TWI385044B - Bonding method - Google Patents

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TWI385044B
TWI385044B TW097129208A TW97129208A TWI385044B TW I385044 B TWI385044 B TW I385044B TW 097129208 A TW097129208 A TW 097129208A TW 97129208 A TW97129208 A TW 97129208A TW I385044 B TWI385044 B TW I385044B
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Description

接合方法
本發明係有關於一種利用攪拌摩擦的金屬構件的接合方法以及接合構造物的製造方法。
金屬構件彼此接合的方法已知的是摩擦攪拌接合(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，而使金屬構件彼此做固相接合。而且，旋轉工具一般是在呈圓柱狀的肩部的下端面上突設攪拌銷(探針)。
於此，第33圖表示對一對平板狀的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33圖所示，在欲接合的金屬構件101的厚度比未圖示的旋轉工具的攪拌銷還長的情況下，從金屬構件101的表面102側進行摩擦攪拌之後，從裡面103側進行摩擦攪拌。
即，上述的接合方法係沿著金屬構件101的突合部104(二點鎖線)從表面102及裡面103的兩側進行摩擦攪拌，藉由摩擦攪拌所形成的塑性化區域105、106的厚度方向的中央部分接觸而接合。藉此，在突合部104中，可達到無間隙接合。如此的接合方法係揭露於文獻1。
又，第34圖為使用接頭構件的習知的接合方法的剖視圖。如第34圖所示，相對於旋轉工具的攪拌銷的長度，金 屬構件的厚度較大的情況下，在具備不同厚度的段部的一對金屬構件之間，藉由接頭構件進行階段性的摩擦攪拌的接合方法是已知的。即，使用上述接合方法的金屬構件，在第一金屬構件120a及第二金屬構件120b的本體部121的緣部形成比本體部121的厚度還小的段部122。
然後，該接合方法包括使第一金屬構件120a及第二金屬構件120b的段部122彼此突合的突合工程、對於段部122彼此的突合部Jd進行摩擦攪拌的段部摩擦攪拌工程、將接頭構件U配置於在突合工程中所形成的凹部123的接頭構件配置工程、對第一金屬構件120a與接頭構件U的突合部Ja以及第二金屬構件120b與接頭構件U的突合部Jb進行摩擦攪拌的摩擦攪拌工程。根據該接合方法，即使是金屬構件的厚度大的構件，可進行金屬構件彼此無間隙的接合。如此的接合方法係記載於文獻2。
文獻1：特開2005-131666號公報(參照第7圖)
文獻2：特開2004-358535號公報(段落0019、參照第2圖)
於此，第35圖表示對一對厚度大的金屬構件實施磨擦攪拌接合的接合方法的立體圖。如第35圖所示，欲接合的金屬111的厚度較大的情況下，即使從表面102以及裡面103進行摩擦攪拌，也可能在突合部104(二點鎖線)的中央 部產生未接合部。即，相對於未圖示的旋轉工具的攪拌銷的長度，在金屬構件111的厚度相當大的情況下，即使從金屬構件111表面102以及裡面103進行摩擦攪拌，由於不會接觸到塑性化區域105、106的厚度方向的中央部分，不會在突合部104的中央部產生間隙(未接合部)119。如此，從一邊的側面107至另一邊的側面108連續地產生間隙(未接合部)119。如此，當從一邊的側面107至另一邊的側面108連續地產生間隙119時，會有側面107及側面108之間的水密性及氣密性降低的問題。
於此，若對應於金屬構件111的厚度而使旋轉工具的攪拌銷的長度變大，藉由從表面102以及裡面103進行摩擦攪拌，可使金屬構件111彼此無間隙地接合。但是，旋轉工具由於使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會增大，會導致裝置的壽命變短的問題。
又，如第33圖及第35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連續地產生空洞缺陷109。上述的空洞缺陷109為使金屬構件101、111的側面107及側面108之間的水密性及氣密性降低的原因之一。
另一方面，如第34圖所示，若使用接頭構件U，則即使在金屬構件120a、120b的厚度大的情況下，階段性地進行摩擦攪拌而可確保水密性及氣密性，但由於金屬構件 120a、120b的厚度大，必須增加設於金屬構件120a、120b的段部及接頭構件而有使接合作業變得繁雜的問題。
從如此的觀點，本發明提供一種接合方法以及接合構造物的製造方法，在容易進行作業之同時，可提高被接合的金屬構件的氣密性及水密性。
為解決如此的問題，本發明的接合方法使旋轉工具相對於第一金屬構件與第二金屬構件突合而形成的被接合金屬構件移動而進行摩擦攪拌的接合方法，其包括：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進行摩擦攪拌的第一本接合工程；對於上述突合部從上述被接合金屬構件的裡面進行摩擦攪拌的第二本接合工程；沿著上述被接合金屬構件的側面的上述突合部形成凹槽的凹槽形成工程；在上述凹槽配置接頭構件的接頭構件配置工程；對於上述凹槽與上述接頭構件的突合部實施摩擦攪拌的接頭構件接合工程。
根據上述的接合方法，藉由在被接合金屬構件的側面形成凹槽，可除去可能捲入被接合金屬構件的側面的氧化膜。又，藉由對凹槽與配置於凹槽的接頭構件的突合部進行摩擦攪拌，覆蓋可露出被接合金屬構件的側面的隧道狀空洞缺陷以及可捲入被接合金屬構件的側面的氧化膜而密閉。藉此，可提高被接合金屬構件的兩側面間的氣密性及水密性。又，藉由對該凹槽與接頭構件的突合部進行摩擦攪拌，可提高該部分的接合度。又，從被接合金屬構件的 側面進行摩擦攪拌接合可比較容易地進行作業。
又，上述接頭構件接合工程在上述凹槽中，最好使上述第一本接合工程中所形成的表面側塑性化區域與在上述第二本接合工程所形成的裡面側塑性化區域之間所露出的為塑性化區域達成密閉。
根據上述接合方法，將接頭構件配置於在形成於該側面的凹槽露出的未塑性化區域之同時，藉由摩擦攪拌該接頭構件與凹槽的突合部，而可密閉未塑性化區域。藉此，可提高被接合金屬構件的兩側面間的氣密性及水密性。
又，上述接頭構件的兩端面最好是上述被接合金屬構件的上述表面及上述裡面齊平。根據上述的接合方法，可確實密閉隧道狀空洞缺陷、氧化膜以及未塑性化區域之同時，可在表面及裡面形成平坦狀。
又，上述接頭構件接合工程中所形成的側面塑性化區域的深度比上述接頭構件的厚度還大。根據上述接合方法，在凹槽與接頭構件的突合部中，由於橫越厚度全長而進行摩擦攪拌，可更進一步提高被接合金屬構件的兩側面間的氣密性及水密性。
又，在上述凹槽形成工程之後，最好更包括第一熔接修補工程，將露出於上述凹槽的底面的空洞缺陷及上述未塑性化區域的至少其中之一藉由熔接金屬而密閉。又，在上述接頭構件接合工程之後，更包括第二熔接修補工程，使由上述接頭構件接合工程露出於上述表面及上述裡面的空洞缺陷以及由上述接頭構件接合工程捲入的氧化膜的至 少其中之一藉由熔接金屬而密閉。
根據上述的接合方法，在凹槽形成工程之後，露出上述凹槽底面的空洞缺陷及未塑性化區域可由熔接金屬密閉。又，在接頭構件接合工程所形成的塑性化區域的空洞缺陷及氧化膜可由熔接金屬密閉。藉此，可提高被接合金屬構件的氣密性及水密性。
又上述凹槽的寬度最好比上述表面側塑性化區域及上述裡面側塑性化區域的寬度還小。根據上述的接合方法，可減低形成凹槽的作業手續，同時由於接頭構件變小，可降低構件的成本。
又，最好在上述旋轉工具的插入位置預先形成下穴。根據上述的接合方法，可減低旋轉工具壓入時的壓入阻抗。藉此提高摩擦攪拌接合的精度之同時，可迅速地進行接合作業。
又，本發明的接合方法為使旋轉工具相對於第一金屬構件與第二金屬構件突合而形成的被接合金屬構件移動而進行摩擦攪拌的接合方法，其包括：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進行摩擦攪拌的第一本接合工程；對於上述突合部從上述被接合金屬構件的裡面進行摩擦攪拌的第二本接合工程；在上述被接合金屬構件的側面，對在上述第一本接合工程所形成的表面側塑性化區域以及上述第二本接合工程所形成的裡面側塑性化區域的至少其中之一所形成的空洞缺陷，插入空洞部修補構件的空洞部修補構件插入工 程；以及相對於上述突合部，於上述被接合金屬構件的側面進行摩擦攪拌的側面本接合工程；其中上述側面本接合工程對上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域之間的未塑性化區域進行摩擦攪拌之同時，對上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域至少其中之一與上述空洞部修補構件的突合部進行摩擦攪拌。
根據上述的接合方法，在側面本接合工程中，藉由從被接合金屬構件的側面進行摩擦攪拌接合而比較容易進行作業之同時，對出現在被接合金屬構件的側面的未塑性化區域進行摩擦攪拌，藉此可提高被接合金屬構件的氣密性及水密性。又，將空洞部修補構件插入形成於被接合金屬構件的側面的空洞缺陷而閉塞該空洞缺陷，同時在側面本接合工程中，由於對空洞部修補構件與表面側塑性化區域及裡面側塑性化區域的突合部進行摩擦攪拌，可提高被接合金屬構件的氣密性及水密性。
又，上述空洞部修補構件插入工程中，包含在上述被接合金屬構件的側面，對上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域至少其中之一形成的空洞缺陷的周圍進行切削而形成槽孔的槽孔形成工程，將上述空洞部修補構件插入上述槽孔中。根據上述接合方法，可適當地插入空洞部修補構件。
又，本發明的特徵在於使旋轉工具相對於第一金屬構件與第二金屬構件突合而形成的被接合金屬構件移動而進行摩擦攪拌的接合方法，其包括：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進行摩擦攪拌的第一本接合工程；對於上述突合部從上述被接合金屬構件的裡面進行摩擦攪拌的第二本接合工程；在上述被接合金屬構件的側面，對在上述第一本接合工程所形成的表面側塑性化區域以及上述第二本接合工程所形成的裡面側塑性化區域的至少其中之一所形成的空洞缺陷，將熔接金屬充填於空洞缺陷的熔接金屬充填工程相對於上述突合部，於上述被接合金屬構件的側面進行摩擦攪拌的側面本接合工程；其中上述側面本接合工程對上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域之間的未塑性化區域進行摩擦攪拌之同時，對上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域至少其中之一與上述熔接金屬的交界面進行摩擦攪拌。
根據上述的接合方法，在側面本接合工程中，藉由從被接合金屬構件的側面進行摩擦攪拌接合而比較容易進行作業之同時，對出現在被接合金屬構件的側面的未塑性化區域進行摩擦攪拌，藉此可提高被接合金屬構件的氣密性及水密性。又，將熔接金屬填充於形成於被接合金屬構件的側面的空洞缺陷而閉塞該空洞缺陷，同時在側面本接合工程中，由於對上述熔接金屬與表面側塑性化區域及裡面側塑性化區域的交界面進行摩擦攪拌，可提高被接合金屬構件的氣密性及水密性。
又，上述熔接金屬充填工程中，包含在上述被接合金屬構件的側面，對上述表面側塑性化區域以及上述裡面側 塑性化區域至少其中之一形成的空洞缺陷的周圍進行切削而形成槽孔的槽孔形成工程，將上述熔接金屬充填於上述槽孔。根據上述接合方法，可容易地進行熔接金屬填充工程。
