搅拌摩擦点焊用旋转工具及使用该旋转工具的搅拌摩擦点焊方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及搅拌摩擦点焊点焊用旋转工具及使用该旋转工具的搅拌摩擦点焊方 法，特别是，涉及如下的旋转工具及搅拌摩擦点焊方法，该旋转工具能够将两者中至少一者 由Mg含量较高的铝合金构成的两个铝材的叠合物以较高的焊接强度有利地进行搅拌摩擦 点焊，该搅拌摩擦点焊方法为使用该旋转工具并使这样的两个铝材的叠合物有利地进行搅 拌摩擦点焊的方法。
【背景技术】
[0002] 近年，研宄了如下一种技术：作为在焊接时热输入较少、且软化、应变的程度较小 的焊接方法而提出的、采用利用摩擦热使像铝材这样的金属构件焊接的搅拌摩擦焊接法、 并使多个金属构件的叠合部位点焊，由此明确了 ：接头质量比以往的利用电阻点焊、铆钉进 行的焊接的接头质量好，而能够稳定地获得良好的焊接状态。
[0003] 另外，这样的搅拌摩擦点焊方法基本上使用在杆形状的工具主体的顶端设有销形 状的硬质探针而形成的构造的销型工具（旋转工具），一边使该销形工具高速旋转一边插 入预定的金属构件的叠合部位，然后，通过将由该销型工具的工具主体的顶端部构成的台 肩部按压至叠合部位，在这些台肩部、探针与叠合部位之间产生摩擦热而使材料塑性流动， 从而在该探针的周围形成搅拌区域，由此，在这样的探针的插入部位处实现金属构件的叠 合部位的点焊，但为了充分地确保这样的点焊部位的焊接强度（接头强度），需要在该叠合 部位的焊接界面充分地进行搅拌。
[0004] 另一方面，一直以来提出了许多为了在搅拌摩擦焊接时提高旋转工具所产生的搅 拌力而在该工具的形状上下功夫的方案，例如，在日本特开2003 - 326372号公报等中， 提出了将探针做成螺纹形状而形成的构造的工具，另外在日本特开2003 - 326371号公 报中，提出了一种在台肩端面、探针配置各种图案而形成的构造的工具，而且，在日本特开 2004 - 58084号公报中，提出了一种在台肩端面的整周上形成有具有三角形的截面形状的 槽而形成的构造的工具。而且，在日本特开2002 - 336977号公报等中，提出了一种使台肩 端面在比其外周缘靠探针基部侧的位置凹陷而形成的构造的工具，而且，另外在日本特开 2004 - 106037号公报中，提出了一种使台肩端面以圆弧状凹陷而形成的构造的工具。
[0005] 然而，在对像日本JISA5154、A5056、A5182等这样的、含有3% (质量基准，以下相 同）以上的Mg的、高Mg含量的铝合金材质进行焊接的情况下，由于在由该焊接操作而产生 的氧化膜中以较高的比例存在坚固的Mg氧化物，因此，氧化膜自身变得坚固，而在进行焊 接的界面存在这样的氧化膜时，由于该氧化膜被难以破坏，因此，在搅拌摩擦部位产生须状 的未焊接部、钩状的未焊接部而无法进行稳固的焊接，从而引起焊接强度容易变得不足的 问题。特别是，在应用了上述的搅拌摩擦点焊的情况下，需要在搅拌金属的搅拌力的作用下 将该坚固的氧化膜破坏而直接搅拌被焊接材质的金属来确保焊接强度，但即使使用采取了 上述提案的提高搅拌力的对策的旋转工具，在将两者中至少一者为高Mg含量的铝合金材 质的两个铝材的叠合部焊接时，也难以获得充分的焊接强度。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1 :日本特开2003 - 326372号公报
[0009] 专利文献2 :日本特开2003 - 326371号公报
[0010] 专利文献3 :日本特开2004 - 58084号公报
[0011] 专利文献4 :日本特开2002 - 336977号公报
[0012] 专利文献5 :日本特开2004 - 106037号公报
【发明内容】
[0013] 发明要解决的问题
[0014] 在此，本发明即是以该情况为背景而完成的，其要解决的课题在于，提供一种在使 两个铝材叠合并进行搅拌摩擦点焊时，即使该铝材中的一者或两者为Mg含量在3%以上 的、所谓的高Mg含量铝合金材质，也能够实现较高焊接强度的搅拌摩擦点焊用旋转工具、 和使用该旋转工具能够有利地进行搅拌摩擦点焊的方法。
[0015] 用于解决问题的方案
[0016] 并且，为了解决上述的课题，本发明的主旨在于提供一种搅拌摩擦点焊用旋转工 具，该旋转工具向两个铝材的叠合部位插入以在绕轴心旋转的圆柱状的工具主体的顶端中 心部同轴突出的方式设置的探针，来对这两个铝材的叠合物进行搅拌摩擦点焊，其特征在 于，使上述探针由包括中间探针和中心探针的阶梯构造构成，该中间探针呈圆柱状，其自上 述工具主体的顶端部同轴突出、且外径小于该工具主体的外径，该中心探针呈圆柱状，其自 该中间探针进一步同轴突出、且外径小于该中间探针的外径，并且，将该工具主体的顶端面 形成为第一台肩面，该第一台肩面呈朝向径向内侧去逐渐凹陷、且在比该工具主体的顶端 外周缘进入到该工具主体内的位置处与上述中间探针的基部连结的形状，而且，将该中间 探针的顶端面形成为第二台肩面，该第二台肩面呈朝向径向内侧去逐渐凹陷、且在比该中 间探针的顶端外周缘进入到该中间探针内的位置处与上述中心探针的基部连结的形状。
[0017] 另外，根据这样的遵照本发明而得到的搅拌摩擦点焊用旋转工具的一个优选的方 式，上述第一台肩面和/或上述第二台肩面由自外周缘朝向上述工具主体或上述中间探针 的轴心以恒定角度倾斜而形成凹陷形状的倾斜面形成。
[0018] 另外，根据遵照本发明而得到的搅拌摩擦点焊用旋转工具另一优选的方式，上述 中心探针的外周部由螺纹部构成，根据另一优选的方式，上述中心探针的顶端面和上述中 间探针的顶端外周缘设为自上述工具主体突出相同的突出高度。
[0019] 并且，上述的遵照本发明而得到的搅拌摩擦点焊用旋转工具能够有利地应用于在 两者中至少一者为含有3质量％以上Mg的铝合金材质的两个铝材的叠合部位进行的点焊。
[0020] 而且，在该遵照本发明而得到的搅拌摩擦点焊用旋转工具的一个优选的方式中， 上述中间探针的直径在上述工具主体的直径的40%~80%的范围内，根据另一优选的方 式，上述中心探针的直径在上述中间探针的直径的50 %~90 %的范围内。
[0021] 另外，根据这样的遵照本发明而得到的搅拌摩擦点焊用旋转工具的另一优选的方 式，上述第一台肩面的倾斜角度（S 1)在10°~30°的范围内，根据另一优选的方式，上述 第二台肩面的倾斜角度（θ2)在10°~30°的范围内。
[0022] 另外，在使用了上述的搅拌摩擦点焊用旋转工具的遵照本发明的搅拌摩擦点焊方 法中，其主旨在于提供一种搅拌摩擦点焊方法，该搅拌摩擦点焊方法为：对两个铝材的叠合 部位插入旋转工具中的以在绕轴心旋转的圆柱状的工具主体的顶端中心部同轴突出的方 式设置的探针，来对这两个铝材的叠合物进行搅拌摩擦点焊，其特征在于，作为上述旋转工 具，上述探针由包括中间探针和中心探针的阶梯构造构成，该中间探针呈圆柱状，其自上述 工具主体的顶端部同轴突出、且外径小于该工具主体的外径，该中心探针呈圆柱状，其自该 中间探针进一步同轴突出、且外径小于该中间探针的外径，并且，将该工具主体的顶端面形 成为第一台肩面，该第一台肩面呈朝向径向内侧去逐渐凹陷、且在比该工具主体的顶端外 周缘进入到该工具主体内的位置处与上述中间探针的基部连结的形状，