[发明专利]钢板的摩擦搅拌接合方法及接合接头的制造方法

说明书

本发明的摩擦搅拌接合方法，是将旋转工具(10)插入使二个以上的钢板重叠或对接的未接合部，使该旋转工具边旋转边沿着接合的部分移动，利用该旋转工具(10)与上述钢板的摩擦热引起的钢板的软化和由搅拌而产生的塑性流动，将钢板彼此接合，并且，根据本发明，在旋转工具(10)的行进方向的前方，利用夹持未接合部在上下成对地配置的加热装置(4)，在利用旋转工具(10)的接合前预先对未接合部进行加热，从而能够无接合缺陷的产生、无接合工具的破损地进行高速接合。

技术领域

本发明涉及一种钢板的摩擦搅拌接合方法，特别是涉及用于实现接合速度高速化的摩擦搅拌接合方法。

背景技术

摩擦搅拌接合方法是如下方法：将旋转工具插入于重叠或对接的被加工材料的未接合部，边使其旋转边移动，利用因与该旋转工具的摩擦热而被加工材料变软化和旋转工具将该软化部搅拌而产生的塑性流动，使其在不添加填充金属的情况下进行接合。

应予说明，本说明书中，例如将钢板仅对接而尚未接合的状态的对接部分称为“未接合部”，另一方面，将通过塑性流动接合而一体化的部分称为“接合部”。

图1示出了将对接钢板实施摩擦搅拌接合时的一个例子。

如图1所示，在该摩擦搅拌接合方法中，以将钢板21、22的端面相互对接而作为未接合部20，沿着该未接合部20边使旋转工具10旋转边移动。旋转工具10配置于钢板21、22的上部，通过马达(省略图示)进行旋转的方式构成。在钢板的下部设置衬板材料30，针对旋转工具的加压支撑钢板。而且，通过马达的驱动进行旋转的旋转工具10的探头12在未接合部20一边与钢板21、22接触一边沿箭头F方向移动。此时，探头12在其周围制作塑性材料的部分区域，旋转体上部11从上方方向挤压钢板21、22，防止材料从塑性区域逸失。因此，钢板21、22的未接合部20的对接部分发热而软化并塑性流动，使由此得到的塑性材料固相接合，形成接合部25。

在这样的摩擦搅拌接合中，以接合的高速化或减少接合缺陷为目的，在研究与利用旋转工具的接合独立地进行加热的方法。

例如，在专利文献1中提出了使用气体火焰作为加热装置的接合方法。图2示意地表示使用气体火焰作为加热装置时的摩擦搅拌接合要领。该方式使用氧乙炔、氧丙烷、氧天然气体等的各种气体火焰70作为热源对被接合部件1、2进行加热。在该加热装置72中，喷射气体火焰70的大致圆筒状的气体喷嘴部71配置于探头62的移动方向前方的附近部位，并且与探头62的动作连动地移动。此外，未接合部13的气体火焰70的喷射位置始终位于接合装置的移动方向前方。另外，气体火焰70的喷射宽度设定为：在触碰被接合部件1、2的表面而变为其前端部扩展的状态时，成为与旋转件60的肩部61的直径大致相同的尺寸。由此，未接合部13中仅对探头62附近进行加热，从而使该探头附近及其周边区域的温度上升。

对上述的摩擦搅拌接合法中的加热装置的动作进行说明。从加热装置72的气体喷嘴部71喷射气体火焰70的同时，使接合装置3的旋转件60旋转并将其一体旋转的探头62插入未接合部13，在保持插入探头的状态下沿着对接部使探头62相对于被接合部件1、2相对地移动。由此，被接合部件1、2接合而形成接合部14。

在使用图2中示出的加热装置72的摩擦搅拌接合中，利用气体火焰70的热量加热未接合部，使与探头62及肩部61的接触部迅速软化，其目的在于易于进行利用探头62的接合。

专利文献2使用感应加热装置作为热源。这里，通过设置将直到利用旋转工具的接合的温度设为规定的温度的控制机构，从而可缩短直至开始摩擦搅拌接合的时间，由此，提高加热范围和加热温度的控制性的同时，不取决于材质就能够防止接合部位的破裂。

专利文献3使用激光作为热源。这里，对未接合部进行加热直到进行利用旋转工具的接合，使未接合部达到预先规定的软化温度后，停止激光的照射，从而可抑制接合工具的损耗。

如此，在现有的摩擦擦搅拌接合中，提出了使用气体火焰、感应加热、激光作为进行施工时的辅助热源的技术。