WO2023166925A1 - 摩擦攪拌接合方法 - Google Patents

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WO2023166925A1
WO2023166925A1 PCT/JP2023/003934 JP2023003934W WO2023166925A1 WO 2023166925 A1 WO2023166925 A1 WO 2023166925A1 JP 2023003934 W JP2023003934 W JP 2023003934W WO 2023166925 A1 WO2023166925 A1 WO 2023166925A1
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tool
friction stir
stir welding
welding method
angle
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Inventor
英俊 藤井
宗明 椋田
好昭 森貞
Original Assignee
国立大学法人大阪大学
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding

Definitions

  • the present invention relates to a friction stir welding method.
  • Friction stir welding is known as a typical solid phase welding method for metal materials.
  • the metal materials to be welded face each other at the welded portion, a probe provided at the tip of a rotating tool is inserted into the welded portion, and the rotating tool is rotated and moved along the interface to be welded. , frictional heat, and the stirring force of the rotating tool to cause the metal materials to flow, thereby joining the two metal materials.
  • friction stir welding the maximum temperature during welding does not reach the melting point of the material to be welded, and the decrease in strength at the joint is small compared to conventional fusion welding.
  • Conventional general tools have a shoulder portion (main body portion) and a probe portion. It plays the role of securing and suppressing burrs.
  • the size of the tool is determined mainly by the shoulder portion, and it is difficult to miniaturize (reduce the diameter of) the tool. As a result, it is difficult to limit the friction stir region, and when the friction stir region is limited, such as joining of small metal members or complicated-shaped members, this cannot be handled.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-001261
  • the coating includes a compound, and the compound comprises a first element and a second containing two elements, the first element being at least one selected from the group consisting of elements of Group 4 of the periodic table, elements of Group 5 of the periodic table, elements of Group 6 of the periodic table, aluminum and silicon;
  • the second element is at least one selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron
  • the coating includes a rough surface region, the rough surface region includes a plurality of recesses, and the recesses are the rough surface regions.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-039027
  • a friction stir welding method for friction stir welding a pair of metal members wherein the pair of metal members are joined at an end included in the joining region by the friction stir welding.
  • a friction stir welding method has been proposed in which a pair of metal members are fixed such that at least the tool body side of the side surface is spaced apart by a distance shorter than the radius of the probe in at least a partial region of the weld line.
  • the metal material during friction stir welding is softened by the frictional heat generated as the probe rotates and is present at the base of the probe, and the metal material present at the base of the probe is In addition to affecting the amount of heat stored at the base of the probe, it is said to hinder the movement of the probe along the joint line.
  • the friction stir welding method described in Patent Document 2 the metal material softened by frictional heat and existing on the base side of the probe is small due to the separation of the end side surface at a distance shorter than the radius of the probe. becomes.
  • the friction stir welding method of this form the amount of heat accumulated at the root of the probe can be reduced, and the erosion of the constituent materials of the probe can be suppressed, and the hindrance to the movement of the probe along the weld line can be reduced. can bring As a result, according to this form of the friction stir welding method, it is possible to extend the service life of the probe.
  • the object of the present invention is to enable local friction stir welding, obtain a smooth friction stir surface, and further extend the tool life. It is an object of the present invention to provide a simple and efficient friction stir welding method that can be achieved.
  • the present inventors have made intensive research on the tool shape and friction stir welding conditions used for friction stir welding. is extremely effective, and arrived at the present invention.
  • the side where the rotational direction of the tool and the advancing direction are the same is called the advancing side (AS), and the side where the direction is opposite is called the retreating side (RS).
  • a friction stir welding method characterized by:
  • the friction stir welding In friction stir welding, by setting the tool at an advance angle with respect to the welding direction, the material flow formed around the tool is smoothed, and the appropriate welding condition range (tool rotation speed and welding speed, etc.) is known to increase.
  • the friction stir welding is performed by tilting the tool toward the retreating side. By inclining the tool to the backward side, the formation of burrs can be effectively suppressed. Regions can be formed.
  • “inclination to the backward side” may be performed by inclining the tool with respect to the surface of the material to be welded, or by inclining the surface of the material to be welded with respect to the tool.
  • the present invention is not limited to welding, and can be applied to a friction stir process that uses the principle of friction stir welding as it is for surface modification.
  • burr formation is suppressed by tilting the tool toward the retreating side and friction stirring is not necessarily clear, but it is due to the change in the surface area of the tool in contact with the workpiece between the advancing side and the retreating side. it seems to do. More specifically, tilting the tool to the retract side decreases the tool surface area on the advance side and increases the tool surface area on the retract side.
  • burrs are formed on the retreating side, but in the friction stir welding method of the present invention, as the surface area of the tool on the retreating side increases, the amount of frictional heat generated in that area increases, resulting in material flow. It is considered that the formation of burrs is suppressed by promoting the
  • the tool does not have a shoulder.
  • a tool that does not have a shoulder portion that is, a tool that has only a probe portion
  • the diameter of the tool can be reduced, and friction stir can be performed even when the area to be welded is narrow.
  • the probe portion can be made larger in diameter than conventional general tools, breakage of the tool can be effectively suppressed.
  • the tip portion has a spherical crown shape or a conical shape.
  • the angle of inclination is 1 to 20°.
  • the burr suppression effect can be obtained by setting the tool inclination angle to the retreating side to 1° or more, and the burr suppression effect cannot be improved even if the angle is larger than 20°.
  • the tool is provided with an advance angle.
  • an advance angle in addition to tilting the tool toward the retreating side, it is possible to obtain the effects of imparting a conventionally known advance angle, such as expansion of appropriate welding conditions.
  • the advance angle to be set is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired, and a conventionally known angle may be provided, but it is preferably 0.5 to 7°, more preferably 2 to 5°. preferable.
  • the diameter of the tool is 3 to 20 mm. By making the diameter of the tool 3 mm or more, breakage of the tool can be suppressed. Become. More preferably, the diameter of the tool is between 5 and 15 mm, most preferably between 8 and 12 mm.
  • the material to be welded is an aluminum material or an aluminum alloy material
  • the tool is made of tool steel.
  • an aluminum material or an aluminum alloy material as the material to be welded, press-fitting of a tool and friction stir welding can be easily performed.
  • the use of tool steel makes it possible to reduce the cost of the tool.
  • the materials to be welded are made of steel, and the tool is made of cemented carbide or ceramics.
