本申請是于2013年06月21日進入中國國家階段、pct國際申請?zhí)枮閜ct/us2011/057375、申請日為2011年10月21日、中國申請?zhí)枮?01180062011.7、發(fā)明名稱為“結(jié)構(gòu)部件及制造方法”的專利申請的分案申請，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。

本發(fā)明總體上涉及結(jié)構(gòu)部件的領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明的實施例涉及改進的結(jié)構(gòu)部件及其制造方法，所述結(jié)構(gòu)部件包括基底構(gòu)件和固定至所述基底構(gòu)件的至少一個加強構(gòu)件。

背景技術(shù)：

包括航空航天工業(yè)在內(nèi)的各工業(yè)部門都需要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)部件，所述復(fù)雜的結(jié)構(gòu)部件相對而言沒有殘余應(yīng)力并且能夠在不失效情況下進行機加工。具體地，存在對于具有通常為l形或u形橫截面輪廓的彎曲的成品機加工部件的需要，該機加工部件通常包括沿所述部件的長度在所述橫截面輪廓上引起不一致的各種特征，諸如角撐板、翼片和調(diào)整片。遺憾地是，將l形或u形輪廓的零件成形為彎曲的部件并利用傳統(tǒng)方法(諸如鍛造、激光焊、氧炔焊及其他已知方法)添加角撐板、翼片和調(diào)整片會導(dǎo)致這樣的成品部件，所述成品部件具有殘留于所述部件中的不可接受的殘余應(yīng)力水平，這是因為在主要部分中部件在成形和制造過程期間經(jīng)受了不均勻的變型而導(dǎo)致的。具有殘余應(yīng)力的部件在進一步加工或使用期間易于失效和/或形狀改變，并且在基底零件與結(jié)合元件之間具有低于預(yù)期的更弱的聯(lián)結(jié)。由于這些缺陷，這些部件必須通過利用在零件的整個長度上包括附加特征的初始擠出或軋制型材(profile)形成，并根據(jù)需要用從所述零件去除材料以限定期望特征。這種方法不僅顯著地增加了制造部件所需的原材料的重量和成本，而且還實質(zhì)地增加了制造部件所需的時間，因為在最終機加工期間從剩余的橫截面去除不需要的材料是需要相對昂貴的機器和技術(shù)人員的耗時工藝。因此，仍需要能夠減少所需原材料的量以及隨后的機加工操作的改進結(jié)構(gòu)部件和結(jié)構(gòu)部件的制造方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了結(jié)構(gòu)部件和相關(guān)聯(lián)的制造方法。根據(jù)一個實施例，用于制造結(jié)構(gòu)部件的方法包括：形成一基底構(gòu)件，使得基底構(gòu)件包括至少兩個側(cè)壁和位于所述至少兩個側(cè)壁之間的空間。基底構(gòu)件被熱拉伸成形，以使基底構(gòu)件具有預(yù)定的曲線形構(gòu)造。至少一個加強構(gòu)件被線性摩擦焊接于所述至少兩個側(cè)壁，使得加強構(gòu)件至少部分位于所述至少兩個側(cè)壁之間的空間內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，用于制造結(jié)構(gòu)部件的方法包括：將包括至少兩個側(cè)壁和位于所述至少兩個側(cè)壁之間的空間的型材放置在絕熱外殼中，該絕熱外殼中設(shè)置有模具，以使型材成形得與所述模具近似。通過使經(jīng)電流流過型材而電阻加熱型材至工作溫度。在型材處于工作溫度時使所述型材和模具相對于彼此移動，從而形成具有預(yù)定的曲線形構(gòu)造的基底構(gòu)件。將曲線形基底構(gòu)件安裝到安裝組件上。利用線性摩擦焊接將加強構(gòu)件固定至所述至少兩個側(cè)壁，使得所述加強構(gòu)件至少部分位于所述至少兩個側(cè)壁之間的空間內(nèi)。在一個實施例中，固定步驟包括：將加強構(gòu)件定位成與基底構(gòu)件相接觸，以在加強構(gòu)件與第一側(cè)壁之間限定第一界面以及在加強構(gòu)件與第二側(cè)壁之間限定第二界面；相對于第一焊接界面成一角度地施加第一鍛造(forge)載荷，并相對于第二焊接界面成一角度地施加第二鍛造載荷，第一鍛造載荷和第二鍛造載荷具有預(yù)定的量級；使加強構(gòu)件以預(yù)定的振幅振動，以加熱加強構(gòu)件和基底構(gòu)件；將振幅減小至零；將第一鍛造載荷和第二鍛造載荷增大到預(yù)定的設(shè)定點，并保持一預(yù)定的時間段；以及將第一鍛造載荷和第二鍛造載荷減小至零。

