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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE60221581 T2
Publication typeGrant
Application numberDE2002621581
Publication date22 Nov 2007
Filing date28 Aug 2002
Priority date16 Apr 2002
Also published asCN1268465C, CN1451508A, DE60217644D1, DE60217644T2, DE60221581D1, EP1354661A2, EP1354661A3, EP1354661B1, EP1543913A2, EP1543913A3, EP1543913B1, EP1762327A1, US6857555, US20030192941
Publication number02621581, 2002621581, DE 60221581 T2, DE 60221581T2, DE-T2-60221581, DE02621581, DE2002621581, DE60221581 T2, DE60221581T2
InventorsKazushige Fukuyori, Ryooji Ishida, Norihisa Okada
ApplicantHitachi, Ltd.
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Verfahren und Vorrichtung zum Reibrührschweissen Method and apparatus for friction stir welding translated from German
DE 60221581 T2
Abstract  available in
Claims(3)  translated from German
  1. Reibrührschweißvorrichtung, aufweisend: eine Haspel ( Friction stir welding apparatus, comprising: a reel ( 90 90 ), auf der ein Füllelement ( ), On which a filler ( 30 30 ) aufgewickelt ist, ein Schneidwerkzeug ( ) Is wound, a cutting tool ( 60 60 ) zum Schneiden einer Rinne ( ) For cutting a groove ( 41 41 ) entlang einer Verbindungslinie, an der zwei Elemente ( ) Along a joint line where two members ( 10 10 , . 20 20 ) aneinanderstoßen, ein Führungsrohr ( ) Abut a guide tube ( 94 94 ) zum Führen des Füllelements ( ) For guiding said filler member ( 30 30 ), wobei das Führungsrohr ( ), Wherein the guide tube ( 94 94 ) widerstandsfähig gegen Abrasion ist und entweder starr oder flexibel ist und zwischen der Haspel ( ) Is resistant to abrasion and is either rigid or flexible, and between the reel ( 90 90 ) und der vom Schneidwerkzeug ( ) And the cutting tool ( 60 60 ) gebildeten Rinne ( ) Formed channel ( 41 41 ) angeordnet ist, wobei das Füllelement ( Is arranged), wherein the filling element ( 30 30 ) durch das Innere des Führungsrohrs ( ) Through the interior of the guide tube ( 94 94 ) geführt wird, und ein Drehwerkzeug ( ) Is guided, and a rotary tool ( 81 81 ) zum Reibrührschweißen des in die Rinne ( ) For friction stir welding of the channel ( 41 41 ) eingeführten Füllelements ( ) Introduced filling element ( 30 30 ) und der beiden genannten Elemente ( ) And the said two elements ( 10 10 , . 20 20 ). ).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit mindestens einem Paar Richtrollen ( Apparatus according to claim 1 having at least a pair of straightening rolls ( 91a 91a , . 91b 91b , . 91c 91c ) zum Geraderichten des zwischen der Haspel ( ) For straightening between the reel ( 90 90 ) und dem Führungsrohr ( ) And the guide tube ( 94 94 ) befindlichen Füllelements ( ) Located filling element ( 30 30 ). ).
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Führungsrohr ( Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the guide tube ( 94 94 ) so gekrümmt ist, dass sich die Vorschubrichtung des Füllmaterials ( ) Is curved so that the feed direction of the filler material ( 30 30 ) im Führungsrohr ( ) In the guide tube ( 94 94 ) ändert. ) Changes.
Description  translated from German
  • GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION
  • [0001] [0001]
    Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reibrührschweißen, die insbesondere bei einem Schweißverfahren von Nutzen ist, das wünschenswerterweise zum Herstellen von Schienenfahrzeugkarosserien angewandt wird. The invention relates to an apparatus for friction stir welding, which is particularly useful in a welding method that is desirably used for the manufacture of rail vehicle bodies.
  • BESCHREIBUNG DER EINSCHLÄGIGEN TECHNIK DESCRIPTION OF THE RELATED ART
  • [0002] [0002]
    Reibrührschweißen ist ein Verfahren, das dadurch ausgeführt wird, dass eine sich drehende Rundachse (als Drehwerkzeug bezeichnet) in den Verbindungsbereich zwischen zu verschweißenden Elementen eingeführt wird und sie entlang der Verbindungslinie bewegt wird, um dadurch das an das Werkzeug angrenzende Material der Elemente zu erwärmen, zu Erweichen und plastisch Auszubilden, um ein Festphasenschweißen der Elemente auszuführen. Friction stir welding is a process that is executed by the fact that a rotating round shaft (called a rotary tool) is inserted into the connecting region between members to be welded, and it is moved along the joint line, thereby to heat the adjacent to the mold material of the elements, to soften and plastically trainees to perform a solid-phase welding of the elements.
  • [0003] [0003]
    Der zwischen den aneinander stoßenden Elementen gebildete Zwischenraum ist ein bedeutsamer Faktor beim Ausführen des Reibrührschweißens. The gap formed between the abutting elements is an important factor when performing the friction stir welding. Wenn der Zwischenraum zu groß ist, ist es schwierig, eine gute Reibrührschweißnaht zu erhalten. If the gap is too large, it is difficult to obtain a good friction stir weld. Jedoch werden beim Herstellen einer Karosserie eines Schienenfahrzeugs und dergleichen, wo die miteinander zu verschweißenden Elemente eine große Abmessung mit einer Länge von ungefähr 20 m und einer Breite von ungefähr 3 m aufweisen, Herstellfehler der Elemente eher übermäßig groß, und im Ergebnis kann der Zwischenraum zu groß werden. However in the manufacture of a car body of a railway vehicle and the like where the to be welded together elements having a large dimension having a length of about 20 m and a width of about 3 m, manufacturing errors of the elements rather excessive, and as a result the gap can be large.
  • [0004] [0004]
    Gemäß der vorläufigen Offenlegungsveröffentlichung Nr. 2000-233285 eines japanischen Patents wird im Zwischenraum im Stoßbereich zwischen den zwei miteinander zu verschweißenden Elementen ein Füllelement angeordnet, wenn ein Reibrührschweißen ausgeführt wird. According to the preliminary Laid-open Publication no. 2000-233285 of the Japanese Patent is disposed in the joint area between the two elements to be welded together a filling element in the intermediate space, when a friction stir welding is performed.
