TWI579083B - Friction stir joining method - Google Patents

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Hisashi Hori
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Nippon Light Metal Co
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Description

摩擦攪拌接合方法
本發明係有關摩擦攪拌接合方法。
專利文獻1揭露了由金屬構件之間的靠合部的表面側與背面側進行摩擦攪拌接合，再讓因摩擦攪拌接合而形成的塑性化領域間相接觸，用以無間隙地接合靠合部的技術。根據這個技術，能夠提昇接合的金屬構件之間的氣密性與水密性。
另一方面，專利文獻2揭露了在直角靠合的兩個金屬構件內側插入內側摩擦攪拌接合用旋轉工具來摩擦攪拌接合的技術。第37圖係顯示習知的摩擦攪拌接合方法的剖面 圖。在習知的摩擦攪拌接合方法中，將金屬構件101的端面與金屬構件102的側面靠合而形成靠合部J，再利用內側摩擦攪拌接合用旋轉工具110來進行摩擦攪拌接合。內側摩擦攪拌接合用旋轉工具110具有呈三角錐狀的壓塊111、在貫穿壓塊111的狀態下可相對壓塊111旋轉的攪拌桿112。要接合時，在將壓塊111碰接金屬構件101、102的側面的狀態下旋轉攪拌桿112。
[先行技術文獻]
專利文獻1：特開2008-87036號公報
專利文獻2：特開平11-320128號公報
使用習知的接合方法接合板厚較大的金屬構件時，攪拌桿的長度及外徑需要增大，而伴隨著攪拌桿的大型化，軸肩部的外徑也需要增大。然而，若軸肩部的外徑增大，金屬構件與軸肩部之間的摩擦會變大，而產生摩擦攪拌裝置的負荷變大的問題。因此，尤其在接合板厚較大的金屬構件的深處位置時會變得困難。
另一方面，在接合金屬構件的內側部的習知摩擦攪拌接合中，參照第37圖，會一邊將壓塊111按壓在金屬構件101、102上一邊進行接合，如此一來金屬構件101、102有可能會被壓塊111削到。再者，因為有壓塊111的存在，無法直接看到接合部分的情況。
如第37圖所示，接合金屬構件101、102的內側前，也必須考量由構成外側的面進行假接合。金屬構件101、102的厚度大時，因假接合而形成的塑性化領域Wa與形成 於內側的塑性化領域Wb之間可能會產生間隙。
由這個觀點來看，本發明的目的是提供一種摩擦攪拌接合方法，能夠減小對摩擦攪拌裝置的負荷且能夠接合到靠合部的深處位置。本發明的目的也是提供一種摩擦攪拌接合方法，能夠在接合時一邊抑制金屬構件的損傷一邊良好地進行接合。
為了解決上述問題，本發明提供一種摩擦攪拌接合方法，使用具備攪拌桿的旋轉工具來接合兩個金屬構件，包括：主接合步驟，將旋轉的該攪拌桿插入該等金屬構件間的靠合部，在僅該攪拌桿接觸該等金屬構件的狀態下進行摩擦攪拌接合。
根據此方法，僅以攪拌桿做為接觸金屬構件的部份，比起將軸肩按壓至金屬構件的習知的摩擦攪拌方法能減輕金屬構件與旋轉工具的摩擦，也能夠減低失加在摩擦攪拌裝置的負荷。也就是說，根據本發明，因為能夠將攪拌桿插入至金屬構件的深處位置，所以即使是板厚較大的金屬構件也能在深處位置接合。
而本發明也提供一種摩擦攪拌接合方法，使用具備攪拌桿的旋轉工具來接合兩個金屬構件，包括：主接合步驟，將旋轉的該攪拌桿插入該等金屬構件間的靠合部，在僅該攪拌桿接觸該等金屬構件的狀態下進行摩擦攪拌接合。該主接合步驟更包括：第一主接合步驟，由該等金屬構件的 表面側進行摩擦攪拌接合；以及第二主接合步驟，由該等金屬構件的背面側進行摩擦攪拌接合。其中該第一主接合步驟中形成的塑性化領域會與該第二主接合步驟中形成的塑性化領域相接觸。
根據此方法，僅以攪拌桿做為接觸金屬構件的部份，比起將軸肩按壓至金屬構件的習知的摩擦攪拌方法能減輕金屬構件與旋轉工具的摩擦，也能夠減低失加在摩擦攪拌裝置的負荷。也就是說，根據本發明，因為能夠將攪拌桿插入至金屬構件的深處位置，所以即使是板厚較大的金屬構件也能在深處位置接合。又因為能夠對靠合部的厚度方向全長進行摩擦攪拌接合，所以能提高氣密性與水密性。
另外，可在該主接合步驟中形成的塑性化領域上進行覆蓋熔接。根據此方法，能夠補充主接合步驟中金屬的不足。
另外，可進行配置步驟，在該主接合步驟中形成的塑性化領域上配置補助構件；以及補助構件接合步驟，將該等金屬構件與該補助構件接合。根據此方法，能夠補充主接合步驟中金屬的不足。
另外，可進行假接合步驟，在進行該主接合步驟前先進行該等金屬構件間的假接合。根據此方法，能夠防止主接合步驟時金屬構件間分離。
另外，可配置固定材於該靠合部旁並在該固定材設置下孔，再將該攪拌桿插入該下孔來進行該主接合步驟。根據此方法，能夠減小將旋轉工具壓入金屬構件時的壓入阻 抗。
本發明也提供一種摩擦攪拌接合方法，使用具備攪拌桿的旋轉工具來接合兩個金屬構件，包括：靠合步驟，將該等金屬構件以某個夾角靠合來形成靠合部；以及主接合步驟，將旋轉的該攪拌桿插入該等金屬構件間的內角落，在僅該攪拌桿插入該等金屬構件的狀態下進行摩擦攪拌接合。
另外，本發明也提供一種摩擦攪拌接合方法，使用具備攪拌桿的旋轉工具來接合兩個金屬構件，包括：靠合步驟，將該等金屬構件以某個夾角靠合來形成靠合部；第一主接合步驟，將旋轉的該攪拌桿插入該等金屬構件間的內角落，在僅該攪拌桿接觸該等金屬構件的狀態下進行摩擦攪拌接合；以及第二主接合步驟，將旋轉的該攪拌桿插入構成該等金屬構件間的外角落的表面側，在僅該攪拌桿接觸該等金屬構件的狀態下進行摩擦攪拌接合。
根據此方法，僅以攪拌桿接觸金屬構件，能夠抑制接合時的金屬構件側面的損傷。又因為旋轉工具上不使用如習知的壓塊，所以能夠觀察接合部份。藉此能夠提高作業性。
另外，可讓該第一主接合步驟中形成的塑性化領域與該第二主接合步驟中形成的塑性化領域有重疊。根據此方法，靠合部的間隙消失而能夠提高氣密性及水密性。
另外，在該靠合步驟中，當靠合該等金屬構件之一者的側面與該等金屬構件之另一者的端面，使該等金屬構件 之一者的側面與該等金屬構件之另一者的側面形成的內角落的夾角為α時，該第一主接合步驟中，插入該側面間的交線的該旋轉工具的旋轉中心軸可位於假想基準面與該等金屬構件之一者的側面之間。其中該假想基準面係通過該交線並與任一該等側面形成α/2的夾角。