根據(jù)本文此處公開的方法的一個實施例，基底構(gòu)件和加強構(gòu)件中的至少一個由鈦或鈦合金構(gòu)成。根據(jù)本文此處公開的方法的另一實施例，基底構(gòu)件和加強構(gòu)件中的至少一個由鋁或鋁合金構(gòu)成。根據(jù)本文此處公開的方法的又一實施例，基底構(gòu)件和加強構(gòu)件由相同的材料構(gòu)成。根據(jù)本文此處公開的方法的再一實施例，基底構(gòu)件和加強構(gòu)件由不同的材料構(gòu)成。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，結(jié)構(gòu)部件包括基底構(gòu)件，該基底構(gòu)件包括至少兩個側(cè)壁和位于所述至少兩個側(cè)壁之間的空間，基底構(gòu)件具有利用熱拉伸成形而形成的預(yù)定的曲線形構(gòu)造。結(jié)構(gòu)部件進一步包括至少一個加強構(gòu)件，該加強構(gòu)件被線性摩擦焊接至所述至少兩個側(cè)壁，使得加強構(gòu)件至少部分位于所述至少兩個側(cè)壁之間的空間內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，結(jié)構(gòu)部件包括基底構(gòu)件，其中基底構(gòu)件通過以下步驟形成：將包括至少兩個側(cè)壁和位于所述至少兩個側(cè)壁之間的空間的型材放置在絕熱外殼中，該絕熱外殼中設(shè)置有模具，以使型材成形得與所述模具近似；通過使電流流過型材而電阻加熱型材至工作溫度；并且在型材處于工作溫度時使型材和模具相對于彼此移動。結(jié)構(gòu)部件包括固定至所述基底構(gòu)件的至少一個加強構(gòu)件，其中加強構(gòu)件通過以下步驟固定：將加強構(gòu)件定位成與基底構(gòu)件相接觸，以在加強構(gòu)件與第一側(cè)壁之間限定第一界面以及在加強構(gòu)件與第二側(cè)壁之間限定第二界面；相對于第一焊接界面成一角度地施加第一鍛造載荷，并相對于第二焊接界面成一角度地施加第二鍛造載荷，所述第一鍛造載荷和第二鍛造載荷具有預(yù)定的量級；使加強構(gòu)件以預(yù)定的振幅振動，以加熱加強構(gòu)件和基底構(gòu)件；將振幅減小至零；將第一鍛造載荷和第二鍛造載荷增大到預(yù)定的設(shè)定點，并保持一預(yù)定的時間段；并將第一鍛造載荷和第二鍛造載荷減小至零。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，基底構(gòu)件和加強構(gòu)件中的至少一個由鈦或鈦合金構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，基底構(gòu)件和加強構(gòu)件中的至少一個由鋁或鋁合金構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，基底構(gòu)件和加強構(gòu)件由相同的材料構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的再一實施例，基底構(gòu)件和加強構(gòu)件由不同的材料構(gòu)成。

由此，提供了減少所需原材料的量以及隨后的機加工操作的改進的結(jié)構(gòu)部件及結(jié)構(gòu)部件的制造方法。

附圖說明

圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的結(jié)構(gòu)部件的立體圖；

圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的型材的立體圖；

圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可用于形成圖2所示型材的拉伸成形設(shè)備的立體圖；

圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的設(shè)置在圖3拉伸成形設(shè)備的模具外殼內(nèi)的模具的局部剖視圖；

圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的線性摩擦焊接機的立體圖；

圖6是示出了圖1所示線性摩擦焊接機的立體圖；和

圖7是示出了施加到加強構(gòu)件上的鍛壓力的立體圖，所述加強構(gòu)件待直角焊接至已經(jīng)成形的型材上。

具體實施方式

在下文中將參照附圖更充分地描述本發(fā)明的實施例，附圖中示出了本發(fā)明的一些(而不是全部)實施例。實際上，本發(fā)明可以許多不同的形式實施，并不應(yīng)被解釋成受限于本文所列舉的實施例；此外，提供這些實施例，以使得本公開內(nèi)容將滿足可應(yīng)用的法律規(guī)定。全文中，相同的數(shù)字表示相同的元件。