又，本發明的特徵為一種接合方法，使旋轉工具相對於第一金屬構件與第二金屬構件突合而形成的被接合金屬構件移動而進行摩擦攪拌的接合方法，其包括：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進行摩擦攪拌的第一本接合工程；對於上述突合部從上述被接合金屬構件的裡面進行摩擦攪拌的第二本接合工程；在上述被接合金屬構件的側面，對在上述第一本接合工程所形成的表面側塑性化區域以及上述第二本接合工程所形成的裡面側塑性化區域的至少其中之一形成凹部的凹部形成工程；將凹部修補構件插入上述凹部的凹部修補工程；以及上述凹部修補構件與上述第一金屬構件的突合部以及上述凹部修補構件與上述第二金屬構件的突合部進行摩擦攪拌的側面本接合工程。
根據上述的接合方法，將凹部修補構件插入出現於被接合金屬構件的側面的未塑性化區域的凹部，藉由對該凹部修補構件與被接合金屬構件的突合部進行摩擦攪拌，可提高被接合金屬構件的水密性與氣密性。又，在側面本接合工程中，從被接合金屬構件的側面進行摩擦攪拌接合而可比較容易地進行作業。
又，更包含：在上述被接合金屬構件的側面，對上述 表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域至少其中之一形成的空洞缺陷的周圍進行切削而形成槽孔的槽孔形成工程；以及將空洞部修補構件插入上述槽孔的空洞部修補構件插入工程，對上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域的至少其中之一與上述空洞部修補構件的突合部進行摩擦攪拌。
根據上述的接合方法，對形成於上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域的至少其中之一的空洞缺陷，插入空洞部修補構件而閉塞該空洞缺陷之同時，由於對空洞部修補構件與上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域的突合部進行摩擦攪拌，可提高被接合金屬構件的氣密性及水密性。
又，更包含：在上述被接合金屬構件的側面，對上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域至少其中之一形成的空洞缺陷的周圍進行切削而形成槽孔的槽孔形成工程；以及將空洞部修補構件插入上述槽孔的空洞部修補構件插入工程，橫越上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域的至少其中之一與上述空洞部修補構件的突合部的全面進行摩擦攪拌。
根據上述接合方法，對於上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域至少其中之一形成的空洞缺陷，插入空洞部修補構件，而閉塞該空洞缺陷，同時由於對上述空洞部修補構件與上述表面側塑性化區域及上述裡面側塑性化區域的突合部的全面進行摩擦攪拌，可更加地提高被 接合金屬構件的氣密性及水密性。
又，上述側面本接合工程中，上述旋轉工具最好以連續軌跡移動。根據上述接合方法，可提高摩擦攪拌的作業性。
又，在上述側面本接合工程中所使用的上述旋轉工具比上述第一本接合工程及上述第二本接合工程中所使用的旋轉工具還小。根據上述接合方法，由於小的旋轉工具可做比較小的旋轉，可提高旋轉工具的操作性。
又，最好更包含假接合工程，在進行上述第一本接合工程、上述第二本接合工程以及側面本接合工程至少其中之一的工程之前，對上述突合部進行假接合。根據上述的接合方法，可防止在進行摩擦攪拌之際，金屬構件彼此的縫隙。
又，最好更包括突出材接合工程，在上述突合部的兩側配置一對突出材，使上述突出材與上述被接合金屬構件的突合部突合。根據上述接合方法，可防止在進行摩擦攪拌之際，突出材與被接合金屬構件的縫隙。
又，最好在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中所使用的上述旋轉工具的插入預定位置上形成下穴。根據上述接合方法，可減低旋轉工具壓入之際的壓入阻抗。藉此，提高摩擦攪拌接合的精度之同時，可迅速地進行接合作業。
又，本發明的特徵為一種接合構造物的製造方法，使第一金屬構件與第二金屬構件的端面彼此突合而形成接合 構造物，包括：對於上述第一金屬構件與上述第二金屬構件的突合部，從上述接合構造物的表面使用旋轉工具進行摩擦攪拌的第一本接合工程；對於上述第一金屬構件與上述第二金屬構件的突合部，從上述接合構造物的裡面使用旋轉工具進行摩擦攪拌的第二本接合工程；以及對於上述第一金屬構件與上述第二金屬構件的突合部，從上述接合構造物的側面使用旋轉工具進行摩擦攪拌的第三本接合工程；以填充用金屬構件充填於在上述第三本接合工程中旋轉工具脫離時所形成的拔孔，對於上述接合構造物與上述充填用金屬構件的突合部，使用旋轉工具進行摩擦攪拌的修補工程。
根據上述的製造方法，在第三本接合工程中，從接合構造物的側面進行摩擦攪拌而比較容易地進行作業之同時，對出現於接合構造物的側面的未塑性化區域進行摩擦攪拌，藉此可提高接合構造物的氣密性及水密性。又，在修補工程中，藉由將填充用金屬充填於旋轉工具的拔孔中，而可掩埋在第三本接合工程中形成於摩擦攪拌的結束位置的拔孔，可防止拔孔所造成的接合位置的強度降低。即，在第三本接合工程中可將摩擦攪拌的結束位置設於接合構造物上，藉此，第三本接合工程中，可省略設定摩擦攪拌的結束位置用的突出材，可減少接合作業中的工序。
又，熔接金屬最好充填於在上述修補工程中旋轉工具脫離時所形成的拔孔。根據上述的製造方法，在修補工程中，將熔接金屬充填於旋轉工具脫離時所形成的拔孔而掩 埋，藉此可防止由拔孔所造成的接合位置的強度降低，同時可將接合位置修整成平坦。
又，在上述第三本接合工程中形成於上述第一金屬構件與上述第二金屬構件的突合部的塑性化區域的一部份與上述第一本接合工程與上述第二本接合工程中所形成的塑性化區域重複。
根據上述的製造方法，在接合構造物的側面，形成於第一金屬構件與第二金屬構件的突合部的塑性化區域的一部份與第一本接合工程及第二本接合工程所形成的塑性化區域重複，藉此在接合構造物的側面，由於確實地閉塞第一金屬構件與第二金屬構件的接縫，可提升金屬構件彼此的接合部的氣密性及水密性。
又，在上述第三本接合工程中，形成於上述接合構造物的一邊的側面的塑性化區域的一部份與形成於上述接合構造物的另一邊的側面的塑性化區域的一部份重複。
根據上述的製造方法，在第三本接合工程中，藉由使形成於接合構造物的兩側面的塑性化區域的一部份重複，至接合構造物的內部塑性化，因此可提高金屬構件彼此的接合部的氣密性及水密性。
又，在上述第一本接合工程及上述第二本接合工程之前，對於上述第一金屬構件與上述第二金屬構件的突合部，從上述接合構造物的表面及裡面進行假接合。又，在上述第三本接合工程之前，對於上述第一金屬構件與上述第二金屬構件的突合部，從上述接合構造物的側面進行假 接合。
於此，在進行各接合工程時，由於將旋轉工具壓入被接合的各金屬構件的突合部，將金屬構件彼此拉離的力作用，會在突合部產生開孔。但是根據上述的製造方法，在進行各接合工程之前，藉由假接合突合部，可適當地進行各接合工程。
又，在上述第一本接合工程以及上述第二本接合工程中，最好在旋轉工具的插入預定位置預先形成下穴。又，在上述第三本接合工程中，在旋轉工具的插入預定位置預先形成下穴。
根據上述製造方法，在該構造中，可減低將旋轉工具壓入接合構造物之際的壓入阻抗。藉此，提高摩擦攪拌接合的精度之同時，可迅速地進行接合作業。
又，在上述第三本接合工程中，摩擦攪拌的開始位置及結束位置最好設定於上述第一金屬構件或上述第二金屬構件的側面，使旋轉工具從開始位置通過上述第一金屬構件與上述第二金屬構件的突合部而以ㄈ字形的軌跡移動至結束位置為止時，若旋轉工具做右旋轉，旋轉工具的行進方向左側係設定成對應於ㄈ字形的移動軌跡的槽內側，若旋轉工具做左旋轉，旋轉工具的行進方向右側係設定成對應於ㄈ字形的移動軌跡的槽內側。
於此，藉由使旋轉工具移動而在形成於接合構造物的塑性化區域內，會有沿著旋轉工具的行進方向產生空洞缺陷的情況。該空洞缺陷為使金屬構件彼此的接合部的氣密 性及水密性降低的原因之一。在使旋轉工具右旋轉的情況下，空洞缺陷形成於行進方向的左側，在使旋轉工具左旋轉的情況下，空洞缺陷形成於行進方向的右側。因此，在上述的構造中，在形成ㄈ字狀的塑性化區域的槽內側形成空洞缺陷，與在ㄈ字狀的塑性化區域的槽外側形成空洞缺陷的情況相比，由於空洞缺陷的距離變短，可提高金屬構件彼此的接合部的氣密性及水密性。
根據本發明的接合方法及製造構造物的製造方法，在容易作業之同時，可提高接合的金屬構件的氣密性及水密性。
 [第一實施型態]
第一實施型態的接合方法，如第1(a)圖所示，使第一金屬構件1a及第二金屬構件1b突合的被接合金屬構件1的表面A及裡面B藉由摩擦攪拌而接合之同時，關於被接合金屬構件1的兩側面，如第1(b)圖所示，就形成凹槽K的特徵而言，在該凹槽K配置接頭構件U之同時，藉由摩擦攪拌凹槽K與接頭構件U的突合部而接合。
首先，詳細說明本實施型態的接合方法的被接合金屬構件1之同時，詳細說明接合該被接合金屬構件1之際所使用的第一突出材2與第二突出材3。
被接合金屬構件1，如第2(a)及2(b)圖所示，在本實 施型態中，由剖面呈矩形的第一金屬構件1a以及第二金屬構件1b所構成，使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在本實施型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，但至少希望突合部J1的厚度尺寸是相同的。
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，在本實施型態中的上下左右前後係依照第1圖的箭號。
第一突出材2以及第二突出材3，如第2(a)及2(b)圖所示，為夾持被接合金屬構件1的突合部J1而配置，分別添設於被接合金屬構件1，覆蓋隱藏出現在第一側面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的材質並無特別限制，在本實施型態中，是以與被接合金屬構件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的尺寸、形狀並無限制，在本實施型態中，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，詳細說明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」)。
第4(a)圖所示的假接合用旋轉工具F係由工具鋼等比 被接合金屬構件1還硬質的金屬材料構成，包括呈圓柱狀的肩部F1、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中所使用的本接合用旋轉工具G(參照第4(b)圖)還小型。如此，由於可用比本接合還小的負荷進行假接合，可減低在假接合時施加於摩擦攪拌裝置的負荷，而且由於假接合用旋轉工具F的移動速度(輸送速度)比本接合用旋轉工具G的移動速度還高速，因此可減低假接合所需的作業時間及成本。
肩部F1的下端面F11為具有推壓塑性流動化的金屬而防止向周圍飛散的功能的部位，在本實施型態中，雖然形成凹面狀。肩部F1的外徑X1 的大小並無特別限制，在本實施型態中，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，在本實施型態中，形成前端小的圓錐台形。又，在攪拌銷F2的周面，形成刻設成螺旋狀的攪拌翼。雖然攪拌銷F2的外徑大小並無特別限制，在本實施型態中，最大外徑(上端徑)X2比本接合用旋轉工具G的攪拌銷G2的最大外徑(上端徑)Y2還小，而且最小外徑(下端徑)X3比攪拌銷G2的最小外徑(下端徑)Y3還小。攪拌銷F2的長度L2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。
