NO334565B1 - Innretning for fastfase sammenføyning av lettmetaller - Google Patents
Innretning for fastfase sammenføyning av lettmetaller Download PDFInfo
- Publication number
- NO334565B1 NO334565B1 NO20111769A NO20111769A NO334565B1 NO 334565 B1 NO334565 B1 NO 334565B1 NO 20111769 A NO20111769 A NO 20111769A NO 20111769 A NO20111769 A NO 20111769A NO 334565 B1 NO334565 B1 NO 334565B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- drive spindle
- accordance
- extrusion chamber
- metal
- spindle head
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 74
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 10
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 title claims abstract description 4
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 46
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 6
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 3
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 21
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 15
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 238000004093 laser heating Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
- B21C23/005—Continuous extrusion starting from solid state material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/001—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by extrusion or drawing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/02—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a press ; Diffusion bonding
- B23K20/023—Thermo-compression bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/22—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
- B23K20/233—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer
- B23K20/2336—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer both layers being aluminium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/40—Making wire or rods for soldering or welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
- B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Wire Processing (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Extrusion Of Metal (AREA)
Abstract
Innretning for fast fase sammenføyning av lettmetaller som aluminium er beskrevet. Innretningen benytter prinsippet av kontinuerlig ekstrusjon for å tilsette en streng av et fyllmetall inn i en fure som skiller komponentene som skal sammenføyes og skjærdeformasjon for å fjerne overflateoksid i furen. Innretningen omfatter en roterende drivspindel (13) terminert i et drivspindelhode (14). Et spor med form av en sirkelbue som utgjør et ekstrusjonskammer (16) er maskinert inn i ytre flate (15) av drivspindelhodet (14), idet ekstrusjonskammeret (16) er begrenset radielt utover av en stasjonær, ringformet metallsko (17) so omgir drivspindelhodet (14) samt at ekstrusjonskammeret (16) er terminert av et integrert (fast) eller utskiftbart stoppeorgan (18) for å avlede aluminium fra dets sirkulære bevegelse i ekstrusjonskammeret (16) gjennom en dyseåpning (19).
Description
Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for sammenføyning av lettmetallkomponenter og legeringer, spesielt aluminiumkomponenter, inkludert legeringer av aluminium og hybrider/ kompositter inneholdende lettmetaller og spesielt aluminium. Innretningen benytter prinsippet av kontinuerlig ekstrusjon for å tilsette en streng at fyllmetall inn i en fure som skiller komponentene som skal sammenføyes, og skjærdeformasjon av overflateoksid i furen.
Bakgrunn
Tradisjonelle teknikker for å sammenføye metallkomponenter har kommet som et resultat av å tilpasse teknikker initielt utviklet for å sammenføye jernholdige metaller.
Sammenføying av metaller har i stor grad vært forbundet med smeltesveising hvor begge basismetaller og eventuelt fyllmetall blir smeltet i en elektrisk lysbue, elektronstråle eller laserstråle, som lar metallet danne metallbinding i bakkant av smeltebadet under krystallisasjon. Ved smeltesveising bidrar bare en fraksjon av energien som tilføres til å smelte og derved binde. Det meste av energien som tilføres, fører til lokal oppvarming av basismetallet og dannelse av såkalt varmepåvirket sone (i litteraturen ofte omtalt som HAZ) rundt sveiseskjøten. Denne sonen representerer et problem siden de resulterende mikrostrukturene endringer leder til permanent mekanisk skade på opphavsmaterialet. Egenskapene av smeltesonen vil således bli en begrensende faktor ved ingeniørmessig design og i praksis bestemme den lastbærende kapasitet for komponenten. I tillegg vil overskuddsenergien (det vil si varme) tilført føre til høy restspenning i smeltesonen så vel som globale deformasjoner og forstyrrelser. Disse problemer er større ved aluminiumsveising enn ved stålsveising siden mulighetene til å treffe nødvendige foranstaltninger, for eksempel modifisere HAZ mikrostrukturen gjennom regulering av basismetallets kjemiske sammensetning, er vanskeligere enn ved førstnevnte tilfelle.