參照圖1，提供了根據(jù)本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)部件10。根據(jù)一些實施例，并且如圖1中所示，結(jié)構(gòu)部件10包括基底構(gòu)件12和至少一個加強構(gòu)件14。在一些實施例中，結(jié)構(gòu)部件10包括多個加強構(gòu)件14。在一些實施例中，結(jié)構(gòu)部件10由金屬構(gòu)成。例如，基底構(gòu)件12和/或至少一個加強構(gòu)件14可由鈦或鈦合金構(gòu)成。在另一實施例中，基底構(gòu)件12和/或至少一個加強構(gòu)件14可由鋁或鋁合金構(gòu)成。

在一些實施例中，基底構(gòu)件12包括底壁16和一個或多個側(cè)壁18，使得基底構(gòu)件12的橫截面輪廓為l形、u形、c形、t形或者限定開口區(qū)域的任何其他形狀，在該開口區(qū)域內(nèi)加強構(gòu)件14可固定至基底構(gòu)件12上。雖然術(shù)語“底壁”和“側(cè)壁”在本文中用于表示基底構(gòu)件12的一些部分，但是這些術(shù)語不用于指示基底構(gòu)件的任何特定的方向取向，即，“底壁”和/或“側(cè)壁”均包括普通“側(cè)壁”，在基底構(gòu)件被安裝在其預(yù)期的操作環(huán)境和取向中時該普通“側(cè)壁”可包括橫向側(cè)壁、頂壁或底壁。根據(jù)一些實施例，并且如圖1中所示，基底構(gòu)件12具有曲線形形狀，使得基底構(gòu)件12圍繞垂直于底壁16的平面的一個或多個軸線彎曲，其中所述底壁16保持為基本平面形的。在一些實施例中，結(jié)構(gòu)部件10可進一步包括一個或多個調(diào)整片22或翼片24或其他突出部分。這些調(diào)整片22和翼片24或突出部分可與基底構(gòu)件12整體形成，或者可固定至基底構(gòu)件12，如下文中更詳細地描述的。

根據(jù)一些實施例，通過對型材20(即，一片材料，諸如金屬)應(yīng)用拉伸成形工藝而形成基底構(gòu)件12。型材20可通過擠出、滾鍛法或其他制造工藝形成。由此，在一些實施例中，基底構(gòu)件12由具有用于基底構(gòu)件12的期望橫截面形狀的型材形成，該橫截面形狀由底壁16和一個或多個側(cè)壁18限定。如圖2中所示，型材20在成形之前具有基本筆直的形狀。為了獲得基底構(gòu)件12的曲線形形狀，型材20在拉伸成形設(shè)備中被加熱并成形。參見polen等人的總體上描述拉伸成形的美國專利no.7,669,452，其全部內(nèi)容通過引用并入本文中。

根據(jù)一些實施例，并且如圖3中所示，拉伸成形設(shè)備30包括主框架32、模具安裝表面34、第一和第二相對擺動臂36a和36b(在本文中還被表示為擺動臂36)。擺動臂36樞轉(zhuǎn)地安裝至主框架32并聯(lián)接至液壓成形氣缸(cylinder，缸體)38a、38b或38，并且承載液壓張緊氣缸40a、40b(在本文中還被表示為張緊氣缸40)，液壓張緊氣缸又具有安裝在其上的能夠液壓操作的相對夾爪組件42a、42b(在本文中還被表示為夾爪42)?？稍O(shè)置合適的泵、閥和控制部件以用于將加壓的液壓流體供應(yīng)到成形氣缸38、張緊氣缸40和夾爪42a、42b。除上述的部件之外，絕熱模具外殼44被安裝到夾爪組件42a和42b之間的模具安裝表面34上。在一些實施例中，模具外殼44包括第一和第二對齊且相對的開口，所述開口被構(gòu)造成用于容納型材20的端部。此外，模具外殼44可被打開以將型材20放置到模具外殼44中以及將所述型材從所述模具外殼中取出，但在所述模具外殼關(guān)閉時，除了用于型材20的端部的兩個開口之外所述模具外殼被完全封閉。在一些實施例中，并且參照圖4，模具46被設(shè)置在模具外殼44中。模具46是具有工作面48的相對塊狀本體(massivebody)，所述工作面被定形為，當(dāng)型材20圍繞模具46彎曲時，選定的曲線施加于型材20上，如下文中更詳細描述的。根據(jù)一些實施例，工作面48的橫截面通常與型材20的橫截面形狀一致，使得型材20可貼合模具46的工作面48放置。

