[发明专利]用于获得板上相同特性的成形；用于使用冷却元件摩擦搅拌焊接的器械

说明书

技术领域

本公开主要涉及焊接金属件(piece)，并且特别地涉及焊接钛板(sheet)。还更特别地，本公开涉及使用摩擦搅拌焊接来焊接钛板。

背景技术

成形是用于从材料制造组件的过程，所述材料例如金属、塑料和/或其他适当的材料。该组件可用于例如飞机的零件或其装配件。超塑成形是成形过程的一种类型，其加热材料，以便材料具有超塑性。超塑性是材料以均一的方式伸长超过约材料长度100％的材料能力。相比不均一伸长，材料的均一伸长会减少材料的颈缩量。

当材料变形以致许多的应变会不成比例地局部处于材料的一部分内时发生颈缩。结果，响应该变形，材料的该部分在厚度上会比材料的其他部分更薄。在这些例子中，变形是伸长。颈缩可导致材料中的不一致，例如破裂和/或其他类型的不一致。

使用金属的情况下，超塑成形包括在模具部分(die section)和盖子部分(lid section)之间放置金属板。该金属板也可被称作例如毛坯。使用有些目前使用的模具部分，一个金属板可能不够大到制造一个组件。使用这些类型的模具部分，许多金属板可被焊接在一起从而形成毛坯。许多金属板可使用摩擦搅拌焊接被焊接。

使用摩擦搅拌焊接，两个金属板的边缘靠在一起。热能和机械能被施加在金属板上，从而在边缘结合金属板。热能和机械能导致金属板的几部分形成结合了两个金属板的连续金属区域。该区域可为焊点熔核。这种焊接类型不引起金属的熔化并且避免与熔化相关的热畸变。

通常，模具部分具有组件的形状。使用加压气体迫使毛坯具有模具部分的形状。该加压气体可通过盖子部分被引入。模具部分可被加热至影响金属和毛坯焊接部分的机械性能、疲劳性能和/或其他特性的温度。

因此，具有考虑上述的一个或更多问题以及其他可能问题的方法和器械是有利的。

发明内容

本公开的一个有利实施例通过如下步骤形成组件：焊接多个金属板形成具有许多焊点熔核的毛坯、将毛坯放置在模具部分和盖子部分之间、加热模具部分从而加热毛坯以及在盖子部分和模具部分之间引入加压气体从而将毛坯压进模具部分的模子中从而形成组件。形成组件后，许多焊点熔核具有在大约1.1至大约1.25之间的所需厚度比，以便多个金属板和形成的组件具有许多基本相同的特性。

本公开的一个有利实施例是一种焊接机器，其包含砧子、销子工具(pin tool)和冷却元件，其中销子工具绕轴线旋转、在垂直于轴线的方向运动并且在垫板和对焊接头(butt joint)上施加向下的力，从而将第一金属件和第二金属件焊接在一起，从而形成焊点熔核，其中焊点熔核在超塑成形过程后具有在大约1.1至大约1.25之间的理想厚度比，并且在超塑成形后，第一金属件、第二金属件和焊点熔核具有许多基本相同的特性。

本公开的另一个有利实施例是一种制造组件的方法，该方法包含：在理想温度下将金属板摩擦搅拌焊接在一起从而形成具有焊点熔核的毛坯；以及使用超塑成形过程从而由毛坯形成组件，其中在超塑成形过程后焊点熔核具有在大约1.1至大约1.25之间的理想厚度比，其中焊点熔核和被摩擦搅拌焊接的金属板具有在大约每秒每英寸1×10^-2英寸至大约每秒每英寸5×10^-6英寸之间的基本不变的应变比，并且其中在超塑成形过程后被焊接的金属板和焊点熔核具有许多基本相同的特性。

本公开的另一个有利实施例是一种制造方法，其包含：焊接多个钛板从而形成具有许多焊点熔核的毛坯；将毛坯放置在模具部分和盖子部分之间，其中模具部分被加热从而加热毛坯；在盖子部分和模具部分之间引入加压气体从而将毛坯压进模具部分中的模子，从而形成组件，其中许多焊点熔核具有在大约1.1至大约1.25之间的理想厚度比，以便许多钛板和形成的组件具有许多基本相同的特性。

本公开的另一个有利实施例是用于制造钛结构的方法，该方法包含将多个钛件摩擦搅拌焊接在一起，从而形成具有焊点熔核的毛坯，其中焊点熔核具有理想的超塑性；以及由毛坯形成钛结构，其中在钛结构形成期间焊点熔核伸长得比毛坯的其它部分小大约1％至大约25％。

这些特征、功能和优点在本公开的不同实施例中分别实现，或者可在进一步细节参考以下说明和附图看出的其他实施例中结合。

附图说明

图1是制造环境图，其使用依照有利实施例的成形和搅拌焊接；

图2是依照有利实施例的飞机的图；

图3是依照有利实施例的喷气发动机的分解图；

图4是依照有利实施例的制造环境的图；

图5是依照有利实施例的制造环境的图；