(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の溶接面を有する第一の溶接領域を備える第一の加工物と、第二の溶接面を有する第二の溶接領域を備える第二の加工物とを提供し、該溶接領域にて加工物を互いに溶接することができるようにするステップと、加工物を前記溶接面にて互いに係合するように配置するステップと、少なくとも１つの溶接面が他方の溶接面に対して直線的に動き、これにより前記溶接面の温度を上昇させて、溶接境界面を形成するように、加工物の互いに対する線形振動動作を生じさせるステップと、該相対的な線形振動動作を停止させるステップと、溶接面が冷却して第一及び第二の加工物を前記境界面にて互いに溶接するステップとを備える線形摩擦溶接法において、第一の溶接領域が、外方に伸びる部分を有し、第一の溶接面が外方に伸びる部分に設けられ、第一の溶接面は細長であり、前記線形振動動作方向は細長の第一の溶接面を横断する方向であり、該外方に伸びる部分は、第二の溶接面と係合する頂点領域に対して線形振動動作方向に沿ってテーパーが付けられた二つの側面により形成された全体として三角形の横断面形を有し、前記両側面は、前記側面と第二の溶接面との間に空隙を提供し、前記テーパーが付けられた両側面は、溶接境界面から溶接汚染物等を排除するように、線形振動動作中に形成された溶接フラッシュ材料が前記空隙を通じて溶接境界面から流出することが可能な寸法の前記空隙を提供する角度を有することを特徴とする線形摩擦溶接法。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦溶接法において、線形振動動作の最大振幅が、第一の溶接面の幅の１／２プラス第二の溶接面の幅の１／２に等しい値であり、振動振幅が、振動中心からの最大変位量である、摩擦溶接法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の摩擦溶接法において、外方に伸びる部分に設けられた細長の第一の溶接面が曲線状である、摩擦溶接法。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか１つの項に記載の摩擦溶接法において、側面の一方又は双方は、実質的に６°ないし実質的に１２°の範囲の角度にて頂点領域に対しテーパーが付けられる、摩擦溶接法。
【請求項５】
請求項４に記載の摩擦溶接法において、側面の一方又は双方は、実質的に８°の角度にて頂点領域に対しテーパーが付けられる、摩擦溶接法。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１つの項に記載の摩擦溶接法において、第一及び第二の溶接面が曲線状である、摩擦溶接法。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか１つの項に記載の摩擦溶接法において、第二の加工物が外方に伸びる部分を有し、第二の加工物の外方に伸びる部分に第二の溶接面が提供される、摩擦溶接法。
【請求項８】
線形摩擦溶接法にて使用される加工物であって、更なる物体上の相応する第二の溶接面と係合する第一の溶接面を備え、該加工物は、外方に伸びる部分を更に備え、第一の溶接面は外方に伸びる部分上に設けられ、第一の溶接面は細長であり、加工物と前記更なる物体との互いに対する線形振動動作方向は細長の第一の溶接面を横断する方向であり、該外方に伸びる部分は、第二の溶接面と係合する頂点領域に対して線形振動動作方向に沿ってテーパーが付けられた二つの側面により形成された全体として三角形の横断面形を有し、前記両側面は、前記側面と第二の溶接面との間に空隙を提供し、前記テーパーが付けられた両側面は、溶接境界面から溶接汚染物等を排除するように、振動動作中に形成された溶接フラッシュ材料が前記空隙を通じて溶接境界面から流出することが可能な寸法の前記空隙を提供する角度を有することを特徴とする加工物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦溶接法に関する。
【背景技術】
【０００２】
