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EP4028202A1 - Device and method for increasing the speed and increasing the stability of the welding pin in friction stir welding - Google Patents

Device and method for increasing the speed and increasing the stability of the welding pin in friction stir welding

Info

Publication number
EP4028202A1
EP4028202A1 EP20785430.8A EP20785430A EP4028202A1 EP 4028202 A1 EP4028202 A1 EP 4028202A1 EP 20785430 A EP20785430 A EP 20785430A EP 4028202 A1 EP4028202 A1 EP 4028202A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pin
tool
welding
smoothing
shoe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20785430.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Markus Weigl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Grenzebach Maschinenbau GmbH
Original Assignee
Grenzebach Maschinenbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Grenzebach Maschinenbau GmbH filed Critical Grenzebach Maschinenbau GmbH
Publication of EP4028202A1 publication Critical patent/EP4028202A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
    • 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
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
    • B23K20/1255—Tools therefor, e.g. characterised by the shape of the probe
    • 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
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding

Definitions

  • the application relates to a device and a method for increasing the speed and increasing the stability of the welding pin during friction stir welding.
  • friction stir welding frictional heat is generated in the joining area of the materials to be joined by means of the friction between a rotating tool that is simultaneously moved in translation and applied with pressure.
  • the tool is moved along the joining area and stirs the practiced material inside the seam of the one to be joined abutting materials, whereby the applied pressure compresses the practiced material.
  • the tool is pulled out of the connection area and the weld seam created in this way can be loaded immediately.
  • friction pins may break due to local, material changes within welded assemblies, for example due to fluctuations in hardness in cast materials.
  • the present invention is therefore based on the object of not only ensuring the economic operation of a system for friction stir welding, but also increasing its welding speed and increasing the service life of the reaming tool.
  • a tool drive (1) carries a retaining flange (2) for a conical tool bell (3) with a union nut (4) an annular retaining ring ( 12) encloses a pin shaft (6) with one attached to the diameter of the retaining ring (12),
  • Tool shoe (7) having a smoothing and compacting surface (11) in the area of the pin tip (10) for smoothing the weld seam
  • the pin shaft having the width of the tool shoe (7) and the pin tip (10)
  • a tool drive (1) carries a conical tool bell (3), with a lifting device (18) of a roller arm (17) in the Area of the abutting edge (19) of the joining partner (5) is provided, the tool shoe (7) having a smoothing and compacting surface (11) for smoothing the weld seam, a friction ring surface (9) having a screw conveyor (8) for encloses the output of the material transport of the pin tip (10), which runs in the turn opposite to the turn of the pin tip (10) and that the friction ring surface (9) heats the joining partners (5) by friction and thus increases the speed of the welding process, whereby a slight burr is thrown up on the left and right side, which is however leveled by means of the rollers (16) and that the distance between the tear-off edge (13) of the smoothing and compacting fl ambae - area (11) of the pin shaft (6) is optimized in the course and a computer program with a program code
  • Fiq 1 a side view of the tool shoe according to the invention
  • Fiq. 2 an oblique view of the holder for the welding shoe
  • Fiq. 3 a detail view from the area of the pin shaft
  • Fiq. 4 a top view of the track in the area of the roller rollers
  • Fiq. 5 shows an overall view of the pin shaft;
  • FIG. 6 shows a plan view of the welding process
  • the Fiq. 1 shows a direct side view of the tool shoe (7).
  • the tool shoe (7) is attached to the tool bell via a union nut (4)
  • the tool shoe (7) is shown with its pin shank (6) in direct engagement with the joining partner (5) to be welded.
  • a lifting device (18) for a roller arm (17) (or corresponding balls) which takes over the guidance of two parallel rolling rollers (16) which one (18) can be seen in the side view.
  • the lifting device is controlled with piezos, whereby the height or pressure control of the rollers must be independent of the actual process force control. In this way, the pressure of the roller rollers can adapt to the burr that has arisen, because too high a pressure would impress the rollers into the joint, as the rollers press the joint partners within the heating zone (15) (see Fig. 6)
  • Fiq.2 shows an oblique view of the holder for the welding shoe.
  • the pin shaft (6) leading through the annular retaining ring (12) of the welding shoe carries the tool shoe (7) with its smoothing and compacting surface (11).
  • the pin shaft (6) running out into the pin tip (10) also carries a counterclockwise screw conveyor (8) before it reaches the pin tip (10), which always conveys the drainage material into the process zone
  • the lower area is surrounded by an annular friction ring surface (9) at the level of the smoothing and compression surface (11) which is used for heating of the joining partner or the joining partner (5) is used.
  • the annular gap between the radius pin shoe (14) and pin shaft (6) is sealed at the top.
