CN103273189B - 接合方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种接合方法。该接合方法相对于将第一金属构件与第二金属构件对接而形成的被接合金属构件使旋转工具移动以进行摩擦搅拌，包括：第一正式接合工序；第二正式接合工序；侧面正式接合工序；预备工序，在进行前述工序中的至少一个正式接合工序之前，在对接部的两侧配置一对突出材，在突出材与被接合金属构件的对接部预备性地进行摩擦搅拌；以及下孔形成工序，在一个正式接合工序中使用的正式接合用旋转工具的插入预定位置上预先形成下孔，正式接合用旋转工具包括呈圆柱状的肩部和从该肩部的下端面的中央突设的搅拌销，搅拌销成形为前端细的圆锥台状，使第一和第二正式接合工序形成的塑性化区域与侧面正式接合工序形成的塑性化区域重复。

Description

接合方法

本发明专利申请是国际申请号为PCT/JP2008/060523，国际申请日为2008年6月9日，进入中国国家阶段的申请号为200880020211.4，名称为“接合方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种利用摩擦搅拌的金属构件的接合方法。

背景技术

金属构件彼此接合的方法已知的有摩擦搅拌接合(FSW＝Friction StirWelding)。摩擦搅拌接合使旋转工具旋转并沿着金属构件彼此的对接部移动，通过旋转工具与金属构件的摩擦热而使对接部的金属做塑性流动，藉此使金属构件彼此做固相接合。而且，旋转工具一般会在呈圆柱状的肩部的下端面突设搅拌销(探针)。

于此，图29及图30为表示对一对金属构件实施摩擦搅拌接合的现有的接合方法的立体图。如图29所示，在应接合的金属构件101、101的厚度比未图示的旋转工具的搅拌销的长度还大的情况下，在从金属构件101的表面102侧进行摩擦搅拌后，从背面103侧进行摩擦搅拌。

即，现有的接合方法中，沿着金属构件101、101的对接部104(双点划线)从表面102及背面103的两侧进行摩擦搅拌，由摩擦搅拌所形成的塑性化区域105、106的厚度方向的中央部分接触而接合。藉此，在对接部104处，可无间隙地接合。此种接合方法在下述的文献1中有揭露。

文献1：日本专利特开2005-131666号公报(参照图7)

然而，如图30所示，在需接合的金属构件111、111的厚度大的情况下，即使从表面102以及背面103进行摩擦搅拌，对接部104(双点划线)的中央部也可能会产未接合部。即，相对于未图示的旋转工具的搅拌销的长度，金属构件111的厚度相当大的情况下，即使从金属构件111的表面102及背面103进行摩擦搅拌，也无法接触塑性化区域105、106的厚度方向的中央部分，因此在对接部104的中央部会产生间隙（未接合部）119。如此，当从一边的侧面107至另一边的侧面108连续产生间隙119时，会有侧面107及侧面108之间的水密性及气密性降低的问题。

于此，对应于金属构件111的厚度而使旋转工具的搅拌销的长度变大，通过从表面102及背面103进行摩擦搅拌，可以无间隙地接合金属构件111彼此之间。但是，旋转工具由于将搅拌销埋没于金属构件111内而边高速旋转边移动，所以当搅拌销的长度变大时，作用于摩擦搅拌装置的驱动装置及搅拌销的负荷变大，会导致装置的短寿命化的问题。

又，如图29及图30所示，在塑性化区域105、106中，可能会从一边的侧面107至另一边的侧面108产生连续的空洞缺陷109。上述的空洞缺陷109为在金属构件101、111的侧面107及侧面108之间造成水密性及气密性降低的原因之一。

发明内容

从此观点而言，本发明提供一种接合方法，对金属构件彼此之间的对接部从金属构件的表面侧及背面侧进行摩擦搅拌的同时，可提高金属构件的两侧面之间的气密性及水密性。

为了解决此问题，本发明的接合方法为相对于第一金属构件与第二金属构件对接而形成的被接合金属构件使旋转工具移动而进行摩擦搅拌，包括：第一正式接合工序，相对于所述第一金属构件与所述第二金属构件的对接部，从所述被接合金属构件的表面侧进行摩擦搅拌；第二正式接合工序，相对于所述对接部而从所述被接合金属构件的背面侧进行摩擦搅拌；侧面正式接合工序，相对于所述对接部而从所述被接合金属构件的侧面侧进行摩擦搅拌，在所述第一正式接合工序以及第二正式接合工序所形成的塑性化区域与在所述侧面正式接合工序所形成的的塑性化区域为重复。

根据上述的接合方法，相对于对接部从被接合金属构件的表面侧及背面侧进行摩擦搅拌后，相对于对接部从被接合金属构件的侧面侧进行摩擦搅拌而使塑性化区域重复，因此，在侧面之间不会产生连续的间隙。藉此，可提升两侧面之间的气密性及水密性。

又，所述侧面正式接合工序最好包括从所述被接合金属构件的一边的侧面侧进行摩擦搅拌的第三正式接合工序、以及从所述被接合金属构件的另一边的侧面侧进行摩擦搅拌的第四正式接合工序。

根据上述的接合方法，由于相对于对接部从被接合金属构件的两侧面侧进行摩擦搅拌，因此可更确实地提高气密性及水密性。

又，所述第一至第四正式接合工序中，所述旋转工具的旋转方向为同方向的情况下，所述第二正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置设定为所述第一正式接合工序中的摩擦搅拌的结束位置侧；所述第三正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置设定为所述第一正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置侧及所述第二正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置侧的其中之一；所述第四正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置设定为所述第一正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置侧及所述第二正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置侧的其中之另一。

于此，在进行摩擦搅拌之际可能产生的空洞缺陷在旋转工具右旋转时形成于行进方向的左侧，在左旋转时形成于行进方向的右侧，但通过将第三接合工序及第四接合工序的开始位置设定于上述的位置，即使在侧面间产生连续的空洞缺陷，也可确实地断开该空洞缺陷。藉此，可提升两侧面间的气密性及水密性。又，由于旋转工具的旋转方向设定成同方向，在进行各正式接合工序之际，不必逐一变更旋转工具的旋转方向，可提高作业性。

又，在所述第一正式接合工序中，使所述旋转工具右旋转的同时，设定摩擦搅拌的开始位置及结束位置，使所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向的右侧，在所述第二正式接合工序中，使所述旋转工具左旋转的同时，设定摩擦搅拌的开始位置及结束位置，使所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向的左侧，此时，所述第三正式接合工序及第四正式接合工序中，若所述旋转工具右旋转，则设定摩擦搅拌的开始位置及结束位置，使所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向的左侧，若所述旋转工具左旋转，则设定摩擦搅拌的开始位置及结束位置，使所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向的右侧。

在所述第一正式接合工序中，使所述旋转工具左旋转的同时，设定摩擦搅拌的开始位置及结束位置，使所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向的右侧，在所述第二正式接合工序中，使所述旋转工具右旋转的同时，设定摩擦搅拌的开始位置及结束位置，使所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向的左侧，此时，所述第三正式接合工序及第四正式接合工序中，若所述旋转工具右旋转，则设定摩擦搅拌的开始位置及结束位置，使所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向的右侧，若所述旋转工具左旋转，则设定摩擦搅拌的开始位置及结束位置，使所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向的左侧。

根据上述的接合方法，在第一正式接合工序及第二正式接合工序所形成的塑性化区域中，即使在侧面间产生连续的空洞缺陷，也可确实地断开该空洞缺陷。藉此，可提升两侧面间的气密性及水密性。

又，在进行所述第一正式接合工序、所述第二正式接合工序以及所述侧面正式接合工序至少其中之一以前，进行对所述对接部临时接合的临时接合工序。

在进行第一乃至第四正式接合工序之际，由于旋转工具被压入第一金属构件及第二金属构件的对接部，所以欲将第一金属构件及第二金属构件拉离的力产生作用，对接部会产生开孔。但根据上述的接合方法，在进行第一至第四接合工序之前，对对接部进行临时接合，从而可适当地进行第一至第四正式接合工序。

又，最好还包括一预备工序，在所述对接部的两侧配置一对突出（tab）材，所述突出材与所述被接合金属构件的对接部预备性地进行摩擦搅拌。

根据上述的接合工序，通过使用突出材，可迅速地进行临时接合工序及正式接合工序且作修饰而得到美观的接合。

又，最好在所述旋转工具的插入预定位置上形成预定的下孔。根据上述的接合方法，可减低将旋转工具压入插入预定位置之际所产生的插入阻抗的同时，由于旋转工具被导引至下孔，可精确而迅速地进行摩擦搅拌。

又，在所述侧面正式接合工序所形成的塑性化区域的延长距离比所述对接部的厚度尺寸还大。根据上述的接合方法，由于可确保形成于被接合金属构件的侧面的塑性化区域的延长距离比被接合金属构件的厚度尺寸还长，可使作用于接合部分的应力分散。藉此，可提高接合部分的接合强度。

又，所述侧面正式接合工序中，横越出现于所述被接合金属构件的侧面的所述对接部的全长而进行摩擦搅拌，在所述侧面正式接合工序所形成的塑性化区域与所述第一正式接合工序及所述第二正式接合工序中所形成的塑性化区域重复。根据上述的接合方法，可进一步提高被接合金属构件的气密性及水密性。

又，出现于所述被接合金属构件的侧面的所述对接部的平面线形最好为直线或直线的组合。根据上述的接合方法，关于对接部的平面线形，虽然也可包含曲线，但若为直线或直线的组合，则对接面的成形容易，可省略加工的程序。

又，本发明在出现于所述被接合金属构件的侧面的所述对接部的平面线形中，设有1个以上的折曲点，而且在该折曲点上，直线彼此（对接面彼此）相交的角度可以为90度。根据上述的接合方法，在摩擦搅拌的接合时，沿着对接部的平面线形移动的旋转工具由于在折曲点临时停止，所以在折曲点比其它部分进行更长时间的摩擦搅拌。因此，在折曲点通过进行长时间的摩擦搅拌，由于可实施加工而不产生接合缺陷，所以连续的接合缺陷不会沿着接合部产生，可提高在接合部的气密性及水密性。

根据本发明的接合方法，从金属构件的表面侧及背面侧对金属构件彼此的对接部进行摩擦搅拌的同时，可提升金属构件的两侧面间的气密性及水密性。

附图说明

图1是表示第一实施形态的接合方法的图，(a)为立体图，(b)为(a)中N部分的放大立体图。

图2是表示第一实施形态的第一准备工序的图，(a)为立体图，(b)为平面图。

图3是表示第一实施形态的第一准备工序的图，(a)为图2(b)的I-I线剖视图，(b)为图2(b)的II-II线剖视图。

图4是表示第一实施形态的旋转工具的图，(a)为临时接合用旋转工具的侧视图，(b)为正式接合用旋转工具的侧视图。

图5是表示第一实施形态的临时接合用旋转工具的使用状态的图，(a)为临时接合用旋转工具抵接于第二突出材的图，(b)为临时接合用旋转工具压入第二突出材的图。

图6为表示第一实施形态的第一预备工序的第二突出材接合工序、临时接合工序以及第一突出材接合工序的平面图。

图7为第一实施形态的第一正式接合工序的从图6的III-III方向观看的剖视图，(a)表示开始位置的摩擦搅拌，(b)表示中间位置的摩擦搅拌，(c)表示结束位置的摩擦搅拌。

图8(a)为第一实施形态的第二准备工序的再设置工序之后，从对接部J1朝向第一金属构件1a侧的剖视图，图8(b)为第一实施形态的第二准备工序的第一突出材接合工序、临时接合工序以及第二突出材接合工序的平面图。

图9表示第一实施形态的第二正式接合工序的图8(b)的IV-IV线剖视图，(a)表示开始位置的摩擦搅拌，(b)表示中间位置的摩擦搅拌。

图10为第一实施形态的突出材切除工序后的被接合金属构件的立体图。

图11为第一实施形态的第三准备工序的立体图。

图12为第一实施形态的第三正式接合工序的立体图。

图13为第一实施形态的第三正式接合工序后的图12的V-V线剖视图。

图14(a)为第一实施形态的第四准备工序的再设置工序后，从对接部J1面向第二金属构件1b侧的剖视图，图14(b)为第一实施形态的第四正式接合工序的图，从对接部J1面向第二金属构件1b侧的剖视图。

