摩擦搅拌接合方法技术

本发明专利技术提供一种接合方法，在使用双轴肩部搅拌头型工具对一对金属板进行接合时，能够抑制接合缺陷的产生并能够良好地进行接合。旋转工具单元（2）具有双轴肩部搅拌头型工具（5），该双轴肩部搅拌头型工具（5）由第一轴肩部（11）、第二轴肩部（12）和形成在第一轴肩部（11）与第二轴肩部（12）之间的销（13）构成，其特征是，旋转工具单元（2）具有固定在摩擦搅拌装置（1）的夹头部（1a）上的圆筒状的保持件（3）、插通到保持件（3）内部并与保持件（3）一体旋转的滑动轴（4）、第一轴肩部（11）固定在滑动轴（4）的前端的双轴肩部搅拌头型工具（5）以及以使滑动轴）（4）相对于保持件（3）沿轴向滑动的方式形成在保持件（3）与滑动轴（4）之间的滑动元件（6）。

【技术实现步骤摘要】
摩擦搅拌接合方法本专利技术专利申请是国际申请号为PCT/JP2011/080081，国际申请日为2011年12月26日，进入中国国家阶段的申请号为201180065081.8，名称为“旋转工具单元、摩擦搅拌接合方法、双层面板的组装体及双层面板的摩擦搅拌接合方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及具有双轴肩部搅拌头型工具(日文：ボビンツール，bobbintool)的旋转工具单元、使用上述旋转工具单元的摩擦搅拌接合方法、使用上述旋转工具单元接合而成的双层面板的组装体以及使用上述旋转工具的双层面板的摩擦搅拌接合方法。
技术介绍
以往，已知有双轴肩部搅拌头型工具来作为对金属板的端面彼此进行摩擦搅拌接合的工具(参照专利文献1)。双轴肩部搅拌头型工具包括一对轴肩部和在上述轴肩部之间形成的销。在将一对金属板接合时，将金属板固定使其不能移动，在将高速旋转的双轴肩部搅拌头型工具从金属板的一端插入，并使销沿着对接部移动。藉此，端面各自周围的金属便被摩擦搅拌而使金属板彼此接合。若使用双轴肩部搅拌头型工具，由于在金属板的背面侧也具有轴肩部，因此，通常可以省略配置在金属板的背面侧的抵接构件(日文：裏当部材)。特别是，在将中空型材的端部彼此接合时，由于设置抵接构件的作业较为复杂，因此，能大幅节省作业程序。另一方面，以往，已知有将两块金属板重叠而构成的双层面板。双层面板用作铁路车辆、飞机、船只、土木建筑物等的结构体。如专利文献2所记载的，双层面板包括外板、内板及夹设在外板与内板间的支承板。此外，在将双层面板彼此接合时，使相邻的双层面板的外板端部与外板端部对接、内板端部与内板端部对接，来形成双层面板的组装体后，使用旋转工具将对接后的部分摩擦搅拌接合。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特许第2712838号公报专利文献2：日本专利特开2008－272768号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题然而，在使用双轴肩部搅拌头型工具的摩擦搅拌接合中，较为理想的是，在使销的轴向中心与金属板的高度方向的中心对齐的同时进行接合，但是，有时金属板会因摩擦热而发生变形。一旦金属板因摩擦热而发生变形，则销的中心便无法与金属板的中心对齐，而造成接合不良。此外，若轴肩部间的距离比金属板的厚度大，则通过摩擦搅拌而被塑性流动化后的金属容易溢出至轴肩部的外部，因此，存在容易产生接合缺陷这样的问题。此外，双轴肩部搅拌头型工具的销的外周面有时会刻有螺旋槽，但因螺旋槽的方向或刻设的范围的不同，存在在接合后的金属板的装饰面上形成的凹槽变大、或是装饰面上产生许多毛边这样的问题。