摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合控制方法制造方法及图纸

在接合工具(1)的突起部(11)的内部，在将接合工具的突起部(11)压入被接合构件时从被接合构件表面起的深度分别不同的突起部(11)的内部位置，设置有多个温度传感器(13)，在实施接合时，控制装置(5)通过控制接合工具(1)的旋转速度、移动速度或者这两者来进行控制，以便使由温度传感器(13)检测出的温度落入预定的控制温度范围内，谋求接合品质的均匀化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合控制方法
本专利技术涉及利用塑性流动现象将被接合构件固相接合的摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合控制方法。
技术介绍
已知利用旋转的接合工具给予摩擦热，使被接合构件产生塑性流动现象，利用接合工具进行搅拌并将被接合构件接合起来的摩擦搅拌接合装置(下面，称为FSW(FrictionStirWelding：摩擦搅拌焊接)装置)。FSW装置用于铝、铜、铁、它们的合金等在比较低的温度下软化的金属的接合。在一般的FSW装置中，根据被接合构件的材质及厚度预先设定预定的最佳接合工具的规格(材质、形状等)、转速(旋转速度)、作为进给速度的接合速度、插入深度等加工条件，从接合开始直到接合结束，保持该加工条件以实施接合。并且，基于确认在接合部位的截面中没有产生空穴缺陷、在接合部的表面没有产生槽状缺陷的结果，判断接合被是否恰当地进行。一般地，基本上不进行从接合开始点到结束点之间的接合温度控制及考虑由接合温度的变动引起的对接合品质的影响。但是，在不控制被接合构件的接合部的温度的情况下，在从接合开始点到结束点之间，其接合温度不可避免地产生波动，其结果是，接合部的强度及接合品质也会产生波动。特别是，在将不同种类材料的被接合构件接合起来的情况下，会产生大的影响。因此，例如，在专利文献1中，公开了一种将重叠的两个被接合构件1、2接合起来的加工探头P(接合工具)，其配备有相对于加工探头本体Pa的旋转轴偏心地配置且相对于加工探头本体Pa能够旋转的接合用销Pb(参照图1等)。在这种加工探头P中，由于偏心配置的接合用销Pb相对于加工探头本体Pa的中心进行旋转运动，所以，可以谋求加工探头P的底面附近部分、也就是被接合构件1、2的交界面的温度的均匀化。进而，在专利文献1中，记载了在加工探头P上设置温度检测手段23，基于该温度检测手段23的检测值，控制加工探头本体Pa以及接合用销Pb的转速(参照第0032段等)。另外，在专利文献2中，公开了一种摩擦搅拌接合装置1的例子，所述摩擦搅拌接合装置1，在被接合部3的接合工具4和与其相反侧抵接地设置的支承被接合物2的垫板构件21上设置热电偶34，能够基于由热电偶34检测出的温度来监视接合工具4的过热(参照图2等)。另外，在专利文献3中，公开了一种摩擦搅拌接合方法的例子，所述摩擦搅拌接合方法，能够通过使接合工具的旋转速度或者接合速度变化，将向从接合对象的工件1的接合开始部位至结束部位的构件1中的进热量控制成大致恒定(参照权利要求1、权利要求2、图1等)。根据该接合方法，记载了特别是在小直径的管材或棒材的周向方向的接合中，在整个接合部上获得均匀的接合品质(参照段落0023等)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2006-167758号公报专利文献2：日本特开2011-115842号公报专利文献3：日本特许第4286962号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题不过，在专利文献1中公开的摩擦搅拌接合装置中，温度检测手段23设置在加工探头本体Pa的外周部(图1、段落0028)。另外，在专利文献2中公开的摩擦搅拌接合装置中，检测接合部的温度的热电偶34设置在垫板构件21之中。