CN109070265A - 摩擦搅拌点接合方法及摩擦搅拌点接合装置 - Google Patents

Abstract

一种摩擦搅拌点接合方法，是对多个钢板材进行摩擦搅拌点接合的方法；具备：在钢板材的点接合部使工具旋转并按压，通过摩擦热使点接合部进行塑性流动的摩擦搅拌工序；在摩擦搅拌工序之后，冷却点接合部，并在点接合部产生马氏体变态的冷却工序；以及在冷却工序之后，再次在点接合部使工具旋转并按压，通过摩擦热对点接合部进行回火的回火工序。

Description

摩擦搅拌点接合方法及摩擦搅拌点接合装置

技术领域

本发明涉及进行摩擦搅拌点接合的方法及装置。

背景技术

有时通过对重叠的多个钢板材进行摩擦搅拌点接合来制作接头。摩擦搅拌中，钢板材的点接合部因摩擦热而升温至发生奥氏体变态的程度。抽出工具时，点接合部降温。若在该过程中发生马氏体变态，则点接合部硬化及脆化，由此招致接头强度的降低。

专利文献1中，点接合部（被接合部）升温至A3变态点以上时，使工具保持插于母材并减低工具的旋转速度，且对被接合部进行缓慢冷却。被接合部降温至A1变态点时，抽出工具，使被接合部自然冷却。通过采用这样的手法来推迟冷却，谋求马氏体形成的抑制、接头强度降低的抑制。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1 ：日本特开2011-115842号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

钢板材的淬透性较高时，阻止马氏体形成所需的冷却时间变长。例如，在中高碳素钢或合金钢为母材的情况下，为了阻止马氏体形成，从A3变态点回到室温需花费数分钟。

因此，上述手法在接头的生产率方面有困难。生产率的改善不得不牺牲冷却时间，但由于无法抑制马氏体形成，所以难以将接头强度维持在较高。

本发明目的在于，在钢板材上进行摩擦搅拌点接合时，兼顾接头的强度改善和生产率改善。

解决问题的手段：

根据本发明一形态的摩擦搅拌点接合方法，是对多个钢板材进行摩擦搅拌点接合的方法；具备：在所述钢板材的点接合部使工具旋转并按压，通过摩擦热使所述点接合部进行塑性流动的摩擦搅拌工序；在所述摩擦搅拌工序之后，冷却所述点接合部，并在所述点接合部产生马氏体变态的冷却工序；以及在所述冷却工序之后，再次在所述点接合部使所述工具旋转并按压，通过摩擦热对所述点接合部进行回火的回火工序。

另，本说明书中，用语“点接合部”可不对预定进行摩擦搅拌点接合的部分、正在进行摩擦搅拌点接合的部分、及完成摩擦搅拌点接合的部分进行特别区分而使用。

根据所述结构，因摩擦热而在点接合部发生塑性流动后，通过冷却来对点接合部进行淬火，之后，利用工具对点接合部进行回火。因此能达成点接合部的硬度降低及强韧化，能改善接头的强度。