  • .Drainage material is the name for the abrasion material that is released from the joining partners (5) during the welding process and is deposited on the pin (6).
  • the Fiq. 3 shows a detailed view from the area of the pin shaft.
  • the pin tip (10) that plunges completely into a joint partner (5) can be seen, whereby the smooth and compacting surface (11) in the tool shoe (11) hitting the joint partner (5) at an angle, usually at an angle of 1.5 to 5 degrees. 7) exerts its smoothing and compression effect on the joint partner (5) and the function of the screw conveyor (8) for transporting abrasive material and the friction ring surface (9) for heating the joint partner can be seen in the pin shaft (6).
  • the retaining ring (12) which is drawn in dashed lines due to the machine conversion, is known from FIG. 2.
  • FIG. 4 shows a top view of the track in the area of the roller rollers (16) above the two joining partners (5).
  • Fig. 5 shows an overall view of the pin shaft
  • the pin shaft (6) shown in the center vertically reveals the tool shoe (7) with its smooth and compacting surface (11), the friction ring surface (9) and the screw conveyor (8) located in the lower area.
  • the tip of the pin (10) can also be seen.
  • This configuration results in a faster welding speed and a longer tool life.
  • Fig. 6 shows a plan view of the welding process.
  • the curve (15) shows the heat zone of the actual welding process, the dashed center line (19) in FIG. 6 showing the joint edge of the joint partners (5) to be welded
  • the two rolling rollers (16) smooth the unevenness or weld seam edges (20).
  • the boundary lines of the welding shoe (7) are marked with (7) from above.
  • the smoothing surface (11) with its tear-off edge (13) surrounds half the surface (9), which is referred to as the friction surface for the joint partner - heating.
  • the pin shaft (6) with its pin tip (10) can be seen as the center of the welding process.
  • the control of the welding process with its extensive regulation options requires a special computer program.
  • Tool drive Retaining flange for tool bell (cone) Tool bell (cone) Union nut for tool shoe, joining partner, pin shaft, tool shoe, screw conveyor for abrasive material transport (also referred to as expulsion thread.) Friction ring - surface for joining partner - heating pin tip, smoothing and compacting surface Retaining ring for welding shoe tear-off edge radius pin shoe heat distribution curve rolling roller (or ball) rolling roller arm lifting device for rolling roller arm abutment edge of the joining partners burrs, unevenness, weld seam edge weld seam

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

The invention relates to a device and method for increasing the speed and increasing the stability of the welding pin in friction stir welding with the following device features: a) a tool drive (1) has a retaining flange (2) for a cone-shaped tool cover (3) with a union nut (4); b) an annular retaining ring (12) surrounds a pin shank (6) with a tool shoe (7) secured to the diameter of the retaining ring (12), wherein the tool shoe (7) has a smoothing and compressing surface (11) in the region of the pin tip (10) for smoothing the weld seam, wherein the pin shank has the width of the tool shoe (7); c) the pin tip (10) has an annular friction surface (9) which surrounds a screw conveyor (8) for the output of material transport from the pin tip (10), which has a thread running in the opposite direction to the thread of the pin tip (10).

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Erhöhung der Schnelligkeit und der Device and method for increasing the speed and the
Erhöhung der Standfestigkeit des Schweißpins beim Rührreibschweißen. Increase in the stability of the welding pin during friction stir welding.
Die Anmeldung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erhöhung der Schnelligke8t und der Erhöhung der Standfestigkeit des Schweißpins beim Rührreibschweißen. The application relates to a device and a method for increasing the speed and increasing the stability of the welding pin during friction stir welding.
Beim Rührreibschweißen wird im Fügebereich der zu verbindenden Materialien mittels der Reibung zwischen einem rotierenden, gleichzeitig translatorisch bewegten, und mit Druck aufgebrachten, Werkzeug Reibungswärme erzeugt, Das Werkzeug wird entlang des Fügebereichs bewegt und verrührt das praktizierte Material im inneren der Naht der zu verbindenden, aneinander anstoßenden Materialien, wobei der aufgebrachte Druck das praktizierte Material zusammenpresst. Am Ende der erzeugten Schweißnaht wird das Werkzeug aus dem Verbindungsbereich herausgezogen und die so entstandene Schweißnaht ist unmittelbar belastbar. With friction stir welding, frictional heat is generated in the joining area of the materials to be joined by means of the friction between a rotating tool that is simultaneously moved in translation and applied with pressure.The tool is moved along the joining area and stirs the practiced material inside the seam of the one to be joined abutting materials, whereby the applied pressure compresses the practiced material. At the end of the weld seam created, the tool is pulled out of the connection area and the weld seam created in this way can be loaded immediately.
