CN107107256A - 摩擦搅拌接合方法 - Google Patents

Abstract

本公开将具备探头(2a、2b)以及固定式轴肩(3a、3b)的一对摩擦搅拌接合用具(1a、1b)配置在第一工件(W1)和第二工件(W2)之间的角落部(c1、c2)。此时，摩擦搅拌接合用具(1a、1b)以各探头(2a、2b)没入各角落部(c1、c2)且被搅拌的区域(5a、5b)形成在将第二工件(W2)作为中心的对称位置的方式配置。通过采用该配置的各摩擦搅拌接合用具(1a、1b)，使得同时地摩擦搅拌接合各角落部(c1、c2)。

Description

摩擦搅拌接合方法

技术领域

本公开涉及用于工件彼此的角落部的接合的摩擦搅拌接合方法。

本申请基于在日本于2015年1月9日申请的日本特愿2015-3000号来主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

作为在实施摩擦搅拌接合的情况下使用的摩擦搅拌接合用具(摩擦搅拌接合用工具)，已知以下形式：具备与探头(probe)一体地旋转的旋转式轴肩(shoulder)的形式、和具备旋转的探头和非旋转的固定式轴肩的形式。

作为具备固定式轴肩的摩擦搅拌接合用具，已知为了将应接合的工件彼此的角落部(内转角部)摩擦搅拌接合，固定式轴肩具备与角落部的两个工件表面抵接的面的形状。

而且，一直以来，提案有利用两个如前所述的角落部接合用的摩擦搅拌接合用具，对通过水平的工件(水平部件)和竖立设置在其上的工件(竖立设置部件)的对顶而形成的两个角落部，从竖立设置的工件的两侧进行摩擦搅拌接合的手法(例如，参照专利文献1)。

在该摩擦搅拌接合手法中，通过使在竖立设置的工件的两侧配置的摩擦搅拌接合用工具(摩擦搅拌接合用具)为使搅拌轴(探头)彼此的摩擦搅拌接合进行方向的位置偏移的构成，来防止因搅拌轴彼此的冲突、搅拌区域的相互干涉引起的接合混乱。

另外，一直以来还提案有在进行利用具备固定式轴肩的摩擦搅拌接合用具进行的角落部摩擦搅拌接合时，加入焊接填充料，以在接合之后的角落部形成R(由累积形成的填角(fillet))的称为AdStird的手法(例如，参照非专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-166159号公报。

非专利文献

非专利文献1：福田哲夫、角张隆男，“TWIの最新FSWプロセス開発状況とパテント情報”，《焊接技术》，产报出版株式会社，2011年6月，59卷，6号，p.57-60。

发明内容

发明要解决的课题

但是，在专利文献1所示的摩擦搅拌接合手法中，在竖立设置的工件的两侧配置的摩擦搅拌接合用具的搅拌轴的位置在摩擦搅拌接合进行方向上偏移。因此，当在摩擦搅拌接合开始时使搅拌轴没入各角落部时，相对于各工件、对各工件进行保持的机构，在水平面内产生旋转力矩。

此外，在非专利文献1中，没有特别示出防止在摩擦搅拌接合时产生于工件的旋转力矩的考虑。

因此，本公开提供一种摩擦搅拌接合方法，其在利用具备固定式轴肩的一对摩擦搅拌接合用具进行工件彼此的两个角落部的摩擦搅拌接合的情况下，能够使得在各工件不产生在沿着一个工件的面内的旋转力矩。

用于解决问题的方案

本公开的第一方式是对由第一工件、和相对于所述第一工件的面在相交的角度姿势下将端缘相接而配置的第二工件形成的两个角落部进行接合的摩擦搅拌接合方法，其中，将一对摩擦搅拌接合用具配置在隔着所述第二工件的两侧的角落部，所述一对摩擦搅拌接合用具具有旋转驱动并没入所述两个角落部的探头、以及配置在所述探头基端侧的外周且与形成所述各角落部的两个工件的面接触的固定式轴肩，使所述各探头没入所述各角落部并被搅拌的区域形成在将所述第二工件作为中心的对称位置，利用所述各摩擦搅拌接合用具同时地摩擦搅拌接合各角落部。

