TW201306979A - 接合方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種接合方法，對金屬構件彼此的突合部從金屬構件的表面側及裡面側進行摩擦攪拌，同時提升金屬構件的兩側面間的氣密性及水密性。本發明的接合方法為使第一金屬構件1a與第二金屬構件1b突合而相對於被接合金屬構件1使旋轉工具G移動而進行摩擦攪拌的接合方法，包括：第一本接合工程，相對於第一金屬構件1a與第二金屬構件1b的突合部J1，從上述被接合金屬構件1的表面A側進行摩擦攪拌；第二本接合工程，從裡面B側進行摩擦攪拌；第三本接合工程，從一邊的側面C進行摩擦攪拌；以及第四本接合工程，從另一邊的側面D進行摩擦攪拌，其中表面側塑性化區域W1及裡面側塑性化區域W2與第一側面側塑性化區域W3及第二側面側塑性化區域W4重複。

Description

接合方法
本發明係有關於一種利用摩擦攪拌的金屬構件的接合方法。
金屬構件彼此接合的方法已知的有摩擦攪拌接合(FSW=Friction Stir Welding)。摩擦攪拌接合係使旋轉工具旋轉並沿著金屬構件彼此的突合部移動，藉由旋轉工具與金屬構件的摩擦熱而使突合部的金屬做塑性流動，藉此使金屬構件彼此做固相接合。而且，旋轉工具為一般的在呈圓柱狀的肩部的下端面突設攪拌銷(探針)。
於此，第29圖及第30圖為表示對一對金屬構件實施摩擦攪拌接合的習知的接合方法的立體圖。如第29圖所示，在應接合的金屬構件101的厚度比未圖示的旋轉工具的攪拌銷的長度還大的情況下，在從金屬構件101的表面102側進行摩擦攪拌後，從裡面103側進行摩擦攪拌。
即，習知的接合方法中，沿著金屬構件101的突合部104(二點虛線)從表面102及裡面103的兩側進行攪拌摩擦，由攪拌摩擦所形成的塑性化區域105、106的厚度方向的中央部份接觸而接合。藉此，在突合部104中，可無間隙地接合。此種接合方法在下述的文獻1中有揭露。
文獻1特開2005-131666號公報(參照第7圖)
然而，如第30圖所示，在需接合的金屬構件111的厚度大的情況下，即使從表面102以及裡面103進行摩擦攪拌，突合部104(二點虛線)的中央部可能會產未接合部。即，相對於未圖示的旋轉工具的攪拌銷的長度，金屬構件111的厚度相當大的情況下，即使從金屬構件111的表面102及裡面103進行攪拌摩擦，也無法接觸塑性化區域105、106的厚度方向的中央部分，因此在突合部104的中央部會產生間隙119。如此，當從一邊的側面107至另一邊的側面108連續產生間隙119時，會有側面107及側面108的水密性及氣密性降低的問題。
於此，對應於金屬構件111的厚度而使旋轉工1具的攪拌銷的長度變大，藉由從表面102及裡面103進行摩擦攪拌，可以無間隙地接合金屬構件111彼此之間。但是，旋轉工具由於將攪拌銷埋沒於金屬構件111內而邊高速旋轉邊移動，當攪拌銷的長度變大時，作用於摩擦攪拌裝置的驅動裝置及攪拌銷的負荷變大，會導致裝置的短壽命化的問題。
又，如第29圖及第30圖所示，在塑性化區域105、106中，可能從一邊的側面107至另一邊的側面108產生連續的空洞缺陷109。上述的空洞缺陷109為在金屬構件101、111的側面107及側面108之間造成水密性及氣密性 降低的問題。
從此觀點而言，本發明提供一種接合方法，從金屬構件的表面側及裡面側進行摩擦攪拌之同時，可提高金屬構件的兩側面之間的氣密性及水密性。
為了解決此問題，本發明的接合方法為第一金屬構件與第二金屬構件突合而相對於被接合金屬構件使旋轉工具移動而進行摩擦攪拌，包括：第一本接合工程，相對於上述第一金屬構件與上述第二金屬構件的突合部，從上述被接合金屬構件的表面側進行摩擦攪拌；第二本接合工程，相對於上述突合部而從上述被接合金屬構件的裡面側進行摩擦攪拌；側面本接合工程，相對於上述突合部而從上述被接合金屬構件的側面側進行摩擦攪拌，其中在上述第一本接合工程以及第二本接合工程所形成的塑性化區域與在上述側面本接合工程所形成的的塑性化區域為重複。
根據上述接合方法，相對於突合部從被接合金屬構件的表面側及裡面側進行摩擦攪拌後，使相對於突合部從被接合金屬構件的側面側進行摩擦攪拌的塑性化區域重複，在側面之間不會產生連續的間隙。藉此，可提升兩側面之間的氣密性及水密性。
又，上述側面本接合工程最好包括從上述被接合金屬構件的一邊的側面側進行摩擦攪拌的第三本接合工程以及從上述被接合金屬構件的另一邊的側面側進行摩擦攪拌的第四本接合工程。
根據上述的接合方法，由於相對於突合部從被接合金屬構件的兩側面側進行摩擦攪拌，因此可更確實地提高氣密性及水密性。
又，上述第一至第四本接合工程中，上述旋轉工具的旋轉方向為同方向的情況下，上述第二本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置係設定為上述第一本接合工程中的摩擦攪拌的結束位置；上述第三本接合工程中的開始位置係設定為上述第一本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置側及上述第二本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置側的其中之一；上述第四本接合工程中的開始位置係設定為上述第一本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置側及上述第二本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置側的其中之另一。
於此，在進行摩擦攪拌之際所產生的可能性的空洞缺陷在旋轉工具右旋轉時形成於行進方向的左側，在左旋轉時形成於行進方向的右側，藉由將第三接合工程及第四接合工程的開始位置設定於上述的位置，即使假設性地在側面間產生連續的空洞，可確實地分斷該空洞缺陷。藉此，可提升兩側面皆得氣密性及水密性。又，由於旋轉工具的旋轉方向設定成同方向，在進行各本接合工程之際，不必逐一變更旋轉工具的旋轉方向，可提高作業性。
又，在上述第一本接合工程中，使上述旋轉工具右旋轉之同時，設定摩擦攪拌的開始位置及結束位置，使上述第一金屬構件位於上述旋轉工具的行進方向的右側；在上述第二本接合工程中，使上述旋轉工具左旋轉之同時，設 定摩擦攪拌的開始位置及結束位置，使上述第一金屬構件位於上述旋轉工具的行進方向的左側；上述第三本接合工程及第四本接合工程中，若上述旋轉工具右旋轉，設定摩擦攪拌的開始位置及結束位置，使上述第一金屬構件位於上述旋轉工具的行進方向的左側；若上述旋轉工具左旋轉，設定摩擦攪拌的開始位置及結束位置，使上述第一金屬構件位於上述旋轉工具的行進方向的右側。
在上述第一本接合工程中，使上述旋轉工具左旋轉之同時，設定摩擦攪拌的開始位置及結束位置，使上述第一金屬構件位於上述旋轉工具的行進方向的右側；在上述第二本接合工程中，使上述旋轉工具右旋轉之同時，設定摩擦攪拌的開始位置及結束位置，使上述第一金屬構件位於上述旋轉工具的行進方向的左側；上述第三本接合工程及第四本接合工程中，若上述旋轉工具右旋轉，設定摩擦攪拌的開始位置及結束位置，使上述第一金屬構件位於上述旋轉工具的行進方向的右側；若上述旋轉工具左旋轉，設定摩擦攪拌的開始位置及結束位置，使上述第一金屬構件位於上述旋轉工具的行進方向的左側。
根據上述接合方法，在第一本接合工程及第二本接合工程所形成的塑性化區域中，即使在側面間產生連續的空洞缺陷，可確實地斷開該空洞缺陷。藉此，可提升兩側面間的氣密性及水密性。
又，在進行上述第一本接合工程、上述第二本接合工程以及上述側面工程至少其中之一以前，進行對上述突合 部假接合的假接合工程。
在進行第一乃至第四本接合工程之際，由於旋轉工具被壓入第一金屬構件及第二金屬構件的突合部，第一金屬構件及第二金屬構件拉離的力作用，突合部會產生開孔。但根據上述的接合方法，在第一至第四接合工程之前，對突合部進行假接合，而可適當地進行第一至第四本接合工程。
又，最好更包括一預備工程，在上述突合部的兩側配置一對突出材，上述突出材與上述被接合金屬構件的突合部預備性地進行摩擦攪拌。
根據上述的接合工程，藉由使用突出材，可迅速地進行假接合工程及本接合工程且作修飾而得到面美觀的接合。
又，最好在上述旋轉工具的插入預定位置上形成預定的下穴。根據上述的接合方法，減低將旋轉工具壓入插入預定位置之際所產生的插入阻抗之同時，由於旋轉工具被導引至下穴，可精確而迅速地進行摩擦攪拌。
又，在上述側面本接合工程所形成的塑性化區域的延長距離比上述突合部的厚度尺寸還大。根據上述的接合方法，由於可確保形成於被接合金屬構件的側面的塑性化區域的延長距離比被接合金屬構件的厚度尺寸還長，可使作用於接合部份的應力分散。藉此，可提高接合部份的接合強度。
又，上述側面本接合工程中，橫越出現於上述被接合 金屬構件的側面的上述突合部的全長而進行摩擦攪拌，在上述側面本接合工程所形成的塑性化區域與上述第一本接合工程及上述第二本接合工程中所形成的塑性化區域重複。根據上述的接合方法，可更提高被接合金屬構件的氣密性及水密性。
又，出現於上述被接合金屬構件的側面的上述突合部的平面線形最好為直線或直線的組合。根據上述的接合方法，關於突合部的平面線形，雖然也可包含曲線，但若為直線或直線的組合，突合面的成形容易，可省略加工的程序。
又，本發明在出現於上述被接合金屬構件的側面的上述突合部的平面線形中，設有1以上的折曲點，而且在該折曲點上，直線彼此相交的角度為90度。根據上述的接合方法，在摩擦攪拌的接合時，沿著突合部的平面線形移動的旋轉工具由於在折曲點即停止，在折曲點比其他部分進行更長時間的摩擦攪拌。因此，在折曲點藉由進行長時間的摩擦攪拌，由於可實施加工而不產生接合缺陷，連續的接合缺陷不會沿著接合部產生，提高在接合部的氣密性及水密性。
根據本發明的接合方法，從金屬構件的表面側及裡面側對金屬構件彼此的突合部進行摩擦攪拌之同時，可提升金屬構件的兩側面間的氣密性及水密性。
[第一實施形態]
本發明的接合方法，如第1圖所示，使第一金屬構件1a與第二金屬構件1b突合的被接合金屬構件1的外周4邊作摩擦攪拌而接合之際，分別設定本接合用旋轉工具G的旋轉方向及行進方向。
首先，對本實施形態的接合方法的被接合金屬構件1作詳細說明之同時，對於在接合該被接合金屬構件1之際所使用的第一突出材與第二突出材作詳細的說明。
被接合金屬構件1，如第2圖所示，在本實施形態中，由斷面呈矩形的第一金屬構件1a及第二金屬構件1b所構成，藉由個別的端面突合而形成突合部J1。第一金屬構件1a及第二金屬構件1b，在本實施形態中，為相同組成的金屬材料，例如鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦、鈦合金、鎂、鎂合金等可摩擦攪拌的金屬材料所構成。雖然第一金屬構件1a及第二金屬構件1b的形狀、尺寸並無特別限制，最好是至少突合部J1中的厚度尺寸為相同。
而且，如第1圖所示，被接合金屬構件1的表面為表面A、裡面為裡面B、一邊的側面為第一側面C、另一邊的側面為第二側面D。又，在本實施形態中的上下左右前後係按照第1圖的箭號。