  • [0005] [0005]
    Darüber hinaus offenbart das japanische Patent Nr. 3014654 (USP 6,050,474) das Anbringen jeweiliger Vorsprünge an den Elementen nahe dem Stoßbereich sowie das Auffüllen des Zwischenraums unter Verwendung des die Vorsprünge bil denden Materials als Füllmaterial, wenn ein Reibrührschweißen ausgeführt wird. In addition, the Japanese Pat. No. 3014654 discloses (USP 6,050,474) attaching respective projections on the elements near the impact area as well as filling the gap using the projections bil Denden material as a filler when a friction stir welding is performed.
  • [0006] [0006]
    Wenn ein Füllelement in den zwischen miteinander zu verschweißenden Elementen gebildeten Zwischenraum eingeführt wird, ist es wesentlich, dass es fest an einer bestimmten Position angebracht wird, um während des Reibrührschweißens nicht vom Zwischenraum abzuweichen. If a filler is introduced into the intermediate space formed between members to be welded together, it is essential that it is fixedly attached to a certain position, so as not to deviate from the gap during the friction stir welding.
  • [0007] [0007]
    Es ist möglich, das Füllelement durch Anschweißen an den aneinander stoßenden Elementen zu fixieren, jedoch kann die während des Anschweißens erzeugte starke Wärme zu einer Verformung der Elemente führen. It is possible to fix the filler member by welding to the adjoining elements, however, the strong heat generated during of welding lead to a deformation of the elements. Darüber hinaus kann, wenn die Oberfläche für das Reibrührschweißen zu verwenden ist, ohne dass eine Beschichtung auf sie aufgetragen wird, der Schweißabschnitt verfärbt bleiben, und er kann das Aussehen der verschweißten Fläche beeinträchtigen. Moreover, if the surface is to be used for friction stir welding, without that a coating is applied to them, remain discolored, the weld portion, and it may detract from the appearance of the welded surface.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
  • [0008] [0008]
    Die Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung zum Reibrührschweißen zu schaffen, die es ermöglicht, eine gute Schweißnaht bei attraktivem Aussehen zu erzielen. The invention aims to provide an apparatus for friction stir welding that enables to achieve a good weld with an attractive appearance.
  • [0009] [0009]
    Die Vorrichtung zum Reibrührschweißen gemäß der Erfindung ist im Anspruch 1 dargelegt. The apparatus for friction stir welding according to the invention is set out in claim 1.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
  • [0010] [0010]
    1 1 ist eine schematisierte, perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen der Prozesse, die durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgeführt werden können; is a schematic, perspective view illustrating the processes that can be executed by the device according to the invention;
  • [0011] [0011]
    2 2 ist eine vereinfachte Seitenansicht einer Vorrichtung, die keine Ausführungsform der Erfindung bildet, insbesondere zum Veranschaulichen der Vorschubeinheit für das Füllelement; is a simplified side view of a device not forming an embodiment of the invention, especially illustrating the feeding unit of the filler member;
  • [0012] [0012]
    3 3 ist eine III-III-Schnittansicht der is a III-III sectional view of the 1 1 ; ;
  • [0013] [0013]
    4 4 ist eine IV-IV-Schnittansicht der is a IV-IV cross-sectional view of the 1 1 und and 2 2 ; ;
  • [0014] [0014]
    5 5 ist eine VV-Schnittansicht der is a sectional view of the VV- 1 1 und and 2 2 ; ;
  • [0015] [0015]
    6 6 ist eine VI-VI-Schnittansicht der is a VI-VI sectional view of the 1 1 und and 2 2 ; ;
  • [0016] [0016]
    7 7 ist eine VII-VII-Schnittansicht der is a VII-VII sectional view of the 1 1 und and 2 2 ; ;
  • [0017] [0017]
    8 8 ist eine VIII-VIII-Schnittansicht der is a VIII-VIII sectional view of the 1 1 ; ;
  • [0018] [0018]
    9 9 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen der Schweißverbindung der Elemente, wobei die durch Reibrührschweißen hergestellte stumpfe Schweißverbindung geglättet ist; is a sectional view illustrating the weld joint of the elements, wherein the blunt weld connection produced by friction stir welding is smoothed;
  • [0019] [0019]
    10 10 ist eine Ansicht entlang einem Pfeil X in der is a view taken along an arrow X in the 2 2 ; ;
  • [0020] [0020]
    11 11 ist eine vereinfachte Seitenansicht zum Veranschaulichen der Vorrichtung, die eine Ausführungsform der Erfindung ist, um insbesondere die Vorschubeinheit für das Füllelement zu veranschaulichen. is a simplified side view illustrating the apparatus which is an embodiment of the invention in order to illustrate in particular the feed unit for the filling element.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENT
  • [0021] [0021]
    Nun wird unter Bezugnahme auf die Now, with reference to the 1 1 bis to 10 10 eine Vorrichtung erläutert, die keine Ausführungsform der Erfindung ist. an apparatus explained which is not an embodiment of the invention.
  • [0022] [0022]
    Zwei plattenförmige Elemente Two plate-like elements 10 10 und and 20 20 werden auf einem Bett be on a bed 25 25 so montiert, dass sie stumpf aneinander liegen, wobei die Ränder einander gegenüber stehen. mounted so that they are butted, the edges are opposite each other. Die Elemente werden in dieser Position fixiert. The elements are fixed in this position. Häufig wird zwischen den aneinander stoßenden Elementen ein Zwischenraum gebildet. Frequently between the abutting elements, a gap is formed. An der Oberseite der einander auf Stoß gegenüber stehenden Abschnitte der Elemente At the top of each other edge to edge standing over portions of the elements 10 10 und and 20 20 sind Vorsprünge Projections 12 12 bzw. and 22 22 vorhanden. available. Ferner ist an der Unterseite des Stoßbereichs des Elements Furthermore, at the bottom of the shock region of the element 20 20 ein Vorsprungsblock a projection block 23 23 vorhanden, der zur Unterseite des Stoßbereichs des Elements present, the impact to the bottom of the range of the element 10 10 vorsteht. protrudes.
