CN103747914B - 摩擦搅拌接合方法 - Google Patents

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Abstract

一种摩擦搅拌接合方法，通过减小摩擦搅拌装置所受的载荷，能在对接部的较深位置处进行接合。在摩擦搅拌接合方法中，使用包括搅拌销（F2）的正式接合用旋转工具（F）来对两个金属构件（1）进行接合，其特征是，包括正式接合工序，在该正式接合工序中，使旋转的搅拌销（F2）移动到将金属构件（1）彼此对接后形成的对接部来进行摩擦搅拌接合，在正式接合工序中，仅使搅拌销（F2）与金属构件（1）接触。

Description

摩擦搅拌接合方法
技术领域
本发明涉及一种摩擦搅拌接合方法。
背景技术
在专利文献1中公开了从金属构件彼此的对接部的正面侧及背面侧进行摩擦搅拌接合，并通过使利用摩擦搅拌接合而形成的塑性化区域彼此接触，来将对接部没有间隙地接合这样的技术。根据上述技术，能提高接合后的金属构件间的气密性及水密性。
另一方面，在专利文献2中公开了将内角摩擦搅拌接合用旋转工具插入到呈直角对接后的两个金属构件的内角来进行摩擦搅拌接合的技术。图37是表示现有的摩擦搅拌接合方法的剖视图。在现有的摩擦搅拌接合方法中，利用内角摩擦搅拌接合用旋转工具110，对使金属构件101的端面与金属构件102的侧面对接而形成的对接部J进行摩擦搅拌接合。内角摩擦搅拌接合用旋转工具110包括：呈三棱柱的按压块111；以及搅拌销112，该搅拌销112能以贯穿按压块111的状态相对于该按压块111旋转。在接合时，在使按压块111与金属构件101、102的各侧面抵接的状态下，使搅拌销112旋转。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2008－87036号公报
专利文献2：日本专利特开平11－320128号公报
根据现有的接合方法，在将板厚较大的金属构件彼此接合时，需要增大搅拌销的长度及外径，另外，伴随着上述搅拌销的大型化，还需要增大肩部的外径。但是，若增大肩部的外径，则金属构件与肩部间的摩擦便会变大，因此，存在摩擦搅拌装置所受的载荷变大这样的问题。藉此，很难对特别是板厚较大的金属构件的较深位置进行接合。
另一方面，在现有的对金属构件间的内角部进行接合的摩擦搅拌接合中，如参照图37这样，由于在将按压块111按压到金属构件101、102的同时进行接合，因此，存在金属构件101、102被按压块111削去的可能性。另外，由于存在按压块111，因此，无法看到接合部分。
此外，如图37所示，在对金属构件101、102的内角进行接合之前，还可以考虑从构成外角的面侧进行临时接合。在金属构件101、102的厚度较大的情况下，存在在通过临时接合形成的塑性化区域Wa与形成于内角的塑性化区域Wb之间形成有间隙这样的问题。
发明内容
根据这种观点，本发明的技术问题在于提供一种摩擦搅拌接合方法，其通过减小摩擦搅拌装置所受的载荷，能在对接部的较深位置处进行接合。此外，本发明的技术问题在于提供一种摩擦搅拌接合方法，其不仅能抑制金属构件在接合时受到损伤，而且能够理想地进行接合。
为了解决上述技术问题，在本发明的摩擦搅拌接合方法中，使用包括搅拌销的旋转工具来对两个金属构件进行接合，其特征是，包括正式接合工序，在该正式接合工序中，将旋转的上述搅拌销插入上述金属构件彼此的对接部，并在仅使上述搅拌销与上述金属构件接触的状态下进行摩擦搅拌接合。
根据上述方法，由于与金属构件接触的部分仅为搅拌销，因此，与将肩部按压到金属构件的现有的摩擦搅拌方法相比，能够减小金属构件与旋转工具间的摩擦，并能减小摩擦搅拌装置所受的载荷。即，根据本发明，由于能够将搅拌销插入到金属构件的较深的位置处，因此，即便是板厚较大的金属构件，也能够在较深的位置处进行接合。
此外，本发明的摩擦搅拌接合方法使用包括搅拌销的旋转工具来对两个金属构件进行接合，其特征在于，包括正式接合工序，在该正式接合工序中，将旋转的上述搅拌销插入上述金属构件彼此的对接部，并在仅使上述搅拌销与上述金属构件接触的状态下进行摩擦搅拌接合，在上述正式接合工序中，进行如下工序：第一正式接合工序，在该第一正式接合工序中，从上述金属构件的正面侧进行摩擦搅拌接合；以及第二正式接合工序，在该第二正式接合工序中，从上述金属构件的背面侧进行摩擦搅拌接合，使在上述第一正式接合工序中形成的塑性化区域与在上述第二正式接合工序中形成的塑性化区域接触。
根据上述方法，由于与金属构件接触的部分仅为搅拌销，因此，与将肩部按压到金属构件的现有的摩擦搅拌方法相比，能够减小金属构件与旋转工具间的摩擦，并能减小摩擦搅拌装置所受的载荷。即，根据本发明，由于能够将搅拌销插入到金属构件的较深的位置处，因此，即便是板厚较大的金属构件，也能够在较深的位置处进行接合。此外，由于能够对对接部的厚度方向的全长进行摩擦搅拌接合，因此，能够提高气密性及水密性。
此外，较为理想的是，在上述正式接合工序中形成的塑性化区域上进行堆焊。根据上述方法，能够补充由正式接合工序引起的金属不足的量。
此外，较为理想的是，包括：配置工序，在该配置工序，将辅助构件配置在上述正式接合工序中形成的塑性化区域上；以及
辅助构件接合工序，在该辅助构件接合工序中，将上述金属构件与上述辅助构件接合。根据上述方法，能够补充由正式接合工序引起的金属不足的量。
此外，较为理想的是，包括在进行上述正式接合工序之前进行上述金属构件彼此的临时接合的临时接合工序。根据上述方法，能够防止金属构件彼此在正式接合工序时分开。
此外，较为理想的是，在上述对接部的边上配置接头件并在上述接头件设置底孔之后，将上述搅拌销插入上述底孔来进行上述正式接合工序。根据上述方法，能够减小将旋转工具压入金属构件时的压入阻力。
此外，在本发明的摩擦搅拌接合方法中，使用包括搅拌销的旋转工具来对两个金属构件进行接合，其特征是，包括：对接工序，在该对接工序中，将上述金属构件彼此成角度地对接来形成对接部；以及正式接合工序，在该正式接合工序中，将旋转的上述搅拌销插入上述金属构件彼此间的内角，并在仅使上述搅拌销与两个上述金属构件接触的状态下进行上述对接部的摩擦搅拌接合。
此外，在本发明的摩擦搅拌接合方法中，使用包括搅拌销的旋转工具来对两个金属构件进行接合，其特征是，包括：对接工序，在该对接工序中，将上述金属构件彼此成角度地对接来形成对接部；第一正式接合工序，在该第一正式接合工序中，将旋转的上述搅拌销插入上述金属构件彼此间的内角，并在仅使上述搅拌销与两个上述金属构件接触的状态下进行上述对接部的摩擦搅拌接合；以及第二正式接合工序，在该第二正式接合工序中，将旋转的上述搅拌销插入上述金属构件彼此的构成外角的面侧，并在仅使上述搅拌销与两个上述金属构件接触的状态下进行上述对接部的摩擦搅拌接合。
根据上述方法，由于仅使搅拌销与金属构件接触，因此，能够抑制接合时金属构件的侧面的损伤。此外，由于没有像以往那样在旋转工具上使用按压块，因此，能看到接合部分。藉此，能够提高作业性。