如第2(a)圖及第2(b)圖所示，第一突出材2及第二突出材3係配置成夾持被接合金屬構件1的突合部J1，分別添設於被接合金屬構件1，而覆蓋隱藏呈現於第一側面C 及第二側面D的第一金屬構件1a與第二金屬構件1b的接縫(邊界線)。雖然第一突出材2及第二突出材3的材質並無限制，在本實施形態中，用與被接合金屬構件1相同組成的金屬材料形成。又，雖然第一突出材2及第二突出材3的形狀、尺寸並無特別限制，在本實施形態中，其厚度尺寸與突合部J1中的被接合金屬構件1的厚度尺寸相同。
接著，參照第4圖，針對用於假接合工程的旋轉工具F(以下稱「假接合用旋轉工具F」)以及用於本接合工程的旋轉工具G(以下稱「本接合用旋轉工具G」)作詳細說明。
第4(a)圖所示的假接合用旋轉工具F具有由工具鋼等比被接合金屬構件1還硬質的金屬材料所構成而呈圓柱狀的肩部F1以及突設於該肩部F1的下端面F11的攪拌銷(探針)F2。假接合用旋轉工具F的尺寸、形狀雖然可對應於被接合金屬構件1的材質及厚度而設定，但至少比後述的第一本接合工程所使用的本接合用旋轉工具G(參照第4(b)圖)還小型。如此，由於可以使用比本接合還小的負荷進行假接合，可減低假接合時摩擦攪拌裝置所需的負荷，而且由於假接合用旋轉工具F的移動速度(輸送速度)比本接合用旋轉估具G的移動速度還高速，可減低假接合所需要的作業時間及成本。
肩部F1的下端面F11為推壓塑性流動化的金屬而防止朝周圍飛散的部位，在本實施形態中，形成凹面狀。雖然並無特別限制肩部F1的外徑X1的大小，在本實施形態中，比本接合用旋轉工具G的肩部G1的外徑Y1還小。
攪拌銷F2係從肩部F1的下端面F11的中央垂下，在本實施形態中，形成前端細的圓錐台。又，在攪拌銷F2的周面，形成設置成螺旋狀的攪拌翼。雖然攪拌銷F2的外徑大小並無特別限制，在本實施形態中，最大外徑(上端直徑)X2比本接合用旋轉工具G的攪拌銷G2的最大外徑(上端直徑)Y2還小，而且最小外徑(下端直徑)X3比攪拌銷G2的最小外徑(下端直徑)Y3還小。攪拌銷F2的長度L2最好比本接合用旋轉工具G的攪拌銷G2的長度L1(參照第4(b)圖)還小。
如第4(b)圖所示，本接合用旋轉工具G具有由工具鋼等比被接合金屬構件1還硬質的金屬材料形成而呈圓柱狀的肩部G1以及突設於該肩部G1的下端面G11的攪拌銷(探針)G2。
肩部G1的下端面G11與假接合用旋轉工具相同形成凹面狀。攪拌銷G2從肩部G1的下端面G11的中央垂下，在本實施形態中，形成前端細的圓錐台狀。又，在攪拌銷G2的周面，形成設置成螺旋狀的攪拌翼。
以下，詳細說明本實施形態的接合方法。本實施形態的接合方法包含(1)第一準備工程、(2)第一預備工程、(3)第一本接合工程、(4)第二準備工程、(5)第二預備工程、(6)第二本接合工程、(7)突出材切除工程、(8)第三準備工程、(9)第三預備工程、(10)第三本接合工程、(11)第四準備工程、(12)第四預備工程、(13)第四本接合工程、(14)突出材切除工程。
而且，如第1圖所示，(2)第一預備工程及(3)第一本接合工程是從表面A側實施的工程，(5)第二預備工程及(6)第二本接合工程是從裡面B側實施的工程，(9)第三預備工程及(10)第三本接合工程是從第一側面C側實施的工程，(12)第四預備工程及(13)第四本接合工程是從第二側面D側實施的工程。在本實施形態中，假接合用旋轉工具F及本接合用旋轉工具G的旋轉方向全部都是向右旋轉。如此，假接合用旋轉工具F及本接合用旋轉工具G的旋轉方向統一，可節省作業程序。
(1)第一準備工程
參照第2圖及第3圖說明第一準備工程。第一準備工程為準備抵接構件(第一突出材2及第二突出材3)的工程，抵接構件設置了第一及第二本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置及結束位置。第一準備工程在本實施形態中包括使第一金屬構件1a及第二金屬構件1b突合(1-1)的突合工程、將第一突出材2與第二突出材3配置於被接合金屬構件1的突合部J1的兩側(1-2)的突出材配置工程、藉由熔接第一突出材2與第二突出材3而假接合於被接合金屬構件1(1-3)的熔接工程、將被接合金屬構件1設置於未圖示的摩擦攪拌裝置的台架上(1-4)的設置工程。
(1-1)突合工程
在突合工程中，如第2圖及第3圖所示，使第二金屬構件1b的端面11b密接於第一金屬構件1a的端面11a。又，第一金屬構件1a的表面12a與第二金屬構件1b的表 面12b齊平，而且，第一金屬構件1a的裡面13a與第二金屬構件1b的裡面13b齊平。又，同樣地，第一金屬構件1a的第一側面14a與第二金屬構件1b的第一側面14b齊平，第一金屬構件1a的第二側面15a與第二金屬構件1b的第二側面15b齊平。
而且，表面A係由第一金屬構件1a的表面12a與第二金屬構件1b的表面12b所形成，裡面B係由第一金屬構件1a的裡面13a與第二金屬構件1b的裡面13b所形成，第一側面C係由第一金屬構件1a的第一側面14a與第二金屬構件1b的第一側面14b所形成，第二側面D係由第一金屬構件1a的第二側面15a與第二金屬構件1b的第二側面15b所形成。
(1-2)突出材配置工程
在突出材配置工程中，如第2(b)圖所示，在突合部J1的第一側面C側配置第一突出材2，使該抵接面21抵接於第一側面C。而且，將第二突出材3配置於突合部J1的第二側面D，使該抵接面31抵接於第二側面D。此時，如第3(b)圖所示，第一突出材2的表面22與第二突出材3的表面32與被接合金屬構件1的表面A齊平，同時第一突出材2的裡面23與第二突出材3的裡面33與被接合金屬構件1的裡面B齊平。
(1-3)熔接工程
在熔接工程中，如第2(a)及2(b)圖所示，由被接合金屬構件1與第一突出材2所形成的內側角部2a、2b被熔接 而使被接合金屬構件1與第一突出材2作假接合。而且，由被接合金屬構件1與第二突出材3所形成的內側角部3a、3b被熔接而使被接合金屬構件1與第二突出材3作假接合。而且，可跨越內側角部2a、2b及3a、3b的全長而連續實施熔接，斷續地實施熔接亦可。
(1-4)設置工程
在設置工程中，將假接合第一突出材2及第二突出材3後的被接合金屬構件1被載置於未圖示的摩擦攪拌裝置的台架上，例如使用夾具(clamp)而限制成不能移動。本實施形態的上述摩擦攪拌裝置為從被接合金屬構件1的上方進行摩擦攪拌而設定的裝置。
而且，在第一準備工程中，在省略熔接工程的情況下，在未圖示的摩擦攪拌裝置的台架上，可實施突合工程與突出材配置工程。
(2)第一預備工程
第一預備工程為在第一本接合工程之前所進行的先期工程，在本實施形態中，包括：在表面A側使被接合金屬構件1與第二突出材3的突合部J3接合(2-1)的第二突出材接合工程、接合被接合金屬構件1的突合部J1的(2-2)假接合工程、使被接合金屬構件1與第一突出材2的突合部J2接合(2-3)的第一突出材接合工程、將下穴形成於第一本接合工程的摩擦攪拌的開始位置(2-4)的下穴形成工程。
在第一預備工程中，如第6圖所示，使一個假接合用 旋轉工具F移動而形成連續的移動軌跡，對於突合部J3、J1、J2連續地進行摩擦攪拌。即，使插入摩擦攪拌之開始位置SP1的假接合用旋轉工具F的攪拌銷F2(參照第4(a)圖)在中途不脫離而移動至結束位置EP1為止。而且，在本實施形態中，雖然將摩擦攪拌的開始位置SP1設於第二突出材3，將結束位置EP1設於第一突出材2，但開始位置SP1與結束位置EP1的位置並無限定。
本實施形態的第一預備工程中的摩擦攪拌的程序係參照第5及第6圖作更詳細的說明。
首先，如第5(a)圖所示，使假接合用旋轉工具F位於設置在第二突出材3的適當部位的開始位置SP1的正上方，接著使假接合用旋轉工具F邊右旋轉邊下降而將攪拌銷F2壓於開始位置SP1上。假接合用旋轉工具F的旋轉速度雖然對應於攪拌銷F2的尺寸、形狀、進行摩擦攪拌的被接合金屬構件1等的材質及厚度等而作設定，但大多的情況下是設定於500~2000(rpm)的範圍內。
當攪拌銷F2與第二突出材3的表面32接觸時，由摩擦熱使攪拌銷F2周圍的金屬塑性流動化，如第5(b)圖所示，攪拌銷F2被插入第二突出材3。
攪拌銷F2全體進入第二突出材3且肩部F1的下端面F11的全面接觸於第二突出材3的表面32後，如第6圖所示，使假接合用旋轉工具F旋轉而向第二突出材接合工程的起點S2作相對移動。
假接合用旋轉工具F的移動速度(輸送速度)雖然對應 於攪拌銷F2的尺寸、形狀、進行摩擦攪拌的被接合金屬構件1等的材質及厚度等而作設定，但大多的情況下是設定於100~1000(mm/分)的範圍內。假接合用旋轉工具移動時的旋轉速度插入時的旋轉速度相同或比較低。而且，使假接合用旋轉工具F移動之際，雖然肩部F1的軸線相對於鉛直線而朝行進方向的後方稍微傾斜，若不傾斜而呈鉛直，假接合用旋轉工具F的方向轉換容易，可做複雜的動作。使假接合用旋轉工具F移動時，其攪拌銷F2的周圍的金屬依次塑性流動化，同時再在從攪拌銷F2分離的位置上，塑性流動化的金屬再度硬化。
使假接合用旋轉工具F作相對移動而連續地進行摩擦攪拌直到第二突出材接合工程的起點s2為止，在起點s2使假接合用旋轉工具F不脫離而移行至第二突出材接合工程。
(2-1)第二突出材接合工程
在第二突出材接合工程中，對於第二突出材3與被接合金屬構件1的突合部J3進行摩擦攪拌。具體而言，將摩擦攪拌的路徑(route)設定在被接合金屬構件1與第二突出材3的接縫(邊界線)上，藉由沿著該路徑使假接合用旋轉工具作相對移動，對於突合部J3進行摩擦攪拌。而且，在本實施形態中，使假接合用旋轉工具F在圖中不脫離而從第一突出材接合工程s2至終點e2連續地進行摩擦攪拌。
而且，使假接合用旋轉工具F作右旋轉的情況下，由於假接合用旋轉工具F的行進方向的左側會有產生微細的 空洞缺陷之虞，因此最好設定第二突出材接合工程的起點s2與終點e2的位置，使被接合金屬構件1位於假接合用旋轉工具F的行進方向的右側。如此，由於空洞缺陷難以產生於被接合金屬構件1側，而可得到高品質的接合體。
即，當使假接合用旋轉工具F左旋轉時，由於假接合用旋轉工具F的行進方向的右側會有產生微細的空洞缺陷之虞，因此最好設定第二突出材接合工程的起點與終點的位置，使被接合金屬構件1位於假接合用旋轉工具F的行進方向的左側。具體而言，雖然圖式省略，但可將起點設置於假接合用旋轉工具F作右旋轉時的終點e2，將終點設置於假接合用旋轉工具F右旋轉時的起點s2的位置。
而且，當假接合用旋轉工具F的攪拌銷F2進入突合部J3時，雖然被接合金屬構件1與第二突出材3拉離的力產生作用，由於被接合金屬構件1與第二突出材3所形成的內側角部3a、3b(參照第2圖)藉由熔接而作假接合，被接合金屬1與第二突出材3之間不會產生開孔。
(2-2)假接合工程
假接合用旋轉工具F到達第二突出材接合工程的終點e2之後，在終點e2摩擦攪拌並未結束而連續地進行摩擦攪拌直到假接合工程的起點s1，並以此狀態移行至假接合工程。即，從第二突出材接合工程的終點e2至假接合工程的起點s1為止，假接合用旋轉工具F不脫離而持續進行摩擦攪拌，而且在起點s1，假接合用旋轉工具F不脫離而移行至假接合工程。如此，在第二突出材接合工程的終點e2 不需要假接合用旋轉工具F的脫離作業，而且由於在假接合工程的起點s1不需要假接合用旋轉工具F的插入作業，可以使預備性的接合作業效率化迅速化。