图15为第二实施形态的接合方法的图，(a)为立体图，(b)为H部分的放大立体图。

图16为第三实施形态的接合方法的图，(a)为立体图，(b)为I部分的放大立体图。

图17为第四实施形态的被接合金属构件的立体图。

图18为第四实施形态的被接合金属构件的图，(a)为立体分解图，(b)为侧视图。

图19为第四实施形态的突出材配置工序的立体图。

图20为第四实施形态的临时接合工序的平面图。

图21为第四实施形态的第一正式接合工序的平面图。

图22为第四实施形态的第二临时接合工序及第二正式接合工序的平面图。

图23为第四实施形态的第三预备工序的平面图。

图24为第四实施形态的第三正式接合工序的平面图。

图25为第四实施形态的第四预备工序及第四正式接合工序的平面图。

图26为本发明的实施形态的变形例的被接合金属构件的第一侧面C的平面图，(a)为第一变形例，(b)为第二变形例，(c)为第三变形例。

图27为本发明的实施形态的变形例的被接合金属构件的第一侧面C的平面图，(a)为第四变形例，(b)为第五变形例，(c)为第六变形例，(d)为第七变形例。

图28为本发明的实施形态的变形例的被接合金属构件的第一侧面C的平面图，其表示第八变形例。

图29为现有的接合方法的立体图。

图30为现有的接合方法的立体图。

(符号说明)

1  被接合金属构件；            1a  第一金属构件；

1b  第二金属构件；             2  第一突出材；

3  第二突出材；                201  被接合金属构件；

201a  第一金属构件；           201b  第二金属构件；

202  第一突出材；              203  第二突出材；

A  表面；                      B  背面；

C  第一侧面；                  D  第二侧面；

F  临时接合用旋转工具；        G  正式接合用旋转工具；

J  对接部；                    L  平面线形；

P1  下孔；

V₁～V₄  旋转工具的行进方向；

W  塑性化区域；

S_M  正式接合工序的开始位置；

E_M  正式接合工序的结束位置。

具体实施方式

[第一实施形态]

本发明的接合方法，特征在于：如图1所示，在使第一金属构件1a与第二金属构件1b对接而形成的被接合金属构件1的外周四边作摩擦搅拌而接合之际，分别适当地设定正式接合用旋转工具G的旋转方向及行进方向。

首先，对本实施形态的接合方法的被接合金属构件1作详细说明的同时，对于在接合该被接合金属构件1之际所使用的第一突出材与第二突出材作详细的说明。

被接合金属构件1，如图2所示，在本实施形态中，由断面呈矩形的第一金属构件1a及第二金属构件1b所构成，通过使各自的端面对接而形成对接部J1。第一金属构件1a及第二金属构件1b，在本实施形态中，由相同组成的金属材料所构成，例如由铝、铝合金、铜、铜合金、钛、钛合金、镁、镁合金等可摩擦搅拌的金属材料所构成。虽然第一金属构件1a及第二金属构件1b的形状、尺寸并无特别限制，但最好是至少对接部J1处的厚度尺寸为相同。

而且，如图1所示，被接合金属构件1的表面为表面A、背面为背面B、一边的侧面为第一侧面C、另一边的侧面为第二侧面D。又，在本实施形态中的上下左右前后按照图1的箭头。

如图2(a)及图2(b)所示，第一突出材2及第二突出材3配置成夹持被接合金属构件1的对接部J1，分别添设于被接合金属构件1，而覆盖隐藏呈现于第一侧面C及第二侧面D的第一金属构件1a与第二金属构件1b的接缝(边界线)。虽然第一突出材2及第二突出材3的材质并无限制，但在本实施形态中，用与被接合金属构件1相同组成的金属材料形成。又，虽然第一突出材2及第二突出材3的形状、尺寸并无特别限制，但在本实施形态中，其厚度尺寸与对接部J1处的被接合金属构件1的厚度尺寸相同。

接着，参照图4，针对用于临时接合工序的旋转工具F(以下称“临时接合用旋转工具F”)以及用于正式接合工序的旋转工具G(以下称“正式接合用旋转工具G”)作详细说明。

图4(a)所示的临时接合用旋转工具F具有：由工具钢等比被接合金属构件1还硬质的金属材料所构成而呈圆柱状的肩部F1、以及突设于该肩部F1的下端面F11的搅拌销(探针)F2。临时接合用旋转工具F的尺寸、形状虽然可对应于被接合金属构件1的材质及厚度等而设定，但至少比后述的第一正式接合工序所使用的正式接合用旋转工具G(参照图4(b))还小型。如此，由于可以使用比正式接合还小的负荷进行临时接合，可减低临时接合时摩擦搅拌装置所需的负荷，而且由于临时接合用旋转工具F的移动速度(输送速度)比正式接合用旋转工具G的移动速度还高速，可减低临时接合所需要的作业时间及成本。

肩部F1的下端面F11是推压塑性流动化的金属而防止朝周围飞散的部位，在本实施形态中，形成凹面状。虽然肩部F1的外径X₁的大小并无特别限制，但在本实施形态中，比正式接合用旋转工具G的肩部G1的外径Y₁还小。

搅拌销F2从肩部F1的下端面F11的中央垂下，在本实施形态中，形成前端细的圆锥台状。又，在搅拌销F2的周面，形成设置成螺旋状的搅拌翼。虽然搅拌销F2的外径大小并无特别限制，但在本实施形态中，最大外径(上端直径)X₂比正式接合用旋转工具G的搅拌销G2的最大外径(上端直径)Y₂还小，而且最小外径(下端直径)X₃比搅拌销G2的最小外径(下端直径)Y₃还小。搅拌销F2的长度L₂最好比正式接合用旋转工具G的搅拌销G2的长度L₁(参照图4(b))还小。

如图4(b)所示，正式接合用旋转工具G具有：由工具钢等比被接合金属构件1还硬质的金属材料形成而呈圆柱状的肩部G1、以及突设于该肩部G1的下端面G11的搅拌销(探针)G2。

肩部G1的下端面G11与临时接合用旋转工具F相同而形成为凹面状。搅拌销G2从肩部G1的下端面G11的中央垂下，在本实施形态中，形成前端细的圆锥台状。又，在搅拌销G2的周面，形成设置成螺旋状的搅拌翼。

以下，详细说明本实施形态的接合方法。本实施形态的接合方法包含：(1)第一准备工序、(2)第一预备工序、(3)第一正式接合工序、(4)第二准备工序、(5)第二预备工序、(6)第二正式接合工序、(7)突出材切除工序、(8)第三准备工序、(9)第三预备工序、(10)第三正式接合工序、(11)第四准备工序、(12)第四预备工序、(13)第四正式接合工序、(14)突出材切除工序。

而且，如图1所示，(2)第一预备工序及(3)第一正式接合工序是从表面A侧实施的工序，(5)第二预备工序及(6)第二正式接合工序是从背面B侧实施的工序，(9)第三预备工序及(10)第三正式接合工序是从第一侧面C侧实施的工序，(12)第四预备工序及(13)第四正式接合工序是从第二侧面D侧实施的工序。在本实施形态中，临时接合用旋转工具F及正式接合用旋转工具G的旋转方向全部都是向右旋转。如此，临时接合用旋转工具F及正式接合用旋转工具G的旋转方向统一，可节省作业程序。

(1)第一准备工序

参照图2及图3说明第一准备工序。第一准备工序为准备抵接构件(第一突出材2及第二突出材3)的工序，抵接构件设置了第一及第二正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置及结束位置。第一准备工序在本实施形态中包括：使第一金属构件1a及第二金属构件1b对接的(1-1)对接工序、将第一突出材2与第二突出材3配置于被接合金属构件1的对接部J1的两侧的(1-2)突出材配置工序、将第一突出材2与第二突出材3通过熔接而临时接合于被接合金属构件1的(1-3)熔接工序、将被接合金属构件1设置于未图示的摩擦搅拌装置的台架上的(1-4)设置工序。

(1-1)对接工序

在对接工序中，如图2及图3所示，使第二金属构件1b的端面11b密接于第一金属构件1a的端面11a。又，第一金属构件1a的表面12a与第二金属构件1b的表面12b齐平，而且，第一金属构件1a的背面13a与第二金属构件1b的背面13b齐平。又，同样地，第一金属构件1a的第一侧面14a与第二金属构件1b的第一侧面14b齐平，第一金属构件1a的第二侧面15a与第二金属构件1b的第二侧面15b齐平。

而且，表面A由第一金属构件1a的表面12a与第二金属构件1b的表面12b所形成，背面B由第一金属构件1a的背面13a与第二金属构件1b的背面13b所形成，第一侧面C由第一金属构件1a的第一侧面14a与第二金属构件1b的第一侧面14b所形成，第二侧面D由第一金属构件1a的第二侧面15a与第二金属构件1b的第二侧面15b所形成。

(1-2)突出材配置工序

在突出材配置工序中，如图2(b)所示，在对接部J1的第一侧面C侧配置第一突出材2，使其抵接面21抵接于第一侧面C。而且，将第二突出材3配置于对接部J1的第二侧面D，使其抵接面31抵接于第二侧面D。此时，如图3(b)所示，第一突出材2的表面22和第二突出材3的表面32与被接合金属构件1的表面A齐平，同时第一突出材2的背面23和第二突出材3的背面33与被接合金属构件1的背面B齐平。

(1-3)熔接工序

在熔接工序中，如图2(a)及图2(b)所示，由被接合金属构件1与第一突出材2所形成的内侧角部2a、2b被熔接而使被接合金属构件1与第一突出材2作临时接合。而且，由被接合金属构件1与第二突出材3所形成的内侧角部3a、3b被熔接而使被接合金属构件1与第二突出材3作临时接合。而且，可跨越内侧角部2a、2b及内侧角部3a、3b的全长而连续实施熔接，断续地实施熔接亦可。

(1-4)设置工序

在设置工序中，将临时熔接第一突出材2及第二突出材3后的被接合金属构件1载置于未图示的摩擦搅拌装置的台架上，例如使用夹具(clamp)而限制成不能移动。本实施形态的所述摩擦搅拌装置为从被接合金属构件1的上方进行摩擦搅拌而设定的装置。

而且，在第一准备工序中，在省略熔接工序的情况下，也可在未图示的摩擦搅拌装置的台架上实施对接工序与突出材配置工序。

(2)第一预备工序

第一预备工序为在第一正式接合工序之前所进行的先期工序，在本实施形态中，包括：在表面A侧使被接合金属构件1与第二突出材3的对接部J3接合的(2-1)第二突出材接合工序、接合被接合金属构件1的对接部J1的(2-2)临时接合工序、使被接合金属构件1与第一突出材2的对接部J2接合的(2-3)第一突出材接合工序、将下孔形成于第一正式接合工序的摩擦搅拌的开始位置的(2-4)下孔形成工序。

在第一预备工序中，如图6所示，使一个临时接合用旋转工具F移动而形成连续的移动轨迹，对于对接部J3、J1、J2连续地进行摩擦搅拌。即，使插入摩擦搅拌的开始位置S_P1的临时接合用旋转工具F的搅拌销F2(参照图4(a))在中途不脱离而移动至结束位置E_P1为止。而且，在本实施形态中，虽然将摩擦搅拌的开始位置S_P1设于第二突出材3，将结束位置E_P1设于第一突出材2，但开始位置S_P1与结束位置E_P1的位置并无限定。

本实施形态的第一预备工序中的摩擦搅拌的程序参照图5及图6作更详细的说明。

首先，如图5(a)所示，使临时接合用旋转工具F位于设置在第二突出材3的适当部位的开始位置S_P1的正上方，接着使临时接合用旋转工具F边右旋转边下降而将搅拌销F2压于开始位置S_P1上。临时接合用旋转工具F的旋转速度虽然对应于搅拌销F2的尺寸、形状、进行摩擦搅拌的被接合金属构件1等的材质及厚度等而作设定，但大多的情况下是设定于500～2000(rpm)的范围内。