Generelt gir bruk av mer effektive smelteprosesser som lasersveising og elektronstrålesveising langt smalere HAZ, noe som representerer en betydelig forbedring. Disse teknikker innfører imidlertid andre problemer relatert til varmsprekkingsmotstand og poredannelse i sveisesonen. I tillegg lider de av ulempen av mer kostbart og mindre fleksibelt utstyr. Videre ertoleransekrav langt strengere som følge av at fyllmetall vanligvis ikke blir tilsatt.
Tidligere er flere forsøk blitt gjort med å utvikle alternative teknikker for sammenføyning av lettmetaller, blant hvilke friksjonssveising eller en variant kjent som «friction stir welding» (FSW) trolig er mest kjent. Ved FSW blir to plater so skal sammenføyes, presset godt inntil hverandre mens et roterende verktøy beveges langs grenseflaten (kanten) mellom dem og fjerner oksidsjiktet som - i det minste for aluminium - alltid vil være tilstede på overflaten. Skjønt betydelig friksjonsvarme oppstår ved grenseflaten mellom det roterende verktøy og de aktuelle aluminiumsplatene, er energien som tilføres og derved varmen som genereres, mindre enn ved smeltesveising, slik at basismaterialet nær skjøten ikke vil smelte og nå en flytende tilstand. FSW er således et eksempel på en fast fase sammenføyningsteknikk som representerer en forbedring sammenlignet med smeltesveising, idet flere av de vanlige problemene derved er redusert, nemlig utvikling av høye restspenninger og varmsprekker, poredannelse og lav korrosjonsmotstand. På den annen side er denne nye teknikk beheftet med et antall ulemper, hvorav ett er at det kreves at overflatene som skal sammenføyes må tilpasses hverandre nøyaktig slik at det ikke er behov for bruk av noe fyllmetall. En annen ulempe er at komponentene som skal sammenføyes må preses mot hverandre med en betydelig kraft, hvilket innebærer at metoden krever tungt og rigid utstyr. Til sist skal nevnes at denne type friksjonssveising gir opphav til dannelse av en bred HAZ hvor de mikrostrukturene endringer leder til permanent mykning av det presipiteringsforsterkede materiale.
Blant andre metoder for sammenføyning bør lodding, nagling og klebende binding nevnes. En eller flere av disse metoder kan være egnede for enkelte anvendelsesområder, men generelt gir de lav sikkerhet mot svikt og er derfor ikke realistiske alternativer til sveising i last- eller vektbærende konstruksjoner.
I norsk patent nr. 315 791 (WO 03/043 775) er det beskrevet en spesiell metode for sammenføyning av komponenter av lettmetaller så som aluminium. Denne metode er basert på prinsippet av kontinuerlig ekstrusjon og sikter mot å redusere ulempene ved overdreven oppvarming forbundet med FSW metoden og andre tidligere kjente metoder. I NO 315 791 er en adekvat innretning også prinsipielt beskrevet. Skjønt metoden synes lovende, er innretningen ikke beskrevet på en måte som muliggjør industriell anvendelse av metoden.
Det er derfor fortsatt et behov for en innretning som er anvendelig for industriell skal sammenføyning av aluminiumkomponenter og andre lettmetallkomponenter basert på ekstrusjon.
Formål
Det er et formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en anordning for industriell skala sammenføyning av lettmetallkomponenter basert på prinsippet av ekstrusjon og således eliminere ulempen med overdreven oppvarming slik at restspenninger, deformasjoner, varmsprekker eller ekstraordinære problemer med korrosjon ikke vil være et stort problem.
Endelig er det et formål å tilveiebringe en anordning for industriell skala sammenføyning av lettetallkomponenter som er enkel, billig, pålitelig og robust, (som enkelt kan skaleres opp eller ned) og som kan bli robotisert.
Foreliggende oppfinnelse
Oppfinnelsen angår en innretning som er kjennetegnet ved trekkene angitt i patentkrav 1. Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.
Anordningen omfatter et spesielt utformet ekstruderhode som utgjør kjernen av foreliggende oppfinnelse. I tillegg omfatter anordningen en motor og et drev for spindelen og den omfatter også holder- og matemekanisme for strengen som skal ekstruderes. Disse komponenter kan ha enhver form kjent innen faget og er derfor ikke beskrevet nærmere i dette dokument.
Betegnelsen «lettmetall» slik det benyttes her. Skal forstås å omfatte legeringer av slike metaller og spesielt aluminium og legeringer av aluminium.
