CN1403237A - 摩擦搅拌接合方法及摩擦搅拌接合用构件 - Google Patents

Abstract

一种在利用具有两个大直径部的旋转工具进行摩擦搅拌接合时，获得良好的摩擦搅拌接合的摩擦搅拌接合方法及摩擦搅拌接合用构件。将中空型材10的面板11b、12b与中空型材20的面板21b、22b对接。在对接部的面板的两个面上具有凸出部15、16、25、26。旋转工具50在大直径部53与大直径部54之间具有小直径部51。将需要接合的部分11b、21b(12b、22b)的凸出部15、16、25、26夹持在两个大直径部53、54之间，进行摩擦搅拌接合。借此，即使对接部的高度位置相对于旋转工具的两个大直径部53、54不相同，也只是大直径部相对于凸出部的深度不同，不会切削面板11b、21b(12b、22b)。因此，不会造成面板变薄，也不会产生图案设计上及功能上的问题。

Description

摩擦搅拌接合方法及摩擦搅拌接合用构件

技术领域

本发明涉及摩擦搅拌接合方法，特别适合于构成铁路车辆的中空型材的接合。

背景技术

摩擦搅拌方法是一种一面使插入到想要接合的构件内的圆棒(称之为旋转工具)一面使之沿接合线移动，使构件发热、软化，并使之进行塑性流动而固相接合的方法。旋转工具由大直径部分及小直径部分构成。将小直径部分插入构件，使大直径部分的端面与构件接触。这些公开在日本特许第2712838号公报(USP5460317)、日本特开平10-216964号公报、日本特开2000-334580号公报(EP1057574A2)、日本特开2001-047262号公报(EP1057575A2)、日本特开2001-150156号公报(EP1103334A2)中。

对于摩擦搅拌接合，为了将旋转工具插入想要接合的构件中，需要比较大的力。该力分别作用在旋转工具、想要接合的构件及支撑该构件的支架上。因此，这些部件需要具有支持前述力的强度。

在摩擦搅拌中空型材的情况下，将连接中空型材的两个面板的连接板的部分作为与另一个中空型材的摩擦搅拌接合的位置。它利用前述连接板支持前述的力，一面防止中空型材变形，一面进行摩擦搅拌接合。不言而喻，支架也必须有支持该力的强度。这公开于前述日本特开2000-334580号公报(EP1057574A2)中。

此外，也有时把想要接合的构件置于旋转工具的两个大直径部分之间进行摩擦搅拌接合。借此，可使支架成本降低。这公开在前述日本特许第2712838号公报(USP5460317)中。

如前所述，如果把想要接合的构件置于旋转工具的两个大的直径部分之间进行摩擦搅拌接合的话，可降低支架的成本。如果用于中空型材的接合，可降低中空型材的成本。

然而，在这种方法中，即使把想要接合的构件载置在支架上，也不能用支架支持想要接合的部分。因此会发生各种问题。

想要接合的构件有时会比规定的位置(旋转工具的大直径部分的位置)靠上或靠下。如果想要接合的构件位于规定位置的上方，则构件的上面部分被上方的大直径部分切割掉。如果想要接合的构件位于比规定位置靠下方的部位，则构件的下面部分被下方的大直径部分切割掉。因此，构件的板厚变薄，造成强度不足。从而，考虑到这种切削的余量必须加厚接合部分的板厚，结果是造成重量的增加。

当切削面位于车身的外面上时，会造成外观上的问题，在涂漆时，为了使其平滑，必须使用大量的油腻子。此外，对于容器，在需要平滑的面时，也会出现同样的问题。

在想要接合的构件的厚度部分加厚时，残留切削凹陷，会产生同样的问题。

发明内容

本发明的第一目的是为了在利用具有两个大直径部分的旋转工具进行摩擦搅拌接合时，可以获得良好的摩擦搅拌接合。

本发明的第二目的是，在摩擦搅拌接合长板的情况下，能够容易地进行摩擦搅拌接合。

本发明的第三目的是，在进行摩擦搅拌的场合，能够正确地引导旋转工具进行良好的摩擦搅拌接合。

上述目的可以通过以下方式来达到，即，将第一板的端部与第二板的端部对接，在进行前述对接时，前述第一板的端部或第二板的端部或者两者，在前述对接的部分的两面上具有凸出部，利用在小直径部的两侧分别具有大直径部的旋转工具，在把前述两面的前述凸出部夹持在该旋转工具的前述两个大直径部分之间的状态下，使该旋转工具一面旋转一面沿前述对接的部分移动。

上述目的可以通过以下方式达到，即，分别使第一中空型材的两个面板与第二中空型材的两个面板对接，在进行前述对接时，前述第一中空型材的各个前述面板的端部、或者前述第二中空型材的各个前述面板的端部、或者两者，在前述对接的部分的两面具有凸出部，相对于前述中空型材的一个面的前述对接的部分或者相对于两面的前述对接的部分，利用在小直径部的两侧分别具有大直径部的旋转工具，在把前述两面的前述凸出部夹持在该旋转工具的前述两个大直径部之间的状态下，使该旋转工具一面旋转一面沿前述对接的部分移动。