  • [0023] [0023]
    Die zwei Elemente The two elements 10 10 und and 20 20 werden gegeneinander gedrückt und am Bett against each other on bed 25 25 fixiert, damit der Zwischenraum fixed so that the interspace 40 40 zwischen ihnen entweder minimiert oder verschwunden ist, wobei er zumindest kleiner als eine vorbestimmte Zwischenraumgröße ist. between them is either minimized or disappeared, being at least smaller than a predetermined gap size. Die vorbestimmte Zwischenraumgröße entspricht entweder einem später genannten Zwischenraum The predetermined gap size corresponds either to a later-mentioned gap 41 41 , oder sie ist wesentlich kleiner. Or it is much smaller.
  • [0024] [0024]
    Die Elemente The elements 10 10 und and 20 20 sind extrudierte Formelemente aus einer Aluminiumlegierung. are extruded shape members made of aluminum alloy. Der Stoßabschnitt (die Flächen) der zwei Elemente The percussion section (the land) of the two elements 10 10 , . 20 20 wird als Verbindungslinie bezeichnet. is referred to as a connection line. Wie später angegeben, ist das Material des Füllelements As mentioned later, the material of the filling member 30 30 dasselbe wie dasjenige der Elemente the same as that of the elements 10 10 , . 20 20 . ,
  • [0025] [0025]
    Die Vorrichtung zum Reibrührschweißen verfügt über in den The apparatus for friction stir welding has in the 1 1 und and 2 2 dargestellte Einheiten (ohne die Elemente units shown (without the elements 10 10 , . 20 20 und das Bett and the bed 25 25 , jedoch mit der Zuführvorrichtung für das Füllelement , But with the feed device for the filling element 30 30 ), wobei sie über einen bewegten Körper verfügt, der sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit gegen das Bett ), Where it has a moving body at a predetermined speed against the bed 25 25 bewegt, an dem die Elemente moves on which the elements 10 10 , . 20 20 befestigt sind. are attached. In der In the 1 1 bewegt sich die Vorrichtung von rechts nach links (in der durch den großen weißen Pfeil gekennzeichneten Richtung). the device moves from right to left (in the direction indicated by the large white arrow). In der In the 2 2 bewegt sich die Vorrichtung von rechts nach links. the apparatus moves from right to left. Anders gesagt, schneidet das Schneidwerkzeug In other words, cuts the cutting tool 60 60 an der linken Seite als Erstes die Elemente on the left side as the first elements 10 10 und and 20 20 , und die Bearbeitung schreitet in der Richtung des an der rechten Seite angeordneten Werkzeugs And the machining advances in the direction of which is arranged on the right side of tool 81 81 zum Reibrührschweißen fort. for continuous friction stir welding.
  • [0026] [0026]
    Nach dem Fixieren der Elemente After the fixing of the elements 10 10 und and 20 20 am Bett on the bed 25 25 wird die Verbindungslinie (an der der Zwischenraum the connection line (at which the intermediate space 40 40 existiert) von der Oberseite her unter Verwendung eines Schneidwerkzeugs exists) from the upper side using a cutting tool 60 60 eingeschnitten, um eine vorbestimmte Rinne cut to a predetermined channel 41 41 zu erzeugen. to produce. Die Rinne The channel 41 41 ist rechteckig. is rectangular. Die entgegengesetzten Seiten der Rinne The opposite sides of the channel 41 41 (die Enden der Elemente (The ends of the elements 10 10 und and 20 20 ) verlaufen parallel. ) Are parallel.
  • [0027] [0027]
    Die Weite dieses Einschnitts ist zumindest ausreichend groß dafür, dass die den Zwischenraum The length of this incision is at least sufficiently large that the the gap 40 40 bildenden beiden Seitenwände nicht verbleiben. do not remain forming two side walls. Die Schnitttiefe entspricht der Tiefe bis zur Oberseite des Vorsprungsblocks The cutting depth corresponds to the depth to the top of the nose block 23 23 . , Beim Schneidprozess wird ein Trockenschneiden ausgeführt. During the cutting process, a dry cutting is performed.
  • [0028] [0028]
    In den Figuren ist das Schneidwerkzeug In the figures, the cutting tool 60 60 als Kreissäge dargestellt, jedoch können auch andere Schneidwerkzeuge zum Liefern desselben Effekts verwendet werden, wie ein Schlitzfräser oder ein Stirnfräser. represented as a circular saw, but other cutting tools can be used to provide the same effect as a slot milling cutter or an end mill. Zusammengefasst gesagt, ist es erforderlich, dass die Tiefe und die Weite des Schnitts gleichmäßig sind. In summary, it is necessary that the depth and the width of the cut are uniform.
  • [0029] [0029]
    Danach werden die durch das Schneidwerkzeug After that, by the cutting tool are 60 60 erzeugten Späne entweder durch Ausblasen von Druckluft aus einer Spanbeseitigungsdüse chips generated either by blowing compressed air from a Spanbeseitigungsdüse 50 50 oder durch Einsaugen derselben in einen Staubsauger entfernt. or by sucking them away in a vacuum cleaner.
  • [0030] [0030]
    Hinter der Spanbeseitigungsdüse Behind the Spanbeseitigungsdüse 50 50 ist eine Gummiplatte is a rubber plate 95 95 angeordnet, die mit der Oberseite der Vorsprünge arranged, which with the top of the projections 12 12 und and 22 22 in Kontakt gelangt, wobei sich die Oberseite der Elemente comes into contact, wherein the upper side of the elements 10 10 und and 20 20 zur Außenseite der Vorsprünge erstreckt, und wobei der Vorsprungsblock to the outer side of the projections, and wherein the projection block 23 23 innerhalb der Rinne within the channel 41 41 liegt. is located. So sperrt die Gummiplatte eine Weiterbewegung der Späne nach hinten. Thus, the rubber plate blocks further movement of the chips back.