第4(b)圖所示的本接合用旋轉工具G係由工具鋼等比 被接合金屬構件1還硬質的金屬材料構成，包括呈圓柱狀的肩部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F相同，形成凹面狀。攪拌銷G2係從肩部G1的下端面G11的中央垂下，在本實施型態中，形成前端細的圓錐台狀。又，在攪拌銷G2的周面，形成刻設成螺旋狀的攪拌翼。
以下，詳細說明本實施型態的接合方法。本實施型態的接合方法包括(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)凹槽形成工程、(9)第一熔接修補工程、(10)第三準備工程、(11)第一接頭構件接合工程、(12)第四準備工程、(13)第二接頭構件接合工程、(14)突出材切除工程、(15)第二熔接修補工程。
而且，如第1圖所示，(2)第一預備工程及(3)第一本接合工程係於表面A實行的工程，(5)第二預備工程及(6)第二本接合工程係於裡面B實行的工程。又，(8)凹槽形成工程及(9)第一熔接修補工程係於第一側面C及第二側面D進行的工程。又，(11)第一接頭構件接合工程係於第一側面C實行的工程，(13)第二接頭構件接合工程為在第二側面D實行的工程。又，(15)為第二熔接修補工程為在表面A及裡面B實行的工程。
(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被接合金屬構件1的摩擦攪拌的開始位置及結束位置所設置的抵接構件(第一突出材2及第二突出材3)的工程。第一準備工程在本實施型態中，包括使第一金屬構件1a及第二金屬構件1b突合的突合工程、在被接合金屬構件1的突合部J1的兩側配置第一突出材2與第二突出材3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的假熔接工程。
(1-1)突合工程
在突合工程中，如第2(b)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，如第3圖所示，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。
即，表面A由第一金屬構件1a的表面12a與第二金屬構件1b的表面12b形成，裡面B由第一金屬構件1a的裡面13a與第二金屬構件1b的裡面13b形成，第一側面C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構成，第二側面D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所構成。
(1-2)突出材配置工程
在突出材配置工程中，如第2(a)及2(b)圖所示，在突合部J1的第二側面D側配置第一突出材2，使其抵接面21抵接於第二側面D。而且，使第二突出材3配置於突合部J1的第一側面C，使其抵接面31抵接於第一側面C。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)假熔接工程
在假熔接工程中，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進行假接合。而且，被接合金屬構件1與第二突出材3所形成內側角部3a、3b被熔接，而對被接合金屬構件1與第二突出材3進行假接合。
而且，可跨越內側角部2a、2b以及3a、3b的全長而連續地實施熔接，也可斷續地實施熔接。又，在第一準備工程中，在省略假熔接工程的情況下，在未圖示的摩擦攪拌裝置的架台上，可實施突合工程與突出材配置工程。
(2)第一預備工程
第一預備工程為第一本接合工程之前進行的的工程，在本實施型態中，包括：在表面A側被接合金屬構件1與第一突出材2的突合部J2接合的(2-1)第一突出材接合工程、假接合被接合金屬構件1的突合部J1的(2-2)假接合 工程、接合被接合金屬構件1與第二突出材3的突合部J3的(2-3)第二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(2-4)下穴形成工程。
在第一預備工程中，如第6圖所示，使一假接合用旋轉工具移動而形成連續的移動軌跡(bead)，對突合部J2、J1、J3實施連續摩擦攪拌。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4(a)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，雖然在第一突出材2上設定摩擦攪拌的開始位置SP1 ，在第二突出材3上設定結束位置EP1 ，但開始位置SP1 與結束位置EP1 的位置並無限定。又，在本實施形態中，假接合用旋轉工具F以及本接合用旋轉工具G的旋轉方向係全部做右旋轉。如此，藉由使假接合用旋轉工具F以及本接合用旋轉工具G的旋轉方向一致，而可省略作業手續。
本實施形態的第一預備工程中的摩擦攪拌的順序係參照第5圖及第6圖做詳細的說明。
首先，進行假熔接工程的被接合金屬構件1係固定於未圖示的摩擦攪拌裝置的台架上。然後，如第5(a)圖所示，使假接合用旋轉工具F位於設在第一突出材2的適當位置的開始位置SP1 的正上方，接著，使假接合用旋轉工具F邊右旋轉邊下降，將攪拌銷F2壓入開始位置SP1 。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、摩擦攪拌的被接合金屬構件1等的材質及厚度等而設定，但大多的情況下，被設定於500~2000(rpm)的範圍內。
當攪拌銷F2與第一突出材2的表面22接觸時，由摩擦熱使攪拌銷F2周圍的金屬塑性化流動，如第5(b)圖所示，攪拌銷F2插入第一突出材2。
攪拌銷F2的全體進入第一突出材2且肩部F1的下端面F11的全面接觸於第一突出材2的表面22之後，如第6圖所示，使假接合用旋轉工具F邊旋轉邊像第一突出材接合工程的起點s2做相對移動。
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、摩擦攪拌的被接合金屬構件1等的材質及厚度等而設定，但大多的情況下，被設定於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)第一突出材接合工程
在第一突出材接合工程中，對於第一突出材2與被接 合金屬構件1的突合部J2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與第一突出材2的接縫(邊界線)上，藉由沿著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，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的起點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，因此最好設定第一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J2時，雖然被接合金屬構件1與第一突出材2拉離的力產生作用，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。
(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，從第一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，在第一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，將從第一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一突出材2，使假接合用旋轉工具F從第一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一突出材2。如此，在第一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二突出材接合工程的起點s3，依此狀態移行至第二突出材接合工程。即，從假接合工程的終點e1至第二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不脫離而移行至第二突出材接合工程。
在本實施形態中，將假接合工程的終點e1至第二突出材接合工程的起點s3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從假接合工程的終點e1移動至第二突出材接合工程的起點s3的移動軌跡形成於第二突出材3。如此，在假接合工程的終點e1移動至第二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)第二突出材接合工程
在第二突出材接合工程中，對於被接合金屬構件1與第二突出材3的突合部J3進行摩擦攪拌。具體而言，在被接合金屬構件1與第二突出材3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。
又，當假接合用旋轉工具F的攪拌銷F2進入突合部J3時，雖然將被接合金屬構件1與第二突出材3拉離的力產生作用，但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。
以上，雖然針對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做說明，在各接合工程中的軌跡僅為舉例說明，其他形態的軌跡亦可。又，省略第一突出材接合工程以及第二突出材接合工程，而僅進行假接合工程亦可。
(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，在設定於第二突出材3之表面32的SM1 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，雖然在第二突出材3形成下穴P1，下穴P1的位置並無特別限制，形成於第一突出材2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二突出材3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，雖然在第二突出材3上設置摩擦攪拌的開始位置SM1 ，在第一突出材2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的全體進入第二突出材3而且肩部G1的下端面G11的全面接觸於第二突出材3的表面32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J3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」)。而且，所謂塑性化區域係包含由旋轉工具的摩擦熱加熱而呈現塑性化的狀態以及旋轉工具通過而回到常溫的狀態。
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J2，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，可有效率地進行第一本接合工程，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)被接合構件再設置工程
