TW495407B - Friction stir welding method - Google Patents

Description

495407 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（h (發明所屬之技術領域） 本發明有關於摩擦攪拌接合方法，特別是適合於中空 型材之摩擦攪拌接合者。 (先前技術） 按摩擦攪拌接合方法乃，一面將插入於接合部之圓棒 (稱之謂旋轉工具）旋轉一面沿著接合線而使之移動，而 使接合部發熱軟化使之塑性流動以資固相接合之方法。旋 轉工具係由大直徑部及小直徑部所成。將小直徑部插入於 欲接合之構件，而將大直徑部之端面接觸於上述構件，在 於小直徑部設有螺紋。 又將欲接合之二件構件之旋轉工具之插入側設置凸部 ，而以此凸部之金屬來埋塡二件構件間之間隙。將旋轉工 具之大直徑部放入於凸部內。 由於需要將旋轉工具插入於接合部之金屬才行，因此 在於接合部有很大力量之作用。因此在於接合中空型材時 ，令連接中空型材之二片面板之連接板之部份做爲與另一 方之中空型材之摩擦攪拌接合位置。這是以上述連接板來 支撐上述力量’以一面防止中空型材之變形一面實施摩擦 攪拌接合者。 這些技術係揭示於日本專利公報特開平1 1 一 90655 號。（USP6050474 號）。 (發明所欲之課題） ----- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------_-裝--- - * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .- 蠡 495407 A7 B7__ 五、發明說明（2) 按摩擦攪拌接合乃，將旋轉工具插入於欲接合之構件 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ，而使金屬流動化而予以接合者。因此插入於構件之小直 徑部之先端到被接合構件之背面（指反大直徑部側）爲止 之厚度薄時，流動化之金屬會流出於背面側。雖然不致於 流出也會使構件鼓大於流出之側。下面包含這些稱之謂「 流出」。因此需要將用於補塡流出之金屬之用之凸部之厚 度加厚才行。又在於接合部發生空孔。又使金屬之不會流 出地，有必要令從小直徑部之先端至背面側爲止之構件之 厚度加厚才行。因此型材變重而成爲價格高。 本發明之目的乃提供以輕量之條件下可以實施良好之 接合之摩擦攪拌接合方法。 (解決課題之手段） 經種種之檢討察知由旋轉工具之旋轉而成爲流動化之 金屬之壓力並非在於旋轉工具之軸方向之投影範圍內全面 地同一，而由位置而壓力會不同，而且壓力高之位置乃由 旋轉工具之旋轉方向與移動方向所決定。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明乃於令自小直徑部之先端部至構件之背面側之 厚度之較厚之部份據位於流動化之金屬之壓力之變高之位 置。實施摩擦攪拌接合爲其特徵者。 (發明之實施形態） 依第1圖乃至第4圖說明本發明之一實施例。 鐵路車輛之車體5 0 0乃由，構成側面之側構體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公爱) 495407 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（3) 5 0 1 ’構成車頂之車頂構體5 0 2，構成地板之底架 5 0 3 ’及構成長軸方向之端部之端構體5 0 4所構成。 側構體5 0 1 ，車頂構體5 0 2，底架構體5 0 4乃分別 接合複數之擠製型材1 〇，2 0而構成，將擠製型材1〇 ’ 2 0之長軸方向（擠押方向）朝向於車體5 0 0之長軸 方向，擠製型材1 〇，2 0係鋁合金製之中空型材。 說明構作側構件5 〇 1之中空型材之構造。其他處所 之中空型材亦相同。 中空型材10 (20)乃由實質上平行之二枚之面板 11(21) ， 12 (22)，及連接此二枚面板之複數 之連接板1 3 ( 2 3 )所成。 連接板1 3 ( 2 3 )係對於面板1 1 ( 2 1 )，1 2 (2 2 )而呈傾斜狀。換言之，由面板1 1 ( 2 1 )， 12 (22)，連接板1 3 ( 2 3 )而構成構架。 中空型材10 (20)之寬度方向之端部之連接板 14 (24)乃對於面板11 ，12 (21 ，22)而成 直交。在於連接板1 4與面板1 1 ( 1 2 )之連接部之外 面側，備有容許中空型材2 0之面板2 1 ( 2 2 )所疊合 之凹部。