在本實施形態中，將從第二突出材接合工程的終點e2至假接合工程的起點s1的摩擦攪拌的路徑設定至第二突出材3，使假接合用旋轉工具F從第二突出材接合工程的終點e2移動至假接合工程的起點s1的移動軌跡形成於第二突出材3。如此，在第二突出材接合工程的終點e2移動至假接合工程的起點s1的工程中，由於被接合金屬構件1難以產生空洞缺陷，可得到高品質的接合體。
在假接合工程中，對於被接合金屬構件1的突合部J1(參照第6圖)進行摩擦攪拌。具體而言，在被接合金屬構件1的接縫(邊界線)上設定摩擦攪拌的路徑，藉由沿著該路徑使假接合用旋轉工具F作相對移動，橫越突合部J1的全長而連續地進行摩擦攪拌。而且，在本實施形態中，假接合用旋轉工具F在中途不脫離而從假接合工程的起點s1至終點e1連續地進行摩擦攪拌。
在假接合用旋轉工具F到達假接合工程的終點e1之後，在終點e1摩擦攪拌不結束而連續地進行摩擦攪拌至第一突出材接合工程的終點s3，依此狀態移行至第一突出材接合工程。即，從假接合工程的終點e1至第一突出材接合工程的起點s3假接合用旋轉工具F不脫離而連續地進行摩擦攪拌，而且在起點s3假接合用旋轉工具F不脫離而移行至第一突出材接合工程。
在本實施形態中，將假接合工程的終點e1至第一突出材接合工程的起點s3的摩擦攪拌的路徑設定至第一突出材2，使假接合用旋轉工具F從假接合工程的終點e1移動至第一突出材接合工程的起點s3的移動軌跡形成於第一突出材2。如此，在假接合工程的終點e1移動至第一突出材接合工程的起點s3的工程中，由於被接合金屬構件1難以產生空洞缺陷，可得到高品質的接合體。
(2-3)第一突出材接合工程
在第一突出材接合工程中，對於被接合金屬構件1與第一突出材2的突合部進行摩擦攪拌。具體而言，在被接合金屬構件1與第一突出材2的接縫(邊界線)上設定摩擦攪拌的路徑，藉由沿該路徑使假接合用旋轉工具F作相對移動，對於突合部J2進行摩擦攪拌。而且，在本實施形態中，假接合用旋轉工具F在圖中不脫離而從第一突出材接合工程的起點s3至終點e3連續進行摩擦攪拌。
而且，由於使假接合用旋轉工具F作右旋轉，設定第一突出材接合工程的起點s3與終點e3的位置，使被接合金屬構件1位於假接合用旋轉工具F的行進方向的右側，如此由於在被接合金屬構件1側難以產生空洞缺陷，可得到高品質的接合體。即，在假接合用旋轉工具F作左旋轉的情況下，最好設定第一突出材接合工程的起點與終點的位置，使被接合金屬構件1位於假接合用旋轉工具F的行進方向的左側。具體而言，雖然圖式省略，但可將起點設置於假接合用旋轉工具F作右旋轉時的終點e3，將終點設 置於假接合用旋轉工具F右旋轉時的起點s3的位置。
而且，當假接合用旋轉工具F的攪拌銷F2進入突合部J2時，雖然將被接合金屬構件1與第一突出材2拉離的力產生作用，但由於被接合金屬構件1與第一突出材2所形成的內側角部2a、2b(參照第2圖)藉由熔接而作假接合，被接合金屬1與第一突出材2之間不會產生開孔。
在假接合用旋轉工具F到達第一突出材接合工程的終點e3之後，在終點e3摩擦攪拌不結束而連續地進行摩擦攪拌直到設於第一突出材2的結束位置EP1為止。而且，在本實施形態中，在被接合金屬構件1的表面A側所呈現的接縫(邊界線)的延長線上設置結束位置EP1。即，結束位置EP1為後述的第一本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置SM1。
在假接合用旋轉工具F到達結束位置EP1之後，使假接合用旋轉工具F邊旋轉邊上升而使攪拌銷F2從結束位置EP1脫離。
(2-4)下穴形成工程
接著，實施下穴形成工程。下穴形成工程如第4(b)圖所示，其為在第一本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置形成下穴P1的工程。在第一預備工程中的下穴形成工程中，在設定於第一突出材2之表面22的SM形成下穴P1。
下穴P1設置的目的是為了減低本接合用旋轉工具G的攪拌銷G2的插入阻抗(壓入阻抗)，在本實施形態中，在假接合用旋轉工具F的攪拌銷F2(參照第4(a)圖)脫離時所形成的拔孔H1以未圖示的鑽具作擴孔而形成。若利用拔孔 H1，則由於可簡化下穴P1的形成工程，可縮短作業時間。雖然下穴P1的形態並無特別限制，在本實施形態中為圓筒狀。而且在本實施形態中，雖然在第一突出材2形成下穴P1，下穴P1的位置並無特別限制，形成於第二突出材3亦可，雖然可形成於突合部J2、J3上，但較佳的是，如本實施形態形成於被接合金屬構件1的表面A側的被接合金屬構件1的接縫(邊界線)的延長線上。
而且，在本實施形態中，雖然是將假接合用旋轉工具F的攪拌銷F2(參照第4(a)圖)的拔孔H1作擴孔而形成下穴P1的情況為例，攪拌銷F2的最大外徑X2比本接合用旋轉工具G的攪拌銷G2的最小外徑Y3還大，而且在攪拌銷F2的最大外徑X2比本接合用旋轉工具G的攪拌銷G2的最大外徑Y2還小(Y3<X2<Y2)的情況下，攪拌銷F2的拔孔H1仍然可以形成下穴P1。
(3)第一本接合工程
第一本接合工程為使被接合金屬構件1的表面A側的突合部J1真正地接合的工程。在本實施形態的第一本接合工程中，使用如第4(b)圖所示的本接合用旋轉工具G，對假接合的狀態下的突合部J1從被接合金屬構件1的表面A側進行摩擦攪拌。
在第一本接合工程中，如第7(a)~7(c)圖所示，使本接合用旋轉工具G的攪拌銷G2插入形成於開始位置SM1的下穴P1，插入的攪拌銷G2在中途不脫離而移動至結束位置EM1。即，在第一本接合工程中，從下穴P1開始摩擦攪 拌，而連續地進行摩擦攪拌直到結束位置EM1為止。
於此，在第一預備工程結束的時間點，由於具備假接合用旋轉工具F的摩擦攪拌裝置係位於第一突出材2的結束位置EP1的正上方(參照第6圖)，若第一本接合工程的開始位置為SM1，具備本接合用旋轉工具G的摩擦攪拌裝置不移動而進行第一本接合工程，可省略作業。
而且，在本實施形態中，雖然在第一突出材2上設置摩擦攪拌的開始位置SM1，在第二突出材3上設置結束位置EM1，但開始位置SM1與結束位置EM1的位置並無限定。
參照第7(a)~7(c)圖更詳細地說明第一本接合工程。
首先，如第7(a)圖所示，使本接合用旋轉工具G位於下穴P1(開始位置SM1)的正上方，接著使本接合用旋轉工具G邊做右旋轉邊下降而使攪拌銷G2的前端插入下穴P1。當攪拌銷G2進入下穴P1時，攪拌銷G2的周面(側面)抵接於下穴P1的穴壁，金屬從穴壁開始塑性化流動。當成為此狀態時，塑性化流動的金屬在攪拌銷G2的周面壓退，同時由於攪拌銷G2壓入可減低在壓入初期階段的壓入阻抗，又，本接合用旋轉工具G的肩部G1在抵接於第一突出材2的表面22之前，攪拌銷G2抵接於下穴P1而產生摩擦熱，因此可縮短至塑性流動化的時間。即，減低摩擦攪拌裝置的負荷，此外可縮短本接合工程所需要的作業時間。
攪拌銷G2的全體進入第一突出材2而且肩部G1的下端面G11的全面接觸於第一突出材2的表面22之後，如第7(b)圖所示，邊進行摩擦攪拌邊使本接合用旋轉工具G朝 向被接合金屬構件1的突合部J1的一端作相對移動，而且，橫切突合部J2而突入突合部J1。當使本接合用旋轉工具G移動時，該攪拌銷G2周圍的金屬依次塑性流動化，同時在從攪拌銷G2分離的位置上，塑性流動化的金屬再度硬化而形成塑性化區域(以下稱「表面側塑性化區域W1」)。
本接合用旋轉工具G的移動速度(輸送速度)雖然是對應於攪拌銷G2的尺寸、形狀、摩擦攪拌的被接合金屬構件1等的材質及厚度等而設定，但在大多的情況下，設定於30~300(mm/分)的範圍內。
在進入被接合金屬構件1的熱量有過大之虞的情況下，最好對本接合用旋轉工具G的周圍從表面A側供給水而進行冷卻。而且，當冷卻水進入第一金屬構件1a與第二金屬構件1b之間時，雖然在接合面(參照端面11a、11b及第2(b)圖)有產生氧化皮膜之虞，在本實施形態中，由於實施假接合工程而閉塞被接合金屬構件1間的孔，冷卻水難以流入被接合金屬構件1之間，接合部的品質沒有劣化之虞。
在被接合金屬構件1的突合部J1，將摩擦攪拌的路徑設定於設定於被接合金屬構件1的接縫(假接合工程中的移動軌跡上)，藉由沿該路徑使本接合用旋轉工具G作相對移動，從突合部J1的一端至另一端連續地進行摩擦攪拌。使本接合用旋轉工具相對移動至突合部J1的另一端，進行摩擦攪拌同時橫切過突合部J3，依此狀態朝結束位置EM1作相對移動。
而且，在本實施形態中，由於將摩擦攪拌的開始位置SM1設定於被接合金屬構件1的表面A側的被接合金屬構件1的接縫(邊界線)的延長線上，第一本接合工程中的摩擦攪拌的路徑成為一直線。若摩擦攪拌的路徑成為一直線，則由於將本接合旋轉工具G的移動距離抑制到最小限度，可有效地進行第一本接合工程的效率，而且，可減低本接合用旋轉工具G的磨耗量。
在本接合用旋轉工具G到達結束位置EM1時，如第7(c)圖所示，使本接合用旋轉工具G邊旋轉邊上升，而使攪拌銷G2從結束位置EM1(參照第7(b)圖)脫離。而且，在結束位置EM1上，若攪拌銷G2脫離至上方，則雖然不可避免地形成與攪拌銷G2大約相同形狀的拔孔Q1，在本實施形態中則仍然保留。
本接合用旋轉工具G的攪拌銷G2從結束位置EM1脫離之際的本接合用旋轉工具G的旋轉速度(脫離時的旋轉速度)最好比移動時的旋轉速度還高。如此，與脫離時的旋轉速度與移動時的旋轉速度相同的情況相比較，由於攪拌銷G2的脫離阻抗小，可迅速地進行結束位置EM1中的攪拌銷G2的脫離作業。
而且，在本實施形態中，在第一本接合工程之前是進行第一預備工程，然而，省略第一預備工程而在第一準備工程之後可直接進行第一本接合工程。
(4)第二準備工程
第二準備工程為在第二預備工程之前所進行的準備工 程。在本實施形態中，具備再設置工程，將被接合金屬構件1的裡面B側朝向上方，並再度設置於未圖示的摩擦攪拌裝置。
(4-1)再設置工程
在再設置工程中，在解除完成第一本接合工程的被接合金屬構件1的拘束後，將被接合金屬構件1的表裡反轉，使裡面B側朝向上方，而再度地設置於摩擦攪拌裝的台架上。在本實施形態中，第1圖所示，使被接合金屬構件1於前後軸做半旋轉，使被接合金屬構件1的表裡反轉。
於此，第8(a)圖為在第一實施形態的第二準備工程的再設置工程後，從突合部J1朝向第一金屬構件1a側的剖視圖。如第8(a)圖所示，於再設置工程中，被接合金屬構件1的上面成為裡面B之同時，當從突合部J1側面向第一金屬構件1a時，第一突出材2位於被接合金屬構件1的左側，第二突出材3位於被接合金屬構件1的右側。
而且，由摩擦攪拌裝置的形態，不解除被接合金屬構件1的拘束而旋轉表裡。
(5)第二預備工程
第二預備工程為在第二本接合工程之前所進行的工程，在裡面B側使被接合金屬構件1與第一突出材2的突合部J2接合(5-1)的第一突出材接合工程、接合被接合金屬構件1的突合部J1的(5-2)假接合工程、使被接合金屬構件1與第二突出材3的突合部J3接合(5-3)的第二突出材接合工程、將下穴形成於第一本接合工程的摩擦攪拌的 開始位置(5-4)的下穴形成工程。而且，在(5-1)第一突出材接合工程、(5-2)假接合工程及(5-3)第二突出材接合工程中，使用假接合旋轉工具F。