发明效果

根据本公开的摩擦搅拌接合方法，在利用具备固定式轴肩的一对摩擦搅拌接合用具进行工件彼此的两个角落部的摩擦搅拌接合的情况下，能够使得在各工件不产生在沿着一个工件的面内的旋转力矩。

附图说明

图1A是示出摩擦搅拌接合方法的第一实施方式的，工件彼此的角落部处的正在进行摩擦搅拌接合的部位的平面图；

图1B是示出摩擦搅拌接合方法的第一实施方式的，图1A的A-A方向向视图；

图2是示出第一实施方式的应用例的，从摩擦搅拌接合进行方向的一侧看工件彼此的角落部处的正在进行摩擦搅拌接合的部位的图；

图3是示出摩擦搅拌接合方法的第二实施方式的，从摩擦搅拌接合进行方向的一侧看工件彼此的角落部处的正在进行摩擦搅拌接合的部位的图。

具体实施方式

参照附图说明本公开的摩擦搅拌接合方法。

[第一实施方式]

图1A以及图1B示出摩擦搅拌接合方法的第一实施方式，图1A是示出工件彼此的角落部处的正在进行摩擦搅拌接合的部位的平面图，图1B是图1A的A-A方向向视图。

本实施方式的摩擦搅拌接合方法如图1B所示，将通过第一工件W1、以及相对于第一工件W1的面P1以交叉的角度姿势对顶的第二工件W2形成的两个角落部(内转角部)c1、c2作为摩擦搅拌接合的对象。在本实施方式中，作为一例，对第一工件W1的面P1水平地配置，第二工件W2在铅垂的姿势下相对于第一工件W1的面P1从上方对顶的情况进行说明。此外，第一工件W1和第二工件W2在采用所述配置的状态下由未图示的工件保持机构保持。

在本实施方式的摩擦搅拌接合方法中，利用在两个角落部c1、c2之中，在第二工件W2的一个侧面P2a侧的角落部c1配置的第一摩擦搅拌接合用具1a、以及在另一个侧面P2b侧的角落部c2配置的第二摩擦搅拌接合用具1b。

第一摩擦搅拌接合用具1a是具备能够旋转驱动的探头2a、以及在探头2a的基端侧的外周配置的固定式轴肩3a的构成。探头2a优选地配置为轴心方向与角落部c1的角度的平分线平行的角度姿势。在本实施方式中，由于角落部c1为直角，故探头2a的轴心方向设定为从沿着第二工件W2的铅垂方向向一个侧面P2a侧倾斜45度的斜向下的角度姿势。固定式轴肩3a的靠近探头2a顶端地配置的端部是具备两个工件接触面4a的山形(V字形状)，这两个工件接触面4a与形成角落部c1的第一工件W1的面P1和第二工件W2的侧面P2a接触。

第二摩擦搅拌接合用具1b是具备能够旋转驱动的探头2b、以及在探头2b基端侧的外周配置的固定式轴肩3b的构成。探头2b优选地配置为轴心方向与角落部c2的角度的平分线平行的角度姿势。在本实施方式中，由于角落部c2为直角，故探头2b的轴心方向设定为从沿着第二工件W2的铅垂方向向另一个侧面P2b侧倾斜45度的斜向下的角度姿势。固定式轴肩3b的靠近探头2b顶端地配置的端部是具备两个工件接触面4b的山形(V字形状)，这两个工件接触面4b与形成角落部c2的第一工件W1的面P1和第二工件W2的侧面P2b接触。

