CN1177667C - 摩擦搅动连接部位的修补方法 - Google Patents

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Abstract

按摩擦搅动连接法连接框架件和形成连接部位接缝，每个框架件由A6NO1材料制的铝合金的基础件中空地挤压成型和模制。有缺陷时，对接缝打磨，去除缺陷接缝，形成修补区。再用TIG焊接法处理修补缝。焊条用与框架件的基础件相同的材料制成。对摩擦搅动连接部位进行发纹处理，可获得具高度美感的表面，其中，框架件的交界和缺陷的痕迹是难以查觉的。在制造如火车厢时，对其中铝合金材料进行摩擦搅动连接，改进了修补摩擦搅动连接部位的方法。

Description

摩擦搅动连接部位的修补方法
技术领域
本发明涉及摩擦搅动连接(friction stirjoining)部位的修补方法，尤其是涉及用铝合金材料作基础部件的工件的摩擦搅动连接部位的修补方法。
背景技术
摩擦搅动连接法是这样一种方法：按该法，使一圆棒(被称为转动工具)***欲经受摩擦搅动连接的两工件的结合部(该工件比如是铝合金框架件)的圆棒转动，然后使该转动工具沿此二经受摩擦搅动连接的挤压框架件的连接线移动。这两个经受摩擦搅动连接的挤压框架件的摩擦搅动连接部位被加热、软化、塑性流化。
转动工具是由插在两挤压框架件的摩擦搅动连接部位的小直径部位和设置在该小直径部外侧部位的大直径部位构成。旋转工具的小直径的中心与该旋转工具的大直径部位的中心同轴设置。
该旋转工具的小直径部位和大直径部位的交界部份稍***该两挤压框架件的摩擦搅动连接部位中。该旋转工具逆着两挤压框架件的连接进行方向向后倾斜。
当对此二挤压框架件进行摩擦搅动连接时，在***该旋转工具的、挤压框架件的一侧的表面上形成该挤压框架件的突起部位。因此，在此二挤压框架件的摩擦搅动连接部位处，该挤压框架件的板厚变小。
为防止上述的该挤压框架件板厚减小的问题。在欲经受摩擦搅动连接的挤压框架件的端部，提供朝着该旋转工具一侧突起的升高部位，然后对包括此升高部位的两挤压框架件进行摩擦搅动连接。
此外，替代向该挤压框架件提供该升高部位的是，对此二挤压框架件(第一和第二挤压框架件)设置第三块板，然后对此二挤压框架件和此第三块板进行摩擦搅动结合。
还有，在摩擦搅动连接中空框架件时，整体地设置一个与该中空框架件的面板垂直的支撑板，借助摩擦搅动连接的力可防止该中空框架件面板弯折。
上述技术公开于日本专利申请公开，平9-309164(EP 0797043 A2)中。
图9展示了按摩擦搅动连接法连接火车车厢10侧部构件的技术。在该火车车厢10的侧部结构的构件中，采用了挤压框架件20和30(第一挤压框架件20和第二挤压框架件30)。
这类挤压框架件20和30是通过挤压成型和模制而成的，比如，在铝合金件(A6NO1材料)各自的侧缘部件使它们连接，再沿第一、二挤压框架件20和30的连接线40对第一，二挤压框架件20和30进行摩擦搅动连接，于是在第一和第二挤压框架件20和30之间形成接缝50。
上述的A6NO1材料作为铝和/或铝合金的挤压框架件材料被用作火车车厢材料，因为可获得截面形状复杂的、大而薄的中空框架，并可得到高防腐蚀性能和良好的焊接性能。
上述A6NO1材料的化学成份是：0.40-0.9％Si、小于0.35％的Fe、小于0.35％的Cu、小于0.50％的Mn、0.40-0.8％Mg、小于0.3％Cr、小于0.25％Zn、小于0.10％Ti、及余量的Al。
接着，检测第一和第二挤压框架件20和30的接缝50，没有缺陷时，就将它原样保留下来，当在对接缝50进行缺陷修补后，发现缝50中有缺陷时，则进行发状裂缝处理(hairline processing)等工序，从而可形成具有美丽外观的第一和第二挤压框架件20和30的表面。
图4展示了沿第一和第二挤压框架件20和30的连接线40进行摩擦搅动连接，及在第一和第二挤压框架件20和30间形成接缝50的状况。
检测第一和第二挤压框架件20和30的接缝50，比如，按超声波探伤法进行检测，假设在接缝50上发现了图5所示的缺陷。
此外从图1到图7未画出升高部分的端部线(但图3除外)。图6和7中所示的每种结构表示了在接缝50上发现的缺陷70的常规修补过程。
第一和第二挤压框架件20和30分别用A6NO1铝合金材料作基础件按挤压工艺制成。由于对第一和第二挤压框架件20和30进行摩擦搅动连接而形成的接缝50具有和第一和第二挤压框架件20和30的基础件相同的A6NO1材料的组份。
为去除接缝50中的缺陷，用诸如砂轮之类的工具处理出一个包括这种缺陷部位的部分，并形成修补区70。
接着进行MIG焊(金属惰性气体保护焊)，形成修补缝80。当进行MIG焊时，采用适于MIG焊的焊丝。具有A5356规范的材料被用作这种焊接的材料。
图8示出一种状态，其中对包括已被修补的接缝50的连接部位进行发状裂缝处理部位52。与第一、二挤压框架件20和30的表面相比，发状裂纹处理部位52具有性能高度均匀的表面，因而可用保留这种未上漆状态的表面作火车厢10的侧部构件。
当对按上述的常规摩擦连接形成的，用MIG修补过的接缝50进行发状裂纹处理52时，图8中的修补部位82的表面显示出与其周边表面不同的外观。
至于修补部位的外观，它保持与火车厢10的侧部构件一样未涂漆的状态，当采用这种连接件时，从外观感觉方面而言，这就成了问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能克服上述问题的修补摩擦搅动连接部位的方法。
