軌道摩擦焊接方法與實現所述方法的設備的制作方法

專利名稱：軌道摩擦焊接方法與實現所述方法的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于工件焊接的軌道摩擦焊接方法，從而在向連接面施加振蕩能期間，工件沿軸向方向被持續彼此相對擠壓。此外，本發明涉及一種實現所述方法的設備，其中用于工件焊接的圓周運動能能夠被傳入給所述連接面，所述工件處于軸向壓力下，并在所述連接面(F)內有一可選橫截面。
已知一些摩擦焊接方法，由此由于相對運動以及同時存在的壓力，產生振動以在待焊接的表面得到所必須的熔化能。
DE 199 38 100A公開了一種多頭摩擦焊接方法，其用于由外形部件構成的窗框與門套的制造。為了實現同步焊接，框架的各外形部件被緊緊夾在連接平面兩側的側置摩擦焊接頭內并接近其，在所述頭的輔助下，所述部件進行振動，從而連接表面同時被壓在一起。如此使用摩擦焊接頭能夠相當程度地減少處理時間，不過，用這種方法，僅相對較短的，彼此成一定角度面對的桿狀物能焊接，因此摩擦軸不位于表面的中心(centroid)。
因此，本發明的一個目的在于找到一種焊接相對大而長的工件的方法，從而為了使大量的材料達到能夠進行持續焊接溫度，就需要將大量的能量以簡單的方式傳入給連接面。
根據本發明，在上述的軌道摩擦焊接方法使用于傳入通道的情況下可實現此目的，這是因為至少在連接面(F)的一側，至少一個摩擦盤上的多個(n＞1)摩擦焊頭被置于工件區的軌道平面處，所述摩擦焊接頭的振動頭被穩固固定在摩擦盤上，以及靠近一側的至少一個(n＞1)摩擦焊頭以相同的摩擦頻率、相同的振幅以及相同的預定相位進行振動。
對于此方法，還提供，所述多于一個(n＞1)的摩擦焊頭用于傳入能量供給的推力，也就是軸向連接壓力由多于一個(n＞1)的推力軸來實現，以使得在使用力控制橫進給的時候，由所述的多個推力軸疊加而形成的假想(下文為“虛”)的合成推力軸通過連接面的中心。
為了最佳化運動條件，提供設置n＞1摩擦焊頭以使得總體上構成合成的虛摩擦軸的多個摩擦軸通過所有振動物體的合成的質量中心(masscentroid)，其至少包括摩擦焊頭的偏心軸和摩擦板、摩擦盤、工件固定器以及工件。
為了增加可用的振動能量，本方法還提供n＞1摩擦焊頭的振動頭分別固定地安裝在連接面(F)的兩側、多個軌道面處、摩擦盤上的，以及連接面(F)一側的n＞1摩擦焊頭相對于連接面另一側的n＞1摩擦焊頭以預設相位進行振動。
為了產生在供給振動能量期間傳入給連接面的壓力，材料供給機構在距離-時間控制下將工件軸向地導接于連接面處，這樣，在理想狀態下，虛的合成軸會通過工件連接面的連接表面中心。由此而產生了優點，即彼此不接近共面的連接表面會被逐漸磨平，從而實現了全對稱的焊接。
對于一種能夠實現所述方法的軌道摩擦焊接設備，其中需要將圓周運動能量能傳入給連接面以焊接工件，所述工件受軸向壓力，并在連接面(F)處有任意的橫截面，根據本發明提供n＞1摩擦焊頭的振動頭環繞待焊接的工件在至少一個軌道平面處被固定安裝到至少一個摩擦盤上，以這樣的方式使得由各摩擦焊頭的n＞1摩擦軸疊加所形成的虛的合成的軌道摩擦軸通過物體質量中心(22)區域，以及n＞1摩擦焊頭以相同的摩擦頻率和相同的振幅以及預設的相位進行振動。
在軌道平面處環繞待焊接的工件布置多個摩擦焊頭的方式產生這樣的優勢，通過增加摩擦焊頭的數量，可施加任意高的能量，這樣僅花費很少的時間就可焊接工件，例如長的厚壁管、延伸的結構桿部件或者過寬的工件。