第一摩擦搅拌接合用具1a和第二摩擦搅拌接合用具1b如图1A所示，以探头2a没入角落部c1并受到搅拌的区域5b和探头2b没入角落部c2并受到搅拌的区域5b形成在将第二工件W2作为中心的对称位置的方式设定相对位置。具体而言，固定式轴肩3a、3b彼此、以及探头2a、2b彼此在第二工件W2的两侧，在摩擦搅拌接合进行方向上对齐位置地配置。

另外，第一摩擦搅拌接合用具1a和第二摩擦搅拌接合用具1b如图1A以及图1B所示，以当在第二工件W2的两面侧同时进行角落部c1和角落部c2的摩擦搅拌接合时，在没入各角落部c1、c2的探头2a、2b彼此、以及被各探头2a、2b分别搅拌的区域5a、5b彼此不产生干涉的方式，设定探头2a、2b从固定式轴肩3a、3b的突出量。

由此，在第一工件W1和第二工件W2中，作为通过各探头2a、2b搅拌的区域5a、5b不相互干涉的部分搅拌接合来进行通过各摩擦搅拌接合用具1a、1b进行的各角落部c1、c2的摩擦搅拌接合。因此，在接合之后的第一工件W1和第二工件W2中，在通过区域5a、5b处的搅拌而接合的部分彼此之间，彼此的抵接面残留一部分。

在实施本实施方式的摩擦搅拌接合方法的情况下，首先，使各摩擦搅拌接合用具1a、1b配置在各角落部c1、c2的摩擦搅拌接合的开始端位置附近。

接着，在各摩擦搅拌接合用具1a、1b中，在使各自的探头2a、2b的旋转驱动开始之后，使探头2a、2b没入各角落部c1、c2。

此时，用于使探头2a没入角落部c1的推压载荷相对于各工件W1、W2作用的部位是区域5a的位置。另一方面，用于使探头2b没入角落部c2的推压载荷相对于各工件W1、W2作用的部位是区域5b的位置。

因此，由于在使各探头2a、2b没入各角落部c1、c2的过程之中，在各工件W1、W2中探头2a的推压载荷所作用的部位、以及探头2b的推压载荷所作用的部位是将第二工件W2作为中心的对称位置，故在各工件W1、W2，不会因各推压载荷而在沿着第一工件W1的面P1的水平面内产生旋转力矩。

接着，在本实施方式的摩擦搅拌接合方法中，将各探头2a、2b没入各角落部c1、c2，若各固定式轴肩3a、3b的工件接触面4a、4b与各工件W1、W2接触，则开始各摩擦搅拌接合用具1a、1b和各工件W1、W2的向沿着各角落部c1、c2的方向的相对移动。

此时，前述各摩擦搅拌接合用具1a、1b和各工件W1、W2的相对移动可以通过：将各工件W1、W2固定并使各摩擦搅拌接合用具1a、1b移动的手法、和使各工件W1、W2相对于位置固定的各摩擦搅拌接合用具1a、1b移动的手法中的任一种来实现。

由此，在各角落部c1、c2处，在由探头2a、2b搅拌的区域5a、5b不互相干涉的状态下进行摩擦搅拌接合。由此，将第一工件W1和第二工件W2部分搅拌接合。

由于在该摩擦搅拌接合进行期间，在各工件W1、W2，探头2a的推压载荷所作用的部位、以及探头2b的推压载荷所作用的部位也是将第二工件W2作为中心的对称位置的区域5a和区域5b，故在各工件W1、W2，不会因各推压载荷而在沿着第一工件W1的面P1的水平面内产生旋转力矩。

在本实施方式的摩擦搅拌接合方法中，若各探头2a、2b到达各角落部c1、c2的摩擦搅拌接合的结束端位置，则停止各摩擦搅拌接合用具1a、1b相对于各角落部c1、c2的相对移动。接着，从各角落部c1、c2抽出各探头2a、2b，之后停止旋转驱动。通过该将各探头2a、2b从各角落部c1、c2抽出的操作，也不会对各工件W1、W2产生与前述同样的旋转力矩。

