摩擦搅拌接合方法以及摩擦搅拌接合装置与流程

文档序号:11159717阅读:673来源:国知局
摩擦搅拌接合方法以及摩擦搅拌接合装置与制造工艺

本发明涉及通过摩擦搅拌接合将被接合部接合的摩擦搅拌接合方法以及摩擦搅拌接合装置。



背景技术:

以往,已知有这样一种摩擦搅拌接合装置:其使用从金属板的接合部的表面侧以及背面侧向该金属板的接合部插入的上下的旋转工具,利用上下的旋转工具进行摩擦搅拌而将金属板接合(例如,参照专利文献1)。在该摩擦搅拌接合装置中,上下的旋转工具具有圆筒形的工具主体和安装于工具主体的前端部的探针。而且,在工具主体的前端部,在探针的安装部的周边形成有肩部。摩擦搅拌接合装置以对上下的旋转工具的探针的前端之间赋予了规定的间隙的状态进行摩擦搅拌接合。

另外,已知有这样一种摩擦搅拌接合装置:其使用以与金属板的接合部的表面侧以及背面侧相对的方式配置的第一旋转工具以及第二旋转工具,利用第一旋转工具以及第二旋转工具进行摩擦搅拌而将金属板接合(例如,参照专利文献2)。在该摩擦搅拌接合装置中,第一旋转工具以及第二旋转工具中的一方具有在前端部分形成有肩部的工具主体和从工具主体突出地形成的探针(突起部),另一方具有在前端部分形成有肩部的工具主体和收纳探针的前端部的凹部。摩擦搅拌接合装置以将一个旋转工具的突起部插入到另一个旋转工具的凹部的状态进行摩擦搅拌接合。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利第4838385号公报

专利文献2:日本专利第4838389号公报



技术实现要素:

发明所要解决的技术问题

然而,专利文献1所记载的摩擦搅拌接合装置对上下的旋转工具的探针的前端之间赋予规定的间隙。因此,由于当金属板的板厚变厚时,材料规格所允许的公差的绝对值变大,因此间隙变大,有可能会产生被称作弱连接(kissing bond)的接合缺陷部(未接合部)。特别是,在2000系、7000系的铝合金那种在接合温度下流动特性较差的材料中,能够允许的间隙的量较小,容易产生这样的缺陷。而且,在对接合后的金属板进行塑性加工的情况下,有可能会产生接合缺陷部所引起的龟裂等破损。

另外,专利文献2所记载的摩擦搅拌接合装置使探针横跨金属板的厚度方向设置。因此,若金属板的板厚变厚,则需要加长探针的长度。若加长探针的长度,则施加于探针的弯曲力矩变大,因此导致对工具的负荷变大,引发工具破损的可能性也较高。另外,若采用可承受施加于工具的负荷的结构,则需要增大探针的直径,因此必须增大旋转工具,伴随于此,将会导致对工具进行驱动的轴和马达等的装置结构增大。

因此,本发明的技术问题在于提供一种摩擦搅拌接合方法以及摩擦搅拌接合装置,即使金属材料的被接合部中的厚度变化,该摩擦搅拌接合方法以及摩擦搅拌接合装置也能够抑制施加于旋转工具的负荷并且抑制接合缺陷部的产生,适当地进行被接合部的摩擦搅拌接合。

用于解决技术问题的手段

本发明的摩擦搅拌接合方法的特征在于,具备:第一摩擦搅拌接合工序,使夹着金属材料的被接合部而配置于所述被接合部的厚度方向的一侧的第一旋转工具一边旋转一边向第一行进方向移动,由此在所述被接合部形成第一搅拌区域;第二摩擦搅拌接合工序,在进行所述第一摩擦搅拌接合工序的同时,或者在执行所述第一摩擦搅拌接合工序之后,使夹着所述被接合部而配置于所述厚度方向的另一侧的第二旋转工具一边旋转一边向第二行进方向移动,由此在所述被接合部形成第二搅拌区域;所述第一搅拌区域是在所述厚度方向上从所述被接合部的一侧到达所述被接合部的内部的区域,所述第二搅拌区域是在所述厚度方向上从所述被接合部的另一侧到达所述被接合部的内部的区域,所述第一搅拌区域与所述第二搅拌区域在所述厚度方向上在所述被接合部的内部相互重叠。

根据该结构,能够通过第一摩擦搅拌接合工序在被接合部形成第一搅拌区域,通过第二摩擦搅拌接合工序在被接合部形成第二搅拌区域。而且,由于形成的第一搅拌区域与第二搅拌区域在被接合部的厚度方向上重叠,因此能够横跨厚度方向的整个区域进行摩擦搅拌。因此,不会在第一旋转工具与第二旋转工具之间形成规定的间隙,所以能够抑制接合缺陷部的产生。另外,即使金属材料的被接合部的厚度变化,也只要使第一搅拌区域与第二搅拌区域重叠的重叠区域在厚度方向上变化即可,因此不需要改变第一旋转工具以及第二旋转工具的长度,所以能够抑制对旋转工具的负荷增大。由上,即使金属材料的被接合部中的厚度变化,也能够抑制施加于旋转工具的负荷并且抑制接合缺陷部的产生,适当地进行被接合部的摩擦搅拌接合。

另外,优选的是,所述被接合部是通过使一对金属材料对接而形成的坡口部,所述坡口部形成从接合开始点朝向接合结束点延伸的焊接线,所述第一旋转工具以及所述第二旋转工具在所述焊接线上移动。

根据该结构,能够使第一旋转工具以及第二旋转工具在焊接线上移动来形成第一搅拌区域以及第二搅拌区域。因此,在使一对金属材料对接而成的对接面上,能够横跨厚度方向的整个区域形成第一搅拌区域以及第二搅拌区域,因此能够抑制接合缺陷部的产生。

另外,优选的是,在与所述第一摩擦搅拌接合工序同时进行所述第二摩擦搅拌接合工序的情况下,所述第一行进方向与所述第二行进方向为相同的行进方向,所述第一旋转工具在所述厚度方向上的长度形成为从所述被接合部的一侧到达所述被接合部的内部的长度,所述第二旋转工具在所述厚度方向上的长度形成为从所述被接合部的另一侧到达所述被接合部的内部的长度,所述第一旋转工具与所述第二旋转工具在所述厚度方向上在所述被接合部的内部相互重叠,并且至少在所述行进方向上前后错位配置。

根据该结构,在同时进行第一摩擦搅拌接合工序与第二摩擦搅拌接合工序的情况下,通过将第一旋转工具与第二旋转工具在行进方向上前后错位配置,能够抑制第一旋转工具与第二旋转工具的物理性干涉。另外,通过使第一旋转工具与第二旋转工具为在厚度方向上重叠的配置,能够使利用第一旋转工具以及第二旋转工具形成的第一搅拌区域以及第二搅拌区域在厚度方向上重叠。这里,例如,在第一旋转工具与第二旋转工具为相同的长度的情况下,第一旋转工具以及第二旋转工具的长度比被接合部的厚度的一半长。

另外,优选的是,所述第一旋转工具与所述第二旋转工具在与所述厚度方向正交的正交面内在与所述行进方向正交的宽度方向上左右错位配置。

根据该结构,第一旋转工具与第二旋转工具在宽度方向上左右错开位置,相应地,第一旋转工具与第二旋转工具之间的距离变大,因此能够使第一旋转工具与第二旋转工具在行进方向上靠近。因此,通过将第一旋转工具与第二旋转工具在宽度方向上左右错位配置,能够更适当地抑制第一旋转工具与第二旋转工具的物理性干涉。

另外,优选的是,所述第一旋转工具具有:第一工具主体,其具有与所述被接合部的一侧的面接触的第一肩部;第一探针,其从所述第一工具主体朝向所述第二旋转工具侧突出;所述第二旋转工具具有:第二工具主体,其具有与所述被接合部的另一侧的面接触的第二肩部;第二探针,其从所述第二工具主体朝向所述第一旋转工具侧突出;所述第一旋转工具以及所述第二旋转工具在所述第一肩部与所述第二肩部的至少一部分在所述厚度方向上的重叠的范围内错位配置。

根据该结构,第一旋转工具以及第二旋转工具能够相互赋予反作用力,因此能够将被接合部的厚度方向上的位置维持为规定的位置,并且能够适当地对被接合部进行摩擦搅拌。

另外,优选的是,所述第一旋转工具以第一旋转轴为中心旋转,所述第一肩部的外周面为圆周面,所述第一探针的成为所述第二旋转工具侧的前端侧的第一前端面为圆形,所述第二旋转工具以第二旋转轴为中心旋转,所述第二肩部的外周面为圆周面,所述第二探针的成为所述第一旋转工具侧的前端侧的第二前端面为圆形,若将所述第一旋转轴与所述第二旋转轴之间的距离设为L,将所述第一肩部的直径设为D1,将所述第一前端面的直径设为d1,将所述第二肩部的直径设为D2,将所述第二前端面的直径设为d2,则在(D1/2+d2/2)≤(D2/2+d1/2)的情况下,所述第一旋转工具以及所述第二旋转工具以使所述距离L成为(d1/2+d2/2)<L<(D1/2+d2/2)的范围的方式错位配置,在(D1/2+d2/2)≥(D2/2+d1/2)的情况下,所述第一旋转工具以及所述第二旋转工具以使所述距离L成为(d1/2+d2/2)<L<(D2/2+d1/2)的范围的方式错位配置。

根据该结构,通过使第一旋转工具与第二旋转工具之间的距离L为所述的范围,能够相互更可靠地赋予反作用力。

另外,优选的是,当从所述厚度方向的一侧观察所述第一旋转工具以及所述第二旋转工具时,所述第一旋转工具的旋转方向与所述第二旋转工具的旋转方向互为反向旋转。

根据该结构,在第一旋转工具的行进方向的前方侧对被接合部赋予载荷的方向和在第二旋转工具的行进方向的前方侧对被接合部赋予载荷的方向为相反方向。因此,能够将第一旋转工具对被接合部的载荷和第二旋转工具对被接合部的载荷抵消,因此能够抑制对被接合部的载荷不平衡。另外,能够在第一旋转工具与第二旋转工具之间,使被摩擦搅拌的金属材料的流动方向为一个方向。因此,能够使被摩擦搅拌的金属材料顺畅地流动。

另外,优选的是,所述第一旋转工具与所述第二旋转工具为相同的形状。

根据该结构,能够使利用第一旋转工具以及第二旋转工具进行的摩擦搅拌的条件在被接合部的厚度方向的两侧为大致相同的条件,因此能够适当地进行被接合部的摩擦搅拌接合。

另外,优选的是,在执行所述第一摩擦搅拌接合工序之后进行所述第二摩擦搅拌接合工序的情况下,在所述第一摩擦搅拌接合工序中配置第一反作用力旋转工具,该第一反作用力旋转工具夹着所述被接合部设于所述第一旋转工具的相反侧,具有抵接于所述被接合部的所述厚度方向的另一侧的第一抵接面,对所述第一旋转工具赋予反作用力,在所述第二摩擦搅拌接合工序中配置第二反作用力旋转工具,该第二反作用力旋转工具夹着所述被接合部设于所述第二旋转工具的相反侧,具有抵接于所述被接合部的所述厚度方向的一侧的第二抵接面,对所述第二旋转工具赋予反作用力。

