[发明专利]搅拌摩擦焊用工具和搅拌摩擦焊方法

说明书

搅拌摩擦焊用工具(1)具有肩部(2)和设于肩部(2)的底面的搅拌头部(6)。搅拌头部(6)的长度为5.5mm以上。搅拌摩擦焊用工具(1)将以氮化硅或赛隆为主相的陶瓷设为基材。

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊用工具和搅拌摩擦焊方法。

背景技术

作为金属件的代表性的固相接合方法，公知有搅拌摩擦焊(FSW：Friction stirwelding)。在搅拌摩擦焊中，使希望接合的金属件在接合部相对，将设于旋转工具的顶端的搅拌头插入于被接合部，使旋转工具沿着被接合界面旋转并且移动，通过摩擦热和旋转工具的搅拌力来使金属件的材料进行流动，从而接合两个金属件。搅拌摩擦焊的特征在于，接合中的最高到达温度未达到被接合材料的熔点，与以往的熔融焊接相比，接合部的强度下降较小，该搅拌摩擦焊近年来迅速地在实际中被应用。

但是，虽然搅拌摩擦焊具有各种优异的特性，但另一方面，需要压入比被接合材料强度高的工具，除此之外，对工具施加较大的应力，因此，对于有的被接合材料，工具的成本和寿命成为较大的问题。具体而言，在接合铝、镁等比较柔软的金属的薄板的情况下，对工具的负载也较小，关于工具寿命、接合条件并没有问题，但在接合钢、钛等高熔点金属的情况下，工具寿命变得非常短。尤其在接合厚板的情况下，问题更加严重，考虑到接合成本、能够得到良好的接头的接合条件范围等，实际上几乎不存在能够在工业上使用的工具。

例如，在专利文献1(日本特表2004－522591号公报)中，提出一种具备搅拌头的摩擦搅拌焊接工具，该搅拌头具有轴和锥形部，在该摩擦搅拌焊接工具中，所述搅拌头具有从搅拌头的基部向顶端部的方向延伸的多个螺旋状扭曲面，搅拌头的直径在搅拌头的纵向的剖面中从搅拌头的基部至顶端部连续变小。

在上述专利文献1所述的摩擦搅拌焊接工具中，能够焊接比以往尝试的加工件厚的加工件，能够抑制缺陷的形成，并且能够将接合中的加工件维持在适当的温度。

另外，在专利文献2(日本特表2003－532543号公报)中，公开了一种搅拌摩擦焊工具，其能够对金属基复合材料(MMCs)、铁合金、非铁合金以及超合金进行搅拌摩擦焊，搅拌摩擦焊工具包含轴部、肩部及搅拌针、以及配置于所述肩部和搅拌针的至少一部分的高耐磨性材料，所述肩部机械地固定于所述轴部，以防止该肩部相对于所述轴部的旋转运动，所述高耐磨性材料具有第一相和第二相，所述高耐磨性材料在超高温和超高压下制造，在功能上能够对MMCs、铁合金、非铁合金以及超合金进行搅拌摩擦焊，作为高耐磨性材料，使用多晶氮化硼(PCBN)或多晶金刚石(PCD)。

在上述专利文献2所述的搅拌摩擦焊用工具中，能够针对使用以往的搅拌摩擦焊方法和工具无法进行接合的材料、即包含像不锈钢这样的铁合金和含少量铁或不含铁的高熔点超合金的材料实施搅拌摩擦焊。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2004－522591号公报

专利文献2：日本特表2003－532543号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，上述专利文献1所公开的摩擦搅拌焊接工具具有多个螺旋状扭曲面，难以作为陶瓷制工具。另外，由于是具有复杂形状的细长的工具形状，因此，在像钢材的搅拌摩擦焊那样施加于工具的应力较大的情况下，工具容易断裂。尤其在对厚板实施搅拌摩擦焊的情况下，问题较为严重。

另外，由于上述专利文献2所公开的搅拌摩擦焊用工具在超高温和超高压条件下制造，因此，制造厚板用的大型工具非常困难。除此之外，伴随着工具尺寸的增加，制造成本大幅度增加，成为在一般的工业用途中不允许的程度的昂贵的工具。