(5-1)第一突出材接合工程、(5-2)假接合工程及(5-3)第二突出材接合工程
(5-1)第一突出材接合工程、(5-2)假接合工程及(5-3)第二突出材接合工程為與上述的第一預備工程的(2-3)第一突出材接合工程、(2-2)假接合工程及(2-1)第二突出材接合工程大略相同的工程。如第8(b)圖所示，使一個假接合用旋轉工具F移動而形成連續的移動軌跡，以突合部J2、J1、J3的順序連續地進行摩擦攪拌。即，插入摩擦攪拌的開始位置SP2的假接合用旋轉工具F的攪拌銷F2(參照第4(a)圖)在中途不脫離地移動至結束位置EP2，而連續地實施(5-1)第一突出材接合工程、(5-2)假接合工程以及(5-3)第二突出材接合工程。而且，結束位置EP2成為之後實施的第二本接合工程的開始位置SM2。
於此，在第一預備工程中，如第6圖所示，從第二突出材3側，依次進行(2-1)第二突出材接合工程、(2-2)假接合工程以及(2-3)第一突出材接合工程。另一方面，在第二預備工程中，當從突合部J1朝向金屬構件1a側時，第一突出材2位於被接合金屬構件1的左側之同時，在第一本接合工程結束的時間點，由於具備本接合用旋轉工具G的摩擦攪拌裝置位於第一突出材2的上方，從第一突出材2側依次進行(5-1)第一突出材接合工程、(5-2)假接合工 程以及(5-3)第二突出材接合工程。如此，由於具備假接合用旋轉工具F的摩擦攪拌裝置的移動距離變小，可使作業省力。
而且，(5-1)第一突出材接合工程、(5-2)假接合工程以及(5-3)第二突出材接合工程的詳細說明由於與第一預備工程大略相同而省略。
(5-4)下穴形成工程
下穴形成工程如第9(a)圖所示，其為在第二本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置SM2形成下穴P2的工程。即，下穴形成工程為在本接合用懸主工具G的攪拌銷G2的插入預定位至形成下穴P2的工程。藉此可減低本接合用旋轉工具G的攪拌銷G2的插入阻抗(壓入阻抗)。
而且，由於(5-4)下穴形成工程與第一預備工程的(2-4)下穴形成工程大約相等，詳細說明省略。
(6)第二本接合工程
第二本接合工程為被接合金屬構件1的裡面B側的突合部J1做真正接合的工程。在本實施形態的第二本接合工程中，使用本接合用旋轉工具G，而對假接合狀態的突合部J2從被接合金屬構件1的裡面B側進行摩擦攪拌。
第二本接合工程，如第9(a)及9(b)圖所示，將本接合用旋轉工具G的攪拌銷G2插入(壓入)設定於第二突出材3的裡面33的SM2，插入的攪拌銷G2在中途不脫離而移動至結束位置EM2。在第二本接合工程中，從下穴P2開始進行摩擦攪拌，連續地進行直到結束位置EM2。即，第二本接合 工程的開始位置SM2係位於第一本接合工程的結束位置EM1側的上方。當使本接合旋轉工具G移動時，其攪拌銷G2的周圍的金屬依次塑性流動化之同時，從攪拌銷G2脫離的位置上，塑性流動化的金屬再度硬化而形成塑性化區域(以下稱為「裡面側塑性化區域W2」)。
於此，在第二預備工程結束的時間點，具備假接合用旋轉工具F的麼擦攪拌裝置由於位於第二突出材3的結束位置EP2的正上方(參照第8(b)圖)，當第二本接合工程的開始位置SM2設定於第二突出材3的上方時，具備本接合用旋轉工具G的摩擦攪拌裝置不移動而可進行第一本接合工程，可省略作業。
關於第二本接合工程，由於與第一本接合工程大略相同，省略詳細的說明。而且，在本實施形態中雖然進行第二預備工程，但可省略第二預備工程而在第一本接合工程之後直接進行第二本接合工程。
(7)突出材切除工程
在突出材切除工程中，將第一突出材2及第二突出材3從被接合金屬構件1切除。在本實施形態中，當第二本接合工程結束的被接合金屬構件1從摩擦攪拌裝置的台架移除，使用未圖示的切削器具而沿著突合部J2、J3切除第一突出材2及第二突出材3。此時，最好除去形成於被接合金屬構件1的表面A及裡面B的毛邊。藉此，在進行後述的(8-1)突出材配置工程之際，可使第一突出材2’及第二突出材3’密接於被接合金屬構件1。
第10圖為進行突出材切除工程後的被接合金屬構件1的立體圖。如第10圖所示，表面側塑性化區域W1及裡面側塑性化區域W2係從第一側面C橫越第二側面D而形成連續。另一方面，在表面側塑性化區域W1與裡面側塑性化區域W2之間，形成從第一側面C跨越至第二側面D而連續形成微小的間隙(未接合部)。
於此，在表面側塑性化區域W1以及裡面側塑性化區域W2上，本接合用旋轉工具G的行進方向(參照箭號V1、V2)左側，即在第二金屬構件1b上，從第一側面C跨越至第二側面D而連續地產生空洞缺陷R1、R2。
(8)第三準備工程
第三準備工程在第一側面C側進行摩擦攪拌之際，準備抵接構件(第一突出材2’、第二突出材3’)的準備工程，被接合金屬構件1的摩擦攪拌的開始位置及結束位置係設於抵接構件上。第三準備工程在本實施形態中，在被接合金屬1的突合部J1的兩側配置第一突出材2’與第二突出材3’(8-1)的突出材配置工程、藉由熔接第一突出材2’與第二突出材3’而假接合於被接合金屬構件1(8-2)的熔接工程、被接合金屬構件1的第一側面C朝向上面而設置於未圖示的摩擦攪拌裝置的台架上(8-3)的再設置工程。
(8-1)突出材配置工程
在突出材配置工程中，如第11圖所示，在第二本接合工程結束後的被接合金屬構件1中，在表面A配置第二突 出材3’而覆蓋突合部J1，使該抵接面31抵接於表面A。而且，將第二突出材3’配置於面B側而覆蓋突合部J1，使該抵接面21抵接於裡面B。此時，與(1-2)突出材配置工程相同，第一突出材2’與第二突出材3’的表面及裡面與第一側面C及第二側面D齊平。
(8-2)熔接工程
在熔接工程中，如第11圖所示，被接合金屬構件1與第一突出材2’所形成的內側角部2a’、2b’熔接而接合被接合金屬構件1與第一突出材2’。而且，被接合金屬構件1與第二突出材3’所形成的內側角部3a’、3b’熔接而接合被接合金屬構件1與第二突出材3’。
(8-3)再設置工程
於再設置工程中，如第11圖所示，熔接工程結束的被接合金屬構件1的第一側面C朝向上面之同時，從突合部J1面向第一金屬構件1a時，將被接合金屬構件1拘束而再度地設置於台架上，使第二突出材3’位於左側。
(9)第三預備工程
第三預備工程具備(9-1)下穴形成工程，其為在第三本接合工程之前，於摩擦攪拌的開始位置形成下穴。
(9-1)下穴形成工程
下穴形成工程，如第11圖所示，其為在第三本接合工程中的摩擦攪拌、的開始位置SM3形成下穴P3的工程。即，下穴形成工程與上述的下穴形成工程相同，將下穴P3形成於本接合用旋轉工具G的攪拌銷G2的插入預定位置的工 程。藉此，可降低本接合用旋轉工具G的攪拌銷G2的插入阻抗(壓入阻抗)。(9-1)下穴形成工程由於與第一預備工程的(2-4)下穴形成工程大略相同，省略其詳細說明。
(10)第三本接合工程
第三本接合工程為接合在被接合金屬構件1的第一側面C側的突合部J1的工程。在本實施形態的第三本接合工程中，如第11圖及第12圖所示，使用本接合用旋轉工具G，將本接合用旋轉工具G的攪拌銷G2插入(壓入)形成於第二突出材3’的表面32’的下穴P3，插入的攪拌銷G2在圖中不脫離而移動至結束位置EM3(參照行進方向V3)。即，第三本接合工程的開始位置SM3係位於第一本接合工程的開始位置側(參照行進方向V1)。
當本接合用旋轉工具G移動時，其攪拌銷G2的周圍的金屬依次地塑性流動化，同時在從攪拌銷G2分離的位置上，塑性流動化的金屬再度硬化而形成塑性化區域(以下稱「第一側面塑性化區域W3」)當進行摩擦攪拌至結束位置EM3時，如第13圖所示，雖然在第一突出材2’的表面形成拔孔Q3，但在本實施形態中仍然保留。
於此，在第二本接合工程結束的時間點，如第9(b)圖所示，具備假接合用旋轉工具F的摩擦攪拌裝置係位於第一突出材2的上方。因此，如第12圖所示，當第三本接合工程的開始位置設定於第二突出材3’的上方時，可不移動具備本接合用旋轉工具G的摩擦攪拌裝置而進行第三本接合工程，可省略作業。第三本接合工程的詳細說明與第 一本接合工程大略相同而省略。
如第13圖所示，當進行第三本接合工程時，表面側塑性化區域W1及裡面側塑性化區域W2的第一側面C側的一部份與第一側面側塑性化區域W3重複。即，藉由表面側塑性化區域W1及裡面側塑性化區域W2的一部份進行再度摩擦攪拌，第一側面C側的空洞缺陷R1及空洞缺陷R2的至少一部分由第一側面測塑性化區域W3斷開。藉此，分別在空洞缺陷R1及空洞缺陷R2上形成填充部S1、S2。
而且，在本實施形態中，在進行第三本接合工程之前，雖然進行第三準備工程及第三預備工程，但省略第三準備工程及第三預備工程(但在設置工程除外)，在第二本接合工程之後直接進行第三本接合工程亦可。
又，在第三本接合工程之前，進行上述的第一突出材接合工程、假接合工程以及第二突出材工程亦可。
(11)第四準備工程
第四準備工程為第四本接合工程之前所進行的工程，在本實施形態中，其為被接合金屬構件1的第二側面D側朝向上方，再度設置於未圖示的夾具上的再設置工程。
(11-1)再設置工程
於再設置工程中，在解除完成第三本接合工程的被接合金屬構件1的拘束後，將被接合金屬構件1的表裡反轉，使第二側面D側朝向上方，而再度地設置於未圖示的摩擦攪拌裝的台架上。在本實施形態中，第12圖所示，使被接合金屬構件1於左右軸做半旋轉，使被接合金屬構件1的 表裡反轉。藉此，如第14圖所示，被接合金屬構件1的上面成為第二側面D之同時，若從突合部J1面向第二金屬構件1b，則第一突出材2’位於右側。
而且，藉由摩擦攪拌裝置，也可以不解除被接合金屬構件1的拘束而使表裡旋轉。
(12)第四預備工程
第四預備工程為在第四本接合工程之前所進行的工程，在第二側面D側，具備在第四本接合工程的摩擦攪拌的開始位置形成下穴的(12-1)下穴形成工程。
(12-1)下穴形成工程
下穴形成工程，如第14(a)圖所示，其為在第四本接合工程中的摩擦攪拌、的開始位置SM4形成下穴P4的工程。藉此，可減低本接合用旋轉工具G的攪拌銷G2的插入阻抗(壓入阻抗)。
而且，由於(12-1)下穴形成工程與第一預備工程的(2-4)下穴形成工程大略相同，省略詳細的說明。
(13)第四本接合工程
第四本接合工程為接合在被接合金屬構件1的第二側面D側的突合部J1的工程。在本實施形態的第四本接合工程中，使用本接合用旋轉工具G，從被接合金屬構件1的第二側面D側進行摩擦攪拌。
第四本接合工程，如第14(a)圖所示，將本接合用旋轉工具G的攪拌銷G2插入(壓入)設定於第一突出材2’的開始位置SM4，插入的攪拌銷G2在中途不脫離而移動至結 束位置EM4。在第二本接合工程中，從下穴P4開始進行摩擦攪拌，連續地進行直到結束位置EM4。即，第四本接合工程的開始位置SM4係位於第二本接合工程的開始位置EM1側(參照行進方向V2)。當使本接合旋轉工具G移動時，如第14(b)圖所示，其攪拌銷G2的周圍的金屬依次塑性流動化之同時，從攪拌銷G2脫離的位置上，塑性流動化的金屬再度硬化而形成塑性化區域(以下稱為「第二側面側塑性化區域W4」)。