此外，较为理想的是，使在上述第一正式接合工序中形成的塑性化区域与在上述第二正式接合工序中形成的塑性化区域接触。根据上述方法，由于没有对接部的间隙，因此，能够提高气密性及水密性。
此外，较为理想的是，在上述对接工序中，使一方的上述金属构件的侧面与另一方的上述金属构件的端面对接，并在由一方的上述金属构件的侧面与另一方的上述金属构件的侧面所构成的内角的角度为α的情况下，在上述第一正式接合工序中，使插入到上述侧面彼此的相交线的上述旋转工具的旋转中心轴位于假想基准面与上述一方的上述金属构件的侧面之间，其中，上述假想基准面穿过上述相交线，且与上述侧面所成的角度为α/2。
根据上述方法，通过使旋转工具朝一方的上述金属构件侧倾斜，就能将搅拌销插入到对接部的较深的位置处，因此，能够在对接部的较深位置处进行接合。
此外，较为理想的是，包括临时接合工序，该临时接合工序是在上述正式接合工序之前，将旋转的旋转工具插入上述金属构件彼此的构成外角的面侧，并进行上述对接部的临时接合的工序。根据上述接合方法，能够防止金属构件彼此在进行正式接合工序时分开。
此外，较为理想的是，在上述正式接合工序中，使在上述临时接合工序中形成的塑性化区域与在上述正式接合工序中形成的塑性化区域重叠。根据上述方法，通过使塑性化区域彼此重叠，从而没有对接部的间隙，因此，能够提高气密性及水密性。
此外，较为理想的是，在上述正式接合工序中形成的塑性化区域上进行堆焊。根据上述方法，能够补充由正式接合工序引起的金属不足的量。
根据本发明的摩擦搅拌接合方法，通过减小摩擦搅拌装置所受的载荷，从而能够在对接部的较深的部位处进行接合。此外，根据本发明的摩擦搅拌接合方法，不仅能够抑制接合时的金属构件的损伤，而且能够理想地进行接合。
附图说明
图1（a）是表示第一实施方式的正式接合用旋转工具的侧视图，图1（b）是表示正式接合用旋转工具的接合形态的示意剖视图。
图2（a）是表示第一实施方式的临时接合用旋转工具的侧视图，图2（b）是表示临时接合用旋转工具的接合形态的示意剖视图。
图3是表示第一实施方式的准备工序的图，其中，图3（a）是立体图，图3（b）是俯视图。
图4是表示第一实施方式的第一预备工序的俯视图，其中，图4（a）表示接合过程中，图4（b）表示完成时。
图5是表示第一实施方式的第一正式接合工序的俯视图，其中，图5（a）表示接合过程中，图5（b）表示完成时。
图6是表示第一实施方式的第一修补工序的立体图。
图7是表示第一实施方式的第一修补工序中的修补构件接合工序的图，图7（a）是俯视图，图7（b）是剖视图。
图8是表示第一实施方式的第一修补工序后的剖视图。
图9（a）是表示第一实施方式的第二正式接合工序的剖视图，图9（b）是表示本实施方式的第二修补工序的剖视图。
图10是表示修补工序的变形例的图，其中，图10（a）表示切削工序，图10（b）表示堆焊工序。
图11（a）是表示第二实施方式的准备工序的立体图，图11（b）是表示第二实施方式的预备工序的立体图。
图12是表示第二实施方式的正式接合工序的图，其中，图12（a）是立体图，图12（b）是剖视图。
图13是表示第二实施方式的修补工序的剖视图。
图14（a）是表示第三实施方式的第一正式接合工序的剖视图，图14（b）是表示第三实施方式的第二正式接合工序的剖视图。
图15是实施例1的条件和各塑性化区域的剖视图。
图16是用于对实施例1进行说明的剖视图。
图17是实施例2的条件和各塑性化区域的剖视图。
图18是用于对实施例2、实施例3进行说明的剖视图。
图19是实施例3的条件和各塑性化区域的剖视图。
图20是表示在实施例4～实施例6中使用的正式接合用旋转工具的基本形状的侧视图。
图21是表示在实施例4～实施例6中使用的正式接合用旋转工具的1系列和2系列的侧视图。
图22是表示在实施例4～实施例6中使用的正式接合用旋转工具的3系列和4系列的侧视图。
图23（a）是表示实施例的角落壁部减少量的示意图。图23（b）是表示实施例的螺纹截面积的示意图。
图24是表示实施例4的1系列和2系列的结果的剖视图。
图25是表示实施例4的3系列和4系列的结果的剖视图。
图26是表示实施例5的1系列和2系列的结果的剖视图。
图27是表示实施例5的3系列和4系列的结果的剖视图。
图28是表示实施例4中的螺纹截面积与角落壁部减少量间的关系的图表。
图29是表示实施例5中的螺纹截面积与角落壁部减少量间的关系的图表。
图30是表示在实施例6中，将正式接合用旋转工具B－1的转速设定为1000rpm，并将接合速度设定为100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min时的结果的剖视图。
图31是表示在实施例6中，将正式接合用旋转工具C－1的转速设定为1000rpm，并将接合速度设定为100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min时的结果的剖视图。
图32是表示在实施例6中，将正式接合用旋转工具A－4的转速设定为1000rpm，并将接合速度设定为100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min时的结果的剖视图。
图33是表示在实施例6中，将转速固定为1000rpm，并将接合速度设定为100mm/min时的结果的剖视图。
图34是表示在实施例6中，将转速固定为1000rpm，并将接合速度设定为200mm/min时的结果的剖视图。
图35是表示在实施例6中，将转速固定为1000rpm，并将接合速度设定为300mm/min时的结果的剖视图。
图36是表示在实施例6中，将转速固定为1000rpm，并将接合速度设定为500mm/min时的结果的剖视图。
图37是表示现有的摩擦搅拌接合方法的剖视图。
（符号说明）
1 金属构件
2 第一接头件
3 第二接头件
4 辅助构件
12 正面
13 背面
F 正式接合用旋转工具
F1 连接部
F2 搅拌销
G 临时接合用旋转工具
G1 肩部
G2 搅拌销
J1～J4 对接部
K 底孔
M 凹槽
W1 塑性化区域
w1～w3 塑性化区域
具体实施方式
（第一实施方式）
参照附图，对本发明的第一实施方式进行详细说明。首先，对在本实施方式中使用的正式接合用旋转工具及临时接合用旋转工具进行说明。
如图1（a）所示，正式接合用旋转工具F由连接部F1和搅拌销F2构成。正式接合用旋转工具F例如由工具钢形成。连接部F1是与图1（b）所示的摩擦搅拌装置的转轴D连接的部位。连接部F1呈圆柱状，其形成有供螺栓紧固的螺纹孔B、B。
搅拌销F2从连接部F1下垂，并与连接部F1同轴。搅拌销F2的前端越是远离连接部F1越是细。在搅拌销F2的外周面上刻设有螺旋槽F3。
如图1（b）所示，在使用正式接合用旋转工具F来进行摩擦搅拌接合时，仅将旋转的搅拌销F2插入金属构件1，并在使金属构件1与连接部F1分开的同时使正式接合用旋转工具F移动。换言之，在使搅拌销F2的基端部露出的状态下进行摩擦搅拌接合。在正式接合用旋转工具F的移动轨迹中，因摩擦搅拌后的金属固化而形成有塑性化区域W。
如图2（a）所示，临时接合用旋转工具G由肩部G1和搅拌销G2构成。临时接合用旋转工具G例如由工具钢形成。如图2（b）所示，肩部G1是与摩擦搅拌装置的转轴D连接的部位，同时是对塑性流动化后的金属进行按压的部位。肩部G1呈圆柱状。肩部G1的下端面呈凹状，用以防止流动化后的金属向外部流出。
搅拌销G2从肩部G1下垂，并与肩部G1同轴。搅拌销G2的前端越是远离肩部G1越是细。在搅拌销G2的外周面上刻设有螺旋槽G3。
如图2（b）所示，在使用临时接合用旋转工具G来进行摩擦搅拌接合时，在将旋转的搅拌销G2和肩部G1的下端插入金属构件1的同时使临时接合用旋转工具G移动。在临时接合用旋转工具G的移动轨迹中，因摩擦搅拌后的金属固化而形成有塑性化区域w。
接着，对本实施方式的具体的摩擦搅拌接合方法进行说明。在本实施方式中，包括（1）准备工序、（2）第一预备工序、（3）第一正式接合工序、（4）第一修补工序、（5）第二预备工序、（6）第二正式接合工序以及（7）第二修补工序。另外，第一预备工序、第一正式接合工序及第一修补工序是从金属构件1的正面侧进行的工序，第二预备工序、第二正式接合工序及第二修补工序是从金属构件1的背面侧进行的工序。
（1）准备工序
参照图3，对准备工序进行说明。本实施方式的准备工序包括：对接工序，在该对接工序中，使所要接合的金属构件1、1对接；接头件配置工序，在该接头件配置工序中，将第一接头件2和第二接头件3配置在金属构件1、1的对接部J1的两侧；以及焊接工序，在该焊接工序中，通过焊接将第一接头件2和第二接头件3临时接合到金属构件1、1。
在对接工序中，将所要接合的金属构件1、1呈L字形配置，并使一方的金属构件1的侧面与另一方的金属构件1的端面紧密接触。金属构件1只要是能够进行摩擦搅拌的金属即可，在本实施方式中，使用铝合金。
在接头件配置工序中，将第一接头件2配置在金属构件1、1的对接部J1的一端侧（外侧）来使第一接头件2的抵接面21（参照图3（b））与金属构件1、1外侧的侧面抵接，并且将第二接头件3配置在对接部J1的另一端侧来使第二接头件3的抵接面31、31（参照图3（b））与金属构件1、1内侧的侧面抵接。另外，在使金属构件1、1呈L字形组合的情况下，将第一接头件2及第二接头件3的一方（在本实施方式中为第二接头件3）配置在由金属构件1、1形成的内角部（由金属构件1、1内侧的侧面形成的角部）。
在焊接工序中，对由金属构件1和第一接头件2形成的内角部2a、2a进行焊接来将金属构件1与第一接头件2接合，并对由金属构件1与第二接头件3形成的内角部3a、3a进行焊接来将金属构件1与第二接头件3接合。
在准备工序完成之后，将金属构件1、1、第一接头件2及第二接头件3载置在未图示的摩擦搅拌装置的架台上，并使用夹子等未图示的夹具限制成无法移动。
（2）第一预备工序
第一预备工序包括：第一接头件接合工序，在该第一接头件接合工序中，对金属构件1、1与第一接头件2的对接部J2进行接合；临时接合工序，在该临时接合工序中，对金属构件1、1的对接部J1进行临时接合；第二接头件接合工序，在该第二接头件接合工序中，对金属构件1、1与第二接头件3的对接部J3进行接合；以及底孔形成工序，在该底孔形成工序中，在第一正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置处形成底孔。
如图4（a）及图4（b）所示，使一个临时接合用旋转工具G移动来形成一笔书写的移动轨迹（焊珠），从而对对接部J1、J2、J3连续地进行摩擦搅拌。
首先，使临时接合用旋转工具G的搅拌销G2一边朝左旋转，一边插入到设于第一接头件2的适当部位处的开始位置SP，来开始进行摩擦搅拌，并使临时接合用旋转工具G朝向第一接头件接合工序的起点s2相对移动。
在使临时接合用旋转工具G相对移动来连续地进行摩擦搅拌直至第一接头件接合工序的起点s2之后，使临时接合用旋转工具G以在起点s2处不发生脱离的状态直接转移到第一接头件接合工序。
在第一接头件接合工序中，对第一接头件2与金属构件1、1的对接部J2进行摩擦搅拌。具体来说，在金属构件1、1与第一接头件2的接缝上设置摩擦搅拌的路径，并使临时接合用旋转工具G沿着该路径相对移动，藉此来对对接部J2进行摩擦搅拌。在本实施方式中，使临时接合用旋转工具G以在中途不发生脱离的状态，从第一接头件接合工序的起点s2到终点e2连续地进行摩擦搅拌。
另外，在使临时接合用旋转工具G朝左旋转的情况下，由于有可能在行进方向的右侧产生细微的接合缺陷，因此，较为理想的是，以使金属构件1、1位于临时接合用旋转工具G的行进方向的左侧的方式设定第一接头件接合工序的起点s2和终点e2的位置。若是这样，则在金属构件1侧不容易产生接合缺陷，因此，能获得高品质的接合体。
在临时接合用旋转工具G到达第一接头件接合工序的终点e2之后，在终点e2处不使摩擦搅拌结束，而是连续地进行摩擦搅拌直至临时接合工序的起点s1，并直接转移到临时接合工序。另外，在本实施方式中，将从第一接头件接合工序的终点e2到临时接合工序的起点s1的摩擦搅拌的路径设定在第一接头件2上。
在临时接合工序中，对金属构件1、1的对接部J1进行摩擦搅拌。具体来说，在金属构件1、1的接缝上设置摩擦搅拌的路径，并使临时接合用旋转工具G沿着该路径相对移动，藉此来对对接部J1进行摩擦搅拌。在本实施方式中，使临时接合用旋转工具G以在中途不发生脱离的状态，从临时接合工序的起点s1到终点e1连续地进行摩擦搅拌。
在临时接合用旋转工具G到达临时接合工序的终点e1之后，直接转移到第二接头件接合工序。即，使临时接合用旋转工具G以在同样作为第二接头件接合工序的起点s3的临时接合工序的终点e1处不发生脱离的状态，转移到第二接头件接合工序。
在第二接头件接合工序中，对金属构件1、1与第二接头件3的对接部J3、J3进行摩擦搅拌。在本实施方式中，由于第二接头件接合工序的起点s3位于对接部J3、J3的中间，因此，在从第二接头件接合工序的起点s3到终点e3的摩擦搅拌的路径上设置折返点m3，在使临时接合用旋转工具G从起点s3移动到折返点m3后（参照图4（a）），使临时接合用旋转工具G从折返点m3移动到终点e3（参照图4（b）），藉此来从第二接头件接合工序的起点s3到终点e3连续地进行摩擦搅拌。即，在使临时接合用旋转工具G在起点s3～折返点m3之间往复移动后，使临时接合用旋转工具G移动到终点e3，藉此来从第二接头件接合工序的起点s3到终点e3连续地进行摩擦搅拌。另外，从起点s3到折返点m3的摩擦搅拌的路径及从折返点m3到终点e3的摩擦搅拌的路径分别设定在金属构件1与第二接头件3的接缝上。