  • [0031] [0031]
    Nach dem Herstellen der Rinne After making the gutter 41 41 wird das Füllelement is the filling 30 30 in dieselbe eingeführt. introduced into it. Dies erfolgt durch Abziehen des Füllelements This is done by pulling the filler member 30 30 von einer Haspel from a reel 90 90 , Einführen des Elements , Introducing the element 30 30 in die Rinne in the channel 41 41 und Andrücken desselben durch eine Pressrolle and pressing it through a press roller 70 70 nach unten, um es in die Rinne einzuführen. down to introduce it into the channel. Die Pressrolle The press roll 70 70 drückt die Oberseite des Füllelements presses the upper side of the filling member 30 30 durch die Funktion einer Luftzylindervorrichtung by the function of an air cylinder device 71 71 (oder einer Druckfeder) nach unten gegen den Boden der Rinne (Or a compression spring) downwardly against the bottom of the trough 41 41 . ,
  • [0032] [0032]
    Die Höhe des Füllelements The height of the filling 30 30 ist so bestimmt, dass seine Oberseite leicht über die Oberseiten der Vorsprünge is determined so that its top side slightly above the tops of the projections 12 12 , . 22 22 ansteigt, wenn seine Unterseite mit der Oberseite des Vorsprungsblocks increases as its bottom with the top of the projection block 23 23 in Kontakt steht. is in contact.
  • [0033] [0033]
    Die Querschnittsform des Füllelements The cross sectional shape of the filling member 30 30 entspricht im Wesentlichen derjenigen der Rinne essentially corresponds to that of the gutter 41 41 . , Die Weite des Füllelements The width of the filling 30 30 entspricht im Wesentlichen derjenigen der Rinne essentially corresponds to that of the gutter 41 41 . , Das Füllelement The filling member 30 30 wird durch die Pressrolle is determined by the pressure roller 70 70 relativ leicht in die Rinne relatively easily into the gutter 41 41 eingeführt, jedoch wird zwischen dem Füllelement introduced, however, between the filler element 30 30 und dem Element and the element 10 10 ( ( 20 20 ) kein übermäßiger Zwischenraum erzeugt. ) Does not generate excessive space. Der Breitenunterschied zwischen dem Füllelement The difference in width between the filler element 30 30 und der Rinne and the channel 41 41 wird auf unter 1 mm eingestellt. is set to less than 1 mm.
  • [0034] [0034]
    Das Füllelement The filling member 30 30 wird um eine drehbare Haspel is about a rotatable reel 90 90 gewunden, wobei es sich über Geraderichtrollen wound, which is about straightening rollers 91a 91a , . 91b 91b und and 91c 91c und Vorschubrollen and feed rollers 92a 92a , . 92b 92b , . 92c 92c , . 92d 92d , . 92e 92e und and 92f 92f in dieser Reihenfolge zur Pressrolle in this order to the pressing roller 70 70 erstreckt. extends.
  • [0035] [0035]
    Die Geraderichtrollen The straightening rollers 91a 91a , . 91b 91b und and 91c 91c dienen zum Einbetten des um die Haspel used for embedding the on the bobbin 90 90 gewundenen Füllelements wound filler member 30 30 , um dadurch die Einrollung desselben gerade zu richten. Thereby the curl of the same straighten. Die Geraderichtrollen The straightening rollers 91a 91a und and 91c 91c stehen hauptsächlich mit der Innenseite des um die Haspel relate mainly to the inside of the reel 90 90 gewundenen Füllelements wound filler member 90 90 in Kontakt. in contact. Die Geraderichtrolle The straightening roller 91b 91b steht hauptsächlich mit der Außenseite des um die Haspel is mainly linked to the outside of the reel 90 90 gewundenen Füllelements wound filler member 30 30 in Kontakt. in contact. Die Kontaktflächen der Geraderichtrollen The contact surfaces of the straightening rollers 91a 91a , . 91b 91b und and 91c 91c , die mit dem Füllelement With said filling member 30 30 in Kontakt gelangen (die Außenumfänge der Rollen) sind vertieft. come into contact (the outer peripheries of rolls) are deepened. Das Füllelement The filling member 30 30 tritt in die Vertiefung ein. enters the recess.
  • [0036] [0036]
    Die Vorschubrollen The feed rollers 92a 92a , . 92b 92b , . 92c 92c und and 92d 92d sind Rollen zum Abziehen des Füllelements are roles for removing the filler member 30 30 von der Haspel from the reel 90 90 und zum Zuführen desselben in die Rinne and for feeding the same into the channel 30 30 . , Die Vorschubrollen treten mit der Fläche des Füllelements The feeding rollers contact the surface of the filling member 30 30 in der Höhenrichtung (der entlang der Höhe der Rinne in the height direction (along the height of the gutter 41 41 ausgerichteten Fläche) in Kontakt. aligned face) in contact. Die Kontaktflächen der Vorschubrollen, die mit dem Füllelement The contact surfaces of the feed rollers, with the filling element 30 30 in Kontakt gelangen, sind vertieft. come into contact, are deepened. Das Füllelement The filling member 30 30 wird in die Vertiefung eingeführt. is introduced into the recess. Die Vorschubrollen The feed rollers 92a 92a und and 92c 92c werden über einen Drehmomentbegrenzer durch einen Motor angetrieben. are driven via a torque limiter by a motor. So wird das Füllelement mit einer vorbestimmten Kraft in der Längsrichtung transportiert. Thus the filling-element is transported with a predetermined force in the longitudinal direction. Die Vorschubrollen The feed rollers 92a 92a und and 92c 92c sind mit den Vorschubrollen are connected to the feed rollers 92b 92b bzw. and 92d 92d verbunden. connected. Beispielsweise sind am Außenumfang der Vorschubrollen For example, on the outer circumference of the feed rollers 92a 92a , . 92c 92c , . 92b 92b und and 92d 92d Zahnräder vorhanden, wobei diejenigen der Vorschubrollen Gears available, with those of the feed rollers 92a 92a und and 92c 92c mit denen der Vorschubrollen with those of the feed rollers 92c 92c und and 92d 92d in Eingriff stehen. are engaged.