当搅拌销F2与第二突出材3的表面32接触时，由摩擦热使搅拌销F2周围的金属塑性流动化，如图5(b)所示，搅拌销F2被插入第二突出材3。

搅拌销F2全体进入第二突出材3且肩部F1的下端面F11的全面接触于第二突出材3的表面32后，如图6所示，使临时接合用旋转工具F旋转而向第二突出材接合工序的起点s2作相对移动。

临时接合用旋转工具F的移动速度(输送速度)虽然对应于搅拌销F2的尺寸、形状、进行摩擦搅拌的被接合金属构件1等的材质及厚度等而作设定，但大多的情况下是设定于100～1000(mm/分)的范围内。临时接合用旋转工具F移动时的旋转速度与插入时的旋转速度相同或比其低。而且，使临时接合用旋转工具F移动之际，虽然肩部F1的轴线相对于铅直线而朝行进方向的后方稍微倾斜，但若不倾斜而呈铅直，则临时接合用旋转工具F的方向转换容易，可做复杂的动作。使临时接合用旋转工具F移动时，其搅拌销F2的周围的金属依次塑性流动化，同时在从搅拌销F2分离的位置上，塑性流动化的金属再度硬化。

使临时接合用旋转工具F作相对移动而连续地进行摩擦搅拌直到第二突出材接合工序的起点s2为止，在起点s2使临时接合用旋转工具F不脱离而移行至第二突出材接合工序。

(2-1)第二突出材接合工序

在第二突出材接合工序中，对于第二突出材3与被接合金属构件1的对接部J3进行摩擦搅拌。具体而言，将摩擦搅拌的路径(route)设定在被接合金属构件1与第二突出材3的接缝(边界线)上，通过沿着该路径使临时接合用旋转工具F作相对移动，对于对接部J3进行摩擦搅拌。而且，在本实施形态中，使临时接合用旋转工具F在途中不脱离而从第一突出材接合工序的起点s2至终点e2连续地进行摩擦搅拌。

而且，使临时接合用旋转工具F作右旋转的情况下，由于临时接合用旋转工具F的行进方向的左侧会有产生微细的空洞缺陷的可能，因此最好设定第二突出材接合工序的起点s2与终点e2的位置，使被接合金属构件1位于临时接合用旋转工具F的行进方向的右侧。如此，由于空洞缺陷难以产生于被接合金属构件1侧，而可得到高质量的接合体。

另外，当使临时接合用旋转工具F左旋转时，由于临时接合用旋转工具F的行进方向的右侧会有产生微细的空洞缺陷的可能，因此最好设定第二突出材接合工序的起点与终点的位置，使被接合金属构件1位于临时接合用旋转工具F的行进方向的左侧。具体而言，虽然未图示，但可将起点设置于临时接合用旋转工具F作右旋转时的终点e2，将终点设置于临时接合用旋转工具F作右旋转时的起点s2的位置。

而且，当临时接合用旋转工具F的搅拌销F2进入对接部J3时，虽然欲将被接合金属构件1与第二突出材3拉离的力产生作用，但由于被接合金属构件1与第二突出材3所形成的内侧角部3a、3b(参照图2)通过熔接而作临时接合，所以被接合金属构件1与第二突出材3之间不会产生开孔。

(2-2)临时接合工序

临时接合用旋转工具F到达第二突出材接合工序的终点e2之后，在终点e2摩擦搅拌并未结束而连续地进行摩擦搅拌直到临时接合工序的起点s1，并以此状态移行至临时接合工序。即，从第二突出材接合工序的终点e2至临时接合工序的起点s1为止，临时接合用旋转工具F不脱离而持续进行摩擦搅拌，而且在起点s1，临时接合用旋转工具F不脱离而移行至临时接合工序。如此，在第二突出材接合工序的终点e2不需要进行临时接合用旋转工具F的脱离作业，而且由于在临时接合工序的起点s1不需要进行临时接合用旋转工具F的插入作业，所以可以使预备性的接合作业效率化、迅速化。

在本实施形态中，将从第二突出材接合工序的终点e2至临时接合工序的起点s1的摩擦搅拌的路径设定至第二突出材3，将使临时接合用旋转工具F从第二突出材接合工序的终点e2移动至临时接合工序的起点s1时的移动轨迹形成于第二突出材3。如此，在从第二突出材接合工序的终点e2移动至临时接合工序的起点s1的工序中，由于被接合金属构件1难以产生空洞缺陷，可得到高质量的接合体。

在临时接合工序中，对于被接合金属构件1的对接部J1(参照图6)进行摩擦搅拌。具体而言，在被接合金属构件1的接缝(边界线)上设定摩擦搅拌的路径，通过沿着该路径使临时接合用旋转工具F作相对移动，横越对接部J1的全长而连续地进行摩擦搅拌。而且，在本实施形态中，临时接合用旋转工具F在中途不脱离而从临时接合工序的起点s1至终点e1连续地进行摩擦搅拌。

在临时接合用旋转工具F到达临时接合工序的终点e1之后，在终点e1摩擦搅拌不结束而连续地进行摩擦搅拌至第一突出材接合工序的终点s3，依此状态移行至第一突出材接合工序。即，临时接合用旋转工具F从临时接合工序的终点e1至第一突出材接合工序的起点s3不脱离而连续地进行摩擦搅拌，而且临时接合用旋转工具F在起点s3不脱离而移行至第一突出材接合工序。

在本实施形态中，将临时接合工序的终点e1至第一突出材接合工序的起点s3的摩擦搅拌的路径设定至第一突出材2，将使临时接合用旋转工具F从临时接合工序的终点e1移动至第一突出材接合工序的起点s3时的移动轨迹形成于第一突出材2。如此，在从临时接合工序的终点e1移动至第一突出材接合工序的起点s3的工序中，由于被接合金属构件1难以产生空洞缺陷，可得到高质量的接合体。

(2-3)第一突出材接合工序

在第一突出材接合工序中，对于被接合金属构件1与第一突出材2的对接部J2进行摩擦搅拌。具体而言，在被接合金属构件1与第一突出材2的接缝(边界线)上设定摩擦搅拌的路径，通过沿该路径使临时接合用旋转工具F作相对移动，对于对接部J2进行摩擦搅拌。而且，在本实施形态中，临时接合用旋转工具F在途中不脱离而从第一突出材接合工序的起点s3至终点e3连续进行摩擦搅拌。

而且，由于使临时接合用旋转工具F作右旋转，所以设定第一突出材接合工序的起点s3与终点e3的位置，使被接合金属构件1位于临时接合用旋转工具F的行进方向的右侧。如此，由于在被接合金属构件1侧难以产生空洞缺陷，可得到高质量的接合体。另外，在临时接合用旋转工具F作左旋转的情况下，最好设定第一突出材接合工序的起点与终点的位置，使被接合金属构件1位于临时接合用旋转工具F的行进方向的左侧。具体而言，虽然未图示，但可将起点设置于临时接合用旋转工具F作右旋转时的终点e3的位置，将终点设置于临时接合用旋转工具F作右旋转时的起点s3的位置。

而且，当临时接合用旋转工具F的搅拌销F2进入对接部J2时，虽然欲将被接合金属构件1与第一突出材2拉离的力产生作用，但由于被接合金属构件1与第一突出材2所形成的内侧角部2a、2b(参照图2)通过熔接而作临时接合，所以被接合金属构件1与第一突出材2之间不会产生开孔。

在临时接合用旋转工具F到达第一突出材接合工序的终点e3之后，在终点e3摩擦搅拌不结束而连续地进行摩擦搅拌直到设于第一突出材2的结束位置E_P1为止。而且，在本实施形态中，在被接合金属构件1的表面A侧所呈现的接缝(边界线)的延长线上设置结束位置E_P1。另外，结束位置E_P1也是后述的第一正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置S_M1。

在临时接合用旋转工具F到达结束位置E_P1之后，使临时接合用旋转工具F边旋转边上升而使搅拌销F2从结束位置E_P1脱离。

(2-4)下孔形成工序

接着，实施下孔形成工序。下孔形成工序如图4(b)所示，其为在第一正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置形成下孔P1的工序。在第一预备工序中的下孔形成工序中，在设定于第一突出材2的表面22的S_M1形成下孔P1。

下孔P1设置的目的是为了减低正式接合用旋转工具G的搅拌销G2的插入阻抗(压入阻抗)，在本实施形态中，是将在临时接合用旋转工具F的搅拌销F2(参照图4(a))脱离时所形成的冲孔H1以未图示的钻具等作扩孔而形成的。若利用冲孔H1，则由于可简化下孔P1的形成工序，可缩短作业时间。虽然下孔P1的形态并无特别限制，但在本实施形态中为圆筒状。而且在本实施形态中，虽然在第一突出材2形成下孔P1，但下孔P1的位置并无特别限制，形成于第二突出材3亦可，虽然可形成于对接部J2、J3上，但较佳的是，如本实施形态形成于被接合金属构件1的表面A侧出现的被接合金属构件1的接缝(边界线)的延长线上。

而且，在本实施形态中，虽然是以将临时接合用旋转工具F的搅拌销F2(参照图4(a))的冲孔H1作扩孔而形成下孔P1的情况为例，但在搅拌销F2的最大外径X₂比正式接合用旋转工具G的搅拌销G2的最小外径Y₃还大，而且搅拌销F2的最大外径X₂比正式接合用旋转工具G的搅拌销G2的最大外径Y₂还小(Y₃<X₂<Y₂)时等的情况下，也可将搅拌销F2的冲孔H1直接形成为下孔P1。

(3)第一正式接合工序

第一正式接合工序为使被接合金属构件1的表面A侧的对接部J1真正地接合的工序。在本实施形态的第一正式接合工序中，使用如图4(b)所示的正式接合用旋转工具G，对临时接合状态下的对接部J1从被接合金属构件1的表面A侧进行摩擦搅拌。

在第一正式接合工序中，如图7(a)～图7(c)所示，使正式接合用旋转工具G的搅拌销G2插入（压入）形成于开始位置S_M1的下孔P1，插入的搅拌销G2在中途不脱离而移动至结束位置E_M1。即，在第一正式接合工序中，从下孔P1开始摩擦搅拌，而连续地进行摩擦搅拌直到结束位置E_M1为止。

于此，在第一预备工序结束的时间点，由于具备临时接合用旋转工具F的摩擦搅拌装置位于第一突出材2的结束位置E_P1的正上方(参照图6)，所以若第一正式接合工序的开始位置为S_M1，则不移动具备正式接合用旋转工具G的摩擦搅拌装置即可进行第一正式接合工序，可省略作业。

而且，在本实施形态中，虽然在第一突出材2上设置摩擦搅拌的开始位置S_M1，在第二突出材3上设置结束位置E_M1，但开始位置S_M1与结束位置E_M1的位置并无限定。

参照图7(a)～7(c)更详细地说明第一正式接合工序。

首先，如图7(a)所示，使正式接合用旋转工具G位于下孔P1(开始位置S_M1)的正上方，接着使正式接合用旋转工具G边做右旋转边下降而使搅拌销G2的前端插入下孔P1。当搅拌销G2进入下孔P1时，搅拌销G2的周面(侧面)抵接于下孔P1的孔壁，金属从孔壁开始塑性化流动。当成为此状态时，塑性化流动的金属在搅拌销G2的周面压退，同时由于搅拌销G2压入可减低在压入初期阶段的压入阻抗，又，在正式接合用旋转工具G的肩部G1抵接于第一突出材2的表面22之前，搅拌销G2抵接于下孔P1而产生摩擦热，因此可缩短至塑性流动化的时间。即，可减低摩擦搅拌装置的负荷，此外可缩短正式接合工序所需要的作业时间。

搅拌销G2全体进入第一突出材2而且肩部G1的下端面G11全面接触于第一突出材2的表面22之后，如图7(b)所示，边进行摩擦搅拌边使正式接合用旋转工具G朝向被接合金属构件1的对接部J1的一端作相对移动，而且，横切对接部J2而突入对接部J1。当使正式接合用旋转工具G移动时，其搅拌销G2周围的金属依次塑性流动化，同时在从搅拌销G2分离的位置上，塑性流动化的金属再度硬化而形成塑性化区域(以下称“表面侧塑性化区域W1”)。

