CN105728933A - 摩擦点接合装置和摩擦点接合方法 - Google Patents

摩擦点接合装置和摩擦点接合方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105728933A
CN105728933A CN201510983401.8A CN201510983401A CN105728933A CN 105728933 A CN105728933 A CN 105728933A CN 201510983401 A CN201510983401 A CN 201510983401A CN 105728933 A CN105728933 A CN 105728933A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
aluminum
throw
galvanized steel
spot joining
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510983401.8A
Other languages
English (en)
Inventor
桔梗千明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN105728933A publication Critical patent/CN105728933A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/1265—Non-butt welded joints, e.g. overlap-joints, T-joints or spot welds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/123—Controlling or monitoring the welding process
    • B23K20/1235—Controlling or monitoring the welding process with temperature control during joining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/22—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
    • B23K20/227—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded with ferrous layer
    • B23K20/2275—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded with ferrous layer the other layer being aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/34—Coated articles, e.g. plated or painted; Surface treated articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/16—Composite materials, e.g. fibre reinforced
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B23K2103/20—Ferrous alloys and aluminium or alloys thereof

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

本发明提供了一种摩擦点接合装置，其具有旋转工具、伺服电机、工具温度测量仪器、材料温度测量仪器和反馈装置。所述旋转工具抵靠铝材料与镀锌钢板的层叠体的铝材料侧。所述伺服电机使所述旋转工具旋转。所述工具温度测量仪器测量所述旋转工具的温度。所述材料温度测量仪器测量铝材料与镀锌钢板之间的接合部的温度。所述反馈装置配置为基于自所述工具温度测量仪器和所述材料温度测量仪器获得的温度信息执行所述伺服电机的反馈控制。