  • [0037] [0037]
    Die Vorschubrollen The feed rollers 92a 92a , . 92b 92b , . 92c 92c , . 92d 92d , . 92e 92e und and 92f 92f sind Führungsrollen für das Füllelement guide rollers for the filling 30 30 . , Die Vorschubrollen The feed rollers 92e 92e und and 92f 92f verfügen über keine Motoren. have no motors. Die Vorschubrollen The feed rollers 92e 92e und and 92f 92f stehen mit der Oberfläche des Füllelements associated with the surface of the filling 30 30 in der Höhenrichtung (der entlang der Höher der Rinne in the height direction (the higher the gutter along the 41 41 ausgerichteten Fläche) in Kontakt. aligned face) in contact. Die Kontaktfläche der Zuführrolle, die mit dem Füllelement The contact surface of the feed roller, with the filling element 30 30 in Kontakt gelangt, ist vertieft. comes in contact, is deepened. Das Füllelement The filling member 30 30 tritt in die Vertiefung ein. enters the recess.
  • [0038] [0038]
    Nach dem Einführen des Füllelements After inserting the filler member 30 30 in die Rinne in the channel 41 41 wird ein Drehwerkzeug is a rotary tool 80 80 dazu verwendet, das Füllelement used, the filling member 30 30 vorübergehend an eine Position hinter der Pressrolle temporarily to a position behind the press roller 70 70 an die Elemente to the elements 10 10 und and 20 20 zu schweißen. to weld. Dieses Schweißen ist ein unter Verwendung des Drehwerkzeugs This is a welding using the rotary tool 80 80 ausgeführtes Reibrührschweißen. engineered friction stir welding.
  • [0039] [0039]
    Im Allgemeinen verfügt ein zum Reibrührschweißen verwendetes Drehwerkzeug über einen Abschnitt kleinen Durchmessers, der an der Spitze eines Abschnitts großen Durchmessers angeordnet ist, jedoch verfügt bei dieser Ausführungsform das Drehwerkzeug In general, a rotary tool used for friction stir welding has a small-diameter portion disposed at the tip of the large diameter portion, but in this embodiment has the rotary tool 80 80 über keinen Abschnitt kleinen Durchmessers. does not have a small-diameter portion. Die Spitze des Drehwerkzeugs The tip of the rotary tool 80 80 ist flach. is flat. Das Drehwerkzeug The turning tool 80 80 wird von oben her in die Elemente is from above into the elements 10 10 , . 20 20 und das Füllelement and the filling 30 30 eingeführt. introduced. Das axiale Zentrum des Drehwerkzeugs The axial center of the rotary tool 80 80 verläuft ähnlich wie bei einem normalen Drehwerkzeug schräg. is similar slanted like a normal rotary tool.
  • [0040] [0040]
    Die Abschrägungsrichtung ist ebenfalls dieselbe wie beim normalen Reibrührschweißen. The Abschrägungsrichtung is also the same as in the normal friction stir welding. Das Drehwerkzeug The turning tool 80 80 wird gedreht. is rotated.
  • [0041] [0041]
    Der Durchmesser des Drehwerkzeugs The diameter of the rotary tool 80 80 ist etwas größer als die Weite der Rinne is slightly larger than the width of the channel 41 41 . , Wenn beispielsweise die Weite der Rinne For example, if the width of the channel 41 41 3 mm beträgt, ist der Durchmesser des Drehwerkzeugs 3 mm, the diameter of the rotary tool 80 80 auf 6 mm eingestellt. adjusted to 6 mm. Die Einführtiefe des Drehwerkzeugs The insertion of the rotary tool 80 80 in die Vorsprünge in the projections 12 12 und and 22 22 ist sehr gering, da dieses Verschweißen nur ein zeitweiliges ist. is very low, since this is a temporary welding only. Beispielsweise beträgt die Schweißtiefe 1,0 mm von der Oberseite der Vorsprünge For example, the welding depth is 1.0 mm from the top of the projections 12 12 und and 22 22 aus. from. Die Schweißfestigkeit der zeitweiligen Verschweißung sollte dazu ausreichen, zu verhindern, dass sich das Füllelement The weld strength of the temporary welding should be sufficient to prevent the filling 30 30 während der unter Verwendung des Drehwerkzeugs while using the rotary tool 81 81 ausgeführten Behandlung des Reibrührschweißens aus der Rinne exported treatment of friction stir welding of the channel 41 41 heraus bewegt. moved out. Anders gesagt, wird die Einführtiefe so bestimmt, dass eine derartige Schweißfestigkeit erzielt wird. In other words, the insertion depth is determined so that such weld strength is achieved.
  • [0042] [0042]
    Das obere Ende des Füllelements The upper end of the filling member 30 30 liegt höher als die Oberseiten der Vorsprünge is higher than the tops of the projections 12 12 und and 22 22 . , Das Füllelement The filling member 30 30 steht über die Vorsprünge is over the protrusions 12 12 und and 22 22 über. about. Daher kann, wenn zwischen dem Füllelement Therefore, if between the filler element 30 30 und der Rinne and the channel 41 41 aufgrund von Herstellfehlern ein Zwischenraum gebildet ist, dieser durch den vorstehenden Abschnitt des Füllelements due to manufacture errors, a gap is formed, this by the projecting portion of the filling member 30 30 gefüllt werden. be filled. So kann das Füllelement Thus, the filler member 30 30 fest an den Elementen fixed to the elements 10 10 und and 20 20 fixiert werden. be fixed. Darüber hinaus kann das Füllelement Moreover, the filling member 30 30 , wenn es unter Verwendung der Pressrolle When using the press roll 70 70 in die Rinne gedrückt und in diese eingeführt wird, in engen Kontakt mit dem Vorsprungsblock is pressed into the channel and inserted into it, in close contact with the projection block 23 23 gelangen, um dadurch das Erzielen einer starken Verschweißung zu ermöglichen. access, thereby enabling the achievement of a strong weld.