在被接合構件再設置工程中，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置的台架上。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，第二突出材3位於被接合金屬構件1的左側，第一突出材2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與第二突出材3的突合部J3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與第一突出材2的突合部J2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)第二突出材接合工程、(5-2)假接合工程及(5-3)第一突出材接合工程
(5-1)第二突出材接合工程、(5-2)假接合工程及(5-3)第一突出材接合工程為與上述的第一預備工程的(2-3)第二突出材接合工程、(2-2)假接合工程及(2-1)第一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J3、J1、J2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)第二突出材接合工程、(5-2)假接合工程以及(5-3)第一突出材接合工程。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，從第一突出材2側，依次進行(2-1)第一突出材接合工程、(2-2)假接合工程以及(2-3)第二突出材接合工程。另一方面，在第二預備工程中，當從突合部J1朝向第一金屬構件1a側時，第二突出材3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二突出材3的上方，從第二突出材3側依次進行(5-1)第二突出材接合工程、(5-2)假接合工程以及(5-3)第一突出材接合工程。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)第二突出材接合工程、(5-2)假接合工程以及(5-3)第一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旋轉工具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J1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)設定於第一突出材2的裡面23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 。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的摩擦攪拌裝置由於位於第一突出材2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 設定於第一突出材2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。
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而連續形成微小的未塑性化區域j。
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而連續地產生隧道狀的空洞缺陷R1 、R2 。隧道狀的空洞缺陷R1 、R2 係由於進行摩擦攪拌接合與產生毛邊而金屬不足所形成的隧道狀的空洞缺陷。
又，如第10圖所示，氧化膜Z1 ~Z4 被捲入於表面側塑性化區域W1及裡面側塑性化區域W2的兩端。氧化膜Z1 ~Z4 係由於形成於第一側面C、第二側面D、第一突出材2以及第二突出材3的氧化膜捲入被接合金屬構件1的內部而形成。例如，氧化膜Z1 係由於使本接合用旋轉工具G右旋轉，藉由將形成於第二側面D以及第一突出材2的氧化膜捲入，容易形成於裡面側塑性化區域W2的第二金屬構件1b側。
(8)凹槽形成工程
凹槽形成工程，如第11圖所示，其為在第一側面C以及第二側面D，沿突合部J1形成凹槽K的工程。凹槽K在後述的接頭構件配置工程中，其為配置接頭構件U的凹狀的槽。凹槽K在本實施形態中係使用公知的端銑方法，以既定的寬度k1 、深度k2 從裡面B橫越表面A連續地形成。
藉由設置凹槽K，在進行後述的接頭構件接合工程之際，配置接頭構件U之同時，可除去氧化膜Z1 ~Z4 (參照第10圖)。即凹槽K的寬度k1 及深度k2 可對應於氧化膜Z1 ~Z4 的尺寸(範圍)而適當地設定。凹槽K在本實施形態中，並不限定於剖面呈矩形，其他形狀亦可。凹槽K的剖面形狀為與接頭構件U略無間隙地嵌合，最好與接頭構件U的剖面形狀大略相等。
(9)第一熔接修補工程
第12圖為凹槽形成工程後的第一側面C的平面圖。第一熔接修補工程，如第12圖所示，對露出於凹槽K的底面kb的為塑性化區域j藉由熔接而進行修補的工程。又，如本實施形態所示，隧道狀的空洞缺陷R1 、R2 露出底面kb的情況下，最好進行該隧道狀空洞缺陷的修補。
如前所述，在本實施形態中，表面側塑性化區域W1與裡面側塑性化區域W2露出於凹槽K的底面kb。又，在底面kb，隧道狀空洞缺陷R1 以及隧道狀空洞缺陷R2 分別露出於表面側塑性化區域W1以及裡面側塑性化區域W2。
因此，藉由對未塑性化區域j的全長以熔接金屬T1 進行熔接而將間隙密閉。又，對隧道狀空洞缺陷R1 、R2 進行熔接，由熔接金屬T2 密閉空隙。如此，藉由預先掩埋露出底面kb的間隙(空隙)，可提高第一側面C及第二側面D之間的氣密性及水密性。
第一熔接修補工程中的熔接種類最好是在例如MIG熔接、TIG熔接等進行突起熔接之後，將突出於凹槽K的底面kb的突起部切除，使底面kb成為平滑。藉由使底面kb成為平滑，在將接頭構件U配置於凹槽K之際，接頭構件U與凹槽K的底面kb的間隙變小。
而且，在表面側塑性化區域W1及裡面側塑性化區W2的內部，由於可能形成未露出底面kb的空洞缺陷，可對表面側塑性化區域W1及裡面側塑性化區域W2的全面給予預備性的熔接。
(10)第三準備工程
第三準備工程為第一接頭構件接合工程之前所進行的工程。第三準備工程在本實施形態中，包括在凹槽K配置第一接頭構件U(U1)的(10-1)第一接頭構件配置工程、在被接合金屬構件1的兩側面配置第一突出材2及第二突出材3的(10-2)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的(10-3)假熔接工程、將配置有突出材的被接合金屬構件1設置於摩擦攪拌裝置的台架上的(10-4)被接合金屬構件設置工程。
(10-1)第一接頭構件配置工程
第一接頭構件配置工程，如第13圖及第14圖所示，其為將第一接頭構件U1配置於形成於第一側面C的凹槽K的工程。以下，針對第一接頭構件U1的構造做詳細的說明。
如第13圖所示，第一接頭構件U1為剖面觀看是長方形的板狀構件，長度方向的兩端面形成與表面A及裡面B齊平。如第14(a)圖所示，第一接頭構件U1的寬度u1 形成與凹槽K的寬度k1 大略相同，第一接頭構件U1的厚度u2 與凹槽K的厚度k2 大略相同。又，第一接頭構件U1的側面uc、ud係與凹槽K的壁面kc、kd突合而配置。
即，如第14(a)及14(b)圖所示，第一接頭構件U1的上面ua與第一側面C齊平，同時在第一接頭構件U1的側面uc與凹槽K的壁面kc形成第一突合部J4。又，在第一接頭構件U1的側面ud與凹槽K的壁面kd形成第二突合部J5。即，第一突合部J4是稱在第一接頭構件U1與第一金屬構件1a所形成的部分。第二突出部J5是稱在第一接頭構件U1與第二金屬構件1b所形成的部分。又，在第一接頭構件U1的下面ub與凹槽K的底面kb形成邊界部J6。又，在第一接頭構件U1的上面ua，包含長度方向的中心線的部分成為中央部J7。
而且，第一接頭構件U1在本實施形態中，雖然由與被接合金屬構件1相同的金屬構件所構成，但並不限定於此，例如可為鋁、鋁合金、銅、銅合金、鎂、鎂合金等可摩擦攪拌的金屬材料。
(10-2)突出材配置工程
在突出材配置工程中，如第15(a)圖所示，沿著表面A中的表面側塑性化區域W1配置第一突出材2，使其抵接面21抵接於表面A。而且，沿著裡面B中的裡面側塑性化區域W2配置第二突出材3，使該抵接面31抵接於裡面B。
而且，雖然為具體地圖示，第一突出材2以及第二突出材3的表面與被接合金屬構件1的第一側面C齊平。又，第一突出材2與第二突出材3的裡面與被接合金屬構件1的第二側面D齊平。藉由第一突出材2及第二突出材3添設於被接合金屬構件1，可容易地設定旋轉工具的開始位置(插入位置)，可迅速地進行摩擦攪拌接合。
(10-3)假熔接工程
假熔接工程，如第15(a)圖所示，對被接合金屬構件1與第一突出材2所形成的內側角部2a、2b進行熔接，而對被接合金屬構件1與第一突出材2進行假接合。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進行熔接，對被接合金屬構件1與第二突出材3進行假接合。
(10-4)被接合金屬構件設置工程
在被接合金屬構件設置工程中，如第15(a)圖所示，設置於未圖示的摩擦攪拌裝置的台架，使第一側面C位於上面，而且從平面觀看，第一突出材2位於左側。
而且，在第三準備工程中，在本實施形態中，如上所述地進行，例如在被接合金屬構件設置工程之後，可進行第一接頭構件配置工程。
(11)第一接頭構件接合工程
第一接頭構件接合工程，如第15及第16圖所示，對配置於第一側面C的第一接頭構件U1進行摩擦攪拌接合。第一接頭構件接合工程在本實施形態中，包括沿著第一突合部J4進行摩擦攪拌接合的(11-1)第一突合接合工程、沿著中央部J7進行摩擦攪拌接合的(11-2)的中央部接合工程、沿第二突合部J5進行摩擦攪拌接合的(11-3)第二突合部接合工程。
第一接頭構件接合工程係從開始位置至結束位置使旋轉工具不脫離而以連續的軌跡進行摩擦攪拌接合。而且，在第一接頭構件接合工程中，使用直徑比較小的假接合用旋轉工具。在本實施形態中，使假接合用旋轉工具F右旋轉而進行摩擦攪拌接合。
(11-1)第一突合部接合工程
第一突合部接合工程為從形成於第一突出材2的表面的開始位置SM3 沿著第一突合部J4至折返點f2 為止進行摩擦攪拌接合。在開始位置SM3 推壓假接合用旋轉工具F之後，使假接合用旋轉工具F朝向第一突合部接合工程的起點f1 做相對移動。然後，在起點f1 不脫離而依此狀態橫斷突合部J8，移動至折返點f2 。在第一突合部接合工程所形成的塑性化區域成為第一側面塑性化區域w1 。
於此，如第15(b)圖，第一側面側塑性化區域w1 的深度wa與第一接頭構件U1的厚度u2 ，最好設定成wa>u2 。藉此，橫越第一突合部J4的厚度方向的全長而進行摩擦攪拌 接合。
而且，假接合用旋轉工具F的埋設深度p係使用攪拌銷F2的長度L2 以及假接合用旋轉工具F的壓入量q(從第一側面C至肩部F1的下面的距離)，以p=L2 +q表示。例如，埋設深度p與第一接頭構件U1的厚度u2 的關係若設定成p≧u2 ，則可更確實地進行摩擦攪拌接合。
又，如第15(b)圖所示，假接合用旋轉工具F的肩部F1的外徑X1 與第一接頭構件U1的寬度u1 的關係最好設定為3×X1 >u1 。藉由如此的設定，對第一接頭構件U1的上面ua的全面進行摩擦攪拌接合。
折返點f2 在本實施形態中是設定於第一接頭構件U1內。即，折返點f2 從平面觀看位於裡面側塑性化區域W2內之同時，從裡面B至折返點f2 的距離d1 與假接合用旋轉工具F的肩部F1的外徑X1 (參照第4(a)圖)的關係最好設定為X1 /2<d1 。藉由將折返點f2 設定成如此，假接合用旋轉工具F可不進入裡面B。藉此，由於形成於裡面B的氧化膜捲入第一接頭構件U1側，可形成氣密性及水密性高的被接合金屬構件1。
