專利名稱：摩擦攪拌接合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對重疊多個構(gòu)件的搭接接縫進行接合的摩擦攪拌接合技術(shù)。
背景技術(shù)：
作為由摩擦攪拌接合技術(shù)對重疊多個構(gòu)件的搭接接縫進行接合的已有技術(shù)，例如具有記載于專利文獻1那樣的方法，該方法使用前端面為平面狀的接合工具或在前端面具有凹部的接合工具，將該接合工具壓入到一方的構(gòu)件側(cè)，將一方的構(gòu)件側(cè)摩擦攪拌，利用由此產(chǎn)生的塑性流動與另一方的構(gòu)件進行接合。
另一方面，在摩擦攪拌接合技術(shù)中，例如具有如專利文獻2記載的那樣使接合工具前端的銷偏心地形成于接合工具的旋轉(zhuǎn)軸的技術(shù)。
日本特開2005-161382號公報[專利文獻2]日本專利第3452044號公報作為摩擦攪拌接合技術(shù)，在專利文獻1中記載了這樣的方法，即，當重疊地接合多個構(gòu)件時，使接合工具一邊旋轉(zhuǎn)一邊壓入到一方的構(gòu)件側(cè)，產(chǎn)生摩擦攪拌進行接合。該接合是由接合構(gòu)件的塑性流動除去重合面的表面氧化膜使界面活化后進行接合的方法。然而，由于接合部的中心為圓周速度0，所以，不能由塑性流動除去接合中心的搭接面的表面氧化膜。為此，存在發(fā)生未接合的問題。
另外，即使在公開于專利文獻2的技術(shù)中，也在接合部的中心不能獲得足夠的圓周速度，不能通過塑性流動除去接合中心的搭接面的表面氧化膜。為此，存在發(fā)生未接合的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可防止接合部中心的未接合的摩擦攪拌接合方法。
本發(fā)明的摩擦攪拌接合方法重疊多個構(gòu)件，使接合工具一邊旋轉(zhuǎn)一邊壓入到一方構(gòu)件側(cè)，產(chǎn)生摩擦攪拌進行接合；其特征在于位于接合工具臺肩前端的小直徑的凸部配置在接合工具的旋轉(zhuǎn)軸的外周側(cè)。
另外，本發(fā)明的摩擦攪拌接合工具的特征在于具有位于臺肩前端的小直徑的凸部，凸部配置在接合工具的旋轉(zhuǎn)軸的外周側(cè)。
另外，本發(fā)明的摩擦攪拌接合裝置的特征在于位于接合工具的臺肩前端的小直徑的凸部配置于接合工具的旋轉(zhuǎn)軸的外周側(cè)。
其中，凸部最好為半球形，凸部的切線最好相對接合工具的旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成45°～90°的角度。
另外，凸部也可在接合工具的臺肩前端具有多個。另外，凸部也可為橢圓形。
另外，在本發(fā)明中，在重疊多個構(gòu)件、使接合工具一邊旋轉(zhuǎn)一邊壓入到一方的構(gòu)件側(cè)產(chǎn)生摩擦攪拌而接合的場合，最好用于點接合。
按照本發(fā)明的利用接合工具的摩擦攪拌接合方法，可使接合工具的旋轉(zhuǎn)中心也產(chǎn)生塑性流動，可進行沒有未接合的良好的接合。


圖1為示出第1實施例的接合方法的圖。
圖2為示出第1實施例的AB截面的塑性流動示意圖。
圖3為示出第1實施例的接合工具的正面圖和側(cè)面圖。
圖4為示出切線角度和缺陷的發(fā)生狀況的圖。
圖5為示出第2實施例的接合工具1的形狀的圖。
圖6為示出第3實施例的接合工具的形狀的圖。
圖7為示出第4實施例的接合工具1的形狀的圖。
具體實施例方式
本實施方式的摩擦攪拌接合方法在接合工具的臺肩前端位置設(shè)置小直徑的凸部，將該凸部配置于接合工具的旋轉(zhuǎn)軸的外周側(cè)。
即，當接合工具的旋轉(zhuǎn)使得例如旋轉(zhuǎn)θ°時，位于旋轉(zhuǎn)了θ°后的凸部的接合構(gòu)件塑性流動到旋轉(zhuǎn)θ°前的位置進行填充。
此時，塑性流動沿凸部的周圍進行塑性流動。為此，接合工具的旋轉(zhuǎn)可使接合部中心的接合界面產(chǎn)生塑性流動。
另外，最好該凸部為半球形。這是為了容易填充到旋轉(zhuǎn)θ°前的凸部位置。
另外，最好為凸部的切線相對接合工具的旋轉(zhuǎn)軸呈45°～90°的角度的形狀。這也是為了容易填充到旋轉(zhuǎn)θ°前的凸部位置。
如在接合工具的旋轉(zhuǎn)中心也配置銷那樣僅使設(shè)于接合工具的銷偏心的話，在中心沒有充分的塑性流動，存在形成未接合部的危險，而本實施方式中，則產(chǎn)生沿銷的繞流，在中心產(chǎn)生塑性流動，消除了這樣的