用于夹持至少两个部件尤其是飞行器部件以通过两个部件边缘之间由搅拌摩擦焊接形成的焊缝连接所述部件的设备

摘要

本发明涉及一种用于夹持至少两个部件(17、18)尤其是飞行器部件(17、18)以通过两个部件边缘间由搅拌摩擦焊接形成的焊缝(22)连接所述部件(17、18)的设备。各个部件(17、18)由多个支撑元件(6－16)接纳，并且在焊缝(22)之下设置有焊接衬底(3)。焊接衬底(3)的两侧具有至少一个保持装置(4、5)，所述保持装置能够充入负压以夹持所述部件(17、18)。能够充入负压的保持装置(4、5)能够允许部件(17、18)被迅速简单地夹持以通过已知的搅拌摩擦焊接处理连接。通过更换少量部件、尤其是保持装置(4、5)和/或焊接衬底(3)，本发明的设备能够以简单灵活的方式适配于多个具有不同几何形状和/或尺寸的部件(17、18)。能够通过同一个设备夹持多种类型的部件、尤其是一次和/或二次弯曲的上述所有部件(17、18)来进行搅拌摩擦焊接处理。所述设备用于未加工部件、诸如金属板或类似物，以及用于夹持和焊接复杂的预制的独立部件，诸如整个机身壳体或部分壳体。另外，因为接缝形成区(19)的热量散失可以通过为保持装置(4、5)和/或基座(2)使用低导热材料而最小化，因此本发明的设备还可以使搅拌摩擦焊接具有较高的推进率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于夹持至少两个部件尤其是飞行器部件以通过两个部件边缘之间的搅拌摩擦焊接形成的焊缝连接所述部件的设备，其中所述部件各由多个支撑元件接纳，并且在所述焊缝之下设置有焊接衬底。

背景技术

已知的用于夹持部件以便搅拌摩擦焊接的设备包括大型的、大体水平的基座，待焊接部件支撑在基座上。在焊接处理过程中，部件被大型夹具机械夹持。夹具必须设计为基于搅拌摩擦焊接过程中产生的高机械力而保持相当的稳定。这种夹具可以由螺纹夹钳或可液压致动的夹钳实现。

在这两种情况下，首先需要提供较高的构造费用。另外，由于夹具必须从外侧尽可能靠近地引入至接缝形成区以在焊接衬底上的所述区域中最有效地压紧部件，因此机械夹具限制了待机械加工的部件的尺寸。因此，非常大尺寸的、复杂的部件，例如飞行器建造中的机身壳体形式的部件，并不能借助于已知的用于夹持部件的设备通过搅拌摩擦焊接连接。

另外，对有待通过搅拌摩擦焊接连接的部件进行夹持十分耗时。

此外，用于夹持部件以便搅拌摩擦焊接的已知设备的大型设计需要使高热量从所述接缝形成区散失，从而在许多情况下驱动速度必须降低。

最后，这些已知设备并不能以简单的方式适用于不同部件的几何形状，尤其是不能适用于不同的一次或二次弯曲部件。另外，必须为各种部件几何形状提供专门的夹持设备，由此储存费用和成本极大地增加。

另外，平面真空夹持台是已知的，由此缩短了待处理部件的夹持过程中所花费的时间。这些真空夹持台同样构造得非常巨大，从而接缝形成区同样会出现热量散失增大的问题。

此外，所述平面真空夹持台不能以简单的方式适用于不同部件的几何形状。

基于以上示出的缺点，用于夹持部件以便搅拌摩擦焊接的设备的已知实施方式仅有限地适于当前的高度灵活的生产处理中的成本高效且有效的实施的情况。

发明内容

本发明的目的是基本上避免了用于夹持部件以便搅拌摩擦焊接的设备的已知实施方式的缺点。

所述目的通过具有权利要求1特征的设备实现。

因为焊接衬底在两侧分别具有至少一个保持装置，保持装置能够充入用于夹持所述部件的负压，所以待通过搅拌摩擦焊接连接的部件通过应用负压以简单的方式被牢固夹持。另外本发明的设备使用同一个设备可以对不同的一次或二次弯曲部件进行可变的夹持，由此基本上仅仅保持装置和/或焊接衬底需要分别适用于不同的部件几何形状。