根據(jù)一些實施例，為了利用拉伸成形設(shè)備30將型材20成形為結(jié)構(gòu)部件10的基底構(gòu)件12，將型材20放置在模具外殼44中以成形得與模具46的工作面48近似。型材20被放置在模具外殼44中，使得型材20的相對端部延伸穿過模具外殼44的相應(yīng)的第一和第二開口，并且使得型材20的剩余部分基本上完全封閉在模具外殼44內(nèi)。然后夾爪42夾緊型材20的從模具外殼44的開口伸出的相應(yīng)的相對端部。根據(jù)一些實施例，型材20與組件30的部件(包括夾爪42和模具46)電絕緣。例如，模具46可由多件陶瓷材料(諸如熔融石英)構(gòu)造而成。模具46還可由其他耐高溫材料制造，或者由非絕緣材料制造，然后在由非絕緣材料制造的模具上涂覆絕緣層或由絕緣層封裝。

在型材20被放置到組件中并且夾爪42夾緊到相反端部上之后，根據(jù)一些實施例，電流穿過型材20，導(dǎo)致其電阻加熱。來自電源的連接器可被放置在型材20的每個端部上，以提供電阻加熱。在其它實施例中，加熱電流連接可直接穿過夾爪42，如上描述的。通過使用熱電偶或其他溫度傳感裝置，電源能夠為利用溫度反饋信號通過可編程邏輯控制器(plc)控制的。這將允許快速但均勻加熱的合適的緩變率，并且允許一旦型材20達到目標(biāo)溫度時則電流延遲。能提供已知類型的比例-積分-微分(pid)控制回路，以允許當(dāng)型材20的溫度在成形循環(huán)期間變化時自動地進行調(diào)節(jié)。在成形循環(huán)期間，這種控制可為主動的且可編程的。由此，利用來自熱電偶或其他溫度傳感器的反饋，型材20的封閉回路控制的加熱持續(xù)進行，直至達到期望的工作溫度設(shè)定點。結(jié)合考慮型材20的橫截面和長度以及相關(guān)的熱電偶反饋來確定將型材20加熱至設(shè)定點的速率。在拉伸成形操作期間，型材20將被加熱到約538攝氏度(約1000華氏度)或更高。

一旦達到了工作溫度，就能開始將型材20成形為基底構(gòu)件12。根據(jù)一些實施例，在工作溫度被依期望控制的同時，張緊氣缸40將型材20縱向拉伸到期望點，并且成形氣缸38使擺動臂36向內(nèi)樞轉(zhuǎn)以使所述型材20包繞抵靠模具46。由此，模具46將曲線形形狀施加至基底構(gòu)件12。在成形過程期間，可通過對控制系統(tǒng)的反饋來控制拉伸率、在各位置處的停留時間、以及溫度變化。一旦來自擺動臂36的位置反饋指示型材20已經(jīng)到達其最終位置，控制系統(tǒng)則保持該位置和/或張緊力，直到準(zhǔn)備釋放型材20。控制系統(tǒng)將持續(xù)加熱并使型材20圍繞模具成形，直到達到所述設(shè)定點。在依需要控制溫度的同時，通過使型材20保持抵靠模具46選定的停留時間可引起蠕變成形。

根據(jù)一些實施例，通過經(jīng)由電源加以輔助熱量使得型材20以慢于自然冷卻的速率冷卻。對該降溫速率進行編程，并且使得在經(jīng)由溫度反饋監(jiān)測型材20的同時冷卻該型材。一旦溫度達到其最終設(shè)定點，型材20上的力被釋放，并且來自電源的電流的流動被停止。在從型材20去除了力之后，夾爪42可被打開，所有的電連接器均可被去除，完全成形的基底構(gòu)件12可從組件30中取出。