Den nødvendige bindingstemperatur oppnås ved å benytte varme som utvikles fra deformasjon og friksjon, eventuelt kombinert med lokal oppvarming, for eksempel i form av elektrisk motstandsoppvarming, induksjonsoppvarming (eller oppvarming med laserlys).
Ved bruk av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse blir en streng av fyllmetall tilsatt skjøten (furen) mellom komponentene som skal sammenføyes. Det er ikke påkrevd å tilføre høy kraft til komponentene, noe som tillater anordningen å bli laget kompakt og enkel og, om nødvendig, egnet for portabelt eller robotisert bruk.
Strengen av fyllmetall (for eksempel aluminium) blir plastifisert ved ekstrusjonsprosessen og kan lett passere gjennom dysen og fylle furen som den styres inn i. Siden fyllmetall med dimensjon bestemt av dyseåpningen kommer ned i en noe trangere fure, vil skjærdeformasjon forekomme og fjerne oksidsjiktet på komponentene som skal sammenføyes, noe som gir intim kontakt og metalliske binding mellom atomene av komponentene som skal sammenføyes og strengen av fyllmetall. Derved kan en sveiselignende binding bli dannet uten overdreven oppvarming av komponenten og de ulemper som følger av dette. Selv om lokal oppvarming av fyllmetallet benyttes til fyllmetallet som forlater dyseåpningen, vil oppvarmingen av komponentene som sammenføyes være moderat.
Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet i form av et ikke begrensende utførelseseksempel under henvising til de vedlagte figurer, hvor: Figur 1 viser et sidesnitt av en utførelsesform av et ekstruderhode ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 2a og 2b er skjematiske illustrasjoner av tverrsnittet av ekstrusjonskammeret og strengen av fyllmetall før henholdsvis under ekstrusjon.
Figur 3 er et endesnitt av ekstruderhodet vist i figur 1.
Figur 4 er en perspektivtegning av ekstruderhodet ifølge foreliggende oppfinnelse.
Figur 1 viser ekstruderhodet 12 hvor en roterbar drivspindel 13 er et kjerneelement. Ved den nedre ende er drivspindelen 13 utvidet til å drive spindelhodet 14 som har en glatt ytre overflate 15, idet overflaten typisk har form av en rettavkortet kjegle, men også kan være sylindrisk. Langs omkretsen i drivspindelhode er det maskinert en 360 graders fure som danner del av ekstrusjonskammeret 16 slik det forklares mer detaljert nedenfor. Avhengig av posisjonen til inngangsåpningen 16a for strengen av fyllmetallet, kan det aktuelle ekstrusjonskammer typisk strekke seg 180 grader langs omkretsen av overflaten 15 av drivspindelhodet 14, mer typisk omtrent 270 grader, og starter ved inngangsåpningen 16a og termineres ved dyseåpningen 19. Ekstrusjonskammeret har således den generelle form av en sirkelbue snarere enn en full sirkel som bedre illustrert av figur 3.
Termineringen av ekstrusjonskammeret 16 skjer i praksis ved et separat stoppeorgan 18 som er anordnet i furen inntil dyseåpningen 19 og fortrinnsvis holdt godt fast under drift på en måte som beskrives nedenfor. Funksjonen til stoppeorganet 18 er å avlede den plastifiserte metallstrengen som trekkes gjennom ekstrusjonskammeret fra en sirkulær bevegelse og ut gjennom dyseåpningen 19. Det er uunngåelig at det er en trykkøkning foran stoppeorganet som bidrar til plastifiseringen av metallstrengen og gjør det enklere for den å forlate ekstrusjonshodet gjennom dyseåpningen 19.
Radielt utenfor ekstrusjonskammeret 16 er en stasjonær metallsko 17 anordnet for å begrense ekstrusjonskammeret radielt utover. Overflaten av metallskoen 17 som vender mot flaten 15 av drivspindelhodet 14, heller med en vinkel som svarer til helningen av overflaten 15 i området rundt ekstrusjonskammeret 16 for å danne en hovedsakelig tett pasning. I området ovenfor er det imidlertid foretrukket at metallskoen 17 avviker fra helningen av drivspindelhodet for å unngå en større kontaktflate mellom de to enn nødvendig, hvilket ville føre til uønsket friksjon mellom de to. Det er således foretrukket at den stasjonære metallskoen 17 som omgir drivspindelhodet 14, har en indre overflate slik tilpasset den rettavkortede kjegle-overflate på drivspindelhodet 14 at den tett kontakter overflaten på drivspindelhodet 14 i et begrenset område på begge sider av ekstrusjonskammeret 16.