又，在本實施形態中，雖然折返點f2 設於被接合金屬構件1內，但並不限定於此，也可設於第二突出材3。
(11-2)中央部接合工程
中央部接合工程為從中央部接合工程的起點f3 沿著中央部J7至中央部接合工程的折返點f4 進行摩擦攪拌接合的工程。即，在第一突合部接合工程結束之後，使假接合 用旋轉工具F不脫離而與裡面B略平行地移動，從折返點f2 至起點f3 進行摩擦攪拌接合。然後，在到達起點f3 之後，沿著中央部J7(突合部J1)進行摩擦攪拌接合。藉此，在第一接頭構件U1的中央部分，可進行摩擦攪拌接合。
又，如第15(b)圖所示，在中央部接合工程中所形成的第一側面側塑性化區域w2 的深度wa係設定成比第一接頭構件U的厚度u2 還大。而且，中央部接合工程的起點f3 從平面觀看係設定於裡面側塑性化區域W2內，折返點f4 從平面觀之係設定於表面側塑性化區域W1內。藉此，由於橫越未塑性化區域j的全長而進行摩擦攪拌接合，可更確實地密閉間隙。
在本實施形態中，中央部接合工程的折返點f4 係設定於第一接頭構件U1內。即，折返點f4 從平面觀看設定於表面側塑性化區域W1內之同時，從表面A至折返點f4 的距離d2 與假接合用旋轉工具F的肩部F1的外徑X1 (參照第4(a)圖)的關係為X1 /2<d2 。藉由如此設定折返點f4 ，假接合用旋轉工具F無法到達表面A。藉此，由於在表面A形成的氧化膜捲入第一接頭構件U1側，形成氣密性及水密性高的被接合金屬構件1。
(11-3)第二突合部接合工程
第二突合部接合工程為從第二突合部的起點f5 沿著第二突合部J5至結束位置EM3 而連續進行摩擦攪拌接合。即，中央部接合工程結束之後，使假接合用旋轉工具F不脫離而與表面A略平行地移動，從折返點f4 至起點f5 為止進行 摩擦攪拌接合。到達起點f5 之後，沿著第二突合部J5進行摩擦攪拌接合。然後，在到達第二突合部接合工程的終點f6 之後，依此狀態橫斷突合部J9而移動至結束位置EM3 ，使假接合用旋轉工具F從第二突出材3脫離。
如第15(b)圖所示，在第二突合部接合工程中所形成的第一側面側塑性化區域w3 的深度wa形成比第一接頭構件的厚度u2還大。藉此，橫越第二突合部J5的厚度方向的全長而進行摩擦攪拌接合。
上述的第一接頭構件接合工程形成從平面觀看時第16圖中的軌跡。即，第一接頭構件U1係留下第一接頭構件U1的兩端的一部份而由第一側面側塑性化區域w1 ~w3 所覆蓋。又，如第15(b)圖所示，第一接頭構件U1的全斷面在第一側面側塑性化區域w1 ~w3 進行摩擦攪拌。
在第一接頭構件接合工程，如本實施形態，在凹槽K的底面kb與第一接頭構件U的下面ub形成邊界部J6，最好跨越全面而進行摩擦攪拌接合。藉此，凹槽K的底面kb由於由表面側塑性化區域W1、裡面側塑性化區域W2以及第一側面測塑性化區域w1 ~w3 進行摩擦攪拌，可無間隙且確實地密閉突合部J1。
而且，如第14(b)圖所示，凹槽K的寬度k1 與裡面側塑性化區域W2的寬度n最好形成k1 <n。藉此，由於第一接頭構件U1的寬度u1 設定成較小，而可提高作業效率。
即，在本實施形態中，由於第一接頭構件U1 的寬度u1 與假接合用旋轉工具F的肩部F1的外徑X1 的關係，雖然 是以三次(來回一次半)進行摩擦攪拌接合，但並不限定於此，第一接頭構件U的寬度u1 與肩部的外徑X1 的長度接近的情況下，也可以進行一次或二次。
另一方面，第一接頭構件U的寬度u1 與肩部的外徑X1 的長度差變大的情況下，也可以進行四次以上。又，不一定是以直線的軌跡進行，以鋸齒狀的軌跡進行摩擦攪拌接合亦可。
(12)第四準備工程
第四準備工程為在第二接頭構件接合工程之前進行的工程。第四準備工程在本實施形態中，包括將第二接頭構件U(U2)配置於凹槽K的(12-1)第二接頭構件配置工程、將配置有第二接頭構件U2的被接合金屬構件1設置於摩擦攪拌裝置的(12-2)被接合金屬構件設置工程。第四準備工程與第三準備工程大略相同，因此簡單地做說明。
(12-1)第二接頭構件配置工程
首先，在第一接頭構件接合工程結束之後，將固定於未圖示的摩擦攪拌裝置的台架的被接合金屬構件1拆下，將第二側面D側朝上，將第二接頭構件U2配置於形成於第二側面D的凹槽K。
(12-2)被接合金屬構件設置工程
然後，如第17圖所示，在被接合金屬構件1從平面觀看的情況下，將被接合金屬構件1設置於未圖示的摩擦攪拌裝置上，使第二突出材3配置於左側，第一突出材2配置於右側。
而且，在進行(12-2)被接合金屬構件設置工程之後，可進行(12-1)第二接頭構件配置工程。
(13)第二接頭構件接合工程
第二接頭構件接合工程，如第17圖所示，在配置於第二側面D的第二接頭構件U2上進行摩擦攪拌工程。第二接頭構件接合工程，在本實施形態中，包括在第二突合部J5'進行摩擦攪拌的(13-1)第二突合部接合工程、在中央部J7進行摩擦攪拌接合的(13-2)中央部接合工程、在第一突合部J4'進行摩擦攪拌接合的(13-3)第一突合部接合工程。
第二接頭構件接合工程，如第17圖所示，從設定於第一突出材2的表面的開始位置SM4 至設定於第二突出材3的表面的結束位置EM4 為止，使假接合用旋轉工具F不脫離，而以連續軌跡進行摩擦攪拌接合。
在第一接頭構件接合工程結束的時間點，未圖示的摩擦攪拌裝置從被接合金屬構件1平面觀看的情況下，配置於被接合金屬構件1的右側。因此，第二接頭構件接合工程的開始位置SM4 最好設定於第二突出材3的表面。藉此，可省略摩擦攪拌裝置的動作而提高作業效率。
(13-1)第二突合部接合工程、(13-2)中央部接合工程以及(13-3)第一突合部接合工程由於分別是上述的(11-3)第二突合部接合工程、(11-2)中央部接合工程以及(11-1)第一突合部接合工程從相反側進行摩擦攪拌，因此省略詳細的說明。而且，由第二接頭構件接合工程形成的塑性化區域分別成為第二側面側塑性化區域w1 '~w3 '。
(14)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切除的工程。在本實施形態中，將第二接頭構件接合工程結束後的被接合金屬構件1從摩擦攪拌裝置的台架取下，使用未圖示的切削器具沿著第一突出材2與被接合金屬構件1的突合部J8以及第二突出材3與被接合金屬構件1的突合部J9將第一突出材2及第二突出材3切除。
(15)第二熔接修補工程
第二熔接修補工程是對在第一接頭構件接合工程及第二接頭構件接合工程中所形成的第一側面塑性化區域w1 、w3 以及在第二側面側塑性化區域w1 '及w3 '形成的隧道狀空洞缺陷及氧化膜，藉由熔接而進行修補的工程。
即，如第18圖所示，在第一側面側塑性化區域w1 的表面A，從表面A至裡面B側形成連續的隧道狀空洞缺陷r1 。因此，藉由在隧道狀空洞缺陷r1 進行熔接，以熔接金屬T3 密閉隧道狀空洞缺陷r1 ，而可斷開表面A及裡面B。
又，在表面A的第一側面塑性化區域w1 中，會有藉由假接合用旋轉工具F橫斷表面A而形成氧化膜z1 的考慮。因此，藉由在氧化膜z1 進行熔接，以熔接金屬T4 密閉氧化膜z1 的空隙。
如此，由第一側面側塑性化區域w1 ，藉由熔接露出表面A的隧道狀空洞缺陷r1 以及氧化膜z1 而密閉，可形成氣密性及水密性更高的被接合金屬構件1。而且，在第一側 面側塑性化區域w3 、第二側面側塑性化區域w1 ’、第二側面側塑性化區域w3 ’中，可形成隧道狀空洞缺陷及氧化膜。在如此的情況下，與第一側面側塑性化區域w1 同樣可進行第二熔接修補工程。
而且，如第18圖所示，第一接頭構件U1中，在突合部J5及邊界部J6進行熔接，而可密閉第二突合部J5及邊界部J6。藉此，可形成氣密性及水密性更高的被接合金屬構件1。
如以上的說明，根據本實施形態的接合方法，藉由在被接合金屬構件1的第一側面C及第二側面D形成凹槽K，可除去被捲入被接合金屬構件1的側面的氧化膜Z1 ~Z4 。又，將接頭構件U配置於露出凹槽K(形成於第一側面C及第二側面D)的未塑性化區域j、空洞缺陷R1 及R2 之同時，藉由對接頭構件U與凹槽K的第一突合部J4、中央部J7以及第二突合部J5進行摩擦攪拌接合，可密閉為塑性化區域j、空洞缺陷R1 及R2 。藉此，可提升被接合金屬構件1的兩側間的氣密性及水密性，而製造高品質的產品。
又，在本實施形態中，由於接頭構件U的兩端面與表面及裡面B齊平，可確實地斷開露出凹槽K的底面kb的隧道狀空洞缺陷R1 、R2 之同時，被接合金屬構件1的表面A及裡面B形成平坦狀。又，經由接頭構件U而進行摩擦攪拌接合，可提高突合部J1的接合強度。
以上，雖然針對本發明的實施形態進行說明，但本發明並不限於上述的形態，可做適當的變更。例如，在本實 施形態中，雖然在第一側面C及第二側面D進行接頭構件接合工程，但也可在任一邊的側面進行接頭構件接合工程。又，工程順序只是舉例說明，也可以適當地變更順序。
又，如第19圖所示，藉由接頭構件U'的寬度u1 與假接合用旋轉工具F的肩部F1的外徑X1 的關係，可對第一突合部J4及第二突合部J5進行二次摩擦攪拌接合。藉此，由於可減少工程，而可相當迅速地接合。
又，在本實施形態中，雖然使用第一突出材2及第二突出材3，但不使用該構件也可進行摩擦攪拌接合。
[第二實施形態]
接著，說明本發明的第二實施形態。
第二實施形態的接合方法，如第20圖所示，使第一金屬構件1a及第二金屬構件1b突合的被接合金屬構件1的表面A及裡面B藉由摩擦攪拌而接合之同時，關於被接合金屬構件1的兩側面，插入修補構件201~203後，沿該修補構件201~203藉由摩擦攪拌而接合。
第二實施形態的接合方法的第一金屬構件1a、第二金屬構件1b、被接合金屬構件1、第一突出材2及第二突出材3由於與第一實施形態大略相同，而省略其說明。
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括(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)修補構件插入工程、(9)第一側面本接合工程、(10)第二側面本接合工 程。從(1)第一準備工程至(7)突出材切除工程係與第一實施形態大略相同，省略其詳細說明。
(8)修補構件插入工程
修補構件插入工程，如第21圖所示，對被接合金屬構件1的側面插入各修補構件的工程。修補構件插入工程在本實施形態中，包括對隧道狀空洞缺陷R1 、R2 形成槽孔212、213的槽孔形成工程、對未塑性化區域j形成凹部211的凹部形成工程、將各修補構件插入槽孔212、213及凹部211的修補構件插入工程。
在槽孔形成工程中，如第22圖所示，出現於第一側面C及第二側面D(圖式省略)的隧道狀空洞缺陷R1 、R2 的周圍以公知的端銑方式等切削至既定的深度而形成槽孔212、213。槽孔212、213在本實施形態中為大略相同尺寸。雖然槽孔212、213形成圓柱狀，但其形狀並無限定。
而且，即使隧道狀空洞缺陷R1 、R2 不出現在第一側面C及第二側面D(不露出)，由於空洞缺陷存在於內部，可在第一側面C及第二側面D的表面側塑性化區域W1及裡面側塑性化區域W2的第二金屬構件1b側的適當位置形成槽孔212、213。
凹部形成工程，如第21圖及第22圖所示，出現於第一側面C及第二側面D的未塑性化區域j的周圍以公知的端銑等切削而形成凹部211的工程。凹部211在本實施形態中，呈平面觀看長圓狀，在既定深度形成。雖然凹部211的形狀並無限定，在未塑性化區域j的全長連續地形成之 同時，凹部211最好與表面側塑性化區域W1及裡面側塑性化區域W2重複而形成。而且，在本實施形態中，凹部211的深度與槽孔212、213的深度形成相同。
而且，如第22(b)圖所示，最好形成從突合部J1至隧道狀空洞缺陷R1 的中心的距離與從突合部J1至凹部211的一邊的長邊211a為止的距離大略相等。藉此，在後述的側面本接合工程中，可使摩擦攪拌的路徑形成一直線。
