[发明专利]摩擦搅拌接合方法及装置、工具组

说明书

技术领域

本发明涉及用于对金属材料的接合部进行摩擦搅拌并接合的摩擦搅拌接合方法及装置、工具组。

背景技术

公知有一种这样的摩擦搅拌接合技术：一边使接合工具（旋转工具）旋转，一边使设在接合工具的工具主体上的肩台部的表面与接合部件的表面相接触，利用肩台部的表面与接合部件的表面的摩擦热进行摩擦搅拌，在使接合部件在熔点以下的固相状态下对材料进行搅拌并接合。该接合技术以铝合金为主体，正在各种工业领域中实际应用。

以往的摩擦搅拌接合技术大体上分为单面摩擦搅拌接合和双面摩擦搅拌接合。

单面摩擦搅拌接合是最常见的方法，例如专利文献1（日本专利第2712838号公报）的图12所示。该单面摩擦搅拌接合是，使用在工具主体的前端部设置比其直径小的探针、并将工具主体的前端部上的探针安装部的周围作为肩台部而构成的接合工具，将该接合工具从两张金属板的接合部（例如对接部）的单面侧插入，利用通过使接合工具旋转而产生的摩擦热进行摩擦搅拌并接合（现有技术1）。

作为将单面摩擦搅拌接合方法适用于实际的工业产品的情况的一例，例如在专利文献2（日本专利第3289650号公报）中公开了以下两个课题及解决该课题的手段。

首先对第一课题进行说明。以不在接合部背面产生未搅拌部的方式进行摩擦搅拌接合时，需要控制插入到接合部的工具前端的距离和加工部件的背面即垫板表面的距离总是为0.2mm左右以下。但是，在对细长的部件进行接合时，由于会发生工具的热膨胀，所以，很难总是以0.2mm左右以下的高精度进行位置控制。

对第二课题进行说明。在工具前端贯穿接合部的状态下进行接合的情况下，工具前端与配置在接合部背面的垫板接触，工具和垫板发生干涉。由此，会发生在接合部背面产生缺陷、或加工部件和垫板被接合的情况。

解决这些课题的手段（现有技术2）表示在专利文献2（日本专利第3289650号公报）的图3、图4中。在配置在加工部件的背面的垫板上的工具正下方设有槽。工具的前端贯穿加工部件的接合部背面，并边在形成于加工部件的接合部背面和垫板之间的槽的内部移动边进行接合。

另外，双面摩擦搅拌接合的方法有两种。

双面摩擦搅拌接合的第一种方法是，在两张金属板的接合部（例如对接部）的表面侧和背面侧，使用通常被称为双轴肩（bobbin tool）的一根接合工具对接合部进行摩擦搅拌并接合，例如专利文献1（日本专利第2712838号公报）的图2a所示（现有技术3）。

双面摩擦搅拌接合的第二种方法是，将两根接合工具以探针前端之间实质上没有间隙的状态相对地配置在金属板的接合部（例如对接部）的表面侧和背面侧，从接合部的两侧进行摩擦搅拌并接合，例如专利文献1（日本专利第2712838号公报）的图14a所示（现有技术4）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利2712838号

专利文献2：日本专利3289650号

发明的概要

发明欲解决的课题

上述现有技术1～4中分别存在以下的问题。

第一是经济性和工具寿命的问题。

现有技术1（单面摩擦搅拌接合）中提供的接合工具的探针长度为与金属板的厚度相同的长度。

现有技术3（双面摩擦搅拌接合）提供的双轴肩的探针长度也与单面摩擦搅拌接合一样，是与金属板的厚度相同的长度。现有技术4（双面摩擦搅拌接合）提供的在表背面相对地配置的两根接合工具的探针长度是金属板厚度的一半。

因此，如果金属板的厚度不同，则不得不根据其厚度改变探针长度，因此，需要与金属板的厚度相应地准备多个具有不同探针长度的旋转工具，存在经济性差的问题。

另外，在现有技术3（双面摩擦搅拌接合）提供的双轴肩中，反驱动侧的肩台部的摩擦搅拌做功经由探针传递动力。因此，为了驱动比探针直径大的肩台部，必须使探针的截面系数为与单面摩擦搅拌接合装置的工具的截面系数相比时的至少2倍以上。由此，由于探针的直径变大，所以也需要增大肩台直径，摩擦搅拌范围也扩大，消耗能量增加，且装置大型化，因此存在经济性差的问题。