專(zhuān)利名稱(chēng)：用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，更具體地說(shuō)，涉及搭接接合兩個(gè) 金屬制成的待接合構(gòu)件時(shí)使用的摩擦攪拌焊接裝置。
背景技術(shù)：
過(guò)去，提出了各種用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，作為搭接并接合兩個(gè)待接 合構(gòu)件的裝置(例如，參照專(zhuān)利文件1和專(zhuān)利文件2)。圖8示出了一種用于搭接接頭的傳統(tǒng)摩擦攪拌焊接裝置的示例。如圖8所示，用 于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置21接合一對(duì)搭接起來(lái)的待焊接構(gòu)件22、23。該裝置21包 括具有肩部25的轉(zhuǎn)子M ；和設(shè)置成從肩部25伸出的柱狀探頭26。探頭沈形成得直徑小 于轉(zhuǎn)子M直徑，并且與轉(zhuǎn)子M中軸線C同心設(shè)置。當(dāng)一對(duì)構(gòu)件22、23搭接結(jié)合時(shí)，在圍繞轉(zhuǎn)子M中軸線C沿著箭頭R方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子 24的同時(shí)，用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置21壓靠搭接構(gòu)件22、23中待焊接的上構(gòu)件 22的表面，并沿著預(yù)定接合線(未示出)移動(dòng)。這樣，待接合構(gòu)件22、23在包圍探頭的區(qū)域 內(nèi)軟化，并且軟化的構(gòu)件22、23被攪拌且塑性流動(dòng)。結(jié)果是沿著預(yù)定接合線形成接頭27。圖9是利用用于搭接接頭的傳統(tǒng)摩擦攪拌焊接裝置形成的接頭的顯微照片。如圖 9(b)至9(d)所示，在用于搭接接頭的傳統(tǒng)摩擦攪拌焊接裝置21中，問(wèn)題是難于讓軟化的待 接合構(gòu)件22、23在包圍探頭沈的區(qū)域內(nèi)上下流動(dòng)，因此在包圍探頭沈末梢^a的區(qū)域內(nèi) 容易形成空隙缺陷。進(jìn)而，在現(xiàn)有技術(shù)中，為了解決空隙缺陷問(wèn)題，提出一種用于搭接接頭的摩擦攪拌 焊接裝置。圖10示出了用于搭接接頭的傳統(tǒng)摩擦攪拌焊接裝置的另一個(gè)示例。在圖10所示 用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置31中，螺旋凹槽37形成在探頭36周邊表面上，從探頭 36末梢36a延伸到轉(zhuǎn)子34的肩部35。在如圖10所示的這種用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置中，軟化的待接合構(gòu)件 22,23因存在螺旋凹槽37而在包圍探頭36的區(qū)域內(nèi)上下流動(dòng)，從而能防止在包圍探頭36 末梢36a的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)空隙缺陷。專(zhuān)利文件1 日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)文件2002-35962專(zhuān)利文件2 日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)文件2002-3596
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題但是，在上述構(gòu)造中，待接合構(gòu)件32、33在待接合構(gòu)件32、33之間的邊界面38附 近區(qū)域內(nèi)上下流動(dòng)增大，所以軟化的待接合構(gòu)件流動(dòng)，從而在向下流動(dòng)時(shí)向上卷曲起來(lái)，如 圖10所示。因此，如圖11所示，氧化膜在待接合構(gòu)件32、33之間的邊界面38處以向上卷 曲的狀態(tài)保留下來(lái)。