本发明设备的另一个有利的实施方式是将保持装置可释放地附连至基座。通过这种方式，例如可以对现有的保持装置进行快速且容易的更换以用于不同的部件几何形状和/或部件尺寸。另外基座与安置有本发明整个设备的底板产生稳定的、能承重的连接。

另一个有利的实施方式是，保持装置的表面几何形状适配于部件的表面几何形状和/或部件的尺寸。

该实施方式可以对不同几何形状和/或不同尺寸的部件进行可靠夹持。尤其是，通过本发明的设备，一次和/或二次弯曲部件可被可靠固定以便搅拌摩擦焊接，由此仅需更换保持装置以及必要时更换焊接衬底。

根据所述设备的另一个有利的实施方式，保持装置的宽度特别适配于部件的不同材料厚度。

该实施方式容许本发明的设备灵活地适配于多个不同的部件，尤其是具有不同材料厚度的部件。在此方面，例如保持装置的宽度越大，待焊接部件的材料厚度越大，从而在搅拌摩擦焊接处理过程中获得足够的接触压力。因为材料厚度的增加，搅拌摩擦焊接处理中产生的力增大。另外，保持装置在必要时各自可以单独适配于一次和/或二次弯曲部件。

根据另一个有利实施方式的特征，焊接衬底基本上设置在接缝形成区中的焊缝之下的中央并且形成为可被更换。

通过这种方式，可以对易磨损的焊接衬底进行简单更换。另外，还为待焊接部件设置有基本对称的支撑元件，支撑元件有助于提高焊缝的质量。此外，必要时通过用于不同部件几何形状的焊接衬底可以精细地适配于接缝形成区中的部件的几何设计。焊接衬底优选地由金属材料形成以在搅拌摩擦焊接区域中获得足够的耐久性或耐磨性。

根据另一个有利的实施方式，焊接衬底和保持装置形成支撑表面。通过这种方式，待通过搅拌摩擦焊接连接的部件可以尽可能水平地安置于本发明的设备上，从而通过搅拌摩擦焊接可以形成高质量且高尺寸精度的焊缝。由此焊接衬底和保持装置形成虚构的、基本上贯穿的支撑表面。

根据本发明设备的另一个实施方式，部件在接缝形成区中可以通过至少一个按压装置、尤其是压辊压在焊接衬底上。通过这种方式，在搅拌摩擦焊接过程中，在接缝形成区中为部件提供了更好的定位。

根据另一个有利的实施方式，支撑元件可移动地形成以适配于部件的不同表面几何形状和/或尺寸。

通过这种方式，可以灵活地接纳具有不同几何形状和/或尺寸的部件。优选地多个支撑元件设置在保持装置两侧，从而可以可靠地接纳大尺寸的部件。因此，支撑元件形成为基本垂直可动。另外，支撑元件可以额外地定位在平面中。

根据本发明的另一个实施方式，支撑元件具有用于固定部件的连接元件、尤其是吸盘。这些实施方式的改型即使对大尺寸部件、例如机身壳体的情况也可以进行可靠的保持。代替吸盘，也可以使用其他的连接元件，诸如夹具等等。

根据另一个有利的实施方式，保持装置和/或基座由绝热材料形成。

通过这种方式，可以保证搅拌摩擦焊接处理过程中在接缝形成区或在焊缝中存在的热量仅流动至设备的一小部分，从而可以增大搅拌摩擦焊接工具的驱动/操作速度。

根据本发明另一个优选的实施方式，在保持装置和/或基座的区域内，设置有至少一个定位装置用于引入和/或定向焊接衬底和/或保持装置上的部件。

通过所述实施方式，可以将待焊接部件至少部分自动定位在设备上。定位装置例如可以形成为端部具有吸盘的铰接臂。铰接臂可利用致动器、例如特别是利用液压活塞、电动驱动器等进行致动。另外，铰接臂还可以装备用于检测空间实际位置或部件在空间中的位置的传感器。对铰接臂的控制例如可以通过适合的控制器和调节装置进行。通过控制器和调节装置，可以同时对搅拌摩擦焊接工具以及保持装置进行控制。