Metallskoen kan være formet med et stoppeorgan som en integrert del av denne, men slitasjen på stoppeorganet er betydelig og det er derfor mer hensiktsmessig at stoppeorganet 18 er et separat utskiftbart organ. Metallet av den stasjonære metallskoen 17 er fortrinnsvis en herdet stållegering.
Det er sterkt foretrukket, skjønt det er ikke noe krav, at ekstruderhodet er forsynt med midler for lokal oppvarming av dyseåpningen 19 for derved å redusere trykket i systemet og derved slitasjen på komponentene. Slike midler for lokal oppvarming kan ha form av elektrisk motstandsoppvarming, fortrinnsvis anordnet slik at metallet som forlater dyseåpningen er del av en elektrisk krets. Andre midler for lokal oppvarming kan ha form av induksjonsoppvarming (eller til og med form av en lokal laseroppvarming).
De funksjonelle deler av ekstruderhodet har nå blitt beskrevet. For praktiske formål og sikkerhetsformmål er ekstruderhodet beskyttet av et hus som delvis tjener til å holde delene sammen, delvis beskytter de vitale komponenter fra skitt og skade og delvis beskytter personell fra skade. Huset kan omfatte et ringformet spindelhus 21 som omgir den roterbare drivspindel og et ringformet spindelhodehus 22 som omgir drivspindelhodet 14 og metallskoen 17, idet spindelhuset 21 og spindelhodehuset 22 er tett festet med en gjenget mutter 23. Fortrinnsvis er et lager 24, for eksempel et messinglager, tilveiebrakt mellom drivspindel 13 og spindelhus 21 for å sikre lav friksjon og høy stivhet av ekstruderhodet.
Det skal bemerkes at betegnelsene «øvre» og «nedre» slik de her er benyttet, kun gjelder i relasjon til figurene siden orienteringen av ekstruderhodet kan variere, skjønt ekstruderhodet vil typisk være anordnet slik for bruk at det er posisjonert hovedsakelig vertikalt, for praktiske formål fordelaktig med noen få grader tiltet vekk fra loddrett posisjon, slik at bare dyseåpningen blir brakt i kontakt med komponentene som skal sammenføyes, som typisk er anordnet i horisontalplanet under ekstruderhodet.
Figur 2a viser et typisk og hovedsakelig kvadratisk tverrsnitt av ekstrusjonskammeret 16 hvor tre vegger utgjøres av drivspindelhodet 14 mens den fjerde veggen utgjøres av metallskoen 17. En streng av fyllmetall 26 har et hovedsakelig sirkulært tverrsnitt med en diameter som er noe større enn den lineære dimensjon av ekstrusjonskammeret. Figur 2a viser tverrsnittene før og etter at strengen har kommet inn i ekstrusjonskammeret.
Når strengen kommer inn i ekstrusjonskammeret, blir den presset av veggene av ekstrusjonskammeret 16 slik at den antar et tverrsnitt som er nær kvadratisk som illustrert av figur 2b. Diameteren av fyllmaterialstrengen er valgt slik at tverrsnittsarealet er litt mindre for metallstrengen 26 enn hele tverrsnittet av ekstrusjonskammeret 16, derfor vil det være små åpne hulrom ved hjørnene av ekstrusjonskammeret 16. Å tilpasse diameteren av fyllmaterialstrengen til dimensjonen av ekstrusjonskammeret er et viktig praktisk element som kan gjøres med prøv og feil. På den ene siden er det viktig at dimensjonen av fyllmaterialstrengen er stor nok til å gi godt trykk, på den annen side må den ikke være så stor at strengen forhindres fra å komme inn i ekstrusjonskammeret. Som en indikasjon på størrelsesorden, hvis diameteren på metallstrengen 26 er 7 % større enn den lineære dimensjon av et kvadratisk ekstrusjonskammer, vil tverrsnittet av sistnevnte være 10 % større enn tverrsnittet på strengen 26.
