专利名称：摩擦搅拌接合方法
技术领域：
本发明涉及2个部件的摩擦搅拌接合的方法。特别涉及2个部件的对接摩擦搅拌接合方法。
背景技术：
摩擦搅拌接合方法公开在专利文献1中。如专利文献1所示，摩擦搅拌接合方法是在2个部件的对接部插入旋转工具，使其旋转并使部件软化，固层接合部件的方法。
一般，摩擦搅拌接合方法使相同厚度的部件对接，并接合此对接部。
而且，如专利文献1所示，由于若在2个部件的对接部有间隙则不能良好地接合，所以使在对接部具有凸部的挤压型材对接，使凸部的金属填补到间隙的同时，摩擦搅拌接合。摩擦搅拌接合后，切削不要部分的凸部。
厚度不同的2个部件摩擦搅拌接合的时候，如专利文献2的图4所示，对接后，在板厚小的部件的表面进行堆焊焊接，接着，摩擦搅拌接合。其后，根据需要，切除不要部分。
但是，此时，由于通过手动进行堆焊焊接，导致操作麻烦。而且，焊接时的黑痕迹附着在部件的表面，影响美观，而且，由于焊接热，使板(部件)变形。
而且，如专利文献2所示，在对接部具有板厚厚的部件接受板厚薄的部件的突出片的情况很多。此时，在摩擦搅拌接合焊道(bead)中容易产生缺陷。虽然除去此缺陷的摩擦搅拌接合也是可能的，但是这样的摩擦搅拌接合的条件范围小，摩擦搅拌接合非常困难。
虽然薄板在厚板的突出片的上面重叠，但是若在突出片的上面与薄板的下面之间有间隙，则在摩擦搅拌接合焊道中容易产生此缺陷。为了防止缺陷，已知使成为突出片的板的上面与所安置的板(薄板)的下面接触，不产生间隙是重要的。
专利文献1特许03014654号公报(USP06581819)专利文献2特开2003-062680号公报(USP06779705)非专利文献1焊接学会期刊2004年第6期p.36～34[应用摩擦接合的表面改质]发明内容本发明的第一个目的是摩擦搅拌接合对接部的2个部件的时候，得到良好的摩擦搅拌接合。
而且，第2个目的在于良好地摩擦搅拌接合厚度不同的部件的对接部。
上述的第1个目的通过如下的摩擦搅拌接合方法来实现，该摩擦搅拌接合方法中，对接第1部件和第2部件，在前述对接部分附近的至少板厚薄的一侧的前述第1部件或者第2部件一侧，使堆焊件以与之接触的状态旋转，而且，使前述堆焊件沿前述对接的部分相对地移动，使堆焊焊道接合，接着，从前述堆焊焊道侧，向前述堆焊焊道、前述第1部件、前述第2部件插入旋转工具，进行摩擦搅拌接合。
而且，上述的第2个目的的摩擦搅拌接合厚度不同的2个部件的时候，通过如下的摩擦搅拌接合方法来实现，该摩擦搅拌接合方法中，前述第2部件在前述对接的部分一侧具有用于安置前述第1部件的突出片，从前述突出片到前述第2部件的上面的厚度比前述第1部件的厚度厚，在使前述第2部件重叠在前述突出片上的状态下对接前述第2部件的前端和前述第1部件，使前述堆焊件在靠近前述第2部件的位置的前述第1部件的上面侧接触旋转，使堆焊焊道接合，接着，从前述堆焊焊道侧插入旋转工具，摩擦搅拌接合前述第2部件和前述第1部件。
在此，所谓的薄板和厚板指的是对接部的上面在高度方向位置不同。上面位于高的位置的板称作厚板，位于下方的板称作薄板。而且，所谓的板包含挤压型材。
图1是本发明的实施例1的斜视图，是接合堆焊焊道的图。
图2是图1的A-A截面图。
图3是图1的B-B截面图。
图4是本发明的实施例1的图，是摩擦搅拌接合堆焊焊道的图。
图5是图4的C-C截面图。
图6是图4的D-D截面图。
图7是本发明的实施例2的截面图，是摩擦搅拌接合步骤的说明图。
图8是本发明的实施例3的纵截面图。
图中10、20、50、60、70-部件，21、71、72-突出片，30-圆棒堆焊件，35-堆焊焊道，50-旋转工具，51-销，53-大径部的底面(大径部与中心销41的分界面)，55-摩擦搅拌接合焊道，61、62-面板，73-凸部，80-出入口，90-架台。
具体实施例方式
下面，对本发明的实施例加以说明。
(实施例1)下面通过图1～图3对本发明加以说明。在图1中，板10、20为对接状态。板10、20的材质为铝合金。板10、20的背面安置在架台(没有图示)上。