上述目的，可以通过如下方式达到，即，将第一中空型材的一个面板与第二中空型材的一个面板对接，在进行前述对接时，前述第一中空型材的前述面板的端部、或前述第二中空型材的前述面板的端部、或者两者，在前述对接的部分的两面上具有凸出部，利用在小直径部的两侧分别具有大直径部分的旋转工具，在把前述两面的前述凸出部夹持在该旋转工具的前述两个大直径部分之间的状态下，使该旋转工具一面旋转一面沿前述对接的部分移动，然后，在前述第一中空型材的另一个面板与前述第二中空型材的另一个面板上分别重叠连接材料的同时进行对接，在进行前述对接时，前述第一中空型材的前述另一个面板的端部、或者前述连接材料的端部或者两者，在前述对接的部分的两面具有凸出部，另外，在进行前述对接时，前述第二中空型材的前述另一个面板的端部或前述连接材料的端部或者两者，在前述对接部分的两面上具有凸出部，相对于前述第一中空型材与前述连接材料的前述对接的部分，或者，相对于前述第一中空型材与前述连接材料的前述对接部分以及前述第二中空型材与前述连接材料的前述对接部分，利用在小直径部的两侧分别具有大直径部的旋转工具，在把前述两面的前述凸出部夹持在该旋转工具的前述两个大直径部分之间的状态下，使该旋转工具一面旋转一面沿前述对接的部分移动。

上述第二目的通过以下方式达到，即，将第一中空型材的一个面板与第二中空型材的一个面板对接，从前述对接部分的另一个面板侧进行摩擦搅拌接合，然后，将比前述第一中空型材及前述第二中空型材短的多个连接材料、沿前述第一中空型材及前述第二中空型材重叠到前述第一中空型材的另一个面板及前述第二中空型材的另一个面板上，然后，在将前述第一中空型材和前述连接材料接合起来的同时，将前述第二中空型材与前述连接材料进行摩擦搅拌接合。

上述第三目的通过具有如下特征的摩擦搅拌方法来达到，即，将第一板的端部与第二板的端部对接，在进行前述对接时，前述第一板的端部或第二板的端部或者两者，在前述对接部分的一个面上具有凸出部，在该凸出部上具有第二凸出部，一面检测前述第二凸出部一面引导插入到前述对接部分中的旋转工具。

附图说明

图1.是本发明的一个实施例的一对中空型材的纵向剖面图。

图2.是图1中的一对中空型材的接头的部分放大纵剖面图。

图3.是图1的中空型材接合时的主要部分的纵剖面图。

图4.是图1的中空型材接合后的主要部分的纵剖面图。

图5.是图1的旋转工具的分解纵剖面图。

图6.是铁路车辆的车身的透视图。

图7.是本发明的另外的实施例的主要部分的纵剖面图。

图8.是本发明的另外的实施例的主要部分的纵剖面图。

图9.是本发明的另外一个实施例的一对中空型材的纵剖面图。

图10.是图9的主要部分的纵剖面图。

图11.是本发明的另外一个实施例的主要部分的纵剖面图。

图12.是本发明的另外一个实施例的主要部分的纵剖面图。

具体实施方式

用图1～图6说明本发明的一个实施例。图3是沿着旋转工具的轴心的剖视图。图4是沿中空型材的厚度方向的剖视图。在图4是示意地表示用接合部的形状和阴影线表示的摩擦搅拌区域的图示。

铁路车辆的车身500由构成侧面的侧车体501构成车顶的顶部车身502，构成车辆底板的支架503以及构成长度方向的端部的端部车身504组成。侧车身501，顶部车身502，支架503分别将多个挤压型材10、20接合起来构成。使挤压型材10、20的长度方向(挤压方向)指向车身500的长度方向。挤压型材10、20为铝合金制的中空型材。

下面对构成侧车体501是中空型材10、20的结构进行说明。其它部位的中空型材与此相同。

中空型材10(20)由实质上平行的两个面板11(21)、12(22)以及连接该两个面板的多个连接板13(23)构成。连接板13(23)相对面11(21)、12(22)倾斜。即，由面板11(21)、12(22)、连接板13(23)构成桁架。此外，包括面板11(21)相对于面板12(22)倾斜的场合被称为“实质上平行”。

中空型材10(20)的宽度方向的端部由比连接板13(23)与面板11、12(21、22)的连接部更加突出的面板11b、12b(21b、22b)形成。面板11b、12b(21b、22b)的外面与面板11、12(21、22)的外面位于同一平面上。面板11b、21b的板厚比面板11、21的板厚更厚。

在面板11b、12b(21b、22b)的端部的两面(厚度方向的两面)上有凸出部15、16(25、26)。而且，在面部11b、12b的端面上有凹部18。而在另一个中空型材20的面板21b、22b的端面上，具有可插入到前述凹部18内的凸出部28。为了易于将凸出部28插入到凹部18内，凹部18及凸出部28为梯形形状。凹部18和凸出部28实质上是相似形。在插入时，凹部18的底面与凸出部28的前端之间具有一定的间隙。两个凹部18、18的深度等的大小相同。凸出部28、28的突出量大小是相同的。

凹部18及凸出部28的上部及下部的一部分可以设在凸出部15、16、25、26的厚度的范围内。因此，即使面板11b、12b、21b、22b的板厚较薄也可以设置足够大的凹部18、凸出部28。

所谓凹部18的底面是指凹部深度方向的底面，它是与凸出部28的顶部(前端)相对的面。凹部18、凸出部28除了是梯形外也可以是圆弧形。

在凹部18与凸出部28相互配合的状态下，将该部分摩擦搅拌接合。中空型材10的面板11b、12b(21b、22b)的各个端面17(27)位于和面板11b、12b的面正交的线上(沿中空型材的厚度方向的线上)。两个端面17(27)实质上位于一条线上。凹部18的底面及凸出部28的前端实质上与面板11b、12b正交。

从中空型材10的端部的连接板13到另一个中空型材的连接板23的面板11b、21b的长度，比构成另一部分桁架的面板11、21的长度长。因此，面板11b、21b的板厚稍厚。