  • Steel is the most widely used metal structural material, and a wide variety of metal structures can be obtained by using steel as the material to be treated or the material to be joined.
  • the shape of the tool used in the friction stir welding method of the present invention is simpler than conventional general tools. Therefore, it can be used as an inexpensive and long-life tool.
  • the friction stir welding method of the present invention it is preferable to dispose a burr suppressing jig on the outer edge of the tool.
  • the formation of burrs can be effectively suppressed by inclining the tool toward the retreating side.
  • a good stirring area can be formed even in the case where the tool has a burr
  • formation of burrs can be suppressed more reliably by arranging a burr suppressing jig on the outer edge of the tool.
  • the burr suppressing jig should be able to press the region where burrs are formed when the jig is not used and the vicinity thereof, and the shape, arrangement position, etc. of the jig may be appropriately adjusted.
  • the friction stir welding method of the present invention it is preferable to forcibly cool the advancing side of the tool press-fitted into the workpiece. If the tool is not provided with a shoulder, excessive heat generation on the advancing side will result in significant burr formation on the retreating side. On the other hand, the formation of burrs can be suppressed by appropriately forcibly cooling the advancing side. On the other hand, heating the retreating side can reduce the required tilt angle.
  • a smooth friction stir surface can be obtained, and a simple and efficient friction stir welding that can extend the tool life. can provide a method.
  • FIG. 1 is a schematic view of a conventional general friction stir welding tool
  • FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which an advance angle is given to the tool
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which the tool is given a retreating tilt angle in the present invention
  • 1 is a schematic diagram of a spherical crown tool that can be preferably used in the present invention
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a tapered tool suitable for use in the present invention
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an embodiment of the present invention using a spherical crown tool
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a tool steel tool used in Example 1.
  • FIG. 4 is an appearance photograph of each stirring part obtained in Example 1.
  • FIG. It is a profile of the stirrer surface shape obtained at the receding side inclination angles of 0° and 7°.
  • 4 is a schematic diagram of a tool steel tool used in Example 2.
  • FIG. 4 is an appearance photograph of a stirring part obtained in Example 2.
  • FIG. 10 is a photograph of the appearance of a joint obtained in Example 3 with a tool inclination angle on the retreating side of 7° and a tool advance angle of 1°.
  • 10 is an appearance photograph of a stirrer obtained in Example 3 with a tool advance angle of 1° and a retreating tool inclination angle of 3°, 5°, 7° and 9°.
  • 4 is an appearance photograph of the tool in Example 4 (before joining and after joining five times).
  • FIG. 4 is an appearance photograph of a stirring part obtained in Comparative Example 1.
  • FIG. 4 is a profile of the surface shape of the stirrer obtained in Comparative Example 1.
  • FIG. 4 is an appearance photograph of a joint obtained in Comparative Example 2.
  • the present invention relates to a friction stir welding method and a friction stir process method. Although the purposes of the friction stir welding and the friction stir process are different, the basic principle is the same.
  • the friction stir welding is (1) welding in which the ends of the metal plates are butted together to form a joint, and the metal plates are joined by rotating and moving the rotating tool along the longitudinal direction of the processed portion; (2) spot welding in which the ends of the metal plates are butted together to form a joint, and the rotating tool is rotated at the joint without moving and joined; (3) the metal plates are superimposed at the joint and joined (4) The metal plates are overlapped at the joint and the rotary tool is inserted into the joint.
  • Friction stir welding covers (1) and (4) and combinations thereof in which the tool is moved in the welding direction (process direction).
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of conventional general friction stir welding in this embodiment.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a conventional general friction stir welding tool.
  • One member to be welded 2 and the other member to be welded 4 are brought into contact with each other, and a rotated tool 6 is press-fitted into a region including the mating surfaces to generate frictional heat, thereby forming a material flow region around the press-fitted tool 6. form. Thereafter, a stir portion 8 is formed by moving the tool 6 along the butt line, and friction stir welding is achieved.
  • the side where the rotating direction and the moving direction of the tool 6 match is the advancing side (AS), and the opposite side is the retreating side (RS).
  • the conventional general tool 6 has a large-diameter body portion 10 and a probe portion 12 provided on the bottom surface of the body portion 10, as shown in FIG. Basically, it is the probe portion 12 that is press-fitted into the workpieces (2, 4), and breakage from the base of the probe portion 12 often ends the service life of the tool.
  • burrs are often formed on the retreating side, but the mechanism is such that the bottom surface (shoulder) of the main body 10 suppresses the formation of the burrs by holding down the material friction-stirred by the probe section 12. .
  • the material flow can be smoothed, and the formation of burrs can be suppressed as well as the tunnel-like defects and groove-like surface defects. .
  • the greatest feature is that the tool 6 is inclined backward. By inclining the tool 6 toward the retreating side, formation of burrs can be effectively suppressed regardless of the shape of the tool 6 .
  • the tip of the tool 6 shown in FIG. 5 has a spherical crown shape, so that the material flow required to form the stirring part 8 can be developed while reducing the resistance applied to the tool 6 during friction stirring. .
  • the life of the tool 6 can be efficiently extended.
  • the tip of the tool 6 shown in FIG. 6 has a conical shape, which reduces the resistance applied to the tool 6 during friction stirring and allows the material flow necessary for forming the stirring part 8 to develop. can be done.
  • the life of the tool 6 can be efficiently extended.
  • the tip of the tool 6 has a conical shape
  • the taper angle of the conical shape is not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the desired depth of the stirrer 8, the material of the materials to be welded (2, 4), friction stir welding conditions, and the like.
  • the diameter of the tool 6 is preferably 3 to 20 mm. By setting the diameter of the tool 6 to 3 mm or more, breakage of the tool 6 can be suppressed. Easier access. More preferably, the diameter of the tool 6 is between 5 and 15 mm, most preferably between 8 and 12 mm.
  • the tool 6 is made of tool steel.
  • an aluminum material or an aluminum alloy material for the materials to be welded (2, 4)
  • press-fitting of the tool 6 and friction stir welding can be easily performed.
  • the use of tool steel makes it possible to reduce the cost of the tool.
  • the material of the tool 6 includes, for example, cemented carbide, cermet, ceramics (silicon nitride, sialon, pc-BN, etc.), tungsten alloy, iridium alloy, and A cobalt alloy or the like can be used, but it is preferable to use cemented carbide or ceramics.