在任何情况下，温度传感器都设置在从被接合构件的搅拌对象区域、也就是接合部稍稍离开的位置。从而，利用这样的温度传感器，未必能够高精度地检测出被接合构件的接合部的温度。因此，未必能够充分降低从被接合构件的接合开始点至接合结束点的接合部的强度及接合品质的波动。另外，在专利文献3中公开的摩擦搅拌接合方法中，向接合部的进热量在接合的开始部位至结束部位之间的被保持恒定。因此，由于被接合构件中的蓄热效果，接合部的温度在接合的开始点附近低，在结束点附近高。从而，在从被接合构件的接合开始点至接合结束点之间，不容易谋求接合部的强度及接合品质的均匀化。鉴于以上所述的现有技术的问题，本专利技术的目的是提供一种摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合控制方法，能够谋求在被接合构件的接合部的接合品质的均匀化。解决课题的手段为了达到前述目的，根据本专利技术的摩擦搅拌接合装置(FSW装置)，其特征在于，配备有：接合工具，所述接合工具具有突起部和推压部，所述突起部一边旋转一边被压入被接合构件，所述推压部具有所述突起部，一边旋转一边推压所述被接合构件的表面，所述接合工具使得在所述被接合构件内部且在所述突起部以及所述推压部接触的附近区域产生塑性流动现象；多个温度传感器，所述多个温度传感器被设置在当所述接合工具的所述突起部被压入所述被接合构件时、从所述被接合构件表面起的深度分别不同的所述突起部的内部位置处；工具旋转驱动装置，所述工具旋转驱动装置使所述接合工具旋转；工具移动驱动装置，所述工具移动驱动装置使所述接合工具沿着预先设定的所述被接合构件上的接合线移动；以及控制装置，所述控制装置基于由所述多个温度传感器检测出的温度，取得作为所述接合工具的突起部内的温度的工具温度，控制由所述工具旋转驱动装置驱动的所述接合工具的旋转速度以及由所述工具移动驱动装置驱动的所述接合工具的移动速度中的至少一项，以便使所述工具温度落入预定的控制温度范围内。专利技术的效果根据本专利技术，提供一种能够谋求被接合构件的接合部中的接合品质的均匀化的摩擦搅拌接合装置以及摩擦搅拌接合控制方法。附图说明图1是示意地表示根据本专利技术的实施方式的FSW装置的外观立体图的例子。图2是表示当利用FSW装置在进热量恒定的条件下接合被接合构件时的工具温度的推移的例子的图。图3是表示根据本专利技术的实施方式的FSW装置的概略模块结构的例子的图。图4是示意地表示接合工具的突起部被压入到被接合构件中的状态的纵剖视图的例子。图5是示意地表示接合工具的横剖面的图。图6是表示存储在控制装置的存储装置中的FSW控制数据的结构的例子的图。图7是示意地表示由接合工具接合被接合构件时的温度控制的方法的例子的图。图8是表示由控制装置进行的FSW接合控制处理的处理程序的例子的图。图9是表示由不同种类的材料构成的被接合构件的(a)对接接合的例子、(b)重叠接合的例子的图。具体实施方式下面，参照附图详细地说明本专利技术的实施方式。另外，在各个附图中，对于共同的结构部件，赋予相同的附图标记，省略重复说明。图1是示意地表示根据本专利技术的实施方式的FSW装置100的外观立体图的例子。如图1所示，FSW装置100由配备有突起部11的接合工具1、保持接合工具1的工具保持器2、能够旋转地保持工具保持器2的罩3等构成。这里，罩3是圆筒状的容器，在其内部容纳有以主轴20为中心使圆柱状的工具保持器2旋转的主轴马达6(参照图3)等。另外，主轴20是指圆柱状的工具保持器2的中心轴。以上述方式保持接合工具1以及工具保持器2的罩3，被安装于图中未示出的机械加工工具或多轴机器人的臂4的前端部。即，接合工具1构成为使得通过机械加工工具或多轴机器人进行的臂4的驱动，在上下方向和在平面方向上都能够自由移动。接合工具1的突起部11形成主轴20沿着中心的细长的销的形状，常常被称为接合工具销部。并且，在将两个被接合构件101a、101b接合起来时，被保持在工具保持器2上的接合工具1一边旋转，一边使其突起部11压入到作为被接合构件101a、101b的交界的接合线上。