由于面板12b、22b的长度短，所以从型材10、20的制作方面考虑，也可以使面板12b、22b的上面侧的整个范围处于凸出部16、26的高度的位置处。

连接面板12b、22b的凸出部16、25的顶部与面板12b、22b的内面的线，连接面板11b、21b的凸出部15、25、16、26的顶部与面板11b、21b的线为圆弧状。该圆弧最好尽可能的大。但是，连接面板12b、22b的凸出部15、25的顶部与面板12b、22b的外面的线与面板12b、22b正交。圆弧的圆弧面不向外侧突出。

其它部位处的凸出部在摩擦搅拌接合后不进行切削。当把这种中空型材用作像车身这种强度要求高的构件时，如果连接凸出部的顶部与面板的线为正交线，会局部地将负载加在凸出部的根部，使强度下降。因此用圆弧状的线进行连接。也可以用斜面代替圆弧。

此外，如后面所述，由于面板外面侧的凸出部15、25是光学传感器的检测对象，所以为了能够进行检测，最好使凸出部的顶部与圆弧的连接部为直线状。

旋转工具50在小直径部51的轴向的两侧具有大直径部53、54。在把想要接合的部分夹持在两个大直径部53、54之间的状态下，使旋转工具50旋转，并沿中空型材的长度方向(接合线)移动，进行摩擦搅拌接合。在小直径部51的外面具有螺钉。在旋转工具50的上端具有进行旋转和移动的驱动装置。

旋转工具50的构件，由具有大直径部53及小直径部51等的构件以及前端的大直径部54用的构件构成。具有大直径部53的构件，从上端侧起，具有外径为圆形的大直径部53、圆形的小直径部51、以及设置大直径部54的构件54b用的小直径的轴部51c。在轴部51c上具有固定构件54b用的销孔57。

相当于大直径部54的构件，其外径为圆形，具有配合到轴51c上的孔54c及销孔58。大直径部53、54靠近小直径部51侧的端面，如图5所示，具有倾斜的凹入部分。该凹入部用于将被搅拌的金属压入内侧，防止向外部流出。

这样，在制作成部件之后，将相当于大直径部54的构件配合到轴51c上，将定位销59配合到销孔57、58上，将大直径部54固定。

小直径部5 1的长度(从大直径部53的端面到大直径部54的端面的距离)L大于面板11b、21b(12b、22b)的板厚(除凸出部15、16、25、26之外)t。但是，L比包含凸出部15、16、25、26在内的面板11b、21b(12b、22b)的板厚小。由于上面的面板11b、21b的板厚与下面的面板12b、22b的板厚不同，所以在上面用的旋转工具50与下面用的旋转工具50中小直径部51的长度L各异。大直径部53、54各自的直径D小于将凸出部15、25、凸出部16、26加起来的宽度W。

下面说明两个中空型材的接合步骤。将两个中空型材10、20载置于支架100上，将另一个中空型材20的面板21b、22b对接到中空型材10的面板11b、12b上。借此，将面板21b、22b的凸出部28嵌入面板11b、12b的凹部18内。在这种状态下将中空型材10、20固定在支架100上。将下面的面板12b、22b的凸出部15、25嵌入到支架100的凹部101内。同时，将上面的面板11b、21b的凸出部15、25进行间断式地电弧焊接。这是用于暂时固定用的焊接。

在这种状态下，首先将中空型材10、20的上面的面板11b、21b进行摩擦搅拌接合。从长度方向的端面使旋转工具50一面旋转一面将其移动到中空型材10、20一侧，使想要接合的部分(面板11b、21b的对接部)进入两个大直径部53、54之间(小直径部51)。通过旋转工具50的移动，使想要接合的部分相互接合。

在进行摩擦搅拌接合时，使旋转工具50的轴心位于凹部18的深度的中心。这样，即使在凹部18的深度大时以及对接部的间隙大时，凹部18、凸出部28以及对接部也能够充分地摩擦搅拌接合。

用设在旋转工具50的移动方向的前方的光学传感器检测出凸出部15、25，对旋转工具50进行引导。即，光学传感器检测出由凸出部15、25构成的宽度W，使旋转工具50的中心与凹部18的深度的中心相一致。当检测出宽度时，就检测出由凸出部15、25构成的一个凸出部的宽度方向的两端的位置。同时，光学传感器检测出凸出部的上面或者凸出部附近的面板的上面，求出接合部的高度位置，确定旋转工具50的垂直方向的位置。借此，使旋转工具50的大直径部53、54夹持面板的两面的凸出部。

如众所周知的那样，在摩擦搅拌接合时，在旋转工具50的移动方向上，旋转工具50的轴心向后方倾斜。旋转工具50的轴心，其下部的大直径54侧比上部的大直径部53侧位于更靠近移动方向的前方的位置处。

在摩擦搅拌接合时，上部的大直径部53的后端位于凸出部15、25内。所谓大直径部53的后端位于凸出部15、25内的位置处指的是，大直径部53的后端位于除凸出部15、25之外的面板11b、21b的外面(上面)与凸出部15、25的顶部之间的位置处。

另一方面，下部的大直径部54的前端位于凸出部16、26内。所谓大直径部54的前端位于凸出部16、26内指的是大直径部54的前端位于除凸出部16、26之外的面板11b、21b的外面(上面)与凸出部15、25的顶部之间的位置处。

因此，在图4所示的接合部的上下面上，产生比凸出部15、25、16、26的顶部下凹的接合部的面。上部接合部的面，以大直径部53的后端的位置作为基准。下部接合部的面以大直径部的前端的位置作为基准。但是，在大直径部54的后端，金属稍稍隆起。图4是示意地表示接合后的断面的图示。