本发明的另一目的在于提供一种能去除摩擦搅动连接部位中的缺陷的修补摩擦搅动连接部位的方法。
本发明的再一目的在于提供修补摩擦搅动连接部位的方法，按该法可去除两个欲经受摩擦搅动结合工件的摩擦搅动连接部位的接缝中的缺陷。
本发明的修补通过运用摩擦搅动连接而形成的摩擦搅动连接部位的方法包括：通过按打摩法去除缺陷而形成修补区的步骤，该缺陷包括在连缝中，及按TIG(惰性气体保护钨电极焊接)焊接法，采用与基础件为同一材料的焊条，在已形成的修补区中形成修补接缝的步骤。
本发明的修补摩擦搅动连接部位的方法还包括对包括修补接缝和该接缝的连接部位进行发状裂缝处理的步骤。
附图说明
图1是示出本发明修补摩擦搅动连接部位的工艺的一个实施方案的说明图；
图2是示出本发明修补摩擦搅动连接部位的工艺的一个实施方案的说明图；
图3是展示本发明修补摩擦搅动连接部位的工艺的一个实施方案的说明图；
图4是展示摩擦搅动连接的示意图；
图5是展示摩擦搅动连接中的缺陷的说明图；
图6是展示现有技术的修补摩擦搅动连接部位的工艺的说明图；
图7是展示现有技术的修补摩擦搅动连接部位的工艺的说明图；
图8是展示现有技术的修补摩擦搅动连接部位的工艺的说明图；
图9是展示按摩擦搅动法制造火车厢侧部构件的说明图；
图10是沿图9中的A-A线截取的剖面图。
具体实施方式
图1和2分别展示了将要说明的本发明实施方案的、修补摩擦搅动连接部位的方法。
对构成火车厢10的侧部构件的第一和第二挤压框架件20和30进行摩擦搅动连接，在第一和第二挤压框架件20和30之间的连接部位40上形成接缝50。
图9是按摩擦搅动连接法制造火车厢10的侧部构件的说明图，而图10是沿图9中的A-A线截取的剖面图。
在图10中，将第一和第二挤压框架件20和30的升起部位22和32的侧端部紧靠在一起，然后通过进行摩擦搅动连接形成接缝50。
当第一和第二挤压框架件20和30的升起部位22和32被用作火车厢10的外面时，按照打磨工艺，连接的升起部位被作为平面使用，但，当该连接的升起部位的反面作为火车厢的外侧而形成时，则该连接的升起部位保留原样不变。
第一和第二挤压框架件20和30的上述接缝50是用A6NO1的同类材料形成的，该材料也是第一和第二挤压框架件20和30的基本部件。
接着，检测第一和第二挤压框架件20和30的接缝50。这种对接缝50的检测，可在保留第一和第二挤压框架件20和30的升起部位22和32的条件下进行，或在切去第一，二挤压框架件20和30的升起部位22和32的条件下进行。
对接缝50检测的结果是，当在接缝50上发现缺陷，如开裂或疵点等时，则去除包括这类缺陷的接缝50的周边，或用砂轮进行打磨，形成修补区70。
接着，如图2所示，用TIG焊(惰性气体保护钨极弧焊)对修补区70形成修补缝100。即，对修补区进行对缝焊接。
在进行TIG焊时，制备用类似于基础件的A6NO1材料制成焊条，然后用上述的A6NO1材料制的焊条进行上述的TIG焊。这种用A6NO1材料制的焊条是通过切割基础件的第一、二挤压框架件20和30的涂料制成的。
按照TIG焊，用同一材料形成接缝50和修补缝100。在TIG焊时，由于电极材料(钨电极或钨合金电极)和焊条材料彼此不同，所以可采用与基础件材料相同的焊条。
通过切割而去除第一、二挤压框架件20和30的升起部位22和32，然后对该升起部位一侧的面进行发状裂纹处理。
结果，如图3所示的，因对连接部位进行发状裂纹处理而得的发状裂纹处理部位54而言，没有留下痕迹或印迹。因此，可得到具有高质量的第一、二挤压框架件20和30的表面。因而，可按本发明的这一实施方案构成具有美感外观的火车厢10。
在采用A6NO1材料的挤压框架件的情况下进行MIG焊时，采用A5356材料的焊条。这种组合是由焊丝制造商推荐的。从焊接强度和实际操作方面来看，上述这种组合最好。
至于A6NO1材料制的框架件与A6NO1材料制的焊条的组合，A6NO1材料制的焊条尚未上市。此外，上述的A6NO1材料制的框架件与A6NO1材料制的焊条的组合已被从焊接强度和焊接性能等各方面中除去。
在本文中，出于上述原因，按本发明，A6NO1材料制的剩余件被切开，再将其制成焊条。在切割第一、二挤压框架件20和30的升起部位22和32之后，根据情况还对接缝50进行检测和修补。
对于第一或第二挤压框架件20或30的情况，当连接部位在两面形成时，上述的TIG焊用于修补进行过发纹处理的外面。在修补内侧面的情况下，采用MIG焊，它使用普通材料的，A5356规范材料制的焊条。
如图10所示，当通过使旋转工具的小直径部位接近材料基底以进行摩擦搅动连接时，图10中所示的第一和第二挤压框架件20和30的下面侧被磨得很光滑。该面用作火车厢的外面，进行发纹处理。
当从图1的下面侧对接缝50进行修补时，可用上述的TIG焊进行这种修补。在完成了TIG焊之后，通过磨削切去修补缝100，再使其光滑。
如上所述，按本发明，当通过连接挤压框架件来构成结构件，如铝制的火车厢时，及修补按摩擦搅动连接法形成的接缝中的缺陷时，通过打磨等法去除缺陷部位，形成修补区，将材质与框架件相同的焊条用于该修补区，再按TIG焊工艺形成修补缝，上述的框架件是用铝合金料形成的中空挤压框架件制成的。
由于按摩擦搅动连接形成的接缝和修补缝是用同一材料形成的，所以当对接缝进行发纹处理时，不留修补缝的痕迹，可得到具有高度美感的连接表面。
因此，火车厢等可不用油漆工序而构成，可得到结构重量轻而且适于再利用的结构体。