  • [0043] [0043]
    Wenn ein Reibrührschweißen unter Verwendung des Drehwerkzeugs When a friction stir welding using the rotary tool 80 80 ausgeführt wird, wird die Oberseite der Schweißverbindung etwas gezackt. is executed, the upper side of the weld joint is somewhat jagged. In den In the 7 7 und and 8 8 ist die Oberseite der Schweißverbindung als flach dargestellt. is shown as being flat, the top of the weld joint.
  • [0044] [0044]
    Da am Außenumfang des Abschnitts großen Durchmessers des Drehwerkzeugs Since the outer periphery of the large diameter portion of the rotary tool 80 80 kein Schraubgewinde vorhanden ist, besteht keine Gefahr, dass das Füllelement no screw thread is present, there is no risk that the filling element 30 30 und die Vorsprünge and the projections 12 12 , . 22 22 während des Reibrührschweißens in der axialen Richtung des Drehwerkzeugs during the friction stir welding in the axial direction of the rotary tool 80 80 herausgedrückt werden. be pushed out.
  • [0045] [0045]
    Es ist bevorzugt, dass die Position des Drehwerkzeugs It is preferable that the position of the rotary tool 80 80 so nahe wie möglich an der Pressrolle as close as possible to the press roller 70 70 drückt. suppressed.
  • [0046] [0046]
    Als Nächstes erfahren die drei Elemente, bei denen es sich um die Vorsprünge Next, out of the three elements, which are the projections 12 12 , . 22 22 und das Füllelement and the filling 30 30 handelt, ein Reibrührschweißen unter Verwendung des Drehwerkzeugs is a friction stir welding using the rotary tool 81 81 . , Dieses Verschweißen erfolgt zum sicheren Verschweißen der Elemente This welding is carried out for safe welding of the elements 10 10 und and 20 20 miteinander. each other.
  • [0047] [0047]
    Das Drehwerkzeug The turning tool 81 81 verfügt über einen Abschnitt kleinen Durchmessers, der an der Spitze eines Abschnitts großen Durchmessers angeordnet ist. has a small-diameter portion disposed at the tip of the large diameter portion. Der Durchmesser des Abschnitts kleinen Durchmessers ist etwas größer als die Breite des Füllelements The diameter of the small-diameter portion is somewhat larger than the width of the filling member 30 30 und die Weite der Nut and the width of the groove 41 41 . , Während des Reibrührschweißens wird das untere Ende der Grenze zwischen dem Abschnitt großen Durchmessers und dem Abschnitt kleinen Durchmessers des Drehwerkzeugs During the friction stir welding, the lower end of the boundary between the large-diameter portion and the small diameter portion of the rotary tool is 81 81 über der Oberseite der Elemente over the top of the elements 10 10 und and 20 20 , mit Ausnahme der Vorsprünge With the exception of the protrusions 12 12 und and 22 22 , jedoch unter dem obersten Abschnitt dieser Vorsprünge But below the uppermost portion of these projections 12 12 und and 22 22 , angeordnet. Disposed. In ähnlicher Weise wird die Spitze des Abschnitts kleinen Durchmessers des Drehwerkzeugs Similarly, the tip of the small diameter portion of the rotary tool 81 81 entweder nahe der Oberseite des Vorsprungsblocks either near the top of the projecting block 23 23 oder im Inneren desselben angeordnet. or disposed within the interior thereof.
  • [0048] [0048]
    Wie bereits angegeben, wird, wenn zwischen dem Füllelement As already indicated, when between the filling element 30 30 und den Elementen and the elements 10 10 , . 20 20 ein Zwischenraum ausgebildet ist, derselbe dadurch aufgefüllt, dass das Füllelement an intermediate space is formed, the same is filled in that the filling element 30 30 und die über der Oberseite der Elemente and over the top of the elements 10 10 , . 20 20 (mit Ausnahme der Vorsprünge (With the exception of the protrusions 12 12 , . 22 22 ) angeordneten Vorsprünge ) Arranged projections 12 12 und and 22 22 als Material verwendet werden. be used as the material. Die Oberseite der Schweißverbindung ist etwas gezackt. The top of the welded joint is slightly serrated.
  • [0049] [0049]
    Danach werden, falls erforderlich, das Füllelement Thereafter, if necessary, the filler member 30 30 und die Vorsprünge and the projections 12 12 und and 22 22 (die den Schweißverbindungsabschnitt bilden), die über der Oberseite der Elemente (Forming the weld joint portion) over the top of the elements 10 10 und and 20 20 , mit Ausnahme der Vorsprünge With the exception of the protrusions 12 12 und and 22 22 liegen, abgeschnitten und entfernt, um eine glatte, ebene Fläche zu realisieren. there are cut and removed to realize a smooth flat surface.
  • [0050] [0050]
    Die The 9 9 zeigt den Querschnitt der durch Reibrührschweißen erzielten Verbindung mit eingeebneter Oberseite durch Entfernen der Vorsprünge shows the cross section of the joint obtained by friction stir welding with a planarized upper surface by removing the projections 12 12 , . 22 22 und der über der Oberseite der Elemente and over the top of the elements 10 10 , . 20 20 angeordneten Schweißverbindung. arranged weld. Das durch die Bezugszahl Represented by the reference numeral 43 43 gekennzeichnete Gebiet ist die durch Reibrührschweißen hergestellte Verbindung. marked area is the compound produced by friction stir welding.