線状摩擦溶接は、２つの加工物の係合する溶接面間の摩擦により機械的エネルギを熱エネルギに変換することで２つの物又は加工物を互いに溶接する方法である。この方法は、溶接面が互いに係合したままである間に、２つの加工物間に相対的な線形動作を生じさせることを含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通常の雰囲気中にて線状摩擦溶接する結果、高温度に起因して雰囲気の反応生成物が形成される。更に、溶接境界面の表面汚れが溶接不良を招来する可能性がある。線状摩擦溶接の往復運動動作の間、２つの加工物間の溶接フラッシュ材料の流れ状況のため、溶接フラッシュ材料の流れにより溶接汚染物を溶接領域から排除することはできない。高レベルの溶接汚染物の場合、溶接強度及び寿命が低下し、また、溶接した製品は、高度の一体形継手が要求する品質標準を満たすことができなくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの面によれば、第一の溶接面を有する第一の溶接領域を備える第一の加工物と、第二の溶接面を有する第二の溶接領域を備える第二の加工物とを提供し、該溶接面にて加工物を互いに溶接することができるようにするステップと、加工物を上記溶接面に互いに係合するように配置するステップと、少なくとも１つの溶接面が互いを亙って動き、これにより上記溶接面の温度を上昇させて溶接境界面を形成するように加工物の互いに対する振動動作を生じさせるステップと、上記相対的な振動動作を停止させるステップと、溶接面が冷却して第一及び第二の加工物を上記境界面にて互いに溶接するステップとを備える摩擦溶接法であって、第一の溶接領域が外方に伸びる部分を有し、第一の溶接面が外方に伸びる部分に設けられ、該外方に伸びる部分は、第二の溶接面と係合する頂点面を有し、また、頂点領域の一側部から伸びて側面と第二の溶接面との間に空隙を提供する側面を有し、上記空隙は、上記振動動作中に形成された溶接フラッシュ材料が上記空隙を通って溶接境界面から通過するのを許容するのに十分な寸法であるようにした、摩擦溶接法が提供される。
【０００５】
本発明の別の面によれば、摩擦溶接法にて使用される加工物であって、物体上の相応する溶接面と係合する溶接面を有する溶接領域を備え、溶接領域が、外方に伸びる部分を更に備え、溶接面が、外方に伸びる部分上に設けられ、外方に伸びる部分は、物体上の第二の溶接面と係合する頂点領域を有し、また、頂点領域の一側部から伸びて、側面と第二の溶接面との間に空隙を提供する側面を有し、該空隙は、摩擦溶接過程の間に形成された溶接フラッシュ材料が通過するのを許容するのに十分な寸法を有するようにした、上記加工物が提供される。
【０００６】
第一及び第二の溶接面は、全体として平面状であるようにすることができる。これと代替的に、第一及び第二の溶接面は、曲線状であるようにしてもよい。
溶接面は細長であるようにすることができる。上記動作方向は、第一の溶接面に対し横方向とすることができる。これと代替的に、上記動作方向は、第一の溶接面に沿ったものとしてもよい。
【０００７】
望ましくは、外方に伸びる部分は、テーパー付き部分であるとする。１つの実施の形態において、テーパー付き部分は、溶接過程の間、部分的に又は全体が消費されるようにすることができる。
【０００８】
好ましくは、相対的振動動作は、線形動作であるものとする。振動の最大振幅は、第一の溶接面の幅の１／２プラス第二の溶接面の幅の１／２に等しい値であることが好ましい。この目的のため、振動の振幅は、振動中心からの最大変位量であると定義する。
【０００９】
１つの実施の形態において、外方に伸びる部分は、全体として直線状の側部を有し、また、全体として角錐型の形態とすることができる。これと代替的に、外方に伸びる部分はドーム形の凸型の形態としてもよい。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態において、外方に伸びる部分は、頂点領域の反対側部から第一の側面まで伸びる更なる側面を備えている。これらの側面は、外方に伸びる部分の中心軸線又はその平面の周りにて互いに全体として対称であるようにすることができる。
【００１１】
頂点領域は、全体として曲線状であるようにすることができる。１つの実施の形態において、頂点領域は、最初に、実質的に５ｍｍ以下、好ましくは、実質的に１ｍｍ以下の幅であるようにする。更なる側面は、頂点領域に対しテーパーを付けることができる。
【００１２】
該又は各側面は、６°ないし１２°の範囲、望ましくは、実質的に８°の角度にて頂点領域からテーパーを付けることができる。
好ましくは、空隙の寸法は、溶接フラッシュ材料の厚さ以上であるものとする。空隙が該又は各テーパー付き側壁により形成される場合、第二の溶接面に対する該又は各側面の角度は、溶接フラッシュ材料の厚さだけ溶接境界面に内接する角度より大きいことが好ましい。
【００１３】
幾つかの実施の形態において、溶接フラッシュ材料は、連続的な厚い厚さ又は薄い厚さの領域を形成することができる。好ましくは、第二の溶接面に対する該又は各側面の角度は、溶接境界面に最も近い溶接フラッシュ材料の厚い厚さの領域だけ溶接境界面にて内接する角度より大きいものとする。
【００１４】
好ましくは、頂点領域は、全体として移動方向に対し横方向に伸びる寸法を有するものとする。好ましくは、側面は、全体として動作方向に沿ってテーパーが付けられるものとする。
【００１５】
好ましい実施の形態において、外方に伸びる部分は、溶接過程の間、溶接フラッシュの流れ状況は、溶接境界面が全体として平行であるときの流れ状況と相違するという有利な効果を提供する。好ましい実施の形態において、中央溶接領域は２つの面の間に形成され、外方に伸びる部分にて形成された流れ状況は、溶接不良箇所を中央溶接領域から排除することを助ける。また、好ましい実施の形態において、外方に伸びる部分は、表面に存在するか又は雰囲気に開放した表面領域に形成される溶接不良箇所を排除する作用を果たす。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態は、溶接境界面における立ち上がりテーパー付き領域は、流れ状況を平坦面を使用することで予想される流れ状況から変化させることにより溶接欠陥を境界面から排除するという有利な効果を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、単に一例として、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１Ａを参照すると、線状摩擦溶接過程が行われる第一及び第二の加工物１０、１２が示されている。第一及び第二の加工物１０、１２は、線状摩擦溶接のような摩擦溶接法によって溶接するのに適した材料にて形成された任意の適宜な物とすることができる。特に、該実施の形態において、第一及び第二の加工物１０、１２はそれぞれタービン円板を製造するときに使用される円板及びリムポストである。第一の加工物１０は、その上に第一の溶接面１６が設けられた立ち上がりテーパー付き部分１４の形態にて外方に伸びる部分を有する溶接領域１１を備えている。第一の溶接面１６は、図示した実施の形態において、細長であり、また、実質的に１ｍｍの幅を有する。テーパー付き部分１４は中心線１７を有する（図１Ｂ参照）。
【００１８】
第一の加工物１０は、図１Ｂに平面図で示されており、また、テーパー付き部分１４がそこから伸びる突出部分１５を有している。溶接面１６はテーパー付き部分１４の頂点領域であり、また、全体として平坦な形態をしている。溶接面１６は実質的に中心線１７に従う。
【００１９】
第二の加工物１２は、第二の溶接領域１９を備える第二の溶接面１８を備えている。
それぞれの第一及び第二の加工物１０、１２における第一及び第二の溶接領域１１、１９は、以下に説明するように、加工物が互いに溶接される箇所たる、２つの加工物の領域である。
【００２０】
テーパー付き部分１４は、テーパー付き部分１４の頂点でもある溶接面１６から外方に伸びる、対向した第一及び第二のテーパー付き側面２０、２２を備えている。更に、テーパー付き部分１４は、テーパー付き部分１４の溶接面１６の両端から溶接面１６に対し全体として垂直な第一及び第二の端面２４、２６を備えている。側面２０、２２は、６°ないし１２°の範囲の角度αにて溶接面１６から伸びている。
【００２１】
図１Ａ及び図１Ｂに示した実施の形態において、第一及び第二の加工物１０、１２は、機械加工する前の構成要素の形態をしている。各場合において、破線２３は最終製品の形態を表わす。
【００２２】
しかし、所望であるならば、第一及び第二の加工物１０、１２は、既に機械加工された最終製品の形態とすることも可能であることが理解されよう。
図２、図３及び図４には、図１Ａ及び図１Ｂに示した多数の造作構造部を備える更なる実施の形態が示されている。これらの造作構造部は同一の参照番号で表示されている。
【００２３】
図２、図３及び図４に示した実施の形態は、これらの図２、図３、図４に示した実施の形態が曲線状の溶接面１６、１８を有する点にて図１Ａ、図１Ｂに示した実施の形態と相違する。その結果、加工物の相対的動作方向は、溶接面１６の中心線１７に対し全体として横方向である（図４参照）。上記相対的動作方向は、図３、図４に二重矢印Ｂで示されている。
【００２４】