根據此方法，藉由將旋轉工具傾斜向該等金屬構件之一者的一側，能夠將攪拌桿插入至靠合部的深處位置，因此能夠在靠合部的深處位置進行接合。
另外，可進行假接合步驟，在進行該主接合步驟前，將旋轉的旋轉工具插入構成該等金屬構件的外角落的表面側，先進行該靠合部的假接合。根據此接合方法，進行主接合步驟時，能夠防止金屬構件間的分離。
另外，可讓該假接合步驟中形成的塑性化領域與該主接合步驟中形成的塑性化領域有重疊。根據此接合方法，藉由重疊塑性化領域能夠使靠合部的間隙消失而提高氣密性及水密性。
另外，可在該主接合步驟中形成的塑性化領域上進行覆蓋熔接。根據此方法，能夠補充主接合步驟中金屬的不足。
根據本發明的摩擦攪拌接合方法，藉由減低施加摩擦攪拌裝置的負荷，能夠在靠合部的深度位置進行接合。又根據本發明的摩擦攪拌接合方法，能夠抑制接合時的金屬構件的損傷並良好地進行接合。
[第一實施型態]
關於本發明的第一實施型態將參照圖式來詳細說明。首先說明本實施型態所使用的主接合用旋轉工具及假接合用旋轉工具。
主接合用旋轉工具F如第1(a)圖所示，由連結部F1及攪拌桿F2構成。主接合用旋轉工具F例如以工具鋼形成。連結部F1是連結第1(b)圖所示的摩擦攪拌裝置的旋轉軸D的部位。連結部F1呈圓柱狀，形成有可鎖上螺絲的螺絲孔B、B。
攪拌桿F2由連結部F1垂下，與連結部F1同軸。攪拌桿F2越離開連結部F1則越細。攪拌桿F2的外周面刻設有螺旋溝F3。
如第1(b)圖所示，使用主接合用旋轉工具F進行摩擦攪拌接合時，僅將旋轉的攪拌桿F2插入金屬構件1，在金屬構件1與連結部F1分離的狀態下移動。換言之，在攪拌桿F2的基部露出的狀態下進行摩擦攪拌接合。主接合用旋轉工具F的移動軌跡會因為摩擦攪拌後的金屬硬化而形成塑性化領域W。
假接合用旋轉工具G如第2(a)圖所示，由軸肩部G1及攪拌桿G2構成。假接合用旋轉工具G例如以工具鋼形成。軸肩部G1如第2(b)圖所示，為連結至摩擦攪拌裝置的旋轉軸D的部位，同時也是按壓塑性流動化的金屬的部位。軸肩部G1呈圓柱狀。軸肩部G1的下端面形成凹狀， 防止流動化的金屬往外部流出。
攪拌桿G2由軸肩部G1垂下，與軸肩部G1同軸。攪拌桿G2越離開軸肩部G1則越細。攪拌桿G2的外周面刻設有螺旋溝G3。
如第2(b)圖所示，使用假接合旋轉工具G進行摩擦攪拌接合時，將旋轉的攪拌桿G2與軸肩部G1的下端插入金屬構件1並移動。假接合用旋轉工具G的移動軌跡會因為摩擦攪拌後的金屬硬化而形成塑性化領域w。
接著，說明本實施型態的具體的摩擦攪拌接合方法。在本實施型態中，包括(1)準備步驟；(2)第一預備步驟；(3)第一主接合步驟；(4)第一修補步驟；(5)第二預備步驟；(6)第二主接合步驟；(7)第二修補步驟。其中，第一預備步驟、第一主接合步驟及第一修補步驟是從金屬構件1的表面側實行的步驟，第二預備步驟、第二主接合步驟及第二修補步驟是從金屬構件1的背面側實行的步驟。
(1)準備步驟
參照第3圖說明準備步驟。本實施型態的準備步驟：包括靠合步驟，將要接合的金屬構件1、1互相靠合；固定材配置步驟，將第一固定材2與第二固定材3配置在金屬構件1、1的靠合部J1的兩側；假熔接步驟，以熔接的方式將第一固定材2與第二固定材3假熔接於金屬構件1、1。
靠合步驟中，將要接合的金屬構件1、1配置成L字狀，讓一個金屬構件1的側面緊靠另一者的金屬構件1。金屬構件1只要是能摩擦攪拌的金屬即可，本實施型態中使用 鋁合金。
固定材配置步驟中，配置第一固定材2於金屬構件1、1的靠合部J1的一端側(外側)使第一固定材2的抵接面21(參照第3(b)圖)抵接金屬構件1、1的外側側面，且配置第二固定材3於金屬構件1、1的靠合部J1的另一端側使第二固定材3的抵接面31、31(參照第3(b)圖)抵接金屬構件1、1的內側側面。其中，將金屬構件1、1組合成L字型時，將第一固定材2與第二固定材3的一者(本實施型態為第二固定材3)配置於金屬構件1、1形成的角落部(由金屬構件1、1的內側側面形成的角部)。
熔接步驟中，將金屬構件1與第一固定材2一起形成的角落部2a、2a熔接，接合金屬構件1與第一固定材2。又將金屬構件1與第二固定材3一起形成的角落部3a、3a熔接，接合金屬構件1與第二固定材3。
準備步驟結束後，將金屬構件1、1、第一固定材2及第二固定材3載置於未圖示的摩擦攪拌裝置的架台上，使用夾具等未圖示的冶具來固定使其不能移動。
(2)第一預備步驟
第一預備步驟包括：第一固定材接合步驟，接合金屬構件1、1與第一固定材2的靠合部J2；假接合步驟，假接合金屬構件1、1的靠合部J1；第二固定材接合步驟，接合金屬構件1、1與第二固定材3的靠合部J3；下孔形成步驟，在第一主接合步驟中的摩擦攪拌開始位置形成下孔。
如第4(a)及4(b)圖所示，移動假接合用旋轉工具G，形成一筆劃的移動軌跡(滴狀)，對靠合部J1、J2、J3進行連續的摩擦攪拌。
首先，一邊向左旋轉假接合用旋轉工具G的攪拌桿G2，一邊將其插入設置於第一固定材2的適當位置的開始位置SP，開始摩擦攪拌，然後再將假接合用旋轉工具G朝第一固定材接合步驟的起點s2相對移動。
使假接合用旋轉工具G進行連續的摩擦攪拌直到相對移動至第一固定材接合步驟的起點s2為止，在起點s2不使假接合用旋轉工具G脫離而直接進入第一固定材接合步驟。
在第一固定材接合步驟中，對第一固定材2與金屬構件1、1之間的靠合部J2進行摩擦攪拌。具體來說，將摩擦攪拌的路線設定在金屬構件1、1與第一固定材2的接縫，再沿著該路線移動假接合用旋轉工具G來對靠合部J2進行摩擦攪拌。本實施型態中，不使假接合用旋轉工具G中途脫離，由第一固定材接合步驟的起點s2連續地摩擦攪拌至終點e2。
而將假接合用旋轉工具G向左旋轉的情況下，行進方向的右側恐有微細的接合缺陷產生之虞，因此會希望設定第一固定材接合步驟的起點s2與終點e2的位置，使金屬構件1、1位於假接合用旋轉工具G的行進方向的左側。如此一來，金屬構件1側較難產生接合缺陷，所以能獲得高品質的接合體。
當假接合用旋轉工具G到達第一固定材接合步驟的終點e2後，不在終點e2停止摩擦攪拌而繼續進行摩擦攪拌到假接合步驟的起點s1。在本實施型態中，將第一固定材接合步驟的終點e2至假接合步驟的起點s1的路徑設定在第一固定材2上。