氧化膜是粘結(jié)力較弱的部位，如果氧化膜以向上卷曲的狀態(tài)保留下來(lái)，如圖12所 示，則上構(gòu)件32的實(shí)際板厚tl將小于其原始板厚t0，由此導(dǎo)致待接合構(gòu)件32、33的接頭強(qiáng) 度降低。例如，在如圖12所示的情況下，平行于各構(gòu)件32、33之間的邊界面38的相反的力 (沿著拉伸剪切方向)作用時(shí)，會(huì)存在傾向于在殘留氧化膜39上出現(xiàn)裂紋的問(wèn)題。本發(fā)明考慮到上述情形并且設(shè)定的目標(biāo)是提供一種用于搭接接頭的摩擦攪拌焊 接裝置，該裝置通過(guò)抑制氧化膜向上卷曲，可以防止一對(duì)待接合構(gòu)件之間的接頭強(qiáng)度降低。解決該問(wèn)題的手段為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接 裝置，該裝置設(shè)置有具有肩部的轉(zhuǎn)子和探頭，所述探頭設(shè)置成從轉(zhuǎn)子的肩部伸出并且與轉(zhuǎn) 子中軸線同心設(shè)置，螺旋凹槽形成在探頭周邊表面上，從探頭末梢向所述肩部延伸，凹槽深 度形成為從探頭末梢向所述肩部逐漸減小。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)探頭插入一對(duì)待接合搭接構(gòu)件時(shí)，螺旋凹槽從探頭末梢延伸到超 過(guò)該對(duì)待接合構(gòu)件的搭接平面的位置。根據(jù)本發(fā)明，通道形(channel-shaped)的凹槽設(shè)置在探頭周邊表面上，沿著探頭 中軸線方向從探頭末梢延伸。而且，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)所述探頭插入一對(duì)待接合的搭接構(gòu)件時(shí)，通道形的凹槽從探 頭末梢延伸到超過(guò)該對(duì)待接合構(gòu)件的搭接平面的位置。本發(fā)明的有益效果
由于本發(fā)明是一種用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，該裝置設(shè)置有具有肩部的 轉(zhuǎn)子和探頭，所述探頭設(shè)置成從轉(zhuǎn)子的肩部伸出并且與轉(zhuǎn)子中軸線同心設(shè)置，螺旋凹槽形 成在探頭周邊表面上，從探頭末梢向所述肩部延伸，凹槽深度形成為從探頭末梢向所述肩 部逐漸減小，所以因螺旋凹槽而發(fā)生的待接合構(gòu)件上下流動(dòng)向著所述肩部逐漸減小。因此， 由于在待接合構(gòu)件之間的邊界面附近區(qū)域內(nèi)接頭上下流動(dòng)較之圖10所示設(shè)置有螺旋凹槽 的現(xiàn)有技術(shù)較小，所以可以防止氧化膜以向上卷曲的狀態(tài)保留在待接合構(gòu)件之間的邊界面 處。因此，所述一對(duì)待接合構(gòu)件的接頭強(qiáng)度不會(huì)降低。由于根據(jù)本發(fā)明的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，在所述探頭插入一對(duì)待接 合搭接構(gòu)件時(shí)，螺旋凹槽從探頭末梢延伸到超過(guò)所述對(duì)待接合構(gòu)件的搭接平面的位置，所 以待接合構(gòu)件在待接合構(gòu)件的邊界面附近區(qū)域內(nèi)的上下流動(dòng)被抑制到在待接合構(gòu)件之間 的邊界面處氧化膜不向上卷曲的程度。因此，可以防止因待接合構(gòu)件上下流動(dòng)而在探頭末 梢附近區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)空隙缺陷，而且還能防止氧化膜在待接合構(gòu)件之間的邊界面處向上卷 曲ο此外，由于根據(jù)用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，通道形的凹槽設(shè)置在探頭的 周邊表面上，沿著探頭中軸線方向從探頭末梢延伸，所以當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以借助探頭周邊 表面上的凹陷和凸起使得待接合構(gòu)件在包圍探頭的區(qū)域內(nèi)沿著水平方向(垂直于探頭中 軸線的方向)流動(dòng)。如此一來(lái)，由于待接合構(gòu)件因存在螺旋凹槽而發(fā)生的上下流動(dòng)受到抑 制，所以可以有效防止氧化膜在待接合構(gòu)件之間的邊界面處向上卷曲。此外，由于根據(jù)本發(fā)明的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，在探頭插入所述一 對(duì)待接合搭接構(gòu)件時(shí)，所述通道形的凹槽從探頭末梢延伸到超過(guò)所述一對(duì)待接合構(gòu)件的搭 接平面的位置，所以在待接合構(gòu)件之間的邊界面附近區(qū)域內(nèi)的水平方向流動(dòng)變大，并且可以更為有效地抑制待接合構(gòu)件之間的邊界面附近區(qū)域內(nèi)的上下流動(dòng)。結(jié)果是可以有效防止 氧化膜在待接合構(gòu)件之間的邊界面處向上卷曲。