Description

摩擦点接合装置和摩擦点接合方法
技术领域
本发明涉及用于在摩擦点处接合铝材料与镀锌钢板的摩擦点接合装置和摩擦点接合方法。
背景技术
摩擦点接合已通过使用旋转工具在铝材料与钢板的层叠体中局部地生成摩擦热从而在材料中引起塑性流动来进行。在摩擦点接合中在材料发生塑性流动的温度高(在例如钢板的情况下1000至1200℃)的情况下，在接合边界表面上生成金属氧化物化合物。金属氧化物化合物因其材料特性而极其脆。因此，当在接合边界表面上存在金属氧化物化合物时，接合强度将极度降低。
已存在不生成金属氧化物化合物的加工条件和将金属氧化物化合物的生成抑制至极薄(10μm或更薄)使得即使生成也不影响强度的加工条件。然而，在旋转工具与接合边界表面之间的位置关系等方面需要精细的控制。因此，实际上实际使用中尚未有在这样的条件下运行的用于零件的规模生产的装置。
作为获得高接合强度的摩擦点接合方法，日本专利申请公开号2009-106998(JP2009-106998A)描述了一种在摩擦点处接合铝材料与钢板的方法，即其中在钢构件的接合表面侧被镀锌后进行合金化处理以形成Zn-Fe合金镀层、在Zn-Fe合金镀层的表面通过激光加热平滑化后在Zn-Fe合金镀层上层叠铝构件、在使旋转工具旋转的同时在接合部挤压铝构件和点接合铝构件与钢构件之间的接合部的方法。其还描述，在此方法中，Zn-Fe合金镀层中的Zn在铝构件中扩散而形成Zn扩散层，铝构件中的Al在Zn-Fe合金镀层中扩散而形成Al-Fe中间层，经由此中间层使铝构件与钢构件之间的接合部点接合，从而加强接合强度并可缩短接合时间。
发明内容
在JP2009-106998A中描述的摩擦点接合方法中，在铝材料与钢板之间的接合边界表面上形成Al-Fe中间层，以获得高接合强度。据预计，对控制旋转工具与接合边界表面之间的位置关系的控制精度的要求将在一定程度上减轻。然而，在加工过程中需要形成Zn-Fe合金镀层的加工及通过激光加热熔融和平滑化其表面的加工。因此，无法避免上述加工所致的装置复杂化和成本增加。
本发明提供了一种可实现装置简化的摩擦点接合装置和一种摩擦点接合方法。
根据本发明的一个方面，摩擦点接合装置接合铝材料与镀锌钢板。所述摩擦点接合装置具有旋转工具、伺服电机、工具温度测量仪器、材料温度测量仪器和反馈装置。所述旋转工具抵靠铝材料与镀锌钢板的层叠体的铝材料侧。所述伺服电机使所述旋转工具旋转。所述工具温度测量仪器测量所述旋转工具的温度。所述材料温度测量仪器测量铝材料与镀锌钢板之间的接合部的温度。所述反馈装置配置为基于自所述工具温度测量仪器和所述材料温度测量仪器获得的温度信息执行所述伺服电机的反馈控制。
因为根据本发明的方面的摩擦点接合装置包括基于层叠体的接合部的温度信息和旋转工具的温度信息执行伺服电机的反馈控制的反馈装置，故可控制旋转工具的顶端与接合部(所述接合部为镀锌钢板之间的接合部)之间的距离使之设置在所需的范围内，并可控制接合部的温度使之设置在所需的温度范围内。可通过使用根据本发明的方面的摩擦点接合装置在摩擦点处接合铝材料与镀锌钢板获得具有高的接合强度的摩擦点接合产品。作为反馈控制的目标，将提升伺服电机的转速、外加压力、加工时间等。
在上面的方面中，摩擦点接合装置可配置为控制伺服电机使得接合部的温度变为320至350℃。
根据上面的方面，热输入量能够设置为使得接合部的温度变为320至350℃，并且加工在使得获得所设置的热输入量的伺服电机转速、外加压力和加工时间下进行。同时接合部的温度不能直接测量。然而，由于铝板的高传热系数，故通过测量旋转工具接触铝板的位置及邻近该位置的位置的温度来估计接合部的温度是否达到目标温度。在其中所测得的温度相对于目标温度太高或太低的情况下，将执行反馈控制，并改变各种条件以便接合部的温度变为目标温度。
本发明的另一方面涉及一种摩擦点接合装置的摩擦点接合方法，所述摩擦点接合方法用于在摩擦点处接合铝材料与镀锌钢板。所述摩擦点接合装置包括旋转工具。所述旋转工具抵靠铝材料与镀锌钢板的层叠体的铝材料侧。所述摩擦点接合方法包括通过伴随旋转工具的旋转的摩擦热将铝材料与镀锌钢板之间的接合部的温度设置于320℃至350℃的范围内，从而在接合部中形成新的表面，和在接合部中生成Fe和Al的金属间化合物的同时进行摩擦点接合。