通过上述方式，接合部的面比面板11b、21b的上下面更靠近外侧，面板11b、21b的厚度不会变薄。即，在旋转工具50的移动方向上，即使面板11b、21b、12b、22b沿上下方面稍有弯曲，只是大直径部53、54相对于凸出部15、16、25、26的深度有所不同，不必分别对面板11b、21b、12b、22b本身进行切削。从而，不会减薄板厚。同时，不必严格控制旋转工具50相对于面板的位置，可以容易地进行摩擦搅拌接合。此外，在外观设计上及功能上也不会引起什么问题。

当面板11b、21b侧的接合完毕时，将中空型材10、20的上下进行反转，使面板11、21处于下方，并将其固定在支架100上，进行面板12b、22b的对接部的暂时焊接固定。然后，和前面所述的一样，进行面板12b、22b的对接部的摩擦搅拌接合。

然后，对成为车身外侧的面板(例如12b、22b)的凸出部15、25进行切削，使接合部与面板12b、22b处于同一平面。由于接合部的外面位于面板12b、22b与凸出部15、25的顶部之间，所以，通过切削可使之与面板12b、22b处于同一平面上。这种切削，例如可以通过手动操作移动砂轮来进行。由于凸出部15、25的顶部与面板12b、22b以正交的线相互连接，所以，与用圆弧形的方式连接凸出部15、25与面板12b、22b的情况相比，可减少切削量。

由于车身的内面侧用装饰板覆盖，所以内面侧的面板11b、21b的凸出部15、25没有必要为了外观而进行切削。

在摩擦搅拌接合中，应该接合的部分的间隙(例如，凹部18与凸出部28之间的间隙、端面17与端面27之间的间隙)，以凸出部15、25、16、26的金属作为原始材料，将间隙覆盖。余下的金属从大直径部53、54的周围飞散。由于车身500的长度约为20m，所以前述间隙容易产生。

车身500其长度大约20m，面板11b、12b、21b、22b大多沿中空型材10、20的厚度方向有一定的变形。但是，由于两个面板11b、21b(12b、22b)借助凹部18与凸出部28相互镶嵌配合，所以不会造成应该接合的部分的面板11b(12b)的端部的高度位置与面板21b(22b)的端部的高度位置不同的高低错位。一旦产生这种高低错位，就容易在接合部内生成空隙。因此，借助这种镶嵌配合可以形成缺陷少的摩擦搅拌接合。

在间隙摩擦搅拌接合时，由于两个面板被夹持在大直径部53、54之间，在接合面板11b、21b一侧时，不会产生把旋转工具50插入到面板12、22一侧的力。因此，即使在接合部没有支撑板，也可以进行不会使中空型材变形的接合。

如果在大直径部53的下端的外周设置切削用刀刃，可以在进行搅拌接合的同时，对前述刀刃上方的凸出部15、25以及接合部进行切削。至少可以将由摩擦搅拌接合产生的毛刺切削掉。令由于旋转工具50的旋转引起的前述刀刃的旋转直径大于两个凸出部15、25的宽度W。切削之后，凸出部15、26仍然残留下来。这样，上部接合部的面与凸出部15、25实质上处于同一个平面上。但是，由于在旋转工具上设置刀刃，所以如图4中所示的接合面为圆弧状，切削面为圆弧状。借此，可使接合后的中空型材轻量化。这公开在前述日本特开2001-047262号公报(EP1057575A2)中。此外，如果相对于面板12b、22b的凸出部15、25切削的话，可以使此后切削成直到面板12b、22b处于同一个平面上的作业更加容易。

也可以在大直径部54上设置切削刀刃。刀刃的位置处于大直径部54的上端的下方。由于大直径部54相对于凸出部16、26的倾斜方向与大直径部53相对于凸出部15、25的倾斜方向相反，所以位于垂直方向的刀刃的位置在接合前处于不切削凸出部16、26的位置处。为了切削由于摩擦搅拌接合产生的毛刺，切削凸出部16、26的顶部的下方。由于旋转工具50是倾斜的，可以把大直径部54称作在旋转工具的移动方向上的前方侧的大直径部。由于这种切削产生的的切屑和由于摩擦搅拌接合产生的切屑借助从中空部的一端喷出的空气排出。

在上述实施例中，在中空型材10的面板11b、12b上分别设置凹部18，在另一个中空型材20的面板21b、22b上设置凸出部28。但也可以在面板11b、22b上设置凹部18，在面板12b、21b上设置凸出部28。

下面说明图7的实施例。在用前述光学传感器35检测的凸出部15、25的上面(顶面)上设置第二凸出部31、32。第二凸出部31、32的高度约1mm。两个凸出部31、32合起来的宽度W2约为15mm。光学传感器35检测出第二凸出部31、32，引导旋转工具50。通过摩擦搅拌接合将第二凸出部31、32除掉。

为了高精度地检测出凸出部的宽度及高度的位置，必须使从光学传感器35到凸出部31、32的距离H2在该传感器的规定值以下(实质上在焦点距离以下)。由于设置第二凸出部31、32，可以缩小其宽度W2，使距离H2处于规定的范围内，可以进行高精度的检测。因此，可以加大凸出部15、25的宽度W。其原因是，在凹部18的深度大时、以及希望接合部的宽度大时、以及在具有两个大直径部53、54的旋转工具50等情况下，希望加大凸出部15、25的宽度W。由于当宽度W大时，必须加大从传感器到凸出部的距离H2，所以不能使该距离H2处于规定值以下，不能进行高精度的位置检测。但是，当具有第二凸出部31、32时，就可以进行高精度的检测。此外，也可以只在一个凸出部(15或25)上设置第二凸出部。

下面说明图8的实施例。在面板11b、12b的端部没有凸出部，实质上是板状的。在中空型材20的面板21b、22b的端部的两个面上具有凸出部25b、26b。凸出部25b、26b向面板21b、22b的厚度方向突出，沿面板21b、22b进一步从面板的端面突出。这种突出的部分称之为突出片25c、26c。在两个突出片25c、26c之间构成面板11b(12b)的插入凹部。凹部的宽度及面板11b、12b的前端的形状分别为，容易把面板11b、12b插入到凹部的宽度及梯形的形状。该凹部的深度也比图2所示的情况深。

