CN101015878A - 摩擦搅拌接合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在搭接接缝的摩擦搅拌接合中可防止接合部中心的未接合的方法。本发明的摩擦搅拌接合方法重叠多个构件，使接合工具一边旋转一边压入到一方构件侧，产生摩擦搅拌而进行接合；其特征在于：位于接合工具台肩前端的小直径凸部配置在接合工具的旋转轴外周侧。特别是适合于点接合，除去搭接面的接合界面的表面氧化膜，接合两个构件。

Description

摩擦搅拌接合方法
技术领域
本发明涉及一种对重叠多个构件的搭接接缝进行接合的摩擦搅拌接合技术。
背景技术
作为由摩擦搅拌接合技术对重叠多个构件的搭接接缝进行接合的已有技术，例如具有记载于专利文献1那样的方法，该方法使用前端面为平面状的接合工具或在前端面具有凹部的接合工具，将该接合工具压入到一方的构件侧，将一方的构件侧摩擦搅拌，利用由此产生的塑性流动与另一方的构件进行接合。
另一方面，在摩擦搅拌接合技术中，例如具有如专利文献2记载的那样使接合工具前端的销偏心地形成于接合工具的旋转轴的技术。
[专利文献1]日本特开2005-161382号公报
[专利文献2]日本专利第3452044号公报
作为摩擦搅拌接合技术，在专利文献1中记载了这样的方法，即，当重叠地接合多个构件时，使接合工具一边旋转一边压入到一方的构件侧，产生摩擦搅拌进行接合。该接合是由接合构件的塑性流动除去重合面的表面氧化膜使界面活化后进行接合的方法。然而，由于接合部的中心为圆周速度0，所以，不能由塑性流动除去接合中心的搭接面的表面氧化膜。为此，存在发生未接合的问题。
另外，即使在公开于专利文献2的技术中，也在接合部的中心不能获得足够的圆周速度，不能通过塑性流动除去接合中心的搭接面的表面氧化膜。为此，存在发生未接合的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可防止接合部中心的未接合的摩擦搅拌接合方法。
本发明的摩擦搅拌接合方法重叠多个构件，使接合工具一边旋转一边压入到一方构件侧，产生摩擦搅拌进行接合；其特征在于：位于接合工具台肩前端的小直径的凸部配置在接合工具的旋转轴的外周侧。
另外，本发明的摩擦搅拌接合工具的特征在于：具有位于台肩前端的小直径的凸部，凸部配置在接合工具的旋转轴的外周侧。
另外，本发明的摩擦搅拌接合装置的特征在于：位于接合工具的台肩前端的小直径的凸部配置于接合工具的旋转轴的外周侧。
其中，凸部最好为半球形，凸部的切线最好相对接合工具的旋转轴构成45°～90°的角度。
另外，凸部也可在接合工具的台肩前端具有多个。另外，凸部也可为椭圆形。
另外，在本发明中，在重叠多个构件、使接合工具一边旋转一边压入到一方的构件侧产生摩擦搅拌而接合的场合，最好用于点接合。
按照本发明的利用接合工具的摩擦搅拌接合方法，可使接合工具的旋转中心也产生塑性流动，可进行没有未接合的良好的接合。
附图说明
图1为示出第1实施例的接合方法的图。
图2为示出第1实施例的AB截面的塑性流动示意图。
图3为示出第1实施例的接合工具的正面图和侧面图。
图4为示出切线角度和缺陷的发生状况的图。
图5为示出第2实施例的接合工具1的形状的图。
图6为示出第3实施例的接合工具的形状的图。
图7为示出第4实施例的接合工具1的形状的图。
具体实施方式
本实施方式的摩擦搅拌接合方法在接合工具的台肩前端位置设置小直径的凸部，将该凸部配置于接合工具的旋转轴的外周侧。
即，当接合工具的旋转使得例如旋转θ°时，位于旋转了θ°后的凸部的接合构件塑性流动到旋转θ°前的位置进行填充。
此时，塑性流动沿凸部的周围进行塑性流动。为此，接合工具的旋转可使接合部中心的接合界面产生塑性流动。
另外，最好该凸部为半球形。这是为了容易填充到旋转θ°前的凸部位置。
另外，最好为凸部的切线相对接合工具的旋转轴呈45°～90°的角度的形状。这也是为了容易填充到旋转θ°前的凸部位置。
如在接合工具的旋转中心也配置销那样仅使设于接合工具的销偏心的话，在中心没有充分的塑性流动，存在形成未接合部的危险，而本实施方式中，则产生沿销的绕流，在中心产生塑性流动，消除了这样的问题。
[实施例1]
图1示出第1实施例的接合方法。接合工具1在大直径的台肩3的前端具有小直径的凸部2。凸部2配置在接合工具1的旋转轴的外周侧。
另外，接合试验片在支承构件6上重叠地配置上板4和下板5。
本实施例的上板4的材质为工业用纯铝，下板5的材质为镍。在这里，对不同材质的上板4与下板5进行接合。在本实施例中，这样不同材质的构件也可容易地接合，特别是适于点接合。支承构件6为工具钢。上板4和下板5的板厚分别为0.4mm。
上板4和下板5的材质不论为同种金属还是为异种金属都可接合。特别是上板4的材质最好都为铝、铅、锡、镁等那样熔点低的金属。
在接合熔点差别较大的金属的场合，当接合温度高时，在两者间的接合界面7容易产生厚反应层。在这样的场合，最好使上板4为低熔点金属地接合，这样，可降低接合温度，使反应层的厚度为最小限。
在铝与镍的接合等熔点差别较大的金属接合中，该方法特别有效。
另外，在上板4为铝、下板5为碳素钢的场合，在碳素钢的表面镀镍也有效。镍为软质金属，容易产生塑性变形，表面的氧化膜容易剥离。除此以外，即使镀锌、镀铜也可获得同样的效果。
另外，接合工具1的材质为工具钢，台肩3的直径为5mm，凸部2为直径1mm，高0.3mm，凸部2的中心从接合工具1的旋转中心离开1mm。根据该形状，成为在接合工具1的旋转中心未配置凸部2的构成。在使该接合工具1按18000rpm旋转、按60mm/min压入到上板4的状态下，保持100ms后，按拔出速度120mm/min拉拔，进行点接合。
在该场合，使上板4产生塑性流动，除去搭接面的接合界面7的表面氧化膜，接合上板4和下板5这样两个构件。
凸部2的前端的凸部具有半球形。
在本实施例的场合，凸部2从接合工具1的旋转中心离开1mm，但也可接触。然而，不限于本实施例，最好凸部2从旋转工具1的旋转中心朝外周侧离开0.1mm～1mm左右。
另外，凸部2需要比接合工具1的外周端按0.1mm～1mm左右形成于内周侧。
即，凸部2的直径需要形成得比接合工具1的半径小。
图2示出图1的AB截面的塑性流动示意图。用虚线示出与台肩3和凸部2相当的位置。接合工具1旋转了θ°时，凸部2从位置10变化到位置11。
此时，在没有凸部2的区域，虽然朝接合工具1的旋转方向产生塑性流动，但通过从凸部2初期的旋转前的位置10移动到旋转后的位置11，从而沿凸部2的外周产生塑性流动，所以，即使在接合工具1的旋转中心9，也可产生塑性流动。这样，即使在旋转中心9，也可除去接合界面的表面氧化膜，进行高可靠性的接合。
作为比较例，在形成于接合工具前端的销的中心处于接合工具的旋转中心的场合，由于接合部中心成为圆周速度0，所以，不产生塑性流动，不进行接合。
另外，作为其他的比较例，形成于接合工具的前端的销配置在与接合工具的旋转中心不同的位置，但当在接合工具的旋转中心配置了销的一部分的情况下，仍然是接合部中心不产生塑性流动，不进行接合。
图3示出本实施例的接合工具的侧面图和正面图。
作为形成于接合工具1的凸部2的形状，最好为半圆形，但特别是其切线与接合工具1的旋转轴的角度θ为45°～90°。
已经得知，当角度θ小时，凸部2的体积变大，在接合中，凸部2通过的区域不能充分地由塑性流动填充，存在发生空穴缺陷的危险。
另外，台肩3的外周前端的角部15最好为具有曲率的形状。
图4从缺陷发生状况的观点出发示出切线角度(θ)与缺陷的关系。在角度45°～90°时，不发生缺陷，可进行良好的接合。
当切线角度(θ)为0°～30°时，发生缺陷，不能进行良好的接合。
[实施例2]
图5示出第2实施例的接合工具的形状。与实施例1不同的点在于，在接合工具1设有凹部16。即使具有凹部16，也可获得本发明的效果。
[实施例3]
图6示出第3实施例的接合工具的形状。与实施例1不同的点在于，在接合工具1存在两个凸部2。即使凸部2为多个，也可获得本发明的效果。
[实施例4]
图7示出第4实施例的接合工具1的形状。与实施例1不同的点在于，形成于接合工具1的凸部2的形状为椭圆。即使为椭圆，也可获得本发明的效果。
本发明涉及摩擦搅拌接合方法，特别是有益于利用点接合的摩擦搅拌接合的技术领域，在这样的领域利用的可能性特别大。