中空型材1 0之端部係疊合於中空型材2 0之面 板2 1 ，2 2。面板1 1，2 2之端部即具有可支撐面板 21 ，22之突出片15。突出片15係自連接板14突· 出。突出片1 5係連接於上述凹部。 面板11 ，12 (21 ，22)之端部備有突出於中 空型材1 0，2 0之外面側（厚度方向之外側）之凸部 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ·. 495407 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（4) 17 (27)。面板 11，12 (21，22)及凸部 17 (27)之端面係沿著中空型材10 (20)之厚度 方向。面板1 1 ，2 1及凸部1 7之端面（換言之凹部之 面板1 1 ，1 2側）乃在於連接板1 4之板厚之中心附近 。中空型材10之面板11(12)及凸部17之端面與 中空型材20之面板21(22)及凸部27之端面係被 對合。 面板11 (12)與面板21 (22)係在於同一面 ，凸部17，27之突出量係相同。二個凸部17，27 之寬度相同。二個凸部之寬度係大於旋轉工具5 0之大直 徑部5 1之直徑。凸部1 7，2 7之金屬將成爲埋塡對合 部份之間隙之金屬之資源。 在於接合之際，首先將二件中空型材10 ，20固定 於架台1 0 0。標號1 0 1係容納下面之凸部1 7，2 7 之構。 旋轉工具5 0係在於大直徑部5 1之先端設有小直徑 部5 2。在於小直徑部5 2設有螺紋。當接合時，對於對 合部插入旋轉工具5 0。而將大直徑部5 1之下部據位於 凸部1 7，2 7內之位置。小直徑部5 2係插入於面板1 ，2 1之對合部。小直徑部5 2之下端係稍插入於突出片 1 5。使旋轉工具5 0 —面旋轉一面沿著對合部之接合線~ 而使之移動。 將旋轉工具5 0插入於欲接合之部份之後，使旋轉工 具5 0從紙面之靠身旁朝紙面之內奧側，第1圖之平面圖 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------裝— 、 * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - 0. 495407 Α7 Β7 五、發明說明（5) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之第2圖中’標號A係旋轉工具5 〇之移動方向，b係旋 轉工具5 0之旋轉方向。小直徑部5 2之螺紋係左旋螺紋 。從大直徑部5 1側而觀看小直徑部5 2側時，旋轉工具 5 0之旋轉方向係右方向（順時鐘方向）。從旋轉工具 5 0觀看移動方向之前方時，突出片1 5係在於旋轉工具 5 0之較軸心之右側。 當第3圖之上面側之摩擦攪拌終了時，即將中空型材 1 0，2 0上下予以反轉，同時實施摩擦攪拌接合。 由旋轉工具5 0而被流動化之接合部之金屬之壓力係 ’在於旋轉工具5 0之移動方向中，旋轉工具5 0之較軸 心之右側這一方係較左側者大。這可以想爲由於旋轉工具 5 0係行右旋轉，因此旋轉工具5 0之前方之沒有接合之 金屬係被推靠於右側之緣故。 第1圖中，連接板1 4之左右有中空部1 〇 b， 1〇a。自插入於接合部之小直徑部1 5之先端部至左右 之中空部10b，l〇a爲止之距離係，右側之突出片 1 5者爲厚。由於突出片1 5係用於支撐面板2 1 ，所以 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 使之比較厚也。因此可以說壓力高側之構件之厚度爲厚。 所以流動化之金屬係由於突出片1 5之厚度而不致於流出 於中空部1 0 a側，而在於接合部之內部不致於發生空孔 者。 另一方面，旋轉工具5 0之左側之壓力係較右側爲低 。這可能是由於在旋轉工具5 0之後方沒有未連接之金屬 之緣故。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 495407 A7 B7 五、發明說明（6) 如上所述’自旋轉工具5 0之軸心至左個1乃由於內部 壓力低，所以可以使自小直徑部5 2之先端至連接板1 3 之左側之中空部1 〇 b爲止之構件之厚度薄°因此可以使 中空型材1 0輕量化。 以第1圖說明上述「自插入之小直徑部5 2之先端咅β 至中空部10b，10a爲止之構件之厚度」。 在於壓力高之側而爲了卩方止金屬之"流出所;必要之金屬 厚度設爲R。沿著較小直徑部5 2之軸心而右半份之先端 部而需要厚度R之厚度之構件。而小直徑部5 2之右側先 端之角部有必要以此角部爲中心而半徑R之厚度之構件。 