回火工序为必需，而由于将摩擦搅拌工序中使用过的工具直接也在回火工序中使用，所以能使从摩擦搅拌到回火为止的工序依序顺利进行。从而，接头的生产率也变良好。

也可以是，所述冷却工序中，以所述钢板材的上部临界冷却速度以上的速度来冷却所述点接合部。

根据所述结构，能在点接合部稳定地形成马氏体，并使接头的强度保持为较高。又，冷却时间变短，改善接头的生产率。

也可以是，在所述冷却工序中，使所述点接合部降温至所述钢板材的马氏体变态结束温度以下。

根据所述结构，能在点接合部稳定地形成马氏体，并使接头的强度保持为较高。

也可以是，所述冷却工序包括拉起所述工具从而在所述工具与所述点接合部之间形成空间；拉起所述工具时，使所述工具的拉起量小于销孔深度。

根据所述结构，能抑制工具与销孔之间的错位，在为了进行回火工序而将工具向点接合部再按压时，能防止工具对钢板材进行所不希望的干预，能预防工具的破损。

也可以是，在所述回火工序中，使所述点接合部升温至550～650℃再降温。

根据所述结构，通过进行高温下的回火，能适当地达成点接合部的硬度降低及强韧化。

也可以是，在所述回火工序中，将所述工具的转速设定为比所述摩擦搅拌工序中所述工具的转速高。

根据所述结构，回火工序中的再加热速度变高，回火工序的所需时间变短。

也可以是，所述钢板材的碳含量在0.06％以上，或拉伸强度在590MPa以上。

根据所述结构，能通过实行上述方法适当达成点接合部的硬度降低及强韧化，改善接头强度，因此是有益的。

根据本发明一形态的摩擦搅拌点接合装置，是对多个钢板材进行摩擦搅拌点接合的装置；具备：使所述钢板材的点接合部和工具相互进行相对位移的位移驱动器；使所述工具旋转的旋转驱动器；以及控制器；所述控制器以如下形式构成：执行使所述位移驱动器及所述旋转驱动器动作，在所述点接合部使所述工具旋转并按压，通过摩擦热使所述点接合部进行塑性流动的摩擦搅拌工序；执行使所述位移驱动器及所述旋转驱动器的至少任一方动作，拉起所述工具且/或减低所述工具的转速，冷却所述点接合部的冷却工序；并且执行使所述位移驱动器及所述旋转驱动器动作，再次在所述点接合部使所述工具旋转并按压，对所述点接合部进行回火的回火工序。

发明效果：

根据本发明，在钢板材上进行摩擦搅拌点接合时，能兼顾接头的强度改善和生产率改善。

附图说明

图1是概略示出根据第一实施形态的摩擦搅拌点接合装置的结构图；

图2是示出根据第一实施形态的摩擦搅拌点接合方法的流程图；

图3中的图3A是图1的局部放大图，是示出定位工序的完成状态的图。图3B是图3A中的B向视图，即在板厚方向观察相对于摩擦搅拌点接合装置定位的钢板材而示出的图；

图4中的图4A示出压入工序，图4B示出摩擦搅拌工序，图4C示出冷却工序，图4D示出回火工序；

图5是示出根据第一实施形态的冷却工序的流程图；

图6是点接合工序的时间图；

图7是钢板材的CCT曲线；

图8是示出点接合工序的完成状态的图；

图9是示出点接合部的硬度分布的图表；

图10是示出点接合部的接头强度的图表；

图11是对点接合部进行的十字拉伸试验中的荷重-行程线图；

图12是示出钢板材的碳含量・拉伸强度与接头强度的关联性的图表；

图13是示出根据第二实施形态的摩擦搅拌点接合装置的冷却装置及根据第二实施形态的冷却工序的图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施形态进行说明。所有附图中，对相同或对应的要素标以相同的符号，省略重复的详细说明。

［第一实施形态］

图1是概略示出根据第一实施形态的摩擦搅拌点接合装置1的结构图。本实施形态中，摩擦搅拌点接合装置1使大致圆柱状的工具10进行旋转及位移，对相互重叠的两块钢板材51、52进行摩擦搅拌点接合。多个点接合部53设定或形成于两块钢板材51、52，两块钢板材51、52在多个点接合部53相互接合。

（摩擦搅拌点接合装置）

摩擦搅拌点接合装置1具备基体11、可动体12及工具保持体13。可动体12在工具保持体13的轴线的方向上能移动地安装于基体11。工具保持体13可绕其轴线旋转，且可与可动体12一体地在其轴线的方向上移动。工具10可装卸地保持于工具保持体13的梢端部，并与工具保持体13以同轴状配置。

以下，将工具保持体13的轴线以及保持于其上的工具10的轴线称为“工具轴A”。将工具轴A的延伸方向称为“工具轴向”。

摩擦搅拌点接合装置1具备框架14及支持台15。框架14固定于基体11，以形成L字或C字的形式弯曲并从基体11延伸。框架14的梢端部与工具10在工具轴向上相向。支持台15设置于框架14的梢端部，支持钢板材51、52（尤其是其点接合部53）。