在修補構件插入工程中，如第22圖所示，將第一空洞部修補構件202、第二空洞部修補構件203插入槽孔212、213之同時，將凹部修補構件201插入凹部211。第一空洞部修補構件202及第二空洞部修補構件203係與被接合金屬構件1具有相同的組成，形成與槽孔212、213的形狀大略相同的形狀。藉此，第一空洞部修補構件202、第二空洞部修補構件203大體上無間隙地配置於槽孔212、213。
又，凹部修補構件201係與被接合金屬構件1為相同的組成，與凹部211的形狀大略相同。藉此，凹部修補構件201大體上無間隙地配置於凹部211。
而且，凹部修補構件201、第一空洞部修補構件202及第二空洞部修補構件203，雖然其表面與第一側面C齊平，但並無限定，各構件的厚度變大，各構件從第一側面C突出而形成。又，在說明中，雖然以第一側面C為例，在第二側面D也同樣地可進行槽孔形成工程、凹部形成工程以及修補構件插入工程。
(9)第一側面本接合工程
在第一側面本接合工程中，如第23圖所示，對於第一側面C使用假接合用旋轉工具F進行摩擦攪拌。第一側面本接合工程包括在被接合金屬構件1配置一對突出材的突出材配置工程、對第二空洞部修補構件203進行摩擦攪拌的第二空洞部修補構件摩擦攪拌工程、對凹部修補構件201與被接合金屬構件1的突合部J2進行摩擦攪拌的凹部修補構件摩擦攪拌工程、以及對第一空洞部修補構件202進行摩擦攪拌的第一空洞部修補構件摩擦攪拌工程。
在突出材配置工程中，在被接合金屬構件1的裡面B配置第一突出材4，在表面A配置第二突出材5。第一突出材4及第二突出材5的兩端面係與被接合金屬構件1的第一側面C與第二側面D(圖式省略)齊平。又，藉由使被接合金屬構件1與第一突出材4及第二突出材5熔接而進行假接合。
第二空洞部修補構件摩擦攪拌工程，如第23(a)圖所示，對第二空洞部修補構件203進行摩擦攪拌。在本實施形態中，將假接合用旋轉工具F插入設定於第一突出材4的開始位置SM3 ，攪拌銷F2的全體進入第一突出材4，而且肩部F1的下端面F11的全面接觸於第一突出材4的表面，向被接合金屬構件1側做相對移動，而且，橫切突合部J4而在第二空洞部修補構件203上移動。
於此，如第23(b)圖所示，在第一側面本接合工程形成的第一側面側塑性化區域W3最好是形成第二空洞部修補構件203全部包含於第一側面側塑性化區域W3的內部。 藉此，第二空洞部修補構件203與槽孔213的底面及側面的突合部(突合面)全部進行摩擦攪拌，而可確實地密閉隧道狀的空洞缺陷R2 。
假接合用旋轉工具F通過第二空洞部修補構件203之後，依此狀態移行至凹部修補構件摩擦攪拌工程。凹部修補構件摩擦攪拌工程係沿著凹部修補構件201的外周連續地進行摩擦攪拌。即，沿著第二金屬構件1b與凹部修補構件201的突合部J20a、第一金屬構件1a與凹部修補構件201的突合部J20b使假接合用旋轉工具F做相對移動而進行摩擦攪拌。由於第一側面側塑性化區域W3的深度形成比凹部211的深度大，可摩擦攪拌突合部J20的深度方向的全長。
如第23(c)圖所示，使假接合用旋轉工具F沿凹部修補構件201的外周移動一圈，在對於突合部J20a及突合部J20b的摩擦攪拌結束之後，使假接合用旋轉工具F不脫離，而依此狀態再度沿著突合部J20a進行摩擦攪拌，在第一空洞部修補構件202上移動，而移行至第一空洞部修補構件摩擦攪拌工程。雖然並無具體的圖式，在第一側面本接合工程中所形成的第一側面側塑性化區域W3最好包含第一空洞部修補構件202的全部。即，第一空洞部修補構件202與槽孔212的底面及側面的突合部進行摩擦攪拌。藉此，可確實地密閉隧道狀空洞缺陷R1 的端部。
然後，在假接合用旋轉工具F通過第一空洞修補構件202上之後，依此狀態橫切突合部J5，在設定於第二突出 材5的結束位置EM3 使假接合用旋轉工具F脫離。
而且，在本實施形態中，雖然僅對凹部修補構件201的外周進行摩擦攪拌，但並不限定於此，可對凹部修補構件201的全面進行摩擦攪拌。此時，最好對凹部211的底面與凹部修補構件201的突合部全部進行摩擦攪拌。藉此，可提高水密性及氣密性。
又，在第一空洞部修補構件摩擦攪拌工程、第二空洞部修補構件摩擦攪拌工程中，由於第一空洞部修補構件202及第二空洞部修補構件203的直徑比第一側面側塑性化區域W3的寬度(與假接合用旋轉工具F的肩部F1的外徑X1 大略相等)還小，以假接合用旋轉工具F通過第一空洞部修補構件202及第二空洞部修補構件203而進行摩擦攪拌。但是，在第一空洞部修補構件202及第二空洞部修補構件203的直徑比旋轉工具的肩部的外徑還大的情況下，也可使旋轉工具沿著第一空洞部修補構件202及第二空洞部修補構件203的外周移動而進行摩擦攪拌。又，在如此的情況下，使旋轉工具往復，而橫越第一空洞部修補構件202及第二空洞部修補構件203的全面而進行摩擦攪拌。
(9)第二側面本接合工程
在第二側面本接合工程中，雖然並未具體地圖示，但對於第二側面D使用假接合用旋轉工具F進行摩擦攪拌。在第二側面本接合工程形成的塑性化區域以下稱為第二側面側塑性化區域(圖示省略)。第二側面本接合工程除在第二側面D進行摩擦攪拌之外，由於其餘與第一側面本接合 工程大略相同，省略其詳細的說明。而且，在本實施形態中，側面本接合工程雖然從被接合金屬構件1的兩側面進行第一側面本接合工程以及第二側面本接合工程，但僅對齊中之一進行亦可。又，在本實施形態的側面本接合工程中，雖然使用假接合用旋轉工具F，使用其他大的旋轉工具亦可。
根據以上說明的接合方法，由於將凹部修補構件201插入形成於被接合金屬構件1的側面的凹部211，而可閉塞未塑性化區域j。又，由於分別將第一空洞部修補構件202及第二空洞部修補構件203插入槽孔212、213，而可閉塞空洞缺陷R1 、R2 的端部。然後，在側面本接合工程中，對凹部修補構件201、第一空洞修補構件202及第二空洞修補構件203與被接合金屬構件1的突合部進行摩擦攪拌，可提高被接合金屬構件1的氣密性及水密性。又，凹部211由於與表面側塑性化區域W1及裡面側塑性化區域W2重複，第一側面側塑性化區域W3與表面側塑性化區域W1及裡面側塑性區域區域W2重複。藉此，由於未塑性化區域j(參照第8圖)全部密閉，可提高氣密性及水密性。
又，在第一側面本接合工程及第二側面本接合工程中，暫時插入的假接合用旋轉工具F在中途不脫離，由於以連續的軌跡進行摩擦攪拌，可提高作業性。
於此，在隧道狀空洞缺陷R1 、R2 進行摩擦攪拌之際，若不使用各修補構件，由於用來充填於隧道狀空洞缺陷R1 、R2 的金屬不足，在第一側面側塑性化區域W3的表面形成不可避免的溝槽會變大。但是，如本實施形態，藉由插入第一空洞修補構件202以及第二空洞修補構件203而彌補金屬的不足。
以上，雖然針對本發明的實施形態做說明，在不脫離本發明的旨趣的範圍內，可做適當的變更。而且，在以下的說明中，省略與第二實施形態相同的說明。
[第三實施形態]
接著，說明本發明的第三實施形態。
在第二實施形態中，雖然將凹部修補構件201、第一空洞修補構件202以及第二空洞修補構件203插入凹部211、槽孔212以及槽孔213，如第三實施形態所示，例如在凹部211、槽孔212、213進行熔接而進行熔接金屬充填工程。
熔接金屬充填工程雖然無具體的圖示，在第三實施形態中，包括對隧道狀空洞缺陷形成槽孔的槽孔形成工程、對未塑性化區域形成凹部的凹部形成工程以及將熔接金屬充填於槽孔及凹部的熔接金屬充填工程。由於槽孔形成工程及凹部形成工程與第二實施形態大略相同，因此省略其說明。
在熔接金屬充填工程中，進行例如TIG熔接或MIG熔接等的突起熔接，可將熔接金屬充填於凹部211、槽孔212、213(參照第22圖)。又，在側面本接合工程中，藉由對凹部211、槽孔212、213與上述熔接金屬的介面全部進行摩擦攪拌，可提高被接合金屬構件1的氣密性及水密 性。又，由於邊推壓熔接金屬邊行摩擦攪拌，可更加提高氣密性及水密性。
而且，在第二實施形態的情況下，進行突起熔接，切削從第一側面C(第二側面D)突出的熔接金屬，而平滑地形成第一側面C(第二側面D)。又，組合在第二實施形態中的修補構件插入工程與第三實施形態中的熔接金屬充填工程而進行接合亦可。
又，例如在凹部形成工程之前，在第一側面C及第二側面D中，使用假接合用旋轉工具F而對突合部J1以及突出材與被接合金屬構件1的突合部進行假接合。又，被接合金屬構件1的厚度變薄，在表面側塑性化區域W1與裡面側塑性化區域W2重複的情況下，可不使用凹部211及凹部修補構件201。
又，在表面側塑性化區域W1與裡面側塑性化區域W2形成氧化膜的情況下，藉由熔接而密閉該氧化膜而提高被接合金屬1的水密性及氣密性。
又，雖然在本實施形態中係以旋轉工具做右旋轉的情況為例而做說明，在使旋轉工具左旋轉的情況下，可能在旋轉工具的行進方向右側形成隧道狀空洞缺陷。即，可適當地設定由旋轉工具的旋轉方向及行進方向進行摩擦攪拌的區域。又，在本實施形態中，雖然切削隧道狀空洞缺陷的周邊而形成槽孔，但並不限於此，可依此狀態將空洞部修補構件插入隧道狀空洞缺陷中。
[第四實施形態]
接著，針對本發明的第四實施形態做說明。
第四實施形態的接合構造物的製造方法，如第24圖所示，其為使第一金屬構件1a的端面與第二金屬構件1b的端面突合的接合構造物1A的製造方法，從接合構造物1A的表面A及裡面B進行摩擦攪拌接合之後，從第一側面C及第二側面D進行摩擦攪拌接合。
本實施形態的接合構造物的製造方法包括(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)第三本接合工程、(9)第一修補工程、(10)第四本接合工程、(11)第二修補工程。
而且，從(1)第一準備工程至(7)突出材切除工程為止，除了第一金屬構件1a與第二金屬構件1b的配置位置以外，其餘與第一實施形態大略相同，因此省略詳細的說明。即，在第四實施形態中，如第24圖所示，將第二金屬構件1b配置於前側，而將第一金屬構件1a配置於後側。
於此，第25圖為第四實施形態的第二本接合工程結束後，除去突出材的狀態的接合構造物的立體圖。如第25圖所示，在第四實施形態的(7)突出材切除工程結束之後，在表面A側形成的表面側塑性化區域W1與裡面B側形成的裡面側塑性化區域W2上，沿著本接合用旋轉工具G的行進方向V1、V2從第一側面C至第二側面D連續地產生隧道狀的空洞缺陷R1、R2。該空洞缺陷R1、R2係由於在進行摩擦攪拌時，由於多處毛邊，而掩埋突合部J1的間隙的填充金 屬不足所形成。
而且，在第二本接合工程結束之後，在露出於接合構造物1A的兩側面C、D的各空洞缺陷R1、R2的開口端，藉由進行TIG熔接或MIG熔接等的突起熔接，閉塞各空洞缺陷R1、R2的開口端部而可提高氣密性及水密性。
(8)第三本接合工程
第三本接合工程，如第27圖所示，其為對第一金屬構件1a與第二金屬構件1b的突合部J1，從接合構造物1A的第一側面C進行摩擦攪拌接合的工程。
第三本接合工程包括對突合部J1進行假接合的假接合工程、在第一旋轉工具的預定插入位置預先形成下穴的下穴形成工程、對突合部J1從第一側面C進行摩擦攪拌的本接合工程。
在第三本接合工程中，在第二本接合工程結束之後，在將接合構造物1A從未圖示的摩擦攪拌裝置取下之後，在朝向上方而再度固定於第一側面C的狀態下，進行假接合工程、下穴形成工程及本接合工程。
在假接合工程中，如第26圖所示，將假接合用旋轉工具F從設定於第一金屬構件1a的側面14a摩擦攪拌的開始位置P5至結束位置P6為止，移動而形成ㄈ字形的移動軌跡，對第一金屬構件1a與第二金屬構件1b的突合部J1進行摩擦攪拌。具體而言，從開始位置P5，通過表面側塑性化區域W1的一部份、第一金屬構件1a與第二金屬構件1b的接縫、裡面側塑性化區域W2的一部份而移動至結束位置 P6。
之後，在假接合用旋轉工具F到達結束位置P6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P6脫離。