上述「自插入之小直徑部5 2之先端部至中空部1 0 b爲 止之構件之厚度」亦稱此種水平方向之厚度。沿著小直徑 部5 2之軸心而較左半份之先端部之構件之厚度乃較厚度 R薄。 本例中螺紋之方向與旋轉工具5 0之旋轉方向係與上 述者同一。惟如設定：中空型材10，20之朝向係左右 相反時，換言之突出片1 5係朝向旋轉工具5 0之左側地 突出之情形時，此時由於薄的構件係據位於旋轉工具5〇 之右側之壓力之高之側，所以會流出於空間側，因此在於 接合部之內部容易發生空孔。 又，突出片1 5與面板2 1之疊合部係在於較小直徑· 部之左側時，接合部之近傍之疊合面係隆起於旋轉工具 5 0之大直徑部5 1側，很容易發生凹口。而上述疊合部 在於右側時，由於疊合部係在於高壓部所以凹口之發生少 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------— 裝--- * · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · * 495407 A7 __B7_____ 五、發明說明（7) 〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 換言之，自小直徑部5 2之先端部至與大直徑部5 1 側之相反側之構件之面爲止之厚度之中，將該厚度之厚這 一方據位於高壓部者。高壓部係發生於自大直徑部4 1側 觀看時之旋轉工具5 0之旋轉工具5 0之旋轉方向係右旋 轉時之從旋轉工具5 0看移動方向時之旋轉工具5 0之右 側。 如小直徑部5 2之螺紋係右螺旋，旋轉工具5 0之旋 轉方向係左側（反時鐘方向）時即應使中空型材1 〇， 2 0之組合做成左右相反，而使突出片1 5據位於旋轉工 具5 0之較軸心之左側。 第5圖係表示適用於非中空型材之構件之接合之情形 。係從第2圖之中空型材1 〇，2 0而除去了面板1 2 ， 2 2及連接板1 4，2 4，接合部之背面係載置於平坦之 架台1〇5 。 本發明之技術的範圍係不侷限於記述於申請專利範圍 第之各請求項之文言或爲了解決課題之手段之項所述之文 言’將及至業者之由它而容易置換之範圍者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (發明之效果） 依本發明時得以輕量之條件下可以良好的摩擦攪拌接· 合者。 圖式之簡單說明 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) 495407

$、發明說明（8) 第1圖係本發明之一實施例之接合部之縱斷面圖。 第2圖係第1圖之平面圖。 第3圖係本發明之一實施例之一對中空型材之縱斷面 圖。 第4圖係鐵路車輛之車體斜視圖。 第5圖係本發明之其他實施例之接合部之縱斷面圖。 (標號說明） 10，20 :中空型材 11，12，21，22:面板 1 5 :突出片 1 7，2 7 :凸部 5〇：旋轉工具 5 1 :大直徑部 5 2 :小直徑部 A :旋轉工具5 0之移動方向 B :旋轉工具5 0之旋轉方向 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -1 2 /V 格 規 A4 5) N (C 準 標 家 國 國 中 用 適 度 尺一張一紙 本 釐 公 97

Claims (1)

1. 495407 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 · 一種摩擦攪拌接合方法， 第丨構件係由，板，及於該板之端部而與該板實質的 平行的突出，對於該板之一方之面而凹入地配置之突出板 所成， 在於上述突出片疊合第2構件之端部同時，令上述之 端部與上述第2之構件之端部對合， 當使用於大直徑部之先端具有小直徑部之旋轉工具’ 而將上述小直徑部插入於上述之對合之部份以資實施摩擦 攪拌接合時， 朝向將上述旋轉工具沿著上述對合之部份地使之移動 之方向而觀看時，令上述插入之上述小直徑部到與上述大 直徑部側之相反側之上述第1構件爲止之厚度之較厚者據 位於上述旋轉工具之較軸心而右側之位置， 而從上述大直徑部側觀看時，使上述旋轉工具一面右 旋轉一面沿著上述對合部份地使之移動，爲其特徵者。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之摩擦攪拌接合方法 ，其中 將上述突出片據位於上述右側來實施摩擦攪拌接合者 〇 3 ·如申請專利範圍第2項所述之摩擦攪拌接合方法 ，其中 上述小直徑部之先端係插入於上述突出片以資實施上 述摩擦攪拌接合者。 