7〔％Mn)-16.9〔％Ni)+29.1〔％Si)+16.9〔％Cr)+290〔％As)+6.38 〔％W)
[0049]运里，〔％M)表示Μ元素的钢板中的含量(质量％)。
[0050] 6.根据上述5所述的钢板的摩擦揽拌接合方法，在旋转工具与后方加热装置之间， 配置用于冷却接合部的冷却装置对钢板进行冷却。
[0051] 7.-种钢板的接合接头的制造方法，其使用上述1~6中任一项所述的摩擦揽拌接 合方法。
[0052] 根据本发明，能够在快速的接合速度下进行无焊接缺陷、无工具破损等的钢板的 接合。
【附图说明】
[0053] 图1是表示将对接钢板实施摩擦揽拌接合时的通常的接合要领的图。
[0054] 图2是表示使用气体火焰作为加热装置时的摩擦揽拌接合要领的图。
[0055] 图3是表示在接合工具的行进方向的前方，在各种条件下对钢板进行加热的同时 实施接合时的、在接合开始位置的溫度条件与有无接合缺陷、工具破损及接头效率的关系 的图。
[0056] 图4是表示本发明的实施中使用的摩擦揽拌接合装置的图。
【具体实施方式】
[0057] W下，具体说明本发明。
[0058] 本发明设及一种摩擦揽拌接合，将旋转工具插入使二个W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，利用该旋转工具与上述钢板的摩 擦热引起的钢板的软化和揽拌而产生的塑性流动对钢板彼此进行接合。此时，作为使用的 摩擦揽拌接合装置，只要是对旋转工具进行加压、旋转而能够将钢板接合的装置，可W是任 何装置，不限于位置控制、加压控制等的控制方法。
[0059] 作为旋转工具，通常可使用具有被称为肩部的平坦部和与肩部同屯、的被称为探头 的突起的工具。与探头的形状无关，可W实施螺钉状的螺旋等加工。另外，材质也没有特别 限定，但优选为陶瓷、高溫强度优异的金属材料。
[0060] 图3示出了对在接合工具的行进方向的前方在各种条件下对钢板加热的同时实施 接合时的、在接合开始位置的溫度条件与有无接合缺陷、工具破损W及接头效率的关系进 行调查的结果。该数据如下而得，即，使用肩部直径d为12mm的接合工具，W接合速度：Im/ min、在Aci溫度为720°C下、对板厚为1.0~3.0mm的钢板，实施各种对接或重叠的接合。
[0061] 如同图所示，在接合开始位置，在与行进方向垂直的方向的表面生成溫度分布，将 其中的最高溫度设为Τυ时，该化满足如下范围：
[0062] 〇.6XTac1<Tu<1.8XTac1
[0063] 并且，在超过溫度化（=0.6 X TacI)的加热区域的宽度L相对于旋转工具的肩部的 直径d满足如下关系时，
[0064] 0.3Xd<L<2.0Xd
[0065] 没有产生接合缺陷和工具破损，并且作为接头效率，能够得到接头强度超过母材 强度的8成的高强度接头。
[0066] 在此，TaeI是使用钢板的添加元素量按下式定义的溫度，相当于钢的Aci点。
[0067] TAci = 723-10.7〔％Mn)-16.9〔％Ni)+29.1〔％Si)+16.9〔％Cr)+290〔％As)+6.38 〔％w)
[006引运里，〔％M)表示Μ元素的钢板中的含量(质量％)。
[0069] 通过提高溫度使最高溫度Τυ超过0.6 X TacI，从而能够通过钢板的适当软化进行高 速接合。另一方面，如果该最高溫度Τυ提高到l.SXTAelW上，则作为摩擦揽拌接合的原理的 塑性流动反而减少，成为焊接缺陷的原因。
[0070] 另外，关于加热手段，只要是能够加热直至规定的溫度即可，没有特别限定，但优 选使用利用高频感应加热、激光等的加热手段。
[00川特别是使用高频感应加热装置的情况下，如果考虑加热效率和加热范围，则优选 将使用频率设为20曲Z~360曲Z，通过使用该频率的装置，从而能够在上述溫度范围的控制 变得容易。
[0072] 关于接合工具与加热装置的位置关系及加热范围，由于接合前的溫度很重要，所 W，只要为行进方向前方，与其距离、范围无关，但如果考虑加热效率和对钢板的影响，贝阳口 热装置的配置位置优选为工具前方1mm~100mm的距离，并且加热范围优选为0.1cm2~ 100cm2的范围。
[0073] 应予说明，关于加热方法，可W与工具的移动独立或连动地进行动作，例如为工具 侧移动的装置时，可W是安装于该装置且W与该装置相同的速度移动的加热装置，另外，接 头侧固定于工作台而工作台运动时，可W是设置于该工作台的加热装置。作为加热装置，可 举出感应加热装置、激光。
