在对接部存在间隙的金属板的双面摩擦搅拌接合方法技术

一种双面摩擦搅拌接合方法。在双面摩擦搅拌接合中，即使在存在于两张金属板的对接部的间隙超过0.5mm的情况下，也能够抑制接合缺陷并提高接合强度，抑制设备成本的增加并提高经济性，并且提高生产效率。第一以及第二旋转工具(3、4)分别具有在前端部分形成有台肩部(3c、4c)的工具主体(3a、4a)，第一旋转工具(3)还具有以从工具主体的前端部分突出的方式形成的突起部(3d)，第二旋转工具(4)还具有形成于工具主体的前端部分并在两张金属板(1、2)的接合时收纳突起部(3d)的前端部的凹部(4d)，在将金属板(1、2)的端面对接而成的对接部(B)产生了不足突起部的直径的间隙的状态下，通过握持装置(5、6)对金属板(1、2)进行握持，将旋转工具的突起部(3d)的前端部插入旋转工具的凹部(4d)内，对对接部的板厚方向整个区域进行摩擦搅拌将其接合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对在对接部存在间隙的金属板的接合部从双面进行摩擦搅拌并将其接合的双面摩擦搅拌接合方法。
技术介绍
已知这样一种摩擦搅拌接合技术一边使旋转工具旋转，一边使设在旋转工具的工具主体上的台肩部的表面与接合部件的表面相接触，利用台肩部的表面与接合部件的表面的摩擦热进行摩擦搅拌，在使接合部件为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被实际应用。在进行摩擦搅拌接合的两张金属板的对接端面不是机械加工面，而是例如基于剪切装置的剪切面或者挤压成形的材料的端面的情况下，由于对接端面的平面度低，因此在两张金属板的对接部产生间隙。作为在对接部存在间隙的情况下使用一根旋转工具的从单侧进行的摩擦搅拌接合方法，在专利文献I中记载了下述方法以旋转工具前端部的探针反复横截接合线的方式边使探针或对接的金属板摆动边进行摩擦搅拌接合。另外，专利文献2中记载了下述方法在产生于对接部的间隙中填充粉末状接合材料，从而不产生空隙，由此防止接合缺陷的发生。另一方面，存在必须对板厚不同的两张金属板进行接合的情况，该情况下，在两张金属板的对接部产生层差。作为当在对接部存在层差的情况下使用一根旋转工具并从单侧进行的摩擦搅拌接合方法，在专利文献3的图4中记载了下述方法使旋转工具朝厚度薄的板倾斜，沿接合线移动接合工具，进行摩擦搅拌接合。另外，在专利文献4的图5以及图6中记载了下述方法以不在插入接合工具的那一侧产生板厚差的方式进行固定，并进行摩擦搅拌接合，由此制成搅拌部后，如图8 图10所示,翻过来对存在层差的部分进行摩擦搅拌接合时，以对搅拌部的一部分再次进行搅拌的方式，消除未接合部。而且，在专利文献4的图12、图13中记载了下述方法以及装置在无层差的接合面(背面)侧，在接合进行方向的先行部配置工具，另一方面，在存在层差的接合面(表面)侧，在接合进行方向的后行部配置工具，从表背面进行摩擦搅拌接合。另一方面，在使用一根旋转工具的从单侧进行的摩擦搅拌接合中，在专利文献5的图3中记载了下述方式在摩擦搅拌接合时，以旋转工具的前端部分朝向旋转工具相对于对接部的移动方向先行的方式，使旋转工具的轴心倾斜。作为使用两根旋转工具的双面摩擦搅拌技术，在专利文献6 (日本专利第2712838号公报)的图14a中记载了下述方式将两根旋转工具在金属板的对接部的表面侧和背面侧以在探针前端间实际不留间隙的状态相对置地配置，从对接部的两侧进行摩擦搅拌并将其接合。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2001-340975号公报专利文献2 :日本特开2003-126970号公报专利文献3 :日本专利3452018号公报专利文献4 :日本专利3931118号公报专利文献5 :日本专利2792233号公报专利文献6 :日本专利第2712838号公报非专利文献非专利文献1:《摩擦搅拌接合-FWS的全部》，社団法人焊接学会编，产报出版，p283，2006年I月20日发行
技术实现思路
专利技术所要解决的课题<第一课题 > 接合強度的降低作为在两张金属板的对接部存在间隙的情况下使用一根旋转工具的从单侧进行的摩擦搅拌接合的课题，包括因接合缺陷的产生而导致的接合強度的降低。关于这一点，在非专利文献I的P283中记载了 由于若对接部的间隙超过0. 5mm则接合部的拉伸强度急剧降低，因此需要将对接部的间隙确保为0. 5mm以下。这是因为，若对接部的间隙为0. 5mm以上，则在接合部容易产生通道状的内部缺陷或槽状的表面缺陷等的接合缺陷。作为容易产生这样的接合缺陷的理由，认为包括以下理由。(I)因对接部背面的温度降低导致的塑性流动性降低；(2)因带有氧化皮膜的未搅拌部与摩擦搅拌部的压接而导致的接合強度的降低；(3)因对接部背面的压カ降低而导致的空隙等的缺陷的产生。对上述⑴ (3)进行说明。在从单侧进行的摩擦搅拌接合中，多数情况下旋转工具的探针的前端部无法到达对接部的背面，背面的塑性流动不足。