正式接合用旋转工具G的移动速度(输送速度)虽然是对应于搅拌销G2的尺寸、形状、被摩擦搅拌的被接合金属构件1等的材质及厚度等而设定，但在大多的情况下，设定于30～300(mm/分)的范围内。

在进入被接合金属构件1的热量有过大的可能的情况下，最好对正式接合用旋转工具G的周围从表面A侧供给水等而进行冷却。而且，当冷却水进入第一金属构件1a与第二金属构件1b之间时，虽然在接合面(参照端面11a、11b及图2(b))有产生氧化覆膜的可能，但在本实施形态中，由于实施临时接合工序而闭塞被接合金属构件1间的孔，所以冷却水难以流入被接合金属构件1之间，接合部的质量没有劣化的可能。

在被接合金属构件1的对接部J1，将摩擦搅拌的路径设定于被接合金属构件1的接缝上(临时接合工序中的移动轨迹上)，通过沿该路径使正式接合用旋转工具G作相对移动，从对接部J1的一端至另一端连续地进行摩擦搅拌。使正式接合用旋转工具G相对移动至对接部J1的另一端，进行摩擦搅拌同时横切过对接部J3，依此状态朝结束位置E_M1作相对移动。

而且，在本实施形态中，由于将摩擦搅拌的开始位置S_M1设定于被接合金属构件1的表面A侧出现的被接合金属构件1的接缝(边界线)的延长线上，所以第一正式接合工序中的摩擦搅拌的路径能够成为一直线。若摩擦搅拌的路径成为一直线，则由于能够将正式接合用旋转工具G的移动距离抑制到最小限度，所以可有效地进行第一正式接合工序，而且，可减低正式接合用旋转工具G的磨耗量。

在正式接合用旋转工具G到达结束位置E_M1时，如图7(c)所示，使正式接合用旋转工具G边旋转边上升，而使搅拌销G2从结束位置E_M1(参照图7(b))脱离。而且，在结束位置E_M1上，若搅拌销G2脱离至上方，则虽然不可避免地形成与搅拌销G2大约相同形状的冲孔Q1，但在本实施形态中则仍然保留。

正式接合用旋转工具G的搅拌销G2从结束位置E_M1脱离之际的正式接合用旋转工具G的旋转速度(脱离时的旋转速度)最好比移动时的旋转速度还高。如此，与脱离时的旋转速度和移动时的旋转速度相同的情况相比较，由于搅拌销G2的脱离阻抗小，可迅速地进行结束位置E_M1处的搅拌销G2的脱离作业。

而且，在本实施形态中，是在第一正式接合工序之前进行第一预备工序，然而，也可省略第一预备工序而在第一准备工序之后直接进行第一正式接合工序。

(4)第二准备工序

第二准备工序为在第二预备工序之前所进行的准备工序。在本实施形态中，具备再设置工序，将被接合金属构件1的背面B侧朝向上方，并再度设置于未图示的摩擦搅拌装置。

(4-1)再设置工序

在再设置工序中，在解除完成第一正式接合工序的被接合金属构件1的约束后，将被接合金属构件1的表面和背面反转，使背面B侧朝向上方，而再度地设置于摩擦搅拌装置的台架上。在本实施形态中，如图1所示，使被接合金属构件1绕前后轴做半旋转，使被接合金属构件1的表面和背面反转。

于此，图8(a)为在第一实施形态的第二准备工序的再设置工序后，从对接部J1朝向第一金属构件1a侧的剖视图。如图8(a)所示，于再设置工序中，被接合金属构件1的上面成为背面B的同时，当从对接部J1侧面向第一金属构件1a时，第一突出材2位于被接合金属构件1的左侧，第二突出材3位于被接合金属构件1的右侧。

而且，根据摩擦搅拌装置的形态，也可不解除被接合金属构件1的约束而旋转表面和背面。

(5)第二预备工序

第二预备工序为在第二正式接合工序之前所进行的工序，包括：在背面B侧使被接合金属构件1与第一突出材2的对接部J2接合的(5-1)第一突出材接合工序、接合被接合金属构件1的对接部J1的(5-2)临时接合工序、使被接合金属构件1与第二突出材3的对接部J3接合的(5-3)第二突出材接合工序、将下孔形成于第二正式接合工序的摩擦搅拌的开始位置的(5-4)下孔形成工序。而且，在(5-1)第一突出材接合工序、(5-2)临时接合工序及(5-3)第二突出材接合工序中，使用临时接合旋转工具F。

(5-1)第一突出材接合工序、(5-2)临时接合工序及(5-3)第二突出材接合工序

(5-1)第一突出材接合工序、(5-2)临时接合工序及(5-3)第二突出材接合工序为与上述的第一预备工序的(2-3)第一突出材接合工序、(2-2)临时接合工序及(2-1)第二突出材接合工序大略相同的工序。如图8(b)所示，使一个临时接合用旋转工具F移动而形成连续的移动轨迹，以对接部J2、J1、J3的顺序连续地进行摩擦搅拌。即，插入摩擦搅拌的开始位置S_P2的临时接合用旋转工具F的搅拌销F2(参照图4(a))在中途不脱离地移动至结束位置E_P2，而连续地实施(5-1)第一突出材接合工序、(5-2)临时接合工序以及(5-3)第二突出材接合工序。而且，结束位置E_P2成为之后实施的第二正式接合工序的开始位置S_M2。

于此，在第一预备工序中，如图6所示，从第二突出材3侧，依次进行(2-1)第二突出材接合工序、(2-2)临时接合工序以及(2-3)第一突出材接合工序。另一方面，在第二预备工序中，当从对接部J1朝向金属构件1a侧时，第一突出材2位于被接合金属构件1的左侧的同时，在第一正式接合工序结束的时间点，由于具备正式接合用旋转工具G的摩擦搅拌装置位于第一突出材2的上方，所以从第一突出材2侧依次进行(5-1)第一突出材接合工序、(5-2)临时接合工序以及(5-3)第二突出材接合工序。如此，由于具备临时接合用旋转工具F的摩擦搅拌装置的移动距离变小，可使作业省力。

而且，(5-1)第一突出材接合工序、(5-2)临时接合工序以及(5-3)第二突出材接合工序的详细说明由于与第一预备工序大略相同而省略。

(5-4)下孔形成工序

下孔形成工序如图9(a)所示，其为在第二正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置S_M2形成下孔P2的工序。即，下孔形成工序为在正式接合用旋转工具G的搅拌销G2的插入预定位置形成下孔P2的工序。藉此可减低正式接合用旋转工具G的搅拌销G2的插入阻抗(压入阻抗)。

而且，由于(5-4)下孔形成工序与第一预备工序的(2-4)下孔形成工序大略相等，故其详细说明省略。

(6)第二正式接合工序

第二正式接合工序为被接合金属构件1的背面B侧的对接部J1做真正接合的工序。在本实施形态的第二正式接合工序中，使用正式接合用旋转工具G，而对临时接合状态的对接部J2从被接合金属构件1的背面B侧进行摩擦搅拌。

第二正式接合工序，如图9(a)及图9(b)所示，将正式接合用旋转工具G的搅拌销G2插入(压入)设定于第二突出材3的背面33的S_M2，插入的搅拌销G2在中途不脱离而移动至结束位置E_M2。在第二正式接合工序中，从下孔P2开始进行摩擦搅拌，连续地进行摩擦搅拌直到结束位置E_M2。即，第二正式接合工序的开始位置S_M2位于第一正式接合工序的结束位置E_M1侧的上方。当使正式接合用旋转工具G移动时，其搅拌销G2周围的金属依次塑性流动化的同时，在从搅拌销G2脱离的位置上，塑性流动化的金属再度硬化而形成塑性化区域(以下称为“背面侧塑性化区域W2”)。

于此，在第二预备工序结束的时间点，由于具备临时接合用旋转工具F的摩擦搅拌装置位于第二突出材3的结束位置E_P2的正上方(参照图8(b))，所以当第二正式接合工序的开始位置S_M2设定于第二突出材3的上方时，不移动具备正式接合用旋转工具G的摩擦搅拌装置即可进行第一正式接合工序，可省略作业。

关于第二正式接合工序，由于与第一正式接合工序大略相同，省略详细的说明。而且，在本实施形态中虽然进行第二预备工序，但也可省略第二预备工序而在第一正式接合工序之后直接进行第二正式接合工序。

(7)突出材切除工序

在突出材切除工序中，将第一突出材2及第二突出材3从被接合金属构件1切除。在本实施形态中，将完成第二正式接合工序的被接合金属构件1从摩擦搅拌装置的台架临时移除，使用未图示的切削器具而沿着对接部J2、J3切除第一突出材2及第二突出材3。此时，最好除去形成于被接合金属构件1的表面A及背面B的毛边。藉此，在进行后述的(8-1)突出材配置工序之际，可使第一突出材2’及第二突出材3’密接于被接合金属构件1。

图10为进行突出材切除工序后的被接合金属构件1的立体图。如图10所示，表面侧塑性化区域W1及背面侧塑性化区域W2从第一侧面C侧横越第二侧面D侧而连续形成。另一方面，在表面侧塑性化区域W1与背面侧塑性化区域W2之间，形成从第一侧面C侧跨越至第二侧面D侧而连续形成的微小的间隙(未接合部)。

于此，在表面侧塑性化区域W1以及背面侧塑性化区域W2上，在正式接合用旋转工具G的行进方向(参照箭头V₁、V₂)左侧，即在第二金属构件1b上，从第一侧面C侧跨越至第二侧面D侧而连续地产生空洞缺陷R₁、R₂。

(8)第三准备工序

第三准备工序是在第一侧面C侧进行摩擦搅拌之际，准备抵接构件(第一突出材2’、第二突出材3’)的准备工序，被接合金属构件1的摩擦搅拌的开始位置及结束位置设于抵接构件上。第三准备工序在本实施形态中，包括：在被接合金属构件1的对接部J1的两侧配置第一突出材2’与第二突出材3’的(8-1)突出材配置工序、将第一突出材2’与第二突出材3’通过熔接而临时接合于被接合金属构件1的(8-2)熔接工序、被接合金属构件1的第一侧面C朝向上面而设置于未图示的摩擦搅拌装置的台架上的(8-3)再设置工序。

(8-1)突出材配置工序

在突出材配置工序中，如图11所示，在完成第二正式接合工序的被接合金属构件1中，在表面A配置第二突出材3’而覆盖对接部J1，使其抵接面31’抵接于表面A。而且，将第一突出材2’配置于背面B侧而覆盖对接部J1，使其抵接面21’抵接于背面B。此时，与(1-2)突出材配置工序相同，第一突出材2’与第二突出材3’的表面及背面与第一侧面C及第二侧面D齐平。

(8-2)熔接工序

在熔接工序中，如图11所示，将被接合金属构件1与第一突出材2’所形成的内侧角部2a’、2b’熔接而接合被接合金属构件1与第一突出材2’。而且，将被接合金属构件1与第二突出材3’所形成的内侧角部3a’、3b’熔接而接合被接合金属构件1与第二突出材3’。

(8-3)再设置工序

于再设置工序中，如图11所示，使完成熔接工序的被接合金属构件1的第一侧面C朝向上面的同时，从对接部J1面向第一金属构件1a时，将被接合金属构件1约束而再度地设置于摩擦搅拌装置的台架上，使第二突出材3’位于左侧。

(9)第三预备工序

第三预备工序具备(9-1)下孔形成工序，其为在第三正式接合工序之前，于摩擦搅拌的开始位置形成下孔。

(9-1)下孔形成工序

下孔形成工序，如图11所示，其为在第三正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置S_M3形成下孔P3的工序。即，下孔形成工序与上述的下孔形成工序相同，是将下孔P3形成于正式接合用旋转工具G的搅拌销G2的插入预定位置的工序。藉此，可降低正式接合用旋转工具G的搅拌销G2的插入阻抗(压入阻抗)。(9-1)下孔形成工序由于与第一预备工序的(2-4)下孔形成工序大略相同，省略其详细说明。

(10)第三正式接合工序

第三正式接合工序为接合被接合金属构件1的第一侧面C侧处的对接部J1的工序。在本实施形态的第三正式接合工序中，如图11及图12所示，使用正式接合用旋转工具G，将正式接合用旋转工具G的搅拌销G2插入(压入)形成于第二突出材3’的表面32’的下孔P3，插入的搅拌销G2在途中不脱离而移动至结束位置E_M3(参照行进方向V₃)。即，第三正式接合工序的开始位置S_M3位于第一正式接合工序的开始位置侧(参照行进方向V₁)。