  • Steel is the most widely used metal structural material, and by using steel as the materials to be joined (2, 4), a wide variety of metal structures can be obtained.
  • the shape of the tool 6 used in the friction stir welding method of the present invention is different from that of conventional general tools. Its simplicity makes it an inexpensive and long-lasting tool.
  • FIG. 7 shows a schematic diagram of friction stir welding using the tool 6 with a crown-shaped tip shown in FIG.
  • the angle of inclination to the backward side is preferably 1 to 20°.
  • the burr suppression effect can be obtained by setting the tool inclination angle to the retreating side to 1° or more, and the burr suppression effect cannot be improved even if the angle is larger than 20°.
  • a more preferred angle of inclination is 3 to 15°, and the most preferred angle of inclination is 5 to 10°.
  • the advance angle to be set is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired, and a conventionally known angle may be provided, but it is preferably 0.5 to 7°, more preferably 2 to 5°. preferable.
  • a burr suppressing jig on the outer edge of the tool 6 .
  • the burr suppressing jig should be able to press the region where burrs are formed when the jig is not used and the vicinity thereof, and the shape, arrangement position, etc. of the jig may be appropriately adjusted.
  • excessive heat generation on the advancing side causes significant burr formation on the retreating side.
  • the formation of burrs can be suppressed by appropriately forcibly cooling the advancing side.
  • the method of forced cooling is not particularly limited, and cooling by injection of air or inert gas, water cooling, cooling by liquid nitrogen or liquid CO2 , etc. can be used. Cooling can be achieved. On the other hand, heating the retreating side can reduce the required tilt angle.
  • the friction stir welding apparatus for performing friction stir welding of the present invention is not particularly limited as long as the tool 6 can be tilted to the retreat side, and various conventionally known friction stir welding apparatuses can be used.
  • the control method of friction stir welding is not particularly limited, either, and position control, load control, torque control, etc. of the tool 6 can be used.
  • Friction stir welding was performed under constant position control with a tool rotation speed of 500 rpm, a moving speed (joining speed) of 100 mm/min, a tool advance angle of 3°, and a tool insertion amount of 3.3 mm.
  • the retreat side tool inclination angle was set to 0°, 3°, 5° °.
  • Fig. 9 shows the appearance of the surface of the stirring part obtained with the retreating tilt angles of 0°, 3°, 5° and 7°. It can be seen that the formation of burrs is suppressed as the receding side inclination angle increases, and that almost no burrs are formed in the case of 7°. Moreover, when the cross section of the stirring part was observed, no defect formation was observed.
  • FIG. 10 shows the profile of the surface shape in the cross section perpendicular to the joining line direction for the stirring part obtained with the receding side inclination angles of 0° and 7°. It can be confirmed that the amount of thinning of the stirring portion is reduced when the retreating side tilt angle is 7° compared to when the retreating side tilt angle is 0°. Since the burr is a material discharged from the friction-stirred region, the amount of burr discharged can be suppressed by providing the receding-side inclination angle, and a favorable stir portion with a small amount of thickness reduction is formed.
  • Friction stir welding was performed in the same manner as in Example 1 except that friction stir welding was performed using a tool steel tool having the shape shown in FIG. 11 .
  • FIG. 12 shows a photograph of the appearance of the stirrer obtained with the tool inclination angle to the retreating side of 7°.
  • photographs of the appearance of the stirrer obtained in Example 1 with the backward inclination angle of 7° are shown, and it was confirmed that the use of the tapered tool effectively suppressed the formation of burrs. can.
  • SPHC-P hot-rolled steel plate having a length of 300 mm, a width of 100 mm and a thickness of 5 mm was used as the material to be welded, and friction stir welding was performed using a cemented carbide tool having the shape shown in FIG.
  • Two hot-rolled steel plates were butted on a 300 mm ⁇ 5 mm surface, and a tool was press-fitted so that the abutment surface was the center of the tool.
  • Friction stir welding is performed under constant position control with a tool rotational speed of 700 rpm, a moving speed (welding speed) of 300 mm/min, a fixed tool advance angle of 3° or 1°, and a tool insertion amount of 3.5 mm. went.
  • the retreat side tool inclination angle was set to 3°, 5°, 7° °.
  • Argon gas was allowed to flow through the tool insertion region and its vicinity for the purpose of preventing oxidation.
  • Fig. 13 shows a photograph of the appearance of a joint obtained with a retreat side tool tilt angle of 7° and a tool advance angle of 1°. It can be seen that the formation of burrs is effectively suppressed by providing an appropriate retreat side tool inclination angle.
  • Fig. 14 shows photographs of the appearance of the stirring part obtained with the tool forward angle of 1° and the retreating side tool inclination angles of 3°, 5°, 7° and 9°. It can be seen that the size of the burr differs depending on the tilt angle of the tool on the retreating side, and that the formation of burrs is remarkably suppressed when the tilting angle on the retreating side is 7° and 9°.
  • SPHC-P hot-rolled steel plate having a length of 350 mm, a width of 150 mm and a thickness of 5 mm
  • the conditions for friction stir welding are a tool rotation speed of 700 rpm, a welding speed of 300 mm/min, an insertion amount of 3.5 mm, a tool forward angle of 1°, and a welding distance of 300 mm per time, a total of 5 times. was performed.
  • Fig. 15 shows photographs of the appearance of the tool before joining and after joining five times. The tool did not break during welding, and no change in the shape of the tool due to welding was observed from the outside. From the results, it can be seen that the friction stir welding of the present invention is a very useful welding method for friction stir welding of steel materials, in which tool life is a problem.
  • the surface shape of the tool was measured using a 3D shape measuring instrument (VR-3200, manufactured by Keyence Corporation).
  • the display resolution of the measuring instrument is 0.1 ⁇ m 2
  • the measurement accuracy is ⁇ 3 ⁇ m 3 for height measurement
  • 5 ⁇ m for width measurement.
  • the surface profile of the tool before bonding and after performing five bondings is shown in FIG. It can be seen that slight wear is confirmed at a position about 3 mm away from the top of the tool, but there is almost no wear near the tip of the tool.
  • Friction stir welding was performed in the same manner as in Example 1, except that the tool was inclined 7° toward the forward side. A photograph of the appearance of the obtained stirring part is shown in FIG. It can be seen that when the inclination of the tool is on the forward side, burrs are formed significantly on the backward side.
  • FIG. 18 shows the profile of the surface shape in the cross section perpendicular to the joining line direction of the stirring part obtained with the advancing side inclination angle of 7°.