摩擦搅拌点接合装置1具备直动驱动器16及旋转驱动器17。直动驱动器16使可动体12在工具轴向直动。由此，工具10相对于被支持台15支持的钢板材51、52而在工具轴向位移。旋转驱动器17使工具保持体13及工具10绕工具轴A旋转。直动驱动器16及旋转驱动器17例如为电动马达。

基体11可装卸地安装于多关节机器人19的臂19a的梢端部。臂19a动作时，基体11相对于多关节机器人19的基台（未图示）进行相对位移，由此工具10相对于钢板材51、52进行相对位移。多关节机器人19的臂19a与直动驱动器16一同执行使工具10和钢板材51、52的点接合部53相互进行相对位移的作为位移驱动器18的任务。

摩擦搅拌点接合装置1具备冷却点接合部53的冷却装置20。本实施形态中，冷却装置20具有喷射流体的喷管21。喷管21通过配管23而与流体源22连接。配管23上介设有对来自喷管21的流体喷射的可否进行切换的切换器24。例如，流体源22是以比大气压高的压力储存流体的罐，切换器24为电磁开闭阀。这种情况下，若作为切换器24的电磁开闭阀开阀，则流体从喷管21喷射，若闭阀则流体的喷射停止。喷管21设置于基体11，喷管21的喷射口朝向工具保持体13的梢端部。流体源22可以安装于基体11，也可以在基体11之外远离地设置。

摩擦搅拌点接合装置1具备控制旋转驱动器17、位移驱动器18及冷却装置20（本实施形态中尤其为切换器24）的控制器30。控制器30可以在一个控制单元汇集功能，也可以是功能分散在多个控制单元的结构。控制器30具有处理器、易失性存储器、非易失性存储器及I/O接口等。控制器30响应于通过I/O接口而由未图示的输入装置（例如计算机、示教器（teaching pendant）或操作盘等）输入的指令，基于保存于非易失性存储器的动作程序，处理器利用易失性存储器进行运算，通过I/O接口而与旋转驱动器17、位移驱动器18及冷却装置20通信。

（摩擦搅拌点接合方法）

对由上述摩擦搅拌点接合装置1执行的摩擦搅拌点接合方法的大致流程进行说明。图2是示出根据第一实施形态的摩擦搅拌点接合方法的流程图。首先，以一个点接合部53被支持台15支持且与工具10在工具轴向上相向的形式，使钢板材51、52相对于摩擦搅拌点接合装置1进行定位（定位工序S1）。定位工序S1中，可以是使多关节机器人19的臂19a动作并使基体11进行位移，也可以是钢板材51、52通过工件搬送装置（未图示）而相对于基体11进行位移，还可以将它们两方的位移结合。

接着，对支持在支持台15上的一个点接合部53进行摩擦搅拌点接合（点接合工序S2）。在一次点接合工序S2中，压入工序S21、摩擦搅拌工序S22、冷却工序S23及回火工序S24照此顺序执行。

点接合工序S2完成时，返回定位工序S1，以使接下来应被施工的点接合部53支持于台15支持的形式，将钢板材51、52相对于摩擦搅拌点接合装置1进行定位。重复定位工序S1和点接合工序S2期间，钢板材51、52在多个点接合部53相互接合。虽省略详细图示，但若满足规定数量的点接合工序S2完成、或需要维护等某些条件，则摩擦搅拌点接合方法结束。

图3A是图1的放大图，示出定位工序S1的完成状态。两块钢板材51、52以使板厚方向及重合方向与工具轴向一致的姿态支持于支持台15。钢板材52载于支持台15的支持面上，另一块钢板材51重叠在钢板材52之上。工具10具有圆柱形状的工具主体部10a和从工具主体部10a的中心突出的销部10b。销部10b的直径比工具主体部10a小。以下，将作为工具主体部10a的工具轴向的端面且包围销部10b的圆环状的面称为“肩面10c”。