通过以上，各工件W1、W2的各角落部c1、c2被摩擦搅拌接合。

如此，根据本实施方式的摩擦搅拌接合方法，在利用具备固定式轴肩3a、3b的一对摩擦搅拌接合用具1a、1b进行各工件W1、W2彼此的两个角落部c1、c2的摩擦搅拌接合的情况下，能够防止在各工件W1、W2产生在沿着第一工件W1的面P1的水平面内的旋转力矩。

因此，在进行摩擦搅拌接合时进行各工件W1、W2的保持的未图示的工件保持机构中，不特别需要用于抵抗如前所述的旋转力矩来将各工件W1、W2的位置固定的刚性、强度。因此，能够谋求工件保持机构的构造的简化。

而且，在各摩擦搅拌接合用具1a、1b的所述配置中，由于探头2a的推压载荷的为沿着第一工件W1的面P1的方向的水平方向的分量、以及探头2b的推压载荷的水平方向的分量相向，故能够降低作用于进行各工件W1、W2的保持的未图示的工件保持机构的水平方向的力。

另外，以进行部分搅拌接合的方式设定各摩擦搅拌接合用具1a、1b的探头2a、2b从固定式轴肩3a、3b的突出量。因此，关于各角落部c1、c2，能够实施基于从第二工件W2的两面侧的同时施工的摩擦搅拌接合。

而且，在本实施方式的摩擦搅拌接合方法中，与一直以来作为角落部的摩擦搅拌接合一般进行的，进行通过配置在各角落部的探头进行的搅拌区域彼此相互干涉的全搅拌接合的情况相比，能够降低各探头2a、2b向角落部c1、c2的插入量。

由此，能够使得在使各探头2a、2b在没入各角落部c1、c2的状态下移动时各探头2a、2b受到的反力与在进行全搅拌接合的情况下探头受到的反力相比小。因此，在本实施方式的摩擦搅拌接合方法中，与进行全搅拌接合的情况相比，能够谋求摩擦搅拌接合的施工速度的高速化，并且能够谋求各摩擦搅拌接合用具1a、1b的长寿命化。

而且，在本实施方式的摩擦搅拌接合方法中，通过各个探头2a、2b处产生的摩擦热量而局部地热输入各工件W1、W2被搅拌的区域5a、5b的热量与进行全搅拌接合的情况相比减轻。因此，关于因工件W1、W2的热量引起的应变、变形，能够抑制其发生。

另外，在本实施方式的摩擦搅拌接合方法中，关于各角落部c1、c2，由于从第二工件W2的两面侧进行摩擦搅拌接合的同时施工，故各工件W1、W2在摩擦搅拌接合进行方向的一个位置处被进行基于在各探头2a、2b处产生的摩擦热量的加热。因此，本实施方式的摩擦搅拌接合方法与通过配置在摩擦搅拌接合进行方向的不同位置的探头处产生的摩擦热量来加热角落部c1和角落部c2的情况相比，能够更为高效率地进行各工件W1、W2的加热。因而，在本实施方式的摩擦搅拌接合方法中，关于角落部c1和角落部c2的摩擦搅拌接合，能够谋求基于高热输入的摩擦搅拌接合的稳定化。

而且，随着各工件W1、W2的加热效率如前所述地提高，由各探头2a、2b搅拌的区域5a、5b变得容易软化，因而由此，本实施方式的摩擦搅拌接合方法也能够谋求摩擦搅拌接合的施工速度的高速化。另外，由于旋转驱动各探头2a、2b时的阻力减轻，故各摩擦搅拌接合用具1a、1b能够谋求长寿命化。

而且，在通过配置在X轴方向的不同位置的探头处产生的摩擦热量来加热角落部c1和角落部c2的情况下，先行加热角落部c1和角落部c1中的任一者，并随后加热另一者，因而产生热输入的条件变得不均等的情况，但在本实施方式的摩擦搅拌接合方法中，能够谋求对各角落部c1、c2的热输入的均等化。

