CN106470791A - 旋转工具和接合方法 - Google Patents

Abstract

一种搅拌摩擦点焊工具(1)用于通过将第一部件和第二部件叠置起来并从第一部件侧施加压力来对第一部件和第二部件进行搅拌摩擦点焊。第一部件和第二部件是拉伸强度为590MPa以上的钢板。搅拌摩擦点焊工具(1)能围绕旋转轴线(4)旋转。搅拌摩擦点焊工具(1)设置有：柱体(2)，其顶端处具有肩部(5)；以及筒状或截锥形搅拌头(3)，其从肩部(5)沿旋转轴线(4)的延伸方向凸出。当t(mm)为第二部件的厚度并且第二部件插入体积V(mm³)为在从第一部件侧按压搅拌头(3)时插入到第二部件中的体积时，V与t之间的关系满足式(1)。V≥2.75t²+8.19t‑4.19(t≥0.5mm)…(1)。

Description

旋转工具和接合方法

技术领域

本发明涉及一种摩擦点焊工具及使用摩擦点焊工具的接合方法。

背景技术

近年来，就用于将两块以上的薄板接合起来的接合方法而言，在例如日本已公开专利No.2001-314982(在下文中，简称为PTD 1)中已发明了称为“摩擦点焊”或“摩擦点接合”的接合方法，并且已开始在汽车车身等中实际使用该接合方法。该技术利用了这样的摩擦热：该摩擦热通过在使顶端处具有小直径凸出部(称为“搅拌头”或“销”)的柱状工具旋转的同时将该柱状工具按压在接合部位上而产生，并且摩擦热在接合部位处造成金属材料的软化和塑性流动，从而将金属材料接合起来。

与作为当前用于汽车车身的主流接合方法的电阻点焊不同的是，摩擦点焊是在固相状态下将要接合的部件接合起来而无需使要接合的部件熔化的技术。因此，摩擦点焊允许在低温下进行接合。因此，与电阻点焊相比，摩擦点焊具有如下优点：例如，在接合部位处不会产生飞溅物或烟气、要接合的部件几乎无变形、低功耗以及能够将不同类型的材料接合起来。

在例如日本已公开专利No.2009-131891(在下文中，简称为PTD 2)中提出了：试图通过改进用于进行摩擦点焊的接合工具(在下文中，也表示为“摩擦点焊工具”)来得到更高强度的接合部。PTD 2描述了：使用包括具有非圆形(例如三角形等)横截面形状的搅拌头在内的摩擦点焊工具可以提高接合期间的搅拌效率，从而防止搅拌区域中的在竖直方向上的非接合区域(称为“钩线(hook line)”)变形并增大接合强度。

另外，日本已公开专利No.2013-086175(在下文中，简称为PTD3)描述了关于包括截锥形搅拌头的摩擦点焊工具的以下内容。该摩擦点焊工具设计为使得搅拌头侧面与旋转轴线形成的角度、搅拌头高度以及搅拌头所穿过的钢板厚度满足某个关系式。结果，增大了施加至接合部位的十字拉伸负载、抑制了因钩住而造成的非接合区域膨胀并且增大了接合强度。

摩擦点焊工具已经应用于具有低软化温度且容易被搅拌的铝合金的接合，并且摩擦点焊工具的应用扩大到汽车车身的生产线。

引用列表

专利文献

PTD 1：日本已公开专利No.2001-314982

PTD 2：日本已公开专利No.2009-131891

PTD 3：日本已公开专利No.2013-086175

发明内容

技术问题

钢即使在高温下也具有高硬度，并且与例如铝合金等软金属相比钢更难以塑性地流动，因此，难以得到宽的搅拌区域。另外，在通过叠置钢板而形成的界面处产生称为“钩线”的非接合区域。因此，当通过摩擦点焊来接合钢板(特别是高张力钢板)时，难以得到高接合强度。

在对钢板的摩擦点焊中，如PTD 2所述，可以想到使用包括搅拌头(其具有非圆形横截面形状)的摩擦点焊工具来增大接合强度。然而，因为搅拌头的横截面形状是非圆形的，所以搅拌头的横截面形状具有角部。因此，在摩擦点焊工具中，因施加至上述角部(搅拌头的横截面形状的角部)的负载而易于发生剥落和磨损，从而存在不能确保搅拌头的足够耐久性的可能性。

另外，如上所述，PTD 3描述了：指定搅拌头形状并限定搅拌头与要接合的部件之间的关系，从而增大接合强度。然而，在PTD 3中，接合强度的指标是十字拉伸负载。因此，并没有考虑到拉伸剪切负载，拉伸剪切负载为更重要的接合强度指标。

具体而言，对于钢板等的接合部的机械性能，在JIS Z 3140:1989中根据拉伸剪切负载定义等级。因此，拉伸剪切负载作为钢板的接合部的接合强度的指标是合适的。然而，也没有提供具有足够耐久性的摩擦点焊工具，且该摩擦点焊工具允许形成具有接合部所需的高拉伸剪切负载的钢板的接合部。

因此，本发明的目的在于提供一种在接合钢板期间得到高拉伸剪切负载的摩擦点焊工具。

解决问题的技术方案

根据本发明的一个实施例的摩擦点焊工具，其用于通过将第一部件和第二部件叠置起来并从所述第一部件侧将所述摩擦点焊工具按压在所述第一部件和所述第二部件上来对所述第一部件和所述第二部件进行摩擦点焊。所述第一部件和所述第二部件中的每一者均为拉伸强度不小于590MPa的钢板。所述摩擦点焊工具能围绕旋转轴线旋转。所述摩擦点焊工具包括：柱体，所述柱体的顶端处具有肩部；以及筒状或截锥形的搅拌头，所述搅拌头从所述肩部沿所述旋转轴线的延伸方向凸出。当t(mm)表示所述第二部件的厚度并且第二部件插入体积V(mm³)表示在将所述摩擦点焊工具按压在所述第一部件和所述第二部件上时所述搅拌头插入到所述第二部件中的体积时，V与t之间的关系满足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

根据本发明的一个实施例的接合方法是如下接合方法，其用于通过将第一部件和第二部件叠置起来并从所述第一部件侧将摩擦点焊工具按压在所述第一部件和所述第二部件上来对所述第一部件和所述第二部件进行摩擦点焊。根据本发明的一个实施例的所述接合方法包括：按压步骤，将所述第一部件和所述第二部件叠置起来，并从所述第一部件侧将所述摩擦点焊工具按压在所述第一部件和所述第二部件上。所述第一部件和所述第二部件中的每一者均为拉伸强度不小于590MPa的钢板。所述摩擦点焊工具能围绕旋转轴线旋转。所述摩擦点焊工具包括：柱体，所述柱体的顶端处具有肩部；以及筒状或截锥形的搅拌头，所述搅拌头从所述肩部沿所述旋转轴线的延伸方向凸出。按压步骤是这样的步骤：在使所述摩擦点焊工具围绕所述旋转轴线旋转的同时，通过将所述搅拌头插入至在所述第二部件的厚度方向上比所述第一部件和所述第二部件的接触面更深的深度来将所述第一部件和所述第二部件接合起来。当t(mm)表示所述第二部件的厚度并且第二部件插入体积V(mm³)表示在所述按压步骤中所述搅拌头插入到所述第二部件中的体积时，V与t之间的关系满足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

本发明的有益效果

根据前述，在接合钢板期间得到了高拉伸剪切负载。

附图说明

图1是示出了根据本发明的一个实施例的摩擦点焊工具的一个实例的示意性纵截面图。

图2是示出了在使用根据本发明的一个实施例的摩擦点焊工具将第一部件和第二部件接合起来的情况下在按压时搅拌头已被最深地插入的状态的示意性纵截面图。

图3是示出了当使用拉伸强度均不小于590MPa的钢板来形成接合部时，用作要接合的部件的钢板的厚度t与接合部的拉伸剪切负载F₁和F₂(KN)(其分别要求被认可为基于JIS Z 3140:1989中的定义的JIS A-级最小值和JIS A-级平均值)之间的关系。

图4是示出了第二部件插入体积V与接合部的拉伸剪切负载F之间的关系的相关图，该关系利用使用摩擦点焊工具形成钢板的接合部的实验来得到。

具体实施方式

[本发明的各个实施例的描述]

首先，将在下文第[1]至[12]项中列出且描述本发明的实施例。

[1]根据本发明的一个实施例的摩擦点焊工具，其用于通过将第一部件和第二部件叠置起来并从所述第一部件侧将所述摩擦点焊工具按压在所述第一部件和所述第二部件上来对所述第一部件和所述第二部件进行摩擦点焊。所述第一部件和所述第二部件中的每一者均为拉伸强度不小于590MPa的钢板。所述摩擦点焊工具能围绕旋转轴线旋转。所述摩擦点焊工具包括：柱体，所述柱体的顶端处具有肩部；以及筒状或截锥形的搅拌头，所述搅拌头从所述肩部沿所述旋转轴线的延伸方向凸出。当t(mm)表示所述第二部件的厚度并且第二部件插入体积V(mm³)表示在将所述摩擦点焊工具按压在所述第一部件和所述第二部件上时所述搅拌头插入到所述第二部件中的体积时，V与t之间的关系满足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

结果，在接合钢板期间得到了高拉伸剪切负载。

[2]优选地，所述第二部件插入体积V(mm³)与所述第二部件的所述厚度t(mm)之间的关系满足下式(2)：

V≥3.25t²+9.62t-4.48(t≥0.5mm)…(2)。

结果，在接合钢板期间得到了更高的拉伸剪切负载。

[3]优选地，所述第一部件和所述第二部件中的每一者均为拉伸强度不小于980MPa的钢板。在电阻点焊中，在接合部位处容易产生飞溅物。另外，当使用拉伸强度不小于980MPa的钢板时，难以得到高拉伸剪切负载。然而，当使用本发明的摩擦点焊工具时，可以在不产生飞溅物的情况下得到高拉伸剪切负载。

[4]优选地，所述搅拌头包括与所述肩部相连的侧面。优选地，所述侧面相对于所述旋转轴线呈不小于0°且不大于15°的角度θ。结果，可以减小将搅拌头插入到要接合的部件中所需的负载。另外，本发明的摩擦点焊工具适于作为用于将足够的表面压力经由肩部施加至第一部件的工具。

[5]优选地，当h(mm)表示所述搅拌头插入到所述第二部件中的深度时，所述h与所述第二部件的所述厚度t(mm)之间的比率h/t不小于0.25且不大于0.75。结果，在搅拌头顶端直径和钩挂高度没有过度增大的情况下，满足上式(1)或上式(2)。

[6]优选地，所述搅拌头包括与所述肩部相连的侧面。优选地，所述肩部从所述肩部的外边缘至与所述侧面相交的部分呈钵状凹陷形状。结果，可以防止在利用按压进行接合期间第一部件和第二部件因被搅拌头推出而从肩部中溢出。因此，得到所形成的接合部的更好的外观。另外，因为肩部的外边缘按住第一部件，所以可以防止摩擦点焊工具在接合期间振动。

[7]根据本发明的一个实施例的接合方法是如下接合方法：其用于通过将第一部件和第二部件叠置起来并从所述第一部件侧将摩擦点焊工具按压在所述第一部件和所述第二部件上来对所述第一部件和所述第二部件进行摩擦点焊。根据本发明的一个实施例的接合方法包括：按压步骤，将所述第一部件和所述第二部件叠置起来，并从所述第一部件侧将所述摩擦点焊工具按压在所述第一部件和所述第二部件上。所述第一部件和所述第二部件中的每一者均为拉伸强度不小于590MPa的钢板。所述摩擦点焊工具能围绕旋转轴线旋转。所述摩擦点焊工具包括：柱体，所述柱体的顶端处具有肩部；以及筒状或截锥形的搅拌头，所述搅拌头从所述肩部沿所述旋转轴线的延伸方向凸出。按压步骤是这样的步骤：在使所述摩擦点焊工具围绕所述旋转轴线旋转的同时，通过将所述搅拌头插入至在所述第二部件的厚度方向上比所述第一部件和所述第二部件的接触面更深的深度来将所述第一部件和所述第二部件接合起来。当t(mm)表示所述第二部件的厚度并且第二部件插入体积V(mm³)表示在所述按压步骤中所述搅拌头插入到所述第二部件中的体积时，V与t之间的关系满足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

结果，在接合钢板期间得到了高拉伸剪切负载。

[8]优选地，所述第二部件插入体积V(mm³)与所述第二部件的所述厚度t(mm)之间的关系满足下式(2)：

V≥3.25t²+9.62t-4.48(t≥0.5mm)…(2)。

结果，在接合钢板期间得到了更高的拉伸剪切负载。

[9]优选地，所述第一部件和所述第二部件中的每一者均为拉伸强度不小于980MPa的钢板。在电阻点焊中，在接合部位处容易产生飞溅物。另外，当使用拉伸强度不小于980MPa的钢板时，难以得到高拉伸剪切负载。然而，当使用本发明的摩擦点焊工具时，可以在不产生飞溅物的情况下得到高拉伸剪切负载。

[10]优选地，所述搅拌头包括与所述肩部相连的侧面。优选地，所述侧面相对于所述旋转轴线呈不小于0°且不大于15°的角度θ。结果，可以减小将搅拌头插入到要接合的部件中所需的负载。另外，足够的表面压力可以经由肩部施加至第一部件。

[11]优选地，当h(mm)表示所述搅拌头插入到所述第二部件中的深度时，所述h与所述第二部件的所述厚度t(mm)之间的比率h/t不小于0.25且不大于0.75。结果，在搅拌头顶端直径和钩挂高度没有过度增大的情况下，满足上式(1)或上式(2)。

[12]优选地，所述搅拌头包括与所述肩部相连的侧面。优选地，所述肩部从所述肩部的外边缘至与所述侧面相交的部分呈钵状凹陷形状。结果，可以在利用按压进行接合期间防止第一部件和第二部件因被搅拌头推出而从肩部中溢出。因此，得到所形成的接合部的更好的外观。另外，因为肩部的外边缘按住第一部件，所以可以防止摩擦点焊工具在接合期间振动。

[本发明的实施例的细节]

在下文中，将参考附图对本发明的实施例进行更详细的描述。

<摩擦点焊工具>

本发明的实施例(在下文中也表示为“本实施例”)的摩擦点焊工具用于通过将第一部件和第二部件叠置起来并从第一部件侧将摩擦点焊工具按压在第一部件和第二部件上来对第一部件和第二部件进行摩擦点焊。第一部件和第二部件中的每一者为拉伸强度不小于590MPa的钢板。摩擦点焊工具可以围绕旋转轴线旋转。摩擦点焊工具包括：柱体，柱体的顶端处具有肩部；以及筒状或截锥形的搅拌头，搅拌头从肩部沿旋转轴线的延伸方向凸出。当t(mm)表示第二部件的厚度并且第二部件插入体积V(mm³)表示在将摩擦点焊工具按压在第一部件和第二部件上时搅拌头插入到第二部件中的体积时，V与t之间的关系满足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

只要本实施例的摩擦点焊工具包括上述构造，本实施例的摩擦点焊工具可以包括其他构造。其他构造的实例可以包括形成在摩擦点焊工具的表面等上的多种类型的涂覆膜。

图1是本实施例的摩擦点焊工具的示意性纵截面图。本实施例的摩擦点焊工具1可以围绕图1所示的旋转轴线4旋转。“旋转轴线”在本文中指的是摩擦点焊工具进行旋转所围绕的轴线。此外，本实施例的摩擦点焊工具1至少包括：柱体2，柱体2的顶端处具有肩部5；以及筒状(或柱状)或截锥形的搅拌头3，搅拌头3从肩部5沿旋转轴线4的延伸方向凸出。在本实施例中，除非另有规定，否则“摩擦点焊工具”指的是至少具有上述柱体和上述搅拌头的摩擦点焊工具。

将在下文更详细地描述各部件。

(柱体)

本实施例的摩擦点焊工具1包括柱体2，柱体2的顶端处具有肩部5。“肩部”在本文中指的是柱体的顶端部的表面，该表面的中心部分处具有下述搅拌头。

搅拌头3优选地包括与肩部5相连的侧面，并且肩部5优选地从肩部的外边缘至与搅拌头3的侧面相交的部分呈钵状凹陷形状。“搅拌头的侧面”在本文中指的是与搅拌头的筒状或截锥形外部形状(即，圆筒体或截锥体)的侧面对应的表面。此外，“外边缘”在本文中指的是在具有肩部的柱体中形成肩部的表面的外周。

因为肩部5具有上述形状(从肩部的外边缘至与搅拌头3的侧面相交的部分呈钵状凹陷形状)，所以可以防止在按压期间第一部件6和第二部件7(在下文中，第一部件6和第二部件7中的两者或一者可以被简单地表示为“要接合的部件”)因被搅拌头3推出而从肩部5中溢出。因此，得到了所形成的接合部的更好的外观。另外，因为肩部5的外边缘按住要接合的部件(例如，第一部件6)，所以可以防止摩擦点焊工具1在按压期间振动。

肩部5的面积优选地不小于50mm²且不大于70mm²。结果，在按压期间经由肩部5施加至要接合的部件的表面压力充分地增大。因此，要接合的部件之间不太可能形成间隙。肩部5的面积更优选地不小于55mm²且不大于65mm²。

(搅拌头)

本实施例的摩擦点焊工具1包括从肩部5中沿旋转轴线4的延伸方向凸出的筒状或截锥形搅拌头3。“截锥形”在本文中指的是通过从锥体中将与该锥体共享顶点且按比例缩小成类似形状的锥体去除而得到的形状。另外，“筒状”和“截锥形”形状的“圆”不一定限于真正的圆而是可以包括大致的圆。此外，“搅拌头”指的是在按压时插入到第一部件和第二部件中以搅拌要接合的部件的部分，还指的是摩擦点焊工具的凸出部。在摩擦点焊工具1中，搅拌头3具有筒状或截锥形。因此，搅拌头3具有圆形横截面形状，并因此不具有角部。因此，在摩擦点焊工具1中，不存在如下可能性：因施加至搅拌头3的角部的负载而发生剥落和磨损。结果，确保了极好的耐久性。

图2是示出了在通过使用本实施例的摩擦点焊工具1进行按压来将第一部件6(要接合的部件)和第二部件7(要接合的部件)接合起来的情况下，搅拌头3在按压时插入最深的状态的示意性纵截面图。虽然图2示出了搅拌头3插入最深的状态，但本实施例不限于此。本实施例可以具有任意状态，只要搅拌头3在按压时插入至在第二部件7的厚度方向上比第一部件6和第二部件7的接触面8更深的深度即可。在图2中，搅拌头顶端半径r和搅拌头长度l被确定为适于如下所述地在按压时调节第二部件插入体积V，并且不受特别限制。例如，当把厚度均为1.2mm的钢板接合起来时，搅拌头顶端半径r优选地不小于1.9mm且不大于2.6mm，并且搅拌头长度l优选地不短于2.0mm且不长于2.4mm。结果，可以得到更高的拉伸剪切负载。“搅拌头顶端半径r”在本文中指的是搅拌头的顶端表面(即，圆)的半径。另外，“搅拌头长度l”指的是搅拌头的顶端表面与包含搅拌头的侧面和肩部相交所成的线在内的表面之间的距离(假设这些表面彼此平行)。

在本实施例中，搅拌头3优选地包括与肩部5相连的侧面，并且该侧面优选地相对于旋转轴线4呈不小于0°且不大于15°的角度θ。“角度θ”在本文中指的是在包含摩擦点焊工具的旋转轴线在内的纵截面中搅拌头的侧面的延伸直线与旋转轴线的延伸直线相交的角度。“角度θ”对应于图2中的θ。在下文中，该角度θ也被表示为“搅拌头锥角θ”。如上所述，角度θ优选地不小于0°且不大于15°。当角度θ大于15°时，在搅拌头横截面(其与包含搅拌头的侧面和肩部相交所成的线在内的表面对应且作为横截面具有与旋转轴线垂直的表面)(圆形形状)中，圆形形状的直径会变大。因此，将搅拌头插入到要接合的部件中所需的负载可能变得过高。另外，当角度θ大于15°时，肩部的面积可能变得相对较小。因此，经由肩部施加至第一部件的表面压力可能变低，因此，第一部件与第二部件之间可能形成间隙。

当角度θ不小于0°且不大于15°时，可以抑制将搅拌头3插入到要接合的部件中所需的负载。另外，足够的表面压力可以经由肩部5施加至第一部件6。角度θ优选地不小于5°且不大于10°。

在本实施例中，搅拌头3的侧面中可以形成有沟槽。另外，搅拌头3可以包括从搅拌头3的顶端表面倾斜切割至搅拌头3的侧面的倾斜面(所谓的斜切表面)。“搅拌头的顶端表面”在本文中指的是位于搅拌头在旋转轴线的延伸方向上的顶端处的圆形表面。当搅拌头3具有上述形状时，可以进一步增大摩擦点焊工具1的搅拌力。

另外，搅拌头3可以针对搅拌头3的顶端表面与搅拌头3的侧面相交的区域被倒圆角。结果，在按压期间，在搅拌头3的顶端处不太可能发生剥落。

<摩擦点焊工具的材料>

在本实施例中，就摩擦点焊工具1的材料而言，可以使用作为多种类型的接合工具(例如摩擦点焊工具或搅拌摩擦焊接工具等)的材料而现已公知的材料，且不受任何特别限制。摩擦点焊工具1的材料的实例可以包括：例如，硬质合金(例如WC基硬质合金，并且上述“WC基硬质合金”包括含有WC和Co或Ni的硬质合金以及除了含有WC和Co或Ni之外还含有Ti、Ta、Nb等的碳氮化物等的硬质合金)、金属陶瓷(主要由TiC、TiN、TiCN等构成)、高速钢、工具钢、陶瓷(例如碳化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、硅铝氧氮聚合材料或它们的混合物)、烧结立方氮化硼、烧结金刚石、内部分散有立方氮化硼颗粒的硬质材料、耐热合金等。

在以上材料之中，硬质合金相对便宜并可以延长工具寿命。因此，优选地使用硬质合金作为摩擦点焊工具1的材料。当硬质合金用作摩擦点焊工具1的材料时，硬质合金在结构上可以包括游离碳或称为η相的异常相。

(涂覆膜)

在本实施例中，可以在摩擦点焊工具1的表面的一部分或全部形成涂覆膜。结果，可以增强摩擦点焊工具1的抗氧化性或耐磨性。可以使用用作切削工具或摩擦点焊工具的涂覆膜的现已公知的涂覆膜作为涂覆膜。涂覆膜可以由单层形成或可以由两个以上的堆叠层形成。

(第一部件和第二部件)

本实施例的摩擦点焊工具1在对第一部件6和第二部件7(第一部件6和第二部件7中的每一者是拉伸强度不小于590MPa的钢板)的摩擦点焊中使用。具有较高拉伸强度的钢板已逐渐在例如汽车车身中使用，以实现车身重量的减轻(用于实现提高燃料效率)或CO₂排放的减少以及碰撞安全。具有高拉伸强度的钢板的接合部需要高拉伸剪切负载，以便充分利用钢板本身的高拉伸强度。然而，当通过熔融接合(例如，电阻点焊)来将拉伸强度均不小于590MPa的钢板接合起来时，在接合部位处可能产生飞溅物(熔滴)。因此，飞散的飞溅物粘附至车身，这导致例如糟糕的外观或较差的工作环境等问题。另一方面，在本实施例中，利用作为非熔融接合法的摩擦点焊来接合具有高拉伸强度的钢板。因此，即使当第一部件6和第二部件7中的每一者的拉伸强度不小于590MPa时，也可以在防止接合部位处产生飞溅物，并且可以得到具有高拉伸剪切负载和高强度的接合部。

本实施例的摩擦点焊工具1更优选地在对第一部件6和第二部件7(第一部件6和第二部件7中的每一者为拉伸强度不小于980MPa的钢板)的摩擦点焊中使用。当第一部件6和第二部件7中的每一者的拉伸强度不小于980MPa时，在例如电阻点焊等熔融接合期间，在接合部位处产生更多的飞溅物。然而，在本实施例中，即使当难以通过熔融接合来得到高接合强度时(即，即使当第一部件6和第二部件7中的每一者的拉伸强度不小于980MPa时)，也可以防止接合部位处产生飞溅物，并且可以得到具有高拉伸剪切负载和高强度的接合部。

第一部件6和第二部件7中的每一者的拉伸强度的上限值不受特别限制。然而，第一部件6和第二部件7中的每一者的拉伸强度优选地不大于1500MPa，这是因为具有这种拉伸强度的第一部件6和第二部件7可能被运用到实际使用中作为用于汽车车身的钢板。第一部件6和第二部件7中的每一者的拉伸强度更优选地不大于1200MPa。

可以在利用本实施例的摩擦点焊工具1的接合步骤中使用的第一部件6的厚度不受特别限制。然而，以下描述适用于可以在利用本实施例的摩擦点焊工具1的接合步骤中使用的第二部件7的厚度。除非第二部件插入深度被设定为某个程度以上的值，否则对第二部件插入深度的控制是困难的，因此，接合部的拉伸剪切负载具有大范围的变化。因此，第二部件7的厚度优选地不小于0.5mm。第一部件6和第二部件7的厚度均优选地不小于0.8mm且不大于1.5mm。

(第二部件插入体积V和第二部件的厚度t之间的关系)

在本实施例中，当t(mm)表示第二部件7的厚度并且第二部件插入体积V(mm³)表示在按压时搅拌头3插入到第二部件7中的体积时，V与t之间的关系满足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

在本实施例中，第二部件插入体积V(mm³)与第二部件7的厚度t(mm)之间的关系更优选地满足下式(2)：

V≥3.25t²+9.62t-4.48(t≥0.5mm)…(2)。

“第二部件插入体积V”在本文中指的是当搅拌头在按压时插入至在第二部件的厚度方向上比第一部件和第二部件的接触面更深的深度时由如下区域占据的体积：搅拌头的侧面和搅拌头的顶端表面所包围的区域；以及从搅拌头的顶端表面延伸至与下述第二部件插入深度相等的高度处的区域。“第二部件插入体积V”表示与图2中的V对应的体积。

可以基于搅拌头顶端半径r、搅拌头锥角θ和第二部件插入深度来计算第二部件插入体积V。“第二部件插入深度”在本文中指的是当搅拌头在按压时插入至在第二部件的厚度方向上比第一部件和第二部件的接触面更深的深度时，第一部件和第二部件的接触面与搅拌头的顶端表面(假设这些表面彼此平行)之间的距离。“第二部件插入深度”与图2中的h对应。可以通过测量接合后的第二部件剩余厚度并确定第二部件的厚度与第二部件剩余厚度之差来得到第二部件插入深度。“第二部件剩余厚度”在本文中指的是当搅拌头在按压时插入至在第二部件的厚度方向上比第一部件和第二部件的接触面更深的深度时，从第二部件的不与搅拌头接触的表面至搅拌头的顶端表面的竖直距离。“第二部件剩余厚度”与图2中的t’对应。

在本实施例中，第二部件插入体积V(mm³)和第二部件7的厚度t(mm)满足上式(1)或上式(2)，因此，得到具有高强度的接合部。下文将描述关于这点的原因。

对于在通过电阻点焊将两个钢板接合起来时的接合部的强度，根据接合部可以承受的拉伸剪切负载(在下文中也称为“接合部的拉伸剪切负载”)的上限值以JIS Z 3140:1989定义等级。在这些之中，要求被认可为“需要特殊强度的焊接部”的接合部的拉伸剪切负载的最小值和平均值分别定义为JIS A-级最小值和JIS A-级平均值。图3是示出了当使用拉伸强度均不小于590MPa的钢板来形成接合部时，用作要接合的部件的钢板中的较薄钢板的厚度t与接合部的要求被认可为JIS A-级最小值(其基于JIS Z 3140:1989中的定义)的拉伸剪切负载F₁(KN)(在下文中，也称为“拉伸剪切负载F₁”)和接合部的要求被认可为JISA-级平均值(其基于JIS Z 3140:1989中的定义)的拉伸剪切负载F₂(KN)(在下文中也称为“拉伸剪切负载F₂”)之间的关系的相关图。

为了得到关于拉伸剪切负载F₁(kN)与钢板中的较薄钢板的厚度t之间的关系的数学公式以及关于拉伸剪切负载F₂(kN)与钢板中的较薄钢板的厚度t之间的关系的数学公式，根据图3利用最小二乘法近似得到二次函数。

然后，得到关于拉伸剪切负载F₁(kN)与钢板中的较薄钢板的厚度t之间的关系的下式(3)。

F₁＝2.01t²+5.98t-1.22…(3)。

另外，得到关于拉伸剪切负载F₂(kN)与钢板中的较薄钢板的厚度t之间的关系的下式(4)。

F₂＝2.37t²+7.02t-1.43…(4)。

从上式(3)中可以看出，在本实施例中F(kN)与接合钢板中的较薄钢板的厚度t(mm)之间的关系可以仅满足下式(5)，以便将使用本实施例的摩擦点焊工具1得到的接合部的拉伸剪切负载F(kN)设定为大于或等于拉伸剪切负载F₁(kN)。

F≥2.01t²+5.98t-1.22…(5)。

另外，从上式(4)中可以看出，在本实施例中F(kN)与接合钢板中的较薄钢板的厚度t(mm)之间的关系可以仅满足下式(6)，以便将使用本实施例的摩擦点焊工具1得到的接合部的拉伸剪切负载F(kN)设定为大于或等于拉伸剪切负载F₂(kN)。

F≥2.37t²+7.02t-1.43…(6)。

现在，假设在本实施例中第二部件的厚度等于或小于第一部件的厚度，则在上式(5)和上式(6)中用“第二部件的厚度t”替换“接合钢板中的较薄钢板的厚度t”。

为了得到摩擦点焊工具作为接合工具(该接合工具可以在对第一部件和第二部件(第一部件和第二部件中的每一者为拉伸强度不小于590MPa的钢板)的摩擦点焊期间得到拉伸剪切负载大于或等于要求被认可为JIS A-级最小值或JIS A-级平均值的接合部)，本发明的发明人多方面地改变搅拌头形状和搅拌头尺寸以使多个类型的摩擦点焊工具作为原型，并使用原型摩擦点焊工具对具有多种拉伸强度或多种尺寸的钢板进行接合测试。结果，本发明的发明人发现：第二部件插入体积V是控制接合部的拉伸剪切负载的重要因素。图4示出了通过本发明的发明人进行的实验而得到的第二部件插入体积V与接合部的拉伸剪切负载F之间的关系的相关图。本发明的发明人使用拉伸强度均不小于270MPa且不大于980Mp而且厚度均不小于0.6mm且不大于2.0mm的多种类型的钢板作为第一部件和第二部件，使用具有不同的搅拌头形状和搅拌头尺寸的摩擦点焊工具将第一部件和第二部件接合起来，并研究第二部件插入体积V与接合部的拉伸剪切负载F之间的关系。图4示出了结果。

可以从图4中看出，第二部件插入体积V(mm³)和拉伸剪切负载F(kN)具有正相关性，而与例如搅拌头形状、搅拌头尺寸、要接合的部件(第一部件和第二部件)的拉伸强度以及要接合的部件的尺寸无关。通过利用最小二乘法使该相关性近似于线性函数，得到了关于第二部件插入体积V(mm³)与拉伸剪切负载F(kN)之间的关系的下式(7)。图4中的线段表示用下式(7)表示的直线的一部分。

F＝0.73V+1.84…(7)。

通过将上式(7)代入到上式(5)中并进行计算，可以得到上式(1)(关系式表示在使用本实施例的摩擦点焊工具1得到的接合部的拉伸剪切负载F(kN)变为大于或等于拉伸剪切负载F₁(kN)时的第二部件插入体积V(mm³)与第二部件7的厚度t(mm)(t≥0.5mm)之间的关系)。

因此，在摩擦点焊期间第二部件插入体积V(m³)与第二部件的厚度t(mm)满足上式(1)，并由此可以得到如下拉伸剪切负载作为接合部的拉伸剪切负载：该拉伸剪切负载大于或等于要求被认可为JIS A-级最小值的拉伸剪切负载。结果，可以制造具有高接合强度的接合部。

另外，通过将上式(7)代入到上式(6)中并进行计算，可以得到上式(2)(关系式表示在使用本实施例的摩擦点焊工具1得到的接合部的拉伸剪切负载F(kN)变为大于或等于拉伸剪切负载F₂(kN)时的第二部件插入体积(mm³)与第二部件7的厚度t(mm)(t≥0.5mm)之间的关系)。

因此，在摩擦点焊期间第二部件插入体积V(m³)与第二部件的厚度t(mm)满足上式(2)，并由此可以得到如下拉伸剪切负载作为接合部的拉伸剪切负载：该拉伸剪切负载大于或等于要求被认可为JIS A-级平均值的拉伸剪切负载。结果，可以制造具有高接合强度的接合部，因此，这是优选的。

(第二部件插入深度h与第二部件的厚度t之间的比率h/t)

在本实施例的摩擦点焊工具1中，搅拌头3插入到第二部件7中的深度h优选地使得深度h与第二部件7的厚度t之间的比率h/t不小于0.25且不大于0.75。在下文中，搅拌头插入到第二部件的深度h还将用“第二部件插入深度h”来表示。当h/t小于0.25时，搅拌头顶端直径d趋于变大，以满足上式(1)或上式(2)。结果，将搅拌头插入到要接合的部件中所需的负载可能变得过高。“搅拌头顶端直径d”在本文中指的是搅拌头的顶端表面的直径，并与通过将上述搅拌头顶端半径r乘倍而得到的值对应。当h/t大于0.75时，钩挂高度可能变得过高，因此，接合部的拉伸剪切负载可能变小。“钩挂高度”在本文中指的是在竖直方向上从第一部件和第二部件的接触面至作为非接合区域的钩线的上端的距离。“钩挂高度”对应于图2中的H。当h/t被设定为不小于0.25且不大于0.75时，满足上式(1)或上式(2)，且搅拌头顶端直径d和钩挂高度H不会过度增大。h/t优选地不小于0.4且不大于0.75。

<用于制造摩擦点焊工具的方法>

优选地使用如下所述那样制造的摩擦点焊工具作为本实施例的摩擦点焊工具1。首先，混合原材料粉末。作为原材料粉末，可以使用作为多种类型的接合工具(例如摩擦点焊工具或搅拌摩擦焊接工具等)材料而现已公知的材料(例如，硬质合金)，且不受任何特别限制。接下来，将乙醇添加到混合的原材料粉末中，并用磨碎机将混合物搅拌约4至10个小时。使乙醇挥发，然后以100MPa的压力单轴地按压混合物，并在1200℃至1700℃烧结约1至3小时。用金刚石磨石等研磨由此得到的烧结体。由此得到摩擦点焊工具。

在本实施例中，可以在摩擦点焊工具的表面的一部分或全部上制作出涂覆膜。可以使用任意现已公知的膜形成方法作为用于涂覆膜的膜形成方法。例如，可以使用PVD(物理气相沉积)方法(例如，真空电弧气相沉积方法)、CVD(化学气相沉积)方法等。作为选择，可以组合两种以上的现已公知膜形成方法。

<接合方法>

下文将描述本实施例的接合方法。

本实施例的接合方法是使用本实施例的摩擦点焊工具1的接合方法。具体而言，本实施例的接合方法是如下接合方法：其用于通过将第一部件6和第二部件7叠置起来并从第一部件6侧将摩擦点焊工具1按压在第一部件6和第二部件7上来对第一部件6和第二部件7进行摩擦点焊。本实施例的接合方法包括：按压步骤，将第一部件6和第二部件7叠置起来，并从第一部件6侧将摩擦点焊工具1按压在第一部件6和第二部件7上。第一部件6和第二部件7中的每一者为拉伸强度不小于590MPa的钢板。摩擦点焊工具1可以围绕旋转轴线4旋转。摩擦点焊工具1包括：柱体2，柱体2的顶端处具有肩部5；以及筒状或截锥形的搅拌头3，搅拌头3从肩部5沿旋转轴线4的延伸方向凸出。按压步骤是这样的步骤：在使摩擦点焊工具1围绕旋转轴线4旋转的同时，通过将搅拌头3插入到第一部件6和第二部件7中来将第一部件6和第二部件7接合起来。当t(mm)表示第二部件7的厚度并且第二部件插入体积V(mm³)表示在按压步骤中搅拌头3插入到第二部件7中的体积时，V与t之间的关系满足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

只要本实施例的接合方法包括上述按压步骤，则本实施例的接合方法就可以包括其他步骤。其他步骤的实例可以包括制备第一部件6和第二部件7的步骤等。

(制备第一部件和第二部件的步骤)

本实施例的接合方法可以包括制备第一部件6和第二部件7的步骤(在下文中也表示为“制备步骤”)。虽然该制备步骤是制备在按压步骤中使用的第一部件6和第二部件7的步骤，但该制备步骤可以包括形成第一部件6和第二部件7的接合部位的步骤。就用于形成接合部位的方法而言，可以将第一部件6的一部分和第二部件7的一部分叠置起来以形成叠置部，并且该叠置部可以用作接合部位。可以将整个第一部件6和整个第二部件7叠置起来以形成叠置部，或者可以将整个第一部件6和第二部件7的一部分叠置起来以形成叠置部，或者可以将第一部件6的一部分和整个第二部件7叠置起来以形成叠置部。当叠置部用作接合部位时，叠置部的宽度需要大于或等于肩部5的直径。

第一部件6和第二部件7中的每一者为拉伸强度不小于590MPa的钢板。

本实施例的接合方法是利用作为非熔融接合的摩擦点焊的接合方法。因此，即使当如上所述那样将拉伸强度均小于590MPa的第一部件6和第二部件7接合起来时，也可以防止在接合部位处形成飞散物，并且可以得到具有高强度的接合部。

第一部件6和第二部件7中的每一者可以为拉伸强度不小于980MPa的钢板。即使在抗飞溅焊接中使用易于产生飞溅物的钢板并因此难以得到高接合强度(例如，拉伸强度均不小于980MPa的钢板)的情况中，也可以防止在接合部位处产生飞溅物，并且可以使用本实施例的接合方法得到具有高强度的接合部。

(按压步骤)

本实施例的接合方法包括如下步骤(按压步骤)：将第一部件6和第二部件7叠置起来，并从第一部件6侧将摩擦点焊工具1按压在第一部件6和第二部件7上。

按压步骤是这样的步骤：在使摩擦点焊工具1围绕旋转轴线4旋转的同时，通过将搅拌头3插入至在第二部件7的厚度方向上比第一部件6和第二部件7的接触面8更深的深度来将第一部件6和第二部件7接合起来。由于该步骤，第一部件6和第二部件7被接合起来，并且形成接合部。

在按压步骤中，在旋转搅拌头3的同时将搅拌头3插入到要接合的部件中，并因此产生摩擦热。摩擦热在接合部位处造成第一部件6和第二部件7的软化和塑性流动。结果，第一部件6和第二部件7被接合起来，并且形成接合部。

在本实施例中，当t(mm)表示第二部件的厚度并且第二部件插入体积V(mm³)表示在按压步骤中搅拌头3插入到第二部件7中的体积时，V与t之间的关系满足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

将搅拌头3插入到第一部件6和第二部件7的接合部位中，使得V与t之间的关系满足上式(1)，并利用按压进行接合以形成接合部。结果，可以增大接合部的拉伸剪切负载，从而可以增大接合强度。

在本实施例中，第二部件插入体积V(mm³)与第二部件的厚度t(mm)之间的关系优选地满足下式(2)：

V≥3.25t²+9.62t-4.48(t≥0.5mm)…(2)。

结果，可以进一步增大接合部的拉伸剪切负载，从而可以进一步增大接合强度。因为引入上式(1)和上式(2)的描述和原因与上述相同，所以将不重复这些描述。

在本实施例，当h(mm)表示搅拌头3插入到第二部件7中的深度时，h与第二部件7的厚度t(mm)之间的比率h/t优选地不小于0.25且不大于0.75。结果，在搅拌头顶端直径d和钩挂高度H没有过度增大的情况下，满足上式(1)或上式(2)。因为比率h/t的细节也如上所述，所以将不重复这些描述。

在本实施例中使用的摩擦点焊工具1中，搅拌头3优选地包括与肩部5相连的侧面，并且该侧面优选地相对于旋转轴线4呈不小于0°且不大于15°的角度θ。结果，摩擦点焊工具1的形状可以变为如下形状：可以减少将搅拌头3插入到要接合的部件中所需的负载，并可以将足够的表面压力经由肩部5施加至第一部件6。因为角度θ的细节也如上所述，所以将不重复这些描述。

在本实施例中使用的摩擦点焊工具1中，搅拌头3优选地包括与肩部5连接的侧面，并且肩部5优选地从肩部的外边缘至与侧面相交的部分呈钵状凹陷形状。结果，可以在利用按压进行接合期间防止第一部件6和第二部件7因被搅拌头3推出而从肩部5中溢出。因此，得到了所形成的接合部的更好的外观。另外，因为肩部5的外边缘按住要接合的部件(例如，第一部件6)，所以可以防止摩擦点焊工具在接合期间振动。

在按压步骤中的摩擦点焊工具1的转速(在下文中也被表示为“工具转速”)、借助于摩擦点焊工具1施加至接合部位的负载(在下文中被表示为“接合负载”)以及由摩擦点焊工具1进行按压的时间(在下文中也表示为“接合时间”)不受特别限制，并可以根据搅拌头3的形状、搅拌头3的尺寸以及作为要接合的部件的第一部件6和第二部件7的尺寸等而被合适地确定。当工具转速、接合负载以及接合时间中的任一者或全部过小时，不能充分地将搅拌头3推入到要接合的部件中，因此，难以得到高接合强度。另一方面，当工具转速、接合负载和接合时间中的任一者或全部过大时，接合部分的温度变得太高，因此可能降低接合部的强度。另外，摩擦点焊工具可能损坏。

实例

在下文中将参考实例来更详细地描述本发明。然而，本发明不限于这些实例。

<实例1>

在No.1-1至No.1-6中的每一者中，制造出摩擦点焊工具，并且使用制造出的摩擦点焊工具将第一部件和第二部件接合起来，从而评估摩擦点焊工具。

(柱体)

在No.1-1至No.1-6中的每一者中制成的摩擦点焊工具包括：柱体，该柱体的顶端处具有肩部；以及筒状或截锥形的搅拌头，搅拌头从肩部沿旋转轴线的延伸方向凸出。搅拌头包括与肩部相连的侧面。肩部从肩部的外边缘至与侧面相交的部分呈钵状凹陷形状，并且肩部的直径(即，柱体直径)为10mm。

(搅拌头)

表1示出了在No.1-1至No.1-6中的每一者中制成的摩擦点焊工具的搅拌头形状、搅拌头顶端半径r、搅拌头锥角θ以及搅拌头长度l。“搅拌头形状”在表1中表示搅拌头具有筒状或截锥形。在No.1-1至No.1-6中，搅拌头形状被设定为具有表1所示的形状，并且搅拌头顶端半径r、搅拌头锥角θ和搅拌头长度l被设定为具有表1所示的值，因此，满足上式(1)(在表1中的“式(1)的满足”部分中示出为“满足”)。在No.1-2至No.1-4中，满足上式(2)(在表1中的“式(2)的满足”部分中示出为“满足”)。然而，在No.1-1、No.1-5和No.1-6中，不满足上式(2)(在表1中的“式(2)的满足”部分中示出为“不满足”)。

<摩擦点焊工具的材料>

在No.1-1至No.1-6中，使用硬质合金作为摩擦点焊工具的材料。通过烧结平均粒度为2μm的WC晶粒制造硬质合金。硬质合金的成分为：Co为3wt％(重量百分比)而WC为97wt％(重量百分比)。

(制造摩擦点焊工具的方法)

在No.1-1至No.1-6中，如下所述那样制造摩擦点焊工具。具体而言，混合上述WC晶粒，并进一步添加乙醇，然后用磨碎机搅拌混合物8个小时。使乙醇挥发，然后以100MPa的压力单轴地按压混合物，并在1500℃下烧结2个小时。用金刚石磨石等研磨由此得到的烧结体。由此制成摩擦点焊工具。

(涂覆膜)

在No.1-1至No.1-6中，利用真空电弧气相沉积法在摩擦点焊工具的整个表面上形成膜厚度为4μm的Al_0.57Ti_0.38Si_0.05N膜(涂覆膜)，以防止氧化并提高摩擦点焊工具的耐磨性。

(制备步骤)

在No.1-1至No.1-6中，为第一部件(要接合的部件)制备一块厚度为1.2mm且拉伸强度为980MPa的超高张力钢板，为第二部件(要接合的部件)制备一块厚度为1.2mm且拉伸强度为980MPa的超高张力钢板(表1)。为了通过基于JIS Z 3136:1999方法的剪切测试来评估接合部的拉伸剪切负载，将第一部件和第二部件中的每一者的尺寸设定成宽度为30mm且长度为100mm。将制备出的第一部件和第二部件叠置起来，以形成30mm的叠置部，并且将叠置部用作接合部位。

(按压步骤)

在使摩擦点焊工具围绕旋转轴线旋转的同时，将搅拌头插入到在第二部件的厚度方向上比第一部件和第二部件的接触面更深的深度处。结果，将第一部件和第二部件接合起来。根据摩擦点焊工具的形状将工具转速设定为1500rpm，将接合负载设定为1500kgf并将接合时间调整在1.5s至3.0s，从而形成接合部。

(第二部件插入体积V与第二部件的厚度t之间的关系)

表1示出了当使用No.1-1至No.1-6中的每一者中的摩擦点焊工具将第一部件和第二部件接合起来时的第二部件剩余厚度t’、第二部件插入深度h、h/t以及第二部件插入体积V。

具体而言，首先用千分尺(由三丰公司(Mitutoyo Corporation)制造的型号No.“CPM30-25MJ”)测量第二部件剩余厚度t’。根据该测量结果(第二部件剩余厚度t’)、第二部件的厚度t、搅拌头顶端半径r和搅拌头锥角θ来计算第二部件插入体积V。

<比较例1>

除了改变搅拌头形状、搅拌头顶端半径r、搅拌头锥角θ和搅拌头长度l之外使用与No.1-1至No.1-6的方法相同的方法来制造表1中的No.1-11至No.1-14中的每一者所示的摩擦点焊工具，因此，第二部件插入体积V的值与第二部件的厚度t之间的关系不再满足上式(1)和上式(2)(表1中的“式(1)的满足”部分和“式(2)的满足”部分示出为“不满足”)。

与实例1类似，使用制成的摩擦点焊工具将第一部件和第二部件接合起来。表1示出了在No.1-11至No.1-14中的第一部件和第二部件的拉伸强度、第二部件的厚度t、搅拌头形状、搅拌头顶端半径r、搅拌头锥角θ、搅拌头长度l、第二部件剩余厚度t’、第二部件插入深度h、h/t和第二部件插入体积V。

<实例2>

除了改变搅拌头形状、搅拌头顶端半径r、搅拌头锥角θ和搅拌头长度l之外使用与No.1-1至No.1-6的方法相同的方法来制造表1中的No.2-1to No.2-6中的每一者所示的摩擦点焊工具，使用制成的摩擦点焊工具接合的第一部件和第二部件的厚度、宽度、长度以及叠置部分别改变为1.5mm、40mm、125mm和40mm，并且接合时间被调整在2.0s至3.4s。与实例1类似，使用制成的摩擦点焊工具将第一部件和第二部件接合起来。

表1示出了在No.2-1至No.2-6中的第一部件和第二部件的拉伸强度、第二部件的厚度t、搅拌头形状、搅拌头顶端半径r、搅拌头锥角θ、搅拌头长度l、第二部件剩余厚度t’、第二部件插入深度h、h/t和第二部件插入体积V。在No.2-1至No.2-6中，搅拌头形状被设定为具有表1所示的形状，并且搅拌头顶端半径r、搅拌头锥角θ和搅拌头长度l被设定为具有表1所示的值，因此，满足上式(1)(在表1中的“式(1)的满足”部分中示出为“满足”)。在No.2-3和No.2-4中，满足上式(2)(在表1中的“式(2)的满足”部分中示出为“满足”)。然而，在No.2-1、No.2-2、No.2-5、No.2-6中，不满足上式(2)(在表1中的“式(2)的满足”部分中示出为“不满足”)。

<比较例2>

除了改变搅拌头形状、搅拌头顶端半径r、搅拌头锥角θ和搅拌头长度l之外使用与No.2-1至No.2-6的方法相同的方法来制造表1中的No.2-11to No.2-13中的每一者所示的摩擦点焊工具，因此，第二部件插入体积V的值与第二部件的厚度t之间的关系不再满足上式(1)和上式(2)(表1中的“式(1)的满足”部分和“式(2)的满足”部分示出为“不满足”)。

与实例2类似，使用制成的摩擦点焊工具将第一部件和第二部件接合起来。表1示出了在No.2-11至No.2-13中的第一部件和第二部件的拉伸强度、第二部件的厚度t、搅拌头形状、搅拌头顶端半径r、搅拌头锥角θ、搅拌头长度l、第二部件剩余厚度t’、第二部件插入深度h、h/t和第二部件插入体积V。

<实例3>

除了改变搅拌头形状、搅拌头顶端半径r、搅拌头锥角θ和搅拌头长度l之外使用与No.1-1至No.1-6的方法相同的方法来制造表1中的No.3-1至No.3-6中的每一者所示的摩擦点焊工具，使用制成的摩擦点焊工具接合的第一部件和第二部件的厚度改变为1.0mm，第一部件和第二部件中的每一者改变为拉伸强度为590MPa的高张力钢板，工具转速改变成1000rpm，并且接合负载改变成1200kgf。与实例1类似，使用制成的摩擦点焊工具将第一部件和第二部件接合起来。

表1示出了No.3-1至No.3-6中的第一部件和第二部件的拉伸强度、第二部件的厚度t、搅拌头形状、搅拌头顶端半径r、搅拌头锥角θ、搅拌头长度l、第二部件剩余厚度t’、第二部件插入深度h、h/t和第二部件插入体积V。在No.3-1至No.3-6中，搅拌头形状被设定为具有表1所示的形状，并且搅拌头顶端半径r、搅拌头锥角θ和搅拌头长度l被设定为具有表1所示的值，因此，满足上式(1)(在表1中的“式(1)的满足”部分中示出为“满足”)。在No.3-1至No.3-4中，满足上式(2)(在表1中的“式(2)的满足”部分中示出为“满足”)。然而，在No.3-5和No.3-6中，不满足上式(2)(在表1中的“式(2)的满足”部分中示出为“不满足”)。

<比较例3>

除了改变搅拌头形状、搅拌头顶端半径r、搅拌头锥角θ和搅拌头长度l之外使用与No.3-1至No.3-6的方法相同的方法来制造表1中的No.3-11to No.3-13中的每一者所示的摩擦点焊工具，因此，第二部件插入体积V的值与第二部件的厚度t之间的关系不再满足上式(1)和上式(2)(表1中的“式(1)的满足”部分和“式(2)的满足”部分示出为“不满足”)。

与实例3类似，使用制成的摩擦点焊工具将第一部件和第二部件接合起来。表1示出了在No.3-11至No.3-13中的第一部件和第二部件的拉伸强度、第二部件的厚度t、搅拌头形状、搅拌头顶端半径r、搅拌头锥角θ、搅拌头长度l、第二部件剩余厚度t’、第二部件插入深度h、h/t和第二部件插入体积V。

<评估方法>

在No.1-1至No.1-6、No.2-1至No.2-6和No.3-1至No.3-6以及No.1-11至No.1-14、No.2-11至No.2-13和No.3-11至No.3-13中，根据JIS Z 3136：1999方法对使用摩擦点焊工具形成的接合部进行剪切测试，从而评估拉伸剪切负载(KN)。表1示出了结果。

<评估结果>

根据表1，在所有No.1-11至No.1-14、No.2-11至No.2-13和No.3-11至No.3-13(其中，第二部件插入体积V的值与第二部件的厚度t之间的关系不满足上式(1))中，接合部的拉伸剪切负载小于JIS A-级最小值要求的拉伸剪切负载(表1中的“基于JIS Z 3140：1989的拉伸剪切负载等级”部分中示出了“小于JIS A-级最小值”)。另一方面，在所有No.1-1至No.1-6、No.2-1至No.2-6和No.3-1至No.3-6(其中，满足上式(1))中，接合部的拉伸剪切负载大于或等于JIS A-级最小值要求的值(表1中的“基于JIS Z3140:1989的拉伸剪切负载等级”部分中示出为“大于或等于JIS A-级最小值”或“大于或等于JIS A-级平均值”)。因此，清楚的是，本实例的摩擦点焊工具可以增大接合部的拉伸剪切负载，并形成具有高接合强度的接合部。

另外，在所有No.1-2至No.1-4、No.2-3和No.2-4以及No.3-1至No.3-4(其中，第二部件插入体积V的值与第二部件的厚度t之间的关系满足上式(2))中，接合部的拉伸剪切负载大于或等于JIS A-级平均值要求的值(表1中的“基于JIS Z 3140:1989的拉伸剪切负载等级”部分中示出为“大于或等于JIS A-级平均值”)。因此，清楚的是，满足上式(2)的摩擦点焊工具可以进一步增大接合部的拉伸剪切负载，并形成具有更高接合强度的接合部。

虽然以上已描述了本发明的实施例和实例，但从开始就意图适当地组合上述实施例和实例的构造。

应理解的是，本文所公开的实施例和实例是示例性的，并且在各个方面都不受限。本发明的范围由权利要求书的术语限定而不是以上描述限定，并意图包括与权利要求书的术语等同的含义和范围内的任何修改。

附图标记列表

1摩擦点焊工具；2柱体；3搅拌头；4旋转轴线；5肩部；6第一部件；7第二部件；8第一部件和第二部件的接触面。

Claims (12)

1.一种摩擦点焊工具，其用于通过将第一部件和第二部件叠置起来并从所述第一部件侧将所述摩擦点焊工具按压在所述第一部件和所述第二部件上来对所述第一部件和所述第二部件进行摩擦点焊，

所述第一部件和所述第二部件中的每一者均为拉伸强度不小于590MPa的钢板，

所述摩擦点焊工具能围绕旋转轴线旋转，

所述摩擦点焊工具包括：柱体，所述柱体的顶端处具有肩部；以及筒状或截锥形的搅拌头，所述搅拌头从所述肩部沿所述旋转轴线的延伸方向凸出，并且

当t(mm)表示所述第二部件的厚度并且第二部件插入体积V(mm³)表示在将所述摩擦点焊工具按压在所述第一部件和所述第二部件上时所述搅拌头插入到所述第二部件中的体积时，V与t之间的关系满足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

2.根据权利要求1所述的摩擦点焊工具，其中，

所述第二部件插入体积V(mm³)与所述第二部件的所述厚度t(mm)之间的关系满足下式(2)：

V≥3.25t²+9.62t-4.48(t≥0.5mm)…(2)。

3.根据权利要求1或2所述的摩擦点焊工具，其中，

所述第一部件和所述第二部件中的每一者均为拉伸强度不小于980MPa的钢板。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的摩擦点焊工具，其中，

所述搅拌头包括与所述肩部相连的侧面，并且

所述侧面相对于所述旋转轴线呈不小于0°且不大于15°的角度θ。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的摩擦点焊工具，其中，

当h(mm)表示所述搅拌头插入到所述第二部件中的深度时，所述h与所述第二部件的所述厚度t(mm)之间的比率h/t不小于0.25且不大于0.75。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的摩擦点焊工具，其中，

所述搅拌头包括与所述肩部相连的侧面，并且

所述肩部从所述肩部的外边缘至与所述侧面相交的部分呈钵状凹陷形状。

7.一种接合方法，其用于通过将第一部件和第二部件叠置起来并从所述第一部件侧将摩擦点焊工具按压在所述第一部件和所述第二部件上来对所述第一部件和所述第二部件进行摩擦点焊，所述接合方法包括：

按压步骤，将所述第一部件和所述第二部件叠置起来，并从所述第一部件侧将所述摩擦点焊工具按压在所述第一部件和所述第二部件上，

所述第一部件和所述第二部件中的每一者均为拉伸强度不小于590MPa的钢板，

所述摩擦点焊工具能围绕旋转轴线旋转，

所述摩擦点焊工具包括：柱体，所述柱体的顶端处具有肩部；以及筒状或截锥形的搅拌头，所述搅拌头从所述肩部沿所述旋转轴线的延伸方向凸出，

按压步骤是这样的步骤：在使所述摩擦点焊工具围绕所述旋转轴线旋转的同时，通过将所述搅拌头插入至在所述第二部件的厚度方向上比所述第一部件和所述第二部件的接触面更深的深度来将所述第一部件和所述第二部件接合起来，并且

当t(mm)表示所述第二部件的厚度并且第二部件插入体积V(mm³)表示在所述按压步骤中所述搅拌头插入到所述第二部件中的体积时，V与t之间的关系满足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

8.根据权利要求7所述的接合方法，其中

所述第二部件插入体积V(mm³)与所述第二部件的所述厚度t(mm)之间的关系满足下式(2)：

V≥3.25t²+9.62t-4.48(t≥0.5mm)…(2)。

9.根据权利要求7或8所述的接合方法，其中

所述第一部件和所述第二部件中的每一者均为拉伸强度不小于980MPa的钢板。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的接合方法，其中

所述搅拌头包括与所述肩部相连的侧面，并且

所述侧面相对于所述旋转轴线呈不小于0°且不大于15°的角度θ。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的接合方法，其中

当h(mm)表示所述搅拌头插入到所述第二部件中的深度时，所述h与所述第二部件的所述厚度t(mm)之间的比率h/t不小于0.25且不大于0.75。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的接合方法，其中

所述搅拌头包括与所述肩部相连的侧面，并且

所述肩部从所述肩部的外边缘至与所述侧面相交的部分呈钵状凹陷形状。