TWI405632B - Bonding method - Google Patents

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TWI405632B
TWI405632B TW100125388A TW100125388A TWI405632B TW I405632 B TWI405632 B TW I405632B TW 100125388 A TW100125388 A TW 100125388A TW 100125388 A TW100125388 A TW 100125388A TW I405632 B TWI405632 B TW I405632B
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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及摩擦攪拌方法。
金屬構件彼此之間接合的方法中，為人所知的是摩擦攪拌接合(FSW=Friction Stir Welding)(參照以下所列舉的文獻1~9(日本特許廳發行的公開特許公報))。摩擦攪拌接合為使旋轉工具旋轉並沿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使突合部做塑性流動，而使金屬構件彼此做固相接合。而且，旋轉工具一般為在呈圓柱狀的肩部的下端面上突設有攪拌銷(probe)。
1.特開平11-342481號公報
2.特開2004-358535號公報
3.特開2005-131666號公報
4.特開2003-164980號公報
5.特開2002-248582號公報
6.特開2002-1551號公報
7.特開2005-66669號公報
8.特開2004-154798號公報
9.特開2003-326374號公報
在接合用的金屬構件的厚度比旋轉工具的攪拌銷的長 度大的情況下，在從金屬構件的表面側進行摩擦接合後，還要從裡面側進行摩擦攪拌接合(例如，參照文獻1~3)。而且，若攪拌銷的長度變大，僅從表面側進行摩擦攪拌接合就可接合金屬構件彼此，但由於施加於摩擦攪拌裝置的驅動裝置的負荷增大，在現有的摩擦攪拌裝置無法對應的情況下，必須修改摩擦攪拌裝置或者是導入大型的摩擦攪拌裝置。
當對於金屬構件彼此的突合部進行摩擦攪拌時，文獻2也記載，沿著旋轉工具的行進方向有產生所謂隧道缺陷(tunnel)之虞。即使產生隧道缺陷，雖然不至於影響接合部的品質，但在氣密性及水密性被高度要求的情況下，必須使隧道缺陷分段而不連續。而且，如文獻2所揭示，使端面形成段部的金屬構件彼此突合而在突合部上形成凹部，藉由對嵌入該凹部的連接板與金屬構件的突合部進行摩擦攪拌，雖然是接合金屬構件彼此的技術，但是在對於金屬構件彼此進行摩擦攪拌後，藉由移動旋轉工具而橫斷突合部，使隧道缺陷分段的技術也已經被揭露了。
在文獻4、5中，藉由摩擦攪拌接合用的金屬構件彼此的突合部，在此接合之前對上述突合部做假接合的技術；在金屬構件彼此的突合部的兩側配置突出件(tab)(抵接構件)，將用於此接合的摩擦攪拌的開始位置及結束位置設於該突出件的技術；在對金屬部彼此的突合部進行此接合之前，將突出件接合於金屬構件的技術已經被揭露。
在文獻6中，揭露了藉由摩擦攪拌接合用的金屬構件 彼此的突合部，在此接合之前對上述突合部做假接合的技術，在文獻7中，揭露了將用於此接合的摩擦攪拌的開始位置及結束位置設於形成在金屬構件彼此的突合部的兩側的突出件的技術以及使金屬構件彼此的突合部在進行此接合之前藉由摩擦攪拌而將突出件接合於金屬構件的技術。
在文獻7及文獻8中，揭露了將用於此接合的摩擦攪拌的開始位置及結束位置設於形成在金屬構件彼此的突合部的側邊的突出件的技術。
在文獻9中，揭露了在摩擦攪拌的開始位置形成下穴，從該下穴開始摩擦攪拌的摩擦攪拌方法。
而且，旋轉工具的轉速及輸送速度(移動速度)等的摩擦攪拌條件係對應於成為摩擦攪拌的對象的金屬構件的材質及厚度而適當地設定，在文獻2、3、5、6、9中，雖然也揭露了各種的摩擦壓接條件，即使在任何的文獻中，旋轉工具的旋轉速度從插入(壓入)開始位置起到從結束位置脫離為止都保持一定，以既定的輸送速度移動。
在文獻1~3的接合方法中，藉由從表面側的摩擦攪拌而塑性化的區域(以下稱為「表側塑性化區域」)與藉由從裡面側的摩擦攪拌而塑性化的區域(以下稱為「裡側塑性化區域」)的邊界部分上殘留著細微的接合缺陷的情況。若如此的接合缺陷為連續，則由於在接合部中的氣密性與水密 性有降低之虞，則比較不好。而且在文獻1~3中，藉由表側塑性化區域與裡側塑性化區域在金屬構件的厚度方向的中央部做接觸或者是略微重疊，由於金屬構件的厚度方向的全體做接合，接合強度不會不足。
從此觀點著眼，本發明的課題在於提供一種可提升接合部的氣密性與水密性的接合方法，而且提供一種可達到接合作業的效率化、迅速化的接合方法及摩擦攪拌方法。
為了解決此課題的申請專利範圍第1項所記載的接合方法包括對於金屬構件彼此的突合部從上述金屬構件的表面側進行攪拌摩擦的第一本接合工程以及對上述突合部從上述金屬構件的裡面側進行摩擦攪拌的第二本接合工程，其中在上述第一本接合工程中所使用的旋轉工具的攪拌銷的長度與在上述第二本接合工程所使用的旋轉工具的攪拌銷的長度的和被設定成在上述突合部的上述金屬構件的厚度以上。
本發明的接合方法主要是在上述第二本接合工程中，使旋轉工具的攪拌銷進入在上述第一本接合工程中形成的塑性化區域中並同時進行摩擦攪拌。
如此，由於在第一本接合工程所形成的塑性化區域(表側塑性化區域)的深部在第二本接合工程中藉由旋轉工具的攪拌銷而再度地進行摩擦攪拌，即使在表側塑性化區域的深部形成接合缺陷，該接合缺陷可被修正，而且可提升接合部的氣密性及水密性。
而且，由於塑性化至比攪拌銷的前端還深的位置，如上述的習知技術，在裡面側進行的摩擦攪拌所使用的旋轉工具的攪拌銷是短的，即使在無法達到表側塑性化區域的情況下，雖然使表側塑性化區域與裡側塑性化區域在金屬構件的厚度方向的中央部接觸或者是稍微地重疊，形成於表側塑性化區域的深部的接合缺陷無法充分確實地修正。對此，在本發明中，在第二本接合工程中，由於使攪拌銷進入表側塑性化區域而直接進行攪拌，形成於表側塑性化區域接合缺陷可充分確實地修正。
在本發明中，在上述第一本接合工程所使用的旋轉工具的攪拌銷的長度被設定成上述突合部中的上述金屬構件的厚度的1/2以上，同時在上述第二本接合工程中所使用的旋轉工具的攪拌銷的長度也可設定為上述突合部中的上述金屬構件的厚度的1/2以上。如此，表側塑性化區域與裡側塑性化區域在金屬構件的厚度方向的中央部重複之同時，由於表側塑性化區域的斷面積與裡側塑性化區域的斷面積的差變小，接合部的品質變得平均。而且，各旋轉工具的攪拌銷的長度當然是不及金屬構件的厚度。
而且，若在上述第二本接合工程中所使用的上述旋轉工具的上述攪拌銷的長度與在上述第一本接合工程中所使用的上述旋轉工具的上述攪拌銷的長度相同，則由於表側塑性化區域與裡側塑性化區域相同，接合部的品質會更加平均，而且，由於可在第一本接合工程與第二本接合工程中使用相同的旋轉工具，作業效率可提高。
又，在上述第一本接合工程中所使用的旋轉工具的攪拌銷的長度L1 以及上述第二本接合工程中所使用的旋轉工具的攪拌銷的長度L2 ，在上述突合部中的上述金屬構件的肉厚為t時，設定為滿足1.01≦(L1 +L2 )/t≦1.10的關係。當(L1 +L2 )/t在1.01以上時，即使在金屬構件上有尺寸公差，在第二本接合工程中，攪拌銷可確實地進入表側塑性化區域，當(L1 +L2 )/t大於1.10時，由於各旋轉工具大過需要的尺寸而施加於摩擦攪拌裝置的負荷變大，因此(L1 +L2 )/t最好在1.10以下。
在本發明中，在上述第一本接合工程中所使用的旋轉工具的攪拌銷的長度設定為上述突合部的上述金屬構件的厚度的3/4以下，同時在上述第二本接合工程中所使用的旋轉工具的攪拌銷的長度設定為上述突合部的上述金屬構件的厚度的3/4以下。如此，在進行摩擦攪拌之際，由於不需要裡側抵接件，可提升作業效率。
而且，在第一本接合工程的摩擦攪拌的結束位置中，使攪拌銷脫離至上方的情況下，雖然不可避免地形成與攪拌銷大略同形狀的錯孔，當第二本接合工程所使用的旋轉工具的攪拌銷的移動路線與錯孔重疊時，塑性流動化的金屬流入錯孔中，而有產生接合缺陷之虞。因此，在第一本接合工程所形成的錯孔仍然殘留的情況下，最好設定在上述第二本接合工程中的摩擦攪拌的路線，沿該路線使第二本接合工程中所使用的旋轉工具的攪拌銷移動。
而且，即使第二本接合工程中所使用的旋轉工具的攪 拌銷不通過第一本接合工程的錯孔的情況下，在其相隔距離變小的情況下，塑性流動化金屬被推出錯孔，由於有產生接合缺陷之虞，更好的是，上述第一本接合工程中的摩擦攪拌的結束位置與上述第二本接合工程所用的上述旋轉工具的移動軌跡的最短距離，最好在上述第二本接合工程中所使用的上述旋轉工具的肩部的外徑以上。
在實施第一本接合工程之前，可實施金屬構件彼此的突合部作假接合的假接合工程。假接合工程的手段並無限制，雖然切由熔接及摩擦攪拌進行，在藉由摩擦攪拌進行假接合工程的情況下，使用比第一本接合工程使用的旋轉工具的還小型的假接合用旋轉工具，最好對於上述突合部從上述金屬構件的表面側進行摩擦攪拌。如此，在第一本接合工程中，摩擦金屬構件的表面側之際，由於突合部不易開孔可精度佳地接合。而且，當實施第一本接合工程時，使突合部水冷，冷卻水進入金屬構件之間，雖然在接合面有產生氧化皮膜之虞，但若實施假接合工程而密閉接縫，則由於冷卻水難以進入金屬構件之間，可提升接合部的品質。
在實施第二本接合工程之前，也可實施假接合工程。在此情況下，使用比上述第二本接合工程所使用的旋轉工具還小型的假接合用旋轉工具，對於上述突合部從上述金屬構件的裡面側進行摩擦攪拌。
那麼，在本接合之前所進行的假接合以及突出件與金屬構件的接合由於不超過用於進行本接合的預備性接合， 可達到效率化與迅速化，但是在上述的文獻4~7的技術中，無法達到任何預備性的接合作業的效率化及迅速化。
例如，如文獻4、5所示，在金屬構件彼此之間的假接合以及突出件與金屬構件的接合是以熔接進行的情況下，由於手工作業變多，作業效率變差，不利於熔接位置多的情況及大量生產的情況。
又，如文獻6、7，在假接合及突出件的接合等的預備性接合是以摩擦接合的方式進行的情況下，由於使用摩擦攪拌裝置的作業，比使用手工作業進行熔接的情況更可達到效率化、迅速化，由於旋轉工具的拔插需要時間，若旋轉工具的拔插次數多時，會妨礙預備性接合作業的效率化、迅速化。
為了解決如此的問題，最好採用申請專利範圍第11項所記載的接合方法。申請專利範圍第11項所記載的接合方法包括：一準備工程，金屬構件彼此的突合部的一端側上配置第一突出件而使上述第一突出件的抵接面抵接於上述兩金屬構件的側面，同時在上述突合部的另一端側上配置第二突出件而使上述第二突出件的抵接面底接於上述兩金屬構件的側面；第一突出件接合工程，對於上述第一突出件與上述兩金屬構件的突合部進行摩擦攪拌；假接合工程，對於上述金屬構件彼此的突合部進行摩擦攪拌；第二突出件接合工程，對於上述第二突出件與上述兩金屬構件的突合部進行摩擦攪拌；以及本接合工程，對於假接合狀態下的上述金屬構件之間的突合部進行摩擦攪拌，其中在 上述第一突出件接合工程的終點，在摩擦攪拌未結束到上述假接合工程的起始點為止，連續地進行摩擦攪拌，照這樣移行至上述假接合工程。
如此，在第一突出件接合工程的終點，不需要旋轉工具的脫離作業，而且，在假接合工程的開始點，由於不需要旋轉工具的插入作業，可達到預備性的接合作業的效率化及迅速化。
不脫離旋轉工具而到假接合工程的開始點為止進行摩擦攪拌的情況下，在上述假接合工程的開始點，在摩擦攪拌未結束到上述假接合工程的終點為止，連續地進行摩擦攪拌亦可。如此，由於在假接合工程中完全不需要旋轉工具的脫離作業，可以使預備性的接合作業更佳地效率化及迅速化。
在不脫離旋轉工具而一直進行摩擦攪拌直到假接合工程的終點的情況下，在上述假接合工程的終點，摩擦攪拌未結束而連續進行摩擦攪拌直到上述第二突出件接合工程的開始點為止，可保持這樣而移行至第二突出件接合工程。如此，在假接合工程的終點不需要進行旋轉工具的脫離作業，甚至由於在第二突出件接合工程的起點不需要旋轉工具的插入作業，可達到更有效地且迅速地預備性的接合作業。
而且，在第一突出件接合工程中，即使不使旋轉工具脫離，若在上述假接合工程的終點不使摩擦攪拌結束而連續進行摩擦攪拌直到上述第二突出件接合工程的開始點， 而保持這樣移行至第二突出件接合工程，則在假接合工程的終點，不需要旋轉工具的脫離作業，而且，由於在第二突出件接合工程的起點不需要旋轉工具的插入作業，可達到更有效地且迅速地預備性的接合作業。
而且，在使旋轉工具向右旋轉的情況下，在旋轉工具行進方向的左側有產生細微接合缺陷之虞。因此，使上述第一突出件接合工程中所使用的旋轉工具向右旋轉的情況下，設定上述第一突出件接合工程的開始點與終點，而使上述金屬構件位於上述旋轉工具的行進方向的右側。如此，由於金屬構件側難以產生接合缺陷，可得到高品質的接合體。
又，在使旋轉工具向左旋轉的情況下，在旋轉工具行進方向的右側有產生細微接合缺陷之虞。因此，使上述第一突出件接合工程中所使用的旋轉工具向左旋轉的情況下，設定上述第一突出件接合工程的開始點與終點，而使上述金屬構件位於上述旋轉工具的行進方向的左側。