應(yīng)該理解的是，在本發(fā)明的一些實施例中，可利用在成形之前不包括加熱型材20的拉伸成形工藝由型材20形成基底構(gòu)件12。實際上，在一些實施例中，可不利用上述的加熱和冷卻工藝來形成基底構(gòu)件12。具體地，根據(jù)一些實施例，沒有熱量被施加到型材20(無論是通過用拉伸成形設(shè)備30進行電阻加熱或是其他方式)，并且型材20抵靠模具46而成形以產(chǎn)生基底構(gòu)件12，而無需達到最小工作溫度或者另外地控制型材20的溫度。由此，在這些實施例中，將在環(huán)境溫度下在拉伸成形設(shè)備30的位置處發(fā)生由型材20形成基底構(gòu)件12。但是無論是否采用加熱和/或冷卻工藝，所產(chǎn)生的基底構(gòu)件12優(yōu)選地基本沒有殘余應(yīng)力，包括(但不限于)基底構(gòu)件的表面上的張緊殘余應(yīng)力。

一旦已經(jīng)利用上述工藝形成了結(jié)構(gòu)部件10的基底構(gòu)件12，一個或多個加強構(gòu)件14被固定至基底構(gòu)件12。根據(jù)一些實施例，利用線性摩擦焊接將每個加強構(gòu)件14固定至基底構(gòu)件12上。根據(jù)不同的實施例，可使用單鍛造軸或雙鍛造軸線性摩擦焊接工藝。該焊接工藝允許經(jīng)由來自于摩擦的局部加熱連同可沿一個或兩個方向施加的鍛造力，使得兩(2)塊金屬結(jié)合，所述摩擦通過這兩塊之間的振動的線性運動而產(chǎn)生。參見alessi等人的總體上描述雙鍛造軸線性摩擦焊接的美國專利no.7,624,907，其全部內(nèi)容通過引用并入本文中。

根據(jù)一些實施例，線性摩擦焊接機可用于完成線性摩擦焊接工藝。在一些實施例中，線性摩擦焊接機包括焊接頭，所述焊接頭能操作以提供振動和單軸的或雙軸的鍛造加載力，從而產(chǎn)生將加強構(gòu)件14固定至基底構(gòu)件12的焊接。如圖5和圖6中所示，雙鍛造軸線性摩擦焊接機的焊接頭50包括用于支撐其他部件的振動塊52。根據(jù)一些實施例，兩(2)個y軸振動靜液壓軸承致動器54設(shè)置在振動塊52的相對橫向側(cè)部上并被支撐在其中，四(4)個z軸鍛造靜液壓軸承致動器56設(shè)置在振動塊52的頂面上，以沿著第一鍛造軸、z軸提供鍛造載荷。兩(2)個x軸靜液壓鍛造致動器58沿著振動塊52的一個橫向側(cè)面設(shè)置，以沿著第二鍛造軸、x軸提供鍛造載荷。兩(2)個x軸反向載荷靜液壓軸承致動器60與所述兩(2)個x軸靜液壓鍛造致動器58相對，以抵消x軸鍛造致動器58的鍛造載荷。四(4)個z軸反向載荷浮動氣缸62圍繞振動塊52的每個角部放置，以抵消z軸鍛造致動器56的載荷。振動塊52進一步提供用于夾緊工具64的安裝表面，所述夾緊工具用于夾緊加強構(gòu)件14以便振動。振動塊52被保持在y軸靜液壓振動致動器54、沿x軸的靜液壓鍛造致動器58和反向載荷致動器60、以及沿z軸的靜液壓鍛造致動器56和反向載荷氣缸62之間。多個靜液壓致動器中的每一個優(yōu)選地裝配有用于致動的伺服閥以及壓力和位置反饋傳感器。靜液壓振動致動器優(yōu)選地設(shè)置有用于速度反饋的加速度計。

根據(jù)一些實施例，為了將加強構(gòu)件14固定至基底構(gòu)件上以形成結(jié)構(gòu)部件10，每個加強構(gòu)件14均被夾緊在焊接頭50中并被放置成與基底構(gòu)件12的底壁16和側(cè)壁18接觸，所述基底構(gòu)件12以接收加強構(gòu)件14的方式被緊固地安裝在焊接頭50中。如圖7中所示，加強構(gòu)件14沿著分別由底壁16和側(cè)壁18的內(nèi)表面限定的平面成直角地焊接至基底構(gòu)件12。具體地，x軸鍛造致動器58沿著x軸鍛造軸的方向提供鍛造載荷。x軸反向載荷和靜液壓軸承致動器60提供反向加載力，以發(fā)展沿x軸的靜液壓軸承上的預(yù)載荷。該布置沿x軸限制振動塊52，同時在沒有載荷施加到焊接頭50上的情況下允許鍛造致動器58沿x軸定位和保持控制。