图3B是图3A中的B向视图，是在板厚方向（即工具轴向）观察钢板材51、52而示出的图。图示的三个点接合部53中位于下方的是结束点接合工序S2后的点接合部53（符号53a、53b后述）。中央的是完成定位工序S1、执行点接合工序S2前的点接合部53。上方的是在例如对中央的点接合部53进行的点接合工序S2结束后，应重新成为定位工序S1及点接合工序S2的对象的点接合部53。

＜压入工序＞

如图4A及4B所示，压入工序S21中，使工具10绕工具轴A旋转并在工具轴向上移动。由此使工具10向钢板材51、52压入。

在旋转的工具10进行移动的过程中，首先，销部10b向钢板材51的表面（图中为上表面）推压。在销部10b推压的部分，钢板材51因摩擦热而软化。由于软化，所以销部10b能从钢板材51的表面向工具轴向进一步移动。销部10b向钢板材51内没入并贯通钢板材51，到达钢板材52的表面（图中为上表面）。在此也是，钢板材52因摩擦热而软化，销部10b从钢板材52的表面向工具轴向进一步移动，向钢板材52内没入。

工具10移动到肩面10c被推压至钢板材51的表面（图中为上表面）为止。在肩面10c被推压至钢板材51的状态下，销部10b贯通钢板材51并没入钢板材52。本实施形态中，钢板材52为非贯通状态。

＜摩擦搅拌工序＞

如图4B所示，摩擦搅拌工序S22中，使工具10旋转并以工具10按压点接合部53，通过摩擦热使点接合部53塑性流动。由于销部10b到达钢板材52，所以钢板材51和钢板材52在点接合部53掺混（参见图4B中的网状区域）。

另，除非另有说明，在摩擦搅拌工序S22中从工具10向钢板材51、52付与的“加压力”，是从工具10向钢板材51付与的工具轴向（图中向下）的力“N”。

＜冷却工序＞

如图4C及图5所示，冷却工序S23中，将工具10暂且拉起，在工具10与点接合部53之间形成空间54（工具拉起工序S23a）。接着在形成的空间54中使流体流动，并强制冷却点接合部53（流体供给工序S23b）。在工具拉起工序S23a中，工具10在工具轴向移动并从点接合部53退出。此时，工具10的旋转可以停止，也可以不停止，还可以与压入时逆向地进行旋转。在流体供给工序S23b中，冷却装置20工作。本实施形态中，从喷管21喷射流体。流体可为液体也可为气体。在为气体的情况下，能适当利用冷却的空气或氮气、氩气等惰性气体，惰性气体也可以冷却至比周边空气低温。

如图4C所示，工具10的拉起量X小于销孔深度Y。销孔53a是拉起工具10时在点接合部53形成的销部10b的没入痕，是圆形状的非贯通孔。销孔深度Y是从销孔53a的上缘部到销孔53a的底面为止的板厚方向（工具轴向）的长度，销孔53a的上缘部对应销部10b的外周面与肩面10c形成的拐角所抵接的部分。

拉起量X小于销孔深度Y时，销部10b的梢端留在比销孔53a的上缘部靠近下方。肩面10c从钢板材51向上方分离、销部10b从销孔53a的底面向上方分离，另一方面，销部10b为局部进入销孔53a的状态，销部10b与销孔53a的上缘部之间形成间隙。从喷管21喷射的流体能通过该间隙到达销孔53a内，由此能利用流体强制冷却销孔53a的内周面及其内部。

＜回火工序＞

如图4D所示，回火工序S24中，使工具10旋转并向点接合部53按压，通过摩擦热对点接合部53进行回火。本实施形态中，在冷却工序S23中，暂且将工具10从点接合部53拉起。因此，回火工序S24中，使工具10再次在工具轴向移动，将工具10重新嵌入销孔53a。而且以工具10按压点接合部53。由此，点接合部53因摩擦热而再加热。再加热后，拉起工具10。点接合部53冷却。由此，一次点接合工序S2完成。