当正式接合用旋转工具G移动时，其搅拌销G2周围的金属依次地塑性流动化，同时在从搅拌销G2分离的位置上，塑性流动化的金属再度硬化而形成塑性化区域(以下称“第一侧面塑性化区域W3”)。当进行摩擦搅拌至结束位置E_M3时，如图13所示，虽然在第一突出材2’的表面形成冲孔Q3，但在本实施形态中仍然保留。

于此，在第二正式接合工序结束的时间点，如图9(b)所示，具备临时接合用旋转工具F的摩擦搅拌装置位于第一突出材2的上方。因此，如图12所示，当第三正式接合工序的开始位置设定于第二突出材3’的上方时，可不移动具备正式接合用旋转工具G的摩擦搅拌装置而进行第三正式接合工序，可省略作业。第三正式接合工序的详细说明与第一正式接合工序大略相同而省略。

如图13所示，当进行第三正式接合工序时，表面侧塑性化区域W1及背面侧塑性化区域W2的第一侧面C侧的一部分与第一侧面侧塑性化区域W3重复。即，通过表面侧塑性化区域W1及背面侧塑性化区域W2的一部分进行再度摩擦搅拌，第一侧面C侧的空洞缺陷R₁及空洞缺陷R₂的至少一部分由第一侧面侧塑性化区域W3断开。藉此，分别在空洞缺陷R₁及空洞缺陷R₂上形成填充部S₁、S₂。

而且，在本实施形态中，在进行第三正式接合工序之前，虽然进行第三准备工序及第三预备工序，但省略第三准备工序及第三预备工序(但再设置工序除外)，在第二正式接合工序之后直接进行第三正式接合工序亦可。

又，在第三正式接合工序之前，进行上述的第一突出材接合工序、临时接合工序以及第二突出材工序亦可。

(11)第四准备工序

第四准备工序为第四正式接合工序之前所进行的工序，在本实施形态中，其具备被接合金属构件1的第二侧面D侧朝向上方，再度设置于未图示的夹具上的(11-1)再设置工序。

(11-1)再设置工序

于再设置工序中，在解除完成第三正式接合工序的被接合金属构件1的约束后，将被接合金属构件1的表面和背面反转，使第二侧面D侧朝向上方，而再度地设置于未图示的摩擦搅拌装的台架上。在本实施形态中，如图12所示，使被接合金属构件1绕左右轴做半旋转，使被接合金属构件1的表面和背面反转。藉此，如图14所示，被接合金属构件1的上面成为第二侧面D的同时，若从对接部J1面向第二金属构件1b，则第一突出材2’位于右侧。

而且，根据摩擦搅拌装置的不同，也可以不解除被接合金属构件1的约束而使表面和背面旋转。

(12)第四预备工序

第四预备工序为在第四正式接合工序之前所进行的工序，具备在第二侧面D侧，在第四正式接合工序的摩擦搅拌的开始位置形成下孔的(12-1)下孔形成工序。

(12-1)下孔形成工序

下孔形成工序，如图14(a)所示，其为在第四正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置S_M4形成下孔P4的工序。藉此，可减低正式接合用旋转工具G的搅拌销G2的插入阻抗(压入阻抗)。

而且，由于(12-1)下孔形成工序与第一预备工序的(2-4)下孔形成工序大略相同，省略详细的说明。

(13)第四正式接合工序

第四正式接合工序为接合被接合金属构件1的第二侧面D侧处的对接部J1的工序。在本实施形态的第四正式接合工序中，使用正式接合用旋转工具G，从被接合金属构件1的第二侧面D侧进行摩擦搅拌。

第四正式接合工序，如图14(a)所示，将正式接合用旋转工具G的搅拌销G2插入(压入)设定于第一突出材2’的开始位置S_M4，插入的搅拌销G2在中途不脱离而移动至结束位置E_M4。在第四正式接合工序中，从下孔P4开始进行摩擦搅拌，连续地进行摩擦搅拌直到结束位置E_M4。即，第四正式接合工序的开始位置S_M4位于第二正式接合工序的开始位置E_M1侧(参照行进方向V₂)。当使正式接合用旋转工具G移动时，如图14(b)所示，其搅拌销G2周围的金属依次塑性流动化的同时，在从搅拌销G2脱离的位置上，塑性流动化的金属再度硬化而形成塑性化区域(以下称为“第二侧面侧塑性化区域W4”)。

在第三正式接合工序结束的时间点，如图13所示，具备正式接合用旋转工具G的摩擦搅拌装置位于第一突出材2’的上方。然后，于(11-1)再设置工序后，通过绕左右轴半旋转，该摩擦搅拌装置位于第一突出材2’的上方。因此，当第四正式接合工序的开始位置设定于第一突出材2’的上方时，可不移动具备正式接合用旋转工具G的摩擦搅拌装置而进行第四正式接合工序，可省略作业。

如图14(b)所示，当进行第四正式接合工序时，表面侧塑性化区域W1及背面侧塑性化区域W2的第二侧面D侧的一部分与第二侧面侧塑性化区域W4重复。即，通过表面侧塑性化区域W1及背面侧塑性化区域W2的一部分进行再度摩擦搅拌，第二侧面D侧的空洞缺陷R₁及空洞缺陷R₂的至少一部分由第二侧面侧塑性化区域W4断开。藉此，分别在空洞缺陷R₁及空洞缺陷R₂上形成填充部S₃、S₄。

而且，也可在进行第四正式接合工序之前，省略下孔形成工序(12-1)，在第三正式接合工序之后就直接进行第三正式接合工序。又，也可在第四正式接合工序之前，进行上述的第一突出材接合工序、临时接合工序、第二突出材接合工序。

(14)突出材切除工序

在突出材切除工序中，在第四正式接合工序结束之后，将第一突出材2’及第二突出材3’从被接合金属构件1切除(参照图1)。此时，最好除去形成于被接合金属构件1的第一侧面C及第二侧面D的毛边。

根据以上说明的本实施形态的接合方法，如图1所示，即使第一金属构件1a及第二金属构件1b的厚度大，通过于第一侧面C及第二侧面D进行摩擦搅拌，也可从第一侧面C至第二侧面D埋设连续的间隙(参照图30的间隙119)。

又，在正式接合用旋转工具G的旋转方向及行进方向设定成上述的状态的情况下，在表面侧塑性化区域W1及背面侧塑性化区域W2上，即使从第一侧面C横越至第二侧面D形成连续的空洞缺陷R₁、R₂，通过将第三正式接合工序的开始位置S_M3设于第一正式接合工序的开始位置S_M1侧，将第四正式接合工序的开始位置S_M4设定于第二正式接合工序的开始位置S_M2侧而进行摩擦搅拌，也可形成将空洞缺陷R₁、R₂分别断开的填充部S₁至S₄。

即，在本实施形态中，正式接合用旋转工具G的旋转方向由于全部设定成右旋转，空洞缺陷R产生于表面侧塑性化区域W1及背面侧塑性化区域W2的行进方向左侧的可能性变高，行进方向的右侧形成密度较高的塑性化区域。利用如此的摩擦搅拌的特性，如图1(a)及图1(b)所示，在空洞缺陷R₁、R₂形成于第二金属构件1b的可能性变高的情况下，第三正式接合工序及第四正式接合工序的正式接合用旋转工具G的开始位置设定成如前所述的状态，藉此空洞缺陷R₁、R₂的两端可由密度较高的塑性化区域断开。藉此，可制造第一侧面C与第二侧面D之间的水密性及气密性更高的被接合金属构件1。

于此，在正式接合用旋转工具G横切对接部J1、J2之际，塑性化区域W₁乃至W₄可能形成氧化覆膜。例如，如图7(b)所示，从被接合金属构件1向第二突出材3进行摩擦搅拌之际，在横切过对接部J3时，在被接合金属构件1与第一突出材2之间所形成的氧化覆膜会卷入表面侧塑性化区域W1侧。若正式接合用旋转工具G做右旋转，则氧化覆膜形成于表面侧塑性化区域W1的行进方向右侧的可能性高，若左旋转，则形成于表面侧塑性化区域W1的行进方向左侧的可能性高。

但是，根据本实施形态，由于塑性化区域W₁乃至W₄的两端部重复，断开氧化覆膜，可制造高质量的制品。

而且，在本实施形态中，虽然如前所述进行第二突出材接合工序、临时接合工序以及第一突出材接合工序，但并不限定于此。例如，不必连续地进行，每个工序也可以断续地进行摩擦搅拌。又，在本实施形态中，虽然使用一对突出材进行临时接合工序及正式接合工序，但不使用突出材而进行摩擦搅拌亦可。又，在本实施形态中，虽然在第一预备工序之后直接进行第一正式接合工序，但在第一预备工序之后，进行第二预备工序后，连续地进行第一正式接合工序及第二正式接合工序亦可。

如前所述，本发明的特征在于：在被接合金属构件1的外周四边通过摩擦搅拌而进行接合之际，分别适当地设定正式接合用旋转工具G的旋转方向及行进方向。即，在进行摩擦搅拌之际，最好考虑产生空洞缺陷R的可能性高的位置而设定正式接合用旋转工具G的旋转方向及行进方向。在第一实施形态中，虽然针对正式接合用旋转工具G全部做右旋转的情况作说明，但并不限于此，可根据正式接合用旋转工具G的旋转方向及行进方向而考虑各种接合的变化。

[第二实施形态]

例如，在第一实施形态中，正式接合用旋转工具G的旋转方向虽然设定成全部做右旋转，但也可如第二实施形态般，全部设定为左旋转。

如图15所示，将正式接合用旋转工具G的旋转方向设定成左方向，被接合金属构件1的表面A于行进方向V₁上进行第一正式接合工序时，第二正式接合工序是从第一正式接合工序的结束位置侧向开始位置侧(进行方向V₂)而进行摩擦搅拌。此时，由于正式接合用旋转工具G为左旋转，空洞缺陷R形成于表面侧塑性化区域W1及背面侧塑性化区域W2的行进方向右侧的可能性变高，行进方向左侧形成密度较高的塑性化区域。即，此时容易在第一金属构件1a形成空洞缺陷R₁、R₂。

因此，第三正式接合工序从第一接合工序的开始位置侧于行进方向V₃上进行摩擦搅拌。然后，第四正式接合工序从第二接合工序的开始位置侧于行进方向V₄上进行摩擦搅拌。根据所述第三正式接合工序及第四正式接合工序，空洞缺陷R₁、R₂的两端被再度进行摩擦搅拌，在密度较高的塑性化区域被断开。藉此，由于形成填充部S₁至S₄，第一侧面C与第二侧面D之间的气密性及水密性可更加提高。

即，如第一实施形态及第二实施形态所示，正式接合用旋转工具G的旋转方向为全部同方向的情况下，第二正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置设定为第一正式接合工序中的摩擦搅拌的结束位置侧，同时第三正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置设定成第一正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置侧及第二正式接合工序的摩擦搅拌的开始位置侧的其中之一，第四正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置设定成第一正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置侧及第二正式接合工序的摩擦搅拌的开始位置侧的其中之另一。

[第三实施形态]

又，例如，图16所示的第三实施形态的接合方法与第一实施形态的不同之处在于：正式接合用旋转工具G的旋转方向为不同方向。

第三实施形态的接合方法在第一正式接合工序中，将正式接合用旋转工具G的旋转方向设定成左旋转，从第一侧面C侧向第二侧面D侧(参照行进方向V₁’)进行摩擦搅拌。

另一方面，第二正式接合工序中将正式接合用旋转工具G的旋转方向设定成右旋转的同时，将摩擦搅拌的开始位置设定于第一正式接合工序的开始位置侧，从第一侧面C侧向第二侧面D侧(参照行进方向V₂’)进行摩擦搅拌。此时，形成于表面侧塑性化区域W1的空洞缺陷R₁以及形成于背面侧塑性化区域W2的空洞缺陷R₂容易共同地形成于第一金属构件1a上。