為了確保給連接面的所有區域提供相同數量的能量，本發明提供，在使用力控制的時候，為了相對于連接表面中心形成表面對稱，所有的推力軸自連接面上的連接表面中心的距離都相等，同時角對稱分布。此外，在對于所有的摩擦焊頭的合成的軌道軸處，各推力軸到連接表面中心的距離與各自軸向壓力(P)相乘的數學乘積為常量。
在工件的橫截面是非對稱結構，或必須如此設計的情況下，根據本發明提供，所有推力軸自連接表面的中心的距離不相等，考慮到推力軸彼此之間的角位置，各推力軸所施加的壓力(P)與其到所述連接表面中心的距離成反比，以及對于所有的推力軸，各推力軸到連接表面中心的距離與合成的軌道摩擦軸處各自的軸向壓力(P)相乘的數學乘積為常量。
進一步就全部的這些摩擦焊接過程而論，提供分別在連接面(F)的兩側，多個摩擦焊頭，包括其振動頭，被固定安裝在一摩擦盤上，此摩擦盤被固定在一環繞待焊接工件的軌道平面處，以及在相同摩擦盤上的所有摩擦焊頭都以相同的頻率、相同的振幅以及相同的相位進行振動。
本發明的一個實施例提供，從首尾相連焊接的兩個工件中選出的一個工件被靜止，也就是固定，并且只在環繞另一個工件的軌道平面處布置n＞1摩擦焊頭，從而使得第二個工件進行摩擦振動。
本發明的這一具體實施例所具有的優點適用于較少量材料的工件，或者由相對易焊接材料制成的工件，例如薄壁塑料管。
考慮摩擦焊頭布置在連接面兩側軌道平面處的情況，工件連接面(F)兩側的n＞1摩擦焊頭的圓形狀分布產生線性推力矢量，所述工件將被首尾相連焊接在一起，這樣連接面兩側的n＞1摩擦焊頭以相同的運行相位(running phase)或者以具有持續變化的相差的反相連續旋轉進行振動，且其彼此相對，并具有一預設的起始相位。(線性相對運動)如果置于連接面一側的n＞1摩擦焊頭相對于置于連接面另一側的那些n＞1摩擦焊頭以相反的運行相位或者以相同的旋轉方向以及預設的相位差進行振動，就會導致連接面內的圓周推力矢量。(圓周相對運動)可以通過調整一軌道平面處的摩擦焊頭與連接面另一側軌道平面上的摩擦焊頭之間的相位差來調整傳入供給連接面的能量大小，其中180°的相位差造成連接面處最大的相對運動，也就是說導致最大幅度的摩擦振動。
本發明還能夠實現焊接例如呈T形位于橫向梁上的結構桿，其中n＞1摩擦焊頭的振動頭被穩固地固定到所述的橫向梁上，在垂直地對齊所述結構桿的縱向軸的軸向平面處，此外n＞1摩擦焊頭固定在環繞所述結構桿的軌道平面處。
在這種布置中，應關注，虛的合成軌道摩擦軸通過質量中心區域，此虛的合成軌道摩擦軸由各摩擦焊頭的多個(n)振動軸的振動疊加而成，以及連接面兩側的摩擦焊頭以相同的摩擦頻率振動，其中保持連接面一側的摩擦焊頭與連接面另一側的摩擦焊頭之間的預設相位差。
對于焊接例如管道裝置比如可輸送氣體、石油或水并且其可由塑料、金屬或復合材料制成的管件，軌道方式布置的多個(n)摩擦焊頭分別能夠牢固地固定在管件周圍，并能被運輸工具移動是有優勢的。明顯地，在此情況下，也可具有這樣的布置其中待焊接的管件可以通過按軌道形式布置的固定的摩擦焊頭被移動至相應的焊接位置，并在焊接期間被固定在此位置。
在這種布置的情況下，為了使管件移動到壓力作用的位置以在連接面處進行焊接受距離/時間的控制，有利地，提供具有液壓驅動或氣動驅動，或具有機械和/或機電動力驅動的推力單元，其或者與工件相連，或者與緊固地固定到工件的摩擦盤相連。
結合權利要求與附圖，借助于下面實施例的描述，來較詳細地分析本發明的特征和優點。附圖顯示了

圖1用于沿連接面焊接兩個管件的軌道摩擦焊接設備的示意圖；圖2軌道平面上的示意圖，在從一側看連接面的軸向視圖中顯示了摩擦焊頭，其中，一方面，向軌道平面的左側視圖顯示了零狀態位置的振動摩擦焊接頭，另一方面，摩擦焊接頭的中間視圖用于分別解釋相同運行相位或相反運行旋轉方向，而摩擦焊接頭的右視圖則分別解釋了相反運行相位或相同的運行旋轉方向；圖3A與圖3B兩個摩擦焊接頭的振動頂視圖，其在連接面上彼此相向，并按相同的運行旋轉方向分別以0°或360°的相位差運行旋轉進行振動；圖3C顯示圖，從此顯示圖中可以推斷出0°/360°的相位差不會導致振動頭的相對運動；