包括突出片25c、26c的凸出部25b、26b的宽度与前述宽度W相同。旋转工具50的中心位于凹部的底面上。实质上，把凹部的底面设置在包含突出片25c、26c在内的凸出部25b、26b的宽度的中心处。凹部的底面及面板11b、12b的端面实质上与面板正交。凸出部25b、26b的高度与凸出部15、16、25、26相同。

虽然也可以没有突出片25c、26c，但通过设置这些突出片可以获得良好的接合。

也可以在面板11b、22b上设置凹部，在面板21b、12b上设置凸出部。

下面说明图9和图10的实施例。这是将中空型材从一方的两侧将中空型材的两个面接合起来的实施例。将面板12b的端部与面板22b的端部对接，镶嵌配合。面板12b、22b的端部结构与图2相同。面板12b(22b)比上面的面板11b(21b)更向端部侧突出。面板11b与面板2 1b通过连接材料40相结合。连接材料40在板41的两端上设置凸出部。

面板11b的端部的上面没有凸出部。在下面设有凸出部16b。在连接材料40的一端的上面具有凸出部42。凸出部42向上方突出，沿板41比板41的端面更向面板11b侧突出。凸出部42的突出片42c搭载(重叠)到面板11b上。在连接材料40的一端的下面具有凸出部43。面板11b与凸出部16b的端面对接到板41与凸出部43的端面上。

将旋转工具50的中心置于包含突出片42c的凸出部42的宽度的中心上。因此，可以说将旋转工具50的中心置于面板11b、凸出部16b、板41、凸出部43的端面(对接部的面)上。包含突出片42c的凸出部42的宽度大于大直径部53的直径。面板11b、凸出部16b、板41、凸出部43的端面实质上与面板11b、板41正交。凸出部16b、42、43的高度与凸出部15、16、25、26的高度相同。

在连接材料40的另一端的上下面上具有凸出部45、46。在凸出部45、46的端部上具有沿着板41突出的突出片45c、46c。突出片45c的长度与凸出部45的宽度相同。突出片46c的长度短。突出片45c与46c之间形成凹部。板41的端面位于包含突出片45c的凸出部45的宽度的中心。在面板21b的下面上具有与突出片46c的端部对接的凸出部26d。将凸出部26d与突出片46c合起来的宽度等于凸出部46的宽度。

在这种结构中，令面板12b、22b位于下方，将中空型材10、20固定在支架100上，将对接的面板12b与面板22b暂时固定焊接。然后，用旋转工具50从上方的面板11b、21b侧(上方)摩擦搅拌接合。支架100的凹部101的大小由大直径部54的大小来决定。

然后，将连接材料40组装到面板11b、21b上。即，沿其宽度方向移动连接材料40，将面板21b的端部插入到突出片45c与46c之间。然后，使连接材料40的另一端下降，把突出片16c搭载在面板11b上。连接材料40的两端支撑在面板11b、21b上，不会下落。由于下方的突出片46c的长度短，所以易于把面板2 1b插入。然后将连接材料40的两端暂时固定焊接到面板11b、21b上。

在连接材料40上没有肋等，在连接材料40的长度方向上容易产生沿厚度方向的弯曲。因此，这种组装作业变得困难。因此使连接材料40的长度比中空型材10、20的长度(一般地该长度为车身的长度，所以约为20m)短得多。例如令连接材料40的长度为数米。因此，多个连接材料40沿着一组中空型材的接合线设置。沿着接合线的连接材料40与连接材料40之间用电弧焊暂时焊接起来。焊接的位置为一个连接材料40的凸出部42、42c、45、45c与另一个连接材料40的凸出部42、42c、45、45c的对接部。板41与板41的对接部没有必要焊接。即，只在旋转工具50的大直径部53通过的范围进行焊接就可以了。以对接部没有间隙的方式进行焊接。即，使得在对接部处凸出部42、42c(45、45c)是连续的。这样可减少对接部的接合缺陷。

然后将连接材料40与面板11b、21b的对接部摩擦搅拌接合。即可以将连接材料40的两端同时接合，也可以先把一端接合后再连接另一端。

在接合一端之后接合另一端的场合，最初将面板11b与连接材料40的对接部接合，然后将面板21b与连接材料40的对接部接合。这样，即使由于最初摩擦搅拌接合时的热量，连接材料40变形，未接合部侧(凸出部25b、26b侧)隆起，但由于这部分是镶嵌配合的，所以不会隆起。因此，可以将这部分很好的接合。

然后，将面板12b、22b的外面侧进行平滑的切削，将该面用作车身的外面。

下面说明图11的实施例。它表示面板11b与连接材料40之间的接头。该实施例相对于图8的实施例而言是上下相反的。

下面说明图12的实施例。它表示面板11b与连接材料40之间的接头。在面板11b的端部的上面上没有凸出部。在下面上具有凸出部16b。在凸出部16b向下方突出，沿面板11b比面板11b的端面更向连接材料40侧突出。连接材料40的一端的下面重叠在凸出部16b的突出片16c上。在连接材料40的一端的上面上具有和前述实施例相同的凸出部42。凸出部42的突出片42c重叠在面板11b上。但是，即使上下的突出片42c、16c重叠在另外的构件上，与另外的构件接触的实质上也只是一个突出片。