因此，第三正式接合工序将正式接合用旋转工具G的旋转方向设定成左旋转的情况下，如图16所示，将摩擦搅拌的开始位置设定成第一正式接合工序的开始位置侧，从表面A侧向背面B侧(参照行进方向V₃’)进行摩擦搅拌。另一方面，第四正式接合工序为将正式接合用旋转工具G的旋转方向设定成右旋转的情况下，将摩擦搅拌的开始位置设定成第一正式接合工序的结束位置侧，从表面A侧向背面B侧(参照行进方向V₄’)进行摩擦搅拌。根据上述的第三正式接合工序及第四正式接合工序，空洞缺陷R₁、R₂的两端被再度进行摩擦搅拌，在密度较高的塑性化区域被断开。藉此，由于形成填充部S₁至S₄，第一侧面C与第二侧面D侧的气密性及水密性可以更加提高。

即，如图16所示，当在第一正式接合工序中，使正式接合用旋转工具G做左旋转而设定成使第一金属构件1a位于正式接合用旋转工具G的行进方向右侧，另一方面，在第二正式接合工序中，使正式接合用旋转工具G做右旋转而设定成使第一金属构件1a位于正式接合用旋转工具G的行进方向左侧时，第三正式接合工序及第四正式接合工序中，若正式接合用旋转工具G做右旋转，则设定正式接合用旋转工具G，使第一金属构件1a位于行进方向右侧，若正式接合用旋转工具G做左旋转，则设定正式接合用旋转工具G的行进方向，使第一金属构件1a位于行进方向左侧，如此可更提高第一侧面C与第二侧面D侧的气密性及水密性。

又，虽然并未具体地图示，但当在第一正式接合工序中，使正式接合用旋转工具G做右旋转，设定成使第一金属构件1a位于正式接合用旋转工具G的行进方向右侧，另一方面，在第二正式接合工序中，使正式接合用旋转工具G做左旋转而设定成使第一金属构件1a位于正式接合用旋转工具G的行进方向左侧时，第三正式接合工序及第四正式接合工序中，若正式接合用旋转工具G做右旋转，则设定正式接合用旋转工具G的行进方向，使第一金属构件1a位于行进方向左侧，若正式接合用旋转工具G做左旋转，则设定正式接合用旋转工具G的行进方向，使第一金属构件1a位于行进方向右侧，如此可更提高第一侧面C与第二侧面D侧的气密性及水密性。

换言之，在形成于表面侧塑性化区域W1以及背面侧塑性化区域W2的空洞缺陷R₁、R₂形成于第一金属构件1a上时，在第三正式接合工序及第四正式接合工序中，最好设定正式接合用旋转工具G的旋转方向及行进方向而使第一金属构件1a侧比第二金属构件1b侧以更高密度进行摩擦搅拌。

另一方面，形成于表面侧塑性化区域W1以及背面侧塑性化区域W2的空洞缺陷R1、R2形成于第二金属构件1b的情况下，在第三正式接合工序及第四正式接合工序中，最好设定正式接合用旋转工具G的旋转方向及行进方向而使第二金属构件1b侧比第一金属构件1a侧以更高密度进行摩擦搅拌。

而且，本发明可在不脱离本发明的主旨的范围内做适当的变更。例如，本实施形态的摩擦搅拌装置虽然是从被接合金属构件的上方进行摩擦搅拌，但不限于此，在被接合金属构件的周围，正式接合用旋转工具边移动边进行摩擦搅拌亦可。又，第一金属构件1a及第二金属构件1b可为中空的构件。

又，在本实施形态中，作为从被接合金属构件1的侧面进行摩擦搅拌的侧面正式接合工序，虽然是相对于被接合金属构件1的第一侧面C进行摩擦搅拌的第三正式接合工序、相对于第二侧面D而进行摩擦搅拌的第四正式接合工序，但仅相对于任一边的侧面进行摩擦搅拌亦可。

[第四实施形态]

本发明的第四实施形态的接合方法，如图17所示，相对于使第一金属构件201a与第二金属构件201b对接而形成的被接合金属构件201的对接部J21从表面A、背面B、第一侧面C及第二侧面D进行摩擦搅拌，第一金属构件201a与第二金属构件201b具备本体部与比本体部还薄的台阶部。然后，形成于第一侧面C及第二侧面D的塑性化区域的延长距离比被接合金属构件201的对接部J21的厚度还大。

第一金属构件201a及第二金属构件201b，如图18所示，为大略相同形状的构件，具备厚度大的本体部Q以及在本体部Q的端部形成的厚度薄的台阶部R。第一金属构件201a及第二金属构件201b由铝、铝合金、铜、铜合金、钛、钛合金、镁、镁合金等可摩擦搅拌的金属材料构成。

在以下的说明中，第一金属构件201a的表面为表面212a、背面为背面213a、一边的侧面为侧面214a以及另一边的侧面为侧面215a。又，台阶部R的表面为台阶部表面217a、相对于台阶部表面217a垂直地形成的台阶部R的端面为台阶部端面218a、从台阶部表面217a垂直竖立的面为垂直面216a。台阶部端面218a的高度以p1形成，台阶部表面217a的宽度以p2形成，垂直面216a的高度以p3形成。

另一方面，第二金属构件201b的表面为表面212b、背面为背面213b、一边的侧面为侧面214b以及另一边的侧面为侧面215b。又，台阶部R的表面为台阶部表面217b、相对于台阶部表面217b形成垂直的台阶部R的端面为台阶部端面218b、在本体部Q侧从台阶部表面217b垂直而形成的面为垂直面216b。台阶部端面218b的高度以q1形成，台阶部表面217b的宽度以q2形成，垂直面216b的高度以q3形成。

第一金属构件201a及第二金属构件201b的侧面间的长度形成为大略相等的同时，相向的台阶部R分别形成为p1≒q3、p2≒q2、p3≒q1。

接着，针对第四实施形态的接合方法做说明。第四实施形态的接合方法包括：(1)准备工序、(2)第一预备工序、(3)第一正式接合工序、(4)第二预备工序、(5)第二正式接合工序、(6)第三准备工序、(7)第三预备工序、(8)第三正式接合工序、(9)第四预备工序、(10)第四正式接合工序。而且，将第三正式接合工序及第四正式接合工序结合而称为侧面正式接合工序。又，与第一实施形态重复的部分省略其说明。

(1)准备工序

在准备工序中，具备：使第一金属构件201a与第二金属构件201b对接而形成被接合金属构件201的对接工序、将第一突出材202及第二突出材203配置于被接合金属构件201的两侧面的突出材配置工序、将第一突出材202及第二突出材203与被接合金属构件201通过熔接而临时接合的熔接工序、将被接合金属构件201设置于未图示的摩擦搅拌装置的台架上的设置工序。

对接工序，如图18(a)及图18(b)所示，其使第一金属构件201a的垂直面216a、台阶部表面217a及台阶部端面218a分别与第二金属构件201b的台阶部端面218b、台阶部表面217b及垂直面216b相向而使两者对接。又，第一金属构件201a的表面212a与第二金属构件201b的表面212b齐平，第一金属构件201a的背面213a与第二金属构件201b的表面213b齐平。又，第一金属构件201a的一边的侧面214a与第二金属构件201b的一边的侧面214b齐平，第一金属构件201a的另一边的侧面215a与第二金属构件201b的另一边的侧面215b齐平。如图17及图18（b）所示，通过对接工序，在第一金属构件201a与第二金属构件201b的对接面上形成对接部J21。

而且，被接合金属构件201的表面为表面A、背面为背面B、一边的侧面为第一侧面C以及另一边的侧面为第二侧面D。又，在第一侧面C及第二侧面D中，形成对接部J21的各平面线形为L1、L2及L3。平面线形L2分别相对于平面线形L1及平面线形L3形成垂直。

在突出材配置工序中，一对突出材配置于被接合金属构件201的两侧面。第一突出材202及第二突出材203，如图19及图20所示，夹持对接部J21而配置，具备能够分别覆盖第一侧面C及第二侧面D上出现的对接部J21的尺寸及形状。第一突出材202及第二突出材203分别具备与被接合金属构件201的尺寸相同的厚度尺寸，第一突出材202及第二突出材203的表面及背面与被接合金属构件201的表面A及背面B齐平。虽然第一突出材202及第二突出材203的材质并无限制，但在本实施形态中由与被接合金属构件201为相同组成的金属材料形成。

在熔接工序中，如图19所示，将被接合金属构件201与第一突出材202所形成的内侧角部202a、202b熔接而将被接合金属构件201与第一突出材202作临时接合。而且，将被接合金属构件201与第二突出材203所形成的内侧角部203a、203b熔接而将被接合金属构件201与第二突出材203作临时接合。而且，可跨越内侧角部202a、202b及内侧角部203a、203b的全长而连续地实施熔接，也可断续地实施熔接。

在设置工序中，将第一突出材202及第二突出材203临时熔接后的被接合金属构件201载置于未图示的摩擦搅拌装置的台架上，例如使用夹具而约束成无法移动。本实施形态的所述摩擦搅拌装置为设定成从被接合金属构件201的上方进行摩擦搅拌的装置。

(2)第一预备工序

在第一预备工序中，对于出现在被接合金属构件201的表面A上的对接部J21，使用小型的旋转工具F进行临时接合。本实施形态的第一预备工序包括：使被接合金属构件201与第二突出材203的对接部J23接合的第二突出材接合工序、接合被接合金属构件201的对接部J21的接合工序、使被接合金属构件201与第二突出材202的对接部J22接合的第一突出材接合工序、以及在第一正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置形成下孔的下孔形成工序。

在第一预备工序中，如图20所示，使一个临时接合用旋转工具移动而形成连续（日文：一筆書き）的移动轨迹，对于对接部J23、J21、J22连续地进行摩擦搅拌。即，使插入摩擦搅拌的开始位置S_P1的临时接合用旋转工具F的搅拌销F2(参照图20)在中途不脱离而移动至结束位置E_P1。而且，在本实施形态中，虽然将摩擦搅拌的开始位置S_P1设于第二突出材203上，将摩擦搅拌的结束位置E_P1设于第一突出材202上，但开始位置S_P1与结束位置E_P1的位置并无限定。

如图20所示，使小型旋转工具F位于设在第二突出材203的适当位置的开始位置S_P1的正上方，接着，使小型旋转工具F边旋转边下降而将搅拌销F2压附于开始位置S_P1。搅拌销F2的全体进入第二突出材203，而且肩部F1的下端面F11的整个面接触于第二突出材203的表面之后，使小型旋转工具F边旋转边朝第二突出材接合工序的起点s3做相对移动。使小型旋转工具F做相对移动而连续地进行摩擦搅拌直到第二突出材接合工序的起点s3为止，之后小型旋转工具F在起点s3不脱离而依此状态移行至第二突出材接合工序。

在第二突出材接合工序中，对于第二突出材203与被接合金属构件201的对接部J23进行摩擦搅拌。具体而言，在被接合金属构件201与第二突出材203的接缝(边界线)上设定摩擦搅拌的路径，沿着该路径使小型旋转工具F做相对移动，对于对接部J23进行摩擦搅拌。而且，在本实施形态中，小型旋转工具F在中途不脱离而从第二突出材接合工序的起点s3至终点e3连续地进行摩擦搅拌。

而且，当小型旋转工具F的搅拌销F2进入对接部J23时，欲将被接合金属构件201与第二突出材203拉离的力产生作用，但由于将被接合金属构件201与第二突出材203所形成的内侧角部203a、203b(参照图21)通过熔接而进行临时接合，可防止被接合金属构件201与第二突出材203之间形成开孔。

在小型旋转工具F到达第二突出材接合工序的终点e3之后，在终点e3不结束摩擦搅拌而连续地进行摩擦搅拌直到临时接合工序的起点s1，依此状态移行至临时接合工序。即，从第二突出材接合工序的终点e3到临时接合工序的起点s1，小型旋转工具F不脱离而继续进行摩擦搅拌，而且，小型旋转工具F在起点s1不脱离而移行至临时接合工序。如此，在第二突出材接合工序的终点e3，不需要进行小型旋转工具F的脱离作业，而且，在临时接合工序的起点s1，不需要进行小型旋转工具F的插入作业，因此可达到预备性的接合作业的效率化、迅速化。