在第三本接合工程結束的時間點，如第13圖所示，具備假接合用旋轉工具F的摩擦攪拌裝置係位於第一突出材2’的上方。然後，於(11-1)再設置工程後，藉由左右軸辦旋轉，該摩擦攪拌裝置係位於第一突出材2’的正上方。因此當第三本接合工程的開始位置設定於第一突出材2’的上方時，可不移動具備本接合用旋轉工具G的摩擦攪拌裝置而進行第四本接合工程，可省略作業。
如第14(b)圖所示，當進行第四本接合工程時，表面側塑性化區域W1及裡面側塑性化區域W2的第二側面D側的一部份與第二側面側塑性化區域W4重複。即，藉由表面側塑性化區域W1及裡面側塑性化區域W2的一部份進行再度摩擦攪拌，第二側面D側的空洞缺陷R1及空洞缺陷R2的至少一部分由第二側面D側塑性化區域W4斷開。藉此，分別在空洞缺陷R1及空洞缺陷R2上形成填充部S3、S4。
而且，在第四本接合工程之前，省略下穴形成工程(12-1)，也可在第三本接合工程之後就直接進行第三本接 合工程。又，在第四本接合工程之前，可進行上述第一突出材接合工程、假接合工程、第二突出材接合工程。
(14)突出材切除工程
在突出材切除工程中，在第四本接合工程結束之後，將第一突出材2及第二突出材3從被接合金屬構件1切除(參照第1圖)。此時，最好除去形成於被接合金屬構件1的表面A及裡面B的毛邊。
根據以上說明的本實施形態的接合方法，如第1圖所示，如第1圖所示，即使第一金屬構件1a及第二金屬構件1b為厚度大，藉由於第一側面及第二側面D進行摩擦攪拌，可從第一側面C至第二側面D埋設連續的間隙(參照第30圖的間隙119)。
又，在本接合用旋轉工具G的旋轉方向及行進方向設定成上述狀態的情況下，在表面側塑性化區域W1及裡面側塑性化區域W2上，即使從第一側面C橫越至第二側面D形成連續的空洞缺陷R1、R2，藉由將第三本接合工程的開始位置SM3設於第一本接合工程的開始位置SM1側，將第四本接合工程的開始位置SM4設定於第二本接合工程的開始位置SM2側而進行摩擦攪拌，可形成將空洞缺陷R1、R2分別斷開的填充部S1至S4。
即，在本實施形態中，本接合用旋轉工具G的旋轉方向由於全部設定成右旋轉，空洞缺陷R產生於表面側塑性化區域W1及裡面側塑性化區域W2的行進方向左側的可能性變高，行進方向的右側形成密度較高的塑性化區域。利 用如此的摩擦攪拌的特性，如第1(a)及1(b)圖所示，空洞缺陷R1、R2形成於第二金屬構件1b的可能性變高的情況下，第三本接合工程及第四本接合工程的本接合用旋轉工具G的開始位置設定成如前所述的狀態，藉此空洞缺陷R1、R2的兩端可由密度較高的塑性化區域斷開。藉此，可製造第一側面C與第二側面D之間的水密性及氣密性高的被接合金屬構件1。
於此，在本接合用旋轉工具G橫切突合部J1、J2之際，塑性化區域W1乃至W4可能形成氧化皮膜。例如，如第7(b)圖所示，從被接合金屬構件1向第二突出材3進行摩擦攪拌之際，在橫切過突合部J3時，在被接合金屬構件1與第一突出材2之間所形成的氧化皮膜會捲入表面側塑性化區域W1側。若本接合用旋轉工具G做右旋轉，則氧化皮膜形成於表面側塑性化區域W1的行進方向右側的可能性高，若左旋轉，則形成於表面側塑性化區域W1的行進方向左側的可能性高。
但是，根據本實施形態，由於塑性化區域W1乃至W4的兩端部是重複，斷開氣化皮膜，可製造高品質的製品。
而且，在本實施形態中，雖然進行第二突出材接合工程、假接合工程以及第一突出材接合工程，但並不限定於此。例如，不必連續地進行，每個工程也可以斷續地進行摩擦攪拌。又，在本實施型態中，雖然使用一對突出材進行假接合工程及本接合工程，不使用突出材而進行摩擦攪拌亦可。又，在本實施型態中，雖然在第一預備工程之後 直接進行第一本接合工程，在第一預備工程之後，進行第二預備工程後，連續地進行第一本接合工程及第二本接合工程亦可。
如前所述，本發明在被接合金屬構件1的外周四邊藉由摩擦攪拌而進行接合之際，分別設定本接合用旋轉工具G的旋轉方向及行進方向。即，在進行摩擦攪拌之際，考慮產生空洞缺陷R產生的可能性高的位置而設定本接合用旋轉工具G的旋轉方向及行進方向。在第一實施型態中，雖然針對本接合用旋轉工具G全部做右旋轉的情況作說明，但並不限於此，可藉由本接合用旋轉工具G的旋轉方向及行進方向而考慮各種接合的變化。
[第二實施型態]
例如，在第一實施型態中，本接合用旋轉工具G的旋轉方向雖然設定成全部做右旋轉，但也可如第二實施型態般，全部設定為左旋轉。
如第15圖所示，將本接合用旋轉工具G的旋轉方向設定成左方向，被接合金屬構件1的表面A於行進方向V1上進行第一本接合工程時，第二本接合工程是從第一本接合工程的結束位置側向開始位置側(進行方向V2)而進行摩擦攪拌。此時，由於本接合用旋轉工具G為左旋轉，空洞缺陷R形成於表面側塑性化區域W1及裡面側塑性化區域W2的行進方向右側的可能性變高，行進方向左側係形成密度較高的塑性化區域。即，此時容易在第一金屬構件1a形成空洞缺陷R1、R2。
因此，第三本接合工程係從第一接合工程的開始位置側於行進方向V3上進行摩擦攪拌。然後，第四本接合工程係從第二接合工程的開始位置側於行進方向V4上進行摩擦攪拌。根據上述第三本接合工程及第四本接合工程，空洞缺陷R1、R2的兩端再度進行摩擦攪拌，而斷開密度較高的塑性化區域。藉此，由於形成填充部S1至S4，第一側面C與第二側面D之間的氣密性及水密性可更加提高。
即，如第一實施型態及第二實施型態所示，本接合用旋轉工具G的旋轉方向為全部同方向的情況下，第二本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置設定為第一本接合工程中的摩擦攪拌的結束位置側，同時第三本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置係設定成第一本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置側及第二本接合工程的摩擦攪拌的開始位置側的其中之一，第四本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置係設定成第一本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置側及第二本接合工程的摩擦攪拌的開始位置側的其中之另一。
[第三實施型態]
又，例如，第16圖所示的第三實施型態的接合方法就本接合用旋轉工具G的旋轉方向為不同方向的的特徵而言是與第一實施型態不同的。
第三實施型態的接合方法在第一本接合工程中，將本接合用旋轉工具G的旋轉方向設定成左旋轉，從第一側面C側向第二側面D側(參照行進方向V1’)進行摩擦攪拌。
另一方面，第二本接合工程中將本接合用旋轉工具G 的旋轉方向設定成右旋轉之同時，將摩擦攪拌的開始位置設定於第一本接合工程的開始位置側，從第一側面C向第二側面D(參照行進方向V2’)進行摩擦攪拌。此時，形成於表面側塑性化區域W1的空洞缺陷R1以及形成於裡面側塑性化區域W2的空洞缺陷R2容易共同地形成於第一金屬構件1a上。
因此，第三本接合工程將本接合用旋轉工具G的旋轉方向設定成左旋轉的情況下，如第16圖所示，將摩擦攪拌的開始位置設定成第一本接合工程的開始位置側，從表面側A向裡面側B(參照行進方向V3’)進行摩擦攪拌。另一方面，第四本接合工程為將本接合用旋轉工具G的旋轉方向設定成右旋轉的情況下，將摩擦攪拌的開始位置設定成第一本接合工程的結束位置，從表面A側向裡面B側(參照行進方向V4’)進行摩擦攪拌。根據上述的第三本接合工程及第四本接合工程，空洞缺陷R1、R2的兩端再度進行摩擦攪拌，在密度較高的塑性化區域被斷開。藉此，由於形成填充部S1至S4，第一側面C與第二側面D側的氣密性及水密性可以更加提高。
即，如第16圖所示，在第一本接合工程中，使本接合用旋轉工具G做左旋轉而設定成使第一金屬構件1a位於本接合用旋轉工具G的行進方向右側，另一方面，在第二本接合工程中，使本接合用旋轉工具G做右旋轉而設定成使第一金屬構件1a位於本接合用旋轉工具G的行進方向左側，第三本接合工程及第四本接合工程中，若本接合用旋 轉工具G做右旋轉，設定本接合用旋轉工具G，使第一金屬構件1a位於行進方向右側，若本接合用旋轉工具G做左旋轉，設定本接合用旋轉工具G，使第一金屬構件1a位於行進方向左側，如此可更提高第一側面C與第二側面D側的氣密性及水密性。
又，雖然並未具體地圖示，在第一接合工程中，使本接合用旋轉工具G做右旋轉，設定成使第一金屬構件1a位於本接合用旋轉工具G的行進方向右側，另一方面，在第二本接合工程中，使本接合用旋轉工具G做左旋轉而設定成使第一金屬構件1a位於本接合用旋轉工具G的行進方向左側，第三本接合工程及第四本接合工程中，若本接合用旋轉工具G做右旋轉，設定本接合用旋轉工具G，使第一金屬構件1a位於行進方向左側，若本接合用旋轉工具G做左旋轉，設定本接合用旋轉工具G，使第一金屬構件1a位於行進方向右側，如此可更提高第一側面C與第二側面D側的氣密性及水密性。
換言之，形成於表面側塑性化區域W1以及裡面側塑性化區域W2的空洞缺陷R1、R2容易共同地形成於第一金屬構件1a上，在第三本接合工程及第四本接合工程中，最好設定本接合用旋轉工具G的旋轉方向及行進方向而使第一金屬構件1a側比第二金屬構件1b側以更高密度進行摩擦攪拌。
另一方面，形成於表面側塑性化區域W1以及裡面側塑性化區域W2的空洞缺陷R1、R2形成於第二金屬構件1b的 情況下，在第三本接合工程及第四本接合工程中，最好設定本接合用旋轉工具G的旋轉方向及行進方向而使第二金屬構件1b側比第一金屬構件1a側以更高密度進行摩擦攪拌。
而且，本發明在不脫離本發明的旨趣的範圍內做適當的變更。例如，本實施型態的摩擦攪拌裝置雖然是從被接合金屬構件的上方進行摩擦攪拌，但不限於此，在被接合金屬構件的周圍，本接合用旋轉工具邊移動邊進行摩擦攪拌亦可。又，第一金屬構件1a及第二金屬構件1b可為中空的構件。
又，在本實施型態中，從被接合金屬構件1的側面進行摩擦攪拌的側面本接合工程雖然是相對於被接合金屬構件1的第一側面C進行摩擦攪拌的第三本接合工程、相對於第二側面D而進行摩擦攪拌的第四本接合工程，但相對於任一邊的側面進行摩擦攪拌亦可。
[第四實施型態]
本發明的第四實施型態的接合方法，如第17圖所示，相對於使第一金屬構件201a與第二金屬構件201b突合的被接合金屬構件201的突合部J21從表面A、裡面B、第一側面C及第二側面D進行摩擦攪拌，第一金屬構件201a與第二金屬構件201b具備本體部與比本體部還薄的段部。然後，形成於第一側面C及第二側面D的塑性化區域的延長距離比被接合金屬構件201的突合部J21的厚度還大。
第一金屬構件201a及第二金屬構件201b，如第18圖 所示，為大略相同的形狀的構件，具備厚度大的本體部Q以及在本體部Q的端部形成厚度薄的段部R。第一金屬構件201a及第二金屬構件201b係由鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦、鈦合金、鎂、鎂合金等可摩擦攪拌的金屬材料。