  • the results of the stirrer when the receding side tilt angle is set to 7° and when only the forward angle of 3° is provided are also shown. It can be seen that when the inclination angle is provided on the advance side, the thickness reduction amount is increased compared to when only the advance angle is provided.
  • Friction stir welding was performed in the same manner as in Example 3, except that the advancing side tilt angle was set to 3° and the retreating side tilt angle was not provided. A photograph of the appearance of the obtained joint is shown in FIG. It can be seen that burrs are significantly formed on the retreating side when the retreating side inclination angle is not provided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

本発明は、局所的な摩擦攪拌接合が可能であることに加えて、平滑な摩擦攪拌表面が得られ、更に、ツールの長寿命化を図ることができる簡便かつ効率的な摩擦攪拌接合方法を提供する。本発明の摩擦攪拌接合方法は、所定の速度で回転させたツールの先端部を被接合材に圧入し、当該ツールを任意の接合方向に移動させることで攪拌部を形成し、当該ツールを接合方向に対して後退側に傾斜させること、を特徴とする。

Description

摩擦攪拌接合方法
　本発明は摩擦攪拌接合方法に関する。
　金属材の代表的な固相接合方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ：Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｓｔｉｒ　ｗｅｌｄｉｎｇ）が知られている。摩擦攪拌接合では、接合しようとする金属材を接合部において対向させ、回転ツールの先端に設けられたプローブを被接合部に挿入し、被接合界面に沿って回転ツールを回転させつつ移動させて、摩擦熱及び回転ツールの攪拌力により金属材を材料流動させることによって、２つの金属材を接合する。摩擦攪拌接合は接合中の最高到達温度が被接合材の融点に達せず、接合部における強度低下が従来の溶融溶接と比較して小さいのが特徴で、近年急速に実用化が進んでいる。
　しかしながら、摩擦攪拌接合は種々の優れた特性を有する一方で、被接合材よりも高強度なツールを圧入する必要があることに加えて、ツールに大きな応力が印加されるため、被接合材によってはツールのコスト及び寿命が大きな問題となる。
　また、従来一般的なツールはショルダ部（本体部）とプローブ部を有し、小径のプローブ部が被接合領域に圧入され、大径のショルダ部は円滑な材料流動に必要な摩擦発熱量の確保とバリを抑制する役割を担っている。当該構成を有するツールにおいては、ツールのサイズが主としてショルダ部によって決定され、小型化（細径化）することが困難である。その結果、摩擦攪拌領域を限定することが難しく、小型金属部材や複雑形状部材の接合等、摩擦攪拌領域が限定される場合等には、これに対応することができない。
　これに対し、特許文献１（特開２０１８－００１２６１号公報）では、基材および基材の少なくとも一部を被覆する被膜を備え、当該被膜は化合物を含み、当該化合物は、第１元素および第２元素を含有し、当該第１元素は、周期表第４族元素、周期表第５族元素、周期表第６族元素、アルミニウムおよび珪素からなる群より選択される少なくとも１種であり、当該第２元素は、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群より選択される少なくとも１種であり、当該被膜は粗面領域を含み、当該粗面領域は凹部を複数含み、当該凹部は粗面領域の平均面からの深さが０．５μｍ以上であり、粗面領域において、被膜は２μｍ以上１２μｍ以下の厚さを有する、摩擦攪拌接合ツール、が提案されている。
　上記特許文献１に記載の摩擦攪拌接合ツールにおいては、被膜が特定の化合物を含み、かつ特定の粗面領域を含む場合、当該粗面領域では、加工が繰り返されても、長期に亘って、適度な粗さが維持されることから、摩擦熱が効率的に発生する、とされている。また、その結果、接合時間が短縮され、１スポットあたりの被膜の摩耗量も減少し、摩擦攪拌接合ツールは長寿命になる、とされている。
　また、特許文献２（特開２０１８－０３９０２７号公報）では、一対の金属部材を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合方法であって、一対の金属部材を、前記摩擦攪拌接合による接合領域に含まれる端側面が向かい合うように固定する固定工程と、摩擦攪拌接合用の加工ツールがツール本体から突出して有するプローブを、当該ツール本体と共に回転させたまま端側面の上方の側から一対の金属部材に押し付けてから、回転したままのプローブを、接合領域における接合線に沿って一対の金属部材に対して相対的に移動させる摩擦攪拌接合工程とを有し、固定工程では、一対の金属部材の向かい合った端側面の少なくともツール本体の側を、接合線の少なくとも一部領域においてプローブの半径より短い距離だけ離間して、一対の金属部材を固定する摩擦攪拌接合方法、が提案されている。
　ここで、上記特許文献２では、摩擦攪拌接合中の金属材料は、プローブの回転に伴って発生した摩擦熱により軟化してプローブの付け根に存在し、プローブの付け根の側に存在する金属材料はプローブの付け根での蓄熱量の大小に影響する他、接合線に沿ったプローブの移動の妨げとなる、とされている。これに対し、上記特許文献２に記載の摩擦攪拌接合方法では、摩擦熱により軟化してプローブの付け根の側に存在する金属材料は、プローブの半径より短い距離での端側面の離間により、少量となる。よって、この形態の摩擦攪拌接合方法によれば、プローブの付け根での蓄熱量を小さくして、プローブの構成材の溶損を抑制できると共に、接合線に沿ったプローブの移動の妨げの軽減をもたらし得る。これらの結果、この形態の摩擦攪拌接合方法によれば、プローブの長寿命化をもたらし得る、とされている。