Når strengen blir holdt og trukket av friksjonskrefter fra veggene av ekstrusjonskammeret 16, er den omgitt av tre vegger som trekker i en retning mens den samtidig blir trykket på av en stasjonær vegg, nemlig metallskoen 17, som giren friksjonskraft som søker å bremse eller motsette seg bevegelsen. Denne sistnevnte friksjonskraft, som er utilstrekkelig til å stanse bevegelsen av strengen, bidrar til oppvarming og plastifisering av strengen. Det er således en mer eller mindre kontinuerligøkning i plastisitet av metallstrengen fra inngangsåpningen 16a inn til ekstrusjonskammeret og til dyseåpningen 19.
I praksis vil tilpasning av metallskoen 17 mot den ytre, laterale side av drivspindelhodet 14 være slik at en lett lekkasje av plastifisert lettmetall tillates fra ekstrusjonskammeret 16, idet det plastifiserte lettmetall fungerer som en smøring mellom spindelhodet 14 og metallskoen 17. Valget av fyllmetall og legering blir alltid gjort slik at egenskapene svarer til egenskapene hos metallkomponentene som skal sammenføyes. Figur 3 er et endesnitt av ekstruderhodet fra figur 1.1 figur 3 er nedre ende av drivspindelhodet 14 synlig, i likhet med ekstrusjonskammeret 16, metallskoen 17, stoppeorganet 18, dyseåpning 19 og drivspindelhuset 22. Figur 4 er en perspektivskisse av drivspindelhodet, idet de viktigste synlige elementer igjen er drivspindelhodet 14, inngangsåpningen 16a til ekstrusjonskammeret, metallskoen 17, øvre 21 og nedre spindelhus 22, mutteren 23 og en streng av metall 26 som skal plastifiseres og benyttes som fyllmetall for sammenføyningen. Som det fremgår av figur 4, er den stasjonære metallskoen 17 anordnet ved en fri sirkulær og hovedsakelig plan side av drivspindelhodet 14.
Fyllmetaller kan eventuelt også omfatte forskjellige metaller og elementer for å forbedre de mekaniske eller elektriske egenskaper. Generelt må fyllmetallet som benyttes være kompatibelt med basismetallet og kan bli tilpasset til dette for å optimere egenskaper som ekstruderbarhet, flyt og strekkfasthet, hardhet, duktilitet, utmattingsstyrke og korrosjonsbestandighet under eller etter den følgende sammenføyningsoperasjon. Fyllmetallet kan således initielt inneholde forskjellige elementer eller faser som fra ekstrusjonspraksis og industrielle varmebehandlinger er kjent for eksempel å undertrykke rekrystallisasjon og for bedre avsetning, og derved gjenvinne ytterligere styrke som følge av naturlig eller kunstig aldring. Med unntak av slike mindre avvik bør de kjemiske egenskaper være så nær som mulig til de hos basismetaller for å oppnåønskede korrosjonsegenskaper.
Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er prinsipielt egnet for sammenføyning av alle typer av plater, rør og profiler som kan bli sammenføyd med konvensjonelle sveiseprosesser og metoder, og ved alle posisjoner. Den kan i prinsipp bli benyttet for punktsveising av plater (også i kombinasjon med klebende binding) som et alternativ til elektrisk motståndssveising, nagling eller andre metoder for mekanisk sammenføyning. Et ytterligere aspekt er at metoden kan utføres med kompakt, lettvekts og lite kostbart utstyr.
Claims (13)
1. Innretning for fastfase sammenføyning av lettmetaller som aluminium ved benyttelse av prinsippet for kontinuerlig ekstrusjon for å tilføre en streng av et fyllmetall (26) inn i et spor som skiller lettmetallkomponentene som skal sammenføyes, idet innretningen omfatter en drivspindelhode (14) festet til en roterende drivspindel (13), med et ekstrusjonskammer (16) i form av et spor med form av en sirkelbue maskinert i den ytre flate (15) av drivspindelhodet (14), hvilket ekstrusjonskammer (16) er terminert av et integrert eller utskiftbart stoppeorgan (18) for å avlede strengen av fyllmetall (26) fra sirkulær bevegelse i ekstrusjonskammeret (16) ut gjennom en dyseåpning (19),karakterisert vedat ekstrusjonskammeret (16) er begrenset radielt utad av en stasjonær, ringformet metallsko (17) som omgir drivspindelhodet (14).
2. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat dyseåpningen (19) I den stasjonære metallsko (17) er anordnet ved en fri, sirkulær og hovedsakelig plan side av drivspindelhodet (14).
3. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat drivspindelhodet (14) har form av en rettavkortet kjegle eller en sylindrisk form.
4. Innretning i samsvar med patentkrav 3,karakterisert vedat den stasjonære metallsko (17) som omgir drivspindelhodet (14) har en indre flate som er slik tilpasset drivspindelhodet (14) med form av en rettavkortet kjegle eller form av en sylinder at den ligger i tett kontakt med overflaten på drivspindelhodet (14) i et begrenset område på begge sider av ekstrusjonskammeret (16).
5. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat innretningen er forsynt med midler (20) for lokal oppvarming av det strengformede fyllmetall (26) som forlater dyseåpningen (19) og komponentene som skal sammenføyes.
6. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat midlene (20) for lokal oppvarming omfatter midler for elektrisk motstandsoppvarming, induksjonsoppvarming eller annen form for Joulsk oppvarming, slik innrettet at komponentene som skal sammenføyes og strengen av fyllmateriale (26) som forlater dyseåpningen (19) kan bli varmet til en gitt temperatur.
7. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat drivspindelen (13) er beskyttet av et ringformet spindelhus (21) anordnet til å bli festet til én ende av metallskoen (17).
8. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedå omfatte et lager (24) mellom drivspindel (13) og det ringformede spindelhus (21).
9. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat bredden av sporet som utgjør ekstrusjonskammeret (16) er nøye tilpasset til diameteren av strengen av fyllmateriale (26) som skal bli ekstrudert.
10. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat bredden og dybden av sporet som utgjør ekstrusjonskammer (16) er mindre enn diameteren av strengen av fyllmaterialet (26) mens tverrsnittsarealet av sporet er litt større enn tverrsnittsarealet av strengen av fyllmaterialet.
11. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat metallet i den stasjonære metallsko (17) er en herdet stållegering.
12. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat stoppeorganet (18) blir holdt i en spalte av metallskoen (17) som tillater en fri ende av stoppeorganet å være lett tilgjengelig for frigjøring og utskiftning.
13. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat stoppeorganet (18) er en integrert del av metallskoen (17).
Priority Applications (10)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20111769A NO334565B1 (no) | 2011-12-22 | 2011-12-22 | Innretning for fastfase sammenføyning av lettmetaller |
CN201280068459.4A CN104105567B (zh) | 2011-12-22 | 2012-12-21 | 用于固态连接轻质金属的设备 |
US14/368,039 US9676057B2 (en) | 2011-12-22 | 2012-12-21 | Device for solid state joining of light metals |
EP12858917.3A EP2794176A4 (en) | 2011-12-22 | 2012-12-21 | DEVICE FOR THE FIXED BODY CONNECTION OF LIGHT METALS |
JP2014548714A JP6122867B2 (ja) | 2011-12-22 | 2012-12-21 | 軽金属の固相接合のための装置 |
RU2014130023A RU2621502C2 (ru) | 2011-12-22 | 2012-12-21 | Устройство для соединения в твердом состоянии легких металлов |
CA2862730A CA2862730C (en) | 2011-12-22 | 2012-12-21 | Device for solid state joining of light metals |
PCT/NO2012/050255 WO2013095160A1 (en) | 2011-12-22 | 2012-12-21 | Device for solid state joining of light metals |
KR1020147020388A KR101963672B1 (ko) | 2011-12-22 | 2012-12-21 | 경금속의 고상 접합 장치 |