在临时接合工序中，对于被接合金属构件201的对接部J21进行摩擦搅拌。具体而言，在被接合金属构件201的接缝(边界线)上设定摩擦搅拌的路径，通过沿该路径使小型旋转工具F做相对移动，而跨越对接部J21的全长连续地进行摩擦搅拌。而且，在本实施形态中，小型旋转工具F在中途不脱离而从临时接合工序的起点s1至终点e1连续地进行摩擦搅拌。

在小型旋转工具F到达临时接合工序的终点e1之后，在终点e1摩擦搅拌不结束而连续地进行摩擦搅拌直到第一突出材接合工序的起点s2，依此状态移行至第一突出材接合工序。即，从临时接合工序的终点e1至第一突出材接合工序的起点s2，小型旋转工具F不脱离而继续进行摩擦搅拌，而且，在起点s2，小型旋转工具F不脱离而移行至第一突出材接合工序。

在第一突出材接合工序中，对被接合金属构件201与第一突出材202的对接部J22进行摩擦搅拌。具体而言，将摩擦搅拌的路径设定于被接合金属构件201与第一突出材202的接缝(边界线)上，沿该路径使小型旋转工具F做相对移动，而对对接部J22进行摩擦搅拌。而且，在本实施形态中，小型旋转工具F在中途不脱离而从第一突出材接合工序的起点s2至终点e2连续地进行摩擦搅拌。

又，当小型旋转工具F的搅拌销F2进入对接部J22时，欲将被接合金属构件201与第一突出材202拉离的力产生作用，但由于将被接合金属构件201与第一突出材202所形成的内侧角部202a、202b通过熔接而进行临时接合，可防止被接合金属构件201与第一突出材202之间形成开孔。

在小型旋转工具F到达第一突出材接合工序的终点e2之后，在终点e2摩擦搅拌不结束而连续地进行摩擦搅拌直到设于第一突出材202的结束位置E_P1为止。而且在本实施形态中，结束位置E_P1设于出现在被接合金属构件201的表面A侧的接缝(边界线)的延长线上。另外，结束位置E_P1也是后述的第一正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置S_M1。

在小型旋转工具F到达结束位置E_P1之后，使小型旋转工具F边旋转边上升，而使搅拌销F2从结束位置E_P1脱离。

下孔形成工序为在第一正式接合工序的摩擦搅拌的开始位置形成下孔的工序(参照图4(b))。在本实施形态的下孔形成工序中，下孔(未图示)形成于设定在第一突出材202的表面的S_M1上。

(3)第一正式接合工序

第一正式接合工序为使被接合金属构件201的表面A侧的对接部J21真正地接合的工序。在本实施形态的第一正式接合工序中，使用大型旋转工具G，对临时接合状态下的对接部J21从被接合金属构件201的表面A侧进行摩擦搅拌。

在第一正式接合工序中，如图21所示，使右旋转的大型旋转工具G的搅拌销G2插入(压入)开始位置S_M1，插入的搅拌销G2在中途不脱离而移动至结束位置E_M1。即，在第一正式接合工序中，从下孔P1开始摩擦搅拌，而连续地进行摩擦搅拌直到结束位置E_M1为止。

而且，在本实施形态中，虽然在第一突出材202上设置摩擦搅拌的开始位置S_M1，在第二突出材203上设置结束位置E_M1，但开始位置S_M1与结束位置E_M1的位置并无限定。

参照图21更详细地说明第一正式接合工序。

首先，如图21所示，使大型旋转工具G位于下孔(开始位置S_M1)的正上方，接着使大型旋转工具G边做右旋转边下降而使搅拌销G2的前端插入下孔。当搅拌销G2全体进入第一突出材202且肩部G1的下端面G11的整个面接触于第一突出材202的表面之后，一边进行摩擦搅拌，一边使大型旋转工具G向被接合金属构件201的对接部J21的一端做相对移动，而且横切对接部J22而突入对接部J21。当使大型旋转工具G移动时，在其搅拌销G2周围的金属依次塑性流动化的同时，在从搅拌销G2分离的位置上，塑性流动化的金属再度硬化而形成塑性化区域(以下称为“表面侧塑性化区域W21”)。

在被接合金属构件201的对接部J21，将摩擦搅拌的路径设定于被接合金属构件201的接缝上(临时接合工序中的移动轨迹上)，通过沿该路径使大型旋转工具G作相对移动，从对接部J21的一端至另一端连续地进行摩擦搅拌。使大型旋转工具G相对移动到对接部J21的另一端之后，进行摩擦搅拌同时横切过对接部J23，依此状态朝结束位置E_M1作相对移动。

在大型旋转工具G到达结束位置E_M1之后，使大型旋转工具G边旋转边上升而使搅拌销G2从结束位置E_M1脱离。

(4)第二预备工序

在第二预备工序中，对出现于被接合金属构件201的背面B的对接部J21而使用小型旋转工具F进行临时接合。第二预备工序包括：使被接合金属构件201与第一突出材202接合的第一突出材接合工序、接合被接合金属构件201的对接部J21的临时接合工序、使被接合金属构件201与第二突出材202的对接部J23接合的第二突出材接合工序、在第二正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置形成下孔的下孔形成工序。

第二预备工序除了在被接合金属构件201的背面B进行之外，其它与第一预备工序大略相同，因此省略其说明。

(5)第二正式接合工序

第二正式接合工序为对被接合金属构件201的背面B侧的对接部J21做真正接合的工序。在本实施形态的第二正式接合工序中，使用大型旋转工具G，而对临时接合状态的对接部J21从被接合金属构件201的背面B侧进行摩擦搅拌。

第二正式接合工序中，如图22所示，将右旋转的大型旋转工具G的搅拌销G2插入(压入)开始位置S_M2，插入的搅拌销G2在中途不脱离而移动至结束位置E_M2。通过第二正式接合工序，在被接合金属构件201的背面B形成背面侧塑性化区域W22。第二正式接合工序除了在被接合金属构件201的背面B进行之外，其余与上述的第一正式接合工序大略相同，详细的说明省略。

而且，在第二正式接合工序结束之后，将第一突出材202及第二突出材203从被接合金属构件201切除。

(6)第三准备工序

第三准备工序，在本实施形态中，包括：将第一突出材204与第二突出材205配置于被接合金属构件201的对接部J21的两侧的突出材配置工序、将第一突出材204与第二突出材205通过熔接而临时接合于被接合金属构件201的熔接工序、将被接合金属构件201设置于未图示的摩擦搅拌装置的台架上的设置工序。

突出材配置工序，如图23所示，将一对突出材配置于被接合金属构件201的表面A及背面B。第一突出材204及第二突出材205，如图23所示，夹持对接部J21而配置，具备能够分别覆盖呈现于表面A及背面B的对接部J21的尺寸及形状。第一突出材204及第二突出材205的表面及背面分别与被接合金属构件201的第一侧面C及第二侧面D齐平。第一突出材204及第二突出材205的材质虽然并无限制，但在本实施形态中由与被接合金属构件201为相同组成的金属材料形成。

在熔接工序中，将被接合金属构件201与第一突出材204及第二突出材205所形成的内侧角部熔接而将被接合金属构件201与第一突出材204及第二突出材205作临时接合。

在设置工序中，将第一突出材204及第二突出材205临时熔接后的被接合金属构件201载置于未图示的摩擦搅拌装置的台架上，例如使用夹具而约束成无法移动。

(7)第三预备工序

包括：使被接合金属构件201与第一突出材204的对接部J24接合的第一突出材接合工序、接合被接合金属构件201的对接部J21的接合工序、使被接合金属构件201与第二突出材205的对接部J25接合的第二突出材接合工序、以及在第三正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置形成下孔的下孔形成工序。

在第一突出材接合工序中，对于第一突出材204与被接合金属构件201的对接部J24进行摩擦搅拌。具体而言，在被接合金属构件201与第一突出材204的接缝(边界线)上设定摩擦搅拌的路径，沿着该路径使小型旋转工具F做相对移动，对于对接部J24进行摩擦搅拌。而且，在本实施形态中，小型旋转工具F在中途不脱离而从第一突出材接合工序的起点n1至终点n2连续地进行摩擦搅拌。

小型旋转工具F到达终点n2之后，小型旋转工具F临时进入第一突出材204侧，进行摩擦搅拌直到临时接合工序的基点n3为止。在小型旋转工具F到达基点n3之后，小型旋转工具F不脱离而沿着对接部J21实施临时接合工序。本实施形态的对接部J21由于由平面线形L1、L2、L3所构成，在每个折曲点C1、C2使方向改变90度，同时使小型旋转工具F移动而进行摩擦搅拌。

在小型旋转工具F到达基点n6之后，小型旋转工具F不脱离而临时进入第二突出材205侧，移动至第二突出材接合工序的起点n7。在小型旋转工具F到达起点n7之后，沿着对接部J205而进行摩擦搅拌直到终点n8为止。在小型旋转工具F到达n8之后，进入第二突出材205侧，在结束位置E_P3使小型旋转工具F脱离。而且，结束位置E_P3成为后述的第三正式接合工序的开始位置S_M3。

下孔形成工序为在第三正式接合工序的摩擦搅拌的开始位置形成下孔的工序。在本实施形态的下孔形成工序中，下孔形成于设定在第二突出材5的表面的S_M3上。在下孔形成工序中，由于与上述的形态大略相同，因此省略详细的说明。

(8)第三正式接合工序

第三正式接合工序为对被接合金属构件201的第一侧面C处的对接部J21做真正接合的工序。在本实施形态的第三正式接合工序中，使用大型旋转工具G，而对临时接合状态的对接部J21从被接合金属构件201的第一侧面C进行摩擦搅拌。

第三正式接合工序，如图24所示，将左旋转的大型旋转工具G的搅拌销G2插入(压入)开始位置S_M3，插入的搅拌销G2在中途不脱离而移动至结束位置E_M3。即，在第三正式接合工序中，从设定于第二突出材5的开始位置S_M3的下孔(未图示)开始摩擦搅拌，直到设定于第一突出材204的结束位置E_M3为止连续地进行摩擦搅拌。

而且，在本实施形态中，虽然将摩擦搅拌的开始位置S_M3设于第二突出材205，结束位置E_M3设于第一突出材204，但开始位置S_M3与结束位置E_M3的位置并无限定。

第三正式接合工序，如图24所示，使大型旋转工具G位于开始位置S_M1的正上方，接着使大型旋转工具G边做右旋转边下降而使搅拌销G2的前端插入下孔(未图示)。当搅拌销G2全体进入第二突出材205且肩部G1的下端面G11的整个面接触于第二突出材205的表面之后，一边进行摩擦搅拌，一边使大型旋转工具G向被接合金属构件201的对接部J21的基点n6做相对移动，而突入对接部J21。当使大型旋转工具G移动时，在其搅拌销G2周围的金属依次塑性流动化的同时，在从搅拌销G2分离的位置上，塑性流动化的金属再度硬化而形成塑性化区域(以下称为“第一侧面侧塑性化区域W23”。

本实施形态的对接部J21由于由平面线形L1、L2、L3所形成，在每个曲折点C2、C1使方向改变90度，同时使大型旋转工具G移动而进行摩擦搅拌。然后，大型旋转工具G通过基点n3而到达结束位置E_M3之后，在结束位置E_M3使大型旋转工具G脱离。根据第三正式接合工序，表面侧塑性化区域W21及背面侧塑性化区域W22(参照图17)与第一侧面侧塑性化区域W3重复的同时，能够跨越出现在第一侧面C上的对接部J21的全长而进行摩擦搅拌。

(9)第四预备工序

第四预备工序，如图25所示，对于出现在被接合金属构件201的第二侧面D上的对接部J21使用小型旋转工具F进行临时接合。第四预备工序包括：第一突出材接合工序、接合被接合金属构件201的对接部J21的临时接合工序、使被接合金属构件201与第二突出材205的对接部J25接合的第二突出材接合工序、以及在第四正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置形成下孔的下孔形成工序。