起点s3、折返点m3及终点e3的位置关系没有特别限制，但在像本实施方式这样使临时接合用旋转工具G朝左旋转的情况下，较为理想的是，以使金属构件1、1至少在从折返点m3到终点e3的摩擦搅拌的路径中位于临时接合用旋转工具G的行进方向的左侧的方式设定第二接头件接合工序的起点s3、折返点m3及终点e3的位置。在这种情况下，较为理想的是，在起点s3～折返点m3之间，无论是往路还是返路，均将摩擦搅拌的路径设定在金属构件1与第二接头件3的接缝上，并使临时接合用正式接合用旋转工具沿着该路径移动。若是这样，则在从起点s3到折返点m3之间，金属构件1位于临时接合用旋转工具G的行进方向的右侧，即便在金属构件1侧产生接合缺陷，在随后进行的从折返点m3到终点e3的摩擦搅拌中使金属构件1位于临时接合用旋转工具G的行进方向的左侧，因此，能修正上述接合缺陷，从而能获得高品质的接合体。
另外，在使临时接合用旋转工具G朝右旋转的情况下，较为理想的是，以使金属构件1、1在从折返点到终点的摩擦搅拌的路径中位于临时接合用旋转工具G的行进方向的右侧的方式设定第二接头件接合工序的起点、折返点及终点的位置。具体来说，虽未图示，但只要在使临时接合用旋转工具G朝左旋转时的终点e3的位置处设置折返，并在使临时接合用旋转工具G朝左旋转时的折返点m3的位置处设置终点即可。
如图4（b）所示，在临时接合用旋转工具G到达第二接头件接合工序的终点e3之后，在终点e3处不使摩擦搅拌结束，而是连续地进行摩擦搅拌直至设于第二接头件3的结束位置EP。在临时接合用旋转工具G到达结束位置EP之后，使临时接合用旋转工具G一边旋转一边上升，来使搅拌销G2脱离结束位置EP。
接着，进行底孔形成工序。底孔形成工序是在第一正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置处形成底孔的工序。虽然也可以重新形成底孔，但在本实施方式中，是通过钻孔机等将使临时接合用旋转工具G的搅拌销G2脱离时形成的冲孔扩径来形成底孔。若是这样，则能省略或是简化底孔的加工作业，因此，能缩短作业时间。另外，也可以将上述冲孔直接用作底孔。
（3）第一正式接合工序
在第一预备工序完成之后，进行将金属构件1、1的对接部J1正式接合的第一正式接合工序。在本实施方式的第一正式接合工序中，使用图1（a）所示的正式接合用旋转工具F，并从金属构件1的正面侧对处于临时接合后的状态的对接部J1进行摩擦搅拌。
在第一正式接合工序中，首先，如图5所示，使正式接合用旋转工具F一边朝右旋转，一边将搅拌销F2插入到开始位置SM1（即图4（b）所示的结束位置EP），并开始进行摩擦搅拌。
在进行摩擦搅拌直至金属构件1、1的对接部J1的一端之后，直接使正式接合用旋转工具F进入对接部J1，并使正式接合用旋转工具F沿着设定在金属构件1、1的接缝上的摩擦搅拌的路径相对移动，藉此来从对接部J1的一端到另一端连续地进行摩擦搅拌。在此，参照图1（b），使正式接合用旋转工具F的连接部F1与金属构件1分开，仅将搅拌销F2插入对接部J1。如图5（b）所示，在使正式接合用旋转工具F相对移动到对接部J1的另一端之后，一边进行摩擦搅拌，一边使正式接合用旋转工具F横穿对接部J2，并直接朝向结束位置EM1相对移动。
在正式接合用旋转工具F到达结束位置EM1之后，使正式接合用旋转工具F一边旋转一边上升，来使搅拌销F2脱离结束位置EM1。另外，若在结束位置EM1处使搅拌销F2朝上方脱离，则不可避免地会形成与搅拌销F2大致相同形状的冲孔，但是，在本实施方式中，直接将其残留。
（4）第一修补工序
在第一正式接合工序完成之后，对由第一正式接合工序在金属构件1上形成的塑性化区域W1进行第一修补工序。在本实施方式的第一修补工序中，如图6及图7所示，进行形成凹槽M的凹槽形成工序、在凹槽M中配置辅助构件4的配置工序以及将金属构件1与辅助构件4接合的辅助构件接合工序。
在凹槽形成工序中，如图6所示，在伴随着正式接合用旋转工具F的移动而形成的塑性化区域W1的正面形成凹槽M。在凹槽形成工序中，例如，使用立铣刀等对毛刺及塑性化区域W1的正面进行切削，来形成截面呈矩形的凹槽M。
在配置工序中，在凹槽M中配置辅助构件4。辅助构件4是由与金属构件1相同的材料构成的金属板。辅助构件4呈与凹槽M相同的形状。辅助构件4的厚度与凹槽M的深度大致相等。
在辅助构件接合工序中，如图7（a）所示，对辅助构件4与金属构件1、第一接头件2及第二接头件3的对接部分、即对接部J4进行摩擦搅拌接合。具体来说，将旋转的临时接合用旋转工具G插入到设定于第二接头件3的开始位置SH1处，并使临时接合用旋转工具G沿着对接部J4旋转一圈来移动到结束位置EH1。如图7（b）所示，在辅助构件接合工序中，一边将肩部G1压入到金属构件1的正面12中，一边使临时接合用旋转工具G移动。此外，临时接合用旋转工具G的搅拌销G2设定为比辅助构件4的厚度长。
如图8所示，若使临时接合用旋转工具G旋转一圈，以在辅助构件4上形成有两个塑性化区域w2，则辅助构件4全部被塑性化区域w2、w2所覆盖。此外，由于塑性化区域W1与塑性化区域w2重叠，因此，能进一步提高气密性及水密性。
若在第一正式接合工序之后，金属构件1的正面12与塑性化区域W1的正面间的高低差较大，则也可以省略凹槽形成工序。此外，在辅助构件接合工序中，也可以通过焊接的方式将金属构件1与辅助构件4接合。
（5）第二预备工序
在第一正式接合工序完成之后，将金属构件1、1翻面，进行第二预备工序。本实施方式的第二预备工序包括在第二正式接合工序中的摩擦搅拌的开始位置形成底孔（未图示）的底孔形成工序。另外，在第二预备工序中，也可以从金属构件1、1的背面13侧对对接部J1进行临时接合。
（6）第二正式接合工序
在第二预备工序完成之后，如图9（a）所示，使用正式接合用旋转工具F，来进行第二正式接合工序，在该第二正式接合工序中，从金属构件1的背面13侧对对接部J1进行摩擦搅拌接合。在第二正式接合工序中，从背面13侧进行与第一正式接合工序大致相同的作业。在第二正式接合工序中，也在使正式接合用旋转工具F的连接部F1与金属构件1分开的同时，仅将搅拌销F2插入到金属构件1中。在对对接部J1进行摩擦搅拌接合时，一边使正式接合用旋转工具F的搅拌销F2进入在第一正式接合工序中形成的塑性化区域W1，一边进行摩擦搅拌。
（7）第二修补工序
在第二正式接合工序完成之后，对由第二正式接合工序在金属构件1上形成的塑性化区域W2进行第二修补工序。在第二修补工序中，从背面13侧进行与第一修补工序大致相同的作业。如图9（b）所示，若进行第二修补工序，则辅助构件4整体被两个塑性化区域w3所覆盖。最后，将第一接头件2及第二接头件3从金属构件1、1切断。
根据以上说明的摩擦搅拌接合，在进行摩擦搅拌接合时，与金属构件1、1接触的部分仅仅是正式接合用旋转工具F的搅拌销F2，藉此，与现有相比，能减少金属构件1、1与正式接合用旋转工具F间的摩擦，并能减小摩擦搅拌装置所受的载荷。由于摩擦搅拌装置所受的载荷变小，因此，能将搅拌销F2插入到金属构件1、1的较深位置处。
此外，通过使在第一正式接合工序中形成的塑性化区域W1与在第二正式接合工序中形成的塑性化区域W2接触，能在对接部J1的厚度方向的全长上进行摩擦搅拌接合，因此，能提高气密性及水密性。此外，在本实施方式中，在进行第二正式接合工序时，由于在使搅拌销F2与塑性化区域W1接触的同时进行摩擦搅拌接合，因此，即便在塑性化区域W1存在接合缺陷，也能对该接合缺陷进行修补。
此外，即便因第一正式接合工序及第二正式接合工序而在金属构件1的正面12或背面13形成高低差，也能够通过进行修补工序来使金属构件1的正面12或背面13变得平坦。此外，在辅助构件接合工序中，只要至少将金属构件1与辅助构件4接合即可，但通过像本实施方式这样对辅助构件4的整体进行摩擦搅拌接合，就能使辅助构件4被塑性化区域w2、w3所覆盖，来进一步提高气密性及水密性。
此外，通过进行对接部J1的临时接合工序，就能在进行正式接合工序时防止金属构件1、1分开。此外，通过设置接头件，不仅能容易地进行旋转工具的插入及脱离作业，而且能通过在上述接头件上设置底孔来减小将旋转工具压入时的压入阻力。
以上对本发明的第一实施方式进行了说明，但能够在不违背本发明的精神的范围内进行设计变更。例如，图10是表示修补工序的变形例的图，其中，图10（a）表示凹槽形成工序，图10（b）表示堆焊工序。在修补工序中，也可以使用堆焊来进行修补，以代替修补构件4。也就是说，也可以如图10（a）所示，在将凹槽M形成在第一正式接合工序中形成的塑性化区域W1上之后，对上述凹槽M进行堆焊。藉此，由于在凹槽M中填充有焊接金属N，因此，能够使金属构件1、1的正面12变得平坦。另外，也可以省略凹槽形成工序。
此外，在第一实施方式中，使用摩擦搅拌接合来进行临时接合工序，但也可以使用焊接来进行临时接合工序。此外，在使用辅助构件4的修补工序中，使用临时接合用旋转工具G，但在辅助构件4的厚度较大的情况下，也可以使用更大的旋转工具。此外，辅助构件4与金属构件1也可以通过焊接来接合。
（第二实施方式）
对本发明的第二实施方式进行详细说明。在第二实施方式中，包括（1）准备工序、（2）预备工序、（3）正式接合工序以及（4）修补工序。
（1）准备工序
参照图11，对准备工序进行说明。第二实施方式的准备工序包括：对接工序，在该对接工序中，使所要接合的金属构件201、202对接；接头件配置工序，在该接头件配置工序中，将接头件配置在金属构件201、202的对接部J1的端部；以及焊接工序，在该焊接工序中，通过焊接将接头件203临时接合到金属构件201、202。
在对接工序中，如图11（a）所示，使所要接合的金属构件201的侧面201b与金属构件202的端面202a对接，并且使金属构件201的端面201a与金属构件202的侧面202c共面。也就是说，在对接工序中，使金属构件201、202垂直地对接，从侧面观察呈L字状。金属构件201、202只要是能够进行摩擦搅拌的金属即可，在本实施方式中，使用铝合金。
在接头件配置工序中，如图11（b）所示，将接头件203配置在金属构件201、202的对接部J1的一端侧来使接头件203与金属构件201的侧面201d及金属构件202的侧面202d抵接。接头件203的正面203a与金属构件202的侧面202c及金属构件201的端面201a配置成共面。
在焊接工序中，将金属构件201、202与接头件203焊接，并将金属构件201、202与接头件203接合。
在准备工序完成之后，将金属构件201、202及接头件203载置在未图示的摩擦搅拌装置的架台上，并使用夹子等未图示的夹具限制成无法移动。
（2）预备工序
预备工序包括对金属构件201、202的对接部J1进行临时接合的临时接合工序。具体来说，如图11（b）所示，将临时接合用旋转工具G插入接头件203，并从金属构件201、202的外侧（构成外角的面一侧）对对接部J1进行摩擦搅拌接合。在临时接合工序中，参照图2（b），在将肩部G1的下表面压入金属构件201、202的状态下，使临时接合用旋转工具G移动。在对对接部J1的全部或一部分进行接合之后，将接头件203从金属构件201、202切削。另外，在本实施方式中，利用摩擦搅拌接合进行临时接合工序，但也可以例如通过焊接来进行金属构件201、202的临时接合。
（3）正式接合工序
在预备工序完成之后，进行将金属构件201、202的对接部J1正式接合的正式接合工序。在本实施方式的正式接合工序中，首先，如图12（a）所示，在金属构件201、202的构成外角的面上配置抵接件T。抵接件T是俯视呈L字状的金属制的构件，使其与金属构件201的侧面201c、端面201a及金属构件202的侧面202c接触。接着，将金属构件201、202及抵接件T载置在未图示的摩擦搅拌装置的架台上，并使用夹子等未图示的夹具限制成无法移动。
接着，在正式接合工序中，将旋转的正式接合用旋转工具F插入金属构件201和金属构件202的内角（由侧面201b和侧面202b构成的角部）处，并对对接部J1进行摩擦搅拌接合。在正式接合工序中，如图12（a）、图12（b）所示，使正式接合用旋转工具F的连接部F1与金属构件201、202分开，仅将搅拌销F2插入对接部J1。
此外，在正式接合工序中，如图12（b）所示，使正式接合用旋转工具F的旋转中心轴Fc倾斜来进行摩擦搅拌接合。也就是说，在正式接合工序中，插入到侧面201b与侧面202b的相交线C1的正式接合用旋转工具F的旋转中心轴Fc设定成位于假想基准面C与金属构件201的侧面201b之间，其中，上述假想基准面C穿过相交线C1，且与侧面201b及侧面202b所成的角度为α/2（在本实施方式中，α＝90°）。在正式接合工序中，使在正式接合工序中形成的塑性化区域W1与在临时接合工序中形成的塑性化区域w重叠。另外，旋转中心轴Fc的位置不包括与侧面201b及假想基准面C重合的位置。
（4）修补工序
在正式接合工序完成之后，对由正式接合工序在金属构件201、202上形成的塑性化区域W1进行修补工序。在本实施方式的修补工序中，如图13所示，对塑性化区域W1的上表面进行堆焊。
正式接合工序会造成塑性化区域W1的上表面（正面）因金属不足而存在形成槽的趋势，但通过进行堆焊，就能补充不足的金属。如图13所示，较为理想的是，使金属构件201的侧面201b及金属构件202的侧面202b与通过堆焊形成的焊接金属N共面。另外，也可以在进行堆焊之前，对塑性化区域W的上表面进行切削来预先形成凹槽，并对该凹槽进行堆焊。此外，在槽比较浅的情况下，也可以省略堆焊，而对金属构件201的侧面201b及金属构件202的侧面202b进行面切削加工，来去除由摩擦搅拌接合而形成的槽。
根据以上说明的本实施方式的摩擦搅拌接合，在对金属构件201、202的内角进行接合的正式接合工序中，由于仅使搅拌销F2与金属构件201、202接触，因此，能够抑制接合时的金属构件201的侧面201b及金属构件202的侧面202b的损伤。此外，由于没有像以往那样使用按压块，因此，能看到接合部分。藉此，由于能够掌握接合状态等，因此，能够提高作业性。
此外，在正式接合工序中，通过使在临时接合工序中形成的塑性化区域w与在正式接合工序中形成的塑性化区域W1重叠，能提高气密性及水密性。此外，通过使用比正式接合用旋转工具F小的临时接合用旋转工具G来进行临时接合工序，能够防止金属构件201、202在正式接合工序时分开。