圖1是符合本發(fā)明第一實(shí)施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的側(cè)視圖；圖2是符合本發(fā)明第一實(shí)施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的探頭的 放大側(cè)視圖；圖3是圖1所示用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置從下方觀察的視圖；圖4是符合本發(fā)明第二實(shí)施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的側(cè)視圖；圖5是符合本發(fā)明第二實(shí)施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的探頭的 放大側(cè)視圖；圖6是圖4所示用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置從下方觀察的視圖；圖7是利用符合本發(fā)明第二實(shí)施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置形成 的接頭的顯微照片；圖8是用于搭接接頭的傳統(tǒng)摩擦攪拌焊接裝置的側(cè)視圖；圖9是利用圖8所示用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置形成的接頭的顯微照片， 9(a)是示出總體接頭(放大率6x)的顯微照片，9(b)至9(d)是示出出現(xiàn)在探頭末梢附近 區(qū)域內(nèi)的空隙缺陷的顯微照片(放大率400x)。圖10是用于搭接接頭的不同摩擦攪拌焊接裝置的側(cè)視圖；圖11是利用圖10所示用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置形成的接頭的顯微照 片，11(a)是示出總體接頭(放大率6x)的顯微照片，11(b)是示出氧化膜在行進(jìn)一側(cè)向上 卷曲的顯微照片(放大率2 )，而11(c)是示出氧化膜在后退一側(cè)向上卷曲的顯微照片 (放大率:25x)；圖12是利用圖10所示用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置形成的接頭的截面圖。附圖標(biāo)記1 用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置2、3待接合構(gòu)件4轉(zhuǎn)子5探頭5a探頭末梢6肩部7凹槽8待接合構(gòu)件之間的邊界面9接頭10通道形的凹槽21、31 用于搭接接頭的(傳統(tǒng))摩擦攪拌焊接裝置22,23,32,33 (傳統(tǒng))待接合構(gòu)件24,34 (傳統(tǒng))轉(zhuǎn)子25,35 (傳統(tǒng))肩部
26,36(傳統(tǒng))探頭27(傳統(tǒng))接頭37(傳統(tǒng))凹槽38(傳統(tǒng))邊界面39(傳統(tǒng))氧化膜C轉(zhuǎn)子中軸線R轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向AS前進(jìn)一側(cè)RS后退一側(cè)
具體實(shí)施例方式第一實(shí)施方式參照附圖，以下說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接 裝置。圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的側(cè)視圖，圖2 是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的探頭的放大側(cè)視圖；而 圖3是圖1所示用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置從下方觀察的圖形。如圖1所示，第一實(shí)施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置1搭接并接合一 對(duì)待接合的構(gòu)件2、3，并且設(shè)置有柱狀轉(zhuǎn)子4和柱狀探頭5，探頭5設(shè)置成從轉(zhuǎn)子4伸出。如圖1所示，轉(zhuǎn)子4設(shè)置有肩部6，肩部6與一對(duì)待結(jié)合構(gòu)件2、3中的待接合上構(gòu) 件2的表面接觸，并且構(gòu)造成圍繞中軸線C沿著箭頭R方向旋轉(zhuǎn)。探頭5形成有小于轉(zhuǎn)子 4直徑的直徑，并且與轉(zhuǎn)子4的中軸線C同心設(shè)置。如圖2和3所示，螺旋凹槽7形成在探頭5的周邊表面上，從探頭5的末梢fe向 肩部6延伸。如圖2所示，螺旋凹槽7構(gòu)造成具有V形左手螺紋的截面。同時(shí)，當(dāng)探頭5插 入所述一對(duì)搭接構(gòu)件2、3時(shí)，螺旋凹槽7從探頭5的末梢fe向超過(guò)所述一對(duì)待接合構(gòu)件2、 3之間的邊界平面(搭接面)8的位置延伸，直到肩部6。