此外，由于双层面板是薄且长的金属构件，因此，使一对双层面板的外板与外板、内板与内板高精度地进行对接的作业较为困难。此外，即使使用夹具将双层面板的组装体固定使其不能移动，也存在使旋转工具移动来进行接合时双层面板彼此分离这样的问题。本专利技术鉴于上述问题而完成，其技术问题在于提供一种在使用双轴肩部搅拌头型工具对一对金属板进行接合时能够抑制接合缺陷的产生并能理想地进行接合的旋转工具单元及摩擦搅拌接合方法。此外，其技术问题在于当在双轴肩部搅拌头型工具的销的外周面刻有螺旋槽时，能够减少在金属板的装饰面上产生的毛边，或是能够缩小在装饰面上形成的凹槽。另外，本专利技术的技术问题在于提供一种能够理想地将双层面板接合的双层面板的组装体及双层面板的摩擦搅拌接合方法。解决技术问题所采用的技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种摩擦搅拌接合方法，使用双轴肩部搅拌头型工具，来对一对金属板进行接合，上述双轴肩部搅拌头型工具包括一对轴肩部和在上述轴肩部之间形成的销，其特征是，上述摩擦搅拌接合方法具有：对接工序，在该对接工序中，使上述金属板的端面彼此对接；以及接合工序，在该接合工序中，使旋转的上述双轴肩部搅拌头型工具的销移动到将上述端面彼此对接后形成的对接部，来将上述端面彼此进行摩擦搅拌接合，在上述接合工序中，预先将第一轴肩部与第二轴肩部间的距离设定为上述金属板的厚度以下，当因摩擦搅拌而使上述金属板变形，来使上述金属板的位置沿上述双轴肩部搅拌头型工具的转轴方向移位时，使上述双轴肩部搅拌头型工具随着上述移位而沿转轴方向移动，在将上述轴肩的外径设为X(mm)、将上述销的外径设为Y(mm)、将上述轴肩部间的距离设为Z(mm)时，X、Y、Z满足，Y2/(X2－Y2)＞0.2，且Y2/(YZ)＞1.2。根据上述方法，通过将轴肩部间的距离设定为金属板的厚度以下，因而，能够防止因摩擦搅拌而使塑性流动化后的金属溢出至轴肩部的外部。藉此，能够抑制接合缺陷的产生。另外，根据上述方法，若将上述轴肩部的外径的平方值减去销的外径的平方值后得到的值，并使销的外径的平方值除以上述得到的值后的值为0.2以下，则因销较细，使得抗拉伸力不足而导致容易折断，但若比0.2大，则因销比较粗而不容易折断。此外，若上述值为1.2以下，则因销较细，使得抗折力不足而导致容易折断，但若比1.2大，则因销比较粗而不容易折断。此外，较为理想的是，在将上述端面彼此间的间隙设定为1.00mm以下时，将上述金属板的厚度与上述轴肩部间的距离设定成满足0.2mm≤{(金属板的厚度)－(轴肩部间的距离)}≤0.8mm。此外，较为理想的是，在将上述端面彼此间的间隙设定为大于1.00mm且为1.75mm以下时，将上述金属板的厚度与上述轴肩部间的距离设定成满足0.4mm≤{(金属板的厚度)－(轴肩部间的距离)}≤0.8mm。根据上述接合方法，即使端面彼此间存在间隙，也能抑制接合缺陷的产生。此外，较为理想的是，在将上述轴肩的外径设为X(mm)、将上述销的外径设为Y(mm)时，X、Y满足X2/Y2＞2.0。根据上述接合方法，能够将轴肩部的外径相对于销的外径确保得很大，因此，能够可靠地对在轴肩部之间塑性流动化的金属进行按压。藉此，能够进一步抑制接合缺陷的产生。若轴肩部的外径的平方值除以上述销的外径的平方值后的值为2.0以下，则金属容易溢出，而容易产生接合缺陷。此外，较为理想的是，在对接后的部分的上述金属板的厚度不同，且将上述金属板的厚度较大的上述金属板相对于上述双轴肩部搅拌头型工具的行进方向配置在左侧的情况下，在上述接合工序中，使上述双轴肩部搅拌头型工具朝右旋转。