此外，在正式接合工序中，通过使正式接合用旋转工具F朝一方的金属构件201侧倾斜，从而与例如将搅拌销F2沿着图12（b）所示的假想基准面C插入的情况、也就是说以使旋转中心轴Fc与侧面201b、202b所成的角度为45°的方式相对于垂直的金属构件201、202插入的情况相比，能将搅拌销F2插入到对接部J1的较深的位置处。藉此，能接合到对接部J1的较深的位置处。
此外，通过在正式接合工序中形成的塑性化区域W2上进行堆焊，能补充正式接合工序中金属不足的量。
（第三实施方式）
接着，对本发明第三实施方式的摩擦搅拌接合方法进行说明。在第三实施方式中，包括（1）准备工序、（2）预备工序、（3）第一正式接合工序、（4）第二正式接合工序以及（5）修补工序。在第三实施方式中，示出了对比第二实施方式更厚的金属构件1、2进行接合的情况。第三实施方式在进行两次正式接合工序这点上与第二实施方式不同。另外，由于（1）准备工序及（2）预备工序与第二实施方式相同，因此，省略详细说明。
（3）第一正式接合工序
在第一正式接合工序中，如图14（a）所示，以与上述第二实施方式的正式接合工序大致相同的要点，将旋转的正式接合用旋转工具F相对于对接部J1插入金属构件201、202的内角，来进行摩擦搅拌接合。在第三实施方式中，由于金属构件201、202的厚度较大，因此，即便将正式接合用旋转工具F的插入角度朝金属构件201侧倾斜，也无法使在正式接合工序中形成的塑性化区域W1与在临时接合工序中形成的塑性化区域w重叠。
（4）第二正式接合工序
在第二正式接合工序中，使用正式接合用旋转工具F，从金属构件201、202的构成外角的面一侧进行摩擦搅拌接合。具体来说，如图14（b）所示，将旋转的正式接合用旋转工具F的搅拌销F2从金属构件201的端面201a和金属构件202的侧面202c一侧插入，并使其沿着对接部J1移动。在第二正式接合工序中，使正式接合用旋转工具F的连接部F1与金属构件201、202分开，并仅将搅拌销F2插入到对接部J1中。在第二正式接合工序中形成的塑性化区域W2与在第一正式接合工序中形成的塑性化区域W1重叠。在本实施方式的第二正式接合工序中，使搅拌销F2到达塑性化区域W1。藉此，能更可靠地对对接部J1进行接合。
另外，在第二正式接合工序中，也可以在金属构件201、202适当设置接头件来进行摩擦搅拌接合。也可以不将在临时接合工序中使用的接头件切削去除，而在第二正式接合工序中利用。
（5）修补工序
在修补工序中，以与第二实施方式的修补工序相同的要点，对在第一正式接合工序中形成的塑性化区域W1和在第二正式接合工序中形成的塑性化区域W2的上表面进行堆焊，来补充不足的金属。
根据以上说明的第三实施方式，不仅能获得与第二实施方式大致相同的效果，而且通过进行第二正式接合工序，即便在金属构件1、2较厚的情况下，也能对对接部J1的全长进行摩擦搅拌接合，因此，能够提高气密性及水密性。此外，根据正式接合用旋转工具F，不仅能够抑制摩擦搅拌装置所受的载荷，而且能够将搅拌销F2插入到较深的位置处。
另外，在本实施方式中，使用正式接合用旋转工具F来进行第二正式接合工序，但不局限于此，例如，也可以使用包括肩部及搅拌销且搅拌销的长度较长的旋转工具。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但能够在不违背本发明的精神的范围内适当进行设计变更。例如，在本实施方式中，使金属构件201、202呈直角地进行对接，但只要金属构件201的侧面201b与金属构件202的侧面202b所成角度不是180度，无论是多少度均能够进行对接。此外，例如也可以对金属构件1的端面201a和金属构件202的端面202a倾斜地进行切割来使金属构件201、202对接。
（实施例）
在实施例1～实施例3中，使用尺寸不同的三种正式接合用旋转工具FA、FB、FC，改变各旋转工具的转速及底孔的条件，来使其在平坦的铝合金、即金属构件1的正面12移动规定长度，来观察所形成的塑性化区域的截面。在实施例中的符号及尺寸适当地参照图1。在进行摩擦搅拌接合时，使正式接合用旋转工具朝右旋转，并使正式接合用旋转工具的连接部F1与金属构件1分开，从而仅使搅拌销F2插入金属构件1来进行摩擦搅拌接合。
<实施例1>
图15是实施例1的条件和各塑性化区域的剖视图。在实施例1中，使用正式接合用旋转工具FA，并以试验体1号～3号的各条件进行试验。正式接合用旋转工具FA的连接部F1的外径X1（参照图1（a））为140mm，厚度X2为40mm。搅拌销F2的长度Y1为55mm，基端外径Y2为32mm，前端外径Y3为16mm。在搅拌销F2的外周面以深度为2mm、螺距2mm的方式刻设有左螺纹的螺旋槽F3。
图16是用于对实施例1进行说明的剖视图。插入深度尺寸t1是从压入后的搅拌销F2的前端到正面12的长度。底孔K呈圆柱状，并设定为直径t2＝20mm、深度t3＝45mm。
如图15所示，在实施例1的试验体1号～3号中，均没有发现接合缺陷。在金属构件1的正面12上形成有高低差P。高低差P越是靠正式接合用旋转工具FA的行进方向左侧越是深。高低差P可以认为是通过因摩擦搅拌接合而塑性流动化后的金属飞散或是作为毛刺L流出到外部来形成的。毛刺L集中在正式接合用旋转工具FA的行进方向右侧。在正式接合用旋转工具FA中，受工具的旋转速度变化的影响不大。
<实施例2>
图17是实施例2的条件和各塑性化区域的剖视图。在实施例2中，使用正式接合用旋转工具FB，并以试验体4号～7号的各条件进行试验。正式接合用旋转工具FB的连接部F1的外径X1（参照图1（a））为140mm，厚度X2为55mm。搅拌销F2的长度Y1为77mm，基端外径Y2为38mm，前端外径Y3为16mm。在搅拌销F2的外周面以深度为2mm、间距2mm的方式刻设有左螺纹的螺旋槽F3。
图18是用于对实施例2进行说明的剖视图。插入深度尺寸t4是从压入后的搅拌销F2的前端到正面12的长度。底孔K由大宽度部K1和形成于大宽度部K1底面的小宽度部K2构成。大宽度部K1及小宽度部K2均呈圆柱状。将大宽度部K1的直径设为t5、深度尺寸设为t7，将小宽度部K2的直径设为t6、深度尺寸设为t8。
如图17所示，在实施例2的试验体4号～7号中，均没有发现接合缺陷。在金属构件1的正面12上形成有高低差P。高低差P可以认为是通过因摩擦搅拌接合而塑性流动化后的金属飞散或是作为毛刺L流出到外部来形成的。在4号和5号中可知，金属在塑性化区域W的上部和下部处的形态不同。可以想到这是因为以下缘故：由于在4号和5号中工具的转速较高，因此，塑性流动化后的金属中，上侧的金属容易变为高温。另一方面，在6号和7号中，由于工具的转速较低，因此，塑性化区域W的形态基本相同。在试验体7号中，高低差P较小。
<实施例3>
图19是实施例3的条件和各塑性化区域的剖视图。在实施例3中，使用正式接合用旋转工具FC，并以试验体8号～11号的各条件进行试验。正式接合用旋转工具FC的连接部F1的外径X1（参照图1（a））为140mm，厚度X2为45mm。搅拌销F2的长度Y1为157mm，基端外径Y2为54.7mm，前端外径Y3为16mm。在搅拌销F2的外周面以深度为2mm、间距2mm的方式刻设有左螺纹的螺旋槽F3。
如图19所示，在实施例3的试验体8号～10号的符号Q的部分（旋转工具的行进方向左侧）发现接合缺陷。在金属构件1的正面12上形成有比较大的高低差P。高低差P可以认为是通过因摩擦搅拌接合而塑性流动化后的金属飞散或是作为毛刺流出到外部来形成的。另一方面，在试验体11号中，由于使插入深度较小（相对于搅拌销F2的长度插入大致一半左右），因此，处于基本没有高低差的状态。
<实施例4～6>
在实施例4～6中，如图20所示，准备销角度（转轴与搅拌销的外周面所成的角度）为5种、螺纹的深度及螺距为4种共计20个正式接合用旋转工具，并研究各自的接合状况。
如图20所示，所要接合的金属构件Z是铝合金制的，并形成有截面呈V字状的V字槽Za。V字槽Za的角度为90度。在各实施例中，在V字槽Za中仅将各正式接合用旋转工具的搅拌销插入规定的深度，并在V字槽Za的长度方向上移动规定的长度。搅拌销的插入深度在各实施例中均设定为相同的深度。
如图21及图22的纵向所示，在正式接合用旋转工具的A系列中，销角度为9.5度，在B系列中，销角度为14度，在C系列中，销角度为18.4度，在D系列中，销角度为23度，在E系列中，销角度为27.6度。
此外，如图21及图22的横向所示，在1系列中，螺纹深度为0.4mm，螺距为0.5mm，在2系列中，螺纹深度为1.0mm，螺距为1.0mm，在3系列中，螺纹深度为1.8mm，螺距为2.0mm，在4系列中，螺纹深度为2.5mm，螺距为3.0mm。例如，如图21所示，在“正式接合用旋转工具C－2”中，销角度为18.4度，螺纹深度为1.0mm，螺距为1.0mm。
此外，后述的“角落壁部减少量（mm2）”是指如图23（a）所示由在进行了摩擦搅拌接合后的塑性化区域W的上表面Z1、金属构件Z的侧壁Z2、Z2和V字槽Za的假想延长线Z3围成的区域的截面积。另外，在塑性化区域W的内部存在接合缺陷的情况下，上述接合缺陷的区域的截面积也作为“角落壁部减少量（mm2）”算入其中。
此外，后述的“螺纹截面积（mm2）”是指如图23（b）所示由穿过搅拌销F2的外周面的假想线F4和螺旋槽F3围成的区域的截面积的和（划阴影的部分）。
<实施例4>
在实施例4中，使用上述正式接合用旋转工具A－1～A－4、正式接合用旋转工具B－1～B－4、正式接合用旋转工具C－1～C－4、正式接合用旋转工具D－1～D－4、正式接合用旋转工具E－1～E－4的合计20种的正式接合用旋转工具，并将转速设定为1000rpm、接合速度（移动速度）设定为100mm/min，来进行摩擦搅拌接合。
如图24及图25所示，可知随着销角度增大，塑性化区域W的截面积增大。此外，可知随着螺纹深度及螺距增大，塑性化区域W形成在较深的位置，并且角落壁部减少量增大。
此外，如图24及图25所示，在正式接合用旋转工具A－1中，产生接合缺陷Q。在正式接合用旋转工具B－2中，减少量较大，从而发生接合不良。可知除了正式接合用旋转工具A－1、B－2之外，接合状况基本良好。
如图25所示，可知在4系列（A－4、B―4、C―4、D―4）中，以金属构件Z的下表面朝下方突出的方式发生变形。此外，可知在1系列及4系列中，产生较多的毛刺。
<实施例5>
在实施例5中，使用上述20种的正式接合用旋转工具，并将转速设定为1000rpm、接合速度设定为200mm/min，来进行摩擦搅拌接合。
如图26及图27所示，可知在正式接合用旋转工具A―1、B―1、C―1、D―1、B―2、C―2中，形成有接合缺陷Q。此外，可知在正式接合用旋转工具A－2中，减少量较大，从而发生接合不良。对于其它正式接合用旋转工具，可知接合状况基本良好。
若对实施例4和实施例5进行综合观察，可知接合速度越是慢（实施例4），接合缺陷Q的产生率越是低。此外，可知随着螺纹深度及螺距增大，减少量越大，但接合缺陷的产生率较低。
图28是表示实施例4中的螺纹截面积与角落壁部减少量间的关系的图表。图29是表示实施例5中的螺纹截面积与角落壁部减少量间的关系的图表。若螺纹截面积过小，则存在容易产生接合缺陷Q的趋势。另一方面，若螺纹截面积过大，则存在角落壁部减少量变大的趋势。因此，螺纹截面积为50～180mm2较为理想，100～150mm2更为理想。
<实施例6>
在实施例6中，对使上述20种正式接合用旋转工具相对于平板状的金属构件Z（没有V字槽）移动后形成的塑性化区域的截面进行了观察。在实施例6中，将转速固定为1000rpm，并使接合速度变为100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min。
图30是表示在实施例6中，将正式接合用旋转工具B－1的转速设定为1000rpm，并将接合速度设定为100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min时的结果的剖视图。
图31是表示在实施例6中，将正式接合用旋转工具C－1的转速设定为1000rpm，并将接合速度设定为100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min时的结果的剖视图。
图32是表示在实施例6中，将正式接合用旋转工具A－4的转速设定为1000rpm，并将接合速度设定为100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min时的结果的剖视图。
若观察图30及图31，可知接合速度越大，接合缺陷Q越大。此外，若观察图30～图32，可知接合速度越大，毛刺的量越多。
图33是表示在实施例6中，将转速固定为1000rpm，并将接合速度设定为100mm/min时的结果的剖视图。
图34是表示在实施例6中，将转速固定为1000rpm，并将接合速度设定为200mm/min时的结果的剖视图。
图35是表示在实施例6中，将转速固定为1000rpm，并将接合速度设定为300mm/min时的结果的剖视图。
图36是表示在实施例6中，将转速固定为1000rpm，并将接合速度设定为500mm/min时的结果的剖视图。
若对图33～图36进行综合判断，可知接合速度越慢越是理想，螺纹深度及螺距越大越理想。

Claims (16)

1.一种摩擦搅拌接合方法，使用包括搅拌销且与摩擦搅拌装置的转轴连接的旋转工具来对两个金属构件进行接合，其特征在于，
在所述搅拌销的外周面刻设有螺旋槽，
所述摩擦搅拌接合方法包括：
对接工序，在该对接工序中，使所述金属构件彼此对接来形成对接部；以及
正式接合工序，在该正式接合工序中，将旋转的所述搅拌销插入所述金属构件彼此的对接部，并在使所述摩擦搅拌装置及所述旋转工具中的仅所述旋转工具的所述搅拌销与仅所述金属构件接触、以使摩擦热产生且使所述搅拌销的基端部露出的状态下，使所述搅拌销相对于所述对接部相对移动来进行摩擦搅拌接合，
在所述正式接合工序中，一边利用所述搅拌销的外周面在所述金属构件的正面形成高低差，一边进行摩擦搅拌接合。
2.一种摩擦搅拌接合方法，使用包括搅拌销且与摩擦搅拌装置的转轴连接的旋转工具来对两个金属构件进行接合，其特征在于，
在所述搅拌销的外周面刻设有螺旋槽，
所述摩擦搅拌接合方法包括：
对接工序，在该对接工序中，使所述金属构件彼此对接来形成对接部；以及
正式接合工序，在该正式接合工序中，将旋转的所述搅拌销插入所述金属构件彼此的对接部，并在使所述摩擦搅拌装置及所述旋转工具中的仅所述旋转工具的所述搅拌销与仅所述金属构件接触、以使摩擦热产生且使所述搅拌销的基端部露出的状态下，使所述搅拌销相对于所述对接部相对移动来进行摩擦搅拌接合，
在所述正式接合工序中，一边利用所述搅拌销的外周面在所述金属构件的正面形成高低差，一边进行摩擦搅拌接合，
在所述正式接合工序中，进行如下工序：
第一正式接合工序，在该第一正式接合工序中，从所述金属构件的正面侧进行摩擦搅拌接合；以及
第二正式接合工序，在该第二正式接合工序中，从所述金属构件的背面侧进行摩擦搅拌接合，
使在所述第一正式接合工序中形成的塑性化区域与在所述第二正式接合工序中形成的塑性化区域接触。
3.如权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，在所述正式接合工序中形成的塑性化区域上进行堆焊。
4.如权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，进行如下工序：
配置工序，在该配置工序，将辅助构件配置在所述正式接合工序中形成的塑性化区域上；以及
辅助构件接合工序，在该辅助构件接合工序中，将所述金属构件与所述辅助构件接合。
5.如权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，包括，在进行所述正式接合工序之前进行所述金属构件彼此的临时接合的临时接合工序。
6.如权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，在所述对接部的边上配置接头件并在所述接头件上设置底孔之后，将所述搅拌销插入所述底孔来进行所述正式接合工序。
7.一种摩擦搅拌接合方法，使用包括搅拌销且与摩擦搅拌装置的转轴连接的旋转工具来对两个金属构件进行接合，其特征在于，
在所述搅拌销的外周面刻设有螺旋槽，
所述摩擦搅拌接合方法包括：
对接工序，在该对接工序中，将所述金属构件彼此成角度地对接来形成对接部；以及
正式接合工序，在该正式接合工序中，将旋转的所述搅拌销插入所述金属构件彼此间的内角，并在使所述摩擦搅拌装置及所述旋转工具中的仅所述旋转工具的所述搅拌销与仅两个所述金属构件接触、以使摩擦热产生且使所述搅拌销的基端部露出的状态下，进行摩擦搅拌接合，
在所述正式接合工序中，一边利用所述搅拌销的外周面使所述对接部的内角部减薄，一边进行摩擦搅拌接合。
8.如权利要求7所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，包括临时接合工序，该临时接合工序是在所述正式接合工序之前，将旋转的旋转工具插入到所述金属构件彼此的构成外角的面侧，并进行所述对接部的临时接合的工序。
9.如权利要求8所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，在所述正式接合工序中，使在所述临时接合工序中形成的塑性化区域与在所述正式接合工序中形成的塑性化区域重叠。
10.如权利要求7所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，在所述正式接合工序中形成的塑性化区域上进行堆焊。
11.一种摩擦搅拌接合方法，使用包括搅拌销且与摩擦搅拌装置的转轴连接的旋转工具来对两个金属构件进行接合，其特征在于，
在所述搅拌销的外周面刻设有螺旋槽，
所述摩擦搅拌接合方法包括：
对接工序，在该对接工序中，将所述金属构件彼此成角度地对接来形成对接部；
第一正式接合工序，在该第一正式接合工序中，将旋转的所述搅拌销插入所述金属构件彼此间的内角，并在使所述摩擦搅拌装置及所述旋转工具中的仅所述旋转工具的所述搅拌销与两个所述金属构件接触、以使摩擦热产生且使所述搅拌销的基端部露出的状态下，进行所述对接部的摩擦搅拌接合；以及
第二正式接合工序，在该第二正式接合工序中，将旋转的所述搅拌销插入所述金属构件彼此的构成外角的面侧，并在使所述摩擦搅拌装置及所述旋转工具中的仅所述旋转工具的所述搅拌销与仅两个所述金属构件接触的状态下，进行所述对接部的摩擦搅拌接合，
在所述第一正式接合工序中，一边利用所述搅拌销的外周面使所述对接部的内角部减薄，一边进行摩擦搅拌接合。
12.如权利要求11所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，包括临时接合工序，该临时接合工序是在所述正式接合工序之前，将旋转的旋转工具插入到所述金属构件彼此的构成外角的面侧，并进行所述对接部的临时接合的工序。
13.如权利要求12所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，在所述正式接合工序中，使在所述临时接合工序中形成的塑性化区域与在所述正式接合工序中形成的塑性化区域重叠。
14.如权利要求11所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，在所述正式接合工序中形成的塑性化区域上进行堆焊。
15.如权利要求11所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，使在所述第一正式接合工序中形成的塑性化区域与在所述第二正式接合工序中形成的塑性化区域重叠。
16.一种摩擦搅拌接合方法，使用包括搅拌销的旋转工具来对两个金属构件进行接合，其特征在于，包括：
对接工序，在该对接工序中，将所述金属构件彼此成角度地对接来形成对接部；
第一正式接合工序，在该第一正式接合工序中，将旋转的所述搅拌销插入所述金属构件彼此间的内角，并在仅使所述搅拌销与两个所述金属构件接触的状态下进行所述对接部的摩擦搅拌接合；以及
第二正式接合工序，在该第二正式接合工序中，将旋转的所述搅拌销插入所述金属构件彼此的构成外角的面侧，并在仅使所述搅拌销与两个所述金属构件接触的状态下进行所述对接部的摩擦搅拌接合，
在所述对接工序中，使一方的所述金属构件的侧面与另一方的所述金属构件的端面对接，并在由一方的所述金属构件的侧面与另一方的所述金属构件的侧面所构成的内角的角度为α的情况下，
在所述第一正式接合工序中，使插入到所述侧面彼此的相交线的所述旋转工具的旋转中心轴位于假想基准面与所述一方的所述金属构件的侧面之间，其中，所述假想基准面穿过所述相交线，且与所述侧面所成的角度为α/2。
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