附图说明

图1示出了本发明的用于在沿部件的边缘对所述部件进行搅拌摩擦焊接过程中夹持所述部件的设备的立体图。

具体实施方式 

图1示出了本发明的用于夹持两个部件的设备的一个示例性实施方式的立体图，其中所述两个部件将通过搅拌摩擦焊接而彼此连接。

根据本发明的设备除了包括其它元件以外，还包括底板1、基座2、焊接衬底3以及保持装置4、5。在基座的两侧设置有多个支撑元件。支撑元件优选地以矩阵的形式彼此均匀隔开排列。如图1所示，为了增强图形表示，在此仅示出了一半的支撑元件6至16。

第一部件17和第二部件18安置于保持装置4、5以及支撑元件6至16上。所述部件可以是薄板或也可以是更复杂的部件，诸如机身壳体的部分等等。

部件17、18在接缝形成区19中沿部件边缘20、21通过焊缝22连接。焊缝22借助于适合的搅拌摩擦焊接工具23以已知方式通过搅拌摩擦焊接形成，搅拌摩擦焊接工具23设置在工具托架24上。工具托架24例如通过未具体示出的、计算机控制的门式机器人在箭头25的方向上沿部件边缘20、21引导以形成焊缝22。

由于搅拌摩擦焊接会产生相当大的机械力，因此部件17、18必须通过本发明的设备进行固定或夹持。接缝形成区19非固定式地位于焊接衬底3上。保持装置4、5在面对部件17、18的上部侧面上具有多个未具体示出的通道，通道可以充入负压。可在保持装置4、5的顶部侧面中以棋盘状(checkered)方式铣出或以其它方式和类型制出通道。可替代地，也可以在保持装置4、5的顶部侧面中应用孔矩阵，从而在部件17、18和保持装置4、5之间形成负压。在保持装置4、5的边缘区域中，进一步设置了密封带以在部件17、18以及保持装置4、5之间保持负压。由于部件17、18和保持装置4、5之间存在有负压，因此部件17、18通过大气压力以高的压紧力压在保持装置4、5上。由于部件17、18的尺寸一般较大，可以产生相对较高的压力，从而部件17、18不会随搅拌摩擦焊接工具23的高驱动/操作速度而移动。

保持装置4、5例如可以通过螺旋连接、夹持连接、锁定机构等等可释放地与基座2连接，以容许保持装置4、5根据待夹持部件17、18的几何形状和/或尺寸容易地进行替换。另外，基座2可释放地附连至底板1，以获得相对于不同部件的更高的灵活性。

为了支撑保持装置4、5的作用，尤其是对大尺寸部件17、18的作用，所述设备进一步具有支撑元件6至16。支撑元件6至16可以分别彼此独立地沿黑色双箭头的方向即沿z方向移动。通过这种方式，使用本发明的设备还可以可靠并牢固地夹持具有不同尺寸和/或几何形状的部件。另外，支撑元件6至16也可以形成为沿x和y方向可动。

焊接衬底3和保持装置4、5的顶部侧面形成某种贯穿的支撑或接触表面26，部件17、18在支撑或接触表面26上置于部件边缘20、21两侧。这些虚构的接触表面26在两侧以矩阵状布置的支撑元件6至16的形式继续。为了增强所有支撑元件6至16的支撑作用，支撑元件6至16在端部上具有如吸盘27至30形式的连接元件。通过这种方式，所有支撑元件6至16以及其它未示出的支撑元件都装备有吸盘，其中吸盘27至30在图1中示出，而一些吸盘未示出。就此而论，应当注意，为了使所述设备实现充足的夹持效果，支撑元件并不必必须装备吸盘。通过保持装置4、5的负压产生的压紧力在搅拌摩擦焊接处理过程中一般能够满足可靠的固定。