即，本实施例在接头的各个构件上设置与另外的构件重叠的凸出部。

在图10、图11、图12的各实施例中，作为面板21b与连接材料40的接头，可以适当地采用图2、图7的接头。此外，面板12b与面板22b的接头可以采用图8的接头。此外，作为图1的接头可以适当采用图10、图11、图12的面板11b与连接材料40的接头，此外可以采用图10的面板21b和连接材料40的接头。此外，中空型材10、20的端部的连接材料13、23可以与面板11b、12b、21b、22b正交。

上述各实施例的接头可以作为板等各种构件的接合部的接头使用。

本发明的技术范围并不局限于权利要求书中各项权利要求中所使用的描述语句及解决问题的方法项目中所使用的描述语句，同时也包括从事本领域的工作人员很容易地进行替换的范围。

根据本发明，在利用具有两个大直径部的旋转工具进行搅拌接合的情况下，可以获得良好的摩擦搅拌接合。

此外，根据本发明，在对长板进行摩擦搅拌接合的情况下，可以容易地进行摩擦搅拌接合。

同时，根据本发明，在进行摩擦搅拌时可以对旋转工具进行正确引导，获得良好的摩擦搅拌接合。

Claims (48)

1.一种摩擦搅拌接合方法，其特征为，

将第一板的端部与第二板的端部对接，

在进行前述对接时，前述第一板的端部或第二板的端部或者两者，在前述对接的部分的两面具有凸出部，

利用在小直径部的两侧分别具有大直径部的旋转工具，在把前述两面的前述凸出部夹持在该旋转工具的前述两个大直径部之间的状态下，使该旋转工具一面旋转一面沿前述对接的部分移动。

2.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征为，

前述第一板及前述第二板的各自的前述端部在两面具有凸出部，

将这种第一板与第二板进行前述的对接。

3.如权利要求2所述的摩擦搅拌接合方法，其特征为，

在前述第一板的前述对接的部分的端面上具有第二凸出部，在前述第二板的端面上，具有接纳前述第二凸出部的凹部，

在把前述第二凸出部插入到前述凹部的状态下，对前述插入部分进行摩擦搅拌接合。

4.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征为，

前述第一板的前述端部，其两面突出，且分别具有沿着第一板指向第二板的凸出部，前述两面的凸出部之间构成凹部，

前述第二板的前述端部插入到前述凹部中，

在这种状态下，进行摩擦搅拌接合。

5.如在权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征为，

在进行前述对接时，在对接部，至少在第一面板的端部两面上具有凸出部，所述两个凸出部之间构成凹部，

将前述第二板的端部插入前述凹部内，

对所述的插入部分进行摩擦搅拌接合。

6.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征为，

通过前述对接形成中空状，

在前述摩擦搅拌接合后，从前述中空的一端向另一端喷射空气。

7.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征为，

利用在前述各个大直径部的外周上设置刀刃的旋转工具进行摩擦搅拌接合时，切削因摩擦搅拌接合产生的毛刺。

8.一种摩擦搅拌接合方法，其特征为，

分别将第一中空型材的两个面板与第二中空型材的两个面板对接，

在进行前述对接时，前述第一中空型材的各个前述面板的端部、或者在前述第二中空型材的各个前述面板的端部、或者两者，在前述对接的部分的两面上具有凸出部，

相对于前述中空型材的一个面的前述对接的部分，或者相对于两面的前述对接的部分，

利用在小直径部的两侧分别具有大直径部的旋转工具，在把前述两面的前述凸出部夹持在该旋转工具的前述两个大直径部之间的状态下，使该旋转工具一面旋转一面沿着对接的部分移动。

9.如权利要求8所述的摩擦搅拌接合方法，其特征为，

在进行前述对接时，在各个对接部，至少一个面板的端部的两面具有凸出部，所述两个凸出部之间构成凹部，

另一个前述面板的端部被插入到前述凹部中，

将该插入部分摩擦搅拌接合。

10.一种摩擦搅拌接合方法，其特征为，

将第一中空型材的一个面板与第二中空型材的一个面板对接，

在进行前述对接时，前述第一中空型材的前述面板的端部或者前述第二中空型材的前述面板的端部或者两者，在前述对接的部分的两面上具有凸出部，

利用在小直径部的两侧分别具有大直径部的旋转工具，在把前述两面的前述凸出部夹持在该旋转工具的前述两个大直径部之间的状态下，使该旋转工具一面旋转一面沿前述对接的部分移动，

然后，将连接材料分别重叠到前述第一中空型材的另一个面板与前述第二中空型材的另一个面板上的同时，将它们对接，

在进行前述对接时，前述第一中空型材的前述另一个面板的端部或前述连接材料的端部或者两者，在前述对接的部分的两面上具有凸出部，

此外，在进行前述对接时，前述第二中空型材的前述另一个面板的端部或前述连接材料的端部或者两者，在前述对接的部分的两面具有凸出部，

相对于前述第一中空型材与前述连接材料的前述对接的部分，或者，相对于前述第一中空型材与前述连接材料的前述对接的部分以及前述第二中空型材与前述连接材料的前述对接的部分，

利用在小直径部的两侧分别具有大直径部的旋转工具，在把前述两面的前述凸出部夹持在该旋转工具的两个大直径部之间的状态下，使该旋转工具一面旋转一面沿前述对接的部分移动。

11.如权利要求10所述的摩擦搅拌接合方法，其特征为，

在进行前述一个面板彼此之间的对接时，在对接部，至少一个面板的端部的两面具有凸出部，该两个凸出部之间构成凹部，

把另一个前述面板的端部插入前述凹部内，

摩擦搅拌接合该插入部分。

12.如权利要求10所述的摩擦搅拌接合方法，其特征为，

在分别将前述连接材料与第一中空型材对接、以及将前述连接材料与前述第二中空型材对接时，至少在一个对接部的、前述连接材料的端部与前述另一个面板的端部的至少一个的两面上具有凸出部，该两个凸出部之间构成凹部，