ZA2014/05058A ZA201405058B (en) | 2011-12-22 | 2014-07-10 | Device for solid state joining of light metals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20111769A NO334565B1 (no) | 2011-12-22 | 2011-12-22 | Innretning for fastfase sammenføyning av lettmetaller |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO20111769A1 NO20111769A1 (no) | 2013-06-24 |
NO334565B1 true NO334565B1 (no) | 2014-04-14 |
Family
ID=48668887
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO20111769A NO334565B1 (no) | 2011-12-22 | 2011-12-22 | Innretning for fastfase sammenføyning av lettmetaller |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9676057B2 (no) |
EP (1) | EP2794176A4 (no) |
JP (1) | JP6122867B2 (no) |
KR (1) | KR101963672B1 (no) |
CN (1) | CN104105567B (no) |
CA (1) | CA2862730C (no) |
NO (1) | NO334565B1 (no) |
RU (1) | RU2621502C2 (no) |
WO (1) | WO2013095160A1 (no) |
ZA (1) | ZA201405058B (no) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20190193194A1 (en) * | 2016-05-13 | 2019-06-27 | Hybond As | Solid State Extrusion and Bonding Method |
DE102022112431B3 (de) | 2022-05-18 | 2023-06-29 | Technische Universität Ilmenau, Körperschaft des öffentlichen Rechts | Vorrichtung und Verfahren zum Rührreibschweißen von Werkstücken |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4085606A (en) * | 1976-12-09 | 1978-04-25 | Westinghouse Electric Corporation | Hydrostatic extrusion apparatus for producing hollow elongated bodies of rectangular cross section |
US4362485A (en) * | 1980-06-10 | 1982-12-07 | United Kingdom Atomic Energy Authority | Apparatus for continuous extrusion |
SU1049218A2 (ru) * | 1981-03-16 | 1983-10-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский,Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Электросварочного Оборудования | Устройство дл осуществлени способа холодной сварки |
DE3145052A1 (de) * | 1981-11-12 | 1983-05-19 | Yazaki Corp., Tokyo | "verfahren und vorrichtung zum herstellen eines verseilten kabels" |
NL8302003A (nl) * | 1983-06-06 | 1985-01-02 | Henricus Peter Marie Backus | Werkwijze en inrichting voor continue plastische vervorming van ductiele nonferrometalen. |
GB2149714A (en) * | 1983-11-07 | 1985-06-19 | Metrode Products Limited | Extrusion process |
US5167138A (en) * | 1987-12-31 | 1992-12-01 | Southwire Company | Conform extrusion process and apparatus |
SU1757823A1 (ru) * | 1990-11-20 | 1992-08-30 | Научно-исследовательский институт технологии машиностроения | Способ изготовлени листовых конструкций из алюминиевых сплавов |
US5335527A (en) * | 1992-11-20 | 1994-08-09 | Hitachi Cable, Ltd. | Method and apparatus for manufacturing a composite metal wire by using a two wheel type continuous extrusion apparatus |
US5622216A (en) * | 1994-11-22 | 1997-04-22 | Brown; Stuart B. | Method and apparatus for metal solid freeform fabrication utilizing partially solidified metal slurry |
GB9505379D0 (en) * | 1995-03-17 | 1995-05-03 | Bwe Ltd | Continuous extrusion apparatus |
JP3354442B2 (ja) * | 1997-06-30 | 2002-12-09 | 古河電気工業株式会社 | 回転ホイール式連続押出装置 |
CN2451325Y (zh) * | 2000-11-08 | 2001-10-03 | 丁发成 | 一种对辊成型机多用组合挤压辊 |
NO315791B1 (no) * | 2001-11-21 | 2003-10-27 | Sintef Materialteknologi | Fremgangsmåte og anordning for sammenföyning av bearbeidede metaller og legeringer |
FI20030956A (fi) * | 2003-06-27 | 2004-12-28 | Outokumpu Oy | Menetelmä ja laitteisto jatkuvatoimisen pursotuksen suorittamiseksi |
US7152448B2 (en) | 2004-12-16 | 2006-12-26 | Los Alamos National Security, Llc | Continuous equal channel angular pressing |
CN100577317C (zh) | 2008-07-10 | 2010-01-06 | 周家镳 | 合金钢卧式反向挤压机 |
CN201442041U (zh) * | 2009-08-11 | 2010-04-28 | 大连康丰科技有限公司 | 一种挤压轮和挡料块带有喷水冷却的连续挤压机 |
-
2011
- 2011-12-22 NO NO20111769A patent/NO334565B1/no not_active IP Right Cessation
-
2012