这时，突起部11，其中除去接合工具1本体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摩擦搅拌接合装置，其特征在于，配备有：接合工具，所述接合工具具有突起部和推压部，所述突起部一边旋转一边被压入被接合构件，所述推压部具有所述突起部，一边旋转一边推压所述被接合构件的表面，所述接合工具使得在所述被接合构件内部且在所述突起部以及所述推压部接触的附近区域产生塑性流动现象；多个温度传感器，所述多个温度传感器被设置在当所述接合工具的所述突起部被压入所述被接合构件时、从所述被接合构件表面起的深度分别不同的所述突起部的内部位置处；工具旋转驱动装置，所述工具旋转驱动装置使所述接合工具旋转；工具移动驱动装置，所述工具移动驱动装置使所述接合工具沿着预先设定的所述被接合构件上的接合线移动；以及控制装置，所述控制装置基于由所述多个温度传感器检测出的温度，取得作为所述接合工具的突起部内的温度的工具温度，控制由所述工具旋转驱动装置驱动的所述接合工具的旋转速度以及由所述工具移动驱动装置驱动的所述接合工具的移动速度中的至少一项，以便使所述工具温度落入预定的控制温度范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.06 JP 2015-1563051.一种摩擦搅拌接合装置，其特征在于，配备有：接合工具，所述接合工具具有突起部和推压部，所述突起部一边旋转一边被压入被接合构件，所述推压部具有所述突起部，一边旋转一边推压所述被接合构件的表面，所述接合工具使得在所述被接合构件内部且在所述突起部以及所述推压部接触的附近区域产生塑性流动现象；多个温度传感器，所述多个温度传感器被设置在当所述接合工具的所述突起部被压入所述被接合构件时、从所述被接合构件表面起的深度分别不同的所述突起部的内部位置处；工具旋转驱动装置，所述工具旋转驱动装置使所述接合工具旋转；工具移动驱动装置，所述工具移动驱动装置使所述接合工具沿着预先设定的所述被接合构件上的接合线移动；以及控制装置，所述控制装置基于由所述多个温度传感器检测出的温度，取得作为所述接合工具的突起部内的温度的工具温度，控制由所述工具旋转驱动装置驱动的所述接合工具的旋转速度以及由所述工具移动驱动装置驱动的所述接合工具的移动速度中的至少一项，以便使所述工具温度落入预定的控制温度范围内。2.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，所述控制装置配备有存储装置，所述存储装置存储作为所述控制温度范围内的温度的控制判定温度下限值和控制判定温度上限值，所述控制装置具有以下功能：在所述工具温度超过所述控制判定温度上限值时，进行使所述接合工具的旋转速度加速的控制以及使移动速度减速的控制中的至少一种控制，以便使之后的温度下降的斜率与使到此为止的温度上升的斜率符号反转后的斜率大致相同；以及在所述工具温度低于所述控制判定温度下限值时，进行使所述接合工具的旋转速度减速的控制以及使移动速度加速的控制中的至少一种控制，以便使之后的温度上升的斜率与使到此为止的温度下降的斜率符号反转后的斜率大致相同。3.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，所述控制装置取得将由所述多个温度传感器分别检测出的温度进行简单平均或者加权平均而得到的温度，以作为所述工具温度。4.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，在被接合的两个被接合构件由不同的材料构成的情况下，所述控制装置基于所述两个被接合构件之中的软化温度低的被接合构件的物理特性，设定所述控制温度范围及所述控制判定温度，在将所述突起部压入到所述软化温度低的被接合构件侧的状态下，控...

【专利技术属性】
技术研发人员：小田仓富夫，阿部裕喜，安藤健二，
申请(专利权)人：株式会社日立电力解决方案，
类型：发明
国别省市：日本,JP