圖4A到圖4C振動頭的頂視圖，其彼此相向，具有45°/315°的相位差以及相同的運行旋轉方向；圖4D和圖4E與圖4B一致的45°相位差的均勻圓周相對運動圖，以及與圖4C一致的315°相位差的均勻圓周相對運動圖；圖5A到圖5C振動頭的頂視圖，其彼此相向，分別具有90°或270°的相位差以及相同的運行旋轉方向；圖5D和圖5E與圖5B一致的90°相位差的合成的均勻圓周相對運動圖，以及與圖5C相應的270°相位差的合成的均勻圓周相對運動圖；圖6A到圖6C振動頭的頂視圖，其彼此相向，具有135°和225°的相位差以及相同的運行旋轉方向；圖6D和圖6E 與圖6B一致的135°相位差的均勻圓周相對運動圖，以及與圖6C一致的225°相位差的均勻圓周相對運動圖；圖7A和圖7B振動頭的頂視圖，其彼此相向，具有180°的相位差以及相同的運行旋轉方向；圖7C與圖7B一致的180°相位差的合成的均勻圓周相對運動圖；圖8A和圖8B振動頭的頂視圖，其彼此相向，分別具有0°或360°的相位差以及相反的運行旋轉方向；圖8C與圖8B一致的360°相位差的合成的的線性相對運動圖；圖9A到圖9C振動頭的頂視圖，其彼此相向，分別具有45°或315°的起始相位差以及相反的運行旋轉方向；圖9D和圖9E與圖9B一致的45°相位差的線性相對運動圖，以及與圖9C一致的315°相位差的線性相對運動圖；圖10A到圖10C振動頭的頂視圖，其彼此相向，各具有90°或270°的起始相位差以及相反的運行旋轉方向；圖10D和圖10E與圖10B一致的90°相位差的線性相對運動圖，以及與圖10C一致的270°相位差的線性相對運動圖；圖11A到圖11C振動頭的頂視圖，其彼此相向，分別具有135°或225°的起始相位差以及相反的運行旋轉方向；圖11D和圖11E與圖11B一致的135°相位差的線性相對運動圖，以及與圖11C一致的225°相位差的線性相對運動的示意圖；圖12A和圖12B振動頭的頂視圖，其彼此相向，具有180°的起始相位差以及相反的運行旋轉方向；圖12C與圖12B一致的180°相位差的線性相對運動圖；圖13三個摩擦焊頭/推力軸相對于結構桿連接面的表面中心在軌道平面處分布的示意圖；以及圖14摩擦焊接頭在盤上的分布示意圖，此盤環繞著待焊接的管件，并被定位螺絲固定在待焊接的管件上。
圖1中示意性地顯示了用于焊接兩個延伸的管件12和14的軌道摩擦焊接設備10，該管件被軸向力P壓在一起，于連接面F處首尾銜接。軌道盤16和18被穩定地固定在兩個件12和14上。在這種布置中，如果虛的合成的推力軸和虛的合成的摩擦軸彼此對齊，并且連接面的中心位置與質量中心位置重合，那么是有優點的。顯然應用情況下，其中兩個中心彼此是補償，也就是說推力軸是并不需要絕對與摩擦軸對齊的。
軌道盤16和18分別用于摩擦焊接頭I、II、III、IV或I′、II′、III′、IV′或I″、II″、III″、IV″的安裝。這些焊接頭與各自的振動頭被固定在軌道盤上。這樣，它們通過連接件(未顯示)被固定。