  • [0051] [0051]
    Das Sehneidwerkzeug The Sehneidwerkzeug 60 60 und die Drehwerkzeuge and the turning tools 80 80 und and 81 81 sind jeweils so konzipiert, dass sie sich unabhängig voneinander in der Richtung orthogonal zur Verbindungslinie, anders gesagt, in der Breitenrichtung des Schneidwerkzeugs are each designed to be independent of each other orthogonally, in other words in the direction to the line in the width direction of the cutting tool 40 40 (Rinne (Trough 41 41 ) bewegen können. Can move). Dies dient zum Erfassen der Position der Ver bindungslinie (Zwischenraum This is used to detect the position of the United connecting line (clearance 40 40 , Rinne , Gutter 41 41 ) und zum Positionieren des Schneidwerkzeugs ) And for positioning the cutting tool 60 60 und der Drehwerkzeuge and the turning tools 80 80 und and 81 81 am Zentrum der Verbindungslinie. at the center of the connecting line. Darüber hinaus können das Schneidwerkzeug In addition, the cutting tool 60 60 und die Drehwerkzeuge and the turning tools 80 80 und and 81 81 in der vertikalen Richtung jeweils unabhängig voneinander bewegt werden. are each moved independently in the vertical direction. Dies dient zum Steuern der Schnitttiefe des Schneidwerkzeugs This is for controlling the cutting depth of the cutting tool 60 60 (Tiefe der Rinne (Depth of the groove 41 41 ) sowie der Schweißtiefe der Drehwerkzeuge ) And the welding depth of the turning tools 80 80 und and 81 81 auf eine vorbestimmte Tiefe. to a predetermined depth.
  • [0052] [0052]
    Um den obigen Vorteil zu erzielen, sind an der Vorrichtung optische Sensoren (nicht dargestellt) vorhanden, um die Position der Vorsprünge In order to achieve the above advantage, optical sensors on the device (not shown) are provided to adjust the position of the projections 12 12 und and 22 22 zu erfassen. to detect. Die optischen Sensoren erfassen die Position der zwei Vorsprünge The optical sensors detect the position of the two protrusions 12 12 und and 22 22 in der Breite, um das Schneidwerkzeug in width to the cutting tool 60 60 und die Drehwerkzeuge and the turning tools 80 80 und and 81 81 im zugehörigen Breitenzentrum zu positionieren. position in the corresponding width center. Darüber hinaus erfassen die optischen Sensoren die Höhenposition der Oberseiten der Vorsprünge In addition, the optical sensors detect the height position of the top sides of the projections 12 12 und and 22 22 , um das Schneidwerkzeug To the cutting tool 60 60 und die Drehwerkzeuge and the turning tools 80 80 und and 81 81 auf eine vorbestimmte Tiefe einzuführen. introduce a predetermined depth.
  • [0053] [0053]
    Die durch die Vorschubrollen The through feed rolls 92a 92a , . 92b 92b , . 92c 92c und and 92d 92d auf das Füllelement on the filling 30 30 ausgeübte Antriebskraft muss ausreichend stark sein, um der Rückschubkraft entgegenzuwirken, die während des durch das Drehwerkzeug applied driving force must be strong enough to counteract the rear thrust force during rotation by the tool 81 81 ausgeführten Reibrührschweißens auf das Füllelement friction stir welding performed on the filler 30 30 einwirkt. acts.
  • [0054] [0054]
    Der Abstand von den Vorschubrollen The distance from the feed rollers 92e 92e und and 92f 92f bis zur Pressrolle to the press roller 70 70 , der Abstand von dieser bis zum Drehwerkzeug , The distance from this rotation to the tool 80 80 sowie der Abstand von diesem bis zum Drehwerkzeug and the distance from this to the rotary tool 81 81 müssen jeweils auf einen Abstand eingestellt werden, der an den jeweiligen Stellen dafür sorgt, dass es durch die auf das Füllelement must each be adjusted to a distance which ensures at the appropriate places it so that it by acting on the filler member 30 30 wirkende Rückschubkraft zu keinem Aufwölben desselben kommt. acting rear thrust is the same at any bulging.
  • [0055] [0055]
    Bei dieser Ausführungsform kann selbst dann, wenn entlang der Verbindungslinie beim Aneinanderlegen und Verschweißen der zwei Elemente ein Zwischenraum existiert, die Verbindungslinie zugeschnitten werden, um einen Zwischenraum vorbestimmter Größe auszubilden, in den ein Füllelement eingeführt wird, um den an der Verbindungslinie gebildeten Zwischenraum im Wesentlichen zu beseitigen, bevor ein Reibrührschweißen ausgeführt wird, um so eine gute Verschweißung zu ermöglichen. In this embodiment, even if along the line connecting the juxtaposition and welding of the two elements there is a gap, the connecting line are cut to form a gap of predetermined size into which a filler member is inserted to the gap formed at the connecting line is substantially to eliminate, before friction stir welding is carried out, so as to enable a good welding.
  • [0056] [0056]
    Wenn der Verbindungsabschnitt nach dem Reibrührschweißen zu glätten ist und daran eine Bürstenbearbeitung auszuführen ist, wird ein gutes Aussehen er zielt, da das Material des Füllelements If the connecting portion is smooth according to the friction stir welding and processing to be executed because a brush, a good appearance, it aims, as the material of the filling 30 30 dasselbe wie das Wirtsmaterial (Elemente the same as the host material (elements 10 10 und and 20 20 ) ist, so dass nur eine geringe Verfärbung existiert. ), So that only there is a slight discoloration.
  • [0057] [0057]
    Darüber hinaus kann das Drehwerkzeug Moreover, the rotary tool 80 80 über einen Abschnitt kleinen Durchmessers verfügen, der an der Spitze eines Abschnitts großen Durchmessers angeordnet ist, ähnlich wie beim Drehwerkzeug have a small-diameter portion disposed at the tip of a large-diameter portion, similar to rotary tool 81 81 . ,
  • [0058] [0058]
    Nun wird unter Bezugnahme auf die Now, with reference to the 11 11 eine Ausführungsform der Erfindung erläutert. An embodiment of the invention is explained. Die Bezugszahlen der The reference numbers of 11 11 , die dieselben wie diejenigen sind, die in den , Which are the same as those in the 1 1 bis to 10 10 verwendet sind, kennzeichnen im Wesentlichen dieselben Elemente. are used, identify essentially the same elements. Diese Ausführungsform betrifft hauptsächlich ein Beispiel, bei dem das zeitweilige Verschweißen weggelassen ist. This embodiment relates mainly to an example in which the temporary welding is eliminated.
  • [0059] [0059]
    Die Vorschubrollen The feed rollers 92a 92a , . 92b 92b , . 92c 92c und and 92d 92d sind so positioniert, dass sie gegenüber dem in der are positioned such that they are opposed to the in 2 2 dargestellten Beispiel eine Winkeldifferenz von 90 Grad aufweisen. the illustrated example, have an angular difference of 90 degrees. Zwischen den Geraderichtrollen Between the straightening rollers 91a 91a - 91c 91c und den Vorschubrollen and the feed rollers 92a 92a - 92d 92d kann eine Führungsrolle angeordnet sein, die jedoch bei der vorliegenden Ausführungsform nicht vorhanden ist, da stattdessen ein Führungsrohr a guide roller can be arranged, which does not exist but in the present embodiment, since, instead, a guide tube 99 99 angebracht ist. is attached. Das Führungsrohr The guide tube 94 94 ist abriebbeständig, und es ist starr, oder es verfügt über Flexibilität. is abrasion resistant, and it is rigid, or it has flexibility. Es kann beispielsweise ein Rohr aus Teflon (registrierte Handelsbezeichnung) sein. It may be, for example, a tube made of Teflon (registered trademark). Zwischen dem Innendurchmesser des Führungsrohrs Between the inner diameter of the guide tube 94 94 und dem Füllelement and the filling element 30 30 existiert ein geeigneter Zwischenraum. There is an appropriate clearance. Die beiden Enden des Führungsrohrs The two ends of the guide tube 94 94 sind am bewegten Körper (nicht dargestellt) befestigt, an dem die vorliegende Vorrichtung zum Reibrührschweißen montiert ist. are on the moving body (not shown) on which the present friction stir welding apparatus is mounted. In der In the 11 11 ist das Füllelement is the filling 30 30 innerhalb des Reibrührschweißens within the friction stir welding 94 94 durch eine durchgezogene Linie dargestellt. represented by a solid line. Es kann eine Pressrolle There may be a pressure roller 70 70 verwendet werden, jedoch ist bei der dargestellten Ausführungsform keine solche verwendet. be used, but in the illustrated embodiment is not used such. Das Drehwerkzeug The turning tool 80 80 zum zeitweiligen Verschweißen ist weggelassen. for temporarily welding is omitted.
  • [0060] [0060]
    Die durch die Vorschubrollen The through feed rolls 92a 92a - 92d 92d erzeugte Vorschubkraft reicht dazu aus, das Füllelement thrust force generated sufficient for this purpose, the filling 30 30 zuzuführen, das der durch das Drehwerkzeug supply, which by the rotary tool 81 81 erzeugten Rückschubkraft entgegen wirkt. produced rear thrust opposes. Der Abstand zwischen den Vorschubrollen The distance between the feed rollers 93a 93a - 93d 93d und dem Drehwerkzeug and the rotary tool 81 81 ist so eingestellt, dass es durch die Rückschubkraft zu keinem Aufwölben des Füllelements is set so that it by the rear pushing force to any buckling of the filler member 30 30 kommt. comes. So kann das zeitweilige Verschweißen durch das Drehwerkzeug Thus, the temporary welding by the rotary tool 80 80 weggelassen werden. be omitted.
  • [0061] [0061]
    Wenn die Zuführrollen If the feed rollers 92a 92a - 92f 92f verwendet werden, müssen sie gegenüber dem bewegten Körper beweglich angebracht sein, jedoch kann stattdessen die Konstruktion durch verwenden des Führungsrohrs are used, they must be mounted for movement relative to the moving body, but instead the construction by use of the guide tube 94 94 vereinfacht werden. be simplified. Nun wird ein Beispiel für die Größen usw. der bei der Erfindung verwendeten Elemente erläutert: Now an example of the sizes etc. of the elements used in the invention will be explained:
    • – Material der Elemente - Material of the elements 10 10 , . 20 20 und des Füllmaterials and the filler material 30 30 : Aluminiumlegierung : Aluminum alloy
    • – Plattendicke der Elemente - Plate thickness of the elements 10 10 , . 20 20 (ausschließlich der Dicke der Vorsprün ge (Excluding the thickness of the Vorsprün ge 12 12 , . 22 22 ): 4 mm ): 4 mm
    • – Breite der Vorsprünge - Width of the projections 11 11 , . 22 22 : 8 mm : 8 mm
    • – Höhe der Vorsprünge - Height of the protrusions 12 12 , . 22 22 (ausschließlich der Plattendicke der Elemente (Excluding the plate thickness of the elements 10 10 , . 20 20 ): 2 mm ): 2 mm
    • – Weite der Rinne - Width of the channel 41 41 : 3 mm : 3 mm
    • – Tiefe der Rinne - Depth of the groove 41 41 : 6 mm : 6 mm
    • – Breite des Füllelements - Width of the filling 30 30 : 3 mm : 3 mm
    • – Höhe des Füllelements - Height of the filling 30 30 : 6,5 mm : 6.5 mm
    • – Durchmesser des Drehwerkzeugs - Diameter of the rotating tool 80 80 : 6 mm : 6 mm
    • – Reibrührschweißtiefe des Drehwerkzeugs - Reibrührschweißtiefe the rotary tool 80 80 : 1,0 mm gegenüber der Oberflä che der Vorsprünge : 1.0 mm from the surface projections of surface wa 12 12 , . 22 22
  • [0062] [0062]
    Gemäß der Erfindung kann ein gutes Reibrührschweißen dadurch erzielt werden, dass ein Schneidvorgang ausgeführt wird und zwischen zwei stumpf aneinander gesetzten Elementen ein vorbestimmter Zwischenraum ausgebildet wird, derselbe mit einem Füllelement aufgefüllt wird, um den Zwischenraum zwischen den aneinander stoßenden Elementen im Wesentlichen zu beseitigen, und daran ein Reibrührschweißen ausgeführt wird. According to the invention, a good friction stir welding be achieved in that a cutting operation is performed and between two butt-set to each other elements, a predetermined clearance is formed, the same is filled with a filler element in order to eliminate the space between the abutting main elements, and because a friction stir welding is performed.
Classifications
International ClassificationB23K20/26, B23K20/12, B23K20/24
Cooperative ClassificationB23K20/1245, B23K20/24, B23K20/128, B23K20/123
European ClassificationB23K20/12E6, B23K20/12E14, B23K20/24, B23K20/12E2