z軸鍛造致動器56沿z軸鍛造軸方向提供鍛造載荷。同樣地，對于與靜液壓致動器整體形成的靜液壓軸承需要預(yù)載荷。z軸反向載荷氣缸62提供力來抵消振動塊的重量的載荷和靜液壓鍛造致動器的預(yù)載荷，以將振動塊52保持在焊接頭殼體中。該布置允許靜液壓鍛造致動器在沒有載荷施加到焊接頭50上的情況下控制沿z軸的位置。任意兩(2)組致動器的組合移動提供了一個運動平面。三(3)組正交的致動器產(chǎn)生了三(3)個焊接頭移動平面。靜液壓振動致動器提供焊接頭的高頻往復(fù)式y(tǒng)軸移動。

總體上，關(guān)于雙軸鍛造焊接工藝，利用移動中的振動塊，沿z軸和x軸方向相對于焊接界面從零度至九十度(優(yōu)選基本垂直地)施加預(yù)設(shè)的(調(diào)節(jié))鍛造載荷。利用振動運動和施加的載荷，所產(chǎn)生的摩擦將焊接界面加熱至材料的塑性狀態(tài)。材料從焊接界面被清除，由此清理焊接表面。每個鍛造軸排出量(displacement，移位)均被控制系統(tǒng)監(jiān)測，以確定在清理過程期間被排出(即消耗)的材料的量。當(dāng)達到預(yù)設(shè)的清理排出量時，振幅減小至零以將該部分定位成用于最終鍛造運動。在零振動或接近零振動時，沿z軸和x軸方向施加預(yù)設(shè)的最終鍛造載荷。施加的鍛造載荷將各部分驅(qū)使到一起。根據(jù)一些實施例，鍛造載荷的量級取決于焊接的長度。例如，在到側(cè)壁的焊接比到底壁的焊接長三(3)倍的情況下，沿著側(cè)壁的鍛造軸所需的驅(qū)使載荷的量級需要比沿著底壁的鍛造軸的驅(qū)使載荷大大約三(3)倍。通過施加鍛造載荷，鍛造加載壓力可保持相對恒定。鍛造排出量可被監(jiān)測并記錄。隨著材料冷卻并固化，鍛造排出停止。在鍛造排出停止之后保持鍛造載荷一預(yù)設(shè)的時間，以確保部分定位和焊接質(zhì)量。最終的焊接頭位置可被記錄，鍛造壓力減小至零，部分夾緊被釋放并且焊接頭縮回，從而完成焊接循環(huán)。由此，利用所述的雙鍛造軸線性摩擦焊接工藝，加強構(gòu)件14被固定至基底構(gòu)件12以形成結(jié)構(gòu)部件10。

在其它實施例中，可利用單鍛造軸線性摩擦焊接工藝將加強構(gòu)件14固定至基底構(gòu)件12，以形成結(jié)構(gòu)部件10。實際上，根據(jù)一些實施例，加強構(gòu)件14、調(diào)整片22和/或翼片24都可通過使用雙鍛造軸線性摩擦焊接或單鍛造軸線性摩擦焊接固定至基底構(gòu)件12。例如，加強構(gòu)件14可使用雙鍛造軸線性摩擦焊接固定至基底構(gòu)件12，而所需的調(diào)整片22和翼片24可使用單鍛造軸線性摩擦焊接固定至基底構(gòu)件12。調(diào)整片22和/或翼片24被焊接至由底壁16或側(cè)壁18的邊緣限定的單個平面，而不是被直角地焊接到基底構(gòu)件12的位于底壁16和側(cè)壁18之間的空間中，使得單鍛造軸線性摩擦焊接成為用于固定這些調(diào)整片22和/或翼片24的合適選擇。