DE 4436857A中的摩擦焊接頭是可適用和適當的來實現本發明。使用這些摩擦焊接頭具有優勢，多個摩擦焊接頭可以被容易地同步，特別是其允許無錯誤的起始同步，這樣摩擦焊接過程就以所期望的相位開始，并且能夠相當可靠地保持相對布置的摩擦焊接頭之間的相位。所述的摩擦焊接頭與控制偏心輪以及平行導向裝置裝配在一起，這樣主動側旋轉能量就能夠被轉換為圓周的平行導向運動能量。為了起動同步，各摩擦焊接頭的所有偏心輪被設置為全起始幅度，然后位于相對位置的摩擦焊接頭被調整到所期望的起始相位。緊接著，安裝在相對的軌道盤上的摩擦焊接頭之間的相移調整是軌道盤16和18，其被夾緊在管件12和14上，隨后就進行連接面上所述管件的焊接操作。
圖2顯示了軌道盤16和18，以幫助闡釋相對放置的摩擦焊接頭的振動頭的相對運動，其中軌道盤16.1的示圖用于分別說明相同運行相位或相反旋轉方向，而軌道盤16.2的圖則分別闡釋了相反運行相位或相同運行旋轉方向。為了示出的目的，其中用一側的軸向視圖顯示了連接面上的運動學條件。
為了進行闡釋，下面的描述中僅分別討論摩擦焊頭I和I′或I″。關于期望的功能，顯然可認識到其它所涉及的摩擦焊頭II、III、IV與II′、III′、IV′以及II″、III″、IV″也分別相應地以相同的頻率，幅度和相位操作，這樣，建立了位于相對位置上的軌道盤以及隨其的連接面F上的管件的所期望的相對運動。
隨著焊接過程的繼續，在推力單元的幫助下，軸向壓力被施加給待焊接的管件。通過管件自身以及穩固地固定到所述管件上的軌道盤，傳入所述的壓力。這些推力裝置可分別包括液壓或氣體驅動裝置和機械或機電驅動裝置。
由于連接面的表面中心位于兩個管件的管中心，因此各摩擦焊頭關于表面中心成角對稱進行布置，并且都距離表面中心相等的間隔距離，這樣相同的運動能量通過所有的摩擦焊頭被傳入給軌道盤以及連接面的每一點，也就是焊縫。根據管件所用的材料，和管壁的厚度以及依據材料的數量，焊接過程需要或多或少的能量。為了滿足特殊應用的需要，可以不同于所述的在一個軌道盤上安裝四個摩擦焊頭，而可使用更多或更少的摩擦焊頭，比如三個，從而可獲得與所進行的焊接任務相稱的焊接能量。
雖然從經濟上考慮，使用相同類型的摩擦焊頭具有優勢，其每一個相應地可以提供相同的焊接能，但是也可在一軌道盤上安裝不同類型的焊頭，其中僅需要考慮一方面，對于表面中心的角度對稱保持不變，另一方面，摩擦軸到連接面中心的距離與施加于待焊接的管件上的持續恒定的軸向壓力下各自傳入的振動能量相乘的數學乘積要保持不變。在下文中闡釋合成的相對運動，也就是，對于不同的相同或相反的運行旋轉方向以及兩個軌道盤之間的有效相位差兩個軌道盤16和18之間的合成推力矢量。然而，由于具有相同的相位差，一個軌道盤上的所有摩擦焊頭強加了相同的關系，接下來分別主要地闡釋兩個摩擦焊頭I和(I)的振動頭的振動行為。
在圖3A和圖3B中顯示了摩擦焊頭I和(I)的振動頭的關系，這里用于在所有時間點即1、2、3、4、5、6、7、8的零相位運動矢量的箭頭是實心(黑體)的，以及對于所有時間點即(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)的相同運行相位即相反運行旋轉方向的運動矢量相應地具有空心箭頭。相同的也適用于下面的相移的闡釋。
在圖3A和圖3B中各顯示了相同運行旋轉方向下0°相位差或360°相位差。通過疊加各相同大小和方向的分別在不同的時間點1到8或(1)到(8)的相同大小的運動矢量，摩擦焊頭的振動頭沒有產生相對運動，所述摩擦焊頭彼此相對地位于軌道盤16和18上。還可在圖3C所提供的顯示中看到，其中所有顯示的時間點的運動矢量都彼此疊合，這就說明了沒有造成相對運動。
現在來參看圖4A和圖4B，通過繪出與圖4D一致的各個觀察時間點的矢量顯示了由于45°相位差所導致的均勻圓周圓周相對運動。從此顯示中能夠推斷出摩擦焊頭I和(I)的振動頭之間產生了相對運動，其特征在圖4D中用兩個運動矢量箭頭之間的粗體連接線表示。