特開２０１８－００１２６１号公報 特開２０１８－０３９０２７号公報
　しかしながら、上記特許文献１に開示されている摩擦攪拌接合ツールでは、ツールの寿命が薄い皮膜の表面状態に律速されてしまうことに加えて、摩擦攪拌接合の被接合材は多種多様であり、普遍的なツール寿命の向上を達成することができない。更に、当該摩擦攪拌接合ツールはスポット接合を対象としており、点接合と比較して接合時間が不可避的に増加する線接合に対するツール寿命の向上を期待することができない。
　また、上記特許文献２に開示されている摩擦攪拌接合方法では、被接合材の短側面を正確に離間させる必要があり、接合工程が複雑になるだけでなく、接合コストも増加してしまう。加えて、当該離間により、欠陥のない良好な攪拌部を得ることができる適切接合条件が大幅に制限されてしまう。
　更に、上記特許文献１に開示されている摩擦攪拌接合用ツール及び上記特許文献２に開示されている摩擦攪拌接合方法においては、従来一般的な形状のツールが使用されており、摩擦攪拌領域の極小化については全く検討されていない。
　以上のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の目的は、局所的な摩擦攪拌接合が可能であることに加えて、平滑な摩擦攪拌表面が得られ、更に、ツールの長寿命化を図ることができる簡便かつ効率的な摩擦攪拌接合方法を提供することにある。
　本発明者は上記目的を達成すべく、摩擦攪拌接合に用いるツール形状及び摩擦攪拌接合条件について鋭意研究を重ねた結果、ツールを接合方向に対して後退側に傾斜させた状態で移動させること等が極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。ここで、摩擦攪拌接合においては、ツールの回転方向と進行方向が一致する側が前進側（ＡＳ：Ａｄｖａｎｃｉｎｇ　Ｓｉｄｅ）、逆になる側が後退側（ＲＳ：Ｒｅｔｒｅａｔｉｎｇ　Ｓｉｄｅ）と称呼されている。
　即ち、本発明は、
　所定の速度で回転させたツールの先端部を被接合材に圧入し、
　前記ツールを任意の接合方向に移動させることで攪拌部を形成し、
　前記移動の際に前記ツールを前記接合方向に対して後退側に傾斜させること、
　を特徴とする摩擦攪拌接合方法、を提供する。
　摩擦攪拌接合においては、接合方向に対してツールに前進角を設けることで、ツールの周囲に形成される材料流動が円滑化され、無欠陥継手が得られる適切接合条件範囲（ツール回転速度及び接合速度等）が拡大することが知られている。これに対し、本発明の摩擦攪拌接合方法においては、ツールを後退側に傾斜させて摩擦攪拌することが最大の特徴となっている。ツールを後退側に傾斜させることでバリの形成を効果的に抑制することができ、例えば、ショルダ部を有していない単純形状（棒状）のツールを用いた場合であっても、良好な攪拌領域を形成することができる。ここで、「後退側への傾斜」は被接合材の表面に対してツールを傾斜させてもよく、ツールに対して被接合材の表面を傾斜させてもよい。また、本発明は接合に限られず、摩擦攪拌接合の原理をそのまま表面改質に利用する摩擦攪拌プロセスにも適用することができる。
　ツールを後退側に傾斜させて摩擦攪拌することでバリの形成が抑制される理由については必ずしも明らかにはなっていないが、前進側と後退側において被接合材に当接するツール表面積の変化に起因していると考えられる。より具体的には、ツールを後退側に傾斜させると、前進側のツール表面積は低下し、後退側のツール表面積は増加する。従来一般的な摩擦攪拌接合では後退側にバリが形成されるが、本発明の摩擦攪拌接合方法においては、後退側におけるツール表面積の増加に伴って当該領域における摩擦発熱量が増大し、材料流動が促進されることでバリの形成が抑制されるものと考えられる。
　本発明の摩擦攪拌接合方法においては、前記ツールがショルダ部を有していないこと、が好ましい。ショルダ部を有していないツール（即ち、プローブ部のみのツール）を用いることで、ツールを細径化することができ、被接合領域が狭い場合であっても摩擦攪拌することができる。一方で、プローブ部としては、従来一般的なツールと比較して太径化することができるため、ツールの破断を効果的に抑制することができる。
　また、本発明の摩擦攪拌接合方法においては、前記先端部を球冠状又は円錐状とすること、が好ましい。被接合領域に圧入するツールの先端部を球冠状又は円錐状とすることで、摩擦攪拌時にツールに印加される抵抗を低減しつつ、攪拌部を形成するために必要な材料流動を発現させることができる。その結果、ツールを効率的に長寿命化することができる。
　また、本発明の摩擦攪拌接合方法においては、前記傾斜の角度を１～２０°とすること、が好ましい。後退側へのツール傾斜角度を１°以上とすることで、バリの抑制効果を得ることができ、当該角度を２０°より大きくしてもバリの抑制効果を向上させることはできない。
　また、本発明の摩擦攪拌接合方法においては、前記ツールに前進角を設けること、が好ましい。ツールを後退側へ傾斜させることに加えて、前進角を設けることで、適切接合条件の拡大等、従来公知の前進角の付与による作用効果を得ることができる。設定する前進角は本発明効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、従来公知の角度を設ければよいが、０．５～７°とすることが好ましく、２～５°とすることがより好ましい。
　また、本発明の摩擦攪拌接合方法においては、前記ツールの直径を３～２０ｍｍとすること、が好ましい。ツールの直径を３ｍｍ以上とすることで、ツールの破断を抑制することができ、２０ｍｍ以下とすることで、局所的に攪拌領域を形成できることに加え、被処理領域へのツールのアクセスが容易となる。ツールの直径は５～１５ｍｍとすることがより好ましく、８～１２ｍｍとすることが最も好ましい。
　また、本発明の摩擦攪拌接合方法においては、前記被接合材をアルミニウム材又はアルミニウム合金材とし、前記ツールを工具鋼製とすること、が好ましい。被接合材をアルミニウム材又はアルミニウム合金材とすることで、ツールの圧入及び摩擦攪拌を容易に行うことができる。また、アルミニウム材又はアルミニウム合金材の摩擦攪拌は工具鋼製ツールで十分に実施できることに加え、工具鋼製とすることで安価なツールとすることができる。
　また、本発明の摩擦攪拌接合方法においては、前記被接合材を鋼材とし、前記ツールを超硬合金製又はセラミックス製とすること、が好ましい。鋼材は最も大量に使用されている金属構造材であり、被処理材又は被接合材を鋼材とすることで、多種多様な金属構造物を得ることができる。また、超硬合金製又はセラミックス製のツールを用いることで、鋼材への摩擦攪拌を達成できることに加え、本発明の摩擦攪拌接合方法で用いるツール形状は従来一般的なツールと比較して単純であることから、安価かつ長寿命なツールとすることができる。