在此状态下，首先，在对接部的上面，从上方，使堆焊件30以接触的状态压住的同时，使其旋转，同时沿对接部相对地移动。堆焊件30是与板10、20同样的圆棒，为铝合金件。由此，随着堆焊件30的移动，在对接部的上面接合堆焊焊道35。
由于堆焊件30成为堆焊焊道35，若堆焊件30变短，则在这个时候，使旋转以及移动停止，与给定的长度的堆焊件的新品交换。
此堆焊焊道35在板10的上面被接合。堆焊焊道35随着堆焊件30的旋转，焊道的厚度变厚。堆焊焊道35在板10、20的上面被接合。
堆焊焊道35的厚度只要约为1mm即可。优选厚度为0.5mm以上。堆焊焊道35与以往的凸部相当。不仅与以往的凸部相当，而且在板10、20的间隙大的时候，堆焊材料进入此间隙，可以说使间隙变小。由此，摩擦搅拌接合的时候，很难产生缺陷。
如专利文献1，在2个部件的对接面有间隙的时候，通过摩擦搅拌接合有产生缺陷的情况，但是由于摩擦接合焊道35的金属成为填埋间隙的原材料，可以抑制间隙导致的缺陷。而且，没有摩擦接合焊道35的时候，由于旋转工具50的大径部与沿中心轴的中心销(pin)51的分界面53和板10、20接触，所以分界面53与板10、20接触并且板成为凹状的沟，虽然实际的板厚减少了，但由于在此发明中分界面53与摩擦接合焊道相接，故没有产生此凹状的沟，可以进行美观的对接搅拌接合。
而且，由于与凸部相当的摩擦接合焊道35对接之后进行接合，板10、20可以利用轧制板，没有必要使用挤压型材，可以广泛地利用摩擦搅拌接合方法。而且，摩擦接合焊道35对接后，在两方的板10、20上进行摩擦接合，所以通过一次摩擦接合，就能够在两板上接合摩擦接合焊道35。
堆焊件30与使该堆焊件30旋转的电动机一起以给定压力向下方压靠。而且，堆焊件30以及电动机相对于摩擦部的对接部，在给定速度下移动。通过摩擦产生摩擦热，将摩擦件30的金属在部件10、20上接合。接合量(厚度)由摩擦热而定。
众所周知，如在非专利文献1中所示，使此圆棒的堆焊件30在与对方的金属接触的状态下旋转、移动，通过其旋转产生的接触热将金属棒的金属固层接合到对方的金属板上。
将堆焊件摩擦接合到对方的金属上，对表面进行改性的内容记载在前述非专利文献1的[3.摩擦堆焊]项中。
接着，如图4～图6所示，从堆焊焊道35的上方插入旋转工具50的中心销51，摩擦搅拌接合部件10、20。摩擦搅拌接合时，旋转工具的中心销51的上部的大径部的底面53与堆焊焊道35接触。
图1的堆焊件30的外径是20mm，可以得到图3的堆焊焊道35的宽度(与堆焊件30移动的方向垂直的方向的宽度)比堆焊件30的直径大20多个mm的接合焊道35。而且，进入到摩擦搅拌接合的旋转工具50的堆焊焊道中的大径部的直径为15mm。由于大径部的直径比和以往的凸部相当的接合焊道35的宽度小，所以接合焊道35与凸部相当。
接着，根据需要(上面成为机器的外面的时候，或者表面需要平滑的面的时候)，从部件10、20的表面通过切削去除摩擦搅拌焊道55。
由此，堆焊焊道35与以往的凸部相当，即使摩擦搅拌接合部件10、20，也难以产生缺陷。
以往，由于凸部是必要的，所以使用挤压型材，但是根据本发明，板10、20也可以利用轧制板。
虽然通过切削去除了残留的堆焊焊道，但由于堆焊焊道薄，其切削容易进行。
通过堆焊件30接合焊道35的时候，若堆焊件30对于部件10、20垂直设立，则焊道35的厚度不稳定，但是若堆焊件倾斜并与部件10、20接触，则可以形成一定厚度的焊道35。倾斜方向与旋转工具50的倾斜方向一样。即，使堆焊件30的前端(在图1中，下端)比其相反侧(上端)更位于移动方向的前方(相反侧与前端相比位于后方侧)，并使其移动即可。此倾斜角度约为2°。
如图3所示，通过堆焊件30制作堆焊焊道35的同时，在堆焊件30的移动方向的后方插入旋转工具50，摩擦搅拌接合，并形成摩擦搅拌接合焊道55。
堆焊件30与旋转工具50的位置可以设为比堆焊焊道35降到常温的位置靠前进行摩擦搅拌接合。也可以降到常温左右后进行摩擦搅拌接合。
而且，在上述实施例中，虽然使堆焊件30移动，并接合了堆焊焊道35，但是使部件10、20相对于堆焊件30移动也可以。