在以下的說明中，第一金屬構件201a的表面為表面212a、裡面為裡面213a、一邊的側面為側面214a以及另一邊的側面為側面215a。又，段部R的表面為段部表面217a、相對於段部表面217a垂直地形成的段部R的端面為段部端面218a、從段部表面217a垂直豎立的面為垂直面216a。段部端面218a的高度以p1形成，段部表面217a的寬度以p2形成，垂直面216a的高度以p3形成。
另一方面，第二金屬構件201b的表面為表面212b、裡面為裡面213b、另一方面的側面為側面214b以及另一邊的側面為側面215b。又，段部R的表面為段部表面217b、相對於段部表面217b形成垂直的段部R的端面為段部端面218b、在本體Q側從段部表面217b垂直而形成的面為垂直面216b。段部端面218b的高度以q1形成，段部表面217b的寬度以q2形成，垂直面216b的高度以q3形成。
第一金屬構件201a及第二金屬構件201b的側面間的長度形成大略相等之同時，相向的段部R分別形成p1≒q3、p2≒q2、p3≒q1。
接著，針對第四實施形態的接合方法做說明。第四實施形態的接合方法包括(1)準備工程、(2)第一預備工程、(3)第一本接合工程、(4)第二預備工程、(5)第二本接合工 程、(6)第三準備工程、(7)第三預備工程、(8)第三本接合工程、(9)第四預備工程、(10)第四本接合工程。而且，結合第三本接合工程及第四本接合工程而稱為側面本接合工程。又，與第一實施形態重複的部分省略其說明。
(1)準備工程
在準備工程中，第一金屬構件201a與第二金屬構件201b突合而形成被接合金屬構件201的突合工程、將第一突出材202及第二突出材203配置於被接合金屬構件201的兩側面的突出材配置工程、第一突出材202及第二突出材203與被接合金屬構件201藉由熔接而假接合的熔接工程、將被接合金屬構件201設置於未圖示的摩擦攪拌裝置的台架上的設置工程。
突合工程，如第18(a)及18(b)圖所示，其使第一金屬構件201a的垂直面216a、段部表面217a及段部端面218a分別與第二金屬構件201b的段部端面218b、段部表面217b及垂直面216b相向而使兩者突合。又，第一金屬構件201a的表面212a與第二金屬構件201b的表面212b齊平，第一金屬構件201a的裡面213a與第二金屬構件201b的表面213b齊平。又，第一金屬構件201a的一邊的側面214a與第二金屬構件201b的一邊的側面214b齊平，第一金屬構件201a的另一邊的側面215a與第二金屬構件201b的另一邊的側面215b齊平。如第17圖及第18圖所示，藉由突合工程，在第一金屬構件201a與第二金屬構件201b的突合面上形成突合部J21。
而且，被接合金屬構件201的表面為表面A、裡面為裡面B、一邊的側面為第一側面C以及另一邊的側面為第二側面D。又，在第一側面C及第二側面D中，形成突合部J21的各平面線形為L1、L2及L3。平面線形L2分別相對於平面線形L1及平面線形L3形成垂直。
在突出材配置工程中，一對突出材配置於被接合金屬構件201的兩側面。第一突出材202及第二突出材203，如第19圖及第20圖所示，其為夾持突合部而配置的元件，具備分別覆蓋第一側面C及第二側面D的尺寸及形狀。第一突出材202及第二突出材203分別具備與被接合金屬構件201的尺寸相同厚度的尺寸，第一突出材202及第二突出材203的表面及裡面與被接合金屬構件201的表面A及裡面B齊平。雖然第一突出材202及第二突出材203的材質並無限制，在本實施形態中形成與被接合金屬構件201為相同組成的金屬材料。
在熔接工程中，如第19圖所示，將被接合金屬構件201與第一突出材202所形成的內側角部202a、202b熔接而將被接合金屬構件201與第一突出材202作假接合。而且，被接合金屬構件201與第二突出材203所形成的內側角部203a、203b熔接而將被接合金屬構件201與第二突出材203作假接合。而且，可跨越內側角部202a、202b及203a、203b的全長而連續地實施熔接，也可斷續地實施熔接。
在設置工程中，將第一突出材202及第二突出材203 假熔接後的被接合金屬構件201載置於未圖示的摩擦攪拌裝置的台架上，例如使用夾具而拘束成無法移動。本實施形態的上述摩擦攪拌裝置為從被接合金屬構件201的上方進行摩擦攪拌而設定的裝置。
(2)第一預備工程
在第一預備工程中，對於出現在被接合金屬構件201的表面A的突合部J21，使用小型的旋轉工具F進行假接合。本實施形態的第一預備工程包括被接合金屬構件201與第二突出材203的突合部J23接合的第二突出材接合工程、接合被接合金屬構件201的突合部J21的接合工程、被接合金屬構件201與第二突出材202的突合部J22接合的第一突出材接合工程以及在第一本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置形成下穴的下穴形成工程。
在第一預備工程中，如第20圖所示，使一個假接合用旋轉工具移動而形成連續移動的軌跡，對於突合部J23、J21、J22連續地進行摩擦攪拌。即，使插入摩擦攪拌的開始位置SP1的假接合用旋轉工具F的攪拌銷F2(參照第20圖)在中途不脫離而移動至結束位置EP1。而且，在本實施形態中，雖然將摩擦攪拌的開始位置SP1設於第二突出材203上，將摩擦攪拌的結束位置EP1設於第一突出材202上，開始位置SP1與結束位置EP1並無限定。
如第20圖所示，使小型旋轉工具F位於設在第二突出材203的適當位置的開始位置SP1的正上方，接著，使小型旋轉工具F邊旋轉邊下降而將攪拌銷F2壓附於開始位置 SP1。攪拌銷F2的全體進入第二突出材203，而且肩部F1的下端面F11的整面接觸於第二突出材203的表面，之後使小型旋轉工具F邊旋轉邊朝第二突出材接合工程的起點s3做相對移動。使小型旋轉工具F做相對移動而連續地進行摩擦攪拌直到第二突出材接合工程的起點s3為止，之後在起點s3小型旋轉工具s3不脫離而依此狀態移行至第二突出材接合工程。
在第二突出材接合工程中，對於第二突出材203與被接合金屬構件201的突合部J23進行摩擦攪拌。具體而言，在被接合金屬構件201與第二突出材203的接縫(邊界線)上設定摩擦攪拌的路徑，沿著該路徑使小型旋轉工具F做相對移動，對於突合部J23進行摩擦攪拌。而且，在本實施形態中，小型旋轉工具F在中途不脫離而從第二突出材接合工程的起點s3至終點e3連續地進行摩擦攪拌。
而且，當小型旋轉工具F的攪拌銷F2進入突合部J23時，被接合金屬構件201與第二突出材203拉離的力作用，由於被接合金屬構件201與第二突出材203所形成的內側角部203a、203b(參照第21圖)做熔接而進行假接合，可防止被接合金屬構件201與第二突出材203之間形成開孔。
在小型旋轉工具F到達第二突出材接合工程的終點e3之後，在終點e3不結束摩擦攪拌而連續地進行摩擦攪拌直到假接合工程的起點s1，依此狀態移行至假接合工程。即，從第二突出材接合工程的終點e3到假接合工程的起點s1，小型旋轉工具F不脫離而繼續進行摩擦攪拌，而且， 在起點s1小型旋轉工具F不脫離而移行至假接合工程。如此，在第二突出材接合工程的終點e3，小型旋轉工具F不需要脫離作業，而且在假接合工程的起點s1，不需要小型旋轉工具F的插入作業，因此可達到預備性的接合作業的效率化、迅速化。
在假接合工程中，對於被接合金屬構件201的突合部J21進行摩擦攪拌。具體而言，在被接合金屬構件201的接縫(邊界線)上設定摩擦攪拌的路徑，藉由沿該路徑使小型旋轉工具F做相對移動，而跨越突合部J21的全長連續地進行摩擦攪拌。而且，在本實施形態中，小型旋轉工具F在中途不脫離而從假接合工程的起點s1至終點e1連續地進行摩擦攪拌。
在小型旋轉工具F到達假接合工程的終點e1之後，在終點e1摩擦攪拌不結束而連續地進行摩擦攪拌直到第一突出材接合工程的起點s2，依此狀態移行至第一突出材接合工程。即，從假接合工程的終點e1至第一突出材接合工程s2，小型旋轉工具F不脫離而繼續進行摩擦攪拌，而且，在起點s2，小型旋轉工具F不脫離而移行至第一突出材接合工程。
在第一突出材接合工程中，對被接合金屬201與第一突出材202的突合部J22進行摩擦攪拌。具體而言，將摩擦攪拌的路徑設定於被接合金屬構件201與第一突出材202的接縫(邊界線)上，沿該路徑使小型旋轉工具F做相對移動，而對突合部J22進行摩擦攪拌。而且，在本實施 形態中，小型旋轉工具F在中途不脫離而從第一突出材接合工程的起點s2至終點e2連續地進行摩擦攪拌。
又，當小型旋轉工具F的攪拌銷F2進入突合部J22時，被接合金屬構件201與第一突出材202拉離的力作用，由於被接合金屬構件201與第一突出材202所形成的內側角部202a、202b做熔接而進行假接合，可防止被接合金屬構件201與第一突出材202之間形成開孔。
在小型旋轉工具F到達第一突出材接合工程的終點e2之後，在終點e2摩擦攪拌不結束而連續地進行摩擦攪拌直到設於第一突出材202的結束位置EP1為止。而且在本實施形態中，結束位置EP1設於被接合金屬構件201的表面A側的接縫(邊界線)的延長線上。即，結束位置EP1也是後述的第一本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置SM1。
在小型旋轉工具F到達結束位置EP1之後，使小型旋轉工具F邊旋轉邊上升，而使攪拌銷F2從結束位置EP1脫離。
下穴形成工程為在第一本接合工程的摩擦攪拌的開始位置形成下穴的工程(參照第4(b)圖)。在本實施形態的下穴形成工程中，下穴(圖式省略)係形成於設定在第一突出材202的表面的SM1上。
(3)第一本接合工程
第一本接合工程為使被接合金屬構件201的表面A側的突合部J21真正地接合的工程。在本實施形態的第一本接合工程中，使用大型旋轉工具G，對假接合的狀態下的突合部J21從被接合金屬構件201的表面A側進行摩擦攪 拌。
在第一本接合工程中，如第21圖所示，使大型旋轉工具G的攪拌銷G2插入(壓入)形成於開始位置SM1的下穴P1，插入的攪拌銷G2在中途不脫離而移動至結束位置EM1。即，在第一本接合工程中，從下穴P1開始摩擦攪拌，而連續地進行摩擦攪拌直到結束位置EM1為止。
而且，在本實施形態中，雖然在第一突出材202上設置摩擦攪拌的開始位置SM1，在第二突出材203上設置結束位置EM1，但開始位置SM1與結束位置EM1的位置並無限定。
參照第21圖更詳細地說明第一本接合工程。
首先，如第21圖所示，使大型旋轉工具G位於下穴(開始位置SM1)的正上方，接著使大型旋轉工具G邊做右旋轉邊下降而使攪拌銷G2的前端插入下穴。當攪拌銷G2全體進入第一突出材202且肩部G1的下端面G11的整面接觸於第一突出材202的表面之後，一邊進行摩擦攪拌，一邊使大型旋轉工具G向被接合金屬構件201的突合部J21的一端做相對移動，而且橫切突合部J22而突入突合部J21。當使大型旋轉工具G移動時，在該攪拌銷G2的周圍的金屬依次塑性流動化之同時，在從攪拌銷G2分離的位置上，塑性流動化的金屬再度硬化而形成塑性化區域(以下稱為「表面側塑性化區域W21」)。