假接合步驟中，對金屬構件1、1的靠合部J1進行摩擦攪拌。具體來說，將摩擦攪拌的路徑設定在金屬構件1、1的接縫上，並藉由將假接合用旋轉工具G沿著該路徑移動來對靠合部J1進行摩擦攪拌。在本實施型態中，假接合用旋轉工具G不在中途脫離而連續地由假接合步驟的起點s1進行摩擦攪拌至終點e1。
假接合用旋轉工具G到達假接合步驟的終點e1後，直接轉移到第二固定材接合步驟。在假接合步驟的終點e1，同時也是第二固定材接合步驟s3上不使假接合用旋轉工具G脫離而直接進行第二固定材接合步驟。
在第二固定材接合步驟中，對金屬構件1、1與第二固定材3的靠合部J3、J3進行摩擦攪拌。在本實施型態中，第二固定材接合步驟的起點s3位於靠合部J3、J3的中間，所以會在第二固定材接合步驟的起點s3至終點e3的摩擦攪拌路徑上設置折返點m3，當假接合用旋轉工具G由起點s3移動到折返點m3後(參照第4(a)圖)，再將假接合用旋轉工具G由折返點m3移動到終點e3(參照第4(b)圖)，完成由第二固定材接合步驟的起點s3至終點e3的連續摩擦攪拌。也就是說，將假接合用旋轉工具G往返於起點s3至 折返點m3間後再將假接合用旋轉工具G移動到終點e3，藉此完成由第二固定材接合步驟的起點s3至終點e3的連續摩擦攪拌。而起點s3至折返點m3的摩擦攪拌的路徑與折返點m3至終點e3的摩擦攪拌的路徑分別設定在金屬構件1與第二固定材3的接縫上。
起點s3、折返點m3及終點e3的位置關係並沒有特別限定，但如本實施型態將假接合用旋轉工具G向左旋轉的情況下，第二固定材接合步驟的起點s3、折返點m3及終點e3的位置設定最好至少使金屬構件1、1位於由折返點m3到終點e3的摩擦攪拌的路徑中假接合用旋轉工具G的行進方向的左側。在這個情況下，會希望由起點s3到折返點m3間，不管是往返都將摩擦攪拌的路徑設定在金屬構件1與第二固定材3的接接縫上，使假接合用旋轉工具G沿著這個路徑移動。如此一來，由起點s3到折返點m3之間，使金屬構件1位於假接合用旋轉工具G行進方向的右側，即使金屬鍵1側產生接合缺陷，因為在稍後的由折返點m3至終點e3的摩擦攪拌中，金屬構件1會位於假接合旋轉工具G的行進方向的左側，所以能夠修補前述的接合缺陷，進而能獲得高品質的接合體。
此外，將假接合用旋轉工具G向右旋轉的情況下，第二固定材接合步驟的起點、折返點及終點的位置設定最好至少使金屬構件1、1位於由折返點到終點的摩擦攪拌的路徑中假接合用旋轉工具G的行進方向的右側。具體來說，雖省略圖式，可以將折返點設置在假接合旋轉工具G向左 旋轉時的終點e3的位置，將終點設置在假接合旋轉工具G向左旋轉時的折返點m3的位置。
如第4(b)圖所示，假接合用旋轉工具G到達第二固定材接合步驟的終點e3後，不在終點e3停止摩擦攪拌而持續地進行摩擦攪拌至設於第二固定材3上的結束位置EP。當假接合用旋轉工具G到達結束位置EP後，一邊持續旋轉假接合用旋轉工具G一邊使攪拌桿G2脫離結束位置EP。
接著，執行下孔形成步驟。下孔形成步驟是在第一主接合步驟中的摩擦攪拌的開始位置形成下孔的步驟。雖也可形成新的下孔，但在本實施型態中，以電鑽等將假接合用旋轉工具G的攪拌桿G2脫離時所形成的拔出孔的孔徑擴大來形成下孔。如此一來，能夠省略或簡化下孔的加工作業，故能夠縮短作業時間。而前述的拔出孔也可以直接當作下孔來利用。
(3)第一主接合步驟
第一預備步驟結束後實行第一主接合步驟，對金屬構件1、1的靠合部J1進行正式的接合。本實施型態的第一主接合步驟中，使用如第1(a)圖所示的主接合用旋轉工具F對假接合狀態的靠合部J1由金屬構件1的表面側進行摩擦攪拌。
在第一主接合步驟中，首先，如第5圖所示，一邊使主接合用旋轉工具F向右旋轉一邊將攪拌桿F2插入開始位置SM1(也就是第4(b)圖所示的結束位置EP)，開始摩擦攪拌。
摩擦攪拌進行到金屬構件1、1的靠合部J1的一端後，直接使主接合用旋轉工具F進入靠合部J1，使主接合用旋轉工具F沿著設定在金屬構件1、1的接縫上的摩擦攪拌路徑移動，藉此由靠合部J1的一端連續地進行摩擦攪拌至另一端。在此，如參照第1(b)圖，使主接合用旋轉工具F與金屬構件1分離，僅攪拌桿F2插入靠合部J1。如第5(b)圖所示，使主接合用旋轉工具F相對移動至靠合部J1的另一端，進行摩擦攪拌的同時橫切過靠合部J2，並持續移動到結束位置EM1。
主接合用旋轉工具F到達結束位置EM1後，一邊旋轉主接合用旋轉工具F一邊上升，使攪拌桿F2脫離結束位置EM1。在結束位置EM1使攪拌桿F2由上方脫離後，無法避免地形成與攪拌桿F2大致形狀相同的拔出孔，但在本實施型態中對此拔出孔放置不管。
(4)第一修補步驟
第一主接合步驟結束後，對第一主接合步驟中形成於金屬構件1的塑性化領域W1進行第一修補步驟。在本實施型態的第一修補步驟中，如第6、7圖所示，實行形成凹溝M的凹溝形成步驟、配置補助構件4於凹溝M的配置步驟、以及將金屬構件1與補助構件4接合的補助構件接合步驟。
凹溝形成步驟中，如第6圖所示，在隨著主接合用旋轉工具F的移動而形成的塑性化領域W1的表面上形成凹溝M。在凹溝形成步驟中，使用銑刀等切削毛邊或塑性化領域W1的表面。形成從剖面觀之為矩形的凹溝M。
在配置步驟中，配置補助構件4於凹溝M。補助構件4是由與金屬構件1相同材料構成的金屬板。補助構件4呈與凹溝相同的形狀。補助構件4的厚度與凹溝的深度大致相同。
在補助構件接合步驟中，如第7(a)圖所示，對補助構件4與金屬構件1、第一固定材2與第2固定材3的靠合部分，也就是靠合部J4，進行摩擦攪拌接合。具體來說，將旋轉的假接合用旋轉工具G插入設定在第二固定材3上的開始位置SH1，沿著靠合部J4繞行一圈後回到結束位置EH1。如第7(b)圖所示，在補助構件接合步驟中，一邊將軸肩部G1壓入金屬構件1的表面12一邊移動假接合用旋轉工具G。而假接合用旋轉工具G的攪拌桿G2會設定比補助構件4的厚度長。
如第8圖所示，使假接合用旋轉工具G繞行一週，對補助構件4形成第二次的塑性化領域w2後，補助構件4全部被塑性化領域w2、w2所覆蓋。而因為塑性化領域W1與塑性化領域w2重疊，所以能夠提高氣密性與水密性。
第一主接合步驟後，若金屬構件1的表面12與塑性化領域W1的表面有大的高低差時，可省略凹溝形成步驟。而在補助構件接合步驟中，也可用熔接來接合金屬構件1與補助構件4。
(5)第二預備步驟
第一主接合步驟結束後，將金屬構件1、1翻面進行第二預備步驟。本實施型態的第二預備步驟具備在第二主接 合步驟的摩擦攪拌的開始位置形成下孔(省略圖式)的下孔形成步驟。而在第二預備步驟中，也可從金屬構件1、1的背面13側對靠合部J1進行假接合。
(6)第二主接合步驟
第二預備步驟結束後進行第二主接合步驟，如第9(a)圖所示，使用主接合用旋轉工具F從金屬構件1的背面13側對靠合部J1進行摩擦攪拌。第二主接合步驟中從背面13側進行與第一主接合步驟大致相同的作業。在第二主接合步驟中也同樣使主接合用旋轉工具F的連結部F1與金屬構件1分離，僅攪拌桿F2插入金屬構件1。對靠合部J1進行摩擦攪拌接合時，使主接合用旋轉工具F的攪拌桿F2進入到第一主接合步驟中形成的塑性化領域W1的狀態下進行摩擦攪拌。
(7)第二修補步驟
第二主接合步驟結束後，對第二主接合步驟時形成於金屬構件1的塑性化領域W2進行第二修補步驟。第二修補步驟從背面13側進行與第一修補步驟大致相同的作業。如第9(b)圖所示，進行第二修補步驟後，補助構件4的全體被二次的塑性化領域w3所覆蓋。最後，將第一固定材2與第二固定材3從金屬構件1、1上切離。
根據以上說明的摩擦攪拌接合，摩擦攪拌接合時僅以主接合用旋轉工具F的攪拌桿F2來接觸金屬構件1、1，比起習知技術能減金屬構件1、1與主接合用旋轉工具F的摩擦，而減小施加於摩擦攪拌裝置的負荷。因為摩擦攪拌 裝置的負荷減小，所以能將攪拌桿F2插入金屬構件1、1的深處位置。
而使第一主接合步驟中形成的塑性化領域W1與第二主接合步驟中形成的塑性化領域W2相接觸，能藉此對靠合部J1的厚度方向的全長進行摩擦攪拌接合，能提高氣密性與水密性。在本實施型態中，進行第二主接合步驟時，因為一邊使攪拌桿F2接觸塑性化領域W1一邊進行摩擦攪拌接合，所以假使塑性化領域W1有接合缺陷，也能夠修補該接合缺陷。
而即使第一主接合步驟與第二主接合步驟中金屬構件1的表面12或背面13產生高低差，透過修補步驟能使金屬構件1的表面12或背面13平坦化。在補助構件接合步驟中，至少接合金屬構件1與補助構件4即可，但如本實施型態一樣地摩擦攪拌接合補助構件4的全體，補助構件4會被塑性化領域w2、w3覆蓋，能夠提高氣密性與水密性。
藉由進行靠合部J1的假接合步驟，能夠防止進行主接合步驟時金屬構件1、1分離。而藉由設置固定材，能夠使旋轉工具的插入及脫離作業變得容易，且在此固定材上設置下孔能夠減低旋轉工具插入時的壓力阻抗。
以上說明了本發明的第一實施型態，但在不違反本發明旨趣的範圍內可做任意設計變更。例如，第10圖顯示修補步驟的變形例，(a)顯示凹溝形成步驟，(b)顯示覆蓋熔接步驟。修補步驟中，以覆蓋熔接的修補來代替補助構件4。也就是說，如第10(a)圖所示，可以在第一主接合步驟 中形成的塑性化領域W1上形成凹溝M後，對此凹溝M進行覆蓋熔接。藉此，在凹溝M內填入熔接金屬N，能夠使金屬構件1、1的表面12平坦化。而凹溝形成步驟也可以省略。
假接合步驟在第一實施型態以摩擦攪拌接合來進行，但也可以用熔接來進行。而在使用補助構件4的修補步驟中，雖使用假接合用旋轉工具G，但在補助構件4的厚度大的情況下也可使用大的旋轉工具。而補助構件4與金屬構件1也可用熔接來接合。
[第二實施型態]
接著詳細說明本發明的第二實施型態。第二實施型態包括：(1)準備步驟；(2)預備步驟；(3)主接合步驟；(4)修補步驟。
(1)準備步驟
參照第11圖說明準備步驟。第二實施型態的準備步驟包括將要接合的金屬構件201、202靠合的靠合步驟；配置固定材203於金屬構件201、202的靠合部J1的端部的固定材配置步驟；以及以熔接的方式將固定材203假接合於金屬構件201、202的熔接步驟。
靠合步驟中，如第11(a)圖所示，將要接合的金屬構件201的側面201b與金屬構件202的端面202a靠合，同時使金屬構件201的端面201a與金屬構件202的側面202c成為同一平面。也就是說，在靠合步驟中，使金屬構件201、202垂直地靠合，由側面觀之為L字形。金屬構件201、202 只要是可摩擦攪拌的金屬即可，本實施型態中使用鋁合金。
固定材配置步驟中，如第11(b)圖所示，將固定材203配置於金屬構件201、202的靠合部J1的一端側，使固定材203靠接金屬構件201的側面201d及金屬構件202的側面202d。這樣的配置使固定材203的表面203a與金屬構件202的側面202c及金屬構件201的端面201a成為同一平面。
在熔接步驟中，將金屬構件201、202與固定材203熔接，接合金屬構件201、202與固定材203。
準備步驟結束後，將金屬構件201、202與固定材203載置於未圖示的摩擦攪拌裝置的架台，使用夾具等未圖示的冶具來固定使其不能移動。
(2)預備步驟
預備步驟包括假接合金屬構件201、202的靠合部J1的假接合步驟。具體來說，如第11(b)圖所示，將假接合用旋轉工具G插入固定材203，由金屬構件201、202的外側(構成外角落的面側)對靠合部J1進行摩擦攪拌接合。假接合步驟中，如第2(b)圖所示，將軸肩部G1的下面壓入金屬構件201、202的狀態下移動假接合用旋轉工具G。靠合部J1的全部或一部分接合後，將固定材203由金屬構件201、202上切削下來。在本實施型態中雖然透過摩擦攪拌接合來進行假接合步驟，但也可以使用例如熔接來進行金屬構件201、202的假接合。
(3)主接合步驟
預備步驟結束後，實行主接合步驟，正式地接合金屬構件201、202的靠合部J1。本實施型態的主接合步驟中，首先如第12(a)圖所示，在構成金屬構件201、201的外角落的面配置背靠材T。背靠材T為平面觀之呈L字形的金屬製構件，接觸金屬構件201的側面201c、端面201a與金屬構件202的側面202c。然後將金屬構件201、202與背靠材T載置於未圖示的摩擦攪拌裝置的架台，使用夾具等未圖示的冶具來固定使其不能移動
接著，主接合步驟中，以旋轉的主接合用旋轉工具F插入金屬構件201與金屬構件202的內角落(側面201b與側面202b構成的角落部)，對靠合部J1進行摩擦攪拌接合。主接合步驟中，如第12(a)、12(b)圖所示，使主接合用旋轉工具F的連結部F1與金屬構件201、202分離，僅攪拌桿F2插入靠合部J1。
在主接合步驟中，如第12(b)圖所示，以傾斜主接合用旋轉工具F的旋轉中心軸Fc的狀態來進行摩擦攪拌接合。也就是說，在主接合步驟中，插入側面201b與側面202b的交線C1的主接合用旋轉工具F的旋轉中心軸Fc的位置會設定在假想基準面C與金屬構件201的側面201b之間。假想基準面C係通過交線C1並與側面201b及側面202b形成的角度為α/2(本實施型態中α=90°)。主接合步驟中，使主接合步驟中形成的塑性化領域W1與假接合步驟中形成的塑性化領域w重疊。另外，旋轉中心軸Fc的位置部包含與側面201b及假想基準面C重疊的位置。
(4)修補步驟
主接合步驟結束後，對主接合步驟中形成於金屬構件201、202的塑性化領域W1進行修補步驟。在本實施型態的修補步驟中，如第13圖所示，在塑性化領域W1的上面進行覆蓋熔接。
在主接合步驟中雖會有塑性化領域W1的上面(表面)金屬不足而形成溝的傾向，但藉由覆蓋熔接能補充不足的金屬。如第13圖所示，使覆蓋熔接下形成的熔接金屬N與金屬構件201的側面201b及金屬構件202的側面202b成為同一平面。也可在覆蓋熔接前，在塑性化領域W1的上面切削預先形成凹溝，再在這個凹溝進行覆蓋熔接。在溝比較淺的情況下，也可以省略覆蓋熔接，而在金屬構件201的側面201b及金屬構件202的側面202b進行面切削加工，來除去摩擦攪拌接合時所形成的溝。
根據以上說明的本實施型態的摩擦攪拌接合，在接合金屬構件201、202的內角落的主接合步驟中，僅讓攪拌桿F2接觸金屬構件201、202，因此能夠抑制接合時的金屬構件201的側面201b及金屬構件202的側面202b的損傷。又因為沒有像習知技術一樣使用壓塊，所以能觀察接合部分。因此，能夠把握接合狀況等以提高作業性。
在主接合步驟中，藉由使假接合步驟中形成的塑性化領域w與主接合步驟中形成的塑性化領域W1重疊，能夠提高氣密性與水密性。而藉由使用比主接合用旋轉工具F小的假接合用旋轉工具G來進行假接合，能夠防止主接合步 驟時金屬構件201、202分離。
在主接合步驟中，將主接合用旋轉工具F傾往金屬構件201側，比起例如將攪拌桿F2沿著第12(b)圖所示的假想基準面C插入的情況，也就是比起攪拌桿F2對垂直的金屬構件201、201以旋轉中心軸Fc與側面201b及側面202b都成45°狀態下插入的情況，攪拌桿F2能夠插入靠合部J1的深處位置。藉此能夠在靠合部J1的深處位置進行接合。
在主接合步驟中形成的塑性化領域W2上進行覆蓋熔接，能夠補充主接合步驟中金屬的不足量。
[第三實施型態]
接著說明本發明的第三實施型態的摩擦攪拌接合方法。第三實施型態包括：(1)準備步驟；(2)預備步驟；(3)第一主接合步驟；(4)第二主接合步驟；(5)修補步驟。第三實施型態例示接合比第二實施型態厚的金屬構件1、2的情況。第三實施型態在進行2次主接合步驟這點與第二實施型態不同。而因為(1)準備步驟與(2)預備步驟與第二實施型態相同，故省略詳細說明。
(3)第一主接合步驟
在第一主接合步驟中，如第14(a)圖所示，利用與前述第二實施型態的主接合步驟相同的要領，對靠合部J1將旋轉的主接合用旋轉工具F插入金屬構件201、202的內角落，進行摩擦攪拌接合。在第三實施型態中，因為金屬構件201、202的厚度較大，即使主接合用旋轉工具F的插入角度朝金屬構件201側傾斜，也不能使主接合步驟中形成 的塑性化領域W1與假接合步驟中形成的塑性化領域w重疊。
(4)第二主接合步驟
在第二主接合步驟中，由構成金屬構件201、202的外角落的表面側使用主接合用旋轉工具F來進行摩擦攪拌接合。具體來說，如第14(b)圖所示，由金屬構件201的端面201a即金屬構件202的側面202c側插入旋轉的主接合用旋轉工具F的攪拌桿F2，並沿著靠合部J1移動。在第二主接合步驟中，使主接合用旋轉工具F的連結部F1與金屬構件201、202分離，僅以攪拌桿F2插入靠合部J1。使在第二接合步驟中形成的塑性化領域W2與在第一接合步驟中形成的塑性化領域W1重疊。本實施型態的第二主接合步驟中，使攪拌桿F2到達塑性化領域W1。藉此，能夠確實地接合靠合部J1。
在第二主接合步驟中，可在金屬構件201、202適當地設置固定材來進行摩擦攪拌接合。假接合步驟時所使用的固定材也可不切削去除而在第二主接合步驟中使用。
(5)修補步驟
在修補步驟中，與第二實施型態的修補步驟相同的要領，在第一主接合步驟中形成的塑性化領域W1與第二主接合步驟中形成的塑性化領域W2的上面進行覆蓋熔接，補充不足的金屬。
根據以上說明的第三實施型態，能夠獲得與第二實施型態大致相同的效果，且藉由進行第二主接合步驟，即使 在金屬構件201、202較厚的情況下，也能跨越靠合部J1的全長來進行摩擦攪拌接合，因此能夠提高氣密性及水密性。根據主接合用旋轉工具F，能夠一邊抑制施加於摩擦攪拌裝置的負荷，一邊將攪拌桿F2插入至深處位置。
第二主接合步驟在本實施型態雖使用主接合用旋轉工具F來進行，但並不限定於此，例如，也可使用具備軸肩部及長度較長的攪拌桿的旋轉工具。
以上說明了本發明的實施型態，但在不超出本發明旨趣的範圍內可做適當地變更。例如，本實施型態中金屬構件201、202以直角靠合，但金屬構件201的側面201b與金屬構件202的側面202b可用180°以外的任意角度靠合。例如，將金屬構件201的端面201a與金屬構件202的端面202a切出斜面，再將金屬構件201、202靠合。
[實施例]
實施例1~3中，使用尺寸不同的3種類的主接合用旋轉工具FA、FB、FC，變更各旋轉工具的旋轉數或下孔的條件，在平坦的鋁合金的金屬構件1的表面12移動既定的長度後，觀察形成的塑性化領域的剖面。實施例的符號及尺寸請適當地參照第1圖。摩擦攪拌接合時，使主接合用旋轉工具向右旋轉，讓主接合用旋轉工具的連結部F1與金屬構件1分離，僅攪拌桿F2插入金屬構件1來進行。
<實施例1>
第15圖係實施例1的條件與各塑性化領域的剖面圖。實施例1中使用主接合用旋轉工具FA在實驗體NO.1~3 的各條件下進行實驗。主接合用旋轉工具FA的連結部F1的外徑X1(參照第1(a)圖)為140mm，厚度X2為40mm。攪拌桿F2的長度Y1為55mm，基部端外徑Y2為32mm，前端外徑Y3為16mm。攪拌桿F2的外周面刻射深度2mm、間距2mm的左螺紋的螺旋溝F3。
第16圖係用來說明實施例1的剖面圖。插入深度尺寸t1為壓入的攪拌桿F2的前端至表面12的長度。下孔K呈圓柱狀，設定為直徑t2=20mm，深度t3=45mm。
如第15圖所示，實施例1的實驗體NO.1~3任一者都沒有觀察到接合缺陷。金屬構件1的表面12形成有高低差P。高低差P越靠主接合用旋轉工具FA的行進方向左側越深。高低差P通常是因為摩擦攪拌接合時塑性化流動的金屬飛散形成毛邊L往外部流出而形成。毛邊L集中在主接合用旋轉工具FA的行進方向右側。主接合用旋轉工具FA中，幾乎不會受到工具的旋轉速度變化的影響。
<實施例2>
第17圖係實施例2的條件與各塑性化領域的剖面圖。實施例2中使用主接合用旋轉工具FB在實驗體NO.4~7的各條件下進行實驗。主接合用旋轉工具FB的連結部F1的外徑X1(參照第1(a)圖)為140mm，厚度X2為55mm。攪拌桿F2的長度Y1為77mm，基部端外徑Y2為38mm，前端外徑Y3為16mm。攪拌桿F2的外周面刻射深度2mm、間距2mm的左螺紋的螺旋溝F3。
第18圖係用來說明實施例2的剖面圖。插入深度尺寸 t4為壓入的攪拌桿F2的前端至表面12的長度。下孔K以寬廣部K1及形成於寬廣部K1的底面的狹窄部K2。寬廣部K1及狹窄部K2任一者都呈圓柱狀，寬廣部K1的直徑假設為t5，深度假設為t7。狹窄部K2的直徑假設為t6，深度假設為t8。
如第17圖所示，實施例2的實驗體NO.4~7任一者都沒有觀察到接合缺陷。金屬構件1的表面12形成有高低差P。高低差P通常是因為摩擦攪拌接合時塑性化流動的金屬飛散形成毛邊L往外部流出而形成。NO.4、5中，塑性化領域W的上部與下部的金屬圖樣不同。這是因為NO.4、5中工具的旋轉速度高，塑性化流動的金屬中上側的金屬比較容易變得高溫所致。另一方面，NO.6、7中，工具的旋轉數低所以塑性化領域的圖樣幾乎一樣。實驗體NO.7中高低差P相對地較小。
<實施例3>
第19圖係實施例3的條件與各塑性化領域的剖面圖。實施例3中使用主接合用旋轉工具FC在實驗體NO.8~11的各條件下進行實驗。主接合用旋轉工具FC的連結部F1的外徑X1(參照第1(a)圖)為140mm，厚度X2為45mm。攪拌桿F2的長度Y1為157mm，基部端外徑Y2為54.7mm，前端外徑Y3為16mm。攪拌桿F2的外周面刻射深度2mm、間距2mm的左螺紋的螺旋溝F3。
如第19圖所示，會在實施例3的實驗體NO.8~10的符號Q的部份(旋轉工具行進方向左側)發現接合缺陷。金 屬構件1的表面12形成有比較大的高低差P。高低差P通常是因為摩擦攪拌接合時塑性化流動的金屬飛散形成毛邊L往外部流出而形成。另外，因為實驗體NO.11中將插入深度縮短(僅插入約攪拌桿F2的長度一半左右)，所以呈現幾乎無高低差的狀態。
<實施例4~6>
實施例4~6中，如第20圖所示，分別準備5種桿角度(旋轉軸與攪拌桿的外周面夾角)與4種螺紋深度及螺紋間距合計共20個的主接合用旋轉工具，並調查各自的接合狀況。
如第20圖所示，要接合的金屬構件Z為鋁合金製的，形成剖面為V字形的V字溝Za。V字溝Za的角度為90°。各實施例中，僅將各主接合用旋轉工具的攪拌桿插入V字溝Za既定的深度，在V字溝Za的延長方向上移動既定長度。攪拌桿的插入深度在各個實施例中為共通的深度。
如第21、22圖的縱方向所示，主接合用旋轉工具的A系列的桿角度為9.5°，B系列的桿角度為14°，C系列的桿角度為18.4°，D系列的桿角度為23°，E系列的桿角度為27.6°。
又，如第21、22圖的橫方向所示，1系列的螺紋深度為0.4mm，螺紋間距為0.5mm，2系列的螺紋深度為1.0mm，螺紋間距為1.0mm，3系列的螺紋深度為1.8mm，螺紋間距為2.0mm，4系列的螺紋深度為2.5mm，螺紋間距為3.0mm。例如，如第21圖所示，「主接合用旋轉工具C-2」的桿角 度為18.4°，螺紋深度為1.0mm，螺紋間距為1.0mm。
而後述的「材料減少量(mm2)」是指如第23(a)圖所示，摩擦攪拌接合後的塑性化領域W的上面Z1、金屬構件Z的側壁Z2、Z2、與V字溝Za的假想延長線Z3所包圍的領域的剖面面積。當塑性化領域W的內部有接合缺陷時，此接合缺陷的領域的剖面面積也要加到「材料減少量(mm2)」中。
而後述的「螺紋剖面面積(mm2)」是指如第23(b)圖所示，通過攪拌桿F2的外周面的假想線F4與螺旋溝F3包圍的領域的面積的和(描繪陰影的部份)。
<實施例4>
實施例4中，使用前述的主接合用旋轉工具A-1~A-4、主接合用旋轉工具B-1~B-4、主接合用旋轉工具C-1~C-4、主接合用旋轉工具D-1~D-4、主接合用旋轉工具E-1~E-4共20種類的主接合用旋轉工具，並設定旋轉數為1000rpm，接合速度為100mm/min來進行摩擦攪拌接合。
如第24、25圖所示，隨著桿角度增大，塑性化領域W的剖面面積也會變大。而隨著螺紋深度及螺紋間距增大，塑性化領域W形成在更深的位置，且材料減少量變大。
又，如第24、25圖所示，使用主接合用旋轉工具A-1時發生接合缺陷Q。使用主接合用旋轉工具B-2時材料減少量過多而造成接合不良。除了主接合用旋轉工具A-1、B-2以外，接合狀況大致良好。
如第25圖所示，4系列(A-4、B-4、C-4、D-4)中，金屬構件Z的下面有向下突出的變形。而1系列與4系列則 有較多毛邊產生。
<實施例5>
實施例5中，使用前述共20種類的主接合用旋轉工具，並設定旋轉數為1000rpm，接合速度為200mm/min來進行摩擦攪拌接合。
如第26、27圖所示，使用主接合用旋轉工具A-1、B-1、C-1、D-1、B-2、C-2時產生接合缺陷Q。而使用主接合用旋轉工具A-2時材料減少量過多而造成接合不良。使用此外的主接合用旋轉工具時，接合狀況大致良好。
綜合觀察實施例4與實施例5時會發現接合速度較慢者(實施例4)發生接合缺陷Q的機率較低。而隨著螺紋深度及螺紋間距增大，材料減少量雖會變大，但接合缺陷的產生率較低。
第28圖係顯示實施例4的螺紋剖面面積與材料減少量的關係圖。第29圖係顯示實施例5的螺紋剖面面積與材料減少量的關係圖。螺紋剖面面積過小會有接合缺陷Q容易產生的傾向。相對地，螺紋剖面面積過大就會有材料減少量變大的傾向。因此，螺紋剖面面積較佳的是設定在50~180mm2，更佳的是設定在100~150mm2。
<實施例6>
在實施例6中，觀察前述20種的主接合用旋轉工具相對平板狀的金屬構件Z(無V字溝)移動所形成的塑性化領域的剖面。實施例6中，將旋轉數固定在1000rpm，同時將接合速度設定在100mm/min、200mm/min、300mm/min、 500mm/min。
第30圖係顯示實施例6中將主接合用旋轉工具B-1的旋轉數設定為1000rpm，接合速度設定為100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min時的結果的剖面圖。
第31圖係顯示實施例6中將主接合用旋轉工具C-1的旋轉數設定為1000rpm，接合速度設定為100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min時的結果的剖面圖。
第32圖係顯示實施例6中將主接合用旋轉工具A-4的旋轉數設定為1000rpm，接合速度設定為100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min時的結果的剖面圖。
參閱第30、31圖可知接合速度越高，接合缺陷Q越大。而參閱第30~32圖可知接合速度越高，毛邊的量越多。
第33圖係顯示實施例6中將旋轉數固定為1000rpm，且接合速度固定為100mm/min時的結果的剖面圖。
第34圖係顯示實施例6中將旋轉數固定為1000rpm，且接合速度固定為200mm/min時的結果的剖面圖。
第35圖係顯示實施例6中將旋轉數固定為1000rpm，且接合速度固定為300mm/min時的結果的剖面圖。
第36圖係顯示實施例6中將旋轉數固定為1000rpm，且接合速度固定為500mm/min時的結果的剖面圖。
綜合判斷第33~36圖可知接合速度慢的比較好，而螺紋深度及螺紋間距則是大的比較好。
1‧‧‧金屬構件
2‧‧‧第一固定材
2a‧‧‧角落部
3‧‧‧第二固定材
4‧‧‧補助構件
3a‧‧‧角落部
12‧‧‧表面
13‧‧‧背面
21‧‧‧抵接面
31‧‧‧抵接面
101‧‧‧金屬構件
102‧‧‧金屬構件
110‧‧‧內側摩擦攪拌接合用旋轉工具
111‧‧‧壓塊
112‧‧‧攪拌桿
201、202‧‧‧金屬構件
201a、202a‧‧‧端面
201b、201c、201d、202b、202c、202d‧‧‧側面
203‧‧‧固定材
203a‧‧‧表面
B‧‧‧螺絲孔
C‧‧‧假想基準面
C1‧‧‧交線
D‧‧‧旋轉軸
e1、e2、e3‧‧‧終點
EH1‧‧‧結束位置
EM1‧‧‧結束位置
EP‧‧‧結束位置
F、FA、FB、FC‧‧‧主接合用旋轉工具
F1‧‧‧連結部
F2‧‧‧攪拌桿
F3‧‧‧螺旋溝
F4‧‧‧假想線
Fc‧‧‧旋轉中心軸
G‧‧‧假接合用旋轉工具
G1‧‧‧軸肩部
G2‧‧‧攪拌桿
G3‧‧‧螺旋溝
J1、J2、J3、J4‧‧‧靠合部
K‧‧‧下孔
K1‧‧‧寬廣部
K2‧‧‧狹窄部
L‧‧‧毛邊
M‧‧‧凹溝
m3‧‧‧折返點
N‧‧‧熔接金屬
P‧‧‧高低差
Q‧‧‧接合缺陷
s1、s2、s3‧‧‧起點
SH1‧‧‧開始位置
SM1‧‧‧開始位置
SP‧‧‧開始位置
T‧‧‧背靠材
W1、W2‧‧‧塑性化領域
w、w2、w3‧‧‧塑性化領域
Z‧‧‧金屬構件
Z1‧‧‧上面
Z2‧‧‧側壁
Z3‧‧‧假想延長線
Za‧‧‧V字溝
第1(a)圖係第一實施型態的主接合用旋轉工具的側面圖。
第1(b)圖係主接合用旋轉工具的接合型態的概要剖面圖。
第2(a)圖係第一實施型態的假接合用旋轉工具的側面圖。
第2(b)圖係假接合用旋轉工具的接合型態的概要剖面圖。
第3(a)圖係第一實施型態的準備步驟的立體圖。
第3(b)圖係第一實施型態的準備步驟的平面圖。
第4(a)圖係第一實施型態的第一預備步驟於接合途中的平面圖。
第4(b)圖係第一實施型態的第一預備步驟於接合結束時的平面圖。
第5(a)圖係第一實施型態的第一主接合步驟於接合途中的平面圖。
第5(b)圖係第一實施型態的第一主接合步驟於接合結束時的平面圖。
第6圖係第一實施型態的第一修補步驟的立體圖。
第7(a)圖係第一實施型態的第一修補步驟的修補構件接合步驟的平面圖。
第7(b)圖係第一實施型態的第一修補步驟的修補構件接合步驟的剖面圖。
第8圖係第一實施型態的第一修補步驟後的剖面圖。
第9(a)圖係第一實施型態的第二主接合步驟的剖面圖。
第9(b)圖係第一實施型態的第二修補步驟的剖面圖。
第10(a)圖係修補步驟的變形例中的切削步驟。
第10(b)圖係修補步驟的變形例中的覆蓋熔接步驟。
第11(a)圖係第二實施型態的準備步驟的立體圖。
第11(b)圖係第二實施型態的預備步驟的立體圖。
第12(a)圖係第二實施型態的主接合步驟。
第12(b)圖係第二實施型態的主接合步驟的剖面圖。
第13圖係第二實施型態的修補步驟的剖面圖。
第14(a)圖係第三實施型態的第一主接合步驟的剖面圖。
第14(b)圖係第三實施型態的第二主接合步驟的剖面圖。
第15圖係實施例1的條件與各塑性化領域的剖面圖。
第16圖係用以說明實施例1的剖面圖。
第17圖係實施例2的條件與各塑性化領域的剖面圖。
第18圖係用以說明實施例2、3的剖面圖。
第19圖係實施例3的條件與各塑性化領域的剖面圖。
第20圖使用實施例4~6的主接合用旋轉工具的基本形狀的側視圖。
第21圖使用實施例4~6的主接合用旋轉工具的1系列與2系列的側視圖。
第22圖使用實施例4~6的主接合用旋轉工具的3系 列與4系列的側視圖。
第23(a)圖係說明實施例的材料減少量的概略圖。
第23(b)圖係說明實施例的螺紋剖面面積的概略圖。
第24圖係實施例4的1系列與2系列的結果的剖面圖。
第25圖係實施例4的3系列與4系列的結果的剖面圖。
第26圖係實施例5的1系列與2系列的結果的剖面圖。
第27圖係實施例5的3系列與4系列的結果的剖面圖。
第28圖係實施例4的螺紋剖面面積與材料減少量的關係圖。
第29圖係實施例5的螺紋剖面面積與材料減少量的關係圖。
第30圖係實施例6中將主接合用旋轉工具B-1的旋轉數設定為1000rpm，接合速度設定為100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min時的結果的剖面圖。