又，從上述第一突出件接合工程的終點起至上述假接合工程的開始點為止的摩擦攪拌的路線設定至上述第一突出件，使旋轉工具從第一突出件接合工程的終點移動至假接合工程的開始點之際的移動軌跡形成於第一突出件。如此，在從第一突出件接合工程的終點至假接合工程的開始點的工程中，由於難以在金屬構件上產生接合缺陷，可得到高品質的接合體。
上述第一突出件接合工程中的摩擦攪拌的路線與從上 述第一突出件接合工程的終點至上述假接合工程的開始點的摩擦攪拌的路線的相隔距離最好確保在上述旋轉工具的肩部的外徑以上。即，旋轉工具從上述第一突出件接合工程的開始點移動至終點之際所形成的移動軌跡與旋轉工具從上述第一突出件接合工程的終點移動至假接合工程的開始點之際所形成的移動軌跡的相隔距離最好確保在上述旋轉工具的肩部的外徑以上。如此，在從第一突出件接合工程的終點至假接合工程的開始點的工程中，即使在旋轉工具的金屬構件側產生接合缺陷，由於該接合缺陷難以到達金屬構件，可得到高品質的接合體。
在使上述第二突出件接合工程中所使用的旋轉工具向右旋轉的情況下，雖然上述金屬構件最好位於旋轉工具行進方向的右側，但藉由金屬構件與第二突出件的位置關係，金屬構件也可位於行進方向的左側。在此情況下，在上述第二突出件接合工程的起點至終點的摩擦攪拌的路線上設置折返點，至少從上述折返點至上述終點的摩擦攪拌的路線中，上述金屬構件位於上述旋轉工具的行進方向的右側，依此設定上述第二突出件接合工程的起點、折返點及終點。如此，至折返點為止之間，金屬構件位於旋轉工具的行進方向的左側，即使在金屬構件側產生接合缺陷，從行進至其後的折返點至終點的摩擦攪拌中，由於金屬構件位於旋轉工具的行進方向的右側，修正上述接合缺陷而可得到高品質的接合體。
又，在使上述第二突出件接合工程中所使用的旋轉工 具向左旋轉的情況下，雖然上述金屬構件最好位於旋轉工具行進方向的左側，但藉由金屬構件與第二突出件的位置關係，金屬構件也可位於行進方向的右側。在此情況下，在上述第二突出件接合工程的起點至終點的摩擦攪拌的路線上設置折返點，至少從上述折返點至上述終點的摩擦攪拌的路線中，上述金屬構件位於上述旋轉工具的行進方向的右側，依此設定上述第二突出件接合工程的起點、折返點及終點。
又，從上述假接合工程的終點至上述第二突出件接合工程的起點的摩擦攪拌的路線設定於上述第二突出件，旋轉工具從假接合工程的終點移動至第二突出件接合工程的起點之際的移動軌跡形成於第二突出件上。如此，從假接合工程的終點至第二突出件接合工程的起點的工程中，由於難以在金屬構件上產生接合缺陷，而可得到高品質的接合體。
從上述假接合工程的終點至上述第二突出件接合工程的起點的摩擦攪拌的路線與上述第二突出件接合工程中的摩擦攪拌的路線的相隔距離，最好確保在上述旋轉工具的肩部的外徑以上。即，旋轉工具從假接合工程的終點移動至第二突出件接合工程的起點之際所形成的移動軌跡與旋轉工具從上述第二突出件接合工程的起點移動至終點之際的相隔距離最好確保在旋轉工具的肩部的外徑以上。如此，在從假接合工程的終點移動至第二突出件接合工程的起點的工程中，即使在旋轉工具的金屬構件側產生接合缺 陷，由於該接合缺陷難以到達金屬構件，可得到高品質的接合體。
在本發明中，在上述本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置形成下穴，可從上述下穴開始攪拌。即，可在攪拌銷的預定插入位置形成下穴。如此，由於在本接合工程所使用的本接合用旋轉工具的攪拌銷插入之際的負荷(推壓力)可減輕，而且由於本接合用旋轉工具的插入速度也可以加速，因此可縮短本接合所需要的作業時間。
在設於下穴的情況下，在上述本接合工程所使用的本接合旋轉工具的攪拌銷的最大外徑比上述下穴的最大穴徑小，可使上述攪拌銷邊旋轉邊壓入上述下穴。如此，本接合用旋轉工具的肩部抵接於金屬構件等的表面之前，由於攪拌銷抵接於下穴的穴壁而產生摩擦熱，可縮短到達塑性化的時間。
在設置下穴的情況下，也可形成於上述第一突出件與上述金屬構件的突合部或者是上述第二突出件與上述金屬構件的突合部。如此，在本接合用旋轉工具的攪拌銷壓入下穴之際，塑性流動化的金屬的一部份流入突出件與金屬構件之間的微小間隙，之後由於塑性流動化的金屬朝上述間隙的散逸變和緩，難以發生厚度不足的接合缺陷。
而且，當本接合用旋轉工具的攪拌銷壓入設於突出件與金屬構件之間的突合部的下穴時，使突出件與金屬構件拉離的力作用，由於突出件與金屬構件之間會有產生間隙的顧慮，在第一突出件與金屬構件的突合部設置下穴的情 況下，在上述本接合用旋轉工具插入上述下穴的情況下，藉由熔接上述金屬構件與上述第二突出件所形成的入角部而進行假接合。
又，在本發明中，使上述第二突出件接合工程中所使用的假接合用旋轉工具的攪拌銷脫離時所形成的錯孔成為上述下穴，或者是將上述錯孔擴大而成為上述下穴。如此，由於可省略或簡化下穴的加工，可縮短作業的時間。
而且，在文獻6所揭示的接合方法中，由於以本接合用的旋轉工具進行假接合，會有假接合造成接合強度過大的問題。特別是，在欲接合的金屬構件很厚的情況下，由於本接合所使用的旋轉工具大型化，當使用該旋轉工具進行假接合時，不僅旋轉工具的消耗變快，在本接合預備性接合也是一樣，大的負荷會施加在摩擦攪拌裝置上。而且，在文獻6中，由於假接合時的旋轉工具的輸送速度(移動速度)設定成與本接合時的輸送速度相同，會有假接合所需的時間無法縮短的問題。
為了解決此問題，最好採用申請專利範圍第32項所記載的接合方法。記載於申請專利範圍第32項的接合方法包括對金屬構件彼此的突合部進行摩擦攪拌的假接合工程以及對於假接合的狀態的上述金屬構件彼此的突合部進行摩擦攪拌的本接合工程，其中使用比上述本接合工程所使用的接合用旋轉工具還小型的假接合用旋轉工具，而進行上述假接合工程。
如此，由於可以比本接合小的負荷進行假接合，在假 接合時施加於摩擦攪拌裝置的負荷變小，而且，由於假接合用旋轉工具的移動速度(輸送速度)可比本接合用旋轉工具的移動速度高，假接合所需要的作業時間及成本可以降低。
而且，雖然在假接合工程中從金屬構件的表面側進行摩擦攪拌之同時，在本接合工程中從金屬構件的裡面側進行摩擦攪拌，但可在假接合工程與本接合工程的兩工程中從金屬構件的表面側進行摩擦攪拌。
又，在申請專利範圍第32項的假接合工程中，對上述突合部斷續地進行摩擦攪拌，也可橫越上述突合部的全長而連續地進行攪拌。
而且，在實施本接合工程之際，在實施水冷的情況下，在假接合工程中，從金屬構件的表面側對金屬構件彼此的突合部橫越全長而連續地進行攪拌。在斷續地進行假接合的情況下，雖然冷卻水進入金屬構件之間而有在接合面產生氧化皮膜之虞，若連續性地進行假接合，由於冷卻水難以進入金屬構件之間，可提升接合部的品質。
在本發明中，在上述本接合工程的摩擦攪拌的開始位置形成下穴，從上述下穴開始攪拌摩擦。即，在本接合用旋轉工具的攪拌銷的插入預定位置形成下穴。如此，由於可減輕插入本接合用旋轉工具的攪拌銷時的負荷(推壓力)，可減低施加於摩擦攪拌裝置的負荷，而且，由於也可以加快本接合用旋轉工具的插入速度，可縮短本接合所需要的作業時間。
在設有下穴的情況下，上述下穴的最大穴徑比上述本接合用旋轉工具的攪拌銷的最大外徑還小，邊使上述攪拌銷旋轉而邊壓入上述下穴。如此，由於本接合用旋轉工具的肩部在抵接於金屬構件的表面之前，攪拌銷抵接於下穴的穴壁而產生摩擦熱，可縮短到達塑性流動化的時間。
又，在本發明中，使上述假接合用旋轉工具的攪拌銷脫離時，所形成的錯孔可成為上述下穴，或者是擴大上述錯孔而成為上述下穴。如此，由於可省略或簡化下穴的加工，因此可縮短作業時間。
而且，在使本接合用旋轉工具向右旋轉的情況下，由於有在本接合用旋轉工具的行進方向的左側產生隧道缺陷(tunnel defect)之虞，在使其做左旋轉的情況下，由於行進方向的右側有發生隧道缺陷之虞，以斷開此隧道缺陷為目的，可實施對上述本接合工程所形成的塑性化區域進行摩擦攪拌的修補工程。在上述修補工程中，在使上述本接合用旋轉工具做右旋轉的情況下，可對位於上述本接合用旋轉工具的行進方向的左側的上述塑性化區域進行摩擦攪拌，在使上述本接合用旋轉工具做左旋轉的情況下，可對位於上述本接合用旋轉工具的行進方向的右側的上述塑性化區域進行摩擦攪拌。
在上述修補工程中，沿著上述本接合工程中的摩擦攪拌的工具而連續地進行摩擦攪拌。如此，即使在沿著本接合工程的摩擦攪拌的路線而連續形成隧道缺陷的情況下，由於可確實地斷開此隧道缺陷，因此難以產生接合缺陷。
而且，在實施上述修補工程的情況下，可使用比上述本接合用旋轉工具還小型的修補用旋轉工具。如此，可防止塑性化區域擴大到需求以上。
若在配置於欲接合的金屬構件彼此的突合部的側邊的突出件上設置摩擦攪拌的開始位置或結束位置，則由於伴隨著旋轉工具的移動，存在於金屬構件與突出件的抵接面的氧化皮膜會捲入形成於金屬構件的塑性化區域，因此有產生接合缺陷之虞。
根據本發明的接合方法，可提高接合部的氣密性及水密性。而且，根據本發明的接合方法及摩擦攪拌方法，可達到接合作業的效率化、迅速化。
實施本發明之最佳型態為利用摩擦攪拌的金屬構件彼此的接合方法，對於金屬構件彼此的突合部進行作為假接合的摩擦攪拌後，對於假接合的狀態的突合部進行作為本接合的接合方法。
[第一實施型態]
在第一實施型態中，如第1圖所示，表示將金屬構件1做直線狀連接的情況為例表示。
首先，詳細說明欲接合的金屬構件1之同時，詳細說明接合金屬構件1之際所使用的第一突出件與第二突出件。
金屬構件1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構成。在本實施型態中，一邊的金屬構件1與另一邊的金屬構件1是由相同組成的金屬材料所構成。金屬構件1的形狀、尺寸並無特別的限制，尺寸最好至少與突合部J1的厚度相同。
第一突出件2與第二突出件3為夾持金屬構件1的突出部J1而配置者，分別添設於金屬構件1上，隱藏覆蓋出現於金屬構件1的側面14的金屬構件的接縫(邊界線)。雖然第一突出件2與第二突出件3的材質並無特別限制，在本實施型態中，與金屬構件1相同組成的金屬材料形成。又，雖然第一突出件2與第二突出件3的形狀、尺寸並無特別限制，在本實施型態中，其厚度尺寸與突合部J1的金屬構件1的厚度尺寸相同。
接著，參照第2圖，詳細說明用於假接合的旋轉工具A(以下稱「假接合用旋轉工具A」)以及用於本接合的旋轉工具B(以下稱「本接合用旋轉工具B」)。
第2a圖所示的假接合用旋轉工具A係由工具鋼等比金屬構件1更硬質的金屬材料構成，包括呈圓柱狀的肩部A1以及突設於該肩部A1的下端面A11的攪拌銷(probe)A2。假接合用旋轉工具A的尺寸、形狀雖然對應於金屬構件1的材質的厚度而設定，但至少比後述的第一本接合工程用的本接合用旋轉工具B(參照第2b圖)還小型。如此，由於可以比本接合小的負荷進行假接合，可減少假接合時施加於摩擦攪拌裝置的負荷，甚至由於假接合用旋轉工具A的 移動速度(輸送速度)可比本接合用旋轉工具B的移動速度還高速，可降低假接合所需的作業時間及成本。
在肩部A1的下端面A11為擔任推壓塑性流動化的金屬而防止向周圍飛散的任務的部位，在本實施型態中，形成凹面狀。雖然肩部A1的外徑X1 的大小無特別限制，在本實施型態中，比本接合用旋轉工具B的肩部B1的外徑Y1 還小。
攪拌銷A2從肩部A1的下端面A11的中央垂下，在本實施型態中，形成細尖端的圓錐台。又，在攪拌銷A2的周面上，形成刻設成螺旋狀的攪拌翼。雖然攪拌銷A2的外徑的大小並無特別限制，在本實施例中，最大外徑(上端徑)X2 比本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2的最大外徑(上端徑)Y2 小，而且，最小外徑(下端徑)X3 比攪拌銷B2的最小外徑(下端徑)Y3 小。攪拌銷A2的長度LA 最好是突合部J1(參照第1a圖)的金屬構件1的厚度t(參照第2b圖)的3~15%，至少比本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2的長度L1 小。
第2b圖所是的本接合用旋轉工具B係由工具鋼等比金屬構件1更硬質的金屬材料構成，包括呈圓柱狀的肩部B1以及突設於該肩部B1的下端面B11的攪拌銷(probe)B2。
肩部B1的下端面B11與假接合用旋轉工具A相同，形成凹面狀。攪拌銷B2從肩部B1的下端面B11的中央垂下，在本實施型態中，形成細尖端的圓錐台。又，在攪拌銷B2的周面上，形成刻設成螺旋狀的攪拌翼。攪拌銷B2的長度L1 最好設定成突合部J1(參照第1a圖)的金屬構件1的厚 度t的1/2以上3/4以下，設定成滿足1.01≦2L1 /t≦1.10的關係。
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)準備工程、(2)第一預備工程、(3)第一本接合工程、(4)第一修補工程、(5)第一橫斷修補工程、(6)第二預備工程、(7)第二本接合工程、(8)第二修補工程、(9)第二橫斷修補工程。而且，第一預備工程、第一本接合工程、第一修補工程以及第一橫斷修補工程為從金屬構件1的表面12側實施的工程，第二預備工程、第二本接合工程、第二修補工程以及第二橫斷修補工程係從金屬構件1的裡面13實施的工程。
(1)準備工程
參照第1圖說明準備工程。準備工程為準備欲接合的金屬構件1以及在摩擦攪拌的開始位置與結束位置設置的抵接構件(第一突出件2及第二突出件3)的工程，在本實施型態中，其包括使欲接合的金屬構件1突合的突合工程、在金屬構件1的突合部J1的兩側配置第一突出件2與第二突出件3的突出件配置工程、藉由熔接第一突出件2與第二突出件3而假接合於金屬構件1的熔接工程。
在突合工程中，如第1c圖所示，使另一邊的金屬構件的側面11密接於一邊的金屬構件1的側面11，同時一邊的的金屬構件1的表面12與另一邊的金屬構件1的表面12對齊，而且一邊的金屬構件1的裡面13與另一邊的金屬構件1的裡面13對齊。
在突出件配置工程中，如第1b圖所示，第一突出件2配置於金屬構件1的突合部J1的一端側而使其抵接面21抵接於金屬構件1的側面14，同時第二突出件3係配置於突合部J1的另一端側而使其抵接面31抵接於金屬構件1的側面14。此時，如第1d圖所示，第一突出件2的表面22及第二突出件3的表面32與金屬構件1的表面12對齊，同時第一突出件2的裡面23及第二突出件3的裡面33與金屬構件1的裡面13對齊。
在熔接工程中，如第1a、1b圖所示，熔接藉由金屬構件1與第一突出件2形成的入角部2a(即由金屬構件1的側面14與第一突出件2的側面24所形成的角部2a)，使金屬構件1與第一突出件2接合，熔接藉由金屬構件1與第二突出件3形成的入角部3a(即由金屬構件1的側面14與第二突出件3的側面34所形成的角部3a)，使金屬構件1與第二突出件3接合。而且，可橫越入角部2a、3a的全長連續地實施熔接，也可斷續地實施熔接。
當準備工程完畢之後，未圖示的金屬構件1、第一突出件2及第二突出件3係載置於摩擦攪拌裝置的架台上，使用夾持器等的未圖示的夾具而限制其無法移動。而且，在省略熔接工程的情況下，在未圖示的摩擦攪拌裝置的架台上，實施突合工程與突出件配置工程。
(2)第一預備工程
第一預備工程為第一本接合工程的前置工程，在本實施型態，其包括接合金屬構件1與第一突出件2的突合部 J2的第一突出件接合工程、假接合金屬構件1的突合部J1的假接合工程、接合金屬構件1與第二突出件3的突合部J3的第二突出件接合工程、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。
在本實施形態的第一預備工程中，如第4圖所示，使一假接合用旋轉工具A移動而形成一筆畫式的移動軌跡(bead)，對於突合部J1、J2、J3連續地進行摩擦攪拌。即，使插入摩擦攪拌的開始位置Sp的假接合用旋轉工具A的攪拌銷A2(參照第2a圖)不在中途脫離地移動至結束位置Ep為止，第一突出件接合工程、假接合工程以及第二突出件接合工程連續地實施。在本實施形態中，雖然在第一突出件2設置摩擦攪拌的開始位置Sp，在第二突出件3設置結束位置Ep，但其重點並非限定開始位置Sp與結束位置Ep。
參照第3圖及第4圖詳細說明本實施形態的第一預備工程的摩擦攪拌的順序。
首先，如第3a圖所示，使假接合用旋轉工具A位於設於第一突出件2的適當位置的開始位置Sp的正上方，接著，使假接合用旋轉工具A邊向右旋轉邊下降，而將攪拌銷A2推壓至開始位置Sp。假接合用旋轉工具A的旋轉速度雖然對應於攪拌銷A2的尺寸、形狀、摩擦攪拌的金屬構件1等的材質及厚度等而設定，大多的情況下，設定於500~2000(rpm)的範圍內。
當攪拌銷A2接觸至第一突出件2的表面22時，由於摩擦熱而使攪拌銷A2的周圍的金屬產生塑性流動化，如第 3b圖所示，攪拌銷A2插入第一突出件2。假接合用旋轉工具A的插入速度(下降速度)雖然對應於攪拌銷A2的尺寸、形狀、設置開始位置Sp的構件的材質及厚度等而設定，大多的情況下，設定於30~60(mm/分)的範圍內。
攪拌銷A2的全體進入第一突出件2，且肩部A1的下端面A11的整面接觸於第一突出件2的表面22，如第4圖所示，使假接合用旋轉工具A旋轉同時向第一突出件接合工程的起點s2做相對移動。
假接合用旋轉工具A的移動速度(輸送速度)雖然對應於攪拌銷A2的尺寸、形狀、摩擦攪拌的金屬構件1等的材質及厚度而設定，大多的情況下，設定在100~1000(mm/分)的範圍內。假接合用旋轉工具A的移動時的旋轉速度與插入時的旋轉速度相同或較低速。而且，使假接合用旋轉工具A移動時，雖然可使肩部A1的軸線相對於鉛直線朝行進方向的後側稍微傾斜，但是若不傾斜而呈鉛直狀態，則假接合用旋轉工具A的方向轉換變得容易，可做複雜的動作。當使假接合用旋轉工具A移動時，其攪拌銷A2的周圍的金屬依次塑性流動化，同時在從攪拌銷A2分離的位置上，已塑性流動化的金屬再度硬化。
使假接合用旋轉工具A做相對移動而連續進行摩擦攪拌至第一突出件接合工程的起點s2為止，之後在起點s2使假接合用旋轉工具A不脫離而以此狀態移行至第一突出件接合工程。
在第一突出件接合工程中，對於第一突出件2與金屬 構件1的突合部J2進行摩擦攪拌。具體而言，金屬構件1與第一突出件2的接縫(邊界線)上設定摩擦攪拌的路線，沿著該路線使假接合用旋轉工具A做相對移動，藉此使假接合用旋轉工具A在途中不脫離而從第一突出件接合工程的起點s2至終點e2連續地進行摩擦攪拌。
而且，在假接合用旋轉工具A做右旋轉的情況下，由於在假接合用旋轉工具A的進方向的左側有產生微細的接合缺陷之虞，設定第一突出件接合工程的起點s2與終點e2而使金屬構件1位於假接合用旋轉工具A的行進方向的右側。如此，由於在金屬構件1側難以產生接合缺陷，可得到高品質的接合體。
附帶說明，在假接合用旋轉工具A做左旋轉的情況下，由於在假接合用旋轉工具A的進方向的右側有產生微細的接合缺陷之虞，設定第一突出件接合工程的起點與終點而使金屬構件1位於假接合用旋轉工具A的行進方向的左側。具體而言，雖然圖式省略，將假接合用旋轉工具A做右旋轉時的終點e2的位置設為起點，將假接合用旋轉工具A做右旋轉時的起點s2的位置設為終點亦可。
而且，當假接合用旋轉工具A的攪拌銷A2進入突合部J2時，雖然使金屬構件1與第一突出件2分離的力作用，但由於金屬構件1與第一突出件2形成的入角部2a藉由熔接而假接合，金屬構件1與第一突出件2之間不會產生開孔的情況。
在假接合用旋轉工具A到達第一突出件接合工程的終 點e2之後，在終點e2使摩擦攪拌不結束而連續地進行摩擦攪拌直到假接合工程的起點s1為止，依此狀態移行至假接合工程。即，從第一突出件接合工程的終點e2至假接合工程的起點s1為止，不使假接合用旋轉工具A脫離而移行至假接合工程。如此，不需要在第一突出件接合工程的終點e2的假接合用旋轉工具A的脫離作業，而且，由於不需要在假接合工程的起點s1的假接合用旋轉工具A的插入作業，可達到預備性的接合作業的效率化、迅速化。
在本實施形態中，將第一突出件接合工程的終點e2至假接合工程的起點s1的摩擦攪拌的路線設定於第一突出件2，假接合用旋轉工具A從第一突出件接合工程的終點e2移動至假接合工程的起點s1時的移動軌跡係形成於第一突出件2上。如此，從第一突出件接合工程的終點e2至假接合工程的起點s1的工程中，由於接合缺陷不易產生於金屬構件1上，可得到高品質的接合體。
而且，第一突出件接合工程的摩擦攪拌路線以及第一突出件接合工程的終點e2起至假接合工程的起點s1的摩擦攪拌的路線中與第一突出件接合工程中的摩擦攪拌的路線平行的部分的相隔距離d2係確保於假接合用旋轉工具A的肩部A1的外徑X1 (參照第2a圖)以上。即，假接合用旋轉工具A從第一突出件接合工程的起點s2移動至終點e2之際所形成的移動軌跡與假接合用旋轉工具A從第一突出件接合工程的終點e2移動至假接合工程的起點s1時的移動軌跡的相隔距離d2 係確保於假接合用旋轉工具A的肩部 A1的外徑X1 以上。如此，從第一突出件接合工程的終點e2至假接合工程的起點s1的工程中，即使在假接合用旋轉工具A的金屬構件1側產生接合缺陷，由於該接合缺陷難以到達金屬構件1，可得到高品質的接合體。
在假接合工程中，對金屬構件1的突合部J1(參照1第a圖)進行摩擦攪拌。具體而言，在金屬構件1的接縫(邊界線)上設定摩擦攪拌的路線，藉由沿該路線使假接合用旋轉工具A做相對移動，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，假接合用假接合用旋轉工具A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。如此，由於完全不需要在假接合工程中的假接合用旋轉工具A的脫離作業，可更有效且迅速地達到預備性的接合作業。
在假接合用旋轉工具A到達假接合工程的終點e1後，在終點e1不結束摩擦攪拌而連續地進行摩擦攪拌至第二突出件接合工程的起點s3為止，而依此狀態移行至第二突出件接合工程。即，從假接合工程的終點e1至第二突出件接合工程的起點s3使假接合用旋轉工具A不脫離而繼續進行摩擦攪拌，而且，在起點s3使假接合用旋轉工具A不脫離而移行至第二突出件接合工程。如此，在假接合工程的終點e1不需要假接合用旋轉工具的脫離作業，甚至，在第二突出件接合工程的起點s3不需要假接合用旋轉工具A的插入作業。
在本實施形態中，將假接合工程的終點e1起至第二突 出件接合工程的起點s3的摩擦攪拌路線設定至第二突出件3，在第二突出件3上形成假接合用旋轉工具A從假接合工程的終點e1移動至第二突出件接合工程的起點s3之際的移動軌跡。如此，在從假接合工程的終點e1至第二突出件接合工程的起點s3的工程中，由於難以在金屬構件1上產生接合缺陷，而可得到高品質的接合體。
而且，從假接合工程的終點e1至第二突出件接合工程的起點s3的摩擦攪拌的路線中平行於後述的第二突出件接合工程的摩擦攪拌的路線的部分與第二突出件接合工程中摩擦攪拌的路線的相隔距離d3係確保在假接合用旋轉工具A的肩部A1的外徑X1 以上(參照第2a圖)。即，使假接合用旋轉工具A從假接合工程的終點e1移動至第二突出件接合工程的起點s3之際所形成的移動軌跡與假接合用旋轉工具A從第二突出件接合工程的起點s3移動至終點e3所形成的移動軌跡的分隔距離d3係確保至假接合用旋轉工具A的肩部A1的外徑X1 以上。如此，從假接合工程的終點e1至第二突出件接合工程的起點s3的工程中，即使在假接合用旋轉工具A的金屬構件1側產生接合缺陷，由於該接合缺陷難以到達金屬構件1，而可得到高品質的接合體。
在第二突出件接合工程中，對金屬構件1與第二突出件3的突合部J3進行摩擦攪拌。具體而言，在金屬構件1與第二突出件3的接縫(邊界線)上設定摩擦攪拌的路線，藉由沿該路線使假接合用旋轉工具A做相對移動，而對突 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A在中途不脫離而連續地從第二突出件接合工程的起點s3至終點e3進行摩擦攪拌。
而且，由於使假接合用旋轉工具A做右旋轉，因此設定第二突出件接合工程的起點s3與中e3的位置，使金屬構件1位於假接合用旋轉工具A的行進方向的右側。如此，由於難以在金屬構件1側產生接合缺陷，可得高品質的接合體。附帶說明，在假接合用旋轉工具A做左旋轉的情況下，最好設定第二突出件接合工程的起點與終點的位置，使金屬構件1位於假接合用旋轉工具A的行進方向的左側。具體而言，雖然圖式中省略，也可在使假接合用旋轉工具A右旋轉的情況下的終點e3的位置設置成起點，在使假接合用旋轉工具A右旋轉的情況下的起點s3的位置設置成終點。
而且，當假接合旋轉工具A的攪拌銷A2(參照第2a圖)進入突合部J3時，雖然有拉離金屬構件1與第二突出件3的力作用，但由於熔接金屬構件1與第二突出件3的入角部3a而做假接合，在金屬構件1與第二突出件3之間不會產生開孔。
在假接合用旋轉工具A到達第二突出件接合工程的終點e3之後，在終點e3不使摩擦攪拌結束而持續地進行摩擦攪拌直到設於第二突出件3的結束位置Ep 。而且，在本實施形態中，在出現於金屬構件1的表面12側的金屬構件1的接縫(邊界線)的延長線上設置結束位置Ep 。附帶說明， 結束位置Ep 為後述的第一本接合工程的摩擦攪拌的開始位置SM1 。
在假接合用旋轉工具A到達結束位置Ep 之後，使假接合用旋轉工具A邊旋轉邊上升，而使攪拌銷A2(參照第2a圖)從結束位置脫離。
而且，假接合用旋轉工具A的脫離速度(上升速度)雖然對應於攪拌銷A2的尺寸、形狀、設置結束位置Ep 的構件的材質及厚度，但在大多的情況下，設定在30~60(mm/分)的範圍內。又，假接合用旋轉工具A的脫離時的旋轉速度與移動時的旋轉速度相同或比其更高速。
接著，實施下穴形成工程。下穴形成工程，如第2b圖所示，在第一本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置SM1 形成下穴P1。即，下穴形成工程為在本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2的插入預定位置形成下穴P1的工程。
下穴P1是為了減低本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2的插入阻抗(壓入阻抗)的目的而設置，在本實施形態中，使假接合用旋轉工具A的攪拌銷A2(參照第2a圖)脫離時形成的錯孔H1以鑽具進行擴孔而形成。若利用錯孔H1，由於可簡化下穴P1的形成工程，因此可縮短作業時間。雖然下穴P1的形態並無特別的限制，在本實施例中為圓筒狀。而且，在本實施形態中，雖然在第二突出件3上形成下穴P1，下穴P1的位置並無特別限制，雖然可形成於第一突出件2或形成於突合部J2、J3，但最好是形成於如本實施形態的出現於金屬構件1的表面12側的金屬構件1的 金屬構件1的接縫(邊界線)的延長線上。
下穴P1的最大穴徑Z1 雖然比本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2的最大外徑(上端徑)Y2 還小，較佳的是，攪拌銷B2的最大外徑Y2 的50~90%。而且，當下穴P1的最大穴徑Z1 減少至攪拌銷B2的最大外徑Y2 的50%時，攪拌銷B2的壓入阻抗的減低程度有下降之虞。又，當下穴P的最大穴徑Z1 增加至攪拌銷B2的最大外徑Y2 的90%時，攪拌銷B2產生的摩擦熱的發生量變少而塑性流動化的區域變小，由於輸入熱量變少，使本接合用旋轉工具B移動之際的負荷變大，容易產生缺陷。
而且，當下穴P1的深度大到需要以上時，由於下穴P1所需要的加工時間變長，下穴P1的深度Z2 最好比攪拌銷B2的長度小，但當下穴P1的深度降低至攪拌銷B2的長度L1 的70%以下時，壓入阻抗的減低程度有降低之虞，又，當下穴P1的深度Z2 增加至攪拌銷B2的長度的90%以上時，攪拌銷B2產生的摩擦熱的發生量變少而塑性流動化的區域變小，由於輸入熱量變少，使本接合用旋轉工具B移動之際的負荷變大，容易產生缺陷。因此，下穴P的深度Z2 最好是攪拌銷B2的長度L1 的70~90%。
又，當下穴P1的容積大到需要以上時，由於塑性流動化的區域變小而有壓入攪拌銷B2之際的壓入阻抗增加之虞，雖然下穴P1的容積比攪拌銷B2的體積小較佳，當下穴P1的容積減少至攪拌銷B2的體積的40%時，壓入阻抗的減低程度有下降之虞，又，當下穴P1的容積上升至攪拌 銷B2的體積的80%時，攪拌銷B2產生的摩擦熱的發生量變少而塑性流動化的區域變小，由於輸入熱量變少，使本接合用旋轉工具B移動之際的負荷變大，容易產生缺陷。因此，下穴P的容積最好是攪拌銷B2的體積的40~80%。
而且，在本實施形態中，雖然是將假接合用旋轉工具A的攪拌銷A2(參照第2a圖)的錯孔H1做擴徑而成為下穴P1的情況為例做說明，但攪拌銷A2的最大外徑X2 比本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2的最小外徑Y3 大，且攪拌銷A2的最大外徑X2 比攪拌銷B2的最大外徑Y2 小(Y3 <X2 <Y2 )的情況下，攪拌銷A2的錯孔H1依此成為下穴P1亦可。
(3)第一本接合工程
第一本接合工程為真正地將金屬構件1的突合部J1接合的工程。在本實施形態的第一本接合工程中，如第2b圖所示，使用本接合用旋轉工具B，對於假接合的狀態的突合部J1而從金屬構件1的表面12側進行摩擦攪拌。
在第一本接合工程中，如第5a~5c圖所示，形成於開始位置SM1 的下穴P1被插入(壓入)本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2，插入的攪拌銷B2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，連續地進行摩擦攪拌直到結束位置EM1 。而且，在本實施形態中，在第二突出件3上設置摩擦攪拌的開始位置SM1 ，在第一突出件2上設置結束位置EM1 ，開始位置SM1 與結束位置EM1 並無限定。
參照第5a、5c圖詳細說明第一本接合工程。
首先，如第5a圖所示，使本接合用旋轉工具B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B邊右旋轉邊下降而使攪拌銷B2的前端插入下穴P1中。當攪拌銷B2插入下穴P1時，攪拌銷B2的周面(側面)抵接於下穴P1的穴壁，從穴壁使金屬塑性流動化。在此狀態下，用攪拌銷B2的周面壓退塑性流動化的金屬，同時由於壓入攪拌銷B2，可減少壓入初期的壓入阻抗，又，在本接合用旋轉工具B的肩部B1抵接於第二突出件3的表面32之前，由於攪拌銷B2抵接於下穴P1的穴壁而產生摩擦熱，可縮短至塑性流動化的時間。即，可減低摩擦攪拌裝置的負荷，而且可縮短本接合所需要的作業時間。
將本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2插入摩擦攪拌的開始位置SM1 之際的本接合用旋轉工具B的旋轉速度(插入時的旋轉速度)係對應於攪拌銷B2的尺寸、形狀、摩擦攪拌的金屬構件1等的材質及厚度等而設定，大多的情況下，雖然設定於70~700(rpm)的範圍內，但比本接合用旋轉工具B從開始位置SM1 向摩擦攪拌的結束位置EM1 移動本接合用旋轉工具B時的旋轉速度(移動時的旋轉速度)還高速。如此，與插入時的旋轉速度與移動時的旋轉速度相同的情況相比，由於到達使金屬塑性流動化所需要的時間短，可迅速地進行在開始位置SM1 的攪拌銷B2的插入作業。
而且，當本接合用旋轉工具B的插入時的旋轉速度大於移動時的旋轉速度的3.0倍時，進入金屬的熱量變大，金屬的溫度會上升至需要以上，又，當插入時的旋轉速度 比移動時的旋轉速度的1.5倍小時，由於作業時間的縮短效果變小，本接合用旋轉工具B的插入時的旋轉速度最好比移動時的旋轉速度高1.5~3.0倍。
本接合用旋轉工具B的插入速度(下降速度)雖然對應於攪拌銷B2的尺寸、形狀、設置開始位置SM1 的構件的材質及厚度等而設定，大多的情況下，設定在5~60(mm/分)的範圍內。
攪拌銷B2的全體進入第二突出件3，且肩部B1的下端面B11的全面接觸於第二突出件3的表面32之後，如第5b圖所示，進行摩擦攪拌同時朝金屬構件1的突合部J1的一端使本接合用旋轉工具B做相對移動，而且，橫切過突合部J3而突入突合部J1。當使本接合用旋轉工具B移動時，位於該攪拌銷B2的周圍的金屬依次做塑性流動化，同時在從攪拌銷B2分離的位置上，已塑性流動化的金屬會再度硬化而形成塑性化區域W1(以下稱「表側塑性化區域W1」)。
雖然本接合用旋轉工具B的移動速度(輸送速度)係對應於攪拌銷B2的的尺寸、形狀、摩擦攪拌的金屬構件1等的材質及厚度而設定，大多的情況下，設定在30~300(mm/分)的範圍內。而且，在使本接合用旋轉工具B移動之際，雖然肩部B1的軸線係相對於鉛直線向行進方向的後側稍微傾斜，但若不傾斜而呈鉛直，則本接合用旋轉工具B的方向轉換變得容易，而可做複雜的動作。
在有進入金屬構件1的熱量過大之虞的情況下，最好 從表面12側供給水至本接合用旋轉工具B的周圍而冷卻。而且，當冷卻水進入金屬構件1之間時，雖然在接合面(側面11)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關閉金屬構件1之間的開口，冷卻水難以進入金屬構件1之間，因此，接合部的品質無劣化之虞。
在金屬構件1的突合部J1上，在金屬構件1的接縫)假接合工程的移動軌跡上)設定摩擦攪拌的路線，藉由使該本接合用旋轉工具B沿著該路線做相對移動，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B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，依此狀態向結束位置EM1 做相對移動。
而且，在本實施形態中，由於在出現於金屬構件1的表面12側的金屬構件1的接縫(邊界線)的延長線上設定摩擦攪拌的開始位置SM1 ，在第一本接合工中的摩擦攪拌的路線可為一直線。若摩擦攪拌的路線為一直線，由於本接合用旋轉工具B的移動距離可抑制到最小，可有效地進行第一本接合工程，而且，可減低本接合用旋轉工具B的磨耗量。
在本接合旋轉工具B到達結束位置EM1 之後，如第5c圖所示，使本接合用旋轉工具B邊旋轉邊上升而使攪拌銷B2從結束位置EM1 (參照第5b圖)脫離。而且，在結束位置EM1 ，使攪拌銷B2脫離至上方時，雖然不可避免地形成與攪拌銷B2大略相同形狀的錯孔Q1，在本實施例中，依舊殘留設置。
使本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2從結束位置EM1 脫離之際的本接合用旋轉工具B的旋轉速度(脫離時的旋轉速度)最好比移動時的速度還高速。如此，與脫離時的旋轉速度及移動時的旋轉速度相同的情況相比，由於攪拌銷B2的脫離阻抗變小，在結束位置EM1 可以迅速地進行攪拌銷B2的脫離作業。
而且，當本接合用旋轉工具B的脫離時的旋轉速度比移動時的旋轉速度的3.0倍還大時，進入金屬的熱量變大，金屬的溫度會上升至需要以上，又，若脫離時的旋轉速度比移動時的旋轉速度的1.5倍還小時，由於作業時間的縮短效果會變小，本接合用旋轉工具B的脫離時的旋轉速度最好是比移動時的旋轉速度高1.5~3.0倍之間。
本接合用旋轉工具B的脫離速度(上昇速度)雖然對應於攪拌銷B2的尺寸、形狀、設置開始位置SM1 的部分的材質與厚度而設定，在大多數的情況下，設定在5~60(mm/分)的範圍內。
(4)第一修補工程
第一修補工程為相對於由第一本接合工程在金屬構件1上形成的表側塑性化區域W而進行摩擦攪拌的工程，其目的在於修補可能包含於表側塑性化區域W的接合缺陷。
在本實施形態的第一修補工程中，如第6a~6b圖所示，在表側塑性化區域W1中，至少對第一修補區域R1、第二修補區域R2以及第三修補區域R3進行摩擦攪拌。
對第一修補區域R1的摩擦攪拌是為了將沿著本接合 用旋轉工具B的行進方向有形成隧道缺陷之虞做分斷。在使本接合用旋轉工具B做右旋轉的情況下，在其行進方向的左側有產生隧道缺陷之虞，由於在左旋轉的情況下在行進方向的右側有產生隧道缺陷之虞，在使本接合用旋轉工具B做右旋轉的本實施形態中，設定第一修補區域R1，其使至少包含位於從平面觀看在行進方向的左側的表側塑性化區域W1的上部。
對於第二修補區域R2的摩擦攪拌，其目的在於將本接合用旋轉工具B橫切過突合部J2之際而捲入表側塑性化區域W1的氧化皮膜(金屬構件1的側面14與形成於第一突出件2的抵接面21的氧化皮膜)做斷開。如本實施形態，在本接合工程中的摩擦攪拌的結束位置EM1 設於第一突出件2的情況下，在使本接合用旋轉工具B右旋轉的情況下，由於氧化皮膜被捲入行進方向的右側的表側塑性化區域W1的上部的可能性變高，在左旋轉的情況下，由於氧化皮膜被捲入行進方向的左側的表側塑性化區域W1的上部的可能性變高，在使本接合用旋轉工具B右旋轉的本實施形態中，在第一突出件2的表側塑性化區域W1中，設定第二修補區域R2，其使至少包含位於從平面觀看在行進方向的右側的表側塑性化區域W1的上部。而且，從金屬構件1與第一突出件2的接縫起至第二修補區域R2的金屬構件1側的邊緣為止的距離d4 最好比本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2最大外徑Y2 還大。
對於第三修補區域R3的摩擦攪拌，其目的在於將本接 合用旋轉工具B橫切過突合部J3之際而捲入表側塑性化區域W1的氧化皮膜(金屬構件1的側面14與形成於第二突出件3的抵接面31的氧化皮膜)做斷開。如本實施形態，在本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置SM1 設於第二突出件3的情況下，在使本接合用旋轉工具B右旋轉的情況下，由於氧化皮膜被捲入行進方向的左側的表側塑性化區域W1的上部的可能性變高，在左旋轉的情況下，由於氧化皮膜被捲入行進方向的右側的表側塑性化區域W1的上部的可能性變高，在使本接合用旋轉工具B右旋轉的本實施形態中，在第二突出件3的表側塑性化區域W1中，設定第三修補區域R3，其使至少包含位於從平面觀看在行進方向的左側的表側塑性化區域W1的上部。而且，從金屬構件1與第一突出件2的接縫起至第三修補區域R3的金屬構件1側的邊緣為止的距離d5 最好比本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2最大外徑Y2 還大。
在本實施形態的第一修補工程中，使用比本接合用旋轉工具B還小型的修補用旋轉工具C而進行摩擦攪拌。如此，可防止塑性化區域擴大至需要以上。
修補用旋轉工具C與假接合用旋轉工具A相同，由工具鋼等硬質的金屬材料構成，如第6b圖所示，具有呈圓柱狀的肩部C1以及突設於該肩部C1的下端面的攪拌銷(probe)C2。
攪拌銷C2係從肩部C1的下端面垂下，在本實施例中，形成細尖端的圓錐台。又，在攪拌銷C2的周面上，形成刻 設成螺旋狀的攪拌翼。第2b圖所示的本接合用旋轉工具B所造成的接合缺陷由於大多形成於從攪拌銷B2起1/3的範圍，修補用旋轉工具C的攪拌銷C2的長度L1 最好是在本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2的長度L1 (參照第2b圖)的1/3以上，但是若大於其1/2時，由於塑性化區域擴大至必要以上，最好是在1/2以下。而且，雖然攪拌銷C2的最大外徑(上端徑)與最小外徑(下端徑)的大小並無特別限制，在本實施形態中，分別比本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2的最大外徑(上端徑)Y2 以及最小外徑(下端徑)Y3 還小。
在第一修補工程中，每當對一修補區域的摩擦攪拌結束時，可使修補用旋轉工具C脫離，雖然也可以在每個修補區域使用形態不同的修補用旋轉工具C，在本實施形態中，如第7圖所示，使一修補用旋轉工具C移動而形成一筆畫的移動軌跡(bead)，對第一修補區域R1、第二修補區域R2以及第三修補區域R3連續地進行摩擦攪拌。即，在本實施形態的第一修補工程中，不使插入摩擦攪拌的開始位置SR 的修補用旋轉工具C的攪拌銷C2(參照第6b圖)在中途脫離而移動至結束位置ER 為止。而且，在本實施形態中，在第一突出件2設置摩擦攪拌的開始位置SR 之同時，在第二突出件3設置結束位置ER ，雖然以第二修補區域R2、第三修補區域R3以及第一修補區域R1的順序進行摩擦攪拌的情況為例，但開始位置SR 、結束位置ER 的位置以及摩擦攪拌的順序並無限定。
參照第7圖詳細說明在第一修補工程中的摩擦攪拌的順序。
首先，將修補用旋轉工具C的攪拌銷C2(參照第6b圖)插入(壓入)設於第一突出件2的適當位置的開始位置SR 而開始摩擦攪拌，對於第二修補區域R2進行摩擦攪拌。
而且，修補用旋轉工具C插入開始位置SR 的旋轉速度與插入速度(下降速度)雖然對應於攪拌銷C2的尺寸、形狀、被摩擦攪拌的金屬構件1等的材質及厚度等而被設定，但在大部分的情況下，旋轉速度設定在300~2000(rpm)的範圍內，而插入速度設定在30~60(mm/分)的範圍內。
又，修補用旋轉工具C的移動速度(輸送速度)雖然對應於攪拌銷C2的尺寸、形狀、被摩擦攪拌的金屬構件1等的材質及厚度等而被設定，但在大多的情況下，最好設定於100~1000(mm/分)的範圍內。修補用旋轉工具C的移動時的旋轉速度與插入時的旋轉速度相同或更低速。
當對第二修補區域R2進行摩擦攪拌時，即使金屬構件1的側面14與第一突出件2的抵接面21上的氧化皮膜被捲入表側塑性化區域W1(參照第6b圖)的情況，由於可斷開該氧化皮膜，即使在鄰接於第一突出件2的表側塑性化區域W1中，也難以產生接合缺陷。而且，與用修補用旋轉工具C可摩擦攪拌的區域相比，在第二修補區域R2大的情況下，使摩擦攪拌的路線偏移而同時必須使修補用旋轉工具C迴轉(U-turn)。
在對於第二修補區域R2的摩擦攪拌結束後，不使修補 用旋轉工具C脫離而依此狀態移動至第一修補區域R1，沿著上述第一本接合工程中的摩擦攪拌的路線而連續地進行摩擦攪拌。如此，即使在沿著本接合工程中的摩擦攪拌的路線而連續地形成隧道缺陷的情況下，由於可確實地將隧道缺陷斷開，因此難以產生接合缺陷。
在對第一修補區域R1的摩擦攪拌結束後，不使修補用旋轉工具C脫離而依此狀態移動至第三修補區域R3，而對於第三修補區域R3進行摩擦攪拌。如此，即使金屬構件1的側面14與第二突出件3的抵接面31上的氧化皮膜被捲入表側塑性化區域W1(參照第6b圖)的情況，由於可斷開該氧化皮膜，即使在鄰接於第二突出件3的表側塑性化區域W1中，也難以產生接合缺陷。而且，與使用修補用旋轉工具C可摩擦攪拌的區域相比，在第三修補區域R3大的情況下，使摩擦攪拌的路線偏移而同時必須使修補用旋轉工具C迴轉(U-turn)。
在對第三修補區域R3的摩擦攪拌結束後，使修補用旋轉工具C移動至結束位置ER ，使修補用旋轉工具C邊旋轉邊上升而使攪拌銷C2(參照第6b圖)脫離結束位置ER 。
而且，修補用旋轉工具C從結束位置ER 脫離之際的旋轉速度及脫離速度(上昇速度)雖然對應於攪拌銷C2的尺寸、形狀、被摩擦攪拌的金屬構件1等的材質及厚度等而被設定，但在大多的情況下，旋轉速度係設定於300~2000(rpm)的範圍內，脫離速度係設定於30~60(mm/分)的範圍內。修補用旋轉工具C的脫離時的旋轉速度與移動時 的旋轉速度相同或更高速。
(5)第一橫斷修補工程
第一橫斷修補工程也是由第一本接合工程所形成於金屬構件1的表側塑性化區域W1而進行摩擦攪拌的工程，其目的在於斷開可能包含於表側塑性化區域W1的隧道缺陷。
在本實施形態的第一橫斷修補工程中，如第8圖所示，藉由使橫斷用旋轉工具D移動而複數次橫斷表側塑性化區域W1，對表側塑性化區域W1進行摩擦攪拌。即，在第一橫斷修補工程中，設定摩擦攪拌的路線而複數次橫斷表側塑性化區域W1。如此，即使沿著表側塑性化區域W1形成隧道缺陷，也可充分確實地斷開該隧道缺陷。
在第一的橫斷修補工程中的摩擦攪拌路線上，設定出橫切過表側塑性化區域W1的複數條交叉路線F1與連接相鄰的交叉路線F1的同側的端部彼此的移行路線F2。即，第一橫斷修補工程中的摩擦攪拌的路線至少包括：從表側塑性化區域W1的側邊起夾持表側塑性化區域W1而朝向其相反側而設定的第一交叉路線F1、從該交叉路線F1的終點e10起沿著第一本接合工程的摩擦攪拌的路線(金屬構件1的接縫)而設定的移行路線F2以及從該移行路線F2的終點s10起夾持表側塑性化區域W1而朝向其相反側而設定的第二交叉路線F1。
交叉路線F1為橫切過表側塑性化區域W1而設定的摩擦攪拌的路線，在本實施形態中，與第一本接合工程的摩擦攪拌路線正交。交叉路線F1的起點s10與終點e10係位 於表側塑性化區域W1的側邊，夾持表側塑性化區域W1而相向。
雖然交叉路線F1的起點s10與終點e10的位置最好設定成橫斷用旋轉工具D的全體從表側塑性化區域W1拔出的位置，當設定在從表側塑性化區域W1分離至需要以上的位置時，由於橫斷用旋轉工具D的移動距離增大，在本實施形態中，從起點s10至表側塑性化區域W1的側緣的距離以及從表側塑性化區域W1的側緣至終點e10的距離係設定於與橫斷用旋轉工具D的肩部D2的外徑X4 (參照第9圖)的一半相當的位置上。即，交叉路線F1的長度(從起點s10至終點e10的距離)係等於表側塑性化區域W1的寬度尺寸d6 加上肩部D2的外徑X4 的尺寸。附帶說明，由橫斷用旋轉工具D所形成的塑性化區域的寬度尺寸d9 由於與肩部D2的外徑X4 大略相等，交叉路線F1的長度略等於表側塑性化區域W1的寬度尺寸d6 加上橫斷用旋轉工具D所形成的塑性化區域的寬度尺寸d9 。
相鄰的交叉路線F1的相隔距離d7 為在第一本接合工程的摩擦攪拌的路線上(即，表側塑性化區域W1的中央線)上使再塑性化區域W3相互分離而設定其大小。而且，相鄰的再塑性化區域W3的間隔距離d8為再塑性化區域W3的寬度尺寸d9 以上，最好是確保在寬度尺寸d9 的2倍以上較佳。
移行路線F2為從一交叉路線F1的終點e10起至比交叉路線F1更靠近摩擦攪拌結束位置Ec側的另一交叉路線F1的起點s10的摩擦攪拌的路線，在本實施形態中，其設 於表側塑性化區域W1的右側或左側，而且與第一本接合工程中的摩擦攪拌的路線平行。
移行路線F2最好設定於藉由沿移行路線F2而使橫斷用旋轉工具D移動而使塑性化區域W4接觸於表側塑性化區域W1側緣的位置上。而且，在本實施例中，如前所述，成為移行路線F2之起點的交叉路線F1的終點e10與表側塑性化區域W1的側緣的距離以及成為移行路線F2之終點的交叉路線F1的起點s10與表側塑性化區域W1的側緣的距離分別等於由橫斷用旋轉工具D所形成的塑性化區域的寬度尺寸d9 的一半，因此塑性化區域W4必然接觸於表側塑性化區域W1的側緣。
詳細說明第一橫斷修補工程中的摩擦攪拌的順序。
而且，在本實施形態中，以上述的修補用旋轉工具C(參照第6圖)作為橫斷用旋轉工具D來使用，其詳細說明省略。又，橫斷用旋轉工具D的旋轉速度、插入速度、移動速度、脫離速度等也和修補用旋轉工具C具有相同的情況，其詳細說明省略。
在本實施形態中，藉由使一橫斷用旋轉工具D做鋸齒狀移動而形成一筆畫的移動軌跡(bead)，從摩擦攪拌的開始位置Sc至結束位置Ec而連續地進行摩擦攪拌。即，使插入摩擦攪拌的開始位置Sc的橫斷用旋轉工具D的攪拌銷D2(參照第9圖)在中途不脫離而移動至結束位置Ec。而且，每當橫斷過表側塑性化區域W1，即使橫斷用旋轉工具D脫離也不會有妨礙。
對第一橫斷修補工程的摩擦攪拌的順序做更詳細的說明。
在第一橫斷修補工程中，首先，將橫斷用旋轉工具D的攪拌銷D2(參照第9圖)插入(壓入)設於金屬構件1的適當位置的開始位置Sc，而開始摩擦攪拌，沿第一個交叉路線F1而連續地進行摩擦攪拌。
沿交叉路線F1而使橫斷用旋轉工具D移動時，由於在表側塑性化區域W1的上部的金屬再度地進行摩擦攪拌(參照第9圖)，在上述第一修補工程中，在上述第一修補工程斷開的隧道缺陷及第一修補工程中的摩擦攪拌的路線之外的位置上所形成的隧道缺陷等可充分確實地斷開。
在橫斷用旋轉工具D到達第一個交叉路線F1的終點e10之後，橫斷用旋轉工具D的移動方向變更至沿著本接合工程中的摩擦攪拌的路線的方向上，而沿著移行路線F2移動。即，使橫斷用旋轉工具D在終點e10不脫離而依此狀態沿移行路線F2移動，對位於表側塑性化區域W1的金屬連續地進行摩擦攪拌。在本實施型態中，移行路線F2由於與第一本接合工程中的摩擦攪拌的路線平行，與使移行路線F2傾斜的情況相比，移行路線F2的距離變短。
在橫斷用旋轉工具D到達第二個交叉路線F1的起點s10後，橫斷用旋轉工具D的移動方向變更為交叉於表側塑性化區域W1的方向，同時使橫斷用旋轉工具D不脫離而依此狀態沿第二個交叉路線F1移動，對表側塑性化區域W1連續地進行摩擦攪拌。
反覆以上的過程，橫斷用旋轉工具D在到達最後的交叉路線F1的終點e10之後，使橫斷用旋轉工具D移動至結束位置Ec，使橫斷用旋轉工具D邊旋轉邊上升，使攪拌銷D2從結束位置Ec脫離。
如此，若使複數個再塑性化區域W3在第一本接合工程中的摩擦攪拌路線上相互分離，與在表側塑性化區域W1的全體形成再塑性化區域的情況相比，橫斷用旋轉工具D的橫斷次數及方向轉換的次數變少，結果，由於第一橫斷修補工程中的摩擦攪拌的路線的總延長變短，橫斷用旋轉工具D不會有多餘的動作，即可有效地斷開隧道缺陷。特別是在本實施型態中，相鄰的再塑性化區域W3的相隔距離d8 由於在再塑性化區域W3的寬度尺寸d9以上，橫斷用旋轉工具D的動作更不會是多餘的。
而且，雖然以與修補用旋轉工具C不同的旋轉工具作為橫斷用旋轉工具D也無妨礙，但即使在此情況下，最好使用第2圖所示的比本接合用旋轉工具B還小型的工具。又，由本接合用旋轉工具B所造成的隧道缺陷由於大多形成於從攪拌銷的上端起1/3的範圍內，雖然橫斷用旋轉工具D的攪拌銷的長度最好在本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2(參照第2圖)的長度L1 的1/3以上，但若大於1/2，則有塑性化區域擴大至需要以上之虞，因此最好在1/2以下。
在第一橫斷修補工程結束之後，除去在第一預備工程、第一本接合工程、第一修補工程以及第一橫斷工程的摩擦攪拌所產生的毛邊，而且，如第10a圖所示，將金屬 構件1翻面，使裡面13朝上。
(6)第二預備工程
第二預備工程為第二本接合工程的前置工程，在本實施形態中，包括在第二本接合工程的摩擦攪拌的開始位置SM2 形成下穴P2的下穴形成工程。而且，在第二預備工程中，可包含上述的第一突出件接合工程、假接合工程以及第二突出件接合工程。
(7)第二本接合工程
第二本接合工程為真正地接合金屬構件1的突合部J1的工程。在本實施形態的第二本接合工程中，如第10a、10b圖所示，使用在第一本接合工程所使用的本接合用旋轉工具B，對突合部J1從金屬構件1的裡面側13進行摩擦攪拌。
在第二本接合工程中，將本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2插入(壓入)設於第二突出件3的下穴P2(開始位置SM2 )，使插入後的攪拌銷B2不從中途脫離而移動至設於第一突出件2的結束位置EM2 。即，在第二本接合工程中，從下穴P2開始摩擦攪拌，而連續地進行摩擦攪拌直到結束位置EM2 。
參照第10a~10c圖而詳細地說明第二本接合工程。
首先，如第10a圖所示，使本接合旋轉工具B位於下穴P2的正上方，接著，使本接合用旋轉工具邊右旋轉邊下降而將攪拌銷B2的前端插入下穴P2。而且，本接合用旋轉工具B的插入時的旋轉速度與上述第一本接合工具的情 況相同，最好比本接合用旋轉工具B的移動時的旋轉速度還高。
攪拌銷B2的全體進入第二突出件3，而且在肩部B1的下端面B11的全面接觸第二突出件3的表面後，如第10b圖所示，進行摩擦攪拌並同時使本接合用旋轉工具B向金屬構件1的突合部J1的一端做相對移動。當使本接合用旋轉工具B移動時，該攪拌銷B2的周圍的金屬依次塑性化流動之同時，在從攪拌銷B2分離的位置上已塑性流動化的金屬再度硬化而形成塑性化區域W2(以下稱「裡側塑性化區域W2」)。在本實施形態中，由於在第一本接合工程與第二本接合工程中使用相同的本接合用旋轉工具B，裡側塑性化區域W2的斷面積與表側塑性化區域W1的斷面積相同。而且，與第一本接合工程相同，在使本接合用旋轉工具B移動之際，雖然使肩部B1的軸線相對於鉛直線稍微向行進方向的後方側傾斜，但若不傾斜而呈鉛直狀，本接合用旋轉工具B的方向轉換變得容易，可做複雜的動作。又，在進入金屬的熱量有過大之虞的情況下，最好從裡面13供給水至本接合用旋轉工具B的周圍而進行冷卻。
在到達金屬構件1的突合部J1的一端後，沿著金屬構件1的接縫使本接合用旋轉工具B做相對移動至突合部J1的另一端而連續地進行摩擦攪拌，而且，邊進行摩擦攪拌邊相對移動至結束位置EM2 。
在對突合部J1進行摩擦攪拌之際，使本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2進入在第一本接合工程所形成的表側塑性 化區域W1，同時進行摩擦攪拌。如此，在第一本接合工程中所形成的表側塑性化區域W1的深部，由於由攪拌銷2再度進行摩擦攪拌，即使在表側塑性化區域W1的深部連續地形成接合缺陷，可將該接合缺陷斷開而使其不連續。即，可提升接合部的氣密性及水密性。而且，在本實施形態中，由於本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2的長度L1 設定成滿足1.01≦2L1 /t≦1.10的關係(參照第2b圖)，沿著金屬構件1的接縫而使本接合用旋轉工具B移動，攪拌銷B2確實地進入表側塑性化區域W1。
在本接合用旋轉工具B到達結束位置EM2 時，使本接合用旋轉工具B邊旋轉邊上升，使攪拌銷B2從結束位置EM2 脫離(參照第10c圖)。本接合用旋轉工具B脫離時的旋轉速度與上述第一本接合工程的情況相同，最好比移動時的旋轉速度還高速。
而且，當第一本接合工程中殘置的錯孔Q1與第二本接合工程中的本接合用旋轉工具B的移動路線重疊時，塑性流動化的金屬流入錯孔Q1中，由於有產生接合缺陷之虞，在從錯孔Q1分離的位置上設置第二本接合工程的摩擦結束位置EM2 (錯孔Q2)，同時設定第二本接合工程的摩擦攪拌路線而避開錯孔Q1，最好沿著該路線而使本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2移動。
又，即使在第二本接合工程中所使用的本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2不通過第一本接合工程的錯孔Q1的情況下，在其相隔距離變小的情況下，塑性流動化的金屬壓 出至錯孔Q1，由於有產生接合缺陷之虞，更好的是在第一本接合工程中的摩擦攪拌的結束位置EM1 與第二本接合工程中的本接合用旋轉工具B的移動軌跡(在本實施形態中為結束位置EM2 )從平面觀看的最短距離d1 最好在本接合用旋轉工具B的肩部B1的外徑以上。
而且，若使用在本實施形態的第一本接合工程中所使用的本接合旋轉工具B來進行第二本接合工程，可達到作業效率提升減少成本的目的，甚至，雖然由於表側塑性化區域W1與裡側塑性化區域W2的斷面積相等而使接合部的品質均質化，第一本接合工程與第二本接合工程使用不同形態的本接合用旋轉工具也可以。
在第一本接合工程與第二本接合工程使用不同形態的本接合用旋轉工具的情況下，如第11a、11b圖所示，在第一本接合工程所使用的本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2的長度L1 與第二本接合工程中所使用的本接合用旋轉工具B’的攪拌銷B2’的長度L2的和最好設定在突合部J1的金屬構件1的厚度t以上。而且，攪拌銷B2、B2’的長度L1 、L2 分別不到厚度t也可以。如此，在第一本接合工程中所形成的表側塑性化區域W1的深部由於由第二本接合工程所使用的本接合用旋轉工具B’的攪拌銷B2’再度實施摩擦攪拌，即使在表側塑性化區域W1連續地形成接合缺陷，可以斷開該接合缺陷而使其不連續，即，可提升在接合部的氣密性及水密性。
而且，更好的是，如第11a、11b圖所示，本接合用旋 轉工具B、B’的攪拌銷B2、B2’的長度L1 、L2 最好設定在突合部J1中的金屬構件1的厚度t的1/2以上，而且，最好設定在厚度t的3/4以下。當攪拌銷B2、B2’長度L1 、L2 設定在厚度t的1/2以上時，表側塑性化區域W1與裡側塑性化區域W2在金屬構件1的厚度方向的中央部重疊，同時由於表側塑性化區域W1的斷面積與裡側塑性化區域W2的斷面積的差變小，接合部的品質可均質化，當攪拌銷B2、B2’的長度L1 、L2 設定在厚度t的3/4以下時，在實施摩擦攪拌之際由於不需要內抵接件，可提升作業效率。
更好的是，攪拌銷B2、B2’的長度L1 、L2 可設定成滿足1.01≦(L1 +L2 )/t≦1.10的關係。若(L1 +L2 )/t在1.01以上，即使在金屬構件1上存在尺寸公差，在第二本接合工程中，可使攪拌銷B2’確實地進入表側塑性化區域W1。又，當(L1 +L2 )/t比1.10大時，各旋轉工具大到需要以上，而施加於摩擦攪拌裝置的負荷變大，若(L1 +L2 )/t在1.10以下，則施加於摩擦攪拌裝置的負荷變小。
(8)第二修補工程
第二修補工程為對藉由第二本接合工程在金屬構件1上所形成的裡側塑性化W2而進行摩擦攪拌的工程，其目的在於修補可能包含於裡側塑性化區域W2的接合缺陷。第二修補工程除了從金屬構件1的裡面13側進行摩擦攪拌以外，由於與前述之第一修補工程相同，其詳細說明省略。
(9)第二橫斷修補工程
第二橫斷修補工程為對藉由第二本接合工程在金屬構 件1上所形成的裡側塑性化W2而進行摩擦攪拌的工程，其目的在於斷開可能包含於裡側塑性化區域W2的隧道缺陷。第二修補工程除了從金屬構件1的裡面13側進行摩擦攪拌以外，由於與前述之第一橫斷修補工程相同，其詳細說明省略。
在第二橫斷修補工程結束之後，除去在第二預備工程、第二本接合工程、第二修補工程以及第二橫斷修補工程中的摩擦攪拌所產生的毛邊，而且切除第一突出件2以及第二突出件3。
藉由經過上述之(1)~(9)的工程，即使在接合厚度超過40(mm)的極厚的金屬構件1的情況下，可提升接合部的氣密性及水密性。
[變形例]
而且，上述第一實施形態的順序可做適當的變更。
例如，在上述第一突出件接合工程中，雖然設定第一突出件接合工程的起點s2與終點e2的位置，使金屬構件1位於右旋轉後的假接合用旋轉工具A的行進方向的右側(參照第4圖)，但並不限於此，可以第4圖所示的終點e2的位置作為折返點，以第4圖所示的假接合工程的起點s1的位置作為第一突出件接合工程的終點。即，如第12圖所示，在金屬構件1與第一突出件2的接縫上設置起點s2與折返點m2之同時，假接合用旋轉工具從起點s2移動至折返點m2之後，從折返點m2移動至終點e2而對突合部J2進行摩擦攪拌。
如此，由於從第一突出件接合工程的終點e2至假接合工程的起點s1的摩擦攪拌的路線必須設定於第一突出件2，假接合用旋轉工具A的移動距離可抑制到最小。即，可有效地進行第一突出件接合工程，而且，可減少假接合旋轉工具A的磨耗量。
而且，在使假接合用旋轉工具A做右旋轉的情況下，至少在從起點s2至折返點m2的摩擦攪拌的路線中，最好使金屬構件1位於假接合用旋轉工具A的右側而設置第一突出件接合工程的起點s2、折返點m2以及終點e2的位置。附帶說明，在使假接合用旋轉工具A做左旋轉的情況下，雖然圖式省略，至少在從起點至折返點的摩擦攪拌的路線中，最好使金屬構件1位於假接合用旋轉工具A的左側而設置第一突出件接合工程的起點、折返點以及終點的位置。
同樣地，即使在上述第二突出件接合工程中，雖然使金屬構件1位於又旋轉後的假接合用旋轉工具A的右側而設置第一突出件接合工程的起點s3以及終點e3(參照第4圖)，但不限於此，以第4圖所示的假接合工程的終點s1作為起點，以第4圖所示的第二突出件接合工程的起點s3的位置作為折返點亦可。即，如第12圖所示，在金屬構件1與第二突出件3的接縫上設置折返點m3與終點e3，同時以折返點m3與終點e3之間的假接合工程的終點e1作為起點s3，使假接合用旋轉工具A從起點s3移動至折返點m3之後，藉由從折返點m3移動至終點e3而對突合部J3進行摩擦攪拌。
如此，從假接合工程的終點e1至第二突出件接合工程的起點s3的摩擦攪拌的路線不必設於第二突出件3上，假接合用旋轉工具A的移動距離可抑制到最小。即，可有效地進行第二突出件接合工程。而且，可減低假接合旋轉工具A的磨耗量。
而且，在假接合用旋轉工具A做右旋轉的情況下，至少在從折返點m3至終點e3的摩擦攪拌的路線中，最好使金屬構件1位於假接合用旋轉工具A的右側而設置第二突出件接合工程的起點s3、折返點m3以及終點e3的位置。附帶說明，在使假接合用旋轉工具A做左旋轉的情況下，雖然圖式省略，至少在從折返點至終點的摩擦攪拌的路線中，最好使金屬構件1位於假接合用旋轉工具A的左側而設置第二突出件接合工程的起點、折返點以及終點的位置。
又，在上述修補工程中，雖然對第一修補區域R1、第二修補區域R2以及第三修補區域R3進行摩擦攪拌(參照第7圖)，也可以僅對第二修補區域R2以及第三修補區域R3進行摩擦攪拌。
在此情況下，如第13圖所示，分別在突合部J1的兩端部，可使修補用旋轉工具C’移動而橫切過在本接合工程所形成的塑性化區域(第二修補區域R2以及第三修補區域R3)。即，在突合部J1的一邊的端部上，藉由使修補用旋轉工具C’沿著突合部J2移動，對第二修補區域R2進行摩擦攪拌，在突合部J1的另一邊的端部，藉由使修補用旋轉工具沿突合部J3移動而可對第三修補區域R3進行摩 擦攪拌。具體而言，摩擦攪拌的開始位置SR 係設於一邊的金屬構件1上，藉由使修補用旋轉工具朝另一邊的金屬構件1移動，對金屬構件1的側緣部進行摩擦攪拌。即便如此，由於本接合用旋轉工具B(參照第2b圖)在橫切過突合部J2、J3之際捲入的氧化膜被斷開，可得到接合缺陷極少的接合體。
而且，沿著突合部J2進行摩擦攪拌之際，使修補用旋轉工具C’做右旋轉的情況下，設定摩擦攪拌的路線而使第一突出件2位於行進方向的左側。如圖所示在做左旋轉的情況下，設定摩擦攪拌的路線而使第一突出件2位於行進方向的右側。同樣地，沿著突合部J3進行摩擦攪拌之際，在沿著突合部J3進行摩擦攪拌之際，如圖所示，在使修補用旋轉工具C’做右旋轉的情況下，設定摩擦攪拌的路線而使第二突出件3位於行進方向的左側。在做左旋轉的情況下，設定摩擦攪拌的路線而使第二突出件3位於行進方向的右側。在任一種情況下，摩擦攪拌的結束位置ER 使修補用旋轉工具C’的攪拌銷的錯孔不殘留於金屬構件1而設於第一突出件2以及第二突出件3。
在上述的橫斷修補工程中，雖然將作為摩擦攪拌的路線的一部份的交叉路線F1正交於本接合工程中的摩擦攪拌的路線而舉例(參照第8圖)，如第14圖所示的斜交亦可。
第14圖所示的橫斷修補工程的摩擦攪拌的路線雖然也設定成複數個在塑性化區域W3在本接合工程中的摩擦攪拌路線(塑性化區域W1的中央線)上相互分離，第8圖所 示的移行路線F2被省略，複數個交叉路線F1’係連續。而且，較佳的是，相鄰的再塑性化區域W3的塑性化區域W1的中央線上的分離距離d8 最好是在再塑性化區域W3的寬度尺寸d9 以上，更好的是確保在寬度尺寸d9 的2倍以上。
交叉路線F1’也被設定成橫切過本接合工程所形成的塑性化區域W1。交叉路線F1’的起點(也是前一個交叉路線F1’的終點)s1與終點(也是後一個交叉路線F1’的起點)e11係位於塑性化區域W1的側邊，夾持塑性化區域W1而相向設置。
交叉路線F1’的起點s11及終點e11雖然最好設定成從橫斷用工具D的全體從塑性化區域W1拔出的位置，但若設定成從塑性化區域W1分離至必要以上的位置，由於橫斷用工具D的移動距離增大，在本實施形態中，從起點s11至塑性化區域W1的側緣的距離以及從塑性化區域W1的側緣至終點e11的距離係設定於相等於橫斷用工具D的肩部的外徑的一半的位置。
在變形例的第一橫斷修補工程中，首先將橫斷用工具D的攪拌銷插入(壓入)設於金屬構件1的適當位置的開始位置Sc而開始摩擦攪拌，沿著第一個交叉路線F1’而連續地進行摩擦攪拌。
在橫斷用旋轉工具D到達第一個交叉路線F1’的終點e11後，變更橫斷用旋轉工具D的移動方向，而沿著第二交叉路線F1’移動。即，使橫斷用旋轉工具D在終點e11不脫離而依此狀態沿著第二個交叉路線F1’移動，對塑性 化區域W1連續地進行摩擦攪拌。
反覆以上的過程，在到達橫斷用旋轉工具D到達最後的交叉路線F1’之後，使橫斷用旋轉工具D移動至結束位置Ec，使橫斷用旋轉工具D邊旋轉邊上升而使攪拌銷從結束位置Ec脫離。
如第14圖所示的橫斷修補工程，若對於塑性化區域W1斜交的複數個交叉路線F1’呈鋸齒狀而連續，則與設置移行路線的情況(參照第8圖)相比，由於可減少橫斷用旋轉工具D的方向轉換的次數，橫斷用旋轉工具D不會有更多餘的動作，可更有效地斷開隧道缺陷。
[第二實施形態]
在上述的第一實施形態中，雖然以金屬構件1連接成直線狀的情況為例，但金屬構件1連接成L字形或T字形的情況也適用於上述方法。而且，以下係以金屬構件1連接成L字形的情況為例。
第二實施形態的接合方法也與第一實施形態的接合方法相同，包括(1)準備工程、(2)第一預備工程、(3)第一本接合工程、(4)第一修補工程、(5)第一橫斷修補工程、(6)第二預備工程、(7)第二本接合工程、(8)第二修補工程、以及(9)第二橫斷修補工程。而且，第一預備工程、第一本接合工程、第一修補工程以及第一橫斷修補工程是從金屬構件1的表面側實施的工程，第二預備工程、第二本接合工程、第二修補工程以及第二橫斷修補工程是從金屬構件1的裡面側實施的工程。
(1)準備工程
參照第15圖說明準備工程。本實施形態的準備工程包括使欲接合的金屬構件1突合的突合工程、在金屬構件1的突合部J1的兩側配置第一突出件2與第二突出件3的突出件配置工程、第一突出件2與第二突出件3藉由熔接而假接合於金屬構件1的熔接工程。
在突合工程中，欲接合的金屬構件1配置成L字形，一邊的金屬構件1的側面密接於另一邊的金屬構件1的側面。
在突出件配置工程中，第一突出件2配置於金屬構件1的突合部J1的一端側(外側)，第一突出件2的抵接面21(參照第15b圖)抵接於金屬構件1的外側的側面，同時第二突出件3係配置於突合部J1的另一端側而使第二突出件3的抵接面31(參照第15b圖)抵接於金屬構件1的內側的側面。而且，在金屬構件1組合成L字狀的情況下，第一突出件2與第二突出件3的一邊(在本實施形態中為第三突出件3)配置於由金屬構件1所形成的入角部(由金屬構件1的內側的側面所形成的角部)。
在熔接工程中，熔接由金屬構件1與第一突出件2所形成的入角部2a而接合金屬構件1與第一突出件2，熔接由金屬構件1與第二突出件3所形成的入角部3a而接合金屬構件1與第二突出件3。
在準備工程結束後，載置於未圖示金屬構件1、第一突出件2及第二突出件3的摩擦攪拌裝置的架台上，使用 夾持器等的未圖示的治具而拘束使其無法移動。
(2)第一預備工程
第一預備工程包括接合金屬構件1與第一突出件2的突合部J2的第一突出件接合工程、假接合金屬構件1的突合部J1的假接合工程、接合金屬構件1與第二突出件3的突合部J3的第二突出件接合工程、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。
在本實施形態的第一預備工程中，如第16a、16b圖所示，使一假接合用旋轉工具A移動而形成一筆畫式的移動軌跡(bead)，對於突合部J1、J2、J3連續地進行摩擦攪拌。
詳細說明本實施形態的第一預備工程的摩擦攪拌的順序。
首先，使假接合用旋轉工具A的攪拌銷A2做左旋轉，同時插入設於第一突出件2的適當位置的開始位置Sp而開始摩擦攪拌，使假接合用旋轉工具A向第一突出件接合工程的起點s2做相對移動。
使假接合用旋轉工具A做相對移動而連續地進行摩擦攪拌直到第一突出件接合工程的起點s2為止，之後在起點s2使假接合用旋轉工具A不脫離而依此狀態移行至第一突出件接合工程。
在第一突出件接合工程中，對於第一突出件2與金屬構件1的突合部J2進行摩擦攪拌。具體而言，金屬構件1與第一突出件2的接縫上設定摩擦攪拌的路線，沿著該路線使假接合用旋轉工具A做相對移動而對突合部J2進行摩 擦攪拌。在本實施形態中，使假接合用旋轉工具A在途中不脫離而從第一突出件接合工程的起點s2至終點e2連續地進行摩擦攪拌。
而且，在假接合用旋轉工具A做左旋轉的情況下，由於在假接合用旋轉工具A的進方向的右側有產生微細的接合缺陷之虞，設定第一突出件接合工程的起點s2與終點e2而使金屬構件1位於假接合用旋轉工具A的行進方向的左側。如此，由於在金屬構件1側難以產生接合缺陷，可得到高品質的接合體。
在假接合用旋轉工具A到達第一突出件接合工程的終點e2之後，在終點e2使摩擦攪拌不結束而連續地進行摩擦攪拌直到假接合工程的起點s1為止，依此狀態移行至假接合工程。而且，在本實施形態中，從第一突出件接合工程的終點e2至假接合工程的起點s1的摩擦路線被設定於第一突出件2。
在假接合工程中，對金屬構件1的突合部J1進行摩擦攪拌。具體而言，在金屬構件1的接縫上設定摩擦攪拌的路線，藉由沿該路線使假接合用旋轉工具A做相對移動，對突合部J1進行摩擦攪拌。在本實施形態中，假接合用旋轉工具A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A到達假接合工程的終點e1之後，依此狀態移行至第二突出件接合工程。即，在成為第二突出件接合工程的起點s3的假接合工程的終點e1，使 假接合用旋轉工具A不脫離而移行至第二突出件接合工程。
在第二突出件接合工程中，對金屬構件1與第二突出件J3進行摩擦攪拌。在本實施形態中，第二突出件接合工程的起點s3由於位於突合部J3的中間，在從第二突出件接合工程的起點s3至終點e3的摩擦攪拌路線上設置折返點m3，在假接合用旋轉工具A從起點s3移動到折返點m3之後(參照第16a圖)，使假接合用旋轉工具A從折返點m3移動至終點e3而連續地進行摩擦攪拌(參照第16b圖)，藉此從第二突出件接合工程的起點s3至終點e3而連續地進行摩擦攪拌。即，假接合用旋轉工具A在起點s3~折返點m3之間往返之後，使假接合用旋轉工具A移動至終點e3。而且，從起點s3至折返點m3的摩擦攪拌路線以及從折返點m3至終點e3的摩擦攪拌路線係分別設定於金屬構件1與第二突出件3的接縫上。
雖然起點s3、折返點m3以及終點e3的位置關係並無特別限制，在如本實施例所述使假接合用旋轉工具A做左旋轉的情況下，最好設定第二突出件接合工程的起點s3、折返點m3以及終點e3的位置，使第二突出件3的至少在從折返點m3至終點e3的摩擦攪拌路線上，金屬構件1位於假接合用旋轉工具A的行進方向的左側。此情況下，在起點s3至折返點m3之間，去程與回程中，摩擦攪拌的路線最好設定於金屬構件1與第二突出件3的接縫上，沿該路線使假接合用旋轉工具A移動。如此，在從起點s3至折 返點m3之間，金屬構件1係位於假接合用旋轉工具A的右側，即使在金屬構件1側產生接合缺陷，在之後所行經的折返點m3至終點e3的摩擦攪拌路線中，由於金屬構件1位於假接合用旋轉工具A的左側，因此修正了上述接合缺陷而可得到高品質的接合體。
附帶說明，在使假接合用旋轉工具A做右旋轉的情況下，從折返點至終點的摩擦攪拌路線中，最好設定第二突出件接合工程的起點、折返點以及終點的位置，在從折返點至終點的摩擦攪拌路線上，金屬構件1位於假接合用旋轉工具A的行進方向的右側。具體而言，雖然圖示省略，可在假接合用旋轉工具A做左旋轉的情況下的終點e3的位置上設置折返點，可在假接合用旋轉工具A做左旋轉的情況下的折返點m3的位置設置終點。
如第16b圖所示，在假接合用旋轉工具A到達第二突出件接合工程的終點e3之後，在終點e3使摩擦攪拌不結束，而連續地進行摩擦攪拌直到設於第二突出件3的結束位置Ep 為止。在假接合用旋轉工具A到達結束位置Ep 之後，使假接合用旋轉工具A邊旋轉邊上升而使攪拌銷A2從結束位置Ep 脫離。
接著，實施下穴形成工程。下穴形成工程是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。在本實施例的下穴形成工程中，其係形成於金屬構件1與第二突出件3的突合部J3。
下穴P1的形成方法並無限制，例如雖然可用未圖示的 公知的鑽具旋轉插入而形成，但也可以用具有比假接合用旋轉工具A的攪拌銷A2還大型且比本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2還小型的攪拌銷的旋轉工具，邊旋轉邊拔出而形成。
又，下穴P1的位置(即，第一接合工程中的摩擦攪拌的開始位置)並無限制，可形成第一突出件2及第二突出件3，雖然也可形成於突合部J2，但最好形成於出現在如本實施形態的金屬構件1的表面側12的金屬構件1的接縫(邊界線)的延長線上，或者是形成於圖式中省略的金屬構件1的接縫的端部(即，突合部J1的端部)。
而且，在金屬構件1的接縫的延長線上形成下穴P1的情況下，如第17圖所示，在該延長線上設置第一預備工程的結束位置Ep ，可使假接合用旋轉工具A的攪拌銷A2脫離時形成的錯孔依此狀態成為下穴，或者是以未圖示的鑽具將錯孔擴徑而形成下穴。如此，由於可省略或簡化下穴的加工作業，可縮短作業時間。
(3)第一本接合工程
在第一預備工程結束之後，實施使金屬構件1的突合部J1真正地接合的第一本接合工程。在本實施形態的第一本接合工程中，使用第2a圖所示的本接合用旋轉工具B，對假接合狀態的突合部J1從金屬構件1的表面側進行摩擦攪拌。
在第一本接合工程中，首先，如第18圖所示，使本接合旋轉工具B左旋轉並同時將攪拌銷B2插入開始位置 SM1 (即第16b圖所示的下穴P1)，並開始摩擦攪拌。在本實施形態中，由於將開始位置SM1 設於金屬構件1與第二突出件3的突合部J3，在將本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2壓入之際，塑性流動化的金屬的一部流入位於金屬構件1與第二突出件3之間的微細間隙中，之後由於塑性流動化的金屬散逸至上述間隙趨於緩和，難以發生由厚度不足所造成的接合缺陷。
而且，當本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2被壓入下穴P1時，雖然金屬構件1與第二突出件J1被拉離的力作用，由於由金屬構件1與第二突出件3所形成的入角部3a熔接而作假接合，金屬構件1與第二突出件3之間不會產生開孔。
在實施摩擦攪拌至金屬構件1的突合部J1的一端後，依此狀態使本接合用旋轉工具B突入突合部J1，沿著設定於金屬構件1的接縫上的摩擦攪拌路線而使本接合用旋轉工具B做相對移動，藉此從突合部J1的一端連續地進行摩擦攪拌。使本接合用旋轉工具B相對移動至突合部J1的另一端之後，邊進行摩擦攪拌邊橫切過突合部J2，依此狀態向結束位置做相對移動。
在本接合用旋轉工具B到達結束位置EM1 後，使本接合用旋轉工具B邊旋轉邊上升而從結束位置EM1 脫離。而且，在結束位置EM1 上使攪拌銷B2脫離至上方時，雖然不可避免地形成與攪拌銷B2大略同型的錯孔Q1，但在本實施形態中，依此狀態殘留。
而且，在本實施形態中，雖然以由第一本接合工程的摩擦攪拌的開始位置設於突合部J3的情況為例，如第19a圖所示，亦可設於第二突出件3，如第19b圖所示，亦可設於第一突出件2。
(4)第一修補工程
在第一本接合工程結束之後，對於由第一本接合工程所形成於金屬構件1的表側塑性化區域W1進行攪拌摩擦的第一修補工程。在本實施形態的第一修補工程中，如第20a及20b圖所示，表側塑性化區域W1中至少對第一修補區域R1及第二修補區域R2以比本接合旋轉工具B還小型的修補用旋轉工具C進行摩擦攪拌。
對第一修補區域R1的摩擦攪拌是為了將沿著本接合用旋轉工具B(參照第2b圖)的行進方向有形成隧道缺陷之虞做分斷。在使本接合用旋轉工具B做左旋轉的情況下，在其行進方向的右側有產生隧道缺陷之虞，由於在左旋轉的情況下在行進方向的右側有產生隧道缺陷之虞，設定第一修補區域R1，其使至少包含位於從平面觀看在行進方向的右側的表側塑性化區域W1的上部。
對於第二修補區域R2的摩擦攪拌，其目的在於將本接合用旋轉工具B橫切過突合部J2之際而捲入表側塑性化區域W1的氧化皮膜(金屬構件1的側面14與形成於第一突出件2的抵接面21的氧化皮膜)做斷開。如本實施形態，在本接合工程中的摩擦攪拌的結束位置EM1 設於第一突出件2且在使本接合用旋轉工具B(參照第2b圖)左旋轉的情況 下，由於氧化皮膜被捲入行進方向的左側的表側塑性化區域W1的上部的可能性變高，在鄰接於第一突出件2的表側塑性化區域W1中，設定第二修補區域R2，其使至少包含位於從平面觀看在行進方向的左側的表側塑性化區域W1的上部。
在第一修補工程中，如第20b圖所示，使一修補用旋轉工具而形成一筆畫的移動軌跡(bead)，對第一修補區域R1以及第二修補區域R2進行摩擦攪拌。而且，在本實施形態中，雖然是以第一修補區域R1以及第二修補區域R2的順序進行摩擦攪拌的情況為例，但並不限定摩擦攪拌的順序。
第一修補工程中的摩擦攪拌的順序係參照第20b圖而做詳細的說明。
首先，將修補用旋轉工具C的攪拌銷插入設於金屬構件1的適當位置的開始位置SR ，對第一修補區域R1(參照第20a圖)進行摩擦攪拌。在本實施形態中，本接合工程中的摩擦攪拌的開始位置SM1 (參照第18圖)的附近設置開始位置SR 之同時，夾持開始位置SR 而與結束位置ER 的相反側設置折返點MR ，使修補用旋轉工具C向折返點MR 做相對移動後，在折返點MR 折返，之後，藉由沿突合部J1(參照第18圖)做相對移動，對第一修補區域R1(參照第20a圖)進行摩擦攪拌。藉由從開始位置SR 至折返點MR 進行摩擦攪拌，本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2在插入開始位置SM1 (參照第18圖)之際，可將捲入的氧化皮膜斷開。
在對第一修補區域R1的摩擦攪拌結束後，不使修補用旋轉工具C脫離而依此狀態移動至第二修補區域R2，而對於第二修補區域R2進行摩擦攪拌。而且，與使用修補用旋轉工具C可摩擦攪拌的區域相比，在第二修補區域R2大的情況下，使摩擦攪拌的路線偏移而同時必須使修補用旋轉工具C迴轉(U-turn)。
在對第二修補區域R2的摩擦攪拌結束後，使修補用旋轉工具C移動至結束位置ER ，使修補用旋轉工具C邊旋轉邊上升而使攪拌銷C2脫離結束位置ER 。
(5)第一橫斷修補工程
在第一修補工程結束之後，如第21圖所示，藉由使橫斷用旋轉工具D移動而複數次橫斷表側塑性化區域W1，對表側塑性化區域W1進行摩擦攪拌的第一橫斷修補工程。
第一橫斷修補工程的摩擦攪拌的路線係設定成在第一本接合工程的摩擦攪拌的路線上(即，表側塑性化區域W1的中央線)上使再塑性化區域W3相互分離。在本實施例中包括：橫切過表側塑性化區域W1的複數條交叉路線F1與連接相鄰的交叉路線F1的同側的端部彼此的移行路線F2。
交叉路線F1與第一本接合工程的摩擦攪拌路線正交。又，移行路線F2為設於表側塑性化區域W1的右側或左側，與第一本接合工程的摩擦攪拌路線平行。
詳細說明第一橫斷修補工程的摩擦攪拌的順序。
在本實施形態中也是使一橫斷用旋轉工具D做鋸齒狀移動而形成一筆畫的移動軌跡(bead)，藉此從摩擦攪拌的 開始位置Sc起至結束位置Ec為止而連續地進行摩擦攪拌。
在第一橫斷修補工程中，首先，將橫斷用旋轉工具D的攪拌銷D2(參照第9圖)插入(壓入)設於金屬構件1的適當位置的開始位置Sc，而開始摩擦攪拌，沿第一個交叉路線F1而連續地進行摩擦攪拌。在橫斷用旋轉工具D到達第一個交叉路線F1的終點e10之後，變更橫斷用旋轉工具D的移動方向，而沿著移行路線F2移動，對位於表側塑性化區域W1的金屬連續地進行摩擦攪拌。在橫斷用旋轉工具D到達第二個交叉路線F1的起點s10後，變更橫斷用旋轉工具D的移動方向而沿第二個交叉路線F1移動，對表側塑性化區域W1連續地進行摩擦攪拌。反覆以上的過程，橫斷用旋轉工具D在到達最後的交叉路線F1的終點e10之後，使橫斷用旋轉工具D移動至結束位置Ec，使橫斷用旋轉工具D邊旋轉邊上升，使攪拌銷D2從結束位置Ec脫離。
在第一橫斷修補工程結束之後，在第一橫斷修補工程結束之後，除去在第一預備工程、第一本接合工程、第一修補工程以及第一橫斷工程的摩擦攪拌所產生的毛邊，而且，將金屬構件1翻面，使裡面朝上。
(6)第二預備工程
在金屬構件1翻面之後，實施第二預備工程，其具備在第二本接合工程的摩擦攪拌的開始位置形成下穴的下穴形成工程。
(7)第二本接合工程
在第二預備工程結束之後，如第22圖所示，使用在第 一本接合工程所使用的本接合用旋轉工具B，對突合部J1從金屬構件1的裡面側13進行摩擦攪拌而實施第二本接合工程。在對突合部J1進行摩擦攪拌之際，使本接合用旋轉工具B的攪拌銷B2進入第一本接合工程所形成的表側塑性化區域而進行摩擦攪拌(參照第10b圖)。