而且，可以使旋转工具50相对于板10、20移动，也可以使板10、20相对于旋转工具50移动。
而且，虽然接合堆焊件30的同时进行摩擦搅拌接合，但是两者也可以分开进行。
(实施例2)通过图7对实施例2加以说明。按照图7的(A)、(B)、(C)、(D)的顺序摩擦搅拌接合。部件70为具有安置部件60的突出片71的挤压型材。部件60可以也是挤压型材。部件60安置在部件70的突出片71上，并使部件60、70能够对接。对接部的附近的部件70的上面比部件60的上面高。部件60的板厚比部件70的板厚薄。部件70安置在架台上(没有图示)。
如上述组合后，首先，通过堆焊件30将堆焊焊道35接合到部件60的上面侧。由此，在部件60的上面侧接合堆焊焊道35。堆焊焊道35接合在部件60的上面以及部件60侧的部件70的端面。接合堆焊焊道35的时候，由于通过堆焊件30压住部件60，所以部件60安置在突出片71上的时候，即使在两者之间有间隙S，也按照使此间隙S没有的方式压住。34表示压力。
接着，通过旋转工具50摩擦搅拌接合部件60和部件70的对接部。旋转工具50的大径部52的底面53进入到堆焊焊道35中进行摩擦搅拌接合。旋转工具50的旋转中心位于部件60和部件70的对接部上。此时，由于部件60的底面与突出片的上面之间没有间隙S，所以两者被良好地接合。
通过摩擦搅拌接合形成的摩擦搅拌焊道55中，从部件60、70的上面突出的部分被削除。
虽然在上述实施例中部件60、70为平板状，但是空心型材也可以。通过图8对此加以说明。此图8是铁道车辆的出入口。部件80是构成铁道车辆的侧面的侧构体的空心型材。90是侧构体的出入口的框部件。虽然部件90不是空心型材，侧面开口(也就是说，突出片91与突出片92不接合，没有空心部)，但是在此称作空心型材。部件80的挤压型材的挤压方向为左右方向。部件90的挤压方向为与图2的纸面垂直的方向。
部件80的上面的面板81的挤压方向的右端侧重叠在部件90的突出片91的上面。上下的面板81、82通过连接板83接合。此3者通过挤压型材一体构成。部件80的下面的面板82、连接板83的挤压方向的右端部位于比上面的面板81的右端部向左方后退的位置。通过此方式切削部件80的空心型材。
部件80的上面的面板81重叠在突出片91的上面。部件80的下面的面板82安置在部件90的下面的突出片92上(突出片92与面板82重叠)。沿上面的面板81，在部件90上有朝上方突出的凸部93。凸部93的上面位于比面板81的上面高的位置。
如图8所示组合部件80、90，实施突出片92和面板82的角焊接49。
接着，将面板81、凸部93侧作为上面侧，安置在架台48上，在面板81上通过堆焊件30接合堆焊焊道35。
接着，通过旋转工具50摩擦搅拌接合面板81与部件90的对接部。
接着，摩擦搅拌接合后，从面板81切除上面的摩擦搅拌接合部以及凸部93(从面板的上面除去上方的堆焊接合焊道35、摩擦搅拌接合部以及凸部93)。
也就是说，此实施例(图8)与图7(第2实施例)的实施例相同。
在前面的实施例中对2个部件的对接部的摩擦搅拌接合进行了说明，但是不仅是对接接合，也可以用于2个部件(板)的搭接摩擦搅拌接合。即，若在上面侧(摩擦搅拌接合工具侧)的部件的表面接合堆焊焊道，并通过旋转工具进行摩擦搅拌接合，则由于旋转工具的底面位于堆焊焊道中，所以没有堆焊焊道的时候，旋转工具的底面与部件的表面接触，会形成该部的圆弧状的沟，但是若有堆焊焊道，则虽然在堆焊焊道上会形成圆弧状的沟，但摩擦搅拌结束后，若切除残留的堆焊焊道，则圆弧状的沟消失。
权利要求
1.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于，对接第1部件和第2部件，在前述对接部分附近的至少板厚薄的一侧的前述第1部件或者第2部件一侧，使堆焊焊道接合，从前述堆焊焊道侧，向前述堆焊焊道、前述对接部插入旋转工具，进行摩擦搅拌接合。
2.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于，对接第1部件和第2部件，在前述对接部分附近的至少板厚薄的一侧的前述第1部件或者第2部件一侧，使堆焊件以与之接触的状态旋转，而且，使前述堆焊件沿前述对接的部分相对地移动，使堆焊焊道接合，接着，从前述堆焊焊道侧，向前述堆焊焊道、前述第1部件、前述第2部件插入旋转工具，进行摩擦搅拌接合。
3.如权利要求2所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，通过前述堆焊件形成的堆焊焊道的接合操作，对对接部的前述第1板和前述第2板同时接合。
4.如权利要求2所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，前述堆焊件为圆柱状，其外形比前述旋转工具的大径部的外形大。
5.如权利要求2所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，通过前述堆焊件形成的堆焊焊道的宽度比前述旋转工具的大径部的直径大，其中所述堆焊焊道的宽度为与前述对接方向垂直的方向的宽度。
6.如权利要求2所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，在使前述堆焊件以其前端侧比反前端侧还位于该堆焊件的移动方向的方式倾斜的状态下，一边使其旋转，一边使其沿前述移动的方向移动。
7.如权利要求2所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，在至少在前述第1部件上接合有堆焊焊道的部件上，通过旋转工具进行摩擦搅拌接合。
8.如权利要求2所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，至少在第1部件上使前述堆焊件接合的同时，在该堆焊件的前述相对移动方向上，从前述堆焊件的后方通过前述旋转工具进行摩擦搅拌接合。
9.如权利要求2所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，前述第2部件在前述对接的部分一侧具有用于安置前述第1部件的突出片，从前述突出片到前述第2部件的上面的厚度比前述第1部件的厚度厚，在使前述第2部件重叠在前述突出片上的状态下对接前述第2部件的前端和前述第1部件，使前述堆焊件在靠近前述第2部件的位置的前述第1部件的上面侧接触旋转，使堆焊焊道接合，接着，从前述堆焊焊道侧插入旋转工具，摩擦搅拌接合前述第2部件和前述第1部件。
10.如权利要求2所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，前述对接的部分的前述第1部件的板厚与前述第2部件的板厚相同，前述第1部件与前述第2部件为同种的金属，前述堆焊件使用与前述第1部件和前述第2部件同种的金属。
11.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于，在重叠了2个部件的一方的部件的表面侧、即摩擦旋转工具侧，通过堆焊件接合堆焊焊道，接着，通过前述摩擦旋转工具重叠接合前述2个部件。
12.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于，在重叠了2个部件的部件的表面侧、即摩擦旋转工具侧，接合堆焊焊道，通过前述摩擦旋转工具重叠接合前述2个部件。
全文摘要
本发明提供一种摩擦搅拌接合方法，在摩擦搅拌接合第1部件和第2部件的对接部的时候，可抑制缺陷。对接第1部件(10)和第2部件(20)，接着，在对接部的上面侧，使圆棒的堆焊件(30)接触旋转，接合堆焊焊道(35)。堆焊焊道与以往的凸部相当。接着，在对接部插入旋转工具(50)的销(51)，进行摩擦搅拌接合。由此，堆焊焊道(35)与凸部相当，填补对接部的间隙，所以可以良好地接合，可以抑制缺陷的发生。
文档编号B23K20/12GK1814389SQ20051009780
公开日2006年8月9日 申请日期2005年8月30日 优先权日2005年2月1日
发明者江角昌邦, 冈田智仙 申请人:株式会社日立制作所