下穴形成工程，如第28(a)圖所示，其為在本接合用旋轉工具G的插入預定位置預先形成下穴Q3的工程。在下穴形成工程中，對假接合用旋轉工具F的攪拌銷F2從結束位置P6脫離時所形成的拔孔以鑽頭進行擴大直徑，藉此，在設定於第一金屬構件1a的側面14a的結束位置P6上形成下穴Q3。該下穴Q3設置的目的為減低本接合用旋轉工具G的攪拌銷G2的壓入阻抗。而且，本實施型態的假接合工程中的摩擦攪拌結束位置P6為後述的本接合工程的摩擦攪拌的開始位置P7。
本接合工程，如第27圖所示，其為對露出接合構造物1A的第一側面C的突合部J1進行摩擦攪拌的工程。
首先，如第28(a)圖所示，本接合用旋轉工具G的攪拌銷G2插入在第一金屬構件1a的側面14a的開始位置P7所形成的下穴Q3內，藉由本接合用旋轉工具G進行摩擦攪拌。然後，如第27圖所示，將本接合用旋轉工具G從設定於第一金屬構件1a的側面14a的開始位置P7移動至結束位置P8而形成ㄈ字形的移動軌跡，對第一金屬構件1a與第二金屬構件1b的突合部J1進行摩擦攪拌。
具體而言，從開始位置P7通過裡面B側的裡面側塑性化區域W2的端部、第一金屬構件1a與第二金屬構件1b的 接縫以及表面A側的表面側塑性化區域W1的端部而移動至結束位置P8，藉此ㄈ字形的第一側面側塑性化區域W3形成第一側面C。由該第一側面側塑性化區域W3封閉表面A側的表面側塑性化區域W1與裡面B側的裡面側塑性化區域W2之間的未塑性化區域。
於此，在形成於第一側面側塑性化區域W3，沿著本接合用旋轉工具G的行進方向V3產生隧道狀的空洞缺陷R3。如本實施型態，在使本接合用旋轉工具G做右旋轉的情況下，在本接合用旋轉工具G的行進方向V3的左側形成空洞缺陷R3。即，在本實施型態中，設定成空洞缺陷R3對應於ㄈ字形的移動軌跡的槽內側，在形成ㄈ字形的第一側面側塑性化區域W3的槽內側形成空洞缺陷R3。
在本接合用旋轉工具G到達結束位置後，使本接合用旋轉工具G邊旋轉邊上升而使攪拌銷G2脫離結束位置。如此，在結束位置P8攪拌銷G2脫離至上方時，如第28(b)圖所示，在結束位置P8形成與攪拌銷G2大略相同的拔孔Q4。
(9)第一修補工程
第一修補工程包括在第三本接合工程中將填充用金屬構件h填充於第一金屬構件1a的側面14a的拔孔Q4的填充用金屬構件插入工程(參照第28(b)圖)、對接合構造物1A與填充用金屬構件h的突合部J4從第一側面C進行摩擦攪拌的修補接合工程(參照第29圖)、以及在修補接合工程中以熔接金屬T填充於形成於填充用金屬構件h的表面 的拔孔Q5的修補熔接工程。
填充用金屬構件插入工程，如第28(b)圖所示，在第三本接合工程中使本接合用旋轉工具G(參照第28(a)圖)脫離時，形成於第一金屬構件1a的側面14a的拔孔Q4中，插入與拔孔Q4相同形狀的填充用金屬構件h，而掩埋拔孔Q4的工程。在本實施形態中，以與接合構造物1A相同組成的金屬材料形成填充用金屬構件h，只要是可摩擦攪拌的金屬材料即可。
修補接合工程，如第29圖所示，對接合構造物1A與填充用金屬構件h的突合部J4，使用假接合用旋轉工具F(參照第4(a)圖)而進行摩擦攪拌。
在修補接合工程中，在接合構造物1A與填充用金屬構件h的接縫上設定摩擦攪拌的開始位置P9，使假接合用旋轉工具F(參照第4(a)圖)的攪拌銷F2進入，沿著接合構造物1A與填充用金屬構件h的接縫，藉由使假接合用旋轉工具F移動，橫越突合部J4的全周而進行摩擦攪拌。
而且，修補接合工程中的摩擦攪拌接合由於與上述各接合工程所進行的摩擦攪拌接合大略相同，因此省略其詳細說明。
在本實施形態中，在橫越突合部J4的全周而實施磨擦攪拌後，使假接合用旋轉工具F(參照第4(a)圖)移動至填充用金屬構件h的表面的中心位置的摩擦攪拌的結束位置P10(第三本接合工程中的摩擦攪拌的結束位置P8)，使假接合用旋轉工具F從結束位置P10脫離。如此，在結束位 置P10使攪拌銷F2脫離至上方時，在結束位置P10形成與攪拌銷F2大略同形狀的拔孔Q5(參照第30圖)。
於此，在本實施形態中，為了對接合構造物1A與填充用金屬構件h的突合部J4進行摩擦攪拌，雖然使用在假接合工程中所使用的假接合用旋轉工具F，只要可沿著接合構造物1A與填充用金屬構件h的接縫使攪拌銷做圓周狀移動，使用其他的旋轉工具亦可。
在修補熔接工程中，如第30圖所示，在形成於填充金屬構件h的表面的拔孔Q5內進行MIG熔接等的突起熔接，將熔接金屬T填充於拔孔Q5內。
而且，修補熔接工程並不限定於MIG熔接，也可進行其他公知的熔接。又，熔接材料雖然與接合構造物1A不同，在本實施形態中是使用相同的材料。
又，在修補熔接工程中，將熔接金屬T填充於拔孔Q5之後，比第一金屬構件1a的側面14a還突起的部分的熔接金屬T最好切除。
(10)第四本接合工程
第四本接合工程，如第31圖所示，其為對第一金屬構件1a與第二金屬構件1b的突合部J1從接合構造物1A的第二側面D進行摩擦攪拌接合的工程。
第四本接合工程包含對突合部J1進行假接合的假接合工程、在本接合用旋轉工具G(參照第4(b)圖)的插入預定位置預先形成下穴的下穴形成工程以及對突合部J1進行摩擦攪拌的本接合工程。
在第四本接合工程中，在第一修補工程結束之後，將接合構造物1A從未圖示的摩擦攪拌裝置暫時取下，在第二側面D朝向上方而再度固定的狀態下，進行假接合工程、下穴形成工程以及本接合工程。在第四本接合工程中的各工程由於與第三本接合工程的各工程相同，因此省略其說明。而且，在第四本接合工程所形成的塑性化區域成為第二側面側塑性化區域W4。
(11)第二修補工程
第二修補工程，如第31圖所示，包括將填充用金屬構件h填充於在第四本接合工程中，第一金屬構件1a的側面15a所形成的拔孔Q6中的填充用金屬構件插入工程、對接合構造物1A與填充用金屬構件h的突合部J5進行摩擦攪拌的修補接合工程、將熔接金屬T填充於在修補接合工程中形成於填充用金屬構件h的表面的拔孔Q7的修補熔接工程。而且，在第二修補工程中的各工程由於與第一修補工程的各工程相同，因此省略其說明。
藉由以上的各工程，如第24圖所示，形成接合第一金屬構件1a的端面與第二金屬構件1b的端面的接合構造物1A。
根據本實施形態的接合構造物的製造方法，如第30圖所示，在第一修補工程及第二修補工程中，藉由將填充用金屬構件h填充於假接合用旋轉工具F的拔孔Q4、Q6，掩埋在第三本接合工程及第四本接合工程中形成於摩擦攪拌的結束位置的拔孔Q4、Q6，因此可防止由拔孔Q4、Q6所 造成的接合位置的強度降低。即，在第三本接合工程及第四本接合工程中，在接合構造物1A上設定摩擦攪拌的結束位置。藉此，在第三本接合工程及第四本接合工程中由於可省略設定摩擦攪拌的結束位置的突出材，可減少接合作業的工序數。
又，在第一修補工程及第二修補工程中，將熔接金屬T充填於脫離假接合用旋轉工具F時所形成的拔孔Q5、Q7而掩埋，藉此可防止由於拔孔Q5、Q7所造成的接合位置的強度降低之同時，可將接合位置修整成平坦。
又，如第1圖所示，在接合構造物1A的兩側面C、D形成突合部J1的第一側面側塑性化區域W3、第二側面側塑性化區域W4的一部份與第一本接合工程及第二本接合工程中所形成的表面側塑性化區域W1、裡面側塑性化區域W2重複，藉此在接合構造物1A的兩側面C、D中確實地封閉第一金屬構件1a與第二金屬構件1b的接縫，可提高金屬構件1a、1b彼此的接合部的氣密性及水密性。
又，在各接合工程前，對第一金屬構件1a與第二金屬構件1b的突合部J1進行假接合，將旋轉工具G壓入突合部J1而防止突合部J1的開孔，可適當地進行各接合工程。
又，在各接合工程中，藉由在本接合用旋轉工具G的插入預定位置預先形成下穴，可減低旋轉工具G壓入接合構造物1A之際的壓入阻抗。藉此，可提高摩擦攪拌接合的精度之同時，可迅速地進行接合作業。
又，如第27圖及第31圖所示，在第三本接合工程及 第四本接合工程中，本接合用旋轉工具G從摩擦攪拌的開始位置通過突合部J1以ㄈ字形的移動軌跡移動至結束位置時，本接合用旋轉工具G的行進方向左側設定成對應於ㄈ字形的移動軌跡的槽內側。在此構造中，空洞缺陷形成於形成ㄈ字狀的第一側面側塑性化區域W3的槽內側，與空洞缺陷形成於形成ㄈ字狀的第一側面側塑性化區域W3的槽外側相比，由於空洞缺陷的距離縮短，金屬構件1a、1b彼此的接合部的氣密性及水密性提高。
以上，雖然針對本發明的實施形態做說明，但本發明並不限於上述的實施形態，在不脫離其旨趣的範圍內可適當地做設計變更。
例如，在本實施形態的製造方法中，在第一本接合工程中形成於表面A的表面側塑性化區域W1與第二本接合工程中形成於裡面B的裡面側塑性化區域W2重複。在此構造中，由於塑性化至接合構造物1A的內部，可提升第一金屬構件1a與第二金屬構件1b的接合部的氣密性及水密性。
又，在第三本接合工程中，形成於接合構造物1A的第一側面C的第一側面側塑性化區域W3與形成於裡面B的第二側面側塑性化區域W4重複。在此構造中，由於塑性化至接合構造物1A的內部，可提升第一金屬構件1a與第二金屬構件1b的接合部的氣密性及水密性。
又，如第27圖所示，在本實施形態中，由於使本接合用旋轉工具G右旋轉，本接合用旋轉工具G的行進方向的左側設定成對應於ㄈ字狀的移動軌跡的槽內側，但如第32 圖所示，在使本接合用旋轉工具G做左旋轉的情況下，由於空洞缺陷R4形成於行進方向V4 的右側，本接合用旋轉工具G的行進方向右側設定成對應於ㄈ字狀的移動軌跡的槽內側。如此，即使使本接合用旋轉工具G做左旋轉的情況下，空洞缺陷R4可形成於ㄈ字狀的第一側面側塑性化區域W3的槽內側。
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
12a‧‧‧表面
13a‧‧‧裡面
14a‧‧‧第一側面
14b‧‧‧第一側面
15a‧‧‧第二側面
15b‧‧‧第二側面
211‧‧‧凹部
212、213‧‧‧槽孔
211‧‧‧凹部修補構件
202‧‧‧第一空洞部修補構件
A‧‧‧表面
203‧‧‧第二空洞部修補構件
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
h‧‧‧填充用金屬構件
j‧‧‧未塑性化區域
J‧‧‧突合部
K‧‧‧凹槽
P‧‧‧下穴
Q‧‧‧拔孔
R‧‧‧隧道狀空洞缺陷
T‧‧‧熔接金屬
U‧‧‧接頭構件
W1‧‧‧表面側塑性化區域
W2‧‧‧裡面側塑性化區域
w‧‧‧側面側塑性化區域
Z‧‧‧氧化膜
第1圖為第一實施形態的接合方法的示意圖，第1(a)圖為立體圖，第1(b)圖為第1(a)圖中N部分的放大圖。
第2圖為第一實施形態中第一準備工程的示意圖，第2(a)圖為立體圖，第2(b)圖為平面圖。
第3圖為第一實施形態中第一準備工程的示意圖，第3(a)圖為第2(b)圖中I-I線的剖視圖，第3(b)圖為第2(b)圖中II-II線的剖視圖。
第4圖為第一實施形態的旋轉工具的示意圖，第4(a)圖為假接合用旋轉工具的側視圖，第4(b)圖為本接合用旋轉工具的側視圖。
第5圖為第一實施形態的假接合用旋轉工具的使用狀態的示意圖，第5(a)圖為假接合用旋轉工具抵接於第一突出材的圖，第5(b)圖為將假接合用旋轉工具壓入第一突出材的圖。
第6圖為第一實施形態的第一預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7圖為第一實施形態的第一本接合工程於第6圖的III-III方向所示的剖視圖，第7(a)圖為開始位置部分、第7(b)圖為中間部份，第7(c)圖為結束部分的摩擦攪拌接合的圖。
第8(a)圖為第一實施形態的第二準備工程之後，從突合部J1朝向第一金屬構件1a側的剖視圖，第8(b)圖為第一實施形態的第二準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9圖為第一實施形態的第二本接合工程的示意圖，其為第8(b)圖的IV-IV線剖視圖，第9(a)圖為開始位置部分、第9(b)圖為中間部份的摩擦攪拌接合的圖。
第10圖為第一實施形態中突出材切除工程後的被接合金屬構件的立體圖。