根据该结构,在第一摩擦搅拌接合工序中能够使用第一旋转工具与第一反作用力旋转工具来形成第一搅拌区域。此时,第一反作用力旋转工具能够通过对第一旋转工具赋予反作用力,抑制被接合部的厚度方向上的位置变动,另外,能够对被接合部赋予旋转带来的输入热量。另外,在第二摩擦搅拌接合工序中能够使用第二旋转工具与第二反作用力旋转工具来形成第二搅拌区域。此时,与第一摩擦搅拌接合工序相同,第二反作用力旋转工具能够通过对第二旋转工具赋予反作用力,抑制被接合部的厚度方向上的位置变动,另外,能够对被接合部赋予旋转带来的输入热量。而且,由于形成的第一搅拌区域与第二搅拌区域在被接合部的厚度方向上重叠,因此能够横跨厚度方向的整个区域进行摩擦搅拌。因此,不会在第一旋转工具与第二旋转工具之间形成规定的间隙,所以能够抑制接合缺陷部的产生。另外,即使金属材料的被接合部的厚度变化,也只要使第一搅拌区域与第二搅拌区域重叠的重叠区域在厚度方向上变化即可,因此无需改变第一旋转工具以及第二旋转工具的长度,所以能够抑制对旋转工具的负荷增大。由上,即使金属材料的被接合部中的厚度变化,也能够抑制施加于旋转工具的负荷并且抑制接合缺陷部的产生,适当地进行被接合部的摩擦搅拌接合。

另外,优选的是,所述第一反作用力旋转工具的所述第一抵接面以及所述第二反作用力旋转工具的所述第二抵接面中的至少一方为平坦面。

根据该结构,在摩擦搅拌时,由于第一抵接面以及第二抵接面为平坦面,因此能够减少成为平坦面的第一反作用力旋转工具以及第二反作用力旋转工具的旋转所需要的力。另外,在摩擦搅拌接合的初期,对于成为平坦面的第一反作用力旋转工具以及第二反作用力旋转工具,不需要将形成于旋转工具的突起部向被接合部插入的工序以及抽出的工序,能够简化接合作业工序。另外,一般来说,在摩擦搅拌接合中,使背衬金属夹着被接合部抵靠在旋转工具的相反侧,但与使用背衬金属的情况不同,能够根据被焊接部的凹凸来控制各旋转工具以及各反作用力旋转工具的位置,能够使各反作用力旋转工具的平坦面可靠地接触于被焊接部,另外,由此,能够承受相反侧的各旋转工具的反作用力,因此能够适当地对被焊接部进行摩擦搅拌接合。而且,与使用背衬金属的情况不同,各反作用力旋转工具的向被焊接部上接触的接触面积受限,另外,还存在各反作用力旋转工具的旋转带来的输入热量,因此能够减少被接合部向反作用力旋转工具侧的热损失。

另外,优选的是,在所述第一反作用力旋转工具的所述第一抵接面以及所述第二反作用力旋转工具的所述第二抵接面中的至少一方形成突起部。

根据该结构,在摩擦搅拌时,能够利用突起部对第一抵接面以及第二抵接面所抵接的一侧的被接合部的面进行摩擦搅拌接合。因此,例如在第一摩擦搅拌接合后进行第二摩擦搅拌接合的情况下,能够先于第二旋转工具的摩擦搅拌,利用第一反作用力旋转工具对被接合部的另一侧的面进行临时接合。因此,在被接合部为坡口部的情况下,能够通过临时接合抑制坡口部打开,因此能够利用第二旋转工具适当地对被接合部进行摩擦搅拌。

另外,优选的是,在执行所述第一摩擦搅拌接合工序之后,以维持所述金属材料的位置的状态执行所述第二摩擦搅拌接合工序。

根据该结构,能够不使金属材料的位置反转地维持金属材料的位置。因此,能够在不进行金属材料的反转作业的情况下执行第一摩擦搅拌接合工序以及第二摩擦搅拌接合工序。

另外,优选的是,在执行所述第一摩擦搅拌接合工序之后且在执行所述第二摩擦搅拌接合工序之前,还具备将所述第一旋转工具与所述第一反作用力旋转工具的位置彼此交换从而将所述第一旋转工具作为所述第二旋转工具、将所述第一反作用力旋转工具作为所述第二反作用力旋转工具的工具反转工序。

根据该结构,通过进行工具反转工序,能够将第一旋转工具用作第二旋转工具,另外能够将第一反作用力旋转工具用作第二反作用力旋转工具。因此,能够在不使金属材料的位置反转的情况下,通过使第一旋转工具以及第一反作用力旋转工具的位置反转来执行第一摩擦搅拌接合工序以及第二摩擦搅拌接合工序。

另外,优选的是,在执行所述第一摩擦搅拌接合工序之后且在执行所述第二摩擦搅拌接合工序之前,还具备通过使所述金属材料的位置在所述厚度方向上反转而将所述第一旋转工具作为所述第二旋转工具、将所述第一反作用力旋转工具作为所述第二反作用力旋转工具的材料反转工序。

根据该结构,通过进行材料反转工序,能够将第一旋转工具用作第二旋转工具,另外能够将第一反作用力旋转工具用作第二反作用力旋转工具。因此,能够在不使第一旋转工具以及第一反作用力旋转工具的位置反转的情况下,通过使金属材料的位置反转来执行第一摩擦搅拌接合工序以及第二摩擦搅拌接合工序。

另外,优选的是,在所述被接合部的所述厚度方向是铅垂方向的情况下,在所述第一摩擦搅拌接合工序中,所述第一旋转工具被以处于所述被接合部的上方侧的方式配置。

根据该结构,能够在被接合部的上方侧形成第一搅拌区域之后,在被接合部的下方侧形成第二搅拌区域。因此,在第一摩擦搅拌接合工序中,被接合部的上方侧的区域成为第一搅拌区域,被接合部的下方侧的区域成为未被摩擦搅拌接合的未接合的区域,因此能够通过第一搅拌区域抑制从上方侧朝向下方侧进入未接合区域中的异物。

另外,优选的是,所述第一行进方向与所述第二行进方向为相反方向。

根据该结构,能够将第一旋转工具以及第一反作用力旋转工具的接合结束点作为第二旋转工具以及第二反作用力旋转工具的接合开始点。因此,能够减少各种旋转工具的移动。

另外,优选的是,所述第一行进方向与所述第二行进方向为相同的方向。

根据该结构,能够使在第一摩擦搅拌接合工序中向被接合部输入的输入热量与在第二摩擦搅拌接合工序中向被接合部输入的输入热量为相同的行进方向。因此,能够使第一摩擦搅拌接合工序与第二摩擦搅拌接合工序的被接合部中的输入热量的条件为相同的条件,所以能够在执行第一摩擦搅拌接合工序之后,迅速地执行第二摩擦搅拌接合工序。

另外,优选的是,所述第一旋转工具具有:第一工具主体,其具有与所述被接合部的一侧的面接触的第一肩部;第一插通孔,其沿所述第一旋转工具的第一旋转轴贯通形成于所述第一工具主体;第一探针销,其插通于所述第一插通孔,构成为能够沿所述第一旋转轴的轴向移动,并且从所述第一工具主体朝向所述第一反作用力旋转工具突出;所述第一反作用力旋转工具具有:第二工具主体,其具有与所述被接合部的另一侧的面接触的第二肩部;第二插通孔,其沿所述第一反作用力旋转工具的第二旋转轴贯通形成于所述第二工具主体;第二探针销,其插通于所述第二插通孔,构成为能够沿所述第二旋转轴的轴向移动,并且从所述第二工具主体朝向所述第一旋转工具突出;在所述第一摩擦搅拌接合工序中,以使所述第一旋转轴与所述第二旋转轴同轴的方式配置所述第一旋转工具以及所述第一反作用力旋转工具,使所述第一探针销与所述第二探针销隔开规定间隙对置,使所述第一探针销的突出长度比所述第二探针销长,在执行所述第一摩擦搅拌接合工序之后,还具备使所述第一旋转工具的所述第一探针销的突出长度和所述第一反作用力旋转工具的所述第二探针销的突出长度变化,使所述第二探针销的突出长度比所述第一探针销长,由此将所述第一旋转工具作为所述第二反作用力旋转工具、将所述第一反作用力旋转工具作为所述第二旋转工具的交换工序。

根据该结构,在交换工序中,通过分别使第一探针销的突出长度和第二探针销的突出长度变化,能够将第一旋转工具作为第二反作用力旋转工具,将第一反作用力旋转工具作为第二旋转工具。

另外,优选的是,在对因所述被接合部被摩擦搅拌接合而形成的所述金属材料的接合部产生的接合缺陷部进行修补的情况下,使夹着所述接合部配置于所述接合部的厚度方向的一侧的修补用旋转工具和夹着所述接合部配置于所述厚度方向的另一侧并对所述修补用旋转工具赋予反作用力的反作用力旋转工具一边旋转一边向规定的行进方向移动,由此进行所述接合部的修补,所述修补用旋转工具在所述厚度方向上的长度为从所述接合部的一侧到达所述接合部的内部并且覆盖所述接合缺陷部的长度。

根据该结构,能够使用修补用旋转工具和反作用力旋转工具对产生于接合部的接合缺陷部进行修补。此时,反作用力旋转工具通过对修补用旋转工具赋予反作用力,能够抑制接合部的厚度方向上的位置的变动,另外,能够对接合部赋予旋转所带来的输入热量。

本发明的摩擦搅拌接合装置的特征在于,具备:第一旋转工具,其夹着金属材料的被接合部而配置于所述被接合部的厚度方向的一侧,形成为从所述被接合部的一侧到达所述被接合部的内部的长度;第二旋转工具,其夹着所述被接合部而配置于所述厚度方向的另一侧,形成为从所述被接合部的另一侧到达所述被接合部的内部的长度;所述第一旋转工具通过一边旋转一边向第一行进方向移动,由此在所述被接合部形成第一搅拌区域,所述第二旋转工具通过一边旋转一边向第二行进方向移动,由此在所述被接合部形成第二搅拌区域,所述第一搅拌区域与所述第二搅拌区域在所述厚度方向上在所述被接合部的内部相互重叠。

根据该结构,能够利用第一旋转工具在被接合部形成第一搅拌区域,利用第二旋转工具在被接合部形成第二搅拌区域。而且,由于形成的第一搅拌区域与第二搅拌区域在被接合部的厚度方向上重叠,因此能够横跨厚度方向的整个区域进行摩擦搅拌。因此,不会在第一旋转工具与第二旋转工具之间形成规定的间隙,所以能够抑制接合缺陷部的产生。另外,即使金属材料的被接合部的厚度变化,也只要使第一搅拌区域与第二搅拌区域重叠的重叠区域在厚度方向上变化即可,因此不需要改变第一旋转工具以及第二旋转工具的长度,所以能够抑制对旋转工具的负荷增大。由上,即使金属材料的被接合部中的厚度变化,也能够抑制施加于旋转工具的负荷并且抑制接合缺陷部的产生,适当地进行被接合部的摩擦搅拌接合。

另外,优选的是,所述第一行进方向与所述第二行进方向为相同的行进方向,所述第一旋转工具以及所述第二旋转工具一边夹在所述被接合部的所述厚度方向上的两侧旋转一边向所述行进方向移动来进行摩擦搅拌接合,所述第一旋转工具与所述第二旋转工具在所述厚度方向上在所述被接合部的内部相互重叠,并且至少在所述行进方向上前后错位配置。