在第一實(shí)施方式中，如圖2所示，螺旋凹槽7的深度形成為從探頭5的末梢fe向 肩部6逐漸減小。因此，在第一實(shí)施方式中，待接合構(gòu)件2、3因螺旋凹槽7而發(fā)生的上下流 動(dòng)向著肩部6逐漸減小。接著，將說(shuō)明采用第一實(shí)施方式的摩擦攪拌焊接裝置1來(lái)接合這一對(duì)待接合的構(gòu) 件 2、3。如圖1所示，首先將這一對(duì)待接合構(gòu)件2、3搭接，并且隨著轉(zhuǎn)子4發(fā)生旋轉(zhuǎn)，摩擦 攪拌焊接裝置1壓靠待接合上構(gòu)件2的表面。在這樣做時(shí)，在該實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子沿著箭頭 R的方向旋轉(zhuǎn)。然后，向著轉(zhuǎn)子4的肩部6接觸所述上構(gòu)件表面的點(diǎn)向內(nèi)推壓轉(zhuǎn)子4，在這種條件 下，轉(zhuǎn)子4沿著預(yù)定接合線(未示出)移動(dòng)。因此，在包圍探頭5的區(qū)域內(nèi)，軟化的待接合 構(gòu)件2、3被攪拌且塑性流動(dòng)，結(jié)果是形成接頭9。根據(jù)第一實(shí)施方式的摩擦攪拌焊接裝置1，由于在用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接 裝置1中設(shè)置有轉(zhuǎn)子4，轉(zhuǎn)子4具有肩部6和探頭5，探頭從轉(zhuǎn)子4的肩部6伸出，并且還與 轉(zhuǎn)子中軸線同心設(shè)置，螺旋凹槽7形成在探頭5周邊表面上，從探頭5末梢fe向上延伸到肩部6，并且凹槽7的深度形成為從探頭5的末梢fe向著肩部6逐漸減小，所以越靠近肩部 6，因螺旋凹槽7而發(fā)生的待接合構(gòu)件2、3的上下流動(dòng)越小。就是說(shuō)，不僅防止了因待接合 構(gòu)件2、3上下流動(dòng)而在探頭5末梢fe附近區(qū)域內(nèi)發(fā)生空隙缺陷，而且可以防止在構(gòu)件2、3 之間的邊界平面8處氧化膜向上卷曲。因此，待接合構(gòu)件2、3內(nèi)的接頭9強(qiáng)度不會(huì)降低。第二實(shí)施方式參照附圖，下面說(shuō)明符合本發(fā)明第二實(shí)施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝 置。圖4是符合本發(fā)明第二實(shí)施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的側(cè)視圖，圖5 是符合本發(fā)明第二實(shí)施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的探頭的放大側(cè)視圖，而 圖6是圖4所示用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置從下方觀察的視圖。本實(shí)施方式中與上 述實(shí)施方式相同的元件賦予相同的附圖標(biāo)記，且不再重復(fù)說(shuō)明。在第二實(shí)施方式中，如圖4和5所示，3條通道形的凹槽10設(shè)置在探頭5的周邊表 面上，從而沿著探頭5中軸線C方向從探頭5末梢fe向肩部6延伸。如圖5所示，在所述肩部一側(cè)的3條通道形的凹槽10的端部部分從側(cè)面看形成弧 形。同樣，如圖6所示，3條通道形的凹槽10的橫截面形成為具有弧形，并且每個(gè)凹槽以均 勻間隔定位在探頭5的周邊方向上。如圖4所示，當(dāng)探頭5插入搭接的一對(duì)構(gòu)件2、3時(shí)，通道形的凹槽10從探頭5末 梢fe延伸到超過(guò)所述一對(duì)待接合構(gòu)件2、3的邊界平面8的位置。同樣，如圖5所示，通道 形的凹槽10形成為使其肩部端IOa與肩部6隔開(kāi)預(yù)定距離h(例如，0. 2mm)。借助上述構(gòu)造，在如圖4所示的第二實(shí)施方式中，當(dāng)轉(zhuǎn)子4旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以借助探頭5 周邊表面上的凹陷和凸起，使得待接合構(gòu)件2、3在包圍探頭5的區(qū)域內(nèi)沿著水平方向(垂 直于探頭5中軸線C的方向)流動(dòng)。在它發(fā)生時(shí)，可以借助待接合構(gòu)件2、3的水平流動(dòng)來(lái) 抑制待接合構(gòu)件因螺旋凹槽7而發(fā)生的上下流動(dòng)。圖7示出了利用本發(fā)明第二實(shí)施方式的摩擦攪拌焊接裝置1形成的接頭9的顯微 照片。如圖7所示，在第二實(shí)施方式中，由于因螺旋凹槽7而發(fā)生的上下流動(dòng)被水平流動(dòng) 抑制，所以形成的接頭在待接合構(gòu)件之間的邊界平面處不存在氧化膜向上卷曲。