作動時、第一及び第二の溶接領域１１、１９は互いに係合するようにされ、図１、図３、図４に二重矢印Ａにて示した方向に向けて第一及び第二の加工物１０、１２の間にて相対的な線形動作が行われる。
【００２５】
当該技術分野の当業者に直ちに明らかになるであろう方法にて、この線形動作及び垂直方向力を作用させることにより、第一及び第二の溶接面１６、１８の間の境界面に発生された摩擦熱によって第一及び第二の溶接面１６、１８の温度は、上昇し第一及び第二の加工物１０、１２が形成される、それぞれの材料の融点範囲に近いが、それより低い値となる。２つの加工物１０、１２の相対的動作は、テーパー付き領域１４を摩耗させ、これにより第一の面１６の幅を増大させることになる。当該技術分野の当業者が決定するようにテーパー付き部分１４が完全に又は部分的に摩耗したとき、相対的動作は停止され、第一及び第二の加工物１０、１２に加えられた圧力によって、第一及び第二の溶接面１６、１８の間の境界面が冷却するに伴い、２つの物は互いに溶接される。
【００２６】
第一及び第二の物が相対的動作する間、溶接フラッシュの流れが確立され、この状態のとき、側面２０、２２及び端面２４、２６のテーパーのため、溶接フラッシュは第一及び第二の溶接面１６、１８の間の溶接境界面から排除される。更に、例えば、溶接段階の間、高温度に起因して形成された雰囲気反応生成物の形態をした全ての欠陥も溶接境界面から排除される。該側面２０、２２と第二の溶接面１８との間にテーパー付きの空隙が形成される。このように形成されたテーパー付きの空隙は、雰囲気に対して開放した領域内で溶接欠陥が生ずるとき、これら溶接欠陥を排除することを可能にする。
【００２７】
図５には、タービン翼４０が円板４２の立ち上がりテーパー付き部分１４に直接溶接される１つの実施の形態が示されている。タービン翼４０は、第二の加工物１２を構成する基部部材４４を有している。円板４２は、第一の加工物１０を構成する、半径方向外方に伸びる複数の短軸４６を有している。
【００２８】
翼４０の基部部材４４を円板４２の短軸４６に溶接するため、それぞれの溶接面１６、１８を互いに係合させ、２つの構成要素を互いに溶接するための上述したのと同一の仕方にて、二重矢印Ｂの方向に向けて２つの物に対し相対的な線形動作が行われる。
【００２９】
このように、上述した実施の形態は、全体として溶接不良箇所がない溶接境界面にて２つの加工物を互いに溶接することができるという有利な効果を提供する。
本発明の範囲から逸脱せずに、各種の形態変更を為すことができる。例えば、端面２６、２４に第一の溶接面１６に対しテーパーを付けることができる。また、加工物１０、１２は、例えば、プラスチック材料のような、摩擦溶接によって溶接することのできるその他の材料にて形成してもよい。更なる形態変更は、第二の加工物１２が破線３０で示すように、立ち上がりテーパー付き部分の形態をした外方に伸びる部分を備えるようにすることである。立ち上がりテーパー付き部分３０は、上述したように、上記の立ち上がりテーパー付き部分１４の全ての造作構造部を有することができる。立ち上がりテーパー付き部分３０は、図１に示すように、溶接面３２を画成する。別の形態変更は、側面２０、２２を湾曲させることである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】１Ａは、摩擦溶接法を受ける第一及び第二の加工物の端面図である。１Ｂは，図１Ａに示した第一の加工物の平面図である。
【図２】第一の加工物と第二の加工物との間における曲線状の溶接平面を示す側面図である。
【図３】図２に示した第一の加工物及び第二の加工物の斜視図である。
【図４】図２に示した第一の加工物の一部を示す平面図である。
【図５】ブリスクに取り付けられる翼の斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０    第一の加工物
１１    第一の溶接領域
１２    第二の加工物
１４    テーパー付き部分
１５    突出部分
１６    第一の溶接面
１７    中心線
１８    第二の溶接面
１９    第二の溶接領域
２０    側面
２２    側面
２４    端面
２６    端面
３０    立ち上がりテーパー付き部分
３２    溶接面
４０    翼
４２    円板
４４    基部部材
４６    円板４２の短軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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