口，所述第二槽口帶有面向外側的第二下凹表面(22a)，其中所述第一下凹表面(21a)和所述第二下凹表面(22a)基本相互平行，并且所述第一框架構件和所述第二框架構件能繞著位于邊緣(12a)和(22b)的靠接表面處的下部連接節(jié)點略微旋轉。
10.根據權利要求9所述的框架構造，其中，所述第一凸緣(11)設置成比所述第二凸緣(12)更寬。
11.根據權利要求9或10所述的框架構造，其中，沿著所述第一壁(21)的第一邊緣和沿著所述第二壁(22)的第一邊緣設置有中間壁(23)。
12.根據權利要求9-11中任一項所述的框架構造，其中，所述中間壁(23)為所述第二框架構件的一部分。
13.根據權利要求9-12中任一項所述的框架構造，其中，所述框架構件均為鋁擠壓件。
14.一種調節(jié)框架構造的形狀的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟設置第一框架構件(101)和第二框架構件，所述第一框架構件(101)包括從該第一框架構件平行延伸的第一凸緣(11)和第二凸緣(12)，所述第二框架構件包括從該第二框架構件的端部平行延伸的第一壁(21)和第二壁(22)，所述第一壁(21)具有沿著所述第一邊緣的第一槽口，所述第一槽口帶有面向外側的第一下凹表面(21a)，所述第二壁(22)在所述第一邊緣處具有第二槽口，所述第二槽口帶有面向外側的第二下凹表面(22a)，其中，所述第一下凹表面(21a)和所述第二下凹表面(22a)基本相互平行；將所述第一框架構件(101)的第二凸緣(12)引入到所述第二框架構件(102)的第二槽口中，直到所述第二凸緣(12)的邊緣(12a)抵靠第二槽口的端壁(22b)為止；使第一框架構件(101)繞著所述第二壁(12)的邊緣與所述端壁(22b)之間的接觸位置旋轉，直到第一凸緣(11)的內側引導表面沿著第二框架構件(102)的第一槽口的第一下凹表面(21a)滑動為止，以便自由地調節(jié)第一凸緣(11)相對于第二框架構件(102)的第一下凹表面(21a)的搭接量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦焊接方法及一種利用該攪拌摩擦焊接方法形成的結構本體。特別是，本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦焊接方法和由鋁合金擠壓框架構件制成的結構本體，該結構本體例如用于鐵路車輛中，通過攪拌摩擦焊接多個擠壓框架構件而形成。通過利用沿側向在另一構件的一個面上方突出的、第一構件的搭接部的朝下表面與第二構件的朝上表面接觸而使第一構件(101)與第二構件(102)靠接，從而使朝下表面和朝上表面在連接之前處于可滑動的接觸中，并且所述第一構件和第二構件可旋轉，并進行攪拌摩擦焊接以連接構件形成框架結構。
文檔編號B23K33/00GK101032784SQ20071008586
公開日2007年9月12日 申請日期2007年3月8日 優(yōu)先權日2006年3月8日
發(fā)明者讓-菲利浦·舍費爾, 揚·斯蒂勒紐斯, 斯文·倫丁 申請人:薩帕鋁型材股份公司