Claims (3)

1.一种通过对以一铝合金件作基础件的工件进行摩擦搅动而形成的摩擦搅动连接部位的修补方法，该摩擦搅动连接部位的修补方法包括如下步骤：
在所述摩擦搅动连接部位实施摩擦搅动连接；
通过按打磨工艺去除包含在位于所述摩擦搅动连接部位的所述工件的接缝中的缺陷而形成修补区；
按TIG焊接法，使用具有一铝合金件作为基础件的焊条在所述工件的所述形成的修补区中形成修补缝；
对包括所述修补缝和所述工件的所述接缝的所述连接部位进行发状裂纹处理。
2.一种通过对两个框架件进行摩擦搅动而形成的摩擦搅动连接部位的修补方法，而所述框架件是以铝合金为基础件，该摩擦搅动连接部件的修补方法包括如下步骤：
在所述摩擦搅动连接部位实施摩擦搅动连接；
通过按打磨工艺去除包含在位于所述摩擦搅动连接部位的所述两个框架件的接缝中的缺陷而形成修补区；
按TIG焊接法，使用具有一铝合金件作为基础件的焊条在所述两个框架件的所述形成的修补区中形成修补缝；
对包括所述修补缝和所述两个框架件的所述接缝的所述连接部位进行发状裂纹处理。
3.一种通过对各具有一由A6N01作基础件的铝合金件的两个挤压框架件进行摩擦搅动而形成的摩擦搅动连接部位的修补方法，该摩擦搅动连接部位的修补方法包括如下步骤：
在所述摩擦搅动连接部位实施摩擦搅动连接；
通过按打磨工艺去除包含在位于所述摩擦搅动连接部位的所述两个框架件的接缝中的缺陷而形成修补区；
按TIG焊接法，使用具有一铝合金件作为基础件的焊条在所述两个框架件的所述形成的修补区中形成修补缝；
对包括所述修补缝和所述两个框架件的所述接缝的所述摩擦搅动连接部位进行发状裂纹处理。
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