另外，在本实施方式的摩擦搅拌接合方法中，使各摩擦搅拌接合用具1a、1b的各固定式轴肩3a、3b直接配置在各角落部c1、c2。因此，例如，在利用为具备旋转式轴肩的形式的摩擦搅拌接合用具来进行角落部的摩擦搅拌接合时，需要进行在角落部配置三角截面的部件，或者，在一个工件设置以三角截面伸出到角落部的部分这样的事前处理，但在本实施方式的摩擦搅拌接合方法中，不需要这些事前处理。

[第一实施方式的应用例]

图2是示出第一实施方式的应用例的图，且是从摩擦搅拌接合进行方向的一侧看工件彼此的角落部处的正在进行摩擦搅拌接合的部位的图。

此外，在图2中，对于与图1A以及图1B所示的部分相同的部分，附以相同的符号并省略其说明。

使各摩擦搅拌接合用具1a、1b中的固定式轴肩3a、3b随着摩擦搅拌接合的进行而沿角落部c1、c2移动。此时，各固定式轴肩3a、3b相对于各工件W1、W2滑动。因此，将各固定式轴肩3a、3b推抵于角落部c1、c2时的载荷大致一定即可。

因此，在本应用例中，与各探头2a、2b的推压载荷Lp1、Lp2分开地控制将各固定式轴肩3a、3b推抵于角落部c1、c2时的载荷Ls1、Ls2。

以通过各探头2a、2b的摩擦热量产生在各角落部c1、c2中的各区域5a、5b处需要的热量的方式适当地控制作用于各探头2a、2b的推压载荷Lp1、Lp2即可。另外，还可以以各探头2a、2b的旋转驱动所需的转矩成为预先设定的某范围的值的方式控制作用于各探头2a、2b的推压载荷Lp1、Lp2。

另一方面，以成为预先另行设定的某范围的值的方式控制作用于各固定式轴肩3a、3b的载荷Ls1、Ls2即可。

其他构成与图1A以及图1B所示的同样，对相同的部件附以相同的符号。

即使是在像本应用例这样，与作用于各探头2a、2b的推压载荷Lp1、Lp2独立地控制作用于固定式轴肩3a、3b的载荷Ls1、Ls2的情况下，也能够与第一实施方式同样地使用，获得在摩擦搅拌接合的进行时在各工件W1、W2在水平面内不产生旋转力矩等与第一实施方式同样的效果。

与此相对，例如，关于专利文献1所示的方法，在与前述同样，适用与作用于各搅拌轴(探头)的推压载荷独立地控制作用于固定时轴肩的载荷的手法的情况下，在摩擦搅拌接合的进行时，从各搅拌轴在摩擦搅拌接合进行方向的不同位置处对工件作用推压载荷。因此，在专利文献1所示的方法中，在工件在水平面内产生旋转力矩，但在本应用例中，能够防止此种旋转力矩的产生。

[第二实施方式]

图3是示出摩擦搅拌接合方法的第二实施方式的图，且是从摩擦搅拌接合进行方向的一侧看工件彼此的角落部处的正在进行摩擦搅拌接合的部位的图。

此外，在图3中，对于与图1A以及图1B所示的部分相同的部分，附以相同的符号并省略其说明。

本实施方式的摩擦搅拌接合方法将通过第一工件W1、以及相对于其面P1以90度以外的角度姿势对顶的第二工件W2形成的两个角落部(内转角部)c1、c2作为摩擦搅拌接合的对象。在本实施方式中，作为一例，对第一工件W1的面P1沿水平面配置，第二工件W2在从铅垂面向侧面P2b侧倾斜某角度的角度姿势下相对于第一工件W1的面P1从上方对顶的情况进行说明。因而，一个角落部c1为钝角，另一个角落部c2为锐角。