　また、本発明の摩擦攪拌接合方法においては、前記ツールの外縁にバリ抑え治具を配置すること、が好ましい。本発明の摩擦攪拌接合方法においては、ツールを後退側に傾斜させることでバリの形成を効果的に抑制することができ、例えば、ショルダ部を有していない単純形状（棒状）のツールを用いた場合であっても、良好な攪拌領域を形成することができるが、ツールの外縁にバリ抑え治具を配置することで、より確実にバリの形成を抑制することができる。バリ抑え治具は、当該治具を用いない場合にバリが形成される領域及びその近傍を押圧できればよく、その形状及び配置位置等は適宜調整すればよい。
　更に、本発明の摩擦攪拌接合方法においては、前記被接合材に圧入した前記ツールの前進側を強制冷却すること、が好ましい。ツールにショルダ部を設けない場合、前進側での発熱が過剰になると後退側でのバリの形成が顕著になる。これに対し、前進側を適当に強制冷却することで、バリの形成を抑制することができる。一方、後退側を加熱すれば、必要な傾斜角を減少させることができる。
　本発明によれば、局所的な摩擦攪拌接合が可能であることに加えて、平滑な摩擦攪拌表面が得られ、更に、ツールの長寿命化を図ることができる簡便かつ効率的な摩擦攪拌接合方法を提供することができる。
従来一般的な摩擦攪拌接合の模式図である。 従来一般的な摩擦攪拌接合用ツールの概略図である。 ツールに前進角を付与した状態を示す概略図である。 本発明においてツールに後退側傾斜角を付与した状態を示す概略図である。 本発明において好適に使用することができる球冠状ツールの概略図である。 本発明において好適に使用することができるテーパー状ツールの概略図である。 球冠状ツールを用いた本発明の実施態様の一例を示す模式図である。 実施例１で用いた工具鋼製ツールの概略図である。 実施例１で得られた各攪拌部の外観写真である。 後退側傾斜角０°及び７°で得られた攪拌部表面形状のプロファイルである。 実施例２で用いた工具鋼製ツールの概略図である。 実施例２で得られた攪拌部の外観写真である。 実施例３で後退側ツール傾斜角を７°、ツール前進角を１°として得られた継手の外観写真である。 実施例３でツール前進角を１°とし、後退側ツール傾斜角を３°、５°、７°及び９°として得られた攪拌部の外観写真である。 実施例４におけるツールの外観写真である（接合前と５回の接合を実施した後）。 実施例４におけるツールの表面プロファイルである（接合前と５回の接合を実施した後）。 比較例１で得られた攪拌部の外観写真である。 比較例１で得られた攪拌部表面形状のプロファイルである。 比較例２で得られた継手の外観写真である。
　以下、図面を参照しながら本発明の摩擦攪拌接合方法の代表的な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであるから、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。
　本発明は摩擦攪拌接合方法及び摩擦攪拌プロセス方法に関するものであり、摩擦攪拌接合と摩擦攪拌プロセスは目的が異なるものの、基本的な原理は同じである。
　ここで、摩擦攪拌接合は、（１）金属板の端部同士を突き合わせて接合部とし、回転ツールをその加工部の長手方向に沿って回転させつつ移動させて金属板同士を接合する接合、（２）金属板の端部同士を突き合わせて接合部とし、回転ツールをその接合部で移動させずに回転させて接合するスポット接合、（３）金属板同士を接合部において重ね合わせ、接合部に回転ツールを挿入し、回転ツールをその箇所で移動させずに回転させて金属板同士を接合するスポット接合、（４）金属板同士を接合部において重ね合わせ、接合部に回転ツールを挿入し、回転ツールをその接合部の長手方向に沿って回転させつつ移動させて金属板同士を接合する接合の（１）～（４）の４つの態様およびこれらの組み合わせが存在するが、本発明の摩擦攪拌接合はツールを接合方法（処理方向）に移動させる（１）及び（４）およびこれらの組合せを対象としている。
　以下、代表的な態様として、「（１）金属板の端部同士を突き合わせて接合部とし、回転ツールをその加工部の長手方向に沿って回転させつつ移動させて金属板同士を接合する接合」について詳細に説明する。図１に、当該態様における従来一般的な摩擦攪拌接合の模式図を示す。また、従来一般的な摩擦攪拌接合用ツールの概略図を図２に示す。
　一方の被接合材２と他方の被接合材４を突合せ、当該突合せ面を含む領域に回転させたツール６を圧入することで摩擦熱を発生させ、圧入したツール６の周囲に材料流動領域を形成させる。その後、ツール６を突合せ線に沿って移動させることで攪拌部８が形成され、摩擦攪拌接合が達成される。ここで、ツール６の回転方向と移動方向が一致する側が前進側（ＡＳ：Ａｄｖａｎｃｉｎｇ　Ｓｉｄｅ）、逆になる側が後退側（ＲＳ：Ｒｅｔｒｅａｔｉｎｇ　Ｓｉｄｅ）となる。
　ここで、従来一般的なツール６は、図２に示すように、大径の本体部１０と本体部１０の底面に設けられたプローブ部１２を有している。基本的に被接合材（２，４）に圧入されるのはプローブ部１２であり、プローブ部１２の根元からの破断により、ツール寿命となることが多い。
　また、バリは後退側に形成されることが多いが、プローブ部１２で摩擦攪拌された材料を本体部１０の底面（ショルダ）によって抑え込むことで、当該バリの形成を抑制する機構となっている。また、図３に示すようにツール６に前進角を設けることで材料流動を円滑化することができ、トンネル状の欠陥や溝状の表面欠陥を抑制すると共にバリの形成を抑制することができる。
　これに対し、本発明の摩擦攪拌接合方法においては、図４に示すように、ツール６を後退側に傾斜させることを最大の特徴としている。ツール６を後退側に傾斜させることで、ツール６の形状に依らず、バリの形成を効果的に抑制することができる。
　また、ツール６を後退側に傾斜させることでバリの形成を抑制できることから、本体部１０（ショルダ）とプローブ部１２を個別に設ける必要がない。よって、本発明の摩擦攪拌接合方法においては、図５及び図６に示すような形状のツールを用いることが好ましい。ショルダを有していないツール（即ち、プローブ部１２のみのツール）を用いることで、ツール６を細径化することができ、被接合領域が狭い場合であっても摩擦攪拌することができる。一方で、プローブ部１２としては、従来一般的なツール６と比較して太径化することができるため、ツール６の破断を効果的に抑制することができる。