除了僅通過焊接頭60沿一個方向施加單個鍛造載荷而不是沿x軸和z軸兩個方向上施加兩個載荷之外，單鍛造軸線性摩擦焊接以與上文描述的雙鍛造軸線性摩擦焊接類似的方式實現(xiàn)。例如，可沿z軸方向施加單個鍛造載荷。在這樣的實施例中，焊接頭60可不裝配x軸鍛造致動器58或x軸方向載荷和靜液壓軸承致動器60。通過使用y軸靜液壓振動致動器54，待固定的部件的振動仍然沿y軸方向發(fā)生，并且在達到預(yù)設(shè)的清理排出量時，振幅仍然減小到零，以將部件定位成用于最終鍛造運動。在零震動或接近零震動時，預(yù)設(shè)的最終鍛造載荷僅沿z軸方向被施加，將所述部件壓制到基底構(gòu)件12上。通過沿z軸方向施加鍛造載荷，在鍛造排出停止之后保持鍛造加載壓力一預(yù)設(shè)的時間，以確保部分定位和焊接質(zhì)量。由此，單鍛造軸線性摩擦焊接可用作本文描述的雙鍛造軸線性摩擦焊接的替代或補充，以將加強構(gòu)件14、調(diào)整片22和翼片24中的一個或多個固定至基底構(gòu)件12。

有利地，固定至基底構(gòu)件12的加強構(gòu)件14、調(diào)整片22和翼片24可由各種金屬和金屬合金形成。就此而言，加強構(gòu)件14、調(diào)整片22、翼片24和基底構(gòu)件12可由相同或不同的金屬和金屬合金形成。在一個實施例中，基底構(gòu)件12和固定至基底構(gòu)件12的構(gòu)件均由“不可焊接的”材料形成，該“不可焊接的”材料是具有高傳導(dǎo)性并且使熱量從焊接接頭快速耗散的材料，和/或是由于由熱膨脹引起的應(yīng)力而沿著焊接接頭呈現(xiàn)出裂紋的材料。不可焊接的材料在使用傳統(tǒng)的熔融焊接工藝焊接時形成相對較弱的焊接接頭，并由此對于高性能結(jié)構(gòu)應(yīng)用(諸如航空航天工業(yè))的設(shè)計者來說大多數(shù)部分是不能使用的。所述材料可包括鈦、鋁、鋁合金以及鈦的一些合金，特別是ti-6al-4v、aa2000和7000系列合金。有利地，這些材料中的許多中具有特別的腐蝕特性、疲勞特性、強度特性或延展特性，這些特性在某些應(yīng)用中(特別是航空航天工業(yè)中)是需要的。

加強構(gòu)件14與基底構(gòu)件12(或者調(diào)整片22或翼片24，視應(yīng)用而定)之間的振動產(chǎn)生足夠的摩擦熱量以將每個構(gòu)件的靠近接觸區(qū)域的部分的溫度升高到大約700℉與剛好低于形成加強構(gòu)件14和基底構(gòu)件12的金屬的固相線的溫度之間。線性摩擦焊接在焊接界面處產(chǎn)生嚴(yán)重變形但是高度精制的晶粒結(jié)構(gòu)，而基本沒有殘余應(yīng)力。另外，線性摩擦焊接與任何熔融焊接工藝相比導(dǎo)致較窄的熱影響區(qū)域，并且不局限于具有適用于傳統(tǒng)焊接的性質(zhì)的選定合金。線性摩擦焊接消除了與傳統(tǒng)焊接相關(guān)的多個缺點，諸如微裂紋、差的延展性、缺乏熔合、多孔性以及(最重要的)變形最小化，該變形最小化能不利地影響結(jié)合的部件構(gòu)件的形狀和公差。

由此，提供了減少所需原材料的量以及隨后的機加工操作的改進的結(jié)構(gòu)部件及結(jié)構(gòu)部件的制造方法。有利地，基底構(gòu)件和所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)部件的實施例形成得基本沒有殘余應(yīng)力，并且因此不會呈現(xiàn)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)部件的缺點，所述缺點諸如在進一步機加工或使用期間易于失效和/或形狀改變，并且/或者在基底零件與結(jié)合元件之間具有低于預(yù)期的更弱的聯(lián)結(jié)。

在本文中描述了本發(fā)明的具體實施例。在本文中所列舉的本發(fā)明的許多修改和其它實施例對于本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是能想到的，具有在上述描述和附圖中給出的教導(dǎo)的益處。因此，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不局限于所公開的具體實施例，并且修改和其它實施例以及實施例的結(jié)合旨在包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。盡管在本文中采用了特定的術(shù)語，但它們僅用于普通和描述性的意義，而不用于限制的目的。