另外，由于对接部的背面与支承接合部的垫板接触，因此在旋转工具的台肩部生成的摩擦搅拌热向垫板传递，結果，对接部的背面的温度在接合部区域中成为最低。而且，与探针的前端够不到相伴地，由于背面的温度低所以背面的摩擦搅拌材料的流动性与表面相比显著降低。另外，由于在探针前端达到垫板后，接合部会与垫板接合，因此需要在垫板与探针前端之间设置间隙，由于设定该间隙，很多情况下无法对垫板附近的对接端面进行搅拌。在未被搅拌的对接端面的区域，被摩擦搅拌的材料通过塑性流动而流入，具有氧化皮膜的未被搅拌的对接端面与摩擦搅拌材料被压接。如前述那样，对接部的背面在接合部中温度最低，并且由于为具有氧化皮膜的对接端面与摩擦搅拌材料被压接的状态，因此对接部的背面附近的接合部成为可靠性低的接合条件。而且，在旋转工具的台肩部施加的按压力，在从工具的边缘部几何学地向45度方向延长的背侧区域被保持。例如，在台肩面的直径为12mm，材料厚度为3mm的情况下，背面的平均面压成为台肩部所施加的平均面压的2. 25分之一，成为一半以下的面压。若摩擦搅拌部为液相则由旋转工具施加的面压在垫板部分維持相同的压力，但摩擦搅拌接合为固相接合，被摩擦搅拌的材料具有较大的粘性阻力，由台肩部施加的面压的较大部分被摩擦搅拌部的粘性阻力保持。由此推测，由台肩部施加的按压力在对接部背面大幅衰减几乎降低至前述的面压程度。由于该面压的降低，被认为当在对接部产生O. 5mm以上的间隙的情况下，会产生空隙等的缺陷。当由于这些原因在对接部产生O. 5mm以上的间隙的情况下，认为容易在接合部产生通道状的内部缺陷或槽状的表面缺陷等的接合缺陷。针对这样的课题，专利文献I中，通过探针或者对接的金属板的摆动，专利文献2中，通过向产生于对接部的间隙填充粉末状接合材料，从而抑制接合缺陷的产生。但是，专利文献I以及2的技术，是从单侧进行的摩擦搅拌接合，这一点没有变。因此无法消除上述的(I) (3)的问题，仍会发现在接合部的背面残留未接合部的现象。这样的未接合部的存在成为使接合部的强度降低的原因。另外，在两张金属板的厚度不同，在对接部存在层差的情况下，存在起因于该层差而产生接合缺陷，接合强度降低的课题。在专利文献3的图4中，使旋转工具向厚度薄的板倾斜，沿接合线移动接合工具，进行摩擦搅拌接合，由此希望解决这样的课题。但是，该技术也是针对从单侧进行的摩擦搅拌接合，因此无法消除上述的(I) (3)的问题。因此仍存在在接合部的背面残留未接合部的问题，成为使接合部的强度降低的原因。另外，在专利文献4的图12以及图13的方法中，相对于由无层差的那一侧的工具所产生的朝上负载，在背面侧没有支承该负载的部件，因此在接合部产生弯曲变形。由于接合部弯曲，因此，存在工具的台肩边缘部的与接合部的偏负载变大，阻碍顺畅的摩擦搅拌的问题。在专利文献6中，将两根旋转工具配置于金属板的对接部的表面侧和背面侧，从对接部的两侧进行摩擦搅拌并进行接合。在两张金属板的对接部存在间隙的情况下或在两张金属板的对接部存在层差的情况下考虑适用专利文献6的双面摩擦搅拌接合的技术。但是，在专利文献6的双面摩擦搅拌接合中，在以与表背面相对置的方式配置的两根旋转工具的探针前端间以实际不留间隙的状态进行摩擦搅拌接合，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种双面摩擦搅拌接合方法，在将两张金属板(1、2)的端面(la、2a)对接的对接部 (B)的表面侧和背面侧，将第一以及第二旋转工具(3、4)以相对置的方式配置，通过该第一以及第二旋转工具对所述对接部进行摩擦搅拌，由此对所述两张金属板进行摩擦搅拌接合，其特征在于，所述第一以及第二旋转工具(3、4)的一方是旋转工具(3)，该旋转工具(3)具有工具主体(3a)，在其前端部分形成有台肩部(3c);至少一个突起部(3d)，其以从该工具主体的前端部分突出的方式形成，所述第一以及第二旋转工具的另一方是旋转工具(4)，该旋转工具(4)具有工具主体 (4a)，在其前端部分形成有台肩部(4c);至少一个凹部(4d)，其形成于该工具主体的前端部分，并在所述两张金属板(1、2)接合时收纳所述突起部(3d)的前端部，在将所述两张金属板(1、2)的端面(la、2a)对接而成的对接部产生了不足所述突起部 (3d)的直径(dl)的间隙(G)的状态下，分别通过第一以及第二握持装置握持所述两张金属板(1、2),使所述第一以及第二旋转工具旋转，使所述第一以及第二旋转工具向相互接近的方向移动，将所述一方的旋转工具的突起部(3d)的前端部插入所述另一方的旋转工具的凹部 (4d)内，并且，将所述第一以及第二旋转工具的所述台肩部的台肩面(3b、4b)按压于所述对接部的表面侧和背面侧，在该状态下，使所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：加贺慎一，小野濑满，富永宪明，斋藤武彦，芳村泰嗣，平野聪，朴胜焕，
申请(专利权)人：三菱日立制铁机械株式会社，
类型：
国别省市：