在被接合金屬構件201的突合部J21，將摩擦攪拌的路徑設定於設定於被接合金屬構件201的接縫(假接合工程中的移動軌跡上)，藉由沿該路徑使大型旋轉工具G作相 對移動，從突合部J21的一端至另一端連續地進行摩擦攪拌。使大型旋轉工具G相對移動，進行摩擦攪拌同時橫切過突合部J23，依此狀態朝結束位置EM1作相對移動。
在大型旋轉工具G到達結束位置EM1之後，使大型旋轉工具G邊旋轉邊上升而使攪拌銷G2從結束位置EM1脫離。
(4)第二預備工程
在第二預備工程中，對出現於被接合金屬構件201的裡面B的突合部J21而使用小型旋轉工具F進行假接合。第二預備工程包括被接合金屬構件201與第一突出材202接合的第一突出材接合工程、接合被接合金屬構件201的突合部J21的假接合工程、被接合金屬構件201與第二突出材202的突合部J23接合的第二突出材接合工程、在第二本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置形成下穴的下穴形成工程。
第二預備工程除了在被接合金屬構件201的裡面B進行之外，其他與第一預備工程大略相同，因此省略其說明。
(5)第二本接合工程
第二本接合工程為被接合金屬構件201的裡面B側的突合部J21做真正接合的工程。在本實施形態的第二本接合工程中，使用大型旋轉工具G，而對假接合狀態的突合部J21從被接合金屬構件201的裡面B側進行摩擦攪拌。
第二本接合工程，如第22圖所示，將右旋轉的大型旋轉工具G的攪拌銷G2插入(壓入)開始位置SM2，插入的攪拌銷G2在中途不脫離而移動至結束位置EM2。藉由第二本 接合工程中，在被接合金屬構件201的裡面B形成塑性化區域W22。第二本接合工程除了在被接合金屬構件201的裡面B進行，其餘與上述的第一本接合工程大略相同，詳細的說明省略。
而且，在第二本接合工程結束之後，將第一突出材202及第二突出材203從被接合金屬構件201切除。
(6)第三準備工程
第三準備工程，在本實施形態中，包括將第一突出材204與第二突出材205配置於被接合金屬構件201的突合部J21的兩側的突出材配置工程、藉由熔接第一突出材204與第二突出材205而假接合於被接合金屬構件201的熔接工程、將被接合金屬構件201設置於未圖示的摩擦攪拌裝置的台架上的設置工程。
突出材配置工程，如第23圖所示，將一對突出材配置於被接合金屬構件201的表面A及裡面B。第一突出材204及第二突出材205，如第23圖所示，其為夾持突合部J21而配置的元件，具備分別覆蓋呈現於表面A及裡面B的突合部J21的尺寸及形狀。第一突出材204及第二突出材205的表面及裡面分別與被接合金屬構件201的第一側面C及第二側面D齊平。雖然第一突出材204及第二突出材205的材質並無限制，在本實施形態中形成與被接合金屬構件201為相同組成的金屬材料。
在熔接工程中，將被接合金屬構件201與第一突出材204及第二突出材205所形成的內側角部熔接而將被接合 金屬構件201與第一突出材204及第二突出材205作假接合。
在設置工程中，將第一突出材204及第二突出材205假熔接後的被接合金屬構件201載置於未圖示的摩擦攪拌裝置的台架上，例如使用夾具而拘束成無法移動。
(7)第三預備工程
包括被接合金屬構件201與第一突出材204的突合部J24接合的第一突出材接合工程、接合被接合金屬構件201的突合部J21的接合工程、被接合金屬構件201與第二突出材205的突合部J25接合的第二突出材接合工程以及在第三本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置形成下穴的下穴形成工程。
在第一突出材接合工程中，對於第一突出材204與被接合金屬構件201的突合部J24進行摩擦攪拌。具體而言，在被接合金屬構件201與第一突出材204的接縫(邊界線)上設定摩擦攪拌的路徑，沿著該路徑使小型旋轉工具F做相對移動，對於突合部J24進行摩擦攪拌。而且，在本實施形態中，小型旋轉工具F在中途不脫離而從第一突出材接合工程的起點n1至終點n2連續地進行摩擦攪拌。
小型旋轉工具F到達終點n2之後，當小型旋轉工具F進入第一突出材204側時，就進行摩擦攪拌直到假接合工程的基點n3為止。在小型旋轉工具F到達基點n3之後，小型旋轉工具F不脫離而言著突合部J21實施假接合工程。本實施形態的突合部J21由於由平面線形L1、L2、L3 所構成，在每個折曲點C1、C2使方向改變90度，同時使小型旋轉工具F移動而進行摩擦攪拌。
在小型旋轉工具F到達基點n6之後，小型旋轉工具F不脫離而進入第二突出材205側，移動至第二突出材接合工程的起點n7。在小旋轉工具F到達起點n7之後，沿著突合部J205而進行摩擦攪拌直到終點n8為止。在小旋轉工具F到達n8之後，進入第二突出材205側，在結束位置EP3使小型旋轉工具F脫離。而且，結束位置EP3成為後述的第三本接合工程的開始位置SM3。
下穴形成工程為在第三本接合工程的摩擦攪拌的開始位置形成下穴的工程。在本實施形態的下穴形成工程中，下穴係形成於設定在第二突出材5的表面的SM3上。在下穴形成工程中，由於與上述的形態大略相同，因此省略詳細的說明。
(8)第三本接合工程
第三本接合工程為被接合金屬構件201的第一側面C側的突合部J21做真正接合的工程。在本實施形態的第三本接合工程中，使用大型旋轉工具G，而對假接合狀態的突合部J21從被接合金屬構件201的第一側面C側進行摩擦攪拌。
第三本接合工程，如第24圖所示，將左旋轉的大型旋轉工具G的攪拌銷G2插入(壓入)開始位置SM3，插入的攪拌銷G2在中途不脫離而移動至結束位置EM3。在第三本接合工程中，從設定於第二突出材5的開始位置SM3的下穴(圖 式省略)開始摩擦攪拌，直到設定於第一突出材204的結束位置EM3為止連續地進行摩擦攪拌。
而且，在本實施形態中，雖然將摩擦攪拌的開始位置SM3設於第二突出材205，結束位置EM3設於第一突出材204，開始位置SM3與結束位置EM3的位置並無限定。
第三本接合工程，如第24圖所示，使大型旋轉工具G位於開始位置SM1的正上方，接著使大型旋轉工具G邊做右旋轉邊下降而使攪拌銷G2的前端插入下穴(圖式省略)。當攪拌銷G2全體進入第二突出材205且肩部G1的下端面G11的整面接觸於第二突出材205的表面之後，一邊進行摩擦攪拌，一邊使大型旋轉工具G向被接合金屬構件201的突合部J21的基點n6做相對移動，而突入突合部J21。當使大型旋轉工具G移動時，在該攪拌銷G2的周圍的金屬依次塑性流動化之同時，在從攪拌銷G2分離的位置上，塑性流動化的金屬再度硬化而形成塑性化區域(以下稱為「表面側塑性化區域W23」。
本實施形態的突合部J21由於由平面線形L1、L2、L3所形成，在每個曲折點C2、C1使方向改變90度，同時使大型旋轉工具G移動而進行摩擦攪拌。然後，大型旋轉工具G通過基點n3而到達結束位置EM3之後，在結束位置EM3使大型旋轉工具G脫離。根據第三本接合工程，表面側塑性化區域W21及裡面側塑性化區域W22(參照第17圖)與第一側面塑性化區域W3重複之同時，跨越第一側面C的突合部J21的全長而進行摩擦攪拌。
(9)第四預備工程
第四預備工程，如第25圖所示，對於被接合金屬構件201的第二側面D的突合部J21使用小型旋轉工具F進行假接合。第四預備工程包括第一突出材接合工程、接合被接合金屬構件201的突合部J21的假接合工程、被接合金屬構件201與第二突出材205的突合部J25接合的第二突出材接合工程以及在第四本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置形成下穴的下穴形成工程。
而且，第四預備工程除了在第二側面D進行之外，由於與第三預備工程大略相同，省略其詳細說明。
(10)第四本接合工程
第四本接合工程，如第25圖所示，其為被接合金屬構件201的第二側面D側的突合部J21做真正接合的工程。在本實施形態的第四本接合工程中，使用大型旋轉工具G，而對假接合狀態的突合部J21從被接合金屬構件201的第二側面D側進行摩擦攪拌。
第四本接合工程，如第25圖所示，將右旋轉的大型旋轉工具G的攪拌銷G2插入(壓入)開始位置SM4，插入的攪拌銷G2在中途不脫離而移動至結束位置EM4。在第四本接合工程中，從設定於第二突出材205的開始位置SM4的下穴(圖式省略)開始摩擦攪拌，沿著突合部J21直到設定於第一突出材204的結束位置EM4為止連續地進行摩擦攪拌。根據第四本接合工程，第二側面側塑性化區域W24係形成於被接合金屬構件201的第二側面D上。第四本接合工程除 了在第二側面D進行之外，其餘與第三本接合工程大略相同，省略其詳細說明。而且，在第四本接合工程結束之後，將一對突出材從被接合金屬構件201切除。
根據以上說明的本實施形態的接合方法，如第24圖及第25圖所示，在第一側面C及第二側面D內的第一側面側塑性化區域W23及第二側面測塑性化區域W24係由平面線形L1、L2、L3形成。藉此，由於平面線形L1、L2及L3的延長距離的和大於被接合金屬構件201的厚度1h的長度，可確保摩擦攪拌區域變長。因此，作用於被接合金屬構件201的接合部的應力分散而可提高接合強度。又，根據第三本接合工程及第四本接合工程，表面側塑性化區域W21及裡面側塑性化區域W22與第一側面側塑性化區域W23及第二側面塑性化區域W24重複之同時，可跨越第一側面C、第二側面D的突合部J21的全長而進席摩擦攪拌。藉此，可提高被接合金屬構件201的氣密性及水密性。
又，本實施形態的接合方法由於使突合部J21成為直線的組合，突合面成形變得容易，同時可容易地進行摩擦攪拌的作業。又，在本實施形態中，在折曲點C1，平面線形L1與平面線形L2形成90度之同時，在折曲點C2，平面線形L2與平面線形L3形成90度。因此，在摩擦攪拌的接合時，沿著突合部J21的平面線形移動的大型旋轉工具G由於到達折曲點C1、C2即停止，在折曲點C1、C2會比其他部分進行更長時間的摩擦攪拌。藉此，在折曲點C1、C2，藉由進行長時間的摩擦攪拌，可不產生接合缺陷地實 施加工，在接合部可提升氣密性及水密性。
又，在第四實施形態中，在第一本接合工程及第二本接合工程中，由於使本接合用旋轉工具G做右旋轉，可在表面塑性化區域W21及裡面塑性化區域W22的第二金屬構件201b側形成空洞缺陷(圖式省略)。於此，在第三本接合工程中，使本接合用旋轉工具G作左旋轉而從裡面B向表面A移動，藉此第二金屬構件201b側進行較高密度的摩擦攪拌。又，在第四本接合工程中，使本接合用旋轉工具G作右旋轉而從裡面B向表面A移動，藉此第二金屬構件201b側進行較高密度的摩擦攪拌。藉此，在第一本接合工程及第二本接合工程可能形成的空洞缺陷可卻實地斷開。
又，藉由使用突出材，可正確而迅速地進行第一本接合工程、第二本接合工程、第三本接合工程及第四本接合工程。又，藉由各突出材與被接合金屬構件201作假接合，可防止在進行第一本接合工程、第二本接合工程、第三本接合工程及第四本接合工程之際產生開孔。