Zum Stand der Technik wird auf die, von der Anmelderin stammende, DE 202018 001 178 U1 verwiesen. For the state of the art, reference is made to DE 202018 001 178 U1 from the applicant.
Hierbei handelt es sich um eine Vorrichtung zur Vermeidung einer Unterbrechung des Schweiß - Prozesses beim Rünrreibschweißen, insbesondere eines Bruchs des Reibstifs, mit den folgenden Merkmahlen; a) mindestens drei im Winkel von 120 Grad zueinander ausgerichtete streifenförmige Sensoren (8) an den Längsseiten einer keilförmmigen Werkzeugglocke (7), wobei die Werkzeugglocke (7) einen Schweißpin (19) mittels eines Werkzeug - Aufnahmekegels (28) und einen Schweißschuh (11) führt und die Sensoren (8) zur Bestimmung von Kraft, Druck und Weg ausgebildet sind, b) einer Kegel - Taxierung im unteren Bereich des Werkzeug - Aufnahme - Kegels (28) die der Aufnahme eines Sensors (22) zur Erfassung der Axialkraft, des Drehmoments und des Biegemoments an dem Schweißpin ( 19) dient, c) einer Piezo - Vertikalverstellung für den Schweißpin (19) d) einer Anordnung eines Laser Messsensors (10) im Bereich des Schweißschuhs (11) dessen Richtwirkung ein Rundloch (27) im Durchtrittsbereich der Pinspitze (12) überstreicht, wobei ein Luft- Schallsensor (3) gegenüber angeordnet ist und ein Schweißschuh - Temperatursensor vorgesehen ist, e) einem Sensor - Signalverstärker (23) mit einer Rotor - Antenne zum Empfang, zur Verstärkung und zur Weiterleitung aller erfassten Messwerte, wobei diese Messwerte von einer statischen Antenne (16) an eine Maschinensteuerung weitergeleitet werden, f) einem induktiven Stromversorgungs- System zur Versorgung des Mess - Systems aus einer sich bewegenden sekundären Wicklung (24) und einer stehenden primären Wicklung (25). This is a device for avoiding an interruption of the welding process during friction welding, in particular a breakage of the friction pin, with the following features; a) at least three strip-shaped sensors (8) aligned at an angle of 120 degrees to one another on the long sides of a wedge-shaped tool bell (7), the tool bell (7) having a welding pin (19) by means of a tool receiving cone (28) and a welding shoe (11 ) and the sensors (8) are designed to determine the force, pressure and path, b) a cone rating in the lower area of the tool holder cone (28) that accommodates a sensor (22) for detecting the axial force, the torque and the bending moment on the welding pin (19) is used, c) a piezo vertical adjustment for the welding pin (19) d) an arrangement of a laser measuring sensor (10) in the area of the welding shoe (11) whose directional effect is a round hole (27) in the The passage area of the pin tip (12), with an air A sound sensor (3) is arranged opposite and a welding shoe temperature sensor is provided, e) a sensor signal amplifier (23) with a rotor antenna for receiving, amplifying and forwarding all recorded measured values, these measured values from a static antenna (16 ) are forwarded to a machine control, f) an inductive power supply system for supplying the measuring system consisting of a moving secondary winding (24) and a stationary primary winding (25).
Bei dem Betrieb von Anlagen zum Rührreibschweißen können jedoch aufgrund von lokalen, stofflichen Veränderungen innerhalb von Schweißbaugruppen, beispielsweise durch Härteschwankungen bei Gusswerkstoffen, Brüche von Reibstiften auftreten. When operating systems for friction stir welding, however, friction pins may break due to local, material changes within welded assemblies, for example due to fluctuations in hardness in cast materials.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den wirtschaftlichen Betrieb einer Anlage zum Rührreibschweißen nicht nur zu sichern, sondern deren Schweiß - Geschwindigkeit zu erhöhen und die Lebensdauer des Reibwerkzeugs zu erhöhen. The present invention is therefore based on the object of not only ensuring the economic operation of a system for friction stir welding, but also increasing its welding speed and increasing the service life of the reaming tool.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Vorrichtung nach Anspruch 1 The object is achieved with the features of the device according to claim 1
Vorrichtung zur Erhöhung der Schnelligkeit und der Erhöhung der Standfestigkeit des Schweißpins beim Rührreibschweißen, mit den folgenden Merkmalen: ein Werkzeug - Antrieb (1) trägt einen Halteflansch (2) für eine kegelförmige Werkzeugglocke (3) mit einer Überwurfmutter (4 ) ein ringförmiger Haltering (12) umschließt einen Pinschaft (6) mit einen am Durchmesser des Halterings (12) befestigten,Device to increase the speed and the stability of the welding pin during friction stir welding, with the following features: a tool drive (1) carries a retaining flange (2) for a conical tool bell (3) with a union nut (4) an annular retaining ring ( 12) encloses a pin shaft (6) with one attached to the diameter of the retaining ring (12),