- 2012-12-21 KR KR1020147020388A patent/KR101963672B1/ko active IP Right Grant
- 2012-12-21 JP JP2014548714A patent/JP6122867B2/ja active Active
- 2012-12-21 RU RU2014130023A patent/RU2621502C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2012-12-21 US US14/368,039 patent/US9676057B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2012-12-21 EP EP12858917.3A patent/EP2794176A4/en not_active Withdrawn
- 2012-12-21 CN CN201280068459.4A patent/CN104105567B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2012-12-21 CA CA2862730A patent/CA2862730C/en not_active Expired - Fee Related
- 2012-12-21 WO PCT/NO2012/050255 patent/WO2013095160A1/en active Application Filing
-
2014
- 2014-07-10 ZA ZA2014/05058A patent/ZA201405058B/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20140361006A1 (en) | 2014-12-11 |
JP2015502264A (ja) | 2015-01-22 |
WO2013095160A1 (en) | 2013-06-27 |
KR101963672B1 (ko) | 2019-03-29 |
EP2794176A4 (en) | 2015-12-02 |
ZA201405058B (en) | 2015-04-29 |
RU2621502C2 (ru) | 2017-06-06 |
RU2014130023A (ru) | 2016-02-10 |
NO20111769A1 (no) | 2013-06-24 |
CA2862730A1 (en) | 2013-06-27 |
CA2862730C (en) | 2019-11-05 |
JP6122867B2 (ja) | 2017-04-26 |
US9676057B2 (en) | 2017-06-13 |
EP2794176A1 (en) | 2014-10-29 |
CN104105567A (zh) | 2014-10-15 |
KR20140119706A (ko) | 2014-10-10 |
CN104105567B (zh) | 2016-06-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Verma et al. | A critical review of friction stir welding process | |
US20150352659A1 (en) | Cover plate with intruding feature to improve al-steel spot welding | |
CN109746560B (zh) | 焊接电极 | |
EP3517243A1 (en) | Spot welding method for joining different materials, joining assistance member, and different material welded joint | |
Dutra et al. | Metallurgical characterization of the 5083H116 aluminum alloy welded with the cold metal transfer process and two different wire-electrodes (5183 and 5087) | |
CN104551379A (zh) | 一种热源辅助搅拌摩擦焊接方法 | |
WO2018042680A1 (ja) | 異材接合用アークスポット溶接法、接合補助部材、及び、異材溶接継手 | |
EP3868506A1 (en) | Welding method for bonding dissimilar materials, bonding auxiliary member, and dissimilar material welded joint | |
ani Kumar et al. | Heat input & joint efficiency of three welding processes TIG, MIG and FSW using AA6061 | |
KR20170045337A (ko) | 아크 스폿 용접 방법 및 그것을 실행하는 용접 장치 | |
JP6168246B1 (ja) | 抵抗スポット溶接方法および溶接部材の製造方法 | |
NO315791B1 (no) | Fremgangsmåte og anordning for sammenföyning av bearbeidede metaller og legeringer | |
Kulkarni et al. | Effect of backing plate material diffusivity on microstructure, mechanical properties of friction stir welded joints: a review | |
NO334565B1 (no) | Innretning for fastfase sammenføyning av lettmetaller | |
KR20210009378A (ko) | 도금 강판의 접합 방법 및 접합 구조체 | |
JP5015443B2 (ja) | 金属工作物の穴を修理する方法 | |
Chen et al. | Achieving high strength joint of pure copper via laser-cold metal transfer arc hybrid welding | |
JP7489581B2 (ja) | 接合方法 | |
WO2018055982A1 (ja) | 異材接合用アーク溶接法、接合補助部材、及び、異材溶接継手 | |
EP3505290A1 (en) | Arc-spot welding method for joining different materials, joining auxiliary member, and different materials welding joint | |
Hovanski et al. | Comparing laser welding technologies with friction stir welding for production of aluminum tailor-welded blanks | |
JP5217108B2 (ja) | 抵抗スポット溶接のスパッタ発生予測方法、溶接方法、及び溶接部材 | |
Avettand-Fènoël et al. | Structure and mechanical properties of friction stirred beads of 6082-T6 Al alloy and pure copper | |
HUANG et al. | Filling friction stir welding for repairing keyhole based on principle of solid state joining | |
Wojdat et al. | Microstructure and mechanical properties of braze welded joints of copper with austenitic steel made by CMT method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |