接合方法及摩擦搅拌方法技术

本发明专利技术的课题是提供一种可提高接合部的气密性及水密性的接合方 法，还提供一种可使接合作业效率化、迅速化的接合方法及摩擦搅拌方法。 该接合方法包括从金属构件(1)的表面(12)侧对金属构件(1、1)的对接部 (J1)进行摩擦搅拌的第一正式接合工序以及从金属构件(1)的背面(13)侧 对对接部(J1)进行摩擦搅拌的第二正式接合工序，该接合方法的特征在于， 在第二正式接合工序中，使旋转工具(B)的搅拌销(B2)进入在第一正式接合 工序中形成的塑性化区域(W1)并同时进行摩擦搅拌。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种利用摩擦搅拌的金属构件的。
技术介绍
作为将金属构件彼此接合的方法，已知摩擦搅拌接合(FSW二FrictionStir Welding)(参照以下所列举的文献1 9 (日本特许厅发行的公开专利公报))。摩擦搅拌接合是如下方法使旋转工具一边旋转一边沿着金属构件彼此的对接部移动，利用旋转工具与金属构件的摩擦热使对接部的金属作塑性流动，藉此使金属构件彼此固相接合。另外，旋转工具一般为在呈圆柱状的肩部的下端面上突出设置搅拌销(probe)而成的工具。专利文献l:日本专利特开平11一342481号公报专利文献2:日本专利特开2004—358535号公报专利文献3:日本专利特开2005—131666号公报专利文献4:日本专利特开2003—164980号公报专利文献5:日本专利特开2002 — 248582号公报专利文献6:日本专利特开2002—1551号公报专利文献7:日本专利特开2005 — 66669号公报专利文献8:日本专利特开2004—154798号公报专利文献9:日本专利特开2003 —326374号公报在要接合的金属构件的厚度比旋转工具的搅拌销的长度大的情况下，有时在从金属构件的表面侧进行摩擦搅拌接合后，还要从背面侧进行摩擦搅拌接合(例如参照文献1 3)。另外，如果增大搅拌销的长度，则仅从表面侧进行摩擦搅拌接合就可将金属构件彼此接合，但由于施加于摩擦搅拌装置的驱动装置的负荷增大，在以现有的摩擦搅拌装置无法应对的情况下，必须对摩擦搅拌装置进行改造或引入大型的摩擦搅拌装置。如果对金属构件彼此的对接部进行摩擦搅拌，则如文献2所记载，可能会沿着旋转工具的行进方向产生所谓隧道(Umnel)缺陷。虽然即使有隧道缺陷也不至于影响接合部的质量，但在要求较高的气密性及水密性的情况下，必须将隧道缺陷切断，使其不连续。另外，文献2中揭示的是使端面上形成有台阶部的金属构件彼此对接而在对接部上形成凹部、对嵌入该凹部的连接板与金属构件的对接部进行摩擦搅拌、藉此将金属构件彼此接合的技术，但是，在对金属构件彼此的对接部进行了摩擦搅拌后、利用移动旋转工具来横切对接部、从而将隧道缺陷切断的技术也已被揭示。在文献4、 5中，揭示了在通过摩擦搅拌将欲接合的金属构件彼此的对接部正式接合之前将上述对接部临时接合的技术；在金属构件彼此的对接部的两侧配置接头件(tab)(抵接构件)，在该接头件上设置用于进行正式接合的摩擦搅拌的开始位置或结束位置的技术；以及在对金属构件彼此的对接部进行正式接合之前，将接头件接合于金属构件的技术等。在文献6中，揭示了在通过摩擦搅拌将欲接合的金属构件彼此的对接部正式接合之前通过摩擦搅拌将上述对接部临时接合的技术；在文献7中，揭示了在配置于金属构件彼此的对接部的两侧的接头件上设置用于迸行正式接合的摩擦搅拌的开始位置或结束位置的技术；以及在将金属构件彼此的对接部正式接合之前通过摩擦搅拌将接头件接合于金属构件的技术等。在文献7及文献8等中，揭示了在配置于欲接合的金属构件彼此的对接部的侧方的接头件上设置摩擦搅拌的开始位置或结束位置的技术。在文献9中，揭示了在摩擦搅拌的开始位置形成底孔，从该底孔开始进行摩擦搅拌的摩擦搅拌方法。另外，旋转工具的转速及输送速度(移动速度)等摩擦搅拌条件根据作为摩擦搅拌的对象的金属构件的材质及厚度等适当地设定，在文献2、 3、 5、6、 9中，虽然也揭示了各种的摩擦压接条件，但在任何一篇文献中，都是从插入(压入)开始位置的时刻起到从结束位置脱离为止将旋转工具的旋转速度保持恒定，使旋转工具以恒定的输送速度移动。12专利技术的揭示在文献1 3的接合方法中，通过从表面侧进行的摩擦搅拌而塑性化的区域(以下称为表面侧塑性化区域)与通过从背面侧进行的摩擦搅拌而塑性化的区域(以下称为背面侧塑性化区域)的边界部分有时会残留有细微的接合缺陷。如果这样的接合缺陷连接起来，则可能会使接合部的气密性及水密性下降，因此不理想。另外，在文献1 3中，使表面侧塑性化区域与背面侧塑性化区域在金属构件的厚度方向的中央部接触或略微重叠，藉此在整个厚度方向上将金属构件接合，所以接合强度不会不足。从上述观点来看，本专利技术的课题是提供一种可提高接合部的气密性及水密性的接合方法，还提供一种可使接合作业效率化、迅速化的。用于解决上述课题的权利要求l所述的接合方法包括从金属构件的表面侧对上述金属构件彼此的对接部进行摩擦搅拌的第一正式接合工序以及从上述金属构件的背面侧对所述对接部进行摩擦搅拌的第二正式接合工序，该方法的特征在于，将在上述第一正式接合工序中使用的旋转工具的搅拌销的长度与在上述第二正式接合工序中使用的旋转工具的搅拌销的长度之和设定在上述对接部处的上述金属构件的厚度以上。本专利技术的接合方法的主要特征在于，在上述第二正式接合工序中，使旋转工具的搅拌销进入在上述第一正式接合工序中形成的塑性化区域并同时进行摩擦搅拌。由此，在第一正式接合工序中形成的塑性化区域(表面侧塑性化区域)的深部在第二正式接合工序中藉由旋转工具的搅拌销而再度被摩擦搅拌，因此即使在表面侧塑性化区域的深部形成有接合缺陷等，也可将该接合缺陷等修正，从而可提高接合部的气密性及水密性。另外，由于塑性化至比搅拌销的前端还深的位置，因此如上述的现有技术所述，即使在从背面侧进行的摩擦搅拌中使用的旋转工具的搅拌销较短、无法到达表面侧塑性化区域的情况下，也能够使表面侧塑性化区域与背面侧塑性化区域在金属构件的厚度方向的中央部接触或略微重叠，但是，却无法充分确实地修正形成于表面侧塑性化区域的深部的接合缺陷等。与此相对，在本专利技术中，在第二正式接合工序中使搅拌销进入表面侧塑性化区域直接进行摩擦搅拌，因此可充分确实地修正形成于表面侧塑性化区域的接合缺陷。在本专利技术中，将上述第一正式接合工序中使用的旋转工具的搅拌销的长度设定在上述对接部处的上述金属构件的厚度的l/2以上，并将上述第二正式接合工序中使用的旋转工具的搅拌销的长度设定在上述对接部处的上述金属构件的厚度的l/2以上即可。由此，表面侧塑性化区域与背面侧塑性化区域在金属构件的厚度方向的中央部重叠，并且表面侧塑性化区域的截面积与背面侧塑性化区域的截面积的差变小，所以接合部的质量变得均一。另外，各旋转工具的搅拌销的长度显然不到金属构件的厚度。另外，如果将上述第二正式接合工序中使用的上述旋转工具的上述搅拌销的长度设为与上述第一正式接合工序中使用的上述旋转工具的上述搅拌销的长度相同，则表面侧塑性化区域与背面侧塑性化区域是同等的，因此接合部的质量更为均一，而且，由于可在第一正式接合工序与第二正式接合工序中使用同一旋转工具，因此可提高作业效率。此外，将上述第一正式接合工序中使用的旋转工具的搅拌销的长度L,以及上述第二正式接合工序中使用的旋转工具的搅拌销的长度L2设定为满足如下关系即可将上述对接部处的上述金属构件的厚度设为t时，1.01《(L, + L2)/t《l. 10。如果(L,十L2)/t在1.01以上，则即使金属构件有尺寸公差等，在第二正式接合工序中也可使搅拌销确实地进入表面侧塑性化区域。如果(L, + L》/t大于1. 10，则各旋转工具的尺寸增大至所需的尺寸以上，施加于摩擦搅拌装置的负荷增大，因此(L, + L2)/t较好为1. I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接合方法，包括：　从金属构件的表面侧对所述金属构件彼此的对接部进行摩擦搅拌的第一正式接合工序；以及　从所述金属构件的背面侧对所述对接部进行摩擦搅拌的第二正式接合工序，其特征在于，　在所述第二正式接合工序中，使旋转工具的 搅拌销进入在所述第一正式接合工序中形成的塑性化区域并同时进行摩擦搅拌。