在上面的方面中，摩擦点接合可以在接合部中的镀锌钢板的表面与旋转工具的顶端之间的距离保持为在铝材料侧的从0.1mm至0.3mm的范围内的状态下进行。
附图说明
本发明的示例性实施方案的特征、优点以及技术和工业重要性将在下文结合附图描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的要素，且其中：
图1为示意根据本发明的摩擦点接合装置的示意图；
图2为EPMA分析结果的视图(照片)，示出了其中镀锌钢板的镀锌层熔融、液化和流动的状态；
图3为EPMA分析结果的视图(照片)，示出了其中基材表面上的氧化物膜受损且氧化物层扩散的状态；
图4为接合边界表面的EPMA分析结果的视图(照片)；
图5为在其中改变加工条件的情况下EPMA分析结果的视图(照片)，并且这里，镀锌层未熔融；和
图6为在其中改变加工条件的情况下EPMA分析结果的视图(照片)，并且这里，氧化物层保持在接合边界表面上。
具体实施方式
下文基于实施方案更详细地描述本发明。图1示出了根据本发明的摩擦点接合装置的一个实例。
所示摩擦点接合装置1装备在机器人手臂(例如6-轴垂直多关节机器人(其未示出))的顶端部，还包括控制部2。摩擦点接合装置1具有臂10，接收器20和传动部30分别附接到臂10的下端侧和上端侧。测压元件21安装在接收器20与臂10之间的位置中。由测压元件21测量作用于接收器20的实际外加压力，测量值被送至控制部2。为进行摩擦点接合，将待经受摩擦点接合的铝材料3与镀锌钢板4的层叠体5布置在接收器20的上端侧，以镀锌钢板4侧为接收器20侧。
传动部30具有：包括编码器31的加压伺服电机32；和加工时间测量计时器33。作为加压伺服电机32，使用允许以0.01mm为单位控制的伺服电机。加压伺服电机32的旋转轴34耦合到旋转工具传动轴36以便经由适宜的动力传输机构35传动。旋转工具传动轴36在其中配备有驱动轴37，驱动轴37响应于加压伺服电机32的正向/反向旋转而在旋转的同时垂直地移动。响应于加压伺服电机32的旋转，驱动轴37在一个方向上旋转的同时重复下降运动并在反向上旋转的同时重复上升运动。
旋转工具传动轴36和驱动轴37附接到与接收器20相反的位置使得它们的中心轴与接收器20的中心轴重合并且驱动轴37的下端与接收器20的上端之间的指定距离得以确保。另外，旋转工具38经由适宜的耦合手段可拆卸地连接到驱动轴37的下端。
由加工时间测量计时器33测量驱动轴37的旋转时间，测量值被送至控制部2。另外，由编码器31监测加工过程中驱动轴37的加工距离，即旋转工具38的移动距离(推入量)，编码器31的位置信息被送至控制部2。
摩擦点接合装置1还具有工具温度测量功能，为此，提供了适宜数量的非接触式工具温度测量仪器40(例如，激光型辐射温度传感器)来测量附接到驱动轴37的旋转工具38的温度。在一个示意的实例中，在沿旋转工具38的轴线上几乎等间隔处提供了三个工具温度测量仪器40，以便能够测量旋转工具38的上部、中部和顶端部(下端部)的三个位置的温度。每一个工具温度测量仪器40的温度信息均被送至控制部2。应指出，工具温度测量仪器40的数量可为一个、可为两个或者可为四个或更多个。
摩擦点接合装置1还包括非接触式材料温度测量仪器41，如激光型辐射温度传感器。材料温度测量仪器41用来测量铝材料3与镀锌钢板4之间的接合部的温度，并实际布置在其中材料温度测量仪器41可测量材料的温度的位置中，所述材料是旋转工具38的顶端接触铝材料3的位置或邻近所述位置的位置中的材料。材料温度测量仪器41的温度信息被送至控制部2。
控制部2为具有自上述测压元件21、编码器31、加工时间测量计时器33、工具温度测量仪器40和材料温度测量仪器41接收信号并计算和输出所需校正值的功能的装置。计算出的校正值被反馈到加压伺服电机32，并执行旋转工具38的位置控制。应指出，具有这样的反馈功能并可通过反馈信息执行控制目标的位置控制的控制部自身可为常规已知的控制部，因此，不对控制部2作详细描述。
接下来描述上述摩擦点接合装置1的驱动。在摩擦点接合加工开始时，6-轴垂直多关节机器人(其未示出)将移动摩擦点接合装置1到其中将在铝材料3与镀锌钢板4的层叠体5中进行摩擦点接合的位置。摩擦点接合装置1具有固持层叠体5于接收器20和旋转工具38之间使得旋转工具38位于铝材料3侧上的姿势。