在本實施形態的第二本接合工程中，設定摩擦攪拌的路線，而避開第一本接合工程殘留的錯孔Q1而設定摩擦攪拌的路線，使插入未圖示的下穴(開始位置SM2 )的攪拌銷在中途不脫離移動至結束位置EM2 。從開始位置SM2 到結束位置EM2 連續地進行摩擦攪拌。而且，在第一本接合工程的摩擦攪拌的結束位置EM1 (錯孔Q1的中心)與第二本接合工程中的本接合用旋轉工具B的移動軌跡從平面觀看的最短距離d1係確保在本接合用旋轉工具B的肩部B1的外徑以上。
如此，本實施形態的第二本接合工程的順序由於與上述第一實施形態的第二本接合工程的情況相同，因此省略其詳細說明。
(8)第二修補工程
在第二本接合工程結束後，藉由第二本接合工程在金屬構件1上所形成的裡側塑性化W2而進行摩擦攪拌而實施第二修補工程。第二修補工程除了從金屬構件1的裡面13側進行摩擦攪拌以外，由於與前述之第一修補工程相同，其詳細說明省略。
(9)第二橫斷修補工程
在第二修補工程結束之後，實施第二橫斷修補工程， 對藉由第二本接合工程在金屬構件1上所形成的裡側塑性化W2而進行摩擦攪拌。第二修補工程除了從金屬構件1的裡面13側進行摩擦攪拌以外，由於與前述之第一橫斷修補工程相同，其詳細說明省略。
在第二橫斷修補工程結束之後，除去在第二預備工程、第二本接合工程、第二修補工程以及第二橫斷修補工程中的摩擦攪拌所產生的毛邊，而且切除第一突出件2以及第二突出件3。
藉由經過上述之(1)~(9)的工程，即使在接合厚度超過40(mm)的極厚的金屬構件1的情況下，可提升接合部的氣密性及水密性。
而且，在第二實施形態中，雖然將第二突出件3配置於突合的金屬構件1的入角部而呈L字形的情況為例，如第23圖所示，也可以將第一突出件3配置於金屬構件1的入角部，夾持突合部J1而將第二突合件3配置於相反側。
在此情況下，在金屬構件1與第一突出件2的接縫上設置第一突出件接合工程的起點s2與折返點m2，同時以起點s2與折返點m2之間的假接合工程的起點s1(金屬構件1的入角部)作為終點e2，使假接合用旋轉工具A從起點s2移動至折返點m2之後，可從折返點m2移動至終點e2而對突合部J2進行摩擦攪拌。
而且，使假接合用旋轉工具A右旋轉的情況下，設定第一突出件接合工程的起點s2、折返點m2以及終點e2，使至少從起點s2至折返點m2的摩擦攪拌路線中，金屬構 件1位於假接合用旋轉工具A的行進方向的右側。附帶說明，在使假接合用旋轉工具A左旋轉的情況下，雖然省略圖式，最好設定第一突出件接合工程的起點s2、折返點m2以及終點e2，使至少從起點s2至折返點m2的摩擦攪拌路線中，金屬構件1位於假接合用旋轉工具A的行進方向的左側。
同樣地，在上述第二突出件接合工程中，在金屬構件1與第二突出件3的接縫上設置第一突出件接合工程的折返點m3與，同時以折返點m3與終點e3之間的假接合工程的終點e1作為起點s3，使假接合用旋轉工具A從起點s3移動至折返點m3之後，可從折返點m3移動至終點e3而對突合部J3進行摩擦攪拌。
而且，使假接合用旋轉工具A右旋轉的情況下，設定第二突出件接合工程的起點s3、折返點m3以及終點e3，使至少從折返點m3至終點e3的摩擦攪拌路線中，金屬構件1位於假接合用旋轉工具A的行進方向的右側。附帶說明，在使假接合用旋轉工具A左旋轉的情況下，雖然省略圖式，最好設定第二突出件接合工程的起點、折返點以及終點，使至少從折返點至終點的摩擦攪拌路線中，金屬構件1位於假接合用旋轉工具A的行進方向的左側。
[實施例]
上述接合方法的具體的接合條件例示於表1~表2。表1為表示金屬構件1、第一突出件2以及第二突出件3的合金種類、厚度、各旋轉工具的尺寸以及下穴的尺寸，表2 係表示上述各工程中的各旋轉工具的旋轉速度、插入速度以及移動速度。而且，在本實施例中，第一本接合工程與第二本接合工程的接合條件相同之同時，第一修補工程與第二修補工程的的接合條件相同。又，表1中的「JIS 5052-O」為日本工業規格所規定的鋁合金的種類的記號，意思是包含Mg2.2~2.8%的鋁合金(Al-Mg系合金)而為退火鋁合金。又，「C1020」為日本工業規格所規定的銅(銅合金)的種類的記號，意思是高純度無氧銅(Cu99.96%以上)。
1‧‧‧金屬構件
2‧‧‧第一突出件
3‧‧‧第二突出件
J1~J3‧‧‧突合部
A‧‧‧假接合用旋轉工具
A1‧‧‧肩部
A2‧‧‧攪拌銷
B‧‧‧本接合用旋轉工具
B1‧‧‧肩部
B2‧‧‧攪拌銷
C‧‧‧修補用旋轉工具
D‧‧‧橫斷用旋轉工具
P1‧‧‧下穴
W1、W2‧‧‧塑性化區域
W3‧‧‧再塑性化區域
第1圖為說明第一實施型態的金屬構件、第一突出件及第二突出件的配置，第1a圖為立體圖，第1b圖為平面圖，第1c圖為第1b圖的I-I線的剖視圖，第1d圖為第1b圖的II-II線的剖視圖。
第2a圖為說明假接合用旋轉工具的側視圖，第2(b)圖為說明本接合用旋轉工具的側視圖。
第3a及3b圖為說明假接合用旋轉工具插入開始位置的狀況的側視圖。
第4圖為第一實施型態的第一突出件接合工程、假接合工程、第二突出件接合工程的平面圖。
第5a圖為第4圖的III-III的剖視圖，第5b圖及第5c圖為說明第一實施型態的第一本接合工程的剖視圖。
第6圖為說明第一實施型態的第一修補工程中進行摩擦攪拌的區域的圖，其中第6a圖為平面圖，第6b圖為第6a圖為的IV-IV的剖視圖。
第7圖為說明第一實施型態的第一修補工程的平面圖。
第8圖為說明第一實施型態的第一橫斷修補工程的平面圖。
第9圖為沿第8圖的V-V線的剖視圖。
第10a~10c圖為說明第一實施型態的第二本接合工程的剖視圖。
第11a圖為第一本接合工程所用的本接合用旋轉工具的側視圖，第11b圖為第二本接合工程所用的本接合用旋轉工具的側視圖。
第12圖為說明第一實施型態的第一突出件接合工程與第二突出件接合工程的變形例的平面圖。
第13圖為說明第一實施型態的修補工程的變形例的平面圖。
第14圖為為說明第一實施型態的橫斷修補工程的變形例的平面圖。
第15圖為說明第二實施型態的金屬構件、第一突出件以及第二突出件的圖，第15a圖為立體圖，第15b圖為平面圖。
第16a及16b圖為說明第二實施型態的第一預備工程的圖。
第17圖為說明第二實施型態的第一預備工程的變形例的平面圖。
第18圖為說明第二實施型態的第一本接合工程的平面圖。
第19a及19b圖為說明第二實施型態的第一本接合工程的變形例的平面圖。
第20a及20b圖為說明第二實施型態的第一修補工程的平面圖。
第21圖為說明說明第二實施型態的第一橫斷修補工程的平面圖。
第22圖為說明第二實施型態的第二本接合工程的剖視圖。
第23圖為說明第二實施型態的第一突出件接合工程與第二突出件接合工程的平面圖。
1‧‧‧金屬構件
2‧‧‧第一突出件
3‧‧‧第二突出件
J1、J2、J3‧‧‧突合部
12‧‧‧表面
14、24、34‧‧‧側面
2a、3a‧‧‧入角部

Claims (17)

  1. 一種接合方法，包括：在金屬構件彼此的突合部的兩側配置第一突出件與第二突出件的突出件配置工程；藉由熔接上述第一突出件與上述第二突出件而假接合於上述金屬構件的熔接工程；對於上述金屬構件與上述第一突出件的突合部從上述金屬構件的表面側進行摩擦攪拌的第一突出件接合工程；對於上述金屬構件彼此的突合部從上述金屬構件的表面側進行摩擦攪拌，假接合上述金屬構件彼此的假接合工程；對於上述金屬構件與上述第二突出件的突合部從上述金屬構件的表面側進行摩擦攪拌的第二突出件接合工程；於上述第一突出件與上述第二突出件其中一方的表面形成下穴的下穴形成工程；使旋轉工具的攪拌銷插入前述下穴，並朝向上述金屬構件彼此的突合部移動，對於被假接合的上述金屬構件彼此的突合部從上述金屬構件的表面側進行摩擦攪拌的第一本接合工程；以及對上述突合部從上述金屬構件的裡面側進行摩擦攪拌的第二本接合工程，其中在上述第二本接合工程中，使旋轉工具的攪拌銷進入在上述第一本接合工程中形成的塑性化區域中並同時進行摩擦攪拌。
  2. 一種接合方法，包括： 在金屬構件彼此的突合部的兩側配置第一突出件與第二突出件的突出件配置工程；藉由熔接上述第一突出件與上述第二突出件而假接合於上述金屬構件的熔接工程；對於上述金屬構件彼此的突合部從上述金屬構件的表面側進行摩擦攪拌的第一本接合工程；對於上述金屬構件與上述第一突出件的突合部從上述金屬構件的裡面側進行摩擦攪拌的第一突出件接合工程；對於上述金屬構件彼此的突合部從上述金屬構件的裡面側進行摩擦攪拌，假接合上述金屬構件彼此的假接合工程；對於上述金屬構件與上述第二突出件的突合部從上述金屬構件的裡面側進行摩擦攪拌的第二突出件接合工程；於上述第一突出件與上述第二突出件其中一方的裡面形成下穴的下穴形成工程；以及使旋轉工具的攪拌銷插入前述下穴的同時，朝向上述金屬構件彼此的突合部移動，對上述突合部從上述被假接合的金屬構件的裡面側進行摩擦攪拌的第二本接合工程，其中在上述第二本接合工程中，使旋轉工具的攪拌銷進入在上述第一本接合工程中形成的塑性化區域中並同時進行摩擦攪拌。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之接合方法，其中在上述第一本接合工程中所使用的上述旋轉工具的攪拌銷的長度與在上述第二本接合工程所使用的上述旋轉工具的 攪拌銷的長度的和被設定成大於或等於上述金屬構件彼此的突合部的上述金屬構件的厚度。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之接合方法，其中在上述第一本接合工程所使用的上述旋轉工具的攪拌銷的長度被設定成大於或等於上述金屬構件彼此的突合部中的上述金屬構件的厚度的1/2，同時在上述第二本接合工程中所使用的上述旋轉工具的攪拌銷的長度設定為大於或等於上述金屬構件彼此的突合部中的上述金屬構件的厚度的1/2。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之接合方法，其中上述第二本接合工程中所使用的上述旋轉工具的上述攪拌銷的長度與上述第一本接合工程所使用的上述旋轉工具的上述攪拌銷的長度相同。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之接合方法，其中在上述第一本接合工程中所使用的上述旋轉工具的攪拌銷的長度為L1 以及上述第二本接合工程中所使用的上述旋轉工具的攪拌銷的長度為L2 ，在上述金屬構件彼此的突合部中的上述金屬構件的厚度為t時，設定為滿足1.01≦(L1 +L2 )/t≦1.10的關係。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之接合方法，其中在上述第一本接合工程中所使用的上述旋轉工具的攪拌銷的長度被設定為上述金屬構件彼此的突合部的上述金屬構件的厚度的3/4以下，同時上述第二本接合工程中所使用的上述旋轉工具的攪拌銷的長度被設定為上述金屬構件彼 此的突合部的上述金屬構件的厚度的3/4以下。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述之接合方法，其中上述第二本接合工程的摩擦攪拌的路線係設定成避開在上述第一本接合工程中的摩擦攪拌的結束位置上使攪拌銷脫離所形成的錯孔。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述之接合方法，其中上述第一本接合工程中的摩擦攪拌的結束位置與上述第二本接合工程所使用的上述旋轉工具的上述攪拌銷的移動軌跡的最短距離在上述第二本接合工程中所使用的上述旋轉工具的肩部的外徑以上。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之接合方法，其中在上述假接合工程中，使用比上述第一本接合工程所使用的上述旋轉工具還小型的假接合用旋轉工具。
  11. 如申請專利範圍第2項所述之接合方法，其中在上述假接合工程中，使用比上述第二本接合工程所使用的上述旋轉工具還小型的假接合用旋轉工具。
  12. 如申請專利範圍第1或2項所述之接合方法，其中在上述熔接工程中，熔接藉由上述金屬構件與上述第一突出件被形成的入角部的同時，熔接藉由上述金屬構件與上述第二突出件形成的入角部。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之接合方法，其中上述下穴的最大穴徑比上述第一本接合工程所使用的上述旋轉工具的攪拌銷的最大外徑還小。
  14. 如申請專利範圍第2項所述之接合方法，其中上述 下穴的最大穴徑比上述第二本接合工程所使用的上述旋轉工具的攪拌銷的最大外徑還小。
  15. 如申請專利範圍第1或2項所述之接合方法，其中在上述的第一本接合工程中，上述金屬構件、上述第一突出件及上述第二突出件係載置於摩擦攪拌裝置的架台上的同時，對於上述架台進行拘束使其無法移動。
  16. 如申請專利範圍第1或2項所述之接合方法，其中在上述的第二本接合工程中，上述金屬構件、上述第一突出件及上述第二突出件係載置於摩擦攪拌裝置的架台上的同時，對於上述架台進行拘束使其無法移動。
  17. 如申請專利範圍第1或2項所述之接合方法，其中在進行上述第二本接合工程前，進行除去於上述第一本接合工程中因摩擦攪拌所產生的毛邊的毛邊除去工程，以及將上述金屬構件翻面、使上述金屬構件的裡面朝上的翻面工程。
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