根据该结构,通过使第一旋转工具以及第二旋转工具从被接合部的两侧夹着旋转,能够使第一搅拌区域以及第二搅拌区域在厚度方向上重叠并大致同时形成。此时,通过将第一旋转工具与第二旋转工具在行进方向上前后错位配置,能够抑制第一旋转工具与第二旋转工具的物理性干涉。

另外,优选的是,本发明的摩擦搅拌接合装置还具备:第一反作用力旋转工具,其夹着所述被接合部设于所述第一旋转工具的相反侧,对所述第一旋转工具赋予反作用力;第二反作用力旋转工具,其夹着所述被接合部设于所述第二旋转工具的相反侧,对所述第二旋转工具赋予反作用力;所述第一旋转工具以及所述第一反作用力旋转工具一边夹在所述被接合部的所述厚度方向上的两侧旋转一边向规定的行进方向移动来执行第一摩擦搅拌接合,在执行所述第一摩擦搅拌接合之后,所述第二旋转工具以及所述第二反作用力旋转工具一边夹在所述被接合部的所述厚度方向上的两侧旋转一边向规定的行进方向移动来执行第二摩擦搅拌接合。

根据该结构,在第一摩擦搅拌接合中,通过使第一旋转工具以及第一反作用力旋转工具从被接合部的两侧夹着旋转,能够形成第一搅拌区域。此时,第一反作用力旋转工具通过对第一旋转工具赋予反作用力,能够抑制被接合部的厚度方向上的位置的变动,另外,能够对被接合部赋予旋转所带来的输入热量。另外,在第二摩擦搅拌接合中,通过使第二旋转工具以及第二反作用力旋转工具从被接合部的两侧夹着旋转,能够形成第二搅拌区域。此时,与第一摩擦搅拌接合相同,第二反作用力旋转工具通过对第二旋转工具赋予反作用力,能够抑制被接合部的厚度方向上的位置的变动,另外,能够对被接合部赋予旋转所带来的输入热量。

另外,摩擦搅拌接合装置优选具备:第一反作用力旋转工具,其夹着所述被接合部设于所述第一旋转工具的相反侧,对所述第一旋转工具赋予反作用力;第二反作用力旋转工具,其夹着所述被接合部设于所述第二旋转工具的相反侧,对所述第二旋转工具赋予反作用力;反转机构,其使所述第一旋转工具与所述第一反作用力旋转工具的位置反转而使所述第一旋转工具作为所述第二旋转工具发挥功能,使所述第一反作用力旋转工具作为所述第二反作用力旋转工具发挥功能;反转前的所述第一旋转工具和反转后的所述第二旋转工具配置为在所述厚度方向上在所述被接合部的内部相互重叠,反转前的所述第一旋转工具以及所述第一反作用力旋转工具一边夹在所述被接合部的所述厚度方向上的两侧旋转一边向规定的行进方向移动来执行第一摩擦搅拌接合,在执行所述第一摩擦搅拌接合之后,所述反转机构使所述第一旋转工具与所述第一反作用力旋转工具的位置反转,反转后的所述第二旋转工具以及所述第二反作用力旋转工具一边夹在所述被接合部的所述厚度方向上的两侧旋转一边向规定的行进方向移动来执行第二摩擦搅拌接合。

根据该结构,通过利用反转机构使第一旋转工具以及第一反作用力旋转工具的位置反转,能够将第一旋转工具用作第二旋转工具,另外,能够将第一反作用力旋转工具用作第二反作用力旋转工具。因此,能够在不使金属材料的位置反转的情况下,通过使第一旋转工具以及第一反作用力旋转工具的位置反转来执行第一摩擦搅拌接合以及第二摩擦搅拌接合。

另外,在对因所述被接合部被摩擦搅拌接合而形成的所述金属材料的接合部产生的接合缺陷部进行修补的情况下,摩擦搅拌接合装置优选具备:修补用旋转工具,其夹着所述接合部配置于所述接合部的厚度方向的一侧,形成为从所述接合部的一侧到达所述接合部的内部并且覆盖所述接合缺陷部的长度;反作用力旋转工具,其夹着所述接合部配置于所述厚度方向的另一侧,对所述修补用旋转工具赋予反作用力;所述修补用旋转工具以及所述反作用力旋转工具一边夹在所述接合部的所述厚度方向上的两侧旋转一边向规定的行进方向移动,由此执行所述接合部的修补。

根据该结构,能够使用修补用旋转工具与反作用力旋转工具对产生于接合部的接合缺陷部进行修补。此时,反作用力旋转工具通过对修补用旋转工具赋予反作用力,能够抑制接合部的厚度方向上的位置的变动,另外,能够对接合部赋予旋转带来的输入热量。

附图说明

图1是示意地表示实施例1的摩擦搅拌接合装置的概略结构图。

图2是关于第一搅拌区域以及第二搅拌区域的说明图。

图3是表示第一肩面以及第二肩面的俯视图。

图4是表示第一肩部以及第二肩部的形状的侧视图。

图5是表示第一肩部的形状的一个例子的俯视图。

图6是表示第一肩部的形状的一个例子的俯视图。

图7是表示第一肩部的形状的一个例子的俯视图。

图8是表示摩擦搅拌接合前的金属板的一个例子的说明图。

图9是实施例1的摩擦搅拌接合方法的流程图。

图10是示意地表示实施例1的变形例1的摩擦搅拌接合装置的一部分的概略结构图。

图11是示意地表示实施例2的摩擦搅拌接合装置的概略结构图。

图12是表示摩擦搅拌接合时的行进方向的俯视图。

图13是表示实施例2的摩擦搅拌接合装置的摩擦搅拌接合动作的说明图。

图14是实施例2的摩擦搅拌接合方法的流程图。

图15是表示实施例2的变形例2的摩擦搅拌接合时的行进方向的俯视图。

图16是示意地表示实施例2的变形例3的摩擦搅拌接合装置的一部分的概略结构图。

图17是表示实施例2的变形例4的摩擦搅拌接合装置的摩擦搅拌接合动作的说明图。

图18是通过实施例3的摩擦搅拌接合装置修补的接合部的说明图。

图19是表示实施例3的摩擦搅拌接合装置的修补动作的说明图。

图20是示意地表示实施例4的摩擦搅拌接合装置的一部分的概略结构图。

图21是表示实施例4的摩擦搅拌接合装置的摩擦搅拌接合动作的说明图。

具体实施方式

以下,基于附图详细地说明本发明的实施例。注意,并非是要利用该实施例限定本发明。另外,本领域技术人员对下述实施例中的结构要素所能做出的简单替换、或者与下述实施例中的结构要素实际上相同的要素都包含于本发明。而且,以下记载的结构要素能够适当进行组合,另外,在具有多个实施例的情况下,也可以将各实施例组合。

实施例1

图1是示意地表示实施例1的摩擦搅拌接合装置的概略结构图。图2是关于第一搅拌区域以及第二搅拌区域的说明图。图3是表示第一肩面以及第二肩面的俯视图。图4是表示第一肩部以及第二肩部的形状的侧视图。图5至图7是表示第一肩部的形状的一个例子的俯视图。图8是表示摩擦搅拌接合前的金属板的一个例子的说明图。图9是实施例1的摩擦搅拌接合方法的流程图。

实施例1的摩擦搅拌接合装置1是进行所谓的摩擦搅拌接合(FSW:Friction Stir Welding)的装置,即,对于通过将一对金属板5对接而形成的坡口部(被接合部)6,使用配置于坡口部6的正面以及背面的第一旋转工具21以及第二旋转工具22进行摩擦搅拌,由此将一对金属板5接合。首先,参照图8对成为接合对象的一对金属板5进行说明。

金属板5例如使用铝合金构成,是一边为2m以上的大型的长方形板材。另外,金属板5的厚度为15mm以上。如图8所示,一对金属板5通过将端面对接而形成I形的坡口部6。该坡口部6形成为沿规定方向呈直线状延伸的焊接线9。另外,在该一对金属板5上,在焊接线9延伸的方向的两侧分别安装有引板7。焊接线9两侧的一对引板7通过临时焊接等安装于一对金属板5,从而将一对金属板5彼此的位置固定。此时,摩擦搅拌接合的接合开始点在一个引板7上,接合结束点在另一个引板7上。因此,从一个引板7在焊接线9(坡口部6)上通过朝向另一个引板7进行摩擦搅拌接合。此外,虽然之后会详细叙述,在一个引板7上的接合开始点处,预先形成有分别供第一旋转工具21以及第二旋转工具22插入的两个有底孔8a、8b。

注意,实施例1的摩擦搅拌接合装置1虽然将一对金属板5对接而成的坡口部6作为成为摩擦搅拌接合对象的被接合部,但被接合部并不特别限定于坡口部6,例如也可以对重合的多个金属板5进行摩擦搅拌接合。

这里,通过摩擦搅拌接合而接合的一对金属板5被作为大型金属板处理,在后序工序中进行塑性加工。此时,若在通过摩擦搅拌接合将坡口部6接合而形成的焊接部,形成未被接合的残留坡口或者因搅拌不充分而产生的搅拌不良区域(弱连接)这样的接合缺陷部,则可能会产生接合缺陷部所引起的龟裂、破裂等破损。因此,在实施例1的摩擦搅拌接合装置1中,特别是为了抑制在焊接部表面以及中央内部形成接合缺陷部,采用下述结构。

参照图1对摩擦搅拌接合装置1进行说明。图1所示的摩擦搅拌接合装置1从坡口部6的厚度方向的两侧进行摩擦搅拌接合。此时,坡口部6的厚度方向为铅垂方向。摩擦搅拌接合装置1具备摩擦搅拌工具10、第一按压旋转机构11、第二按压旋转机构12、第一移动机构13、第二移动机构14、工具负荷检测器16和控制部20。该摩擦搅拌接合装置1以将一对金属板5的位置固定的状态,使摩擦搅拌工具10一边沿着焊接线9上向规定的行进方向移动,一边对坡口部6进行摩擦搅拌接合。

摩擦搅拌工具10具有第一旋转工具21与第二旋转工具22。第一旋转工具21夹着坡口部6配置于坡口部6的厚度方向的上方侧(一侧)。第一旋转工具21以第一旋转轴I1为中心旋转,并且按压于坡口部6的上表面。第二旋转工具22夹着坡口部6配置于坡口部6的厚度方向的下方侧(另一侧)。第二旋转工具22以第二旋转轴I2为中心旋转,并且按压于坡口部6的下表面。此时,第一旋转工具21与第二旋转工具22形成为相同的形状,第一旋转轴I1与第二旋转轴I2沿铅垂方向被设为平行。因此,第一旋转轴I1与坡口部6的上表面正交,第二旋转轴I2也与坡口部6的下表面正交。以下,对第一旋转工具21以及第二旋转工具22进行说明。

第一旋转工具21具有第一工具主体31和第一探针32。第一工具主体31形成为圆柱形状,在成为第二旋转工具22侧的前端侧形成有第一肩部35。第一肩部35的外周面形成为规定的直径的圆周面。另外,第一肩部35的前端侧的面成为与坡口部6的上表面接触的圆形的第一肩面35a。第一旋转工具21通过以使第一肩部35的第一肩面35a接触于坡口部6的上表面的状态旋转,从而对坡口部6赋予摩擦所带来的热量,并对通过赋予热量而发生了软化的坡口部6的金属进行搅拌。

这里,第一肩部35为图5至图7所示的形状,在实施例1中,第一肩部35也可以是任意的形状。通过在第一肩面35a形成槽形状的凹部36,使第一肩面35a成为凹凸面。该凹部36形成为使通过将第一肩部35与金属板5摩擦而发生了软化的金属朝向第一肩部35的中心侧那样的形状。

具体地说,图5所示的凹部36构成为一个,一个凹部36在第一肩面35a上配置成从外侧朝向内侧的漩涡状(涡旋形状)。图6所示的凹部36构成为两个,两个凹部36在第一肩面35a上设于相位相差180°的位置,并配置成从外侧朝向内侧的漩涡状。图7所示的凹部36构成为多个,多个凹部36沿第一肩面35a的周向隔开规定间隔配置,并且从外侧朝向内侧配置成直线状。

再次参照图1对第一探针32进行说明。第一探针32被设为从第一工具主体31的第一肩面35a向前端侧突出。该第一探针32配置为从坡口部6的上表面没入到发生了软化的坡口部6的内部。这里,设通过坡口部6的厚度方向的中央的线为线C。第一探针32在坡口部6的厚度方向上的长度形成为比坡口部6的厚度的一半长。换句话说,第一探针32形成为从坡口部6的表面侧超过线C的长度。第一探针32以与第一工具主体31一体地旋转的方式固定于第一工具主体31。

该第一探针32形成为后端侧的直径较大且随着朝向前端侧而直径变小的锥形状。第一探针32的前端侧的面为圆形的第一前端面32a。另外,在第一探针32的外周面形成有用于对软化了的坡口部6的金属进行搅拌的槽。

第二旋转工具22具有第二工具主体41和第二探针42。与第一工具主体31相同,第二工具主体41形成为圆柱形状,在成为第一旋转工具21侧的前端侧形成有第二肩部45。第二肩部45的外周面形成为规定的直径的圆周面。另外,第二肩部45的前端侧的面成为与坡口部6的下表面接触的圆形的第二肩面45a。第二旋转工具22通过以使第二肩部45的第二肩面45a接触于坡口部6的下表面的状态旋转,从而对坡口部6赋予摩擦所带来的热量,并对通过赋予热量而发生了软化的坡口部6的金属进行搅拌。

这里,第二肩部45设有与第一肩部35相同的凹部36。注意,关于凹部36,由于与第一肩部35相同,因此省略说明。

第二探针42被设为从第二工具主体41的第二肩面45a向前端侧突出。与第一探针32相同,该第二探针42配置为从坡口部6的下表面没入到发生了软化的坡口部6的内部。第二探针42在坡口部6的厚度方向上的长度形成为比坡口部6的厚度的一半长。换句话说,第二探针42形成为从坡口部6的下表面侧超过线C的长度。第二探针42以与第二工具主体41一体地旋转的方式固定于第二工具主体41。

该第二探针42形成为后端侧的直径较大且随着朝向前端侧而直径变小的锥形状。第二探针42的前端侧的面为圆形的第二前端面42a。另外,在第二探针42的外周面形成有用于对软化了的坡口部6的金属进行搅拌的槽。

这里,第一探针32的长度比坡口部6的厚度的一半长,另外,第二探针42的长度比坡口部6的厚度的一半长。因此,若将第一探针32与第二探针42夹着坡口部6对置地配置,换言之是将第一旋转工具21与第二旋转工具22配置为第一旋转轴I1与第二旋转轴I2同轴,则第一探针32与第二探针42将会物理性地干涉。因此,将第一旋转工具21与第二旋转工具22在焊接线9上错位配置,以便不会物理性地干涉。

具体地说,第一旋转工具21与第二旋转工具22如图1所示,在坡口部6的厚度方向上在坡口部6的内部相互重叠,如图3所示,在焊接线9上沿行进方向前后错位配置。此时,第一旋转工具21配置于行进方向的前方侧,第二旋转工具22配置于行进方向的后方侧。因此,第一旋转工具21(的第一探针32)与第二旋转工具22(的第二探针42)在坡口部6的厚度方向上在坡口部6的内部相互重叠地配置。另外,如图3所示,错位配置的第一旋转工具21与第二旋转工具22配置为第一探针32的第一前端面32a与焊接线9交叉且第二探针42的第二前端面42a与焊接线9交叉。此外,关于第一旋转工具21与第二旋转工具22的更详细的配置,详见后述。

第一旋转工具21与第二旋转工具22的旋转方向互为相反方向。这里,第一旋转工具21以及第二旋转工具22对坡口部6赋予载荷的方向为行进方向前方侧比行进方向后方侧大。因此,第一旋转工具21的行进方向前方侧的旋转方向为对坡口部6赋予载荷的方向,同样,第二旋转工具22的行进方向前方侧的旋转方向为对坡口部6赋予载荷的方向。具体地说,第一旋转工具21的载荷方向为从一个(图3的上侧)金属板5朝向另一个(图3的下侧)的金属板5的方向,第二旋转工具22的载荷方向为从另一个(图3的下侧)金属板5朝向另一个(图3的上侧)金属板5的方向。由此,第一旋转工具21的载荷方向和第二旋转工具22的载荷方向为相反方向。

另外,在第一旋转工具21与第二旋转工具22的旋转方向互为相反方向的情况下,在第一旋转工具21与第二旋转工具22之间,因旋转所致的金属材料流动的方向(旋转的切线方向)为相同的方向。因此,在第一旋转工具21的周围流动的摩擦搅拌后的坡口部6的金属和在第二旋转工具22的周围流动的摩擦搅拌后的坡口部6的金属在第一旋转工具21与第二旋转工具22之间向相同的方向流动。

注意,虽然在实施例1中,第一旋转工具21以及第二旋转工具22的旋转方向互为相反方向,但并不限定于该结构。第一旋转工具21以及第二旋转工具22只要适于摩擦搅拌接合即可,也可以是相同的旋转方向。

接下来,参照图2对通过第一旋转工具21形成于坡口部6的第一搅拌区域E1和通过第二旋转工具22形成于坡口部6的第二搅拌区域E2进行说明。第一搅拌区域E1是形成于坡口部6的上方侧的区域,并且是通过第一旋转工具21的第一探针32形成的区域。因此,第一搅拌区域E1在厚度方向上是从坡口部6的上表面到达坡口部6的内部的区域,并且是从坡口部6的上表面以超过线C的方式形成的区域。第二搅拌区域E2是形成于坡口部6的下方侧的区域,并且是通过第二旋转工具22的第二探针42形成的区域。因此,第二搅拌区域E2在厚度方向上是从坡口部6的下表面到达坡口部6的内部的区域,并且是从坡口部6的下表面以超过线C的方式形成的区域。而且,第一搅拌区域E1与第二搅拌区域E2在厚度方向上为相互重叠的区域。具体地说,第一搅拌区域E1的下方侧的区域和第二搅拌区域E2的上方侧的区域为相互重叠的重叠区域E3。因此,第一搅拌区域E1以及第二搅拌区域E2横跨坡口部6的厚度方向的整个区域形成。

接下来,参照图4对第一旋转工具21与第二旋转工具22的详细配置进行说明。如上所述,第一旋转工具21与第二旋转工具22在行进方向上前后错位配置。此时,第一旋转工具21被按压于坡口部6的上表面,另外,第二旋转工具22被按压于坡口部6的下表面。因此,坡口部6被第一旋转工具21以及第二旋转工具22从厚度方向的两侧按压,所以为了抑制厚度方向的位置的变动,需要将第一旋转工具21与第二旋转工具22配置为能够相互赋予反作用力。

因此,第一旋转工具21以及第二旋转工具22为了相互赋予反作用力而在第一肩部35与第二肩部45的至少一部分在厚度方向上重叠的范围内错位配置。更具体而言,如图4所示,若将第一旋转轴I1与第二旋转轴I2之间的距离设为L,将第一肩部35的直径设为D1,将第一前端面32a的直径设为d1,将第二肩部45的直径设为D2,将第二前端面42a的直径设为d2,则第一旋转工具21以及第二旋转工具22以成为规定范围的方式错位配置。

这里,第一旋转轴I1与第二旋转轴I2平行,距离L是在与第一旋转轴I1以及第二旋转轴I2正交的方向上将第一旋转轴I1以及第二旋转轴I2连结的长度。另外,直径D1以及直径d1是以第一旋转轴I1为中心的直径,同样,直径D2以及直径d2是以第二旋转轴I2为中心的直径。

在(D1/2+d2/2)≤(D2/2+d1/2)的情况下,作为规定范围,距离L为(d1/2+d2/2)<L<(D1/2+d2/2)的范围。换句话说,在将第一肩部35的半径与第二探针42的第二前端面42a的半径相加而得的长度为将第二肩部45的半径与第一探针32的第一前端面32a的半径相加而得的长度以下的长度的情况下,距离L比将第一前端面32a的半径与第二前端面42a的半径相加而得的长度长,比将第一肩部35的半径与第二前端面42a的半径相加而得的长度短。

另外,在(D1/2+d2/2)≥(D2/2+d1/2)的情况下,作为规定范围,距离L为(d1/2+d2/2)<L<(D2/2+d1/2)的范围。换句话说,在将第一肩部35的半径与第二探针42的第二前端面42a的半径相加而得的长度为将第二肩部45的半径与第一探针32的第一前端面32a的半径相加而得的长度以上的长度的情况下,距离L比将第一前端面32a的半径与第二前端面42a的半径相加而得的长度长,比将第二肩部45的半径与第一探针32的第一前端面32a的半径相加而得的长度短。

因此,距离L为抑制第一旋转工具21与第二旋转工具22的物理性干涉并且使第一肩部35与第二肩部45在厚度方向上重叠的距离。

再次参照图1对第一按压旋转机构11以及第二按压旋转机构12进行说明。第一按压旋转机构11连结于第一旋转工具21,并通过控制部20来控制。第一按压旋转机构11使第一旋转工具21朝向坡口部6的上表面移动,并且使第一旋转工具21旋转。因此,第一按压旋转机构11以将第一旋转工具21的第一肩部35的第一肩面35a按压于坡口部6的上表面的状态使第一旋转工具21旋转。

第二按压旋转机构12与第一按压旋转机构11相同地构成,连结于第二旋转工具22,并通过控制部20来控制。第二按压旋转机构12使第二旋转工具22朝向坡口部6的下表面移动,并且使第二旋转工具22旋转。因此,第二按压旋转机构12以将第二旋转工具22的第二肩部45的第二肩面45a按压于坡口部6的下表面的状态使第二旋转工具22旋转。

第一移动机构13连结于第一旋转工具21,并通过控制部20来控制。第一移动机构13以未图示的第一马达为动力源,使第一旋转工具21沿着焊接线9上移动。此外,该第一马达连接于后述的工具负荷检测器16。

第二移动机构14与第一移动机构13相同地构成,连结于第二旋转工具22,并通过控制部20来控制。第二移动机构14以未图示的第二马达为动力源,使第二旋转工具22沿着焊接线9上移动。此外,该第二马达也连接于后述的工具负荷检测器16。

该第一移动机构13以及第二移动机构14使第一旋转工具21以及第二旋转工具22一边同步一边移动,另外使之以第一旋转工具21在行进方向的前方侧、第二旋转工具22在行进方向的后方侧的方式移动。

工具负荷检测器16具有对施加于第一移动机构13的第一马达的负荷进行检测的第一马达负荷检测器51和对施加于第二移动机构14的第二马达的负荷进行检测的第二马达负荷检测器52。第一马达负荷检测器51连接于控制部20,将施加于第一马达的负荷向控制部20输出。第二马达负荷检测器52连接于控制部20,将施加于第二马达的负荷向控制部20输出。

控制部20与第一按压旋转机构11、第二按压旋转机构12、第一移动机构13以及第二移动机构14连接,分别控制各机构11、12、13、14。另外,控制部20与第一马达负荷检测器51以及第二马达负荷检测器52连接,基于各检测器51、52的检测结果分别控制各机构11、12、13、14。

具体地说,控制部20控制第一按压旋转机构11以及第二按压旋转机构12,从而以对夹在第一旋转工具21与第二旋转工具22之间的坡口部6的载荷成为规定的载荷的方式使第一旋转工具21以及第二旋转工具22朝向坡口部6移动。此时,控制部20使第一旋转工具21以及第二旋转工具22的按压力平衡,以维持坡口部6的厚度方向的位置。另外,控制部20控制第一按压旋转机构11以及第二按压旋转机构12,从而以第一旋转工具21以及第二旋转工具22的旋转方向彼此成为相反方向且第一旋转工具21以及第二旋转工具22变为规定的旋转速度的方式进行旋转控制。

另外,控制部20控制第一移动机构13以及第二移动机构14,使第一旋转工具21以及第二旋转工具22沿着焊接线9上向规定的行进方向移动。此时,控制部20使它们以第一旋转工具21在行进方向的前方侧、第二旋转工具22在行进方向的后方侧的方式移动。

这里,在使第一旋转工具21以及第二旋转工具22移动的情况下,在焊接线9上的行进方向上,存在第一旋转工具21与第二旋转工具22接触等而对第一旋转工具21以及第二旋转工具22施加较大负荷的可能性。此时,控制部20通过基于第一马达负荷检测器51以及第二马达负荷检测器52的检测结果控制第一移动机构13以及第二移动机构14来调整第一旋转工具21以及第二旋转工具22在行进方向上的位置,以使第一旋转工具21以及第二旋转工具22为非接触状态。具体地说,由于第一旋转工具21与第二旋转工具22相比位于行进方向的前方侧,因此在由第二马达负荷检测器52检测出的第二马达的负荷变大、由第一马达负荷检测器51检测出的第一马达的负荷变小的情况下,控制部20判断为第二旋转工具22向行进方向按压第一旋转工具21。在该情况下,控制部20控制第一移动机构13以及第二移动机构14中的至少一方,使第一旋转工具21的移动速度比第二旋转工具22的移动速度相对地快规定时间,使第一旋转工具21与第二旋转工具22分离。

接下来,参照图9对使用实施例1的摩擦搅拌接合装置1的摩擦搅拌接合方法进行说明。注意,摩擦搅拌接合的一对金属板5预先成为图8所示的状态。换句话说,一对金属板5在使端面对接而形成坡口部6的状态下,成为利用一对引板7临时接合(临时连接(仮付け))的状态。此时,在一个引板7上形成有两个有底孔8a、8b。两个有底孔8a、8b为摩擦搅拌接合装置1的接合开始点,一个有底孔8a形成于引板7的上表面,另一个有底孔8b形成于引板7的下表面。在上方侧的有底孔8a中插入第一旋转工具21的第一探针32。此时,上方侧的有底孔8a的容积为比第一探针32的体积小的容积,以免利用第一旋转工具21摩擦搅拌后的金属材料不足。另外,在下方侧的有底孔8b中插入第二旋转工具22的第二探针42。此时,与上方侧的有底孔8a相同,下方侧的有底孔8b的容积为比第二探针42的体积小的容积,以免利用第二旋转工具22摩擦搅拌后的金属材料不足。

在使用摩擦搅拌接合装置1进行摩擦搅拌接合的情况下,首先,控制部20控制第一按压旋转机构11以及第二按压旋转机构12,在预先形成于引板7的接合开始点处的两个有底孔8a、8b中插入第一旋转工具21以及第二旋转工具22。此时,第一旋转工具21以及第二旋转工具22既可以同时插入于两个有底孔8a、8b,也可以一个一个地插入。然后,控制部20控制第一按压旋转机构11以及第二按压旋转机构12,使第一旋转工具21与第二旋转工具22旋转(步骤S1:旋转工序)。

接着,控制部20控制第一按压旋转机构11、第二按压旋转机构12、第一移动机构13以及第二移动机构14,相对地调整第一旋转工具21与第二旋转工具22在厚度方向上的插入位置和在行进方向上的前后位置(步骤S2:位置调整工序)。具体地说,控制部20一边控制第一旋转工具21以及第二旋转工具22在厚度方向上的插入位置,一边以使对坡口部6赋予的载荷成为规定的载荷的方式控制第一按压旋转机构11以及第二按压旋转机构12。另外,控制部20一边控制第一旋转工具21以及第二旋转工具22在行进方向上的前后位置,一边基于工具负荷检测器16的检测结果,以使第一旋转工具21与第二旋转工具22之间的距离L达到规定的距离的方式控制第一移动机构13以及第二移动机构14。

之后,控制部20控制第一移动机构13以及第二移动机构14,使第一旋转工具21以及第二旋转工具22从一个引板7的接合开始点在焊接线9上通过并移动至另一个引板7上的接合结束点(步骤S3:摩擦搅拌接合工序)。此时,由于第一旋转工具21配置于行进方向的前方侧,第二旋转工具22配置于行进方向的后方侧,因此,在该摩擦搅拌接合工序S3中,先行形成第一搅拌区域E1,然后形成第二搅拌区域E2。由此,在该摩擦搅拌接合工序中,同时执行利用第一旋转工具21进行的摩擦搅拌接合(第一摩擦搅拌接合工序)和利用第二旋转工具22进行的摩擦搅拌接合(第二摩擦搅拌接合工序)。此外,在该摩擦搅拌接合工序S3中,如上所述,控制部20通过控制第一移动机构13以及第二移动机构14而对第一旋转工具21以及第二旋转工具22的移动速度进行调整,由此以使第一旋转工具21与第二旋转工具22成为非接触状态的方式调整相对位置。

然后,若第一旋转工具21以及第二旋转工具22到达接合结束点,则控制部20控制第一按压旋转机构11以及第二按压旋转机构12,一边使第一旋转工具21以及第二旋转工具22旋转,一边将第一旋转工具21以及第二旋转工具22从另一个引板7抽出(步骤S4:抽出工序)。

如上,根据实施例1,在摩擦搅拌接合工序S3中,能够在坡口部6形成第一搅拌区域E1以及第二搅拌区域E2。而且,能够使所形成的第一搅拌区域E1与第二搅拌区域E2在坡口部6的厚度方向上重叠。因此,能够利用第一旋转工具21与第二旋转工具22横跨坡口部6的厚度方向的整个区域进行摩擦搅拌接合。由此,在实施例1中,由于不会在第一旋转工具21与第二旋转工具22之间形成规定的间隙,因此能够抑制接合缺陷部的产生。另外,即使坡口部6的厚度变化,也只要使第一搅拌区域E1与第二搅拌区域E2重叠的重叠区域E3在厚度方向上变化即可,因此不需要改变第一旋转工具21以及第二旋转工具22的长度,因此能够抑制对各旋转工具21、22的负荷增大。由上,在实施例1中,即使一对金属板5的坡口部6中的厚度变化,也能够抑制施加于各旋转工具21、22的负荷并且抑制接合缺陷部的产生,适当地进行坡口部6的摩擦搅拌接合。

另外,根据实施例1,通过在第一旋转工具21的第一前端面32a以及第二旋转工具22的第二前端面42a与焊接线9交叉的状态下使第一旋转工具21以及第二旋转工具22在焊接线9上移动,能够形成第一搅拌区域E1以及第二搅拌区域E2。因此,能够在使一对金属板5对接而成的对接面上横跨厚度方向的整个区域地形成第一搅拌区域E1以及第二搅拌区域E2,因此能够抑制接合缺陷部的产生。

另外,根据实施例1,能够同时执行利用第一旋转工具21进行的摩擦搅拌接合和利用第二旋转工具22进行的摩擦搅拌接合。此时,通过将第一旋转工具21与第二旋转工具22在行进方向上前后错位配置,能够抑制第一旋转工具21与第二旋转工具22的物理性干涉。

另外,根据实施例1,由于第一旋转工具21以及第二旋转工具22能够夹着坡口部6相互赋予反作用力,因此能够将坡口部6的厚度方向上的位置维持在规定的位置,并且适当地对坡口部6进行摩擦搅拌。

另外,根据实施例1,由于能够使第一旋转工具21与第二旋转工具22之间的距离L为上述规定的范围,因此能够相互更可靠地赋予反作用力。

另外,根据实施例1,能够使第一旋转工具21的旋转方向与第二旋转工具22的旋转方向为相反方向。因此,在第一旋转工具21的行进方向的前方侧对坡口部6赋予载荷的方向与在第二旋转工具22的行进方向的前方侧对坡口部6赋予载荷的方向为相反方向。因此,能够将第一旋转工具21对坡口部6的载荷和第二旋转工具22对坡口部6的载荷抵消,因此能够抑制对坡口部6的载荷不平衡。另外,能够在第一旋转工具21与第二旋转工具22之间,使被摩擦搅拌的金属材料的流动方向为一个方向。因此,能够使被摩擦搅拌的金属材料顺畅地流动。

另外,根据实施例1,由于能够使第一旋转工具21与第二旋转工具22为相同的形状,因此能够使利用第一旋转工具21以及第二旋转工具22进行的摩擦搅拌的条件在坡口部6的厚度方向的两侧为大致相同的条件,能够适当地进行坡口部6的摩擦搅拌接合。

注意,虽然在实施例1中,第一旋转工具21与第二旋转工具22为相同的形状,但第一旋转工具21与第二旋转工具22也可以是不同的形状,只要可将第一探针32与第二探针42在坡口部6的厚度方向上相互重叠地配置即可。例如,既可以使第一旋转工具21的第一探针32的长度比第二旋转工具22的第二探针42的长度长,也可以使第二旋转工具22的第二探针42的长度比第一旋转工具21的第一探针32的长度长。

另外,虽然在实施例1中,第一旋转轴I1和第二旋转轴I2与坡口部6的上下两面正交地配置,但也可以将第一旋转工具21的第一旋转轴I1相对于坡口部6的上表面倾斜规定的角度地配置,同样,将第二旋转工具22的第二旋转轴I2相对于坡口部6的下表面倾斜规定的角度地配置。规定的角度例如是比0°大且为3°以下的范围的角度。根据该结构,能够使第一旋转工具21的第一旋转轴I1以及第二旋转工具22的第二旋转轴I2相对于坡口部6的上下两面倾斜,因此各肩部35、45的各肩面35a、45a以倾斜的形态抵靠于坡口部6的上下两面,因此能够积极地搅拌坡口部6。

另外,虽然在实施例1中,第一旋转工具21与第二旋转工具22在行进方向上前后错位配置,但也可以采用图10所示的变形例1。图10是示意地表示实施例1的变形例1的摩擦搅拌接合装置的一部分的概略结构图。如图10所示,在变形例1的摩擦搅拌接合装置1中,第一旋转工具21与第二旋转工具22在与坡口部6的厚度方向正交的正交面内在行进方向上前后错位配置,而且在与行进方向正交的宽度方向上左右错位配置。此外,在变形例中,第一旋转工具21以及第二旋转工具22也是以第一前端面32a以及第二前端面42a与焊接线9交叉的方式配置。

根据该变形例1,第一旋转工具21与第二旋转工具22在宽度方向上左右错开位置,相应地,第一旋转工具21与第二旋转工具22之间的距离L变大,因此能够使第一旋转工具21与第二旋转工具22在行进方向上靠近。因此,通过将第一旋转工具21与第二旋转工具22在宽度方向上左右错位配置,能够更适当地抑制第一旋转工具21与第二旋转工具22的物理性干涉。

实施例2

接下来,参照图11至图14对实施例2的摩擦搅拌接合装置100进行说明。图11是示意地表示实施例2的摩擦搅拌接合装置的概略结构图。图12是表示摩擦搅拌接合时的行进方向的俯视图。图13是表示实施例2的摩擦搅拌接合装置的摩擦搅拌接合动作的说明图。图14是实施例2的摩擦搅拌接合方法的流程图。注意,在实施例2中,为了避免重复的记载,对与实施例1不同的部分进行说明,并且对与实施例1结构相同的部分标记相同的附图标记。在实施例1的摩擦搅拌接合装置1中,同时形成了第一搅拌区域E1和第二搅拌区域E2,但在实施例2的摩擦搅拌接合装置100中,在形成第一搅拌区域E1之后,形成第二搅拌区域E2。以下,对实施例2的摩擦搅拌接合装置100进行说明。

如图11所示,在实施例2的摩擦搅拌接合装置100中,摩擦搅拌工具10具有旋转工具101与反作用力旋转工具102,另外,摩擦搅拌接合装置100还具备使旋转工具101与反作用力旋转工具102的位置反转的反转机构103。

旋转工具101被反转机构103在坡口部6的上方侧与下方侧之间反转位置。因此,旋转工具101在夹着坡口部6配置于厚度方向的上方侧的情况下作为实施例1的第一旋转工具21发挥功能,在夹着坡口部6配置于厚度方向的下方侧的情况下作为实施例1的第二旋转工具22发挥功能。旋转工具101以第一旋转轴I1为中心旋转,并且被按压于坡口部6的上下一面。

反作用力旋转工具102夹着坡口部6配置于旋转工具101的相反侧。反作用力旋转工具102被反转机构103在坡口部6的上方侧与下方侧之间反转位置。因此,反作用力旋转工具102在旋转工具101作为第一旋转工具21发挥功能的情况下,作为对旋转工具101赋予反作用力的第一反作用力旋转工具发挥功能。另外,反作用力旋转工具102在旋转工具101作为第二旋转工具22发挥功能的情况下,作为对旋转工具101赋予反作用力的第二反作用力旋转工具发挥功能。反作用力旋转工具102以第二旋转轴I2为中心旋转,并且被按压于与旋转工具101相反一侧的坡口部6的上下一面。

此时,旋转工具101的第一旋转轴I1和反作用力旋转工具102的第二旋转轴I2沿铅垂方向设置在同轴上。因此,第一旋转轴I1以及第二旋转轴I2与坡口部6的上下面正交。以下,对旋转工具101以及反作用力旋转工具102进行说明。注意,旋转工具101为与实施例1的第一旋转工具21以及第二旋转工具22大致相同的结构,因此省略一部分说明。

旋转工具101具有工具主体111和探针112。工具主体111与实施例1相同,形成为圆柱形状,在成为反作用力旋转工具102侧的前端侧形成有肩部115。探针112被设为从工具主体111的肩部115向前端侧突出。探针112在坡口部6的厚度方向上的长度形成为比坡口部6的厚度的一半长。

反作用力旋转工具102形成为圆柱形状,成为坡口部6侧的前端侧的面是与坡口部6抵接的圆形的抵接面102a。该抵接面102a为平坦面。反作用力旋转工具102以抵接面102a接触于坡口部6的状态旋转,由此对旋转工具101赋予反作用力,并对坡口部6赋予摩擦带来的热量。注意,虽然在实施例2中抵接面102a为平坦面,但并不特别限定于该形状,也可以通过将实施例1的槽形状的凹部36形成于抵接面102a的整个面而设为凹凸面。

旋转工具101与反作用力旋转工具102夹着坡口部6对置地配置,第一旋转轴I1与第二旋转轴I2同轴。此时,旋转工具101与反作用力旋转工具102在坡口部6的厚度方向上隔开规定间隙对置。旋转工具101与反作用力旋转工具102的旋转方向既可以互为相反方向,也可以是相同的方向。

这里,利用被反转机构103反转前的旋转工具101形成于坡口部6的第一搅拌区域E1和利用反转后的旋转工具101形成于坡口部6的第二搅拌区域E2与实施例1的图2所示的区域相同。

注意,旋转工具101与反作用力旋转工具102在厚度方向上设有规定的间隙,因此在沿着焊接线9上向行进方向移动的情况下,接触的可能性较低。因此,也可以省略控制部20利用工具负荷检测器16进行的移动控制。

反转机构103使旋转工具101以及反作用力旋转工具102夹着坡口部6将厚度方向上的上下两侧的位置反转。并且,反转前的旋转工具101连结于第一按压旋转机构11,利用第一移动机构13移动。另外,反转前的反作用力旋转工具102连结于第二按压旋转机构12,利用第二移动机构14移动。另一方面,反转后的旋转工具101连结于第二按压旋转机构12,利用第二移动机构14移动。另外,反转后的反作用力旋转工具102连结于第一按压旋转机构11,利用第一移动机构13移动。注意,该反转机构103虽然使旋转工具101以及反作用力旋转工具102反转,但并不特别限定于该结构,也可以连带第一按压旋转机构11以及第二按压旋转机构12一起反转,还可以连带第一移动机构13以及第二移动机构14一起反转。

接下来,参照图12至图14对使用实施例2的摩擦搅拌接合装置100的摩擦搅拌接合方法进行说明。如图12所示,在实施例2中,形成第一搅拌区域E1的反转前的旋转工具101的行进方向(后述步骤S13中的行进方向)与形成第二搅拌区域E2的反转后的旋转工具101的行进方向(后述步骤S18中的行进方向)为相反方向。这里,被摩擦搅拌接合的一对金属板5虽然与实施例1相同,但反转前后的行进方向为相反方向的情况下,形成于引板7的两个有底孔8a、8b中一个有底孔8a形成于一个引板7,另一个有底孔8b形成于另一个引板7。换句话说,在实施例2中,一个有底孔8a形成于一个引板7的上表面,另一个有底孔8b形成于另一个引板7的下表面。

在使用摩擦搅拌接合装置100进行摩擦搅拌接合的情况下,首先,控制部20控制第一按压旋转机构11,将反转前的旋转工具101插入到预先形成于一个引板7的接合开始点处的上方侧的有底孔8a中。另外,控制部20控制第二按压旋转机构12,使反转前的反作用力旋转工具102抵接于与旋转工具101相反的一侧(下方侧)的坡口部6。然后,控制部20控制第一按压旋转机构11以及第二按压旋转机构12,使旋转工具101与反作用力旋转工具102旋转(步骤S11:旋转工序)。

接着,控制部20控制第一按压旋转机构11、第二按压旋转机构12、第一移动机构13以及第二移动机构14,相对地调整旋转工具101与反作用力旋转工具102在厚度方向上的位置和在行进方向上的前后位置(步骤S12:位置调整工序)。具体地说,控制部20一边控制旋转工具101以及反作用力旋转工具102在厚度方向上的位置,一边以使对坡口部6赋予的载荷成为规定的载荷的方式控制第一按压旋转机构11以及第二按压旋转机构12。另外,控制部20控制第一移动机构13以及第二移动机构14,以对旋转工具101以及反作用力旋转工具102在行进方向上的前后位置进行控制,使第一旋转轴I1与第二旋转轴I2同轴。

之后,如图13所示,控制部20控制第一移动机构13以及第二移动机构14,使旋转工具101以及反作用力旋转工具102从一个引板7的接合开始点在焊接线9上通过并移动至另一个引板7上的接合结束点(步骤S13:第一摩擦搅拌接合工序)。此时,由于旋转工具101配置于坡口部6的厚度方向的上方侧,因此在第一摩擦搅拌接合工序中形成第一搅拌区域E1。另外,在坡口部6的厚度方向的下方侧,也通过反作用力旋转工具102与坡口部6之间的发热使坡口部6的下表面平坦,并且在坡口部6的下表面形成1mm以下的临时接合搅拌区域E4,成为在坡口部6的下方侧进行了临时连接接合的状态。

然后,若旋转工具101以及反作用力旋转工具102到达接合结束点,则控制部20控制第一按压旋转机构11以及第二按压旋转机构12,一边使旋转工具101以及反作用力旋转工具102旋转,一边将旋转工具101以及反作用力旋转工具102从另一个引板7抽出(步骤S14:抽出工序)。

接着,如图13所示,控制部20控制反转机构103,进行使旋转工具101以及反作用力旋转工具102在厚度方向上的位置夹着坡口部6而反转的反转工序(工具反转工序)(步骤S15)。换句话说,反转机构103夹着坡口部6而使位于上方侧的旋转工具101位于下方侧,使位于下方侧的反作用力旋转工具102位于上方侧。因此,维持一对金属板5的位置。

接着,控制部20控制第二按压旋转机构12,在预先形成于另一个引板7的接合开始点处的下方侧的有底孔8b中插入反转后的旋转工具101。另外,控制部20控制第二按压旋转机构12,使反转后的反作用力旋转工具102抵接于与旋转工具101相反一侧(上方侧)的坡口部6。然后,控制部20控制第一按压旋转机构11以及第二按压旋转机构12,使旋转工具101与反作用力旋转工具102旋转(步骤S16:旋转工序)。

接着,与步骤S12相同,由控制部20控制第一按压旋转机构11、第二按压旋转机构12、第一移动机构13以及第二移动机构14,相对地调整旋转工具101与反作用力旋转工具102在厚度方向上的位置和在行进方向上的前后位置(步骤S17:位置调整工序)。

之后,如图13所示,由控制部20控制第一移动机构13以及第二移动机构14,使旋转工具101以及反作用力旋转工具102从另一个引板7的接合开始点在焊接线9上通过并移动至一个引板7上的接合结束点(步骤S18:第二摩擦搅拌接合工序)。此时,由于旋转工具101配置于坡口部6的厚度方向的下方侧,因此在第二摩擦搅拌接合工序中,与旋转工具101的长度对应的第二搅拌区域E2形成为与临时接合搅拌区域E4重合。

然后,若旋转工具101以及反作用力旋转工具102到达接合结束点,则控制部20控制第一按压旋转机构11以及第二按压旋转机构12,一边使旋转工具101以及反作用力旋转工具102旋转,一边将旋转工具101以及反作用力旋转工具102从一个引板7抽出(步骤S19:抽出工序)。

这样,在摩擦搅拌接合方法中,由于是在执行第一摩擦搅拌接合工序S13之后,执行第二摩擦搅拌接合工序S18,因此是在坡口部6的上方侧形成了第一搅拌区域E1之后,在坡口部6的下方侧形成第二搅拌区域E2。此外,在第一摩擦搅拌接合工序S13以及第二摩擦搅拌接合工序S18中,控制部20通过控制第一移动机构13以及第二移动机构14而对旋转工具101以及反作用力旋转工具102的移动速度进行调整,由此以使第一旋转轴I1与第二旋转轴I2同轴的方式调整相对位置。

如上,根据实施例2,在第一摩擦搅拌接合工序S13中,能够使用旋转工具101与反作用力旋转工具102形成第一搅拌区域E1。另外,在第二摩擦搅拌接合工序S18中,能够使用旋转工具101与反作用力旋转工具102形成第二搅拌区域E2。此时,反作用力旋转工具102通过对旋转工具101赋予反作用力,能够抑制坡口部6在厚度方向上的位置的变动,另外,能够对坡口部6赋予旋转所带来的输入热量。而且,由于形成的第一搅拌区域E1与第二搅拌区域E2在坡口部6的厚度方向上重叠,因此能够横跨厚度方向的整个区域进行摩擦搅拌,能够抑制接合缺陷部的产生。另外,即使坡口部6的厚度变化,也只要使第一搅拌区域E1与第二搅拌区域E2重叠的重叠区域E3在厚度方向上变化即可,因此无需改变旋转工具101的长度,因此能够抑制对旋转工具101的负荷增大。由上,在实施例2中,即使一对金属板5的坡口部6中的厚度变化,也能够抑制施加于旋转工具101的负荷并且抑制接合缺陷部的产生,适当地进行坡口部6的摩擦搅拌接合。

另外,根据实施例2,在摩擦搅拌时,能够将抵接面102a所抵接的一侧的坡口部6的面平整为平坦面。因此,即使在金属材料5的坡口部6具有凹凸的情况下,也能够使反作用力旋转工具102紧贴于坡口部6,能够稳定地支承旋转工具101的反作用力,因此能够适当地进行摩擦搅拌接合。另外,由于反作用力旋转工具102接触坡口部6的接触面积与使平面状的背衬金属抵靠在坡口部6的情况相比更窄,因此能够减少向反作用力旋转工具102侧(背衬金属侧)逸出的热量,能够以较少的能量将坡口部6接合。

另外,根据实施例2,能够不使一对金属板5的位置反转地维持一对金属板5的位置。因此,能够在不进行一对金属板5的反转作业的情况下执行第一摩擦搅拌接合工序S13以及第二摩擦搅拌接合工序S18。

另外,根据实施例2,通过进行工具反转工序S15,能够利用旋转工具101形成第一搅拌区域E1以及第二搅拌区域E2。

另外,根据实施例2,当在坡口部6的上方侧形成第一搅拌区域E1时,在坡口部6的下方侧形成进行临时连接接合的临时接合搅拌区域E4,因此能够通过第一搅拌区域E1以及临时接合搅拌区域E4来抑制向未接合区域进入的异物。

另外,根据实施例2,能够使第一摩擦搅拌接合工序S13中的行进方向和第二摩擦搅拌接合工序S18中的行进方向为相反方向。因此,能够将反转前的旋转工具101以及反作用力旋转工具102的接合结束点作为反转后的旋转工具101以及反作用力旋转工具102的接合开始点。因此,能够减少旋转工具101以及反作用力旋转工具102的移动。此外,在第一摩擦搅拌接合工序S13中的行进方向和第二摩擦搅拌接合工序S18中的行进方向为相反方向的情况下,在第二摩擦搅拌工序S18的接合开始点会受到第一摩擦搅拌工序S13的输入热量所带来的影响,以金属材料被加热而发生了软化的状态将坡口部6接合,因此需要改变第一摩擦搅拌接合工序S13与第二摩擦搅拌工序S18中的条件,所以为了抑制输入热量所带来的影响,以便能够以相同的接合条件进行摩擦搅拌接合,也可以在摩擦搅拌接合装置100中设置对坡口部6进行冷却的冷却机构。该冷却机构既可以组装于旋转工具101以及反作用力旋转工具102的内部,也可以采用与旋转工具101以及反作用力旋转工具102分体的机构,不被特别限定。

注意,虽然在实施例2中使旋转工具101以及反作用力旋转工具102反转而形成了第一搅拌区域E1以及第二搅拌区域E2,但并不特别限定于该结构。摩擦搅拌工具10也可以是分别具有形成第一搅拌区域E1的第一旋转工具以及第一反作用力旋转工具和形成第二搅拌区域E2的第二旋转工具以及第二反作用力旋转工具的结构。

另外,虽然在实施例2中,第一摩擦搅拌接合工序S13中的旋转工具101的行进方向和第二摩擦搅拌接合工序S18中的旋转工具101的行进方向为相反方向,但也可以采用图15所示的变形例2。图15是表示实施例2的变形例2的摩擦搅拌接合时的行进方向的俯视图。如图15所示,在变形例2中,第一摩擦搅拌接合工序S13中的旋转工具101的行进方向和第二摩擦搅拌接合工序S18中的旋转工具101的行进方向为相同的方向。

另外,虽然在实施例2中,反作用力旋转工具102的抵接面102a为平坦面,但也可以采用图16所示的变形例3。图16是示意地表示实施例2的变形例3的摩擦搅拌接合装置的一部分的概略结构图。如图16所示,在变形例3的反作用力旋转工具102上形成有从其抵接面102a突出的突起部102b。该突起部102b在厚度方向上形成为比旋转工具101的探针112的长度短,并形成为比坡口部6的厚度的一半短。因此,在旋转工具101的探针112和反作用力旋转工具102的突起部102b之间形成规定的间隙。

这样,根据变形例3,能够利用突起部102b对抵接面102a所抵接的一侧的坡口部6的面进行摩擦搅拌接合。因此,例如在第一摩擦搅拌接合工序S13后进行第二摩擦搅拌接合工序S18的情况下,与无突起的情况相比,能够利用反转前的反作用力旋转工具102先于反转后的旋转工具101的摩擦搅拌更稳固地对坡口部6的下方侧的面进行临时接合(临时连接接合)。因此,能够通过临时接合抑制坡口部6的下方侧开放,因此能够利用反转后的旋转工具101适当地对坡口部6的下方侧进行摩擦搅拌。

另外,虽然在实施例2中,利用反转机构103使旋转工具101以及反作用力旋转工具102夹着坡口部6将厚度方向的上下两侧的位置反转,但也可以采用图17所示的变形例4。图17是表示实施例2的变形例4的摩擦搅拌接合装置的摩擦搅拌接合动作的说明图。如图17所示,在变形例4中,使一对金属板5在厚度方向上反转。因此,在变形例4中,在第一摩擦搅拌接合工序S13中,在坡口部6的上方侧形成第一搅拌区域E1,当一对金属板5反转之后,在第二摩擦搅拌接合工序S18中,在坡口部6的上方侧形成第二搅拌区域E2。

这里,参照图17对变形例4的摩擦搅拌接合方法进行说明。注意,在变形例4中,采用将变形例2以及变形例3组合的摩擦搅拌接合方法。变形例4的摩擦搅拌接合方法的第一摩擦搅拌接合工序S13、反转工序S15以及第二摩擦搅拌接合工序S18与实施例2不同,因此对这些工序进行说明。

在第一摩擦搅拌接合工序S13中,控制部20控制第一移动机构13以及第二移动机构14,使旋转工具101以及反作用力旋转工具102从一个引板7的接合开始点在焊接线9上通过并移动至另一个引板7上的接合结束点(步骤S13:第一摩擦搅拌接合工序)。此时,由于旋转工具101配置于坡口部6的厚度方向的上方侧,因此在第一摩擦搅拌接合工序S13中,在坡口部6的上方侧形成第一搅拌区域E1。另外,由于反作用力旋转工具102配置于坡口部6的厚度方向的下方侧,因此在第一摩擦搅拌接合工序S13中,通过利用突起部102b对坡口部6的下方侧进行摩擦搅拌接合,形成临时接合搅拌区域E4进行临时接合。

在反转工序(材料反转工序)S15中,一对金属板5在其厚度方向上被反转。通过使一对金属板5反转,使得坡口部6的下方侧成为第一搅拌区域E1,另一方面,坡口部6的上方侧成为临时接合搅拌区域E4。

在第二摩擦搅拌接合工序S18中,控制部20控制第一移动机构13以及第二移动机构14,使旋转工具101以及反作用力旋转工具102从一个引板7的接合开始点在焊接线9上通过并移动至另一个引板7上的接合结束点(步骤S18:第二摩擦搅拌接合工序)。因此,第二摩擦搅拌接合工序S18中的旋转工具101的行进方向为与第一摩擦搅拌接合工序S13相同的行进方向。此时,由于旋转工具101位于坡口部6的厚度方向的上方侧,因此在第二摩擦搅拌接合工序S18中,在坡口部6的上方侧,与临时接合搅拌区域E4重合地形成第二搅拌区域E2。此外,由于反作用力旋转工具102位于坡口部6的厚度方向的下方侧,因此在第二摩擦搅拌接合工序S18中,利用突起部102b对坡口部6的下方侧进行摩擦搅拌接合。

这样,根据变形例4,通过使一对金属板5反转,能够使用旋转工具101与反作用力旋转工具102形成第一搅拌区域E1以及第二搅拌区域E2。因此,能够在不使旋转工具101以及反作用力旋转工具102的位置反转的情况下,通过使一对金属板5的位置反转来执行第一摩擦搅拌接合工序S13以及第二摩擦搅拌接合工序S18。另外,反作用力旋转工具102与旋转工具101相比旋转所需要的力较低,因此还能够减少进行旋转驱动的马达的输出。

实施例3

接下来,参照图18以及图19对实施例3的摩擦搅拌接合装置120进行说明。图18是利用实施例3的摩擦搅拌接合装置修补的接合部的说明图。图19是表示实施例3的摩擦搅拌接合装置的修补动作的说明图。注意,在实施例3中,为了避免重复的记载,对与实施例1以及2不同的部分进行说明,并且对与实施例1以及2结构相同的部分标注相同的附图标记。实施例3的摩擦搅拌接合装置120为能够修补产生于接合部121(实施例1以及实施例2中摩擦搅拌接合后的坡口部6)的接合缺陷部122的结构。以下,在说明实施例3的摩擦搅拌接合装置120前对接合缺陷部122进行说明。

如图18所示,在摩擦搅拌接合后的接合部121,在厚度方向上的规定的范围内形成有一对金属板5的未接合部分即接合缺陷部122,该接合缺陷部122横跨行进方向形成。换句话说,接合缺陷部122形成于接合部121的内部,且以厚度方向上的高度不变化的方式在行进方向上延伸形成。

如图19所示,修补图18所示的接合缺陷部122的摩擦搅拌接合装置120的摩擦搅拌工具10具有修补用旋转工具131与反作用力旋转工具132。

修补用旋转工具131夹着接合部121配置于形成有接合缺陷部122的一侧。修补用旋转工具131以第一旋转轴I1为中心旋转,并且被按压于接合部121的一侧的面(图19的上表面)。

反作用力旋转工具132与实施例2的反作用力旋转工具102相同,其夹着接合部121配置于修补用旋转工具131的相反侧。反作用力旋转工具132以第二旋转轴I2为中心旋转,并且被按压于与修补用旋转工具131相反一侧的接合部121的另一侧的面(图19的下表面)。

另外,修补用旋转工具131的第一旋转轴I1和反作用力旋转工具132的第二旋转轴I2沿铅垂方向同轴设置。以下,对修补用旋转工具131以及反作用力旋转工具132进行说明。注意,反作用力旋转工具132为与实施例2的反作用力旋转工具102相同的结构,因此省略说明。

修补用旋转工具131具有工具主体141和探针142。工具主体141形成为圆柱形状,在成为反作用力旋转工具132侧的前端侧形成有肩部145。探针142被设为从工具主体141的肩部145向前端侧突出。探针142在接合部121的厚度方向上的长度为从接合部121的一侧的面到达接合部121的内部并且覆盖接合缺陷部122的长度。具体地说,探针142在接合部121的厚度方向上的长度形成为比接合部121的厚度的一半短。

此外,修补用旋转工具131连结于第一按压旋转机构11,并通过第一移动机构13移动。另外,反作用力旋转工具132连结于第二按压旋转机构12,并通过第二移动机构14移动。

在使用上述的摩擦搅拌接合装置120进行接合部121的修补的情况下,控制部20控制第一按压旋转机构11,将修补用旋转工具131按压于成为形成有接合缺陷部122的一侧的、接合部121的一侧的面。另外,控制部20控制第二按压旋转机构12,将反作用力旋转工具132按压于成为修补用旋转工具131的相反侧的、接合部121的另一侧的面。此外,在进行修补的情况下,也可以与实施例1以及2相同地使用形成了有底孔的引板。此时,控制部20一边控制修补用旋转工具131与反作用力旋转工具132在厚度方向上的位置,一边以使对接合部121赋予的载荷成为规定的载荷的方式控制第一按压旋转机构11以及第二按压旋转机构12。然后,控制部20控制第一移动机构13以及第二移动机构14,使修补用旋转工具131以及反作用力旋转工具132以形成接合部121的方向作为行进方向而移动。此时,修补用旋转工具131由于探针142形成为在厚度方向上覆盖接合缺陷部122的长度,因此能够在厚度方向上对接合缺陷部122进行摩擦搅拌接合,另外,能够在行进方向上对接合缺陷部122进行摩擦搅拌接合。

如上,根据实施例3,能够使用修补用旋转工具131与反作用力旋转工具132对产生于接合部121的接合缺陷部122进行修补。此时,反作用力旋转工具132通过对修补用旋转工具131赋予反作用力,能够抑制接合部121在厚度方向上的位置的变动,另外,能够对接合部121赋予旋转所带来的输入热量。

实施例4

接下来,参照图20以及图21对实施例4的摩擦搅拌接合装置150进行说明。图20是示意地表示实施例4的摩擦搅拌接合装置的一部分的概略结构图。图21是表示实施例4的摩擦搅拌接合装置的摩擦搅拌接合动作的说明图。注意,在实施例4中,避免重复的记载,也是对与实施例1至3不同的部分进行说明,并且对与实施例1至3结构相同的部分标注相同的附图标记。在实施例2的摩擦搅拌接合装置100中,通过利用反转机构103使旋转工具101与反作用力旋转工具102反转,形成了第一搅拌区域E1以及第二搅拌区域E2。在实施例4的摩擦搅拌接合装置150中,通过使分别设于旋转工具151以及反作用力旋转工具152的第一探针销162以及第二探针销172适当地突出/没入,形成第一搅拌区域E1以及第二搅拌区域E2。以下,对实施例4的摩擦搅拌接合装置150进行说明。

如图20所示,在实施例4的摩擦搅拌接合装置150中,摩擦搅拌工具10具有旋转工具151与反作用力旋转工具152。旋转工具151与反作用力旋转工具152夹着坡口部6配置于厚度方向的两侧。旋转工具151以第一旋转轴I1为中心旋转,反作用力旋转工具152以第二旋转轴I2为中心旋转,第一旋转轴I1与第二旋转轴I2同轴。

旋转工具151具有第一工具主体161和第一探针销162。第一工具主体161形成为圆柱形状,在成为反作用力旋转工具152侧的前端侧形成有第一肩部165。在第一工具主体161设有沿第一旋转轴I1贯通形成的第一插通孔166。

第一插通孔166是用于将第一探针销162穿过的孔。第一插通孔166横跨第一工具主体161的全长贯通形成。第一插通孔166的用与第一旋转轴I1正交的面截取的截面为圆形,第一插通孔166形成为以第一旋转轴I1为中心轴的中空圆柱形状。

第一探针销162旋转自如地插入于旋转工具151的第一插通孔166,且在第一旋转轴I1的轴向上移动自如。第一探针销162形成为截面为圆形的圆柱形状。第一探针销162的前端侧的部位从第一插通孔166突出。注意,第一探针销162既可以与第一工具主体161同步地旋转,还可以独立于第一工具主体161地旋转,不被特别限定。

在第一探针销162上,连接有使之在第一插通孔166内沿轴向移动并且使第一探针销162旋转的第一轴移动旋转机构167。第一轴移动旋转机构167连接于控制部20,通过利用控制部20控制第一轴移动旋转机构167,由此控制第一探针销162向轴向的移动与旋转。

反作用力旋转工具152为与旋转工具151相同的结构,其具有第二工具主体171和第二探针销172。此外,第二工具主体171与第一工具主体161相同,其形成有与第一肩部165相同的第二肩部175,并且形成有与第一插通孔166相同的第二插通孔176。另外,第二探针销172与第一探针销162相同,利用第二轴移动旋转机构177进行向轴向的移动与旋转。

这里,旋转工具151根据第一探针销162的突出长度作为形成第一搅拌区域E1的旋转工具(第一旋转工具)发挥功能,或作为对形成第二搅拌区域E2的旋转工具赋予反作用力的反作用力旋转工具(第二反作用力旋转工具)发挥功能。另外,反作用力旋转工具152根据第二探针销172的突出长度作为对形成第一搅拌区域E1的旋转工具赋予反作用力的反作用力旋转工具(第一反作用力旋转工具)发挥功能,或作为形成第二搅拌区域E2的旋转工具(第二旋转工具)发挥功能。换句话说,旋转工具151能够作为反作用力旋转工具进行动作,另外,反作用力旋转工具152能够作为旋转工具进行动作。

在形成第一搅拌区域E1的情况下,使旋转工具151的第一探针销162的突出长度比反作用力旋转工具152的第二探针销172的突出长度长。具体地说,第一探针销162以在坡口部6的厚度方向上的长度比坡口部6的厚度的一半长的方式从第一肩部165突出。此时,由于旋转工具151的第一旋转轴I1与反作用力旋转工具152的第二旋转轴I2同轴,因此在第一探针销162与第二探针销172之间形成规定的间隙。因此,第二探针销172以在坡口部6的厚度方向上的长度比坡口部6的厚度的一半短的方式从第二肩部175突出。

另一方面,在形成第二搅拌区域E2的情况下,使旋转工具151第一探针销162的突出长度比反作用力旋转工具152的第二探针销172的突出长度短。具体地说,第一探针销162以在坡口部6的厚度方向上的长度比坡口部6的厚度的一半短的方式从第一肩部165突出,从而使旋转工具151作为反作用力旋转工具发挥功能。第二探针销172以在坡口部6的厚度方向上的长度比坡口部6的厚度的一半长的方式从第二肩部175突出,从而使反作用力旋转工具152作为旋转工具发挥功能。

因此,形成第一搅拌区域E1时的旋转工具151和形成第二搅拌区域E2时的反作用力旋转工具152在坡口部6的厚度方向上在坡口部6的内部相互重叠。

这里,参照图21对实施例4的摩擦搅拌接合方法进行说明。注意,实施例4的摩擦搅拌接合方法与实施例2的第一摩擦搅拌接合工序S13以及第二摩擦搅拌接合工序S18不同,而且取代实施例2的反转工序S15而进行了交换工序S25,因此对这些工序进行说明。

在第一摩擦搅拌接合工序S13中,控制部20控制第一移动机构13以及第二移动机构14,使旋转工具151以及反作用力旋转工具152从一个引板7的接合开始点在焊接线9上通过并移动至另一个引板7上的接合结束点(步骤S13:第一摩擦搅拌接合工序)。此时,由于旋转工具151配置于坡口部6的厚度方向的上方侧,第一探针销162比第二探针销172长,因此在第一摩擦搅拌接合工序S13中,在坡口部6的上方侧形成第一搅拌区域E1。另外,由于反作用力旋转工具152配置于坡口部6的厚度方向的下方侧,第二探针销172比第一探针销162短,因此在第一摩擦搅拌接合工序S13中,通过对坡口部6的下方侧进行摩擦搅拌接合,形成临时接合搅拌区域E4进行临时接合。

在交换工序S25中,控制部20控制第一轴移动旋转机构167以及第二轴移动旋转机构177,使第一探针销162的突出长度和第二探针销172的突出长度分别改变,使第二探针销172的突出长度比第一探针销162长。因此,在交换工序S25中,将旋转工具151作为反作用力旋转工具,将反作用力旋转工具152作为旋转工具。另外,在交换工序S25中,能够在不将旋转工具151以及反作用力旋转工具152从坡口部6中抽出的情况下使第一探针销162以及第二探针销172的突出长度改变,因此能够节省实施例2的抽出工序S14。

在第二摩擦搅拌接合工序S18中,控制部20控制第一移动机构13以及第二移动机构14,使旋转工具151以及反作用力旋转工具152从另一个引板7的接合开始点在焊接线9上通过并移动至一个引板7上的接合结束点(步骤S18:第二摩擦搅拌接合工序)。因此,第一摩擦搅拌接合工序S13中的旋转工具151以及反作用力旋转工具152的行进方向和第二摩擦搅拌接合工序S18中的旋转工具151以及反作用力旋转工具152的行进方向为相反方向。此时,由于反作用力旋转工具152配置于坡口部6的厚度方向的下方侧,第二探针销172比第一探针销162长,因此在第二摩擦搅拌接合工序S18中,在坡口部6的下方侧与临时接合搅拌区域E4重合地形成第二搅拌区域E2。另外,由于旋转工具151配置于坡口部6的厚度方向的上方侧,第一探针销162比第二探针销172短,因此在第二摩擦搅拌接合工序S18中,坡口部6的上方侧被摩擦搅拌接合。

如上,根据实施例4,在交换工序S25中,通过分别使第一探针销162的突出长度和第二探针销172的突出长度改变,能够将旋转工具151作为反作用力旋转工具,将反作用力旋转工具152作为旋转工具。此时,由于无需抽出旋转工具151以及反作用力旋转工具152,因此能够缩短作业工序。

注意,在形成第一搅拌区域E1时,第二探针销172也可以不从第二肩部175突出,同样,在形成第二搅拌区域E2时,第一探针销162也可以不从第一肩部165突出。

另外,也可以使第一探针销162从第一肩部165露出的前端部为前部细的锥形状,第二探针销172也可以与第一探针销162相同地采用锥形状。

附图标记说明

1 摩擦搅拌接合装置

5 金属板

6 坡口部

7 引板

8a、8b 有底孔

9 焊接线

10 摩擦搅拌工具

11 第一按压旋转机构

12 第二按压旋转机构

13 第一移动机构

14 第二移动机构

16 工具负荷检测器

20 控制部

21 第一旋转工具

22 第二旋转工具

31 第一工具主体

32 第一探针

32a 第一前端面

35 第一肩部

35a 第一肩面

36 凹部

41 第二工具主体

42 第二探针

42a 第二前端面

45 第二肩部

45a 第二肩面

51 第一马达负荷检测器

52 第二马达负荷检测器

100 摩擦搅拌接合装置

101 旋转工具

102 反作用力旋转工具

102a 抵接面

102b 突起部

103 反转机构

111 工具主体

112 探针

115 肩部

120 摩擦搅拌接合装置

121 接合部

122 接合缺陷部

131 修补用旋转工具

132 反作用力旋转工具

141 工具主体

142 探针

145 肩部

150 摩擦搅拌接合装置

151 旋转工具

152 反作用力旋转工具

161 第一工具主体

162 第一探针销

165 第一肩部

166 第一插通孔

167 第一轴移动旋转机构

171 第二工具主体

172 第二探针销

175 第二肩部

176 第二插通孔

177 第二轴移动旋转机构

C 线

I1 第一旋转轴

I2 第二旋转轴

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