　図５に示すツール６は先端部が球冠状となっており、摩擦攪拌時にツール６に印加される抵抗を低減しつつ、攪拌部８を形成するために必要な材料流動を発現させることができる。その結果、ツール６を効率的に長寿命化することができる。また、図６に示すツール６は先端部が円錐状となっており、摩擦攪拌時にツール６に印加される抵抗を低減しつつ、攪拌部８を形成するために必要な材料流動を発現させることができる。その結果、ツール６を効率的に長寿命化することができる。ここで、ツール寿命を優先する場合はツール６の先端部を球冠状とし、バリ形成の抑制を優先する場合はツール６の先端部を円錐状とすることが好ましい。
　ツール６の先端部を円錐状とする場合、ツール６の圧入時や移動時における破損を抑制するために、最先端部には適当な曲面を設けることが好ましい。また、円錐形状のテーパー角は特に限定されず、所望の攪拌部８の深さ、被接合材（２，４）の材質及び摩擦攪拌接合条件等に応じて適宜調整すればよい。
　また、ツール６の直径は３～２０ｍｍとすることが好ましい。ツール６の直径を３ｍｍ以上とすることで、ツール６の破断を抑制することができ、２０ｍｍ以下とすることで、局所的に攪拌部８を形成できることに加え、被処理領域へのツール６のアクセスが容易となる。ツール６の直径は５～１５ｍｍとすることがより好ましく、８～１２ｍｍとすることが最も好ましい。
　また、被接合材（２，４）をアルミニウム材又はアルミニウム合金材とする場合、ツール６を工具鋼製とすることが好ましい。被接合材（２，４）をアルミニウム材又はアルミニウム合金材とすることで、ツール６の圧入及び摩擦攪拌を容易に行うことができる。また、アルミニウム材又はアルミニウム合金材の摩擦攪拌は工具鋼製ツールで十分に実施できることに加え、工具鋼製とすることで安価なツールとすることができる。
　また、被接合材（２，４）を鋼材とする場合、ツール６の材質には、例えば、超硬合金、サーメット、セラミックス（窒化ケイ素、サイアロン及びｐｃ－ＢＮ等）、タングステン合金、イリジウム合金及びコバルト合金等を用いることができるが、超硬合金製又はセラミックス製とすることが好ましい。鋼材は最も大量に使用されている金属構造材であり、被接合材（２，４）を鋼材とすることで、多種多様な金属構造物を得ることができる。また、超硬合金製又はセラミックス製のツールを用いることで、鋼材への摩擦攪拌を達成できることに加え、本発明の摩擦攪拌接合方法で用いるツール６の形状は従来一般的なツールと比較して単純であることから、安価かつ長寿命なツールとすることができる。
　図５に示す先端部が球冠状のツール６を用いた摩擦攪拌接合の模式図を図７に示す。ツール６には材料流動を抑え込むショルダが存在しないが、ツール６を後退側に傾斜させた状態で接合方向に移動させることで、バリの形成を効果的に抑制することができる。後退側への傾斜の角度は１～２０°とすることが好ましい。後退側へのツール傾斜角度を１°以上とすることで、バリの抑制効果を得ることができ、当該角度を２０°より大きくしてもバリの抑制効果を向上させることはできない。より好ましい傾斜角度は３～１５°であり、最も好ましい傾斜角度は５～１０°である。
　図７に示す状態において、ツール６への前進角の付与は必ずしも必要ではないが、適当な前進角を設けることで、材料流動をより円滑化することができる。設定する前進角は本発明効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、従来公知の角度を設ければよいが、０．５～７°とすることが好ましく、２～５°とすることがより好ましい。
　また、ツール６の外縁にバリ抑え治具を配置することが好ましい。ツール６を後退側に傾斜させることでバリの形成を効果的に抑制することができ、例えば、ショルダ部を有していない単純形状（棒状）のツール６を用いた場合であっても、良好な攪拌部８を形成することができるが、ツール６の外縁にバリ抑え治具を配置することで、より確実にバリの形成を抑制することができる。バリ抑え治具は、当該治具を用いない場合にバリが形成される領域及びその近傍を押圧できればよく、その形状及び配置位置等は適宜調整すればよい。
　更に、被接合材（２，４）に圧入したツール６の前進側を強制冷却することが好ましい。ツール６にショルダ部を設けない場合、前進側での発熱が過剰になると後退側でのバリの形成が顕著になる。これに対し、前進側を適当に強制冷却することで、バリの形成を抑制することができる。強制冷却の方法は特に限定されず、空気や不活性ガスの噴射による冷却、水冷、液体窒素や液体ＣＯ２による冷却等を用いることができるが、液体ＣＯ２を用いることで、最も効率的に冷却を達成することができる。一方、後退側を加熱すれば、必要な傾斜角を減少させることができる。
　なお、本発明の摩擦攪拌接合を行うための摩擦攪拌接合装置は、ツール６を後退側に傾斜させることができる限りにおいて特に限定されず、従来公知の種々の摩擦攪拌接合装置を用いることができる。摩擦攪拌接合の制御方法も特に限定されず、ツール６の位置制御、荷重制御及びトルク制御等を用いることができる。
　以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それら設計変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。
≪実施例１≫
　被接合材として長さ３００ｍｍ、幅１００ｍｍ及び厚さ５ｍｍのアルミニウム合金板（Ａ６０６１－Ｔ６）を用い、図８に示す形状の工具鋼製ツールを用いて摩擦攪拌接合を施した。２枚のアルミニウム合金板を３００ｍｍ×５ｍｍの面で突合せ、当該突合せ面がツールの中心となるようにツールを圧入した。
　ツールの回転速度を５００ｒｐｍ、移動速度（接合速度）を１００ｍｍ／ｍｉｎ、ツール前進角を３°で固定し、ツールの挿入量を３．３ｍｍとする位置一定制御にて摩擦攪拌接合を行った。また、バリの抑制及び攪拌部の表面状態に及ぼす後退側へのツール傾斜（後退側ツール傾斜角）の影響を明らかにするため、後退側ツール傾斜角を０°、３°、５°及び７°と変化させた。
　後退側傾斜角を０°、３°、５°及び７°として得られた攪拌部の表面外観を図９に示す。後退側傾斜角の増加に伴ってバリの形成が抑制されており、７°の場合には殆どバリが形成していないことが分かる。また、攪拌部の断面観察を行ったところ、欠陥の形成は認められなかった。
　後退側傾斜角を０°及び７°として得られた攪拌部について、接合線方向に垂直な断面における表面形状のプロファイルを図１０に示す。後退側傾斜角７°の場合、後退側傾斜角０°の場合と比較して、攪拌部の減肉量が減少していることが確認できる。バリは摩擦攪拌された領域から排出された材料であるため、後退側傾斜角を設けることによって当該排出量を抑制でき、減肉量の少ない良好な攪拌部が形成されている。
《実施例２》