将前述连接材料的端部与前述另外的面板的端部的另外的构件插入前述凹部中，

摩擦搅拌接合该插入部分。

13.如权利要求10所述的摩擦搅拌接合方法，其特征为，

在前述连接材料分别与前述第一中空型材及前述第二中空型材对接时，在一个对接部，前述连接材料的端部与前述另一个面板的端部的至少一个的两面上具有凸出部，该两个凸出部之间构成凹部，

前述连接材料的端部与前述另一个面板的端部的另一个构件插入前述凹部内，而另一个对接部不插入，

用前述摩擦搅拌接合所述另一个对接部，

然后，摩擦搅拌接合前述插入部分。

14.一种摩擦搅拌接合方法，其特征为，

将第一中空型材的一个面板与第二中空型材的一个面板对接，

从另一个面板侧摩擦搅拌接合前述对接的部分，

然后，将比前述第一中空型材及前述第二中空型材短的多个连接材料，沿着前述第一中空型材和前述第二中空型材重叠到前述第一中空型材的另一个面板、及前述第二中空型材的另一个面板上，

然后，在将前述第一中空型材与前述连接材料接合的同时，将前述第二中空型材与前述连接材料摩擦搅拌接合。

15.如权利要求14中所述的摩擦搅拌接合方法，其特征为，

将前述连接材料重叠在前述第一中空型材和前述第二中空型材上，在前述连接材料彼此之间对前述重叠部分的近旁进行焊接，

然后，将前述重叠的部分摩擦搅拌接合。

16.一种摩擦搅拌接合方法，其特征为，

将第一板的端部与第二板的端部对接，

在进行前述对接时，前述第一板的端部或者第二板的端部或者两者，在前述对接的部分的一个面上具有凸出部，在该凸出部上具有第二凸出部，

一面检测前述第二凸出部，一面引导插入到前述对接的部分中的旋转工具。

17.一种结构体，其特征为，

将两个板的对接部进行摩擦搅拌接合，

在前述摩擦搅拌接合的部分，在前述板的两面上具有凸出部，

连接前述板的一个面与所述一个前述凸出部的顶部的线相对于前述板厚度的方向实质上是正交的，

连接前述板的另一个面与该另一个前述凸出部的顶部的线是圆弧状的或者是倾斜的线。

18.一种结构体，其特征为，

第一中空型材的两个面板与第二中空型材的两个面板的各个对接部被摩擦搅拌接合，

在各个前述摩擦搅拌接合的部分，前述面板的两面具有凸出部。

19.一种结构件，其特征为，

第一中空型材的两个面板与第二中空型材的两个面板的各个对接部分被摩擦搅拌接合，

在利用前述摩擦搅拌接合一个前述面板的部分，前述中空型材的外面侧的前述接合的面与前述面板实质上是同一个面，

在前述一个面板的前述摩擦搅拌接合的部分，在前述中空型材的内面侧的面上具有凸出部，

在另一个前述面板的前述摩擦搅拌接合的部分上，在该面板的两面上具有凸出部。

20.如权利要求19所述的结构体，其特征为，

连接各个前述凸出部的顶部与各个前述面板的线是圆弧状的或者是倾斜的线。

21.一种结构体，其特征为，

第一中空型材的第一面板与第二中空型材的第一面板的对接部是被摩擦搅拌接合的，

前述第一中空型材的第二面板与前述第二中空型材的第二面板通过连接材料被摩擦搅拌接合，

这种摩擦搅拌接合相对于前述第二面板与前述连接材料的对接部进行，

在各个前述摩擦搅拌接合的部分，在前述面板的两面上具有凸出部。

22.一种结构体，其特征为，

第一中空型材的第一面板与第二中空型材的第一面板的对接部是被摩擦搅拌接合的，

前述第一中空型材的第二面板与前述第二中空型材的第二面板通过连接材料被摩擦搅拌接合，

这种摩擦搅拌接合是对前述第二面板与前述连接材料的对接部进行的，

在前述摩擦搅拌接合前述第一面板的部分，前述中空型材的外面侧的前述接合面与前述第一面板实质上是同一个面，

在前述摩擦搅拌接合前述第一面板的部分，在前述中空型材的内面侧的面上具有凸出部，

在前述第二面板的前述摩擦搅拌接合的部分，前述第一面板的两面具有凸出部。

23.如权利要求22所述的结构体，其特征为，

连接各个前述凸出部的顶部与各个前述面板的线是圆弧状或者是倾斜的线。

24.一种摩擦搅拌接合用构件，其特征为，

在板的端部的两面上，具有分别向该板的厚度方向突出的同时、还沿着该板的面比前述端部更加突出的凸出部，

在前述两面的凸出部之间的前述板的端面上，具有凹部，

实质上在至少一个凸出部的宽度中心的附近，具有前述凹部的底面，

前述端部是摩擦搅拌接合的部分。

25.如权利要求24所述的摩擦搅拌接合构件，其特征为，

前述凹部的底面实质上位于两面的凸出部的宽度的中心附近。

26.如权利要求24所述的摩擦搅拌接合用构件，其特征为，

一个凸出部沿前述板的面突出的长度比另一个凸出部沿前述板的面突出的长度长。

27.一种摩擦搅拌接合构件，其特征为，

在板的一端的一个面上具有向该板的厚度方向突出的第一凸出部，

在前述板的前述一端的另一个面上具有向该板的厚度方向突出、且沿所述另一个面比前述端部更加突出的第二凸出部，

前述一端是摩擦搅拌接合的部分。

28.如权利要求27所述的摩擦搅拌接合用构件，其特征为，

前述板的前述一端的端面实质上与该板的厚度方向正交。

29.如权利要求27所述的摩擦搅拌接合用构件中，其特征为，