Claims (15)

1.一种摩擦搅拌接合方法，重叠多个构件，使接合工具一边旋转一边压入到一方的构件侧，产生摩擦搅拌进行接合；其特征在于：
位于所述接合工具的台肩前端的小直径的凸部配置在上述接合工具的旋转轴的外周侧。
2.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于：上述凸部为半球形。
3.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于：上述凸部的切线相对上述接合工具的旋转轴构成45°～90°的角度。
4.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于：上述凸部在上述接合工具的台肩前端具有多个。
5.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于：上述凸部为椭圆形。
6.一种摩擦搅拌接合工具，重叠多个构件，所述接合工具一边旋转一边压入到一方的构件侧，产生摩擦搅拌进行接合；其特征在于：
上述接合工具具有位于台肩前端的小直径的凸部，上述凸部配置在上述接合工具的旋转轴的外周侧。
7.根据权利要求6所述的摩擦搅拌接合工具，其特征在于：上述凸部为半球形。
8.根据权利要求6所述的摩擦搅拌接合工具，其特征在于：上述凸部的切线相对上述接合工具的旋转轴呈45°～90°的角度。
9.根据权利要求6所述的摩擦搅拌接合工具，其特征在于：上述凸部在上述接合工具的台肩前端具有多个。
10.根据权利要求6所述的摩擦搅拌接合工具，其特征在于：上述凸部为椭圆形。
11.一种摩擦搅拌接合装置，重叠多个构件，使接合工具一边旋转一边压入到一方的构件侧，产生摩擦搅拌而进行接合；其特征在于：
位于上述接合工具的台肩前端的小直径的凸部配置于上述接合工具的旋转轴的外周侧。
12.根据权利要求11所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于：上述凸部为半球形。
13.根据权利要求11所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于：上述凸部的切线相对上述接合工具的旋转轴呈45°～90°的角度。
14.根据权利要求11所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于：上述凸部在上述接合工具的台肩前端具有多个。
15.根据权利要求11所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于：上述凸部为椭圆形。
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