　図１１に示す形状の工具鋼製ツールを用いて摩擦攪拌接合を施したこと以外は実施例１と同様にして、摩擦攪拌接合を行った。後退側へのツール傾斜角を７°として得られた攪拌部の外観写真を図１２に示す。比較として実施例１で後退側傾斜角を７°として得られた攪拌部の外観写真を並べているが、テーパー形状ツールを用いることで、バリの形成がより効果的に抑制されていることが確認できる。
《実施例３》
　被接合材として長さ３００ｍｍ、幅１００ｍｍ及び厚さ５ｍｍの熱間圧延鋼板（ＳＰＨＣ－Ｐ）を用い、図８に示す形状の超硬合金製ツールを用いて摩擦攪拌接合を施した。２枚の熱間圧延鋼板を３００ｍｍ×５ｍｍの面で突合せ、当該突合せ面がツールの中心となるようにツールを圧入した。
　ツールの回転速度を７００ｒｐｍ、移動速度（接合速度）を３００ｍｍ／ｍｉｎ、ツール前進角を３°又は１°で固定し、ツールの挿入量を３．５ｍｍとする位置一定制御にて摩擦攪拌接合を行った。また、バリの抑制及び攪拌部の表面状態に及ぼす後退側へのツール傾斜（後退側ツール傾斜角）の影響を明らかにするため、後退側ツール傾斜角を３°、５°、７°及び９°と変化させた。なお、ツール挿入領域及びその近傍は、酸化防止を目的としてアルゴンガスをフローさせた。
　後退側ツール傾斜角を７°、ツール前進角を１°として得られた継手の外観写真を図１３に示す。適当な後退側ツール傾斜角を設けることで、バリの形成が効果的に抑制されていることが分かる。
　ツール前進角を１°とし、後退側ツール傾斜角を３°、５°、７°及び９°として得られた攪拌部の外観写真を図１４に示す。後退側ツール傾斜角によってバリの大きさが異なっており、後退側傾斜角が７°及び９°の場合において、バリの形成が顕著に抑制されていることが分かる。
《実施例４》
　被接合材として長さ３５０ｍｍ、幅１５０ｍｍ及び厚さ５ｍｍの熱間圧延鋼板（ＳＰＨＣ－Ｐ）を用い、図８に示す形状の超硬合金製ツールを用いて摩擦攪拌接合を施した。熱間圧延鋼板の板幅中心にツールを圧入し、板幅中心線に沿ってツールを移動させるスターインプレートを実施した。
　摩擦攪拌接合の条件は、ツールの回転速度を７００ｒｐｍ、接合速度を３００ｍｍ／ｍｉｎ、挿入量を３．５ｍｍ、ツールの前進角を１°とし、１回あたりの接合距離を３００ｍｍとして、合計５回の接合を実施した。
　接合前と５回の接合を実施した後のツールの外観写真を図１５に示す。接合中にツールが折損等することはなく、外観からは接合によるツール形状の変化は確認されない。当該結果より、ツール寿命が問題となっている鋼材の摩擦攪拌接合に関して、本発明の摩擦攪拌接合は極めて有用な接合方法であることが分かる。
　接合前後のツール形状の変化を調べるために３Ｄ形状測定器（株式会社キーエンス製，ＶＲ－３２００）を用いてツールの表面形状を測定した。測定器の表示分解能は０．１μｍ２、測定精度は高さ測定で±３μｍ３、幅測定で５μｍである。接合前と５回の接合を実施した後のツールの表面プロファイルを図１６に示す。ツールの頂点から３ｍｍ程度離れた位置において、僅かな摩耗が確認されるがツール先端付近はほとんど摩耗していないことが分かる。
《比較例１》
　ツールを前進側に７°傾斜させたこと以外は実施例１と同様にして、摩擦攪拌接合を行った。得られた攪拌部の外観写真を図１７に示す。ツールの傾斜を前進側とした場合、後退側に顕著にバリが形成されることが分かる。
　前進側傾斜角を７°として得られた攪拌部について、接合線方向に垂直な断面における表面形状のプロファイルを図１８に示す。また、比較として、後退側傾斜角を７°とした場合及び３°の前進角のみを付与した場合の攪拌部の結果も合わせて示す。前進側に傾斜角を設けた場合、前進角のみを付与した場合と比較しても減肉量が増加していることが分かる。
《比較例２》
　前進側傾斜角を３°とし、後退側傾斜角を設けなかったこと以外は実施例３と同様にして、摩擦攪拌接合を行った。得られた継手の外観写真を図１９に示す。後退側傾斜角を設けない場合、後退側に顕著にバリが形成されることが分かる。
２・・・一方の被接合材、
４・・・他方の被接合材、
６・・・ツール、
８・・・攪拌部、
１０・・・本体部、
１２・・・プローブ部。

Claims (10)

  1. 　所定の速度で回転させたツールの先端部を被接合材に圧入し、
    　前記ツールを任意の接合方向に移動させることで攪拌部を形成し、
    　前記移動の際に前記ツールを前記接合方向に対して後退側に傾斜させること、
    　を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
  2. 　前記ツールがショルダ部を有していないこと、
    　を特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法。
  3. 　前記先端部を球冠状又は円錐状とすること、
    　を特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦攪拌接合方法。
  4. 　前記傾斜の角度を１～２０°とすること、
    　を特徴とする請求項１～３のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合方法。
  5. 　前記ツールに前進角を設けること、
    　を特徴とする請求項１～４のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合方法。
  6. 　前記ツールの直径を３～２０ｍｍとすること、
    　を特徴とする請求項１～５のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合方法。
  7. 　前記被接合材をアルミニウム材又はアルミニウム合金材とし、
    　前記ツールを工具鋼製とすること、
    　を特徴とする請求項１～６のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合方法。
  8. 　前記被接合材を鋼材とし、
    　前記ツールを超硬合金製又はセラミックス製とすること、
    　を特徴とする請求項１～６のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合方法。
  9. 　前記ツールの外縁にバリ抑え治具を配置すること、
    　を特徴とする請求項１～８のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合方法。
  10. 　前記被接合材に圧入した前記ツールの前進側を強制冷却すること、
    　を特徴とする請求項１～９のうちにいずれかに記載の摩擦攪拌接合方法。
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