本实施方式的摩擦搅拌接合方法中使用的摩擦搅拌接合用具1a、1b是在与第一实施方式同样的构成中，在角落部c1配置的第一摩擦搅拌接合用具1a的固定式轴肩3a具备由第一工件W1的面P1和第二工件W2的侧面P2a形成的钝角的山形端部的构成。

第一摩擦搅拌接合用具1a的探头2a配置为轴心方向与角落部c1的角度的平分线平行的角度姿势。

另外，配置在角落部c2的第二摩擦搅拌接合用具1b的固定式轴肩3b是具备由第一工件W1的面P1和第二工件W2的侧面P2b形成的锐角的山形端部的构成。

第二摩擦搅拌接合用具1a的探头2b配置为轴心方向与角落部c2的角度的平分线平行的角度姿势。

其他构成与图1A以及图1B所示的同样，对相同的部件附以相同的符号。

根据本实施方式的摩擦搅拌接合方法，通过与第一实施方式同样地使用，能够进行在第一工件W1和在90度以外的角度姿势下对顶的第二工件W2之间的两个角落部c1、c2的摩擦搅拌接合。

此时，能够获得在摩擦搅拌接合的进行时在各工件W1、W2在水平面内不产生旋转力矩这一与第一实施方式同样的效果。

此外，本公开不仅仅限定于所述各实施方式、应用例，各摩擦搅拌接合用具1a、1b的各探头2a、2b的轴心方向也可以不一定分别与为接合对象的角落部c1、c2的角度的平分线的方向一致。

各摩擦搅拌接合用具1a、1b的探头2a、2b的轴心方向也可以沿摩擦搅拌接合的进行方向倾斜。

在各固定式轴肩3a、3b中，若与为接合对象的角落部c1、c2两侧的各工件W1、W2的面接触的工件接触面4a、4b为山形，则其他部分也可以是图示以外的形状。

配置第一工件W1的面P1的平面也可以倾斜而非水平面。在该情况下，与各角落部c1、c2配合地设定各摩擦搅拌接合用具1a、1b的角度姿势即可。

在进行摩擦搅拌接合时，还可以适用非专利文献1所示的称为AdStir的手法。

在该情况下，使各摩擦搅拌接合用具1a、1b为以下构成即可：在与图1A以及图1B或图2中示出的同样的构成中，在由各固定式轴肩3a、3b的工件接触面4a、4b形成的山形的顶部，在摩擦搅拌接合进行方向的前侧具备用于插入焊接填充料的切口部，且在摩擦搅拌接合进行方向的后侧具备形状与期望在接合后的角落部c1、c2形成的填角对应的切口部。

此外当然可以在不脱离本公开主旨的范围内加以各种变更。

产业上的利用可能性

根据本公开，能够使得在工件不产生因摩擦搅拌接合用具的推压载荷引起的旋转力矩。

符号说明

1a 第一摩擦搅拌接合用具(摩擦搅拌接合用具)

1b 第二摩擦搅拌接合用具(摩擦搅拌接合用具)

2a、2b 探头

3a、3b 固定式轴肩

5a、5b 区域

W1 第一工件

W2 第二工件

c1、c2 角落部

Claims (2)

1.一种对由第一工件、和相对于所述第一工件的面在相交的角度姿势下将端缘相接而配置的第二工件形成的两个角落部进行接合的摩擦搅拌接合方法，

将一对摩擦搅拌接合用具配置在隔着所述第二工件的两侧的角落部，所述一对摩擦搅拌接合用具具有旋转驱动并没入所述两个角落部的探头、以及配置在所述探头基端侧的外周且与形成所述各角落部的两个工件的面接触的固定式轴肩，使所述各探头没入所述各角落部并被搅拌的区域形成在将所述第二工件作为中心的对称位置，

利用所述各摩擦搅拌接合用具同时地摩擦搅拌接合各角落部。

2.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，所述各摩擦搅拌接合用具以所述各探头没入所述各角落部并被搅拌的区域不干涉的方式配置。