(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部品（１）の軸（５）にほぼ沿って延びる穴（２）を摩擦溶接により塞ぐ方法であって、軸（４）にほぼ沿って延びる金属バー（３）を、軸（４）を中心として回転させて穴（２）に挿入し、穴に摩擦溶接させ、穴（２）が生じる金属部品の表面（１’）の前で前記軸（５）に延びる少なくとも一つの障害物（６）があるために穴（２）の軸（５）では出入りスペースを確保できず、バー（３）の軸（４）が、障害物（６）を回避するために、穴（２）の軸（５）に対してゼロでない角度（α）だけ傾斜されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
バー（３）の軸（４）と穴（２）の軸（５）との間の角度（α）が１１°以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
バーが、摩擦溶接をするための最小寸法の溶接ヘッド（９）と、前記ヘッドより小さい直径でありかつ前記溶接ヘッド（９）を支える剛性バー（１０）とを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
バー（３）が、一端で駆動装置（７）により支持され、二端の間の少なくとも一箇所で中間軸受（１１）により支持される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
部品が、ターボジェットエンジンのカウリングのアルミニウム合金製フランジ（１）である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
バー（３）が、アルミニウム合金製のヘッド（９）と、鋼製の剛性バー（１０）とを含む、請求項３と、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
バーが、溶接ヘッド（９）と、前記溶接ヘッド（９）の直径よりも小さい直径の剛性バー（１０）とを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の摩擦溶接による穴を塞ぐ方法を実施するための金属バーの使用方法。
【請求項８】
バーのヘッド（９）がアルミニウム合金を含み、バーの剛性ロッド（１０）が鋼を含む、請求項７に記載のバーの使用方法。
【請求項９】
部品が、溶接バー（３）用の中間軸受（１１）を含む、請求項４に記載の摩擦溶接により穴を塞ぐ方法を実施するための軸受支持部品の使用方法。
【請求項１０】
中間軸受（１１）が転がり軸受である、請求項９に記載の部品の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部品の穴（ｔｒｏｕ）を摩擦溶接（ｓｏｕｄａｇｅ  ｐａｒ  ｆｒｉｃｔｉｏｎ）により塞ぐ（ｂｏｕｃｈａｇｅ）方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦溶接で穴を塞ぐ方法は、「ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｐｌｕｇ  ｗｅｌｄｉｎｇ」という用語でよく知られており、金属部品の穴、一般には、円錐台形または円筒形の部品の各側に通じている円形穴を塞ぐために用いられる。この方法は、穴を塞ぐエリアで、元の部品の機械特性に対して機械特性の損失を制限したい場合に用いられる。
【０００３】
一般には部品の材料と同じ性質の金属バーを回転させながら、塞ぐ穴に制御された（ｐｉｌｏｔｅｅ）力の作用によって挿入し、穴を含む部品は、穴の領域で部品の表面に対して垂直に固定され続ける。
【０００４】
バーと部品の穴の壁との摩擦により、双方の材料を加熱して可塑性を与えてから、固相で溶接する。部品の両側には２個のリム（ｂｏｕｒｒｅｌｅｔ）が形成される。そこで、バーと、部品の各側のリムとを加工して、穴を塞いだ状態で元の形状の部品を得ることができる。
【０００５】
摩擦溶接により塞ぐ方法により、たとえば、楕円形になったターボジェットエンジンのフランジ（ｂｒｉｄｅ）の穴を修理可能である。すなわち、楕円形になった穴を適切に加工した後で、上記方法によって塞ぎ、正しい形状に従って再び穿孔する。
【０００６】
しかしながら、ターボジェットエンジンの様々なカウリング（ｃａｒｔｅｒ）の形状と、特にその表面におけるフランジの配分とにより、この方法の範囲では、金属バーが幾つかのフランジに接近できない。実際、駆動装置に接続された金属バーを、フランジの表面に対して垂直に向けなければならない。そのため、金属バーは、穴の軸で、たとえば他のフランジ等の障害物がこの軸にあるために、十分な出入りスペースを確保できない場合、この方法を実施できない。従って、幾つかの穴は、到達できるかどうかという問題のために摩擦溶接により塞ぐ方法では塞ぐことができない。
【０００７】
こうした不備を解消するために、加工された金属キャップを用いてキー（ｃｌａｖｅｔｔｅ）で固定し、これらのフランジの穴を塞ぐことができる。しかし、その場合、穴を再び開けることは殆ど不可能である。
【０００８】
また、金属バーに対して傘歯車（ｒｅｎｖｏｉ  ｄ’ａｎｇｌｅ）機構を開発することもできる。しかし、こうした機構は高価である。
【０００９】
同様に、摩擦溶接で塞ぐ小型機械の開発を検討できる。しかし、このような機械の開発および利用も、同様に非常に高価である。
【００１０】
そのため、溶接バーの支持装置の場所から離れたフランジに対して、摩擦溶接で穴を塞ぐ方法を実施するのは、同じく実際的ではなく、あるいはコストがかかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、近づきにくい部材に到達可能な、摩擦溶接により塞ぐ方法を提案することをめざしている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このため、本発明は、金属部品の軸にほぼ沿って延びる穴を摩擦溶接により塞ぐ方法に関し、一つの軸にほぼ沿って延びる金属バーを、その軸を中心として回転させて穴に挿入し、そこに摩擦溶接させ、穴の軸に少なくとも一つの障害物（ｏｂｓｔａｃｌｅ）があるために穴の軸では出入りスペースを確保できず、バーの軸が、障害物を回避するために、穴の軸に対してゼロでない角度だけ傾斜されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の方法により、穴と障害物とに対して適切にバーを向けることによって、摩擦溶接で穴を塞ぐときの妨げになる障害物を回避できる。
【００１４】
出願人は、好適には、バーの軸と穴の軸との角度が、１１°以下としなければならないことを見出した。
【００１５】
有利には、バーが、摩擦溶接をするための最小寸法の溶接ヘッドと、溶接ヘッドより小さい直径でこの溶接ヘッドを支える剛性バーとを含む。
【００１６】
さらに有利には、バーが、一端で駆動装置により支持され、二端の間の少なくとも一箇所で中間軸受（ｐａｌｉｅｒ  ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｉｒｅ）により支持される。
【００１７】
本発明は、特に、ターボジェットエンジンのカウリングのアルミニウム合金製フランジの穴を、摩擦溶接で塞ぐ方法に適用されるが、出願人は、その権利をこの用途だけに制限するつもりはない。
【００１８】
本発明は、さらに、上記の方法を実施するための金属バーの使用方法に関し、このバーは、溶接ヘッドと、このヘッドの直径より小さい直径の剛性バーとを含む。
【００１９】
本発明は、また、上記の方法を実施するための軸受支持部品の使用方法に関し、この部品は、溶接バーのための中間軸受を含む。
【００２０】
本発明は、添付図面に関する本発明の方法の好適な実施形態の以下の説明により、いっそう理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の方法は、穴２を塞ぎたい金属部品、ここではアルミニウム合金からなるターボジェットエンジン１のフランジに適用される。この場合、ベース材料に近い機械特性を保持しながら、楕円形になったフランジの穴２を塞いで、穴を塞いだら、適正な形状に従って新しい穴をあけようとするものである。このため、摩擦溶接で穴を塞ぐ方法を用いる。
【００２２】
一般に、磨り減った穴、ここでは楕円形になった穴は、円筒形または円錐台形にするために予備加工されている。この新しい穴、ここでは、塞ごうとする穴２は、部品の表面に対して垂直な軸にほぼ沿って、好適には元の穴が延びていた同じ軸に沿って延びている。このようにして、穴の磨り減った面全体を除去し、除去される材料の容積を最小化しながら、穴を円筒形または円錐台形にする。
【００２３】
穴２は、ここでは円筒形である。穴は、フランジ１の表面１’とみなされるフランジ１の第一の面と、フランジ１の裏面１”とみなされる表面１’の反対側にあるフランジ１の第二の面とを含む。
【００２４】
摩擦溶接で穴を塞ぐ方法において、ここでは同様にアルミニウム合金製であって軸４に沿って延びる金属バー３が、軸４を中心として回転され、制御された力の作用により、固相でフランジ１に摩擦溶接される。金属バー３は、ここでは、穴２の寸法と、当業者の動作パラメータとに適合させた円錐台形の端部分を含む。その端部分を、同様に、場合に応じて円筒形とすることもできる。
【００２５】
本発明による摩擦溶接で穴を塞ぐ方法と、従来技術の方法との相違点は、穴２の軸５に対して傾斜した軸４に沿って、バー３をフランジ１に溶接することにある。
【００２６】
実際、従来技術の方法では、バー３は、穴２の軸５で体系的に部品１、ここではフランジ１に溶接され、すなわちバー３の軸４が、穴２の軸５と一体にされている。穴２は、しばしば、部品１の表面に対して垂直に穿孔されており、バー３は、部品１の表面に対して垂直に延びなければならないことから、先に列挙した幾つかの不都合が生じる。それに対して、本発明の方法は、バー３の軸４と穴２の軸５との間の角度αを選択することを提案し、それによって、穴２へのバー３の接近に関していっそう大きな柔軟性が得られ、幾つかの障害物を回避できる。
【００２７】
本発明の方法は、従来技術の摩擦溶接方法のように、様々な動作モード、特に、いわゆる「摩擦制御（ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｐｉｌｏｔｅｅ）」モードまたは、いわゆる「慣性摩擦（ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｉｎｅｒｔｉｅｌｌｅ）」モードに従って実施可能である。
【００２８】
２つのモードにおいて、第一のステップは、所与の圧力でバー３と穴２の壁とを接触させ、双方の正確な接触位置を決定することからなり、この方法の間中ずっとフランジ１は固定され続ける。このため、フランジ１の表面１’側で、フランジ１の面に向かってバー３を軸４に沿って移動させる。このようにして、ここでは、バー３の最小直径部分を穴２の表部分から挿入し、次いで、バー３の円錐台形の面と穴２の壁部分とが接触するまでバー３を移動させる。接触位置が決まったら、バー３を起点位置に戻し、すなわち、フランジ１の穴２の壁から数ミリ引っ込める。
【００２９】
「摩擦制御」モードの場合、軸４を中心として回転駆動されるバー３と穴２の壁とが接触し、同様に軸４に沿ってフランジ１に向かってバー３に加えられる力の作用で、摩擦により互いに加熱される。当業者により定められた一定の加熱時間が経過すると、軸方向の追加圧力が加えられる一方で、回転が制動される。停止するまでのバー３の回転の減速は、一般に０．２秒から０．８秒で行われ、バー３の駆動装置の減速能力に応じる。そのとき摩擦溶接が行われ、バー３の回転停止後も軸方向の力を加え続けて、良好な溶接品質を確保する。
【００３０】
「慣性摩擦」モードの場合、バー３は、同様に起点位置に配置されて回転駆動される。バーが接触位置にくると、その回転駆動モータのクラッチが切られ、その結果、モータの回転速度と予め仕様および寸法が決定されている慣性フライホイールとを介して、回転システムに蓄積されるエネルギーが、「摩擦制御」モードと同様に溶接で散逸される。
【００３１】
上記の動作モードは、当業者にとって知られているので、これ以上詳しく説明しない。これらは、本発明の理解を助けるための説明として挙げられているのであり、本発明に従って摩擦溶接で穴を塞ぐために選択された動作モードを制限するものではない。本発明の方法に対して、他の動作モードを実施することもできる。
【００３２】
どの動作モードを選択しても、当業者は、本発明の方法に、バー３の軸４と穴２の軸５との間に存在する角度αを適用し、たとえば経験に基づいて適切な動作パラメータを選択するであろう。
【００３３】
たとえば、出願人が実施した試験では、直径１０ｍｍ、高さ６ｍｍの円筒穴、すなわち厚さ６ｍｍのフランジにあけられた穴を塞ぐ場合、角度αが１１°を超えることはできない。この角度を超えると、溶接エリアに切込み（ｅｎｔａｉｌｌｅ）が存在する確率が非常に高くなる。
【００３４】
一般に角度αが１０°を超えないようにすることによって、重大な問題なしに、傾斜したバーを用いて摩擦溶接で塞ぐ方法を実施できる。
【００３５】
図２を参照すると、傾斜したバーを用いて摩擦溶接で塞ぐ方法によって、従来技術では接近不能であったターボジェットエンジンのカウリングのフランジ１の穴２を塞ぐことができる。このようにして、図２では、表側１’でフランジ１の穴２の軸５に別のフランジ６が延びており、そのために、バー３が、駆動装置７に接続される一方でフランジ１に垂直に延びることができない。従って、カウリングの面の反対方向に、穴２の軸５に対する角度αに沿ったバー３の傾斜を選択することで、バー３の溶接端と、バーを駆動装置７に接続する係合部（ｍｏｒｄｓ  ｄｅ  ｓｅｒｒａｇｅ）８との間の距離によって、バー３が、障害物をなすフランジ６の上を通ることができる。
【００３６】
図２を再び参照すると、この図は、分かりやすくするために寸法が縮尺率どおりではないが、もっと接近しにくい穴にバー３が到達できるようにするために、特に本発明の方法のために構成されたバー３を使用可能である。以下、バー３の溶接部分３、すなわち、穴を塞ぐために穴２の壁に摩擦溶接されようとするバー部分を、溶接ヘッド９またはヘッド９と呼ぶ。
【００３７】
本発明の好適な実施形態では、接近する能力を改善するために、バー３が、溶接を行うための最小寸法のヘッド９、すなわちその寸法が、穴２を塞ぐのに必要な寸法と全く等しいか、わずかに大きいヘッド９を含む。バー３は、さらに、ヘッド９を支持し、配置し、かつ回転駆動するために、スペースをとらないようにヘッド９よりも小さい直径で、場合によっては異なる材料でできた剛性ロッド１０を含む。
【００３８】
本発明におけるバー３は、ここでは、アルミニウム合金からなる最小寸法のヘッド９を含み、このヘッドは、鋼製の剛性ロッド１０により支持される。ヘッド９の外形寸法が最小化されるので、ヘッドが、これまでよりも接近しにくい場所に接近できる一方で、小型直径のロッド１０は、同じ角度αで、大きな直径をもつときよりもずっと大きい障害物を回避できる。
【００３９】
しかし、幾つかのフランジ穴に接近するには、軸方向寸法がかなり大きいバー３を配置することが必要である。バー３のヘッド９とその他端の係合部８との距離は、その場合、かなり長くなるので、ヘッド９での振動が発生し、適正な溶接の実施には重大な障害となる。図３を参照すると、バー３のヘッドの振動を低減可能な、本発明の方法の第二の実施形態が示されている。
【００４０】
この方法では、上記の実施形態と同様に、小さな直径のアルミニウム製のヘッド９と、鋼製の剛性ロッド１０とを場合によっては含むバー３を使用し、フランジ１の穴２を塞ぐために、バーは、係合部８により接続される駆動装置７によって軸４を中心として回転駆動される。摩擦溶接により塞ぐことは、穴２の軸５と角度αをなすバー３により実施される。
【００４１】
この方法と上記の方法との相違は、中間軸受１１の使用にある。中間軸受１１は、軸受支持部品１２内に配置され、ロッド１０を通す中ぐり（ａｌｅｓａｇｅ）か、またはロッド１０のための軸受を含んでおり、係合部８とバー３のヘッド９との間で、バー３の所定の地点、たとえばバー３の中央で、バー３に対して軸受１１の役割を果たす。好適には、これは軸受１１である。
【００４２】
軸受支持部品１２は、穴２を塞ごうとする部品、バー３の回転駆動装置７、または独立した工具に、区別されずに結合可能である。図３では、軸受支持部品１２が、この部品を支持するビーム（ｐｏｕｔｒｅ）１３によって駆動装置７に結合されている。ビーム１３は、回転駆動装置７に結合され、この装置に対して垂直で、塞ぐ部品１に対してほぼ平行に延びている。
【００４３】
この実施形態では、ビーム１３が、また、装置７の反対端に、塞ぐ部品で支持される部品１４を含む。部品１４は、ここでは、フランジ１と、このフランジを支持するカウリングの表面部分とで支持されるように寸法決定されている。このようにして、ビーム１３と、端の支持部品１４と、軸受支持部品１２とは、特別なタイプのフランジ穴を塞ぐように明確に寸法決定される。
【００４４】
また、実施されるバー３の使用に応じて全く調整可能であるような、バー３用の軸受支持部品１２の使用を検討できる。
【００４５】
いずれにしても、軸受支持部品１２は、ここでは鋼製の剛性ロッド１０の位置でバー３を支持し、軸４を中心としてバーを回転させることができる。この支持体は、ヘッド９の位置で回転により発生する振動を低減する。何故なら、ヘッド９が従属するレバーアームを短くしているからである。同一のアームに対して複数の支持部品１２を使用してもよい。
【００４６】
溶接バー３との軸４と、塞ぐ穴２の軸５との間の角度αは、駆動装置７の適切な機構により調節可能であり、あるいは、所定のタイプの穴を塞ぐことに専用の装置に対しては一定である。調節式の場合で、中間軸受１１が設けられている場合、角度αの調節に合わせるように同様に軸受支持部品１２を調節可能である。
【００４７】
穴２は、ここではフランジ１である部品の各側に通じていても、あるいは片側だけに通じていてもよい。
【００４８】
以上、部品の表面に対する垂直軸に沿って延びる穴に関して、本発明による方法を説明した。穴は、部品の表面に対する垂直軸となす角度がゼロである軸に沿って延びるように加工してもよく、その場合、穴の軸の角度αを基準として、同様にこの方法が実施される。
【００４９】
塞ぐ部品がアルミニウム合金製である場合に関して、本発明による方法を説明したが、特にニッケル合金、チタン合金、または鉄合金等のあらゆるタイプの合金に、この方法が適用されることは自明である。さらに、塞ぐ部品と同じ性質のバーヘッドを含むバーに関して説明を行ったが、異なる性質のヘッドを用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による方法の好適な実施形態により、摩擦溶接で穴を塞ぐ方法の実施を示す概略断面図である。
【図２】本発明の方法の第一の実施形態により、ターボジェットエンジンのフランジ穴を摩擦溶接で塞ぐところを示す概略断面図である。
【図３】本発明の方法の第二の実施形態により、ターボジェットエンジンのフランジ穴を摩擦溶接で塞ぐところを示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  金属部品
２  穴
３  バー
４  バーの軸
５  穴の軸
６  障害物
７  駆動装置
８  係合部
９  ヘッド
１０  剛性ロッド
１１  中間軸受
１２  軸受支持部品
１３  ビーム
１４  端の支持部品
【図１】
0004794203.tif 000002
【図２】
0004794203.tif 000003
【図３】
0004794203.tif 000004