Werkzeugschuh (7), wobei der Werkzeugschuh (7) im Bereich der Pinspitze (10) eine Glätt - und Verdichtungs - Fläche (11) zum Glätten der Schweißnaht aufweist, wobei der Pinschaft die Breite des Werkzeugschuhs (7) aufweist und die Pinspitze (10) weist eine Reibringfläche (9) auf die eine Förderschnecke (8) für den Abtrieb des Materialtransports der Pinspitze (10) umschließt, die in der Windung entgegengesetzt verläuft zu der Windung der Pinspitze (10) und dass seitwärts eine Hubvorrichtung (18) für die Möglichkeit des Einschwenkens eines Walzenrollen - Arms (17) in den Bereich der Stoßkante (1) der Fügepartner (5) vorgesehen ist und dass die Glatt - und Verdichtungs - Fläche (11) an den Pinschaft (6) mit dem Halb - Radius (15) anschließt und dass die Förder-schnecke (8) von der Glätt- und Verdichtungsfläche(l) aus ihren Anfang nimmt und dem Verfahren nach Anspruch 5 Tool shoe (7), the tool shoe (7) having a smoothing and compacting surface (11) in the area of the pin tip (10) for smoothing the weld seam, the pin shaft having the width of the tool shoe (7) and the pin tip (10) ) has a friction ring surface (9) which encloses a screw conveyor (8) for the output of the material transport of the pin tip (10), which runs in the opposite direction to the turn Winding of the pin tip (10) and that a lifting device (18) is provided sideways for the possibility of swiveling a roller arm (17) into the area of the joint edge (1) of the joint partners (5) and that the smooth and compacting surface (11) adjoins the pin shaft (6) with the half-radius (15) and that the screw conveyor (8) starts from the smoothing and compacting surface (1) and the method according to claim 5
Verfahren zur Erhöhung der Schnelligkeit und der Erhöhung der Standfestigkeit des Schweißpins beim Rührreibschweißen, mit dem folgenden Merkmalen: ein Werkzeug -Antrieb (1) trägt eine kegelförmige Werkzeugglocke (3), wobei eine Hubvorrichtung (18) eines Walzenrollen - Arms (17) in den Bereich der Stoßkante (19) der Fügepartner (5) vorgesehen ist, wobei der Werkzeugschuh (7) eine Glätt - und Verdichtungs - Fläche (11) zum Glätten der Schweißnaht aufweist, eine Reibringfläche (9) auf weist die eine Förderschnecke (8) für den Abtrieb des Materialtransports der Pinspitze (10) umschließt, die in der Windung entgegengesetzt verläuft zu der Windung der Pinspitze (10) und dass die Reibringfläche (9) die Fügepartner (5) durch Reibung erwärmt und somit die Geschwindigkeit des Schweißvorgangs erhöht, wobei ein leichter Grat auf der linken und rechten Seite aufgeworfen wird, der jedoch mittels der Walzrollen (16) geebnet wird und dass der Abstand die Abrisskante (13) der Glätt - und Verdichtungsfläche - Fläche (11) von dem Pinschaft (6) im Verlauf optimiert wird und ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung der Verfahrensschritte , wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird und einen Maschinenlesbarer Träger mit dem Programmcode eines Computerprogramms zur Durchführung des Verfahrens nach, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird. gelöst. Method to increase the speed and the stability of the welding pin during friction stir welding, with the following features: a tool drive (1) carries a conical tool bell (3), with a lifting device (18) of a roller arm (17) in the Area of the abutting edge (19) of the joining partner (5) is provided, the tool shoe (7) having a smoothing and compacting surface (11) for smoothing the weld seam, a friction ring surface (9) having a screw conveyor (8) for encloses the output of the material transport of the pin tip (10), which runs in the turn opposite to the turn of the pin tip (10) and that the friction ring surface (9) heats the joining partners (5) by friction and thus increases the speed of the welding process, whereby a slight burr is thrown up on the left and right side, which is however leveled by means of the rollers (16) and that the distance between the tear-off edge (13) of the smoothing and compacting fl äche - area (11) of the pin shaft (6) is optimized in the course and a computer program with a program code for carrying out the process steps when the program is executed in a computer and a machine-readable carrier with the program code of a computer program for carrying out the process, when the program is run in a computer. solved.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das zugrundeliegende Verfahren werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen im Einzelnen The device according to the invention and the method on which it is based are described in more detail below. It show in detail
Fiq 1: eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Werkzeugschuhs Fiq. 2: eine Schräg - Ansicht der Halterung für den Schweißschuh Fiq 3: eine Detail - Ansicht aus dem Bereich des Pinschafts Fiq.4: eine Draufsicht auf die Laufspur im Bereich der Walzenrollen Fiq. 5 eine Gesamtansicht des Pinschafts Fiq.6 eine Draufsicht auf den Vorgang des Schweißens Fiq 1: a side view of the tool shoe according to the invention Fiq. 2: an oblique view of the holder for the welding shoe Fiq. 3: a detail view from the area of the pin shaft Fiq. 4: a top view of the track in the area of the roller rollers Fiq. 5 shows an overall view of the pin shaft; FIG. 6 shows a plan view of the welding process
Die Fiq. 1 zeigt eine direkte Seitenansicht des Werkzeugschuhs (7). Der HalteflanschThe Fiq. 1 shows a direct side view of the tool shoe (7). The retaining flange
(2) für die kegelförmige Werkzeugglocke (3) wird von oben mittels eines Werkzeug - Antriebs (1) angetrieben. (2) for the conical tool bell (3) is driven from above by means of a tool drive (1).