第31圖係實施例6中將主接合用旋轉工具C-1的旋轉數設定為1000rpm，接合速度設定為100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min時的結果的剖面圖。
第32圖係實施例6中將主接合用旋轉工具A-4的旋轉數設定為1000rpm，接合速度設定為100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min時的結果的剖面圖。
第33圖係實施例6中將旋轉數固定為1000rpm，且接合速度固定為100mm/min時的結果的剖面圖。
第34圖係實施例6中將旋轉數固定為1000rpm，且接合速度固定為200mm/min時的結果的剖面圖。
第35圖係實施例6中將旋轉數固定為1000rpm，且接合速度固定為300mm/min時的結果的剖面圖。
第36圖係實施例6中將旋轉數固定為1000rpm，且接合速度固定為500mm/min時的結果的剖面圖。
第37圖係顯示習知的摩擦攪拌接合方法的剖面圖。
1‧‧‧金屬構件
D‧‧‧旋轉軸
F‧‧‧主接合用旋轉工具
F1‧‧‧連結部
F2‧‧‧攪拌桿
F3‧‧‧螺旋溝
W‧‧‧塑性化領域

Claims (13)

  1. 一種摩擦攪拌接合方法，使用具備攪拌桿的旋轉工具來接合鋁合金製的兩個金屬構件，包括：主接合步驟，將旋轉的該攪拌桿插入該等金屬構件間的靠合部，在僅該攪拌桿接觸該等金屬構件的狀態下進行摩擦攪拌接合，其中該攪拌桿的外周面刻設有螺旋溝，在該主接合步驟中，藉由該攪拌桿的外周面使塑性流動化的鋁合金作為毛邊往外部流出，一邊在該等金屬構件的表面側之塑性化領域的周圍形成高低差，並同時對該靠合部摩擦攪拌接合。
  2. 一種摩擦攪拌接合方法，使用具備攪拌桿的旋轉工具來接合鋁合金製的兩個金屬構件，包括：主接合步驟，將旋轉的該攪拌桿插入該等金屬構件間的靠合部，在僅該攪拌桿接觸該等金屬構件的狀態下進行摩擦攪拌接合，其中該攪拌桿的外周面刻設有螺旋溝，該主接合步驟更包括：第一主接合步驟，由該等金屬構件的表面側進行摩擦攪拌接合；以及第二主接合步驟，由該等金屬構件的背面側進行摩擦攪拌接合，在該第一主接合步驟中，藉由該攪拌桿的外周面使塑性流動化的鋁合金作為毛邊往外部流出，一邊在該等金屬構件的表面側之塑性化領域的周圍形成高低差，並同時對該靠合部摩擦攪拌接合， 在該第二主接合步驟中，藉由該攪拌桿的外周面使塑性流動化的鋁合金作為毛邊往外部流出，一邊在該等金屬構件的表面側之塑性化領域的周圍形成高低差，並同時對該靠合部摩擦攪拌接合，其中該第一主接合步驟中形成的塑性化領域會與該第二主接合步驟中形成的塑性化領域相接觸。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之摩擦攪拌接合方法，其中在該主接合步驟中形成的塑性化領域上進行覆蓋熔接。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之摩擦攪拌接合方法，更包括：配置步驟，在該主接合步驟中形成的塑性化領域上配置補助構件；以及補助構件接合步驟，將該等金屬構件與該補助構件接合。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之摩擦攪拌接合方法，更包括：假接合步驟，在進行該主接合步驟前先進行該等金屬構件間的假接合。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之摩擦攪拌接合方法，其中配置固定材於該靠合部旁並在該固定材設置下孔後，將該攪拌桿插入該下孔來進行該主接合步驟。
  7. 一種摩擦攪拌接合方法，使用具備攪拌桿的旋轉工具來接合兩個金屬構件，包括： 靠合步驟，將該等金屬構件以某個夾角靠合來形成靠合部；以及主接合步驟，將旋轉的該攪拌桿插入該等金屬構件間的內角落，在僅該攪拌桿僅接觸該等金屬構件的狀態下進行摩擦攪拌接合，其中該攪拌桿的外周面刻設有螺旋溝，在該主接合步驟中，藉由該攪拌桿的外周面使該內角落材料減少，同時進行摩擦攪拌接合。
  8. 一種摩擦攪拌接合方法，使用具備攪拌桿的旋轉工具來接合兩個金屬構件，包括：靠合步驟，將該等金屬構件以某個夾角靠合來形成靠合部；第一主接合步驟，將旋轉的該攪拌桿插入該等金屬構件間的內角落，在僅該攪拌桿僅接觸該等金屬構件的狀態下進行摩擦攪拌接合；以及第二主接合步驟，將旋轉的該攪拌桿插入構成該等金屬構件間的外角落的表面側，在僅該攪拌桿接觸該等金屬構件的狀態下進行摩擦攪拌接合，其中該攪拌桿的外周面刻設有螺旋溝，在該第一主接合步驟中，藉由該攪拌桿的外周面使該內角落材料減少，同時進行摩擦攪拌接合。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之摩擦攪拌接合方法，其中該第一主接合步驟中形成的塑性化領域會與該第二主接合步驟中形成的塑性化領域有重疊。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之摩擦攪拌接合方 法，其中在該靠合步驟中，當靠合該等金屬構件之一者的側面與該等金屬構件之另一者的端面，使該等金屬構件之一者的側面與該等金屬構件之另一者的側面形成的內角落的夾角為α時，該第一主接合步驟中，插入該側面間的交線的該旋轉工具的旋轉中心軸位於假想基準面與該等金屬構件之一者的側面之間，其中該假想基準面係通過該交線並與任一該等側面形成α/2的夾角。
  11. 如申請專利範圍第7或8項所述之摩擦攪拌接合方法，更包括：假接合步驟，在進行該主接合步驟前，將旋轉的旋轉工具插入構成該等金屬構件的外角落的表面側，先進行該靠合部的假接合。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之摩擦攪拌接合方法，其中該假接合步驟中形成的塑性化領域會與該主接合步驟中形成的塑性化領域有重疊。
  13. 如申請專利範圍第7或8項所述之摩擦攪拌接合方法，其中在該主接合步驟中形成的塑性化領域上進行覆蓋熔接。
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