＜温度・转速・加压力＞

图6是点接合工序S2的时间图。上方示出点接合部53的温度，中央示出工具10的转速，下方示出从工具10向点接合部53付与的加压力。

如图6所示，在摩擦搅拌工序S22的执行中，工具10以第一转速N1旋转，第一加压力F1向点接合部53付与（也参照图4B）。这些第一转速N1及第一加压力F1是用于在点接合部53产生塑性流动的充分的值。摩擦搅拌工序S22中，使点接合部53因摩擦热而升温至Ac3变态点（加热时的奥氏体变态完成温度）以上的第一温度T1。因此，摩擦搅拌工序S22中，在点接合部53发生奥氏体变态。

图7是作为钢板材51、52的一例的S45C钢的连续冷却变态（CCT）曲线。线CR1表示上部临界冷却速度，线CR2表示下部临界冷却速度。上部临界冷却速度CR1是冷却后的组织仅为马氏体的最小冷却速度。下部临界冷却速度CR2是发生马氏体变态所需的最小冷却速度。

冷却速度小于下部临界冷却速度CR2时，能阻止在冷却中发生马氏体变态。以往为了抑制在点接合部53淬火而将摩擦搅拌后的冷却尽量推迟。为了有效抑制淬火，有必要将冷却速度设定在下部临界冷却速度CR2附近，但这种情况下，从Ac3变态点回到室温需要数分钟。又，若为了缓慢冷却而使工具10保持插入钢板材51、52，则在那期间也无法转移到接下来的点接合部53的定位工序S1。

对此，如图6及7所示，根据本实施形态的冷却工序S23中，点接合部53以上部临界冷却速度CR1以上的冷却速度CR被冷却（虽然为了方便而例示了冷却速度CR超过上部临界冷却速度CR1的情况，但冷却速度CR也可以与CR1相等）。为了急冷的实现，在冷却工序S23中，如上所述，采用由冷却装置20进行的强制冷却。

冷却工序S23中，将点接合部53冷却至马氏体变态结束温度Mf以下的第二温度T2。通过迅速将点接合部53冷却至这样的第二温度T2，能在点接合部53积极进行淬火，从而在点接合部53稳定地形成马氏体。

回火工序S24中，以第二转速N2使工具10旋转，第二加压力F2向点接合部53付与（也参照图4D）。回火工序S24中，向点接合部53的加压力（第二加压力F2）小于摩擦搅拌工序S22中的向点接合部53的加压力（第一加压力F1）。由此，将工具10再没入时，能缓和作用于工具10的冲撞。另一方面，回火工序S24中，工具10的转速（第二转速N2）高于摩擦搅拌工序S22中工具10的转速（第一转速N1）。由此，回火工序S24中的点接合部53的加热速度变大，能缩短回火工序S24的所需时间。作为一例，第二加压力F2为第一加压力F1的1/5～1/7左右，第二转速N2为第一转速N1的3～5倍左右。

回火工序S24中，使点接合部53升温至低于Ac1变态点（加热时的奥氏体生成开始温度）的第三温度T3，在之后降温。第三温度T3设定在例如550～650℃的范围内。回火工序S24中，作为回火的一个类型而进行高温回火或调质。降温通过抽出工具10来进行。可以是自然冷却，也可以与冷却工序S23同样地，通过冷却装置20使流体向点接合部53喷射并强制冷却点接合部53。通过进行这样的回火工序S24，谋求点接合部53的硬度降低及强韧化。又，能除去或减轻冷却工序S23中产生的残留应力。此外，即便冷却工序S23后有奥氏体组织残留，也能通过回火来使组织稳定化。

如上所述，在摩擦搅拌工序S22、冷却工序S23及回火工序S24中，要求点接合部53的温度、加热速度或冷却速度满足一定的条件。控制器30也可以是，在监视对点接合部53的温度进行检测的温度传感器的检出值的同时，决定各工序的开始及结束正时、工具10的插入或拉起正时。

调节转速及加压力并重复多次实验，以此能对温度满足上述条件的工序的开始・结束正时进行事先把握。因此控制器30也可以不输入温度信息，而是仅以根据事先把握的正时进行动作或停止的形式，向位移驱动器18及旋转驱动器17发出动作指令。

（工序完成后的点接合部）

图8是点接合工序S2结束后的点接合部53的剖视图（即图3B的下方示出的点接合部53的剖视图）。点接合工序S2完成时，在点接合部53形成销孔53a。销孔53a是销部10b（参照图3A）的插入痕，是圆形状的非贯通孔。在钢板材51的表面（图中为上表面），肩面10c（参照图3A）的外缘部所抵接的部位形成有圆环状的突条53b。

在点接合部53的内部，在该突条53b的内方且钢板材51的表面附近，形成有在回火工序S24中超过第三温度T3地被加热的高加热区域53c。高加热区域53c的外侧形成有回火区域53d。回火区域53d中，如上所述，在回火工序S24中升温至第三温度T3，由此谋求硬度降低及强韧化。回火区域53d与钢板材51、52的原质部界面相接。硬度降低及强韧化后的回火区域53d与界面相接，由此，如后所述，改善接头强度，尤其是剥离强度。

另，示出在回火工序S24中将工具10向点接合部53按压时，高加热区域53c受到局部较大的加压力，成为摩擦热的主产生源的情况。工具10及点接合部53在冷却工序S23中热收缩。尤其是，在点接合部53也发生伴随组织变化的体积变动。图8所示的高加热区域53c被认为是因冷却工序S23中的工具10的收缩量小于点接合部53（销孔53a）的收缩量（包括热收缩和组织变化）而产生的。即，被认为由于在回火工序S24中，从肩面10c向钢板材51付与的加压力相对变大，所以在钢板材51的表面产生较大的摩擦热。能利用这样的工具10的收缩量及点接合部53的收缩量的不同，通过工具10的热膨胀率的选择来改变摩擦发热源的位置。

（作用）

图9-11是示出使用根据本实施形态的摩擦点接合方法而制作的钢板材的接头的特性的图表。将在不进行冷却工序S23及回火工序S24的情况下制作出的接头作为比较例一并示出。

图9示出点接合部53（及其附近部位）的硬度分布。横轴为从销孔53a的内周面开始的横向（与板厚方向正交的方向）的距离（也参照图8），纵轴为维氏硬度。若从销孔53a的内周面离开第一距离D以上，则本实施形态与比较例之间在硬度上没有大的不同。该部分被认为是所谓的原质部（即便进行点接合工序S2也不进行搅拌，又，摩擦热的热输入相对较小且未发生明显的组织变化的部分）。相反，在距销孔53a的内周面第一距离D的圏内，被认为是进行搅拌的部分，或即便实际上未发生搅拌但也受到了因摩擦热而发生组织变化等热影响的部分。在该部位上，在本实施形态中，硬度相比于比较例降低。

图10示出接头强度。图10的左侧示出拉伸剪切试验结果，右侧示出十字拉伸试验结果，纵轴是破断所需的荷重。图11示出十字拉伸试验中的荷重-行程线图。如图10所示，本实施形态相比于比较例，拉伸剪切强度和剥离强度均得到改善，尤其是剥离强度得到较大改善。如图11所示，到破断为止的伸展（点接合部53的延性）也得到较大改善。

本实施形态中，因摩擦热而在点接合部53产生塑性流动后，通过冷却对点接合部53进行淬火，之后，利用工具10对点接合部53进行回火。由此可知，能实现点接合部53的硬度降低及强韧化，能改善接头的强度。

回火工序S24为必需，而由于将压入工序S21及摩擦搅拌工序S22中使用的工具10直接在回火工序S24中使用，所以能使从压入及摩擦搅拌到回火为止的工序S21～S24依序顺利进行。尤其是，本实施形态中，塑性流动后的冷却为强制冷却，将冷却时间尽量变短。因此，能将整个过程的所需时间保持在较短。从而，接头的生产率也良好。点接合工序S2的所需时间T（参照图6）可抑制在数秒左右。