从前述一端的端面到另一端侧的前述第一凸出部的端部的距离，与从前述一端的端面到另一端侧的前述第二凸出部的端部的距离实质上相同，

前述板的前述一端的端面实质上位于前述第二凸出部的宽度的中心。

30.一种摩擦搅拌接合用构件，其特征为，

在板的一端的两个面上具有分别向该板的厚度方向突出的第一凸出部，

在前述板的另一端的一个面上具有向该板的厚度方向突出、且沿着该面进一步比板的另一端更加突出的第二凸出部，

前述板的前述一端及另一端是摩擦搅拌接合的部分。

31.如权利要求30所述的摩擦搅拌接合用构件，其特征为，

在前述板的一端的端面上具有在前述两个面的第一凸出部的顶部之间的凹部，

前述凹部的底面实质上位于前述第一凸出部的宽度的中心。

32.如权利要求30所述的摩擦搅拌接合用构件，其特征为，

前述板的前述另一端的端面实质上位于前述第二凸出部的宽度的中心。

33.一种摩擦搅拌接合用构件，其特征为，

在板的一端的两个面上具有分别向厚度方向突出的第一凸出部，

在前述板的另一端的一个面上具有向该板的厚度方向突出的第二凸出部，

前述板的前述一端及另一端为摩擦搅拌接合部分。

34.一种摩擦搅拌接合用构件，其特征为，

在板的端部的两个面上具有分别向该板的厚度方向突出的凸出部，

连接前述板的一个面一侧的凸出部的顶部与该面的线实质上与前述板正交，

连接前述板的另一个面一侧的凸出部的顶部与该另一个面的线是圆弧状或者是倾斜的线，

前述端部是摩擦搅拌接合的部分。

35.一种中空型材，其特征为，它具有：

实质上平行的两个面板、

连接两者的连接板、

至少一个前述面板在该面板的端部的两个面上、向该面板的厚度方向分别突出的同时、沿该面板的面从前述端部突出的凸出部，

在前述两个面的凸出部之间的前述板的端面上具有凹部，

实质上在至少一个凸出部的宽度的中心附近，具有前述凹部的底面，

前述端部是摩擦搅拌接合的部分。

36.如权利要求35所述的摩擦搅拌接合用构件，其特征为，

前述凹部的底面实质上位于两个面的凸出部的宽度中心附近。

37.如权利要求35所述的摩擦搅拌接合用构件，其特征为，

前述一个凸出部沿前述板的面突出的长度比前述另一个凸出部沿前述板的面突出的长度长。

38.一种中空型材，其特征为，它具有：

实质上平行的两个面板、

连接两者的连接板、

至少一个前述面板在该面板的一端的一个面上、向该板的厚度方向突出的第一凸出部，

在前述面板的前述一端的另一个面上具有向该板的厚度方向突出的、且沿该另一个面比前述一端更加突出的第二凸出部，

前述的一端为摩擦搅拌接合的部分。

39.如权利要求38所述的中空型材，其特征为，前述第一凸出部位于中空型材的外面侧。

40.如权利要求38所述的中空型材，其特征为，

从前述面板的前述一端的端面至另一端侧的前述第一凸出部的端部的距离，与从前述板的前述一端的端面到另一端侧的前述第二凸出部的端部的距离实质上相同，

前述面板的前述一端的端面实质上位于前述第二凸出部的宽度的中心。

41.一种中空型材，其特征为，它具有

实质上平行的两个面板、

连接两者的连接板、

在至少一个前述面板的端部的一个面上、向该板的厚度方向突出的、且沿该面进一步从该面板的端部突出的凸出部，

前述端部是摩擦搅拌接合的部分。

42.如权利要求41所述的中空型材，其特征为，

前述凸出部位于中空型材的内侧。

43.如权利要求41所述的中空型材，其特征为，

前述一个面板的端部实质上位于前述凸出部的宽度的中心。

44.一种中空型材，其特征为，它具有：

实质上平行的两个面板、

连接两者的连接板、

在前述两个面板的各个端部的两面上、分别向该面板的厚度方向突出的凸出部，

连接一个前述面板的外面侧的凸出部的顶部与前述一个面板的外面的线实质上与前述板正交，

连接另一个凸出部的顶部与另一个面的各个线为圆弧状或倾斜的线，

前述端部是摩擦搅拌接合的部分。

45.一种摩擦搅拌接合用构件，其特征为，

在板的端部具有向厚度方向突出的第一凸出部，

在前述第一凸出部内具有向前述板的厚度方向突出的第二凸出部。

46.一种摩擦搅拌接合用构件，其特征为，

它由第一构件和第二构件构成，

前述第一构件的端部与前述第二构件的端部对接，

在进行前述对接时，前述第一板的端部或者第二板的端部或者两者，在前述对接部分的两个面上具有凸出部。

47.一种中空型材，其特征为，

它由第一中空型材和第二中空型材构成，

前述第一中空型材的各个面板的端部与前述第二中空型材的各个面板的端部对接，

在进行前述对接时，前述第一中空型材的面板的端部或者第二中空型材的面板的端部或者两者，在前述对接的部分的两个面上具有凸出部。

48.一种摩擦搅拌接合用构件，其特征为，

它由第一中空型材、第二中空型材以及连接材料构成，

前述第一中空型材的一个面板的端部与前述第二中空型材的一个面板的端部对接，

分别将前述第一中空型材的另一个面板与前述连接材料的板的一端对接、将前述第二中空型材的另一个面板与前述连接材料的另一端对接，

在进行各个对接时，对接部的一个构件或另一个构件、或者两者，在前述对接的部分的两个面上具有凸出部。

Images