第11圖為第一實施形態的凹槽形成工程的立體圖。
第12圖為第一實施形態的第一熔接修補工程的示意圖，第一側面C的平面圖。
第13圖為第一實施形態的第一接頭構件配置工程的立體圖。
第14圖為第一實施形態的第一接頭構件配置工程從表面A側觀看的側視圖，第14(a)圖為配置前，第14(b)圖為配置後。
第15圖為第一實施形態的第一接頭構件接合工程的示意圖，第15(a)圖為平面圖，第15(b)圖為第15(a)圖的VI-VI線的剖視圖。
第16圖為第一實施形態的第一接頭構件接合工程的平面圖。
第17圖為第一實施形態的第二接頭構件接合工程的平面圖。
第18圖為第一實施形態的第二熔接修補工程的示意圖，其為第1圖中N部分的放大圖。
第19圖為第一實施形態中的變形例的圖，其為表示接頭構件接合工程的剖視圖。
第20圖為第二實施形態的被接合金屬構件的立體圖。
第21圖為第二實施形態的突出材切除工程後的被接合金屬構件的立體圖。
第22(a)圖為第二實施形態的槽孔形成工程、凹部形成工程以及修補構件插入工程的立體圖，第22(b)圖為第22(a)圖的表面側塑性化區域周邊的放大正視圖。
第23圖為第二實施形態的第一側面本接合工程，第23(a)圖為表示中間部份的平面圖，第23(b)圖為第23(a)圖的III-III線剖視圖，第23(c)圖為表示結束部分的平面圖。
第24圖為由第四實施形態的製造方法而接合的接合構造物的立體圖。
第25圖為第四實施形態的第二本接合工程結束後，除去突出材的狀態的接合構造物的立體圖。
第26圖為第四實施形態的第三本接合工程中的假接合工程的平面圖。
第27圖為第四實施形態的第三本接合工程中的本接合工程的平面圖。
第28圖為第四實施形態的各工程的圖，第28(a)圖為第三本接合工程中表示本接合工程的第26圖的I-I剖視圖，第28(b)圖為第一修補工程中填充用金屬構件插入工程的剖視圖。
第29圖為第四實施形態的第一修補工程中的修補接合工程及修補熔接工程的平面圖。
第30圖為第四實施形態的第一修補工程中的修補接合工程及修補熔接工程的第29圖的II-II剖視圖。
第31圖為第四實施形態的第四本接合工程及第二修補工程的平面圖。
第32圖為第四實施形態的第三本接合工程的變形例的圖，使第一旋轉工具左旋轉的平面圖。
第33圖為對一對平板狀的金屬構件實施摩擦攪拌接合的習知的接合方法的立體圖。
第34圖為使用接頭構件的習知的接合方法的剖視圖。
第35圖為對一對厚度大的金屬構件實施摩擦攪拌接合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‧‧‧表面
12b‧‧‧表面
13a‧‧‧裡面
14a‧‧‧第一側面
14b‧‧‧第一側面
15a‧‧‧第二側面
15b‧‧‧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 ‧‧‧空洞缺陷
R2 ‧‧‧空洞缺陷
U‧‧‧接頭構件
W1‧‧‧表面側塑性化區域
W2‧‧‧裡面側塑性化區域
w1 、w2 、w3 ‧‧‧側面側塑性化區域

Claims (20)

  1. 一種接合方法，使旋轉工具相對於第一金屬構件與第二金屬構件突合而形成的被接合金屬構件移動而進行摩擦攪拌的接合方法，其包括：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進行摩擦攪拌的第一本接合工程；對於上述突合部從上述被接合金屬構件的裡面進行摩擦攪拌的第二本接合工程；沿著上述被接合金屬構件的側面的上述突合部形成凹槽的凹槽形成工程；在上述凹槽配置接頭構件的接頭構件配置工程；對於上述凹槽與上述接頭構件的突合部實施摩擦攪拌的接頭構件接合工程。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之接合方法，其中上述接頭構件接合工程在上述凹槽中，使上述第一本接合工程中所形成的表面側塑性化區域與在上述第二本接合工程所形成的裡面側塑性化區域之間所露出的未塑性化區域達成密閉。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之接合方法，其中上述接頭構件的兩端面係與上述被接合金屬構件的上述表面及上述裡面齊平。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之接合方法，其中上述接頭構件接合工程中所形成的側面塑性化區域的深度比上 述接頭構件的厚度還大。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之接合方法，其中在上述凹槽形成工程之後，更包括第一熔接修補工程，將露出於上述凹槽的底面的空洞缺陷及上述未塑性化區域的至少其中之一藉由熔接金屬而密閉。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之接合方法，其中在上述接頭構件接合工程之後，更包括第二熔接修補工程，使由上述接頭構件接合工程露出於上述表面及上述裡面的空洞缺陷以及由上述接頭構件接合工程捲入的氧化膜的至少其中之一藉由熔接金屬而密閉。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之接合方法，其中上述凹槽寬度係比上述表面側塑性化區域以及裡面側塑性化區域的寬度還小。
  8. 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位置預先形成下穴。
  9. 一種接合方法，使旋轉工具相對於第一金屬構件與第二金屬構件突合而形成的被接合金屬構件移動而進行摩擦攪拌的接合方法，其包括：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進行摩擦攪拌的第一本接合工程；對於上述突合部從上述被接合金屬構件的裡面進行摩擦攪拌的第二本接合工程；在上述被接合金屬構件的側面，對在上述第一本接合 工程所形成的表面側塑性化區域以及上述第二本接合工程所形成的裡面側塑性化區域的至少其中之一所形成的空洞缺陷，插入空洞部修補構件的空洞部修補構件插入工程；以及相對於上述突合部，於上述被接合金屬構件的側面進行摩擦攪拌的側面本接合工程；其中上述側面本接合工程對上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域之間的未塑性化區域進行摩擦攪拌之同時，對上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域至少其中之一與上述空洞部修補構件的突合部進行摩擦攪拌。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之接合方法，其中上述空洞部修補構件插入工程中，包含在上述被接合金屬構件的側面，對上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域至少其中之一形成的空洞缺陷的周圍進行切削而形成槽孔的槽孔形成工程，將上述空洞部修補構件插入上述槽孔中。
  11. 一種接合方法，使旋轉工具相對於第一金屬構件與第二金屬構件突合而形成的被接合金屬構件移動而進行摩擦攪拌的接合方法，其包括：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進行摩擦攪拌的第一本接合工程；對於上述突合部從上述被接合金屬構件的裡面進行摩 擦攪拌的第二本接合工程；在上述被接合金屬構件的側面，對在上述第一本接合工程所形成的表面側塑性化區域以及上述第二本接合工程所形成的裡面側塑性化區域的至少其中之一所形成的空洞缺陷，將熔接金屬充填於空洞缺陷的熔接金屬充填工程相對於上述突合部，於上述被接合金屬構件的側面進行摩擦攪拌的側面本接合工程；其中上述側面本接合工程對上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域之間的未塑性化區域進行摩擦攪拌之同時，對上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域至少其中之一與上述熔接金屬的交界面進行摩擦攪拌。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之接合方法，其中上述熔接金屬充填工程中，包含在上述被接合金屬構件的側面，對上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域至少其中之一形成的空洞缺陷的周圍進行切削而形成槽孔的槽孔形成工程，將上述熔接金屬充填於上述槽孔。
  13. 一種接合方法，使旋轉工具相對於第一金屬構件與第二金屬構件突合而形成的被接合金屬構件移動而進行摩擦攪拌的接合方法，其包括：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進行摩擦攪拌的第一本接合工程；對於上述突合部從上述被接合金屬構件的裡面進行摩 擦攪拌的第二本接合工程；在上述被接合金屬構件的側面，對在上述第一本接合工程所形成的表面側塑性化區域以及上述第二本接合工程所形成的裡面側塑性化區域的至少其中之一形成凹部的凹部形成工程；將凹部修補構件插入上述凹部的凹部修補工程；以及上述凹部修補構件與上述第一金屬構件的突合部以及上述凹部修補構件與上述第二金屬構件的突合部進行摩擦攪拌的側面本接合工程。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之接合方法，其更包含：在上述被接合金屬構件的側面，對上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域至少其中之一形成的空洞缺陷的周圍進行切削而形成槽孔的槽孔形成工程；以及將空洞部修補構件插入上述槽孔的空洞部修補構件插入工程，對上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域的至少其中之一與上述空洞部修補構件的突合部進行摩擦攪拌。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之接合方法，其更包含：在上述被接合金屬構件的側面，對上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域至少其中之一形成的空洞缺陷的周圍進行切削而形成槽孔的槽孔形成工程；以及將空洞部修補構件插入上述槽孔的空洞部修補構件插 入工程，橫越上述表面側塑性化區域以及上述裡面側塑性化區域的至少其中之一與上述空洞部修補構件的突合部的全面進行摩擦攪拌。
  16. 如申請專利範圍第9、11或13項所述之接合方法，其中上述側面本接合工程中，上述旋轉工具係以連續軌跡移動。
  17. 如申請專利範圍第9、11或13項所述之接合方法，其中在上述側面本接合工程中所使用的上述旋轉工具比上述第一本接合工程及上述第二本接合工程中所使用的旋轉工具還小。
  18. 如申請專利範圍第9、11或13項所述之接合方法，其更包含假接合工程，在進行上述第一本接合工程、上述第二本接合工程以及側面本接合工程至少其中之一的工程之前，對上述突合部進行假接合。
  19. 如申請專利範圍第9、11或13項所述之接合方法，其更包括突出材接合工程，在上述突合部的兩側配置一對突出材，使上述突出材與上述被接合金屬構件的突合部突合。
  20. 如申請專利範圍第9、11或13項所述之接合方法，其中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中所使用的上述旋轉工具的插入預定位置上形成下穴。
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