[发明专利]用于摩擦焊接的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有方法和装置主权利要求前序部分所述特征的、用于对工件进行摩擦焊接的一种方法和一种装置。

背景技术

这类用于摩擦焊接的方法和装置在实践当中是已知的。它们被用于直径相对较小的工件。在摩擦阶段中，以恒定的摩擦压力进行加工。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的摩擦焊接技术。

本发明的目的通过方法和装置主权利要求中的特征来实现。

根据本发明的一个基本方面提出：摩擦压力(p)在摩擦阶段(R)持续期间被改变和增加。摩擦焊接装置的按压装置可以被相应地控制。优选所给定的压力范围的变化和增加在大约4N/mm²和100N/mm²之间。特别有利的是压力范围具有从初始开始大约5N/mm²到80N/mm²的增加。替代地，在所述基本方面的情况下也可以给出其他的压力范围，特别是摩擦压力的更高的端部值(Endwerte)。从属权利要求中的特征也涉及到所述的基本方面。特别有利的是将这些特征与规定的压力范围相结合，其中，这些特征也可以使用在其他的压力范围并与其相组合。

摩擦焊接技术，即用于摩擦焊接的方法和装置，具有如下的优点：通过在摩擦阶段改变和增加摩擦压力，可以附加地和更好地对过程中的发热条件和发热影响进行控制和优化。特别是可以通过在摩擦阶段才升高的摩擦压力来影响在工件之间的接触和连接部位附近的热输入和温度分布，从而能够积极地影响对硬化产生影响的最大温度和冷却速度。

降低在这些构件中出现的最大温度有利于金属工件、特别是由碳含量较高的钢所制成的工件的组织形态，这些工件在高冷却速度的情况下趋向于硬化和变脆。后者特别是对于具有动态应力的摩擦焊接构件而言不利于强度和使用寿命。通过降低冷却速度可以避免或至少显著地减少这种硬化和动态强度问题。在此，可以根据工件材料的加热和冷却特性来调整摩擦压力的升高。

已经证实：在摩擦阶段持续或连续地增加摩擦压力是有利的。这种增加可以线性斜坡地进行，这特别有利于由碳含量较高的钢制成的工件。替代地，这种摩擦压力增加也可以逐级地或阶梯式地进行。此外，在摩擦压力增加期间可以发生波浪式的压力波动。

此外已经证实：使摩擦压力在大部分摩擦阶段期间或整个摩擦阶段期间发生改变和增加是有利的。特别是可以通过从低的初始压力水平开始来延迟压力增加，或者采用会随时间偏移的压力增加。在摩擦阶段终止时的摩擦压力要高于摩擦阶段开始时的摩擦压力。

根据本发明的摩擦焊接技术具有更多的优点。该摩擦焊接技术特别是能够使在接触和连接部位上的摩擦有效的直径明显大于目前常规的摩擦有效的直径的工件实现摩擦焊接。这种工件的摩擦有效的直径可以为200mm或更大，优选为500-650mm。

此外，可以在工件相对运动时以高转速和相对于现有技术明显提高的圆周速度在接触和连接部位上进行加工。工件可以在摩擦阶段(R)在接触部位上例如以5米/秒或更快的优选为12-17米/秒的圆周速度相对于彼此转动。摩擦压力(p)和驱动转速可以在摩擦阶段(R)期间被相应地匹配和调整。摩擦焊接装置可以被相应地控制。低的初始压力会导致在仍然是刚性接触的工件边缘上产生相应很小的摩擦阻力。摩擦压力能够随着工件边缘的逐渐增加的摩擦生热和塑化而增加。工件优选被构造为管，或者在摩擦焊接连接的区域中具有至少一个管状部分。

通过根据本发明的摩擦压力增加，可以使摩擦焊接装置采用较弱的转动驱动器，或替代地可以对在接触和连接部位上具有明显增大直径的工件进行摩擦焊接。在已知的具有非常高的初始摩擦压力并在摩擦阶段保持恒定不变的摩擦焊接技术中，当工件具有大的摩擦焊接直径时，阻力力矩对于常规的转动驱动器而言过高，因此这样的工件或者不能被摩擦焊接，或者为此需要非常特殊和尺寸超大的摩擦焊接装置。

通过根据本发明的始于明显较低的初始压力的摩擦压力增加，可以在摩擦阶段开始时降低阻力力矩，从而使得常规的摩擦焊接机器的转动驱动器可以起动。然后，摩擦焊接压力可以逐步地增加，其中，正在运转的转动驱动器的和/或质量体的惯性力矩足以克服所增加的阻力并维持工件摩擦生热所需的相对转动和热输入。此外，在初始阶段还可以适宜地使该低的摩擦压力先在一定时间保持恒定不变，而后再增加。在此情况下，线性坡道函数同样是有利的。