为了进一步改善保持装置4、5的夹持作用，工具托架24可以具有压辊31。通过压辊31，在搅拌摩擦焊接工具23在接缝形成区19中焊接部件17、18之前，部件边缘20、21可被再次直接地牢固压在焊接基座3上。而且，在接缝形成区19中，在部件边缘20、21的区域内实现充足的压力并非必需压辊31。

通过在前示出的用于夹持部件17、18的特征，在搅拌摩擦处理过程中部件17、18是不可能滑动的，从而部件17、18可以通过搅拌摩擦焊接以最高的尺寸精度进行连接。

部件17、18的材料厚度越大，就必须选择宽度32、33越大的保持装置4、5以通过负压的产生而实现充分高的压紧力。

如果用根据本发明的设备夹持与图1示出的几何设计不同的部件17、18时，则必须至少对保持装置4、5进行替换并且必须更换相应的适于所述部件几何设计的保持装置。由于提供的各个保持装置的顶部侧面具有相应的设计及宽度，本发明的设备能够以最小的费用适配于具有不同几何尺寸的多种不同部件。尤其是仅仅通过更换相应形成的保持装置，还可以可靠并牢固地对复杂的、一次和/或二次弯曲部件进行夹持。另外，还必须准备特定的基座以及特定的焊接衬底以适配部件的几何形状和/或特定部件的尺寸大小。在部件的外部区域中，随后通过所谓的由多个以矩阵状方式布置的并适配于多个不同部件几何形状和/或尺寸的支撑元件形成的“支撑元件场”进行固定。

然而，根据本发明，不再需要为生产处理中出现的各种部件几何形状提供完整的独立的夹持设备，由此可以节省相当多的成本和时间。

在基座2的两侧，进一步设置有定位装置34、35，通过定位装置34、35可以相对于焊接衬底3对放置好的部件17、18进行精确定位。在此方面，在图1中，仅示出了两个定位装置34、35。布置了进一步的定位装置以实现部件17、18沿x方向有效定位到基座2两侧，优选地定位装置分别彼此均匀地间隔开。定位装置34、35分别具有连接元件，例如，用于可再次释放地附连至部件17、18的吸盘36、37。吸盘36、37是定位装置上其他未具体地示出的连接元件的示例。

基座2、底板1、以及保持装置4、5以金属材料形成，例如以铝合金、钢等形成。与以上材料选择不同，至少保持装置4、5可以由仅能传导最小热量的材料形成，如以适当的陶瓷的和/或塑料材料形成。通过这种方式，减小了接缝形成区19的热量散失，从而通过搅拌摩擦焊接工具23，以相同的焊缝质量可以获得更高的操作速度。

部件17、18在接缝形成区19中进一步具有小的溢流区38、39，溢流区38、39在搅拌摩擦焊接处理完成之后被分离。溢流区体现为小的板状延长物，如通过图1的实例所示出。通过这种方式，焊缝22始终完全延伸至部件17、18的前部或后部的部件边缘。相反，如果搅拌摩擦焊接工具23被引导至前部或后部的部件边缘，则焊缝22将在这些边缘区域中不完全地形成。

附图标记列表

1  底板

2  基座

3  焊接衬底

4  保持装置

5  保持装置

6  支撑元件

7  支撑元件

8  支撑元件

9  支撑元件

10 支撑元件

11 支撑元件

12 支撑元件

13 支撑元件

14 支撑元件

15 支撑元件

16 支撑元件

17 第一部件

18 第二部件

19 接缝形成区

20 部件边缘

21 部件边缘

22 焊缝

23 搅拌摩擦焊接工具

24 工具托架

25 箭头

26 支撑表面

27 吸盘

28 吸盘

29 吸盘

30 吸盘

31 压辊

32 宽度

33 宽度

34 定位装置

35 定位装置

36 吸盘

37 吸盘

38 溢流区

39 溢流区