此外，较为理想的是，在对接后的部分的上述金属板的厚度不同，且将上述金属板的厚度较大的上述金属板相对于上述双轴肩部搅拌头型工具的行进方向配置在右侧的情况下，在上述接合工序中，使上述双轴肩部搅拌头型工具朝左旋转。在摩擦搅拌接合中，在使旋转工具朝右旋转时，塑性流动化的金属会有从工具的行进方向的左侧(剪切侧：旋转工具的旋转速度加上旋转工具的移动速度一侧)朝工具行进方向的右侧(流动侧：旋转工具的旋转速度减去旋转工具的移动速度一侧)流动的趋势，因此，可以认为假设在金属板彼此间存在间隙的情况下，剪切侧的金属会填埋上述间隙。因此，若将厚度小的金属板配置在剪切侧，则金属不足而使接合后的塑性化区域的中央部厚度变小的趋势。但是，在金属板的端面厚度不同的情况下，通过将厚度大的金属板配置于剪切侧，就能够补充金属不足，因此，能更理想地接合。专利技术效果根据本专利技术的旋转工具单元及摩擦搅拌接合方法，能够抑制接合缺陷的产生，并能理想地进行接合。此外，根据本专利技术的双层面板的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摩擦搅拌接合方法，使用双轴肩部搅拌头型工具，来对一对金属板进行接合，所述双轴肩部搅拌头型工具包括一对轴肩部和在所述轴肩部之间形成的销，其特征在于，所述摩擦搅拌接合方法包括：对接工序，在该对接工序中，将所述金属板的端面彼此对接；以及接合工序，在该接合工序中，使旋转的所述双轴肩部搅拌头型工具的销移动到将所述端面彼此对接后形成的对接部，来将所述端面彼此进行摩擦搅拌接合，在所述接合工序中，预先将所述第一轴肩部与所述第二轴肩部间的距离设定为所述金属板的厚度以下，当因摩擦搅拌而使所述金属板变形，来使所述金属板的位置沿所述双轴肩部搅拌头型工具的转轴方向移位时，使所述双轴肩部搅拌头型工具随着所述移位而沿转轴方向移动，在将所述轴肩的外径设为X（mm）、将所述销的外径设为Y（mm）、将所述轴肩部间的距离设为Z（mm）时，X、Y、Z满足下式（1）、（2），Y2/（X2－Y2）＞0.2……（1）Y2/（YZ）＞1.2………（2）。

【技术特征摘要】
2011.01.19 JP 2011-008547;2011.04.20 JP 2011-094281.一种摩擦搅拌接合方法，使用双轴肩部搅拌头型工具，来对一对金属板进行接合，所述双轴肩部搅拌头型工具包括一对轴肩部和在所述轴肩部之间形成的销，其特征在于，所述摩擦搅拌接合方法包括：对接工序，在该对接工序中，将所述金属板的端面彼此对接；以及接合工序，在该接合工序中，使旋转的所述双轴肩部搅拌头型工具的销移动到将所述端面彼此对接后形成的对接部，来将所述端面彼此进行摩擦搅拌接合，所述销呈圆柱状，在所述销的外周面刻设有上部螺旋槽和下部螺旋槽，所述上部螺旋槽及所述下部螺旋槽的槽方向以朝彼此相反的方向卷绕的方式刻设，在所述接合工序中，预先将一对所述轴肩部间的距离设定为所述金属板的厚度以下，当因摩擦搅拌而使所述金属板变形，来使所述金属板的位置沿所述双轴肩部搅拌头型工具的转轴方向移位时，使所述双轴肩部搅拌头型工具随着所述移位而沿转轴方向移动，在将一对所述轴肩部的外径设为X、将所述销的外径设为Y、将一对所述轴肩部间的距离设为Z，且单位为mm时，X、Y、Z满足下式(1)、(2)，Y2/(X2－Y2)＞0.2……(1)Y2/(YZ)＞...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·马丁，堀久司，濑尾伸城，
申请(专利权)人：日本轻金属株式会社，焊接研究院，
类型：发明
国别省市：日本;JP