同樣也對315°相位差的適用，這可通過比較圖4A和圖4C中的運動矢量，根據圖4E中的顯示得出。兩中情況下分別產生了均勻圓周的圓周相對運動或均勻圓周的推力矢量。
從圖5A和圖5B以及圖5A和圖5C中可相應地分別觀察到相同運行旋轉方向下90°和270°相位差的情況。圖5D顯示了90°相位差時相應的運動矢量的疊加，而圖5E則顯示了270°相位差時相應的運動矢量的疊加。從這些例證中可推斷90°和270°相位差所導致的相對運動比45°和315°相位差所導致的相對運動要大。
相應地，同樣分別適用于相同運行旋轉方向下的135°或225°相位差，根據圖6A和圖6B以及圖6A和圖6C所示，其是由運動矢量的疊加所引起的。如圖6D和圖6E中所示的由運動矢量的疊加導致的相對運動同樣是均勻圓周相對運動，不過與前述情況相比，其具有更大的幅度。
觀察180°相位差的情況，相同運行旋轉方向下，各給定的時間點的運動矢量的疊加導致最大幅度的均勻圓周相對運動，如圖7C所示。
對于前述的所有不同相位差的情況，理解到，由相對布置在軌道盤上的各摩擦焊頭的運動矢量疊加所導致的相對運動都是均勻圓周相對運動，分別參照觀察時間點1到8或(1)到(8)僅改變了其幅度以及其圓周運動。
由此可知，可能的是依賴于相位的線性方向，也就是摩擦方向，以及依賴于相位的能量傳入都可以通過相位的調整而同時改變。
在接下來觀察中，可看到相反運行旋轉方向下不同時間點1到8和(1)和(8)的運動矢量的疊加。
在圖8A和圖8B中顯示了0°和360°相位差下相反運行旋轉方向的狀況。通過疊加相同的阿拉伯數字所表示的時間點的運動矢量，如圖8C所示的0°和360°相位差的相對運動產生了這樣的結果，顯然，除了時間點3和7處的相對運動為零之外，都產生了線性相對運動。
在圖9A到圖9C中顯示了相反運行旋轉方向和45°和315°起始相差的狀況，其具有持續變化的相差。通過疊加圖9A和圖9B的運動矢量，45°起始相差導致了線性相對運動，其幅度在時間點2、3、6和7比在時間點1、4、5和8要小。這樣，45°相位差下，67.5°和247.5°處的幅度為零幅度值，以及在157.5°和337.5°處的幅度為最大幅值。
相應地，這也適用于圖9A和圖9C所示的運動矢量的疊加，由此僅導致關于所示時間點的線性相對運動的移位，此移位依賴于相位。這種情況下，零幅度值出現在112.5°和292.5°處，以及最大幅值出現在22.5°和202.5°處。
同樣在關于圖10A到圖10C顯示的情況下，分別對于90°和270°起始相差，相反運行旋轉方向產生了相應的結果。對于相應于圖10A和圖10B的90°起始相差，導致了線性相對運動，如圖10D所示，同樣地，各時間點處的相對運動的幅度變化，并且在時間點2和6處沒有相對運動。
在相應于圖10A和圖10C的運動矢量的疊加和270°起始相差下，導致了具有變化的幅度的相同的相對運動，由此在時間點4和8處沒有相對運動。
對于相反運行旋轉方向以及分別為135°或225°起始相差的情況，導致了如圖11D所示的結果，其為在135°起始相差下和相應于圖11A和圖11B所進行的疊加的情形。同樣地，認識到根據各觀察時間點線性相對運動的幅度變大或變小。這同樣適用于相應于圖11A和圖11C的運動矢量的疊加，其在225°的起始相位差下導致了符合圖11E的具有變化幅度的線性相對運動。這種情況下，對于135°的相位差，導致了在22.5°和202.5°處具有零幅度值，以及在112.5°和292.5°處具有最大幅度值。同樣適合于振動起始225°的相位差，其在157.5°和337.5°處具有零幅度值，以及在67.5°和247.5°處具有最大幅度值。
最后，顯示了對于相反運行旋轉方向以及180°起始相差時的情況，其中相應于圖12A和圖12B的運動矢量彼此疊加。180°相位差的疊加會導致圖12C的線性相對運動，這里在時間點1和5處沒有相對運動。
圖13是固定到結構桿件的軌道盤21的示意圖，盤上設置了三個摩擦焊頭I、II和III。在給定圖中還顯示了表面中心22，其通過虛連接線與所述摩擦焊頭相連接。為了保證焊縫的每一點得到等量的能量，摩擦焊頭置于軌道盤上的一位置，其中，在相等的能量輸入下，距離和作用于各摩擦焊頭上的軸向壓力相乘的數學乘積為常量。這樣相等的能量被傳入給連接面，從而保證均勻連續的焊縫。
出于空間位置的考慮，也可能摩擦焊頭必須相對于軌道盤的質量中心置于其一側。如果情況如此，那么就必須仔細考慮使用平衡方法來進行重量補償。必須使虛的合成的摩擦軸通過所有可移動部件的質量中心。
為了確保待焊接工件的穩固的固定，提供多種不同的方法。在操作焊接管件的情況，圖14顯示了一種簡單的解決問題的方案，其中示出了一被分割的軌道盤，其被分為兩等分24和25，并且為了焊接管狀工件，其兩等分環繞該管的周邊并緊緊地夾持到其。
這樣的被分割的軌道盤具有重新組裝的能力并具有摩擦焊頭I、II和III，其可以被安裝在運輸工具上，沿著管道移動從而實現長管道的焊接，例如用于輸送氣體，石油或水的管道，該管道一件接一件布置，并且通過將管件在軌道盤間夾緊并將焊接所需的軸向壓力傳入給連接面，該軌道盤緊夾管件以在每一焊接位置將其相互焊接在一起。
利用本發明可在非常短的間隔時間進行這樣的管件的摩擦焊接，從而可認為對于實際的焊接過程，各能量傳入需要不到幾分鐘。出于比較的目的，如果使用傳統的焊接方法來進行管件焊接，那么其結果證明本發明具有很大的經濟優勢，這是因為傳統方法對置于高負載下的管件產生高質量的焊縫需要的時間周期超過上述周期的10到100倍。
替代根據本發明的可移動的軌道摩擦焊接設備，可能的是固定類型的焊接接設備，為此多個待焊接的管件可滑動地一個接一個地移動通過所述焊接設備，從而進行焊接操作。
對于彼此垂直的T形工件的焊接操作沒有進行進一步的描述，T形工件如橫向梁上的結構支撐桿或T形管件分支。
為此，多個摩擦焊頭的振動頭沿軸平面穩固地固定于橫向梁上，該橫向梁垂直于所述支撐桿的縱軸，以及在連接面的另一邊，即在繞支撐桿的軌道平面，固定另外多個(n)摩擦焊頭。然后，連接面兩邊的摩擦焊頭的振動頭以相同的摩擦頻率振動，從而置于連接面一邊的摩擦焊頭與置于連接面另一邊的摩擦焊頭之間的預設相差可以被保持。為此，可以使用通過相反運行旋轉方向而引起的線性振動，或者通過相同運行旋轉方向而引起的圓周振動。
權利要求
1.一種用于工件(12；14；20；26)焊接的軌道摩擦焊接方法，其中在振動能量傳入過程中，所述工件于連接面處被按壓在一起，其特征在于至少在連接面(F)的一側，多于一個(n＞1)摩擦焊頭(I、II、III、IV；I′、II′、III′、IV′；I″、II″、III″、IV″)被安裝到在所述工件區的軌道平面的至少一個摩擦盤上，以致所述摩擦焊頭的振動頭被穩固地固定到所述摩擦盤上，以及靠近一側的所述多于一個(n＞1)摩擦焊頭分別以相同的摩擦頻率和相同的幅度以及相同的預設相位進行振動。
2.根據權利要求1所述的軌道摩擦焊接方法，其特征在于利用多于一個(n＞1)推力軸分別產生能量輸入所需的所述多于一個(n＞1)摩擦焊頭的推力或連接壓力，以使由疊加而形成的虛的合成的軸通過連接面中心(22)區。
3.根據權利要求1所述的軌道摩擦焊接方法，其特征在于布置所述多于一個(n＞1)摩擦焊頭，以使摩擦軸整個地和它們的虛的合成的摩擦軸通過所有振動物體的質量中心區。
4.根據權利要求1到3中任意一項所述的軌道摩擦焊接方法，其特征在于所述多于一個(n＞1)摩擦焊頭(I、II、III、IV；I′、II′、III′、IV′；I″、II″、III″、IV″)的振動頭被分別固定地置于所述連接面(F)的兩側，在多個軌道平面處，以及所述連接面(F)一側的所述多于一個(n＞1)摩擦焊頭相對于在所述連接面另一側的所述多于一個(n＞1)摩擦焊頭以預設的相位進行振動。
5.根據權利要求1到4中任意一項所述的軌道摩擦焊接方法，其特征在于將所述工件在所述連接面彼此推在一起的壓力由推力機構產生，此機構在時間/距離控制下沿軸向將所述工件推在一起，由此所述虛的合成的軸不需要通過所述工件的表面中心。
6.一種用于實現根據權利要求1到5中任意一項所述方法的軌道摩擦焊接設備，由此圓周運動能量被傳入到所述連接面以用于所述工件(12；14；20；26)的焊接，所述工件在所述連接面(F)具有任意的橫截面，這些工件受軸向壓力，其特征在于所述多于一個(n＞1)摩擦焊頭(I、II、III、IV；I′、II′、III′、IV′；I″、II″、III″、IV″)的振動頭被固定地置于待焊接工件的至少一個軌道平面以及至少一個摩擦盤上，以使各摩擦焊頭的多于一個(n＞1)摩擦軸疊加所形成的虛的合成軌道軸通過質量中心(22)區，以及所述多于一個(n＞1)摩擦焊頭以相同的摩擦頻率和相同的幅度以及相同的預設相位進行振動。
7.根據權利要求6所述的軌道摩擦焊接設備，其特征在于使用力控制時，為了達到對所述連接表面中心(22)的表面對稱，所有的推力軸在所述連接面處與所述連接表面中心之間的距離相同，并同時按照角度對稱分布，以及在對于所有摩擦焊頭的合成的軌道軸處，所述各推力軸自所述連接面中心的距離與各自的軸向壓力(P)的數學乘積為常量。
8.根據權利要求6所述的軌道摩擦焊接設備，其特征在于所有的推力軸到所述連接面中心(22)的距離不相同，考慮到所述推力軸彼此之間的角位置時，所述各推力軸的推力(P)與其到所述連接面中心的距離成反比，以及在對于所有摩擦焊頭的合成的軌道軸處，所述各推力軸到所述連接面中心(22)的距離與所述各自的軸向壓力(P)的數學乘積為常量。
9.根據權利要求6到8中任意一項所述的軌道摩擦焊接設備，其特征在于在所述連接面(F)的兩側，多個摩擦焊頭被分別穩固地固定在摩擦盤(16、18)上，此摩擦盤位于環繞待焊接工件(12、14)的所述軌道平面處，以及同一個摩擦盤上的所有摩擦焊頭都以相同的頻率、相同的幅度以及相同的相位振動。
10.根據權利要求6到9中任意一項所述的軌道摩擦焊接設備，其特征在于要被首尾連結地焊接的工件中的一個被穩固地固定，以及圍繞第二個工件固定的所述多于一個(n＞1)摩擦焊頭進行振動。
11.根據權利要求6到10中任意一項所述的軌道摩擦焊接設備，其特征在于所述多于一個(n＞1)摩擦焊頭成圈狀固定在所述工件(12、14)的連接面(F)的兩側，其被焊接在端面上，從而所述連接面兩側的所述多于一個(n＞1)摩擦焊頭彼此相對，其分別以相同的運行相位或者以具有持續變化的相差的相反運行旋轉以及以預設的起始相位進行振動。
12.根據權利要求6到10中任意一項所述的軌道摩擦焊接設備，其特征在于固定在所述連接面一側的所述多于一個摩擦焊頭(I、II、III、IV)相對于置于所述連接面另一側的所述多于一個摩擦焊頭(I′、II′、III′、IV′；I″、II″、III″、IV″)，分別以相反的運行相位或相同的運行旋轉方向以及以預設的相差進行振動。
13.根據權利要求11或12所述的軌道摩擦焊接設備，其特征在于固定在所述連接面一側的所述多于一個摩擦焊頭(I、II、III、IV)相對于置于所述連接面另一側的所述多于一個摩擦焊頭(I′、II′、III′、IV′；I″、II″、III″、IV″)，以0°到360°之間的相差進行振動。