而且，在本實施形態中，側面本接合工程雖然在第一側面C及第二側面D兩邊進行，不一定要在兩面進行，至少在一邊進行即可。
以上，雖然對於本發明以較佳實施形態作說明，但本發明不限於上述各實施形態，再不脫離本發明的旨趣的範圍內可變更適當的設計。
例如，第一側面C及第二側面D的突合部J21並不限於第四實施形態的平面線形，可適當地設定。即，在第四 實施形態中，三根平面線形L1、L2、L3與二點C1、C2的組合所形成的突合部J21，突合部J21的平面線形的延長距離雖然形成比被接合金屬構件201的厚度1h還大，突合部J21的形狀並不限於上述實施形態所表示，可作適當的設定。
第26圖為本發明的實施形態的變形例的第一側面C的平面圖，(a)為第一變形例，(b)為第二變形例，(c)為第三變形例。
例如，如第26(a)圖所示，突合部J22係相對於被接合金屬構件201’的厚度方向傾斜而配置，藉此不設置折曲點而可形成突合部J22，此突合部J22可確保被接合金屬構件201的厚度1h還大的平面線形L的延長距離。根據上述的突合部J22，由於進行摩擦攪拌的平面線形L的延長距離比被接合金屬構件201的厚度1h還長，可確保摩擦攪拌的距離變長，接合強度可變高。
又，如第26(b)或26(c)圖所示的突合部J23、J24，也可以用二根平面線形L1、L2與折曲點C1的組合。根據如此的構造，由於大型旋轉工具G一到達折曲點C1就停止，與上述實施型態所表示的相同，可卻實地進行摩擦攪拌。而且，在此情況下，折曲點C1的內角的角度並無限定，只要適當設定即可。
第27圖為本發明的實施型態的變形例的第一側面C的平面圖。(a)為第四變形例、(b)為第五變形例、(c)為第六變形例、(d)為第七變形例。
在第四實施型態中，雖然在在平面線形L1、L2或平面線形L2、L3相交的角度為直角的二個位置設置折曲點C1、C2，但折曲點C1、C2的角度並無限定。例如，如第27(a)、27(b)圖所示的突合部J25、J26所示，在二個折曲點C1’、C2’上的平面線形L1、L2或平面線形L2、L3相交的角度為120度也可以達到相同的效果。
又，突合部的平面線形的折曲點的數量可在二個以上的位置形成，適當地設定即可。例如，如第27(c)圖所示的突合部J27及第27(d)圖所示的突合部J28，折曲點的數量為四個或六個亦可。如此，折曲點的數量增加，使大型旋轉工具G的移動速度變慢，或者是使大型旋轉工具G的移動做複數次停止，更確實地進行被接合金屬構件201’的接合，可進行接合強度、氣密性及水密性優良的接合。
第28圖為本發明的實施型態的變形例的第一側面C的平面圖，為第八變形例。
在第四實施型態中，雖然藉由三根平面線形L1、L2、L3的組合而形成突合部J21，如第28圖所示的突合部J8，突合部J8的平面線形形成曲線。藉由突合部J8形成此形狀，可使平面線形的延長距離比被接合金屬構件201的厚度1h還長。而且，在突合部的平面線形形成曲線狀時，形成的曲線線形並不限定於第28圖所示的突合部J28的曲線線形。
而且，在本實施型態的摩擦攪拌中，第一突出材及第二突出材可根據需要而配置，也可省略。又，摩擦攪拌時 的金屬構件的固定方法等並無限定，可選定適當的公知的手段。又，在本實施型態中，側面接合工程雖然是連續地進行摩擦攪拌，但若由側面本接合工程所形成的塑性化區域的延長距離比被接合金屬夠記得厚度尺寸還大，則可斷斷續續地進行。
1‧‧‧被接合金屬構件
1a‧‧‧第一金屬構件
1b‧‧‧第二金屬構件
2‧‧‧第一突出材
3‧‧‧第二突出材
201‧‧‧被接合金屬構件
201a‧‧‧第一金屬構件
201b‧‧‧第二金屬構件
202‧‧‧第一突出材
203‧‧‧第二突出材
A‧‧‧表面
B‧‧‧裡面
C‧‧‧第一側面
D‧‧‧第二側面
F‧‧‧假接合用旋轉工具
G‧‧‧本接合用旋轉工具
J‧‧‧突合部
L‧‧‧平面線形
P1‧‧‧下穴
W‧‧‧塑性化區域
SM‧‧‧本接合工程的開始位置
EM‧‧‧本接合工程的結束位置
V1~V4‧‧‧旋轉工具的行進方向
第1圖表示第一實施型態的接合方法，(a)為立體圖，(b)為(a)中N部分的放大立體圖。
第2圖表示第一實施型態的第一準備工程的圖，(a)為立體圖，(b)為平面圖。
第3圖表示第一實施型態的第一準備工程的圖，(a)為第2圖的(b)的I-I線剖視圖，(b)為第2圖的(b)的II-II線剖視圖。
第4圖表示第一實施型態的旋轉工具的圖，(a)為假接合用旋轉工具的側視圖。(b)為本接合用旋轉工具的側視圖。
第5圖表示第一實施型態的假接合用旋轉工具的使用狀態的圖，(a)為假接合用旋轉工具抵接於第二突出材的圖，(b)為假接合用旋轉工具壓入第二突出材的圖。
第6圖為表示第一實施型態的第一預備工程的第二突出材接合工程、假接合工程以及第一突出材接合工程的平面圖。
第7圖為第一實施型態的第一本接合工程從第6圖的 III-III方向觀看的剖視圖，(a)表示開始位置的摩擦攪拌，(b)表示中間位置的摩擦攪拌，(c)表示結束位置的摩擦攪拌。
第8(a)圖為第一實施型態的第二準備工程的再設置工程之後，從突合部J1朝向第一金屬構件1a側的剖視圖。第8(b)圖為第一實施型態的第二準備工程的第一突出材接合工程、假接合工程以及第二突出材接合工程的平面圖。
第9圖表示第一實施型態的第二本接合工程的第8(b)圖的IV-IV線剖視圖，(a)表示開始位置的摩擦攪拌，(b)表示中間位置的摩擦攪拌。
第10圖為第一實施型態的突出材切除工程後的被接合金屬構件的立體圖。
第11圖為第一實施型態的第三準備工程的立體圖。
第12圖為第一實施型態的第三本接合工程的立體圖。
第13圖為第一實施型態的第三本接合工程後的第12圖的V-V線剖視圖。
第14(a)圖為第一實施型態的第四準備工程的再設置工程後，從突合部J1面向第二金屬構件1b側的剖視圖，第14(b)圖為第一實施型態的第四本接合工程的圖，從突合部J1面向第二金屬構件1b側的剖視圖。
第15圖為第二實施型態的接合方法的圖，(a)立體圖，(b)為H部分的放大立體圖。
第16圖為第三實施型態的接合方法的圖，(a)立體圖，(b)為I部分的放大立體圖。
第17圖為第四實施型態的被接合金屬構件的立體圖。
第18圖為第四實施型態的被接合金屬構件的圖，(a)為立體分解圖，(b)側視圖。
第19圖為第四實施型態的突出材配置工程的立體圖。
第20圖為第四實施型態的假接合工程的平面圖。
第21圖為第四實施型態的第一本接合工程的平面圖。
第22圖為第四實施型態的第二假接合工程及第二本接合工程的平面圖。
第23圖為第四實施型態的第三預備工程的平面圖。
第24圖為第四實施型態的第三本接合工程的平面圖。
第25圖為第四實施型態的第四預備工程及第四本接合工程的平面圖。
第26圖為本發明的實施型態的變形例的被接合金屬構件的第一側面C的平面圖，(a)為第一變形例，(b)為第二變形例，(c)為第三變形例。
第27圖為為本發明的實施型態的變形例的被接合金屬構件的第一側面C的平面圖，(a)為第四變形例，(b)為第五變形例，(c)為第六變形例，(d)為第七變形例。
第28圖為為本發明的實施型態的變形例的被接合金屬構件的第一側面C的平面圖，其表示第八變形例。
第29圖為習知的接合方法的立體圖。
第30圖為習知的接合方法的立體圖。
1‧‧‧被接合金屬構件
1a‧‧‧第一金屬構件
1b‧‧‧第二金屬構件
12a‧‧‧第一金屬構件1a的表面
12b‧‧‧第二金屬構件1b的表面
13a‧‧‧第一金屬構件1a的裡面
13b‧‧‧第二金屬構件1b的裡面
14a‧‧‧第一金屬構件1a的第一側面
14b‧‧‧第二金屬構件1b的第一側面
15a‧‧‧第一金屬構件1a的第二側面
15b‧‧‧第二金屬構件1b的第二側面
A‧‧‧表面
B‧‧‧裡面
C‧‧‧第一側面
D‧‧‧第二側面
G‧‧‧本接合用旋轉工具
J1‧‧‧突合部
R1、R2‧‧‧空洞缺陷
S1、S2、S3、S4‧‧‧填充部
V1、V2、V3、V4‧‧‧旋轉工具的行進方向
W1‧‧‧表面側塑性化區域
W2‧‧‧裡面側塑性化區域
W3‧‧‧第一側面塑性化區域
W4‧‧‧第二側面側塑性化區域

Claims (9)

  1. 一種接合方法，相對於第一金屬構件與第二金屬構件突合的被接合金屬構件而使旋轉工具移動以進行摩擦攪拌，包括：第一本接合工程，相對於上述第一金屬構件與上述第二金屬構件的突合部，從上述被接合金屬構件的表面側進行摩擦攪拌；第二本接合工程，相對於上述突合部而從上述被接合金屬構件的裡面側進行摩擦攪拌；側面本接合工程，相對於上述突合部而從上述被接合金屬構件的側面側進行摩擦攪拌；預備工程，在進行上述第一本接合工程、上述第二本接合工程以及上述側面本接合工程之中至少其中之一之前，於上述突合部的兩側配置一對突出材，上述突出材與上述被接合金屬構件的突合部預備性地進行摩擦攪拌；其中使上述第一本接合工程以及第二本接合工程所形成的塑性化區域與上述側面本接合工程所形成的的塑性化區域重複。
  2. 如申請專利範圍第1項與所述之接合方法，其中在進行上述第一本接合工程、上述第二本接合工程以及上述側面本工程至少其中之一之前，進行將上述突合部假接合的假接合工程。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之接合方法，在上述一個本接合工程中，令上述假接合工程中所使用的假接合用 旋轉工具脫離時所形成的拔孔保持原樣，或是使用如鑽頭使擴張，利用作為本接合用旋轉工具的攪拌銷用的下穴。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之接合方法，其中在上述旋轉工具的插入預定位置上形成預定的下穴。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之接合方法，其中在上述側面本接合工程所形成的塑性化區域的延長距離比上述突合部的厚度尺寸還大。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之接合方法，其中上述側面本接合工程係，橫越出現於上述被接合金屬構件的側面的上述突合部的全長而進行摩擦攪拌，在上述側面本接合工程所形成的塑性化區域與上述第一本接合工程及上述第二本接合工程中所形成的塑性化區域重複。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之接合方法，其中出現於上述被接合金屬構件的側面的上述突合部的平面線形為直線或直線的組合。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之接合方法，其中在出現於上述被接合金屬構件的側面的上述突合部的平面線形中，設有1以上的折曲點。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之接合方法，其中構成上述折曲點的直線彼此相交的角度為90度。
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