控制部2驱动加压伺服电机32以带动旋转工具传动轴36并向其驱动轴37施加正向旋转。这样，驱动轴37向着铝材料3下降，附接到其顶端的旋转工具38也在同步旋转的同时下降，并且旋转工具38的顶端抵靠铝材料3。此运动由编码器31监测。
当旋转工具38在旋转的同时进一步下降时，层叠体5的接触旋转工具38的顶端的部分附近的区域将被逐渐加压和加热。臂10因加压而偏转。因此，必须校正该偏转以实现精确的位置控制。为此，摩擦点接合装置1事先包括偏转校正表，在其中，臂10相对于外加压力的偏转量以实验方法计算出。在加工过程中，关于外加压力的信号自布置于接收器20与臂10之间的测压元件21被送至控制部2。控制部2将实际外加压力与偏转校正表相比照/拟合并反馈偏转量至加压伺服电机32侧。相应地，旋转工具38被控制为按此量进一步推入。
当旋转工具38在对铝材料3与镀锌钢板4的层叠体5加压的同时下降时，旋转工具38自身也因与层叠体5的摩擦热而被加热并因热而膨胀。也得对此热膨胀进行校正以实现精确的位置控制。对于此校正，由上述工具温度测量仪器40测量的旋转工具38的三个垂直位置的温度信号被送至控制部2。控制部2向三个位置的温度中的每一个应用线性膨胀系数来计算旋转工具38的延伸，将旋转工具38的延伸反馈到加压伺服电机32侧，并被致动以从推入量减去延伸量。
通过执行如上所述位置控制，摩擦点接合装置1可以以±0.1mm的精度设置旋转工具38的插入位置。另外，在实际的摩擦点接合加工中，旋转工具38的顶端的位置优选控制为设置从层叠体5的铝材料3与镀锌钢板4之间的边界表面起，在铝材料3侧的从0.1至0.3mm的范围内。
在其中旋转工具38的顶端意外到达层叠体5的镀锌钢板4的表面的情况下，将导致产品不良。为了避免这种情况，摩擦点接合装置1优选具有紧急停止功能。此紧急停止功能利用在旋转工具38的顶端接触镀锌钢板4之时载荷将突然增大的现象，并具有通过使用此时测压元件21的测量值使摩擦点接合装置1停止的功能。
为使根据本发明的摩擦点接合装置1和摩擦点接合方法达到期望的目的，必须执行控制以设置使镀锌钢板4的镀锌层熔融并且铝材料3适度且塑性地流动的温度(应指出，从本发明人进行的实验已知此温度为320℃至350℃)。为此，摩擦点接合装置1具有材料温度监测功能，为了这，提供了材料温度测量仪器41。材料温度，即铝材料3与镀锌钢板4的层叠体5中接触旋转工具38的顶端的位置的温度，随材质、旋转工具38的顶端的形状和加工条件而改变。相应地，控制部2自材料温度测量仪器41接收温度信号并不断地监测铝材料3与镀锌钢板4之间的接合部的温度(其基本上对应于层叠体5中接触旋转工具38的顶端的位置的温度)。然后，在其中测得温升不够的情况下，控制部2将控制加工时间测量计时器33以延长加工时间(即，旋转工具38的顶端在插入位置中的预置停止时间)。相反，在其中温度比计划的增加更快的情况下，将执行其中缩短加工时间和完成加工的反馈控制。
因为材料温度与加工时间相关，故推荐在根据本发明的摩擦点接合装置1中控制部2在监测温度的同时还监测加工时间。另外，据推测当加工时间短时将发生接合不良，并据推测当加工时间长时基材将发生某种类型的异常。相应地，在根据本发明的摩擦点接合装置1中加工时间异常的情况下，还优选控制部2具有使摩擦点接合装置1停止的功能。应指出，对于这种类型的常规摩擦点接合装置，以下是常见的：加工条件以实验方法计算，外加压力、旋转工具的转速和旋转工具的插入位置是设定的，并且加工过程中的扭矩和加工时间根据具体情况具体确定。
摩擦点接合通过使用根据本发明的摩擦点接合装置1并保持边界表面的温度设置于320℃至350℃的温度范围内来进行，所述边界表面为铝材料3与镀锌钢板4之间的接合部。这样，镀锌钢板4的镀锌层仅因摩擦热而熔融和液化。与同时发生的铝材料3的塑性流动一起，熔融和液化的镀锌层被推向旋转工具38的外侧。这样，分别形成于铝材料3和镀锌钢板4二者的表面上的氧化物膜受损并扩散，接合部变为新表面的接合部。另外，在接合部中形成金属间化合物(Fe-Al)。由此确保了高的接合强度。
另外，当铝材料的温度如在常规方法中仅因摩擦热而增至锌的熔点420℃附近的温度时，将发生铝的变形阻力变得过低的此类现象并因此不发生材料流动。在这种情况下，铝将不流动，并且与此相结合，锌也不流动并保持在同一位置中。相应地，与根据本发明的方法不同，将不发生其中铝材料3和镀锌钢板4二者的表面上的氧化物膜流向外侧的现象。结果，也不发生新表面被接合的此类现象。因此，未获得高的接合强度。
接下来描述本发明人使用基于图1描述的摩擦点接合装置1实际进行的摩擦点接合加工。作为铝材料3，使用板厚1.0mm的6000系列铝。作为镀锌钢板4，使用拉伸强度为280MPa级、板厚0.8mm的合金化热浸镀锌钢板。所述加工用外加压力：3000N、旋转工具38的转速：2000rpm和加工时间：1.5至2.0秒进行，并且旋转工具38的顶端的位置控制为设置从铝材料3与镀锌钢板4之间的接合边界表面起在铝材料3侧的从0.1至0.3mm的范围内。
当铝材料3与镀锌钢板4之间的边界温度因伴随旋转工具38的旋转的摩擦热而变为320℃至350℃时，镀锌钢板4的镀锌层将熔融、液化和流动。图2中示出了处于该状态的EPMA分析结果。另外，与液化同时，基材(铝材料3和镀锌钢板4二者)的表面上的氧化物膜被损坏。相应地，当镀锌层随着铝的塑性流动扩散时，两个氧化物层均扩散，边界表面变为新的表面。图3中示出了处于该状态的EPMA分析结果。如图4中的接合边界表面的EPMA分析结果所示，边界表面变为新的表面。相应地，在边界表面上生成薄金属化合物(Fe-Al)的同时，所述新的表面被接合，并且此时不生成降低接合强度的氧化物化合物。因此，获得刚性接合强度。
作为比较，通过改变加工条件进行加工。结果示于图5和图6中。图5示出了其中加工条件设置为加工时间在1.0秒内的情况。如图5中的EPMA分析结果所示，由于缺少热生成量，故在此条件下镀锌层未熔融。因此，未获得高的接合强度。图6示出了其中加工条件设置为工具插入位置为+0.4mm的位置的情况。如图6中的EPMA分析结果所示，所生成的热未到达镀锌层，故在此条件下氧化物层保留在接合边界表面上。因此，未获得足够的接合态。
通过进行大量的实验研究来解决上述问题，本发明人已发现，当在摩擦点处接合铝材料与镀锌钢板时，在其中铝材料与镀锌钢板之间的接合边界表面的温度增至所需的温度并且镀锌钢板的镀锌层由此熔融和液化的情况下，即便没有通过激光加热来熔融和平滑化表面的加工，存在于作为基材的铝材料和镀锌钢板二者的表面上的氧化物膜也将在液化的同时损坏，当镀锌层流动时，两个氧化物膜都扩散，接合边界表面变为新的表面，在接合边界表面上因该新的表面而生成薄的金属间化合物(Fe-Al)的同时，所述表面被接合，并由此获得高的接合强度。本发明人还已发现，为了进行如上所述的加工，在摩擦点接合装置中精确控制旋转工具的顶端的位置与接合边界表面(所述接合边界表面是铝材料和镀锌钢板之间的接合边界表面)之间的距离使之设置在所需的距离范围内并控制接合边界表面的温度使之设置在所需的温度范围内是必不可少的。
基于上面的发现，本发明的一个方面可提供这样的摩擦点接合装置和摩擦点接合方法，在其中，对于铝材料与镀锌钢板之间的摩擦点接合，可获得高的接合强度而无需形成Zn-Fe合金镀层和通过激光加热进行熔融及平滑化其表面的加工，并可因此简化整个装置。
根据本发明的方面的摩擦点接合装置包括基于层叠体的接合部的温度信息和旋转工具的温度信息执行伺服电机的反馈控制的反馈装置。相应地，旋转工具的顶端与接合部(所述接合部是铝材料和镀锌钢板之间的接合部)之间的距离可控制为设置在所需的范围内，并且接合部的温度可控制为设置在所需的温度范围内。当通过使用根据本发明的方面的摩擦点接合装置在摩擦点处接合铝材料与镀锌钢板时，可获得具有高的接合强度的摩擦点接合产品。作为反馈控制的目标，将提升伺服电机的转速、外加压力、加工时间等。
热输入量设置为使接合部的温度变为320至350℃，并且加工在使获得所设置的热输入量的伺服电机转速、外加压力和加工时间下进行。同时，接合部的温度不能直接测量。然而，由于铝板的高传热系数，故通过测量旋转工具接触铝板的位置及邻近该位置的位置的温度来估计接合部的温度是否达到目标温度。在其中所测得的温度相对于目标温度太高或太低的情况下，将执行反馈控制，并改变各种条件以便接合部的温度变为目标温度。
另外，通过使用根据本发明的方面的摩擦点接合方法，可获得铝材料与镀锌钢板的具有高接合强度的摩擦点接合产品。
根据截至目前已描述的，提供了新的摩擦点接合装置和新的摩擦点接合方法，通过其可制造铝材料与镀锌钢板的具有高接合强度的摩擦点接合产品。

Claims (4)

1.一种用于接合铝材料与镀锌钢板的摩擦点接合装置，所述摩擦点接合装置的特征在于包括：
抵靠所述铝材料与所述镀锌钢板的层叠体的铝材料侧的旋转工具；
用于使所述旋转工具旋转的伺服电机；
用于测量所述旋转工具的温度的工具温度测量仪器；
用于测量所述铝材料与所述镀锌钢板之间的接合部的温度的材料温度测量仪器；和
配置为基于得自所述工具温度测量仪器和所述材料温度测量仪器的温度信息而执行所述伺服电机的反馈控制的反馈装置。
2.根据权利要求1所述的摩擦点接合装置，其特征在于
所述反馈装置配置为控制所述伺服电机使所述接合部的温度变为320至350℃。
3.一种摩擦点接合装置的摩擦点接合方法，所述摩擦点接合方法用于在摩擦点处接合铝材料与镀锌钢板，所述摩擦点接合装置包括旋转工具，所述旋转工具抵靠所述铝材料与所述镀锌钢板的层叠体的铝材料侧；所述摩擦点接合方法的特征在于包括：
通过伴随所述旋转工具的旋转的摩擦热将所述铝材料与所述镀锌钢板之间的接合部的温度设置于320℃至350℃的范围内，从而在所述接合部中形成新的表面，和在所述接合部中生成Fe和Al的金属间化合物的同时进行摩擦点接合。
4.根据权利要求3所述的摩擦点接合方法，其特征在于，在所述接合部中的所述镀锌钢板的表面与所述旋转工具的顶端之间的距离保持为在所述铝材料侧的从0.1mm至0.3mm的范围内的状态下，进行所述摩擦点接合。
CN201510983401.8A 2014-12-26 2015-12-24 摩擦点接合装置和摩擦点接合方法 Pending CN105728933A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014266225A JP2016124002A (ja) 2014-12-26 2014-12-26 摩擦点接合装置および摩擦点接合方法
JP2014-266225 2014-12-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105728933A true CN105728933A (zh) 2016-07-06

Family

ID=56116845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510983401.8A Pending CN105728933A (zh) 2014-12-26 2015-12-24 摩擦点接合装置和摩擦点接合方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20160184922A1 (zh)
JP (1) JP2016124002A (zh)
CN (1) CN105728933A (zh)
DE (1) DE102015122412A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210339337A1 (en) * 2018-10-11 2021-11-04 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Friction stir joining device, method of operating the same and joint structure

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11045851B2 (en) 2013-03-22 2021-06-29 Battelle Memorial Institute Method for Forming Hollow Profile Non-Circular Extrusions Using Shear Assisted Processing and Extrusion (ShAPE)
US10695811B2 (en) 2013-03-22 2020-06-30 Battelle Memorial Institute Functionally graded coatings and claddings
US11383280B2 (en) 2013-03-22 2022-07-12 Battelle Memorial Institute Devices and methods for performing shear-assisted extrusion, extrusion feedstocks, extrusion processes, and methods for preparing metal sheets
WO2017047574A1 (ja) * 2015-09-14 2017-03-23 川崎重工業株式会社 摩擦攪拌点接合装置及び摩擦攪拌点接合方法
EP3533556B1 (en) * 2016-10-31 2022-11-30 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Friction stir spot welding device and friction stir spot welding method
WO2019016824A1 (en) * 2017-07-19 2019-01-24 Shiv Nadar University METHOD FOR MODIFYING THE STRUCTURE OF THE SURFACE GRAINS OF A MATERIAL AND APPARATUS THEREOF
AU2018359514C1 (en) * 2017-10-31 2021-05-27 MELD Manufacturing Corporation Solid-state additive manufacturing system and material compositions and structures
CN112423929A (zh) 2018-08-08 2021-02-26 川崎重工业株式会社 摩擦搅拌接合装置及其运转方法
JP7173081B2 (ja) * 2020-04-08 2022-11-16 Ｊｆｅスチール株式会社 アルミニウム合金板と鋼板の摩擦撹拌接合方法
WO2023043839A1 (en) 2021-09-15 2023-03-23 Battelle Memorial Institute Shear-assisted extrusion assemblies and methods

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005021204A1 (ja) * 2003-08-29 2005-03-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 摩擦攪拌接合方法及び摩擦攪拌接合装置
JP2006102748A (ja) * 2004-09-30 2006-04-20 Mazda Motor Corp 摩擦接合装置
CN101020275A (zh) * 2007-03-16 2007-08-22 西北工业大学 铝制件与钢制件的线性摩擦焊接方法
CN103658965A (zh) * 2012-08-30 2014-03-26 苹果公司 基于焊接温度对搅拌摩擦焊接工艺参数的动态调整
EP2208567B1 (en) * 2009-01-15 2014-06-25 General Electric Company Friction stir welding system with backing plate having a tungsten-based member

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10139687C1 (de) * 2001-08-11 2003-02-20 Eads Deutschland Gmbh Reibrührwerkzeug zum Reibschweißen
US6780525B2 (en) * 2001-12-26 2004-08-24 The Boeing Company High strength friction stir welding
WO2007067659A2 (en) * 2005-12-06 2007-06-14 Tol-O-Matic, Inc. Rotatable tool and apparatus therefor
US20070228104A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-04 Mankus Gary R Friction stir welding spindle assembly
US20080099533A1 (en) * 2006-10-31 2008-05-01 General Electric Method for controlling microstructure via thermally managed solid state joining
US8011560B2 (en) * 2006-12-12 2011-09-06 GM Global Technology Operations LLC Apparatus and method of solid-state welding
US8350178B2 (en) * 2007-03-23 2013-01-08 National Oilwell Varco Denmark I/S Method of welding duplex stainless steel strip for the production of an armouring layer of a flexible pipe
JP2009106998A (ja) 2007-10-31 2009-05-21 Mazda Motor Corp 摩擦点接合方法
US8469256B2 (en) * 2008-08-11 2013-06-25 Megastir Technologies Llc Method for using a non-linear control parameter ramp profile to approach a temperature set point of a tool or weld that prevents temperature overshoot during friction stir welding
FR2943566A1 (fr) * 2009-03-26 2010-10-01 Eurocopter France Methode de soudage par friction entre des pieces metalliques, procurant un controle de la temperature de soudage a partir d'elements thermiquement conducteurs
JP5391046B2 (ja) * 2009-12-07 2014-01-15 川崎重工業株式会社 摩擦攪拌接合装置及びその接合方法
US8657179B1 (en) * 2012-03-26 2014-02-25 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Weld nugget temperature control in thermal stir welding
US9033205B2 (en) * 2012-07-27 2015-05-19 Alfredo CASTILLO Friction stir welding with temperature control

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005021204A1 (ja) * 2003-08-29 2005-03-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 摩擦攪拌接合方法及び摩擦攪拌接合装置
JP2006102748A (ja) * 2004-09-30 2006-04-20 Mazda Motor Corp 摩擦接合装置
CN101020275A (zh) * 2007-03-16 2007-08-22 西北工业大学 铝制件与钢制件的线性摩擦焊接方法
EP2208567B1 (en) * 2009-01-15 2014-06-25 General Electric Company Friction stir welding system with backing plate having a tungsten-based member
CN103658965A (zh) * 2012-08-30 2014-03-26 苹果公司 基于焊接温度对搅拌摩擦焊接工艺参数的动态调整

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210339337A1 (en) * 2018-10-11 2021-11-04 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Friction stir joining device, method of operating the same and joint structure

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015122412A1 (de) 2016-06-30
US20160184922A1 (en) 2016-06-30
JP2016124002A (ja) 2016-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105728933A (zh) 摩擦点接合装置和摩擦点接合方法
US20210273538A1 (en) Method for the Production of a Stack of Laminations
CN102958638B (zh) 接合方法及接合装置
Chen et al. Temperature measurement and control of bobbin tool friction stir welding
US7967182B2 (en) Dissimilar metal joint product and joining method therefor
CN106944720A (zh) 具有力控制式送丝起动操作的金属加工系统
US20210252798A1 (en) System and method for welding thermoplastic components to create composite structure
CN101020275A (zh) 铝制件与钢制件的线性摩擦焊接方法
CN112188952B (zh) 高速挤出3-d打印系统
CN106513965A (zh) 用于在钢点焊期间控制电阻焊接熔核生长和性能的功率脉冲方法
CN106132885A (zh) 用于减小薄玻璃中的侧弯的方法和设备
US10112248B2 (en) Method of creating a bonded structure and apparatuses for same
JP2007260690A (ja) 通電接合装置及び通電接合方法
JP2009226467A (ja) 異種板材のスポット溶接方法及びその装置
JPH08199323A (ja) 溶融めっき鋼板のめっき付着量制御装置及び方法
JP2006167676A (ja) ブレージング接合部のシーリング材塗布方法および塗布装置
JP6192040B2 (ja) 継手の製造方法及び複合材料の製造方法
JP7377374B2 (ja) 摩擦攪拌点接合装置及びその運転方法
CN109807460A (zh) 一种通过检测下压力控制金属与高分子焊接的方法
JP2009056480A (ja) スポット溶接ガンを用いたスポット溶接方法
EP3600751B1 (en) Micro welding apparatus and method
JP6649366B2 (ja) フレキシブルプリント積層板の製造装置およびフレキシブルプリント積層板の製造方法
JP7468418B2 (ja) 溶着判定方法およびスポット溶接装置
Thyssen et al. Compensating geometric inaccuracies in incremental sheet forming at elevated temperatures
JP7485716B2 (ja) スポット溶接方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160706

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication