CN106796202B - 接合部的判定方法及接合材料的制造方法 - Google Patents

接合部的判定方法及接合材料的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种接合部的判定方法及接合材料的制造方法，本发明的接合部的判定方法，其包括：入射工序(S2)，对于由具有探针(2)及支撑该探针(2)的肩部(3)的摩擦搅拌接合用工具(1)来接合使板材(Wa)重合而成的工件(W)时的接合部(J)，使超声波(US)从与工具(1)的插入侧的相反的侧进行入射；图像获取工序(S3)，通过超声波(US)而得到接合部(J)的超声波透射图像；及判断工序(S4)，由超声波透射图像得到的接合部(J)的宽度尺寸为探针(2)的外径(d)以上，且规定大小以上的缺陷(JD)不在超声波透射图像中的肩部(3)的外径(D)以下的范围内的情况下，判断为接合部(J)被接合。

Description

接合部的判定方法及接合材料的制造方法
技术领域
本发明涉及一种通过摩擦搅拌接合而接合工件之后执行的接合部的判定方法及包括该判定方法的接合材料的制造方法。
本申请主张基于2014年10月10日申请的日本专利申请2014-208813号的优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
作为接合包括两个部件的工件的方法之一，已知有摩擦搅拌接合。摩擦搅拌接合是如下接合方法：用工具的肩部表面对工件的接合部进行加压的状态下使工具旋转，从而由产生在工件表面的摩擦热来接合工件。
然而，以往，对于摩擦搅拌接合的接合部，在接合之后通过超声波探伤检测(UT：Ultrasonic Testing)来进行接合状态的检测。
在超声波探伤检测中，可以检测内部缺陷和例如在专利文献1中所记载的接合直径。通过利用专利文献1的方法，可以避免将压接面区域误认为是扩散接合区域的情况，并可以以高精度测定扩散接合直径。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2013-47646号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
然而，在专利文献1中记载的方法中，根据与被接合部件背面的距离ΔT来推定接合直径，因此该接合直径并非是实测值。从而，不是根据实测值，而是根据推定值来判断接合状态是否充分，有时无法确保充分的接合质量。
本发明提供一种以简易的方法来判断接合部的接合状态，并可以提高接合质量的接合部的判定方法及包括该判定方法的接合材料的制造方法。
用于解决技术课题的手段
本发明的第一方式所涉及的接合部的判定方法，包括：入射工序，对于由具有被插入于工件的探针及支撑该探针的肩部的摩擦搅拌接合用工具来接合使部件重合而成的所述工件时的接合部，使超声波从该接合部中的与所述探针插入侧的相反一侧进行入射；图像获取工序，通过所述超声波而得到所述接合部的超声波透射图像；及判断工序，由所述超声波透射图像得到的所述接合部的宽度尺寸为所述探针的外径以上,且规定大小以上的接合缺陷不在所述超声波透射图像中的所述肩部的外径以下的范围内的情况下，判断为所述接合部被接合。
通过使超声波入射于接合部，被进行接合的部分不会反射超声波，而作为超声波透射图像而获得。此时，有时认为接合不充分的压接部(不完全被接合，成为部件彼此被压接的状态的部分)也被进行接合。该情况下，在由超声波透射图像得到的接合部的宽度尺寸包括上述压接部，比探针的外径大的范围作为超声波透射图像而获得。
在此，在探针所通过的位置，由于工件被搅拌，因此若在由超声波透射图像得到的所述接合部的宽度尺寸成为探针的外径以上，则能够认为至少在探针的外径的范围内可靠地被进行接合。而且，若在探针外径的范围内被进行接合，则可以说在肩部的外径以下范围的接合缺陷的大小被限制在规定值的情况下，能够维持接合强度。
在本发明中，由超声波透射图像来判断至少在肩部的外径以下范围内的接合缺陷的大小，能够检测在该范围内接合缺陷的大小是否被限制为规定值。因此，如上所述，根据该检测结果能够容易判断接合状态是否良好。
并且，本发明的第二方式所涉及的接合部的判定方法，在上述第一方式中的所述判断工序中，规定大小以上的接合缺陷不在所述超声波透射图像中的所述探针的外径以上且所述肩部的外径以下的范围内的情况下，可以判断为所述接合部被接合。
由超声波透射图像判断探针的外径以上且肩部的外径以下范围内的接合缺陷的大小，能够检测在该范围内接合缺陷的大小是否被限制为规定值。因此，根据该检测结果能够容易判断接合状态是否良好。
并且，本发明的第三方式所涉及的接合部的判定方法，在上述第一或第二方式的所述判断工序中，从与所述探针的插入方向交叉的方向观察所述接合缺陷时，在该接合缺陷的最大尺寸为所述工件中的所述探针的插入侧的所述部件的板厚的0.2倍以下的情况下，可以判断为所述接合部被接合。
“0.2倍以下”是由ISO25239-5:2011规定的数值，在判断工序中，可以将接合缺陷的最大尺寸限制在工件板厚的0.2倍以下，因此能够使接合部的接合状态良好。
另外，从与探针的插入方向交叉的方向观察时的接合缺陷的最大尺寸，是指当观察与工具前进的接合方向交叉的工件的剖面时的最大尺寸，并非是沿接合方向的方向的最大尺寸。
并且，本发明的第四方式所涉及的接合部的判定方法，在上述第一至第三中的任一方式的所述入射工序中，可以使所述超声波相对于所述工件的表面以0度的入射角进行入射。
如此通过将超声波的入射角设为0度而容易检测工件的接合部是否成为压接面或者是否被搅拌接合。即，由超声波透射图像能够更准确地检测接合部中的接合宽度的信息。
并且，本发明的第五方式所涉及的接合部的判定方法中，上述第一至第四中的任一方式的所述判断工序可以包括如下校正工序：使用所述探针的外径与由所述超声波透射图像得到的所述工件中的所述探针的拉拔孔的内径之比，将由所述超声波透射图像得到的所述接合缺陷的大小进行校正。
探针的拉拔孔的大小和形状与探针的大小和形状大致一致。因此，由实际探针的外径与由超声波透射图像得到的拉拔孔的内径之比来校正由超声波透射图像获得的接合缺陷的大小，由此能够更准确地得到接合缺陷大小的信息。从而，能够更准确地判定接合状态是否良好。
并且，本发明的第六方式所涉及的接合部的接合材料的制造方法，可以包括：接合工序，通过摩擦搅拌接合来接合使部件重合而成的工件；及上述第一至第五方式中任一方式的判定方法，在接合所述工件之后被应用于接合部。
根据这种接合材料的制造方法，由于包括判定方法，因此能够检测在肩部的外径以下范围内接合缺陷大小是否被限制为规定值。而且，根据该检测结果能够轻松地判断接合状态是否良好。
发明效果
根据上述接合部的判定方法及接合材料的制造方法，可以以简易的方法进行接合部的接合状态的判断而提高接合质量。
附图说明
图1是表示由本发明的实施方式所涉及的接合材料的制造方法制造的接合材料的立体图。
图2是表示执行本发明的实施方式所涉及的接合材料的制造方法中所包括的判定方法的状态的、表示与工件表面正交的剖面的图。
图3是表示本发明的实施方式所涉及的接合材料的制造方法的流程图。
图4是表示执行本发明的实施方式所涉及的接合材料的制造方法中所包括的判定方法的状态的另一例的、表示与工件表面正交的剖面的图。
具体实施方式
以下，参考图1及图2，对包括本发明的实施方式所涉及的接合部的判定方法的接合材料W1的制造方法进行说明。
接合材料W1的制造方法是在对沿板厚方向重合两张板材Wa(部件)而成的工件W实施摩擦搅拌接合来制造接合材料W1时被使用的，是对被进行摩擦搅拌接合的接合部J的状态进行判定的方法。
具体而言，如图3所示，接合材料W1的制造方法包括：接合工序S1，对工件W实施摩擦搅拌接合，从而进行工件W的接合；及判定方法，接合之后，对工件W的接合部J的状态进行判断。
首先，实施接合工序S1。在接合工序S1中，使摩擦搅拌接合用工具1从板材Wa的板厚方向即工件W的重合方向的一侧接近，将工具1按压于板材Wa的表面的同时使其旋转，由此在工件W上产生塑性流动，并接合工件W。
在此，摩擦搅拌接合用工具1具备：探针2，呈棒状，在接合时，从工件W的表面插入到工件W内；及肩部3，呈棒状，支撑探针2的一端，并且形成为直径比探针2大，而且具有接合时被按压于板材Wa的表面的肩部表面3a。
接着，执行接合部J的判定方法。
判定方法包括：入射工序S2，使超声波US进行入射；图像获取工序S3，通过所入射的超声波US来获得超声波透射图像；及判断工序S4，由超声波透射图像来判断接合部J的状态。
在判定方法中，首先，执行入射工序S2。即，使超声波US从工件W的接合部J的板厚方向的另一侧即接合部J的与工具1被按压于板材Wa的一侧相反一侧入射于接合部J。
在此，作为检测接合部J的方法，通常，已知有所谓超声波探伤检测(UT：Ultrasonic Testing)的方法。该超声波探伤检测为一种无损检测。在超声波探伤检测中，在将超声波脉冲发送到接合部时，由因接合部内部的接合缺陷而反射的反射波来制作图像并进行确认，由此可以确定接合缺陷的大小和位置。能够认为超声波不被反射而透射的部分被进行接合，可以获取表示该部分的信息来作为超声波透射图像。
接着，实施图像获取工序S3。即，获取超声波透射图像来作为所入射的超声波US透射的部分的信息。在本实施方式中，超声波US从相对于板材Wa的表面正交的方向进行入射。即，相对于表面以0度的入射角进行入射。
在此，在通过超声波US获得超声波透射图像的情况下，被进行接合的部分如上所述不反射超声波US，而作为超声波透射图像而获得。此时，有时认为接合不充分的压接部PA(被不完全接合，成为部件彼此被压接的状态的部分，参考图2)也被进行了接合。该情况下，由超声波透射图像得到的接合部J的宽度尺寸包括上述压接部PA，比探针2的外径d大的范围作为超声波透射图像而获得。
接合部J的宽度尺寸是与工具1前进的接合方向及板材Wa的板厚方向正交的方向的尺寸。
最后，实施判断工序S4。即，由超声波透射图像得到的接合部J的宽度尺寸成为探针2的外径d以上，且规定大小以上的接合缺陷JD不在超声波透射图像中的探针2的外径d以上且肩部3的外径D以下的范围内的情况下，判断为接合部J被接合，结束接合材料W1的制造。
在本实施方式中，在判断工序S4中判断的接合缺陷JD的直径d1为工件W中的探针2的插入侧的板材Wa的板厚s的0.2倍以下的情况下，判断为接合部J被接合。即，d1≤0.2s成立。该公式为由“ISO25239-5:2011”规定的数值。
接合缺陷JD的直径d1表示从与工件W的板厚方向(探针2的插入方向)正交的方向(也可以是交叉的方向)观察接合缺陷JD时的接合缺陷JD的最大尺寸，在接合缺陷JD呈椭圆形状的情况下相当于长径。
即，接合缺陷JD的最大尺寸是指当观察与接合方向正交的工件W的剖面时的最大尺寸，并不是沿接合方向的方向的最大尺寸。
另外，判断工序S4包括如下校正工序S4a：使用探针2的外径d与由超声波透射图像得到的工件W中的探针2的拉拔孔的内径之比，对由超声波透射图像得到的接合缺陷JD的大小进行校正。
在摩擦搅拌接合中，接合之后需要拔出被插入到工件W的探针2，拔出时形成上述拉拔孔。
根据这种接合材料W1的制造方法，通过实施接合部J的判定方法，可以由超声波透射图像判断至少在探针2的外径d以上且肩部3的外径D以下范围内的接合缺陷JD的大小，并可以检测在该位置是否有规定大小的接合缺陷JD。
在此，在探针2通过的位置，工件W被搅拌。因此若由超声波透射图像得到的所述接合部的宽度尺寸成为探针2的外径d以上，则能够认为至少在探针2的外径d的范围内可靠地被进行接合。
而且，在探针2的外径d的范围内被进行接合的情况下，若探针2的外径d以上且肩部3的外径D以下范围的接合缺陷JD的大小被限制为规定值，则能够维持接合强度。
从而，在本实施方式中，检测如上所述探针2的外径d以上且肩部3的外径以下范围的接合缺陷JD的大小是否被限制为规定值，由此，根据该检测结果能够轻松地判断接合状态是否良好。
另外，将接合缺陷的大小是否满足d1≤0.2s作为接合状态是否良好的判定基准，由此能够使接合部J的接合状态更好。
在此，如图4所示，在进行了摩擦搅拌接合时，接合部J1成为沿探针2的外表面的形状，且有时在探针2的径向外侧且接近于探针2的位置产生接合缺陷JD(空隙)。在这种情况下，导致接合部J1的接合强度显著降低。然而，通过执行本实施方式中的接合部的判定方法而能够使接合状态良好。
另外，通过将超声波US的入射角设为0度，容易检测工件W的接合部J是否成为压接面PA或者是否被进行搅拌接合。由此，能够更准确地由超声波透射图像检测接合部J的宽度尺寸的信息。
并且，探针2的拉拔孔的大小和形状与探针2的大小和形状大致一致。因此，在判断工序S4中执行校正工序S4a，由实际探针的外径d与由超声波透射图像得到的拉拔孔的内径之比，对由超声波透射图像获得的接合缺陷JD的大小进行校正，由此能够更准确地得到接合缺陷JD的大小的信息。从而，能够更准确地判定接合状态是否良好。
根据本实施方式的接合材料W1的制造方法，通过使用上述判定方法，可以以简易的方法进行接合状态的判断，并可以提高接合材料W1的接合质量。
以上，关于本发明的实施方式详细地进行了说明，但在不脱离本发明的技术思想的范围内，也可以稍微进行设计变更。
例如在上述实施方式中，将超声波US的入射角设为0度，但未必一定限定于此。例如可以使超声波US以45度的入射角进行入射。该情况下，沿板厚方向延伸的接合缺陷JD存在于接合部J(J1)的情况下，容易发现这种接合缺陷。
并且，在判断工序S4中，也可以未必一定要执行校正工序S4a。
另外，可以将上述判定方法应用于摩擦搅拌点接合中。另外，在该摩擦搅拌点焊中，为了避免在接合部形成探针2的拉拔孔，接合之后使工具1沿工件W的表面稍微移动至离开接合部的位置，然后拔出探针2。
并且，在判断工序S4中，规定大小以上的接合缺陷JD至少不在超声波透射图像中的肩部3的外径D以下范围内的情况下，判断为接合部J被接合即可。即，也可以未必一定要根据有无探针2的外径d以上且肩部3的外径D以下范围内的接合缺陷JD来进行判断。
并且，在判断工序S4中，并不限定于在接合缺陷JD的直径d1为上述0.2s以下时判断为接合部J被接合的情况，也可以在直径d1为4mm以下时判断为接合部J被接合。
另外，在上述制造方法中，可以代替上述工具1而使用绕线工具，该绕线工具具有从两端支撑探针2的两个肩部(上肩部及下肩部)，且通过这两个肩部来夹持工件W进行接合。该情况下，也可以使超声波US从接合部的板厚方向的一侧及另一侧中的任一侧入射于接合部。
另外，构成工件W的部件并不限定于板材的情况，也可以是至少通过重合并摩擦搅拌接合而可以接合的部件，例如挤出型材等。
产业上的可利用性
根据上述接合部的判定方法及接合材料的制造方法，可以以简易的方法来判断接合部的接合状态，从而提高接合质量。
符号说明
1-工具，2-探针，3-肩部，3a-肩部表面，W1-接合材料，W-工件，Wa-板材(部件)，PA-压接部，J、J1-接合部，JD-接合缺陷，US-超声波，S1-接合工序，S2-入射工序，S3-图像获取工序，S4-判断工序，S4a-校正工序。

Claims (5)

1.一种接合部的判定方法，包括：
入射工序，对于由具有被插入于工件的探针及支撑该探针的肩部的摩擦搅拌接合用工具来接合使部件重合而成的所述工件时的接合部，使超声波从该接合部中的与所述探针插入侧的相反一侧进行入射；
图像获取工序，通过所述超声波而得到所述接合部的超声波透射图像；及
判断工序，由所述超声波透射图像得到的所述接合部的宽度尺寸为所述探针的外径以上，且规定大小以上的接合缺陷不在所述超声波透射图像中的所述肩部的外径以下的范围内的情况下，判断为所述接合部被接合，
所述判断工序包括如下校正工序：使用所述探针的外径与由所述超声波透射图像得到的所述工件中的所述探针的拉拔孔的内径之比，将由所述超声波透射图像得到的所述接合缺陷的大小进行校正。
2.根据权利要求1所述的接合部的判定方法，其中，
在所述判断工序中，规定大小以上的接合缺陷不在所述超声波透射图像中的所述探针的外径以上且所述肩部的外径以下的范围内的情况下，判断为所述接合部被接合。
3.根据权利要求1或2所述的接合部的判定方法，其中，
在所述判断工序中，从与所述探针的插入方向交叉的方向观察所述接合缺陷时，在该接合缺陷的最大尺寸为所述工件中的所述探针的插入侧的所述部件的板厚的0.2倍以下的情况下，判断为所述接合部被接合。
4.根据权利要求1所述的接合部的判定方法，其中，
在所述入射工序中，使所述超声波相对于所述工件的表面以0度的入射角进行入射。
5.一种接合材料的制造方法，包括：
接合工序，通过摩擦搅拌接合来接合使部件重合而成的工件；及
根据权利要求1至4中任一项所述的判定方法，在接合所述工件之后被应用于接合部。
CN201580054364.0A 2014-10-10 2015-09-09 接合部的判定方法及接合材料的制造方法 Active CN106796202B (zh)

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