Der Werkzeugschuh (7) wird über eine Überwurfmutter ( 4 ) an der WerkzeugglockeThe tool shoe (7) is attached to the tool bell via a union nut (4)
(3) befestigt. Es können auch Radialschrauben hierzu verwendet werden. (3) attached. Radial screws can also be used for this purpose.
Der Werkzeugschuh (7) ist mit seinem Pinschaft (6) im direkten Eingriff im zu verschweißenden Fügepartner (5) gezeigt. The tool shoe (7) is shown with its pin shank (6) in direct engagement with the joining partner (5) to be welded.
Auf der linken Seite, am Halteflansch (2) für die Werkzeugglocke (3) befestigt, ist eine Hubvorrichtung (18) für einen Walzrollenarm (17) ( oder entsprechende Kugeln ) der die Führung zweier, parallele laufender Walzrollen (16) übernimmt, befestigt von denen eine (18) in der Seitenansicht zu sehen ist. Die Hubvorrichtung wird mit Piezos geregelt, wobei die Höhen - oder Andruckregelung der Rollen unabhängig von der eigentlichen Prozesskraftregelung dein muss. So kann sich der Druck der Walzenrollen dem entstandenen Grat anpassen, denn ein zu hoher Druck würde die Walzen in den Fügepartner einprägen, da die Walzen innerhalb der Wärmezone (15) die Fügepartner drücken ( siehe Fig.6 ) On the left-hand side, attached to the retaining flange (2) for the tool bell (3), is a lifting device (18) for a roller arm (17) (or corresponding balls) which takes over the guidance of two parallel rolling rollers (16) which one (18) can be seen in the side view. The lifting device is controlled with piezos, whereby the height or pressure control of the rollers must be independent of the actual process force control. In this way, the pressure of the roller rollers can adapt to the burr that has arisen, because too high a pressure would impress the rollers into the joint, as the rollers press the joint partners within the heating zone (15) (see Fig. 6)
Die Fiq.2 zeigt eine Schräg - Ansicht der Halterung für den Schweißschuh. Fiq.2 shows an oblique view of the holder for the welding shoe.
Der durch den ringförmigen Haltering (12) des Schweißschuhs führende Pinschaft (6) trägt den Werkzeugschuh (7) mit seiner Glätt - und Verdichtungsfläche (11). The pin shaft (6) leading through the annular retaining ring (12) of the welding shoe carries the tool shoe (7) with its smoothing and compacting surface (11).
Der in die Pinspitze (10) auslaufende Pinschaft (6) trägt ebenfallls vor dem Erreichen der Pinspitze (10) eine entgegen dem Uhrzeigersinn gewendelte Förderschnecke (8), die das Drainage-Material stets in die Prozesszone fördert, wobei die Förderschnecke (8) im unteren Bereich von einer ringförmigen Reibringfläche (9) auf der Höhe der Glätt - und Verdichtungsfläche (11) umgeben ist die zur Erwärmung des Fügepartners, bzw. der Fügepartner (5), dient. Man könnte hier auch von einer zweiten, bzw. drehenden Restschulter sprechen. Durch das Fördern des Drainage- Materials über die Förderschnecke (8) nach unten wird der Ringspalt zwischen Radius-Pinschuh (14) und Pinschaft ( 6) nach oben abgedichtet. .Drainage-Material ist die Bezeichnung für das Abriebmaterial, dass sich beim Schweißprozess aus den Fügepartnern (5) heraus löst und sich am Pin (6) ablagert. The pin shaft (6) running out into the pin tip (10) also carries a counterclockwise screw conveyor (8) before it reaches the pin tip (10), which always conveys the drainage material into the process zone The lower area is surrounded by an annular friction ring surface (9) at the level of the smoothing and compression surface (11) which is used for heating of the joining partner or the joining partner (5) is used. One could also speak of a second or rotating residual shoulder here. By conveying the drainage material downwards via the screw conveyor (8), the annular gap between the radius pin shoe (14) and pin shaft (6) is sealed at the top. .Drainage material is the name for the abrasion material that is released from the joining partners (5) during the welding process and is deposited on the pin (6).
Die Fiq. 3 zeigt eine Detail - Ansicht aus dem Bereich des Pinschafts. The Fiq. 3 shows a detailed view from the area of the pin shaft.
Her ist die ganz in einen Fügepartner (5) eintauchende Pinspitze (10) zu erkennen wobei die schräg auf den Fügepartner (5), üblicherweise unter einem Winkel von 1,5 bis 5 Grad, auftreffende Glatt - und Verdichtungsfläche (11) im Werkzeugschuh (7) ihre Wirkung der Glättung und Verdichtung auf den Fügepartner (5) ausübt und im Pinschaft (6) die Förderschnecke (8) für den Abriebmaterialtransport und die Reibringfläche (9) zur Erwärmung des Fügepartners in ihrer Funktion zu sehen sind. Der Haltering (12), der durch den Maschinen - Umbau gestrichelt gezeichnet ist, ist aus der Fiq.2 bekannt. The pin tip (10) that plunges completely into a joint partner (5) can be seen, whereby the smooth and compacting surface (11) in the tool shoe (11) hitting the joint partner (5) at an angle, usually at an angle of 1.5 to 5 degrees. 7) exerts its smoothing and compression effect on the joint partner (5) and the function of the screw conveyor (8) for transporting abrasive material and the friction ring surface (9) for heating the joint partner can be seen in the pin shaft (6). The retaining ring (12), which is drawn in dashed lines due to the machine conversion, is known from FIG. 2.
Auf der linken Seite des Werkzeugschuhs (7) ist, ebenso wie die Überwurfmutter (4), der ,aus der Fiq. 1 bekannte Walzenrollenarm (17) mit einer Walzenrolle (16) im Querschnitt zu sehen, wobei Grat und Unebenheiten, auch die Schweißnahtkante, unter der Ziffer (20) in der Spur der Walzenrolle (16) skizziert sind Durch die geringe Gleitfläche (11) am Schuh ergiibt sich der Vorteil eines geringen Anpressdruck des Werkzeugs und eine schnellere Schweißgeschwindigkeit. Der Anpressdruck ist werkstoffspezifisch und daher fix. Aufgrund der geringen Kontaktfläche ist der Anpressdruck aber erheblich, das bedeutet aber bei gegebener Maschinenkraft kann schneller geschweißt werden. Es entsteht zwar hierdurch ein leichter Grat, der jedoch mit den Walzrollen leicht geglättet wird ( im Übergangsbereich zwischen der Schweißnaht und dem Grundwerkstoff entlang der Flanken des Schweißschuhs. On the left side of the tool shoe (7), as well as the union nut (4), from the Fiq. 1 known roller arm (17) with a roller (16) can be seen in cross-section, with burrs and unevenness, including the weld seam edge, being sketched under the number (20) in the track of the roller (16) due to the small sliding surface (11) on the Shoe results in the advantage of a low pressure of the tool and a faster welding speed. The contact pressure is material-specific and therefore fixed. Due to the small contact area, the contact pressure is considerable, but this means that welding can be carried out faster with a given machine force. This creates a slight burr, but it is smoothed out slightly with the rolling rollers (in the transition area between the weld seam and the base material along the flanks of the welding shoe.
Fiq.4: zeigt eine Draufsicht auf die Laufspur im Bereich der Walzenrollen (16) oberhalb der beiden Fügepartner (5). FIG. 4: shows a top view of the track in the area of the roller rollers (16) above the two joining partners (5).
Auf der linken Seite sind von oben her, der zweiteilige Walzenrollenarm (17) mit der Schweißnahtkante (20) und der Nahtfläche (21) zu sehen, wobei die Glättfläche (11) mit ihrem Radius (14) zu sehen ist, die den Pinschaft umfasst. Die Fiq.5:zeiat eine Gesamtansicht des Pinschafts On the left side, the two-part roller arm (17) with the weld seam edge (20) and the seam surface (21) can be seen from above, whereby the smooth surface (11) with its radius (14) can be seen, which includes the pin shaft . Fig. 5: shows an overall view of the pin shaft
Der zentral senkrecht dargestellte Pinschaft (6) läßt verdeckt gestrichelt den Werkzeugschuh (7) mit seiner im unteren Bereich gelagerten Glatt - und Verdichtungsfläche (11), der Reibringfläche (9) und der Förderschnecke (8) zu erkennen. Die Pinspitze (10) ist ebenfalls zu sehen. The pin shaft (6) shown in the center vertically reveals the tool shoe (7) with its smooth and compacting surface (11), the friction ring surface (9) and the screw conveyor (8) located in the lower area. The tip of the pin (10) can also be seen.
Aus dieser Konfiguration folgt eine schnellere Schweißgeschwindigkeit, eine längere Standzeit des Werkzeugs. Unter Anderem durch die reduzierte Eigenerwärmung des Werkzeugs durch die Förderschnecke (8) welche die innere Reibung verringert. This configuration results in a faster welding speed and a longer tool life. Among other things, due to the reduced self-heating of the tool by the screw conveyor (8), which reduces internal friction.
Die Fiq 6 zeigt eine Draufsicht auf den Vorgang des Schweißens. Fig. 6 shows a plan view of the welding process.
Die Kurve (15) zeigt die Wärmezone des eigentlichen Schweißvorgangs, wobei die gestrichelte Mittellinie (19) der Fiq.6 die Stoßkante der zu verschweißenden Fügepartner (5) anzeigt The curve (15) shows the heat zone of the actual welding process, the dashed center line (19) in FIG. 6 showing the joint edge of the joint partners (5) to be welded
Die beiden Walzrollen (16) glätten die Unebenheiten bzw. Schweißnahtkanten (20). Mit (7) sind von oben die Begrenzungslinien des Schweißschuhs (7) gekennzeichnet. Die Glättfläche (11) mit ihrer Abrisskante (13) umrundet hälftig die Fläche (9), die als Reibungsfläche für die Fügepartner - Erwärmung bezeichnet wird. The two rolling rollers (16) smooth the unevenness or weld seam edges (20). The boundary lines of the welding shoe (7) are marked with (7) from above. The smoothing surface (11) with its tear-off edge (13) surrounds half the surface (9), which is referred to as the friction surface for the joint partner - heating.
Der Pinschaft (6) mit seiner Pinspitze (10) sind als Zentrum des Schweißvorgangs zu erkennen. Die Steuerung des Schweißprozesses mit seinen umfassenden Regulierungsmöglichkeiten erfordert ein spezielles Computerprogramm . The pin shaft (6) with its pin tip (10) can be seen as the center of the welding process. The control of the welding process with its extensive regulation options requires a special computer program.
Bezuqszeichenliste Werkzeug - Antrieb Halteflansch für Werkzeug - Glocke ( Kegel ) Werkzeugglocke ( Kegel) Überwurfmutter für Werkzeugschuh Fügepartner Pinschaft Werkzeugschuh Förderschnecke für Abriebmaterial -Transport ( auch als Austriebs - Gewinde bezeichnet.) Reibring - Fläche zur Fügepartner - Erwärmung Pinspitze Glätt - und Verdichtungs - Fläche Haltering für Schweißschuh Abrisskante Radius Pinschuh Wärme - Verteil - Kurve Walzrolle ( oder Kugel ) Walzrollen - Arm Hubvorrichtung für Walzrollenarm Stoßkante der Fügepartner Grat, Unebenheiten, Schweißnahtkante Schweißnaht .Nahtfläche List of reference symbols Tool drive Retaining flange for tool bell (cone) Tool bell (cone) Union nut for tool shoe, joining partner, pin shaft, tool shoe, screw conveyor for abrasive material transport (also referred to as expulsion thread.) Friction ring - surface for joining partner - heating pin tip, smoothing and compacting surface Retaining ring for welding shoe tear-off edge radius pin shoe heat distribution curve rolling roller (or ball) rolling roller arm lifting device for rolling roller arm abutment edge of the joining partners burrs, unevenness, weld seam edge weld seam

Claims

Patentansprüche Claims
Anspruch 1 Claim 1
Vorrichtung zur Erhöhung der Schnelligkeit und der Erhöhung der Standfestigkeit des Schweißpins beim Rührreibschweißen, mit den folgenden Merkmalen: a) ein Werkzeug - Antrieb (1) trägt einen Halteflansch (2) für eine kegelförmige Werkzeugglocke (3) mit einer Überwurfmutter (4 ) b) ein ringförmiger Haltering (12) umschließt einen Pinschaft (6) mit einem am Durchmesser des Halterings (12) befestigten, Werkzeugschuh (7), wobei der Werkzeugschuh (7) im Bereich der Pinspitze (10) eine Glatt - und Verdichtungs - Fläche (11) zum Glätten der Schweißnaht aufweist, wobei der Pinschaft die Breite des Werkzeugschuhs (7) aufweist, c) die Pinspitze (10) weist eine Reibringfläche (9) auf die eine Förderschnecke (8) für den Abtrieb des Materialtransports der Pinspitze (10) umschließt, die in der Windung entgegengesetzt verläuft zu der Windung der Pinspitze (10). Device to increase the speed and the stability of the welding pin during friction stir welding, with the following features: a) a tool drive (1) carries a retaining flange (2) for a conical tool bell (3) with a union nut (4) b) An annular retaining ring (12) encloses a pin shaft (6) with a tool shoe (7) fastened to the diameter of the retaining ring (12), the tool shoe (7) having a smooth and compacting surface (11) in the area of the pin tip (10) ) for smoothing the weld seam, the pin shaft having the width of the tool shoe (7), c) the pin tip (10) has a friction ring surface (9) which encloses a screw conveyor (8) for the output of the material transport of the pin tip (10) , which runs opposite in the turn to the turn of the pin tip (10).