而且，第四预备工序除了在第二侧面D进行之外，由于与第三预备工序大略相同，省略其详细说明。

(10)第四正式接合工序

第四正式接合工序，如图25所示，其为对被接合金属构件201的第二侧面D处的对接部J21做真正接合的工序。在本实施形态的第四正式接合工序中，使用大型旋转工具G，而对临时接合状态的对接部J21从被接合金属构件201的第二侧面D进行摩擦搅拌。

第四正式接合工序，如图25所示，将右旋转的大型旋转工具G的搅拌销G2插入(压入)开始位置S_M4，插入的搅拌销G2在中途不脱离而移动至结束位置E_M4。即，在第四正式接合工序中，从设定于第二突出材205的开始位置S_M4的下孔(未图示)开始摩擦搅拌，沿着对接部J21直到设定于第一突出材204的结束位置E_M4为止连续地进行摩擦搅拌。根据第四正式接合工序，第二侧面侧塑性化区域W24形成于被接合金属构件201的第二侧面D上。第四正式接合工序除了在第二侧面D进行之外，其余与第三正式接合工序大略相同，省略其详细说明。而且，在第四正式接合工序结束之后，将一对突出材从被接合金属构件201切除。

根据以上说明的本实施形态的接合方法，如图24及图25所示，在第一侧面C及第二侧面D内的第一侧面侧塑性化区域W23及第二侧面侧塑性化区域W24由平面线形L1、L2、L3形成。藉此，由于平面线形L1、L2及L3的延长距离的和大于被接合金属构件201的厚度1h的长度，可确保摩擦搅拌区域变长。因此，作用于被接合金属构件201的接合部的应力分散而可提高接合强度。又，根据第三正式接合工序及第四正式接合工序，表面侧塑性化区域W21及背面侧塑性化区域W22与第一侧面侧塑性化区域W23及第二侧面侧塑性化区域W24重复的同时，可跨越出现在第一侧面C、第二侧面D上的对接部J21的全长而进行摩擦搅拌。藉此，可提高被接合金属构件201的气密性及水密性。

又，本实施形态的接合方法由于使对接部J21成为直线的组合，所以对接面的成形变得容易，同时可容易地进行摩擦搅拌的作业。又，在本实施形态中，在折曲点C1，平面线形L1与平面线形L2形成90度的同时，在折曲点C2，平面线形L2与平面线形L3形成90度。因此，在摩擦搅拌的接合时，沿着对接部J21的平面线形移动的大型旋转工具G由于在折曲点C1、C2临时停止，所以在折曲点C1、C2会比其它部分进行更长时间的摩擦搅拌。藉此，在折曲点C1、C2，通过进行长时间的摩擦搅拌，可不产生接合缺陷地实施加工，在接合部可提升气密性及水密性。

又，在第四实施形态中，在第一正式接合工序及第二正式接合工序中，由于使正式接合用旋转工具G做右旋转，所以可能会在表面侧塑性化区域W21及背面侧塑性化区域W22的第二金属构件201b侧形成空洞缺陷(未图示)。因此，在第三正式接合工序中，使正式接合用旋转工具G作左旋转而从背面B向表面A移动，藉此第二金属构件201b侧进行较高密度的摩擦搅拌。又，在第四正式接合工序中，使正式接合用旋转工具G作右旋转而从背面B向表面A移动，藉此第二金属构件201b侧进行较高密度的摩擦搅拌。藉此，可将在第一正式接合工序及第二正式接合工序可能形成的空洞缺陷确实地断开。

又，通过使用突出材，可正确而迅速地进行第一正式接合工序、第二正式接合工序、第三正式接合工序及第四正式接合工序。又，通过各突出材与被接合金属构件201作临时接合，可防止在进行第一正式接合工序、第二正式接合工序、第三正式接合工序及第四正式接合工序之际产生开孔。

而且，在本实施形态中，侧面正式接合工序虽然在第一侧面C及第二侧面D两边进行，但不一定要在两面进行，至少在一边进行即可。

以上，虽然对于本发明以较佳实施形态作说明，但本发明不限于所述各实施形态，在不脱离本发明的主旨的范围内可变更适当的设计。

例如，出现在第一侧面C及第二侧面D上的对接部J21并不限于第四实施形态的平面线形，可适当地设定。即，在第四实施形态中，虽然利用三根平面线形L1、L2、L3与二点折曲点C1、C2的组合所形成的对接部J21，对接部J21的平面线形的延长距离比被接合金属构件201的厚度1h还大，但对接部J21的形状并不限于前述实施形态所表示的，可作适当的设定。

图26为本发明的实施形态的变形例的第一侧面C的平面图，(a)为第一变形例，(b)为第二变形例，(c)为第三变形例。

例如，如图26(a)所示，也可将对接部J22相对于被接合金属构件201’的厚度方向倾斜地配置，藉此对接部J22不设置折曲点即可确保比被接合金属构件201的厚度1h还大的平面线形L的延长距离。根据上述的对接部J22，由于进行摩擦搅拌的平面线形L的延长距离比被接合金属构件201的厚度1h还长，可确保摩擦搅拌的距离变长，接合强度可变高。

又，如图26(b)或图26(c)所示的对接部J23、J24，也可以用二根平面线形L1、L2与一个折曲点C1的组合。根据如此的构造，由于大型旋转工具G的移动在折曲点C1临时停止，所以与前述实施形态所表示的相同，可确实地进行摩擦搅拌。而且，在此情况下，折曲点C1的内角的角度并无限定，只要适当设定即可。

图27为本发明的实施形态的变形例的第一侧面C的平面图。(a)为第四变形例、(b)为第五变形例、(c)为第六变形例、(d)为第七变形例。

在第四实施形态中，虽然在平面线形L1、L2或平面线形L2、L3相交的角度为直角的二个位置设置折曲点C1、C2，但折曲点C1、C2的角度并无限定。例如，如图27(a)、27(b)所示的对接部J25、J26所示，在二个折曲点C1’、C2’上的平面线形L1、L2或平面线形L2、L3相交的角度例如为120度也可以达到相同的效果。

又，对接部的平面线形的折曲点的数量也可在二个以上的位置形成，适当地设定即可。例如，如图27(c)所示的对接部J27及图27(d)所示的对接部J28，折曲点的数量为四个或六个亦可。如此，折曲点的数量增加，使大型旋转工具G的移动速度变慢，或者是使大型旋转工具G的移动多次停止，可更确实地进行被接合金属构件201’的接合，进行接合强度、气密性及水密性优良的接合。

图28为本发明的实施形态的变形例的第一侧面C的平面图，为第八变形例。

在第四实施形态中，虽然通过三根平面线形L1、L2、L3的组合而形成对接部J21，但如图28所示的对接部J8，对接部J8的平面线形也可形成为曲线状。通过将对接部J8形成此形状，可使平面线形的延长距离比被接合金属构件201的厚度1h还长。而且，在对接部的平面线形形成为曲线状时，形成的曲线线形并不限定于图28所示的对接部J28的曲线线形。

而且，在本实施形态的摩擦搅拌中，第一突出材及第二突出材可根据需要而配置，也可省略。又，摩擦搅拌时的金属构件的固定方法等并无限定，可选定适当的公知手段。又，在本实施形态中，侧面正式接合工序虽然是连续地进行摩擦搅拌，但若由侧面正式接合工序所形成的塑性化区域的延长距离比被接合金属构件的厚度尺寸还大，则可断断续续地进行。

Claims (11)

1.一种接合方法，相对于将第一金属构件与第二金属构件对接而形成的被接合金属构件使旋转工具移动以进行摩擦搅拌，其特征在于，包括：

第一正式接合工序，相对于所述第一金属构件与所述第二金属构件的对接部，从所述被接合金属构件的表面侧进行摩擦搅拌；

第二正式接合工序，相对于所述对接部从所述被接合金属构件的背面侧进行摩擦搅拌；

第三正式接合工序，相对于所述对接部从所述被接合金属构件的一个侧面侧进行摩擦搅拌；

第四正式接合工序，相对于所述对接部从所述被接合金属构件的另一个侧面侧进行摩擦搅拌；

突出材配置工序，在所述第一正式接合工序之前，在所述对接部的两侧配置一对突出材；

突出材接合工序，在所述第一正式接合工序之前，在一对所述突出材与所述被接合金属构件的对接部预备性地进行摩擦搅拌；以及

突出材切除工序，在所述第二正式接合工序之后，将一对所述突出材从所述被接合金属构件切除，

使所述第一正式接合工序以及第二正式接合工序所形成的塑性化区域与所述第三正式接合工序以及第四正式接合工序所形成的塑性化区域重复。

2.一种接合方法，相对于将第一金属构件与第二金属构件对接而形成的被接合金属构件使旋转工具移动以进行摩擦搅拌，其特征在于，包括：

第一正式接合工序，相对于所述第一金属构件与所述第二金属构件的对接部，从所述被接合金属构件的表面侧进行摩擦搅拌；

第二正式接合工序，相对于所述对接部从所述被接合金属构件的背面侧进行摩擦搅拌；

第三正式接合工序，相对于所述对接部从所述被接合金属构件的一个侧面侧进行摩擦搅拌；

第四正式接合工序，相对于所述对接部从所述被接合金属构件的另一个侧面侧进行摩擦搅拌；

突出材配置工序，在所述第三正式接合工序之前，在所述对接部的两侧配置一对突出材；

突出材接合工序，在所述第三正式接合工序之前，在一对所述突出材与所述被接合金属构件的对接部预备性地进行摩擦搅拌；以及

突出材切除工序，在所述第四正式接合工序之后，将一对所述突出材从所述被接合金属构件切除，

使所述第一正式接合工序以及第二正式接合工序所形成的塑性化区域与所述第三正式接合工序以及第四正式接合工序所形成的塑性化区域重复。

3.如权利要求1或2所述的接合方法，其特征在于，

在所述第一正式接合工序中，使所述旋转工具右旋转的同时，设定摩擦搅拌的开始位置及结束位置，使所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向的右侧，

在所述第二正式接合工序中，使所述旋转工具左旋转的同时，设定摩擦搅拌的开始位置及结束位置，使所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向的左侧，

此时，所述第三正式接合工序及第四正式接合工序中，

若所述旋转工具右旋转，则设定摩擦搅拌的开始位置及结束位置，使所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向的左侧，

若所述旋转工具左旋转，则设定摩擦搅拌的开始位置及结束位置，使所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向的右侧。

4.如权利要求1或2所述的接合方法，其特征在于，

在所述第一正式接合工序中，使所述旋转工具左旋转的同时，设定摩擦搅拌的开始位置及结束位置，使所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向的右侧，

在所述第二正式接合工序中，使所述旋转工具右旋转的同时，设定摩擦搅拌的开始位置及结束位置，使所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向的左侧，

此时，所述第三正式接合工序及第四正式接合工序中，

若所述旋转工具右旋转，则设定摩擦搅拌的开始位置及结束位置，使所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向的右侧，

若所述旋转工具左旋转，则设定摩擦搅拌的开始位置及结束位置，使所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向的左侧。

5.如权利要求1或2所述的接合方法，其特征在于，在进行所述第一正式接合工序、所述第二正式接合工序、所述第三正式接合工序以及所述第四正式接合工序中的至少一个正式接合工序之前，进行对所述对接部进行临时接合的临时接合工序。

6.如权利要求1或2所述的接合方法，其特征在于，在所述旋转工具的插入预定位置上预先形成下孔。

7.如权利要求1或2所述的接合方法，其特征在于，所述第三正式接合工序以及第四正式接合工序所形成的塑性化区域的延长距离比所述对接部的厚度尺寸大。

8.如权利要求7所述的接合方法，其特征在于，所述第三正式接合工序以及第四正式接合工序中，横越出现于所述被接合金属构件的侧面的所述对接部的全长而进行摩擦搅拌，所述第三正式接合工序以及第四正式接合工序所形成的塑性化区域与所述第一正式接合工序及所述第二正式接合工序所形成的塑性化区域重复。

9.如权利要求7所述的接合方法，其特征在于，出现于所述被接合金属构件的侧面的所述对接部的平面线形为直线或直线的组合。

10.如权利要求7所述的接合方法，其特征在于，在出现于所述被接合金属构件的侧面的所述对接部的平面线形中，设有一个以上的折曲点。

11.如权利要求10所述的接合方法，其特征在于，构成所述折曲点的直线彼此相交的角度为90度。