[发明专利]摩擦搅拌接合装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于接合多个钢制构件的摩擦搅拌接合装置及方法。

背景技术

以往，作为接合多个钢制构件的方法，已知的有摩擦搅拌接合（FSW；Friction Stir Welding）。该摩擦搅拌接合是将设置在接合工具前端的突起部旋转的同时向接合的构件的被接合部按压，以此用摩擦热软化被接合部周围，并搅拌被接合部周围的软化的部分使其塑性流动，并将被接合部从接合工具中分离使其冷却，从而接合多个钢制构件的方法。

在专利文献1及专利文献2中，公开有利用上述摩擦搅拌接合进行点接合的装置或方法。在专利文献1中公开有在使接合工具没入被接合部之前用激光软化被接合部，从而降低接合工具的突起部的磨耗的摩擦搅拌装置。并且，专利文献2中公开有根据接合中的被接合部的温度控制接合工具的动作，从而抑制多个钢制构件的被接合部冷却时变成马氏体组织的摩擦搅拌接合方法。在该接合方法中，夹着被接合部在与接合工具相反侧上配置的受到来自接合工具的压力的受压构件上、具备测定被接合部的温度的温度传感器。用该温度传感器检测到的被接合部的温度处于A3相变点以上时，调节接合工具的转速及压力等加工条件。A3相变点是金属组织转变成奥氏体的温度。而且，调节加工条件后，被接合部的温度处于A1相变点以下时，从被接合部中拔出接合工具。A1相变点是共析温度。

现有技术文献：

专利文献1：日本特开2006-21217号公报；

专利文献2：日本特开2008-73694号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

在摩擦搅拌接合中，因在接合加工中接合工具（尤其是突起部）磨耗导致接合工具向被接合部的没入被提前，接合工具的温度有可能过度上升。当接合工具的温度过度上升时，接合工具自身的寿命降低，接合工具的更换频率变高，并不是经济的。并且，使用过于磨耗的接合工具进行接合加工时，有可能发生接合不良。为了解决这样的不理想的状态，较佳地是管理接合加工中的接合工具的温度状况。然而，在现有的摩擦搅拌接合装置中，为了直接检测出接合工具的温度，并由于接合工具在旋转，因此需要在配备于接合工具上的温度检测单元和测量装置本体之间构建高价的遥测系统。此外，摩擦搅拌接合装置的接合工具需要定期地更换，而在这样每次检修时不得不对配备在接合工具上的温度检测单元进行安装或拆卸作业。此外，如专利文献2所记载，形成为在受到来自接合工具的压力的受压构件上设置测量被接合部的温度的温度传感器，以此检测被接合部的温度的结构时，不会发生如上所述的在接合工具上设置温度检测单元时发生的问题。但是，一般在接合时被接合部的温度低于接合工具的温度，该被接合部的温度达到A3相变点（约900℃）时，接合工具的实际的温度可能超过1200℃，专利文献2中记载的摩擦接合方法有可能引起接合工具的寿命的下降。

本发明是为解决上述问题而提出的，其目的是提供具备接合工具进行被接合物的摩擦搅拌接合的摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合方法，在接合时监控接合工具的温度并不会无益地降低接合工具的寿命。

解决问题的手段：

根据本发明的摩擦搅拌接合装置具备：在前端具有与被接合物的被接合部接触的突起部的接合工具；使所述接合工具绕轴旋转的旋转驱动单元；使所述接合工具沿轴线方向移动的移动单元；所述接合工具旋转的同时移动而按压所述被接合物的被接合部进行接合时，接触所述被接合部的与所述接合工具的相反侧以支持所述被接合物的衬垫构件；根据预先设定的加工条件控制所述旋转驱动单元及所述移动单元的动作的控制单元；检测设置于所述衬垫构件的温度测量点的温度的温度检测单元；和取得所述温度测量点的温度，并根据预先设定的所述接合工具的温度和所述衬垫构件的温度的相关关系，计算从所述温度测量点的温度推定的接合工具的温度的温度监控单元。

相应地，根据本发明的摩擦搅拌接合方法是将利用衬垫构件支持的被接合物的被接合部用绕轴旋转的接合工具按压，用以此产生的摩擦热软化所述被接合部，使所述接合工具的至少一部分没入至该软化的部分以搅拌，以此以固相状态摩擦接合所述被接合部的摩擦搅拌接合方法，并包含：检测设置于所述衬垫构件上的温度测量点的温度的步骤；和根据预先设定的所述接合工具的温度和所述衬垫构件的温度的相关关系，计算由检测到的所述温度测量点的温度推定的接合工具的温度的步骤。