根據(jù)第二實(shí)施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置1，由于通道形的凹槽10 沿著探頭5中軸線方向形成在探頭5周邊表面上并從探頭5末梢fe延伸，所以在轉(zhuǎn)子4旋 轉(zhuǎn)時(shí)，可以借助探頭5周邊表面上的凹陷和凸起使得待接合構(gòu)件2、3進(jìn)行水平流動(dòng)。這樣， 由于通過(guò)構(gòu)件2、3的這種水平流動(dòng)抑制了因螺旋凹槽7而發(fā)生的待接合構(gòu)件2、3上下流 動(dòng)，所以可以有效地防止待接合構(gòu)件2、3之間的邊界平面8處發(fā)生氧化膜向上卷曲。同時(shí)，根據(jù)第二實(shí)施方式的摩擦攪拌焊接裝置1，由于在探頭5插入所述一對(duì)待接 合構(gòu)件2、3時(shí)，通道形的凹槽10從探頭5末梢fe延伸到超過(guò)待接合構(gòu)件2、3之間邊界平 面8的位置，所以待接合構(gòu)件2、3附近區(qū)域內(nèi)的水平流動(dòng)變強(qiáng)，能更為有效地抑制待接合構(gòu) 件2、3之間的邊界平面8附近區(qū)域內(nèi)的上下流動(dòng)。因此，可以更為有效地防止氧化膜向上 卷曲。雖然針對(duì)實(shí)施方式說(shuō)明了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于實(shí)施方式中的說(shuō)明，而是 可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思構(gòu)造成各種形式和變形方案。雖然在上述第一和第二實(shí)施方式中，螺旋凹槽7形成V形截面，但是該截面可以是其他形狀，諸如弧形或矩形。同樣，雖然在上述第二實(shí)施方式中，3條通道形的凹槽10形成在探頭5周邊表面 上，但是通道形的凹槽10的數(shù)量并不限于3條，至少一條凹槽設(shè)置在探頭5周邊表面上也 能滿(mǎn)足要求。此外，雖然上述第二實(shí)施方式中，通道形的凹槽的截面為弧形，但是該截面可以是 其他形狀，諸如V形或矩形。
權(quán)利要求
1.一種用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，所述裝置設(shè)置有具有肩部的轉(zhuǎn)子和探頭， 所述探頭設(shè)置成從轉(zhuǎn)子的肩部伸出并且與轉(zhuǎn)子中軸線同心設(shè)置，其中，螺旋凹槽形成在探頭周邊表面上，從探頭末梢向所述肩部延伸，凹槽深度形成為 從探頭末梢向所述肩部逐漸減小。
2.如權(quán)利要求1所述用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，其特征在于，當(dāng)所述探頭插 入所述一對(duì)待接合搭接構(gòu)件時(shí)，螺旋凹槽從探頭末梢延伸到超過(guò)所述對(duì)待接合構(gòu)件的搭接 平面的位置。
3.如權(quán)利要求1或2所述用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，其特征在于，通道形的凹 槽設(shè)置在所述探頭的周邊表面上，沿著所述探頭的中軸線方向從所述探頭的末梢延伸。
4.如權(quán)利要求2或3所述用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，其特征在于，當(dāng)所述探頭 插入所述一對(duì)待接合搭接構(gòu)件時(shí)，所述通道形的凹槽從所述探頭的末梢延伸到超過(guò)所述對(duì) 待接合構(gòu)件的搭接平面的位置。
全文摘要
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，該裝置通過(guò)抑制氧化膜向上卷曲，可以防止待接合構(gòu)件的接頭強(qiáng)度降低。在本發(fā)明中，在用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置1中，設(shè)置有具有肩部(6)的轉(zhuǎn)子(4)和探頭(5)，所述探頭設(shè)置成從轉(zhuǎn)子(4)的肩部(6)伸出并且與轉(zhuǎn)子中軸線(C)同心設(shè)置，螺旋凹槽(7)形成在探頭(5)周邊表面上，從探頭(5)末梢(5a)向所述肩部(6)延伸，凹槽(7)深度形成地從探頭(5)末梢(5a)向所述肩部(6)逐漸減小。
文檔編號(hào)B23K20/12GK102049610SQ201010156050
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者加藤慶訓(xùn) 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社