14.根據權利要求8到11中任意一項所述的軌道摩擦焊接設備，其特征在于摩擦盤上的多個摩擦焊頭單元環繞所述工件周邊或所述工件固定，從而增大傳入給所述連接面(F)的振動能，這樣的盤徑向和/或彼此順序排列。
15.根據權利要求6到14中任意一項所述的軌道摩擦焊接設備，其特征在于所述多于一個(n＞1)摩擦焊頭分別固定安裝在管件或部件(24、25)的周圍，以使它們可以用運輸工具定位，或所述管件或結構部件可分別通過多個(n)沿軌道分布的固定的摩擦焊頭而移動到相應的焊接位置，并被固定在此位置。
16.根據權利要求6到15中任意一項所述的軌道摩擦焊接設備，其特征在于為了在振動能傳入所述連接面期間產生要應用的壓力，設置有所述多于一個(n＞1)摩擦焊頭并固定到所述工件的所述摩擦盤可在距離/時間控制下依靠推力單元彼此相對移動，由此虛的合成的軸通過所述工件的表面中心。
17.根據權利要求16所述的軌道摩擦焊接設備，其特征在于所述推力單元與所述摩擦盤連結，其被布置在固定在所述工件的所述連接面的兩側。
18.根據權利要求16或17所述的軌道摩擦焊接設備，其特征在于所述推力單元分別包括液壓或氣體驅動裝置，或機械和/或機電驅動裝置。
19.根據權利要求6到17中任意一項所述的軌道摩擦焊接設備，其具有用于工件焊接的多于一個(n＞1)摩擦焊頭，所述工件在所述連接面處具有任意的橫截面，由此所述摩擦焊頭所提供的圓周運動能量可垂直傳入給所述連接面，所述工件受軸向壓力，其特征在于所述工件分別彼此呈一定角度或呈T形放置，并且包括遠離縱向管件方向引出的管件分支，或者從橫向梁延伸的結構桿，多個摩擦焊頭于縱向軸平面處分別固定地安裝到所述縱向管件或橫向梁上，其分別垂直于所述管件分支或所述結構桿的縱向軸，多于一個(n＞1)摩擦焊頭分別環繞所述管件分支或所述結構條固定在軌道平面處，虛的合成的軌道摩擦軸是由各摩擦焊頭的多個(n)摩擦軸的振動疊加所形成的，其通過所述質量中心區，以及所述連接面兩側的摩擦焊頭以相同的摩擦頻率振動，由此所述連接面一側的摩擦焊頭相對于所述連接面另一側的那些摩擦焊頭以相反的運行相位以及預設的相差進行振動，如此在所述連接面處會產生所述工件之間的線性相對運動。
20.根據權利要求6到18中任意一項所述的軌道摩擦焊接設備，其特征在于所述設備用于長度充分大于其有效橫截面寬度(L＞＞D)的工件的焊接操作中。
21.根據權利要求6到18中任意一項所述的軌道摩擦焊接設備，其特征在于所述設備用于有效橫截面寬度充分大于其長度(D＞＞L)的工件焊接操作中。
22.根據權利要求6到18中任意一項所述的軌道摩擦焊接設備，其特征在于所述設備用于由復合材料制成的工件的焊接操作中，其中推力受時間/距離的控制。
全文摘要
本發明涉及一種軌道摩擦焊接方法與一種摩擦焊接設備，用于通過摩擦焊接單元來焊接工件(16、18)，其中在施加振蕩能量期間，在接觸面(F)處，工件(16、18)被彼此相對擠壓在一起。為此，n＞1摩擦焊頭(I、II、III、IV或I′、II′、III′、IV′或I″、II″、III″、IV″)以固定的方式被安裝在工件(16、18)區，軌道平面處，接觸面(F)的至少一側，這樣分別面向一側的n＞1摩擦焊頭以相同的摩擦頻率、相同的振幅以及相同的預設相位振動。
文檔編號B29C65/08GK1856382SQ200480027447
公開日2006年11月1日 申請日期2004年7月19日 優先權日2003年7月24日
發明者萊昂哈德·克拉塞爾 申請人:多軌道系統有限公司