在冷却工序S23中，以钢板材51、52的上部临界冷却速度CR1以上的速度CR冷却点接合部53。因此，能在点接合部53稳定地形成马氏体，能将接头的强度保持为较高。又，由于冷却时间变短，所以接头的生产率改善。

在冷却工序S23中，使点接合部53降温至钢板材51、52的马氏体变态结束温度Mf以下。因此，能在点接合部53稳定地形成马氏体，能将接头的强度保持为较高。

本实施形态中，冷却工序S23包括工具拉起工序S23a和流体供给工序S23b，在工具拉起工序S23a中，使工具10的拉起量X小于销孔深度Y。在该冷却工序S23之后，回火工序S24临近。由于若使工具10的拉起量X小于销孔深度Y，则能抑制工具10与销孔53a之间的错位，所以能在将工具10向点接合部53再按压时防止工具10与钢板材51发生所不希望的冲撞。

回火工序S24中，将工具10的转速（第二转速N2）设定为高于摩擦搅拌工序S22中工具10的转速（第一转速N1）。因此，能提高回火工序S24中的再加热速度，能使回火工序S24的所需时间变短。

图12是示出钢板材的碳含量或拉伸强度、与通过摩擦搅拌点接合制作的接头的剥离强度的关系的图表。图12的虚线表示未采用本实施形态这样的冷却工序及回火工序的情况。这种情况下，当碳含量为0.06%、拉伸强度为590MPa时，剥离强度改善的效果较高。碳含量低于此量时，由于母材的淬火硬度较低，所以剥离强度改善效果较小。碳含量高于此量时，因淬透性的上升，点接合部53易在摩擦搅拌工序后硬化及脆化，招致剥离强度的降低。本实施形态通过回火工序S24的采用而促使点接合部53的强韧化，所以优选应用于碳含量为0.06%以上，或拉伸强度为590MPa以上的钢板材的点接合。于是，如图12中实线所示，能通过点接合部53的硬度降低及强韧化来改善剥离强度，改善以往的碳含量・拉伸强度与接头剥离强度的关联性。

［第二实施形态］

图13示出第二实施形态。第二实施形态与第一实施形态相比，冷却装置70的结构和冷却工序S72的次序有所不同。以下，以该不同为中心说明第二实施形态。

如图13所示，冷却装置70具备流通制冷剂的制冷剂通路71、冷却制冷剂的冷却器72、压送制冷剂的制冷剂压送器73。冷却器72也可以是通过与周边空气的热交换而从制冷剂夺取热量的热交换器（或放热器）。制冷剂通路71为闭路、开路均可。制冷剂优选为液体，但并未特别限定。控制器80控制冷却装置70（尤其是制冷剂压送器73）。

制冷剂通路71包括以通过工具60的内部的形式形成并使制冷剂流通的第一制冷剂通路71a、以及以通过支持台65的内部的形式形成并使制冷剂流通的第二制冷剂通路71b的至少任一方。作为一例，示出包括两方的情况，但该情况也可以是第一制冷剂通路71a和第二制冷剂通路72b相对于冷却器72并联连接。即，也可以是，在冷却器72的下游分岔为向工具60的通路和向支持台65的通路，两条通路在工具60及支持台65各自的下游且冷却器72的上游合流。

本实施形态中，摩擦搅拌点接合方法的整体流程如图2所示，另一方面，其中的冷却工序与图4C及图5所示不同。如图13所示，本实施形态的冷却工序S72中，不抽出工具60，并使工具60的转速减低，或使工具60的旋转停止。制冷剂压送器73工作且制冷剂在制冷剂通路71中循环。由此，在工具60内及支持台65内流动的制冷剂从点接合部53夺取热量，强制冷却点接合部53。从点接合部53夺取热量并升温后的制冷剂被冷却器72冷却，冷却的制冷剂继续向工具60及支持台65供给。