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.10.2 JP 271243/2006;2006.10.2 JP 271244/2006;1. 一种接合方法，包括从金属构件的表面侧对所述金属构件彼此的对接部进行摩擦搅拌的第一正式接合工序；以及从所述金属构件的背面侧对所述对接部进行摩擦搅拌的第二正式接合工序，其特征在于，在所述第二正式接合工序中，使旋转工具的搅拌销进入在所述第一正式接合工序中形成的塑性化区域并同时进行摩擦搅拌。2. —种接合方法，包括从金属构件的表面侧对所述金属构件彼此的对接部进行摩擦搅拌的第 一正式接合工序；以及从所述金属构件的背面侧对所述对接部进行摩擦搅拌的第二正式接合 工序，其特征在于，将所述第一正式接合工序中使用的旋转工具的搅拌销的长度与所述第 二正式接合工序中使用的旋转工具的搅拌销的长度之和设定在所述对接部 处的所述金属构件的厚度以上。3. —种接合方法，包括从金属构件的表面侧对所述金属构件彼此的对接部进行摩擦搅拌的第 一正式接合工序；以及从所述金属构件的背面侧对所述对接部进行摩擦搅拌的第二正式接合 工序，其特征在于，将所述第一正式接合工序中使用的旋转工具的搅拌销的长度设定在所 述对接部处的所述金属构件的厚度的l/2以上，并将在所述第二正式接合工 序中使用的旋转工具的搅拌销的长度设定在所述对接部处的所述金属构件 的厚度的l/2以上。4. 如权利要求3所述的接合方法，其特征在于，所述第二正式接合工 序中使用的所述旋转工具的所述搅拌销的长度与所述第一正式接合工序中 使用的所述旋转工具的所述搅拌销的长度相同。5. 如权利要求1 4中任一项所述的接合方法，其特征在于，将所述第一正式接合工序中使用的旋转工具的搅拌销的长度设为L,、将所述第二正式 接合工序中使用的旋转工具的搅拌销的长度设为L2、将所述对接部处的所述 金属构件的厚度设为t时，满足l. 01《(L, + L2)/t《l. IO的关系。6. 如权利要求1 4中任一项所述的接合方法，其特征在于，将所述第 一正式接合工序中使用的旋转工具的搅拌销的长度设定在所述对接部处的 所述金属构件的厚度的3/4以下，并将所述第二正式接合工序中使用的旋转 工具的搅拌销的长度设定在所述对接部处的所述金属构件的厚度的3/4以 下。7. 如权利要求1 4中任一项所述的接合方法，其特征在于，设定所述 第二正式接合工序中的摩擦搅拌的路线，使其避开因在所述第一正式接合 工序中的摩擦搅拌的结束位置上使搅拌销脱离而形成的冲孔。8. 如权利要求7所述的接合方法，其特征在于，所述第一正式接合工 序中的摩擦搅拌的结束位置与所述第二正式接合工序中使用的所述旋转工 具的所述搅拌销的移动轨迹的最短距离在所述第二正式接合工序中使用的 所述旋转工具的肩部的外径以上。9. 如权利要求1 4中任一项所述的接合方法，其特征在于，在实施所 述第一正式接合工序之前，实施临时接合工序，在该临时接合工序中，使 用比所述第一正式接合工序中使用的旋转工具更小型的临时接合用旋转工 具，从所述金属构件的表面侧对所述对接部进行摩擦搅拌。10. 如权利要求1 4中任一项所述的接合方法，其特征在于，在实施 所述第二正式接合工序之前，实施临时接合工序，在该临时接合工序中， 使用比所述第二正式接合工序中使用的旋转工具更小型的临时接合用旋转 工具，从所述金属构件的背面侧对所述对接部进行摩擦搅拌。11. 一种接合方法，包括准备工序，在该准备工序中，在金属构件彼此的对接部的一端侧配置 第一接头件，使所述第一接头件的抵接面抵接于所述两金属构件的侧面， 并且在所述对接部的另一端侧配置第二接头件，使所述第二接头件的抵接 面抵接于所述两金属构件的侧面；对所述第一接头件与所述两金属构件的对接部进行摩擦搅拌的第一接 头件接合工序；对所述金属构件彼此的对接部进行摩擦搅拌的临时接合工序；对所述第二接头件与所述两金属构件的对接部进行摩擦搅拌的第二接 头件接合工序；以及对临时接合状态下的所述金属构件彼此的对接部进行摩擦搅拌的正式 接合工序，其特征在于，在所述第一接头件接合工序的终点不结束摩擦搅拌，而是连续地进行 摩擦搅拌，直到所述临时接合工序的起点为止，然后直接转移至所述临时 接合工序。12. 如权利要求ll所述的接合方法，其特征在于，连续地进行摩擦搅拌，直到所述临时接合工序的终点为止。13. 如权利要求ll所述的接合方法，其特征在于，在所述临时接合工 序的终点不结束摩擦搅拌，而是连续地进行摩擦搅拌，直到所述第二接头 件接合工序的起点为止，然后直接转移至所述第二接头件接合工序。14. 如权利要求13所述的接合方法，其特征在于，从所述第二接头件 接合工序的起点到终点连续地进行摩擦搅拌。15. —种接合方法，包括准备工序，在该准备工序中，在金属构件彼此的对接部的一端侧配置 第一接头件，使所述第一接头件的抵接面抵接于所述两金属构件的侧面， 并且在所述对接部的另一端侧配置第二接头件，使所述第二接头件的抵接 面抵接于所述两金属构件的侧面；对所述第一接头件与所述两金属构件的对接部进行摩擦搅拌的第一接 头件接合工序；对所述金属构件彼此的对接部进行摩擦搅拌的临时接合工序； 对所述第二突出件与所述两金属构件的对接部进行摩擦搅拌的第二接 头件接合工序；以及对临时接合状态下的所述金属构件彼此的对接部进行摩擦搅拌的正式 接合工序，其特征在于，在所述临时接合工序的终点不结束摩擦搅拌，而是连续地进行摩擦搅 拌，直到所述第二接头件接合工序的起点为止，然后直接转移至所述第二 接头件接合工序。16. 如权利要求11 14中任一项所述的接合方法，其特征在于，使所 述第一接头件接合工序中使用的旋转工具向右旋转，并且设定所述第一接 头件接合工序的起点和终点的位置，使所述金属构件位于所述旋转工具的 行进方向的右侧。17. 如权利要求11 14中任一项所述的接合方法，其特征在于，使所 述第一接头件接合工序中使用的旋转工具向左旋转，并且设定所述第一接 头件接合工序的起点和终点的位置，使所述金属构件位于所述旋转工具的 行进方向的左侧。18. 如权利要求11 14中任一项所述的接合方法，其特征在于，将从 所述第一接头件接合工序的终点到所述临时接合工序的起点的摩擦搅拌的 路线设定在所述第一接头件上。19. 如权利要求18所述的接合方法，其特征在于，所述第一接头件接 合工序中的摩擦搅拌的路线与从所述第一接头件接合工序的终点到所述临 时接合工序的起点的摩擦搅拌的路线的间隔距离确保在所述旋转工具的肩 部的外径以上。20. 如权利要求13 15中任一项所述的接合方法，其特征在于，使所 述第二接头件接合工序中使用的旋转工具向右旋转，并且在从所述第二接 头件接合工序的起点到终点的摩擦搅拌的路线上设置折返点，然后设定所 述第二接头件接合工序的起点、折返点及终点的位置，使得至少在从所述 折返点到所述终点的摩擦搅拌的路线中，所述金属构件位于所述旋转工具 的行进方向的右侧。21. 如权利要求13 15中任一项所述的接合方法，其特征在于，使所 述第二接头件接合工序中使用的旋转工具向左旋转，并且在从所述第二接 头件接合工序的起点到终点的摩擦搅拌的路线上设置折返点，然后设定所 述第二接头件接合工序的起点、折返点及终点的位置，使得至少在从所述 折返点到所述终点的摩擦搅拌的路线中，所述金属构件位于所述旋转工具的行进方向的左侧。22. 如权利要求13 15中任一项所述的接合方法，其特征在于，将从所述临时接合工序的终点到所述第二接头件接合工序的起点的摩擦搅拌的 路线设定在所述第二接头件上。23. 如权利要求22所述的接合方法，其特征在于，从所述临时接合工 序的终点到所述第二接头件接合工序的起点的摩擦搅拌的路线与所述第二 接头件接合工序中的摩擦搅拌的路线的间隔距离确保在所述旋转工具的肩 部的外径以上。24. 如权利要求13 15中任一项所述的接合方法，其特征在于，在所 述正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置形成底孔，从所述底孔开始进行 摩擦搅拌。25. 如权利要求24所述的接合方法，其特征在于，预先将所述底孔的 最大孔径减小至小于在所述正式接合工序中使用的正式接合用旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤勇人，堀久司，
申请(专利权)人：日本轻金属株式会社，
类型：发明
国别省市：JP