[0074] 关于接合部与加热装置的位置关系，如上所述，只要是工具的行进方向前方则不 受其关系的限制，但已知摩擦揽拌接合在工具的行进方向与旋转方向为同一侧(前进侧，图 1中为左侧）和行进方向与旋转方向为相反侧（返回侧，图1中为右侧）中，通常前进侧的一 方，电阻高且容易产生缺陷。因此，通过使加热范围向前进侧移动，即使高速移动接合性也 稳定。加热范围向前进侧错开的情况下，加热范围中，达到最高溫度的位置优选从接合部中 屯、线有所偏离且在接合部宽度W内。
[0075] 另外，接合时，如果衬板材料的热传导率(TCb)太高，则不能保持接合时的热平衡 而成为缺陷的原因。另一方面，如果TCb太低，则成为热输入过度的原因。
[0076] 而且，从适当控制溫度分布的观点考虑，优选本发明的TCb与被接合材的热传导率 (TCs)满足W下关系。
[OOW]因此，优选衬板材料的热传导率相对于被接合材的热传导率为0.5倍W上且1.0倍 JjL -6" 〇
[0078] 即，上述TCb和TCs优选满足如下关系：
[0079] 〇.5XTCs<TCb< l.OXTCso
[0080] 本发明中，对于作为对象的钢板没有特别限制，但本发明的摩擦揽拌接合方法，尤 其对在0.1质量％~0.6质量％的范围内含有碳作为添加元素的钢板格外有效。
[0081] 运是由于通过使用本发明，与W往的接合速度相比，是能够W特别高速进行接合 的钢板。
[0082] 如上所述，为本发明中假定的高碳钢的情况下，由于因快速冷却所致的固化.脆 化、残留应力的影响，有时在接合后生成裂缝。在该方面，本发明中，通过在接合后对接合部 进行再加热，从而可抑制裂缝的产生。但是，过度的再加热可能成为更广范围的固化?脆化 的原因。为了抑制运样的固化等，即使进行再加热，也需要将后方加热装置进行加热的区域 的再加热后的最高溫度Τρ与Taci的关系控制在如下范围：
[008引 0.6XTac1^p^.2XTac1。
[0084] 关于进行上述再加热时的、接合工具与后方加热装置的位置关系W及再加热范 围，重要的是再加热本身，因此，只要为行进方向后方，则不受其距离、范围的限制。但是，如 果考虑效率和对钢板的影响，则优选在工具后方1mm~200mm的距离，加热范围设为0.1cm2~100cm2的范围。
[0085] 应予说明，关于再加热方法，可W与工具的移动独立或连动地进行动作，例如为工 具侧移动的装置时，可W是安装于该装置且W与该装置相同的速度移动的加热装置，另外， 接头侧固定于工作台而工作台运动时，可W是设置于该工作台的加热装置。作为加热装置， 可举出感应加热装置、激光。
[0086] 进行上述再加热时，为了防止因回火所致的裂缝，优选在接合工具与后方加热装 置之间设置冷却装置。作为该情况下的冷却方法，有气体、水雾、铜板接触等，但如果考虑冷 却效率、接头的氧化、铁诱产生的影响，则优选使用非活性气体。
[0087] 另外，其冷却条件优选W冷却速度:50~1000°C/s左右冷却至200°CW下。
[0088] 如W上所述，根据本发明，能够进行高速的钢板的接合。
[0089] 目P，摩擦揽拌接合时的通常的接合速度为0.05~0.2m/min左右，但在本发明所设 及的情况下，即使是对可W说很难进行高速接合的高碳钢进行接合的情况下，能够W〇. 5m/ min W上的速度进行接合。
[0090] 本发明的摩擦揽拌接合法的其他接合条件如下。
[0091] 工具转速：100~1500巧m
[0092] 为了通过在旋转工具与加工物的接合部之间产生摩擦热并使因其热而软化的接 合部通过工具揽拌而产生塑性流动，需要控制为适当的工具转速。如果该工具转速小于 lOOrpm，则可能产生发热和塑性流动不足并在接合部产生未接合部或者对旋转工具施加过 大的负荷发生破损等不良情况。另一方面，如果工具转速超过1500rpm，则发热和塑性流动 变得过大并且软化的金属从接合部形成毛边而缺损，因此，可能产生不能得到接合部的足 够的厚度或者旋转工具被过度加热而破损等不良情况。由此，优选工具转速设为100~ 150化pm的范围。
[0093] 工具旋转扭矩:50~1000N · m
[0094] 为了通过在旋转工具与加工物的接合部之间产生摩擦热并工具揽拌因其热而软 化得接合部从而产生塑性