4 · 一種摩擦攪拌接合方法， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）. -12- -----------Awi --------訂--------- r» (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 495407 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 中空型材乃由：實質的平行之二片面板；及連接兩者 之連接板；及自該連接板突出於實質的平行於一方之上述 面板之方向之突出片；及在於上述一方之面板’上述連接 板以及上述突出片之連接部中，開放於上述一方之面板之 外側及上述突出片之突出方向之上述凹部；所成 在於上述凹部疊合第2構件之端部，同時對合上述一 方之面板之端部與上述第2構件之端部， 當，使用於大直徑部之先端備有小直徑部之旋轉工具 ，而將上述小直徑部插入於上述之對合之部份及上述突出 片以資實施摩擦攪拌接合時， 朝向將上述旋轉工具沿著上述之對合部份而移動之方 向而觀看時，令上述突出片據位於較上述旋轉工具之右側 而自上述插入之上述小直徑部之先端部至與上述大直 徑部之相反側之面爲止之厚度乃，當朝向移動方向觀看時 ，較上述軸心之左側而右側之上述突出片之一方較厚， 從上述大直徑部側觀看時，令上述旋轉工具一面右旋 轉一面沿著上述對合之部份地使之移動，爲其特徵者。 5 . —種摩擦攪拌接合方法， 第1構件乃由：板，及在於該板之端部而與該板實質 的平行的突出，而對於該板之一方之面而凹入地予以配置· 之突出片所成， 對於上述突出片疊合第2構件之端部，同時對合上述 板之端部與上述第2構件之端部， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）. -13^ ~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^1 --------訂·--------^^1 · 495407 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 當’使用於大直徑部之先端備有小直徑部之旋轉工具 ’而將上述小直徑部插入於上述對合部份以資實施摩擦攪 拌接合時， 當朝向將上述旋轉工具沿著上述對合部份而移動之方 向而觀看時，在於上述旋轉工具之軸心之左側地據位該， 自上述插入之上述小直徑部之先端部至與上述大直徑部側 之相反側之上述第1構件之面爲止之厚度之較厚之一方， 從上述大直徑部側觀看時，令上述旋轉工具左方向旋 轉，沿著上述對合之部份而使之位置，爲其特徵者。 6 ·如申請專利範圍第5項所述之摩擦攪拌接合方法 ，其中 將上述突出片據位於上述左側位置以資實施摩擦攪拌 接合者。 7 .如申請專利範圍第5項所述之摩擦攪拌接合方法 ，其中 將上述小直徑部之先端插入於上述突出片以資實施摩 擦攪拌接合者。 8 . —種摩擦攪拌接合方法， 中空型材乃由：實質的平行的二片之面板，乃連接兩 者之連接板，及由該連接板而突出於實質上平行於一方之 上述面板之方向之突出片，及在於上述一方之面板，上述-連接板及上述突出片之連接部中，開放於上述一方之面板 之外側及上述突出片之突出方向之上述凹部所成， 在於上述凹部疊合上述第2構件之端部，同時對合上 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · ·ϋ ·ϋ n II «ϋ n I MM· MMB VM· Μ·*· 菌 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- 495407 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 述一方之面板之端部與上述第2構件之端部， 使用於大直徑部之先端部備有小直徑部之旋轉工模’ 而將上述小直徑部插入於上述對合部份及上述突出片而實 施摩擦攪拌接合時， 朝向將上述旋轉工具沿著上述對合之部份而移動之方 向地觀看時，令上述突出片據位於較上述旋轉工具之軸心 之左側， 而上述插入之自上述小直徑部之先端部至與上述大直 徑部側之相反側之面爲止之厚度係’以朝向上述移動方向 來觀看時，與上述軸心之右側比較時，左側之上述突出片 之一方較厚， 而從上述大直徑部側觀看時令上述旋轉工具一面左旋 轉一面沿著上述對合之部份使之移動’爲其特徵者。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）