Anspruch 2: Claim 2:
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass seitwärts eine Hubvorrichtung (18) für die Möglichkeit des Einschwenkens eines Walzenrollen - Arms (17) in den Bereich der Stoßkante (1) der Fügepartner (5) vorgesehen ist, Device according to claim 1, characterized in that a lifting device (18) is provided sideways for the possibility of swiveling a roller arm (17) into the area of the abutting edge (1) of the joining partners (5),
Anspruch 3: Claim 3:
Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Glätt - und Verdichtungs - Fläche (11) an den Pinschaft (6) mit dem Halb - Radius (15) anschlließt. Device according to Claim 1, characterized in that the smoothing and compacting surface (11) adjoins the pin shaft (6) with the half-radius (15).
Anspruch 4: Claim 4:
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderschnecke (8) von der Glätt - und Verdichtungsfläche (1) aus ihren Anfang nimmt. Anspruch 5: Device according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the screw conveyor (8) starts from the smoothing and compacting surface (1). Claim 5:
Verfahren zur Erhöhung der Schnelligkeit und der Erhöhung der Standfestigkeit des Schweißpins beim Rührreibschweißen, mit dem folgenden Merkmalen ein Werkzeug -Antrieb (1) trägt eine kegelförmige Werkzeugglocke (3), wobei eine Hubvorrichtung (18) eines Walzenrollen - Arms (17) in den Bereich der Stoßkante (19) der Fügepartner (5) vorgesehen ist, wobei der Werkzeugschuh (7) eine Glatt - und Verdichtungs - Fläche (11) zum Glätten der Schweißnaht aufweist, eine Reibringfläche (9) auf weist die eine Förderschnecke (8) für den Abtrieb des Materialtransports der Pinspitze (10) umschließt, die in der Windung entgegengesetzt verläuft zu der Windung der Pinspitze (10). Method for increasing the speed and increasing the stability of the welding pin during friction stir welding, with the following features a tool drive (1) carries a conical tool bell (3), with a lifting device (18) of a roller arm (17) in the area the abutting edge (19) of the joining partner (5) is provided, the tool shoe (7) having a smooth and compacting surface (11) for smoothing the weld seam, a friction ring surface (9) which has a screw conveyor (8) for the The output of the material transport encloses the tip of the pin (10), which turns in the opposite direction to the turn of the tip of the pin (10).
Anspruch 6; Claim 6;
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibringfläche (9) die Fügepartner (5) durch Reibung erwärmt und somit die Geschwindigkeit des Schweißvorgangs erhöht, wobei ein leichter Grat auf der linken und rechten Seite aufgeworfen wird, der jedoch mittels der Walzrollen (16) geebnet wird. Method according to claim 5, characterized in that the friction ring surface (9) heats the joint partners (5) by friction and thus increases the speed of the welding process, with a slight burr being thrown up on the left and right side, which, however, is caused by the rolling rollers (16 ) is leveled.
Anspruch 7; Claim 7;
Verfahren für Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet. dass der Abstand die Abrisskante (13) der Glätt - und Verdichtungsfläche - Fläche (11) von dem Pinschaft (6) im Verlauf optimiert wird. Method for claim 5 characterized. that the distance between the tear-off edge (13) of the smoothing and compacting surface area (11) and the pin shaft (6) is optimized in the course.
Anspruch 8 : Claim 8:
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird. Computer program with a program code for carrying out the method steps according to one of Claims 5 to 7, when the program is executed in a computer.
Anspruch 9 ; Claim 9;
Maschinenlesbarer Träger mit dem Programmcode eines Computerprogramms zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird. Machine-readable carrier with the program code of a computer program for carrying out the method according to one of Claims 5 to 7, when the program is carried out in a computer.
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