这种情况下，可省略工具60的抽出作业及工具60的再嵌入作业，谋求点接合工序S2的所需时间缩短。

［变形例］

本发明不限于前述实施形态，可对其结构进行变更、追加或删除。例如，冷却工序中的强制冷却不是必须，若能得到所需的冷却速度，则自然冷却亦可。在自然冷却的情况下，需要从钢板材拉起工具，但在这种情况下，也能通过使工具的拉起量小于销孔深度来防止回火工序中的工具破损。又，相互重叠并进行点接合的钢板材的块数也可以在三块以上。

符号说明：

1 摩擦搅拌点接合装置 ；

10、60 工具 ；

17 旋转驱动器 ；

18 位移驱动器 ；

20、70 冷却装置 ；

30、80 控制器 ；

51、52 钢板材 ；

53 点接合部 ；

54 空间 ；

S22 摩擦搅拌工序 ；

S23 冷却工序 ；

S23a 工具拉起工序 ；

S24 回火工序 ；

CR1 上部临界冷却速度 ；

Mf 马氏体变态结束温度 ；

N1 第一转速（摩擦搅拌工序中工具的转速） ；

N2 第二转速（回火工序中工具的转速） ；

X 工具的拉起量 ；

Y 销孔深度。

Claims (8)

1.一种摩擦搅拌点接合方法，其特征在于，

是对多个钢板材进行摩擦搅拌点接合的方法；

具备：在所述钢板材的点接合部使工具旋转并按压，通过摩擦热使所述点接合部进行塑性流动的摩擦搅拌工序；

在所述摩擦搅拌工序之后，冷却所述点接合部，并在所述点接合部产生马氏体变态的冷却工序；以及

在所述冷却工序之后，再次在所述点接合部使所述工具旋转并按压，通过摩擦热对所述点接合部进行回火的回火工序。

2.根据权利要求1所述的摩擦搅拌点接合方法，其特征在于，

所述冷却工序中，以所述钢板材的上部临界冷却速度以上的速度来冷却所述点接合部。

3.根据权利要求1或2所述的摩擦搅拌点接合方法，其特征在于，

在所述冷却工序中，使所述点接合部降温至所述钢板材的马氏体变态结束温度以下。

4.根据权利要求1至3的任一项所述的摩擦搅拌点接合方法，其特征在于，

所述冷却工序包括拉起所述工具从而在所述工具与所述点接合部之间形成空间；

拉起所述工具时，使所述工具的拉起量小于销孔深度。

5.根据权利要求1至4的任一项所述的摩擦搅拌点接合方法，其特征在于，

在所述回火工序中，使所述点接合部升温至550～650℃再降温。

6.根据权利要求5所述的摩擦搅拌点接合方法，其特征在于，

在所述回火工序中，将所述工具的转速设定为比所述摩擦搅拌工序中所述工具的转速高。

7.根据权利要求1至6的任一项所述的摩擦搅拌点接合方法，其特征在于，

所述钢板材的碳含量在0.06%以上，或拉伸强度在590MPa以上。

8.一种摩擦搅拌点接合装置，其特征在于，

是对多个钢板材进行摩擦搅拌点接合的装置；

具备：使所述钢板材的点接合部和工具相互进行相对位移的位移驱动器；

使所述工具旋转的旋转驱动器；以及

控制器；所述控制器以如下形式构成：

执行使所述位移驱动器及所述旋转驱动器动作，在所述点接合部使所述工具旋转并按压，通过摩擦热使所述点接合部进行塑性流动的摩擦搅拌工序；

执行使所述位移驱动器及所述旋转驱动器的至少任一方动作，拉起所述工具且/或减低所述工具的转速，冷却所述点接合部的冷却工序；并且

执行使所述位移驱动器及所述旋转驱动器动作，再次在所述点接合部使所述工具旋转并按压，对所述点接合部进行回火的回火工序。