[发明专利]搅拌摩擦焊用工具构件和使用该工具构件的搅拌摩擦焊装置以及搅拌摩擦焊方法

说明书

本发明涉及一种搅拌摩擦焊用工具构件，其特征在于：在使台肩部和搅拌针部一体化的由陶瓷构件构成的搅拌摩擦焊用工具构件中，所述搅拌针部的根部以及台肩部的端部具有曲面形状，在将所述台肩部的端部的曲率半径设定为R1(mm)、台肩部的外径设定为D(mm)时，R1/D为0.02～0.20。另外，陶瓷构件优选由维氏硬度为1400HV1以上的氮化硅烧结体构成。根据上述构成，可以提供一种耐久性优良的搅拌摩擦焊用工具构件。

技术领域

实施方式涉及搅拌摩擦焊用工具构件和使用该工具构件的搅拌摩擦焊装置以及搅拌摩擦焊方法。

背景技术

搅拌摩擦焊(FSW：Friction Stir Welding)为一种一边使被称之为搅拌针(probe)的焊接工具构件高速旋转一边按压在构件上，并利用摩擦热而使多个构件一体化的焊接方法。通过摩擦热而使构件(母材)软化，通过搅拌针的转矩而使焊接部周边产生塑性流动，从而可以使多个构件(母材和对应材料)一体化。因此，搅拌摩擦焊可以说是固相焊接的一种。

搅拌摩擦焊由于为固相焊接，向焊接部的输入热量较少，因而焊接对象的软化和应变的程度较少。另外，由于不使用焊接钎料，因而可以期待成本的降低。搅拌摩擦焊中使用的焊接工具构件要求可耐高速旋转的耐磨性、和可耐摩擦热的耐热性。作为以前的焊接工具构件，在日本特开2011-98842号公报(专利文献1)中公开了使用氮化硅烧结体的构件。专利文献1的氮化硅烧结体是大量含有达20vol％的cBN(立方晶氮化硼)、SiC(碳化硅)、TiN(氮化钛)的烧结体。

专利文献1的由氮化硅烧结体构成的焊接工具构件虽然可以看到一定的耐磨性的改善，但还要求进一步的改善。已经判明在如专利文献1那样大量添加达20vol％的cBN(立方晶氮化硼)、SiC(碳化硅)、TiN(氮化钛)的烧结体中，因变成难烧结性而不能得到致密的烧结体，从而氮化硅烧结体的耐磨性并不充分。

另一方面，在国际公布号WO2016/047376号公报(专利文献2)所记载的发明中，开发了一种将烧结助剂量设定为15质量％以下的由氮化硅烧结体构成的搅拌摩擦焊用工具构件。通过将烧结助剂设定为规定的组合，实现了烧结助剂量的降低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-98842号公报

专利文献2：国际公布号WO2016/047376号公报

发明内容

发明所要解决的课题

专利文献2公开了一种使维氏硬度和断裂韧性值得以兼顾的氮化硅烧结体。由此，作为搅拌摩擦焊用工具构件，使性能得以提高。然而，从长期寿命的角度考虑，并不是可以令人满意的。对其原因进行了调查，结果判明其原因在于台肩部的形状。专利文献2的图2公开了一种断面有棱角这一形状的工具构件。在这样的结构中，台肩部于搅拌摩擦焊中与被焊接材料接触，结果存在的问题是台肩部欠缺而使功能丧失。

实施方式的搅拌摩擦焊用工具构件是为应对这样的问题而完成的。

用于解决课题的手段

实施方式涉及一种搅拌摩擦焊用工具构件，其特征在于：在使台肩部和搅拌针部一体化的由陶瓷构件构成的搅拌摩擦焊用工具中，搅拌针部的根部以及台肩部的端部具有曲面形状，在将台肩部的端部的曲率半径设定为R1(mm)、台肩部的外径设定为D(mm)时，R1/D为0.02～0.20。

附图说明

图1是表示实施方式的搅拌摩擦焊用工具构件的一构成例的半剖视图。

图2是表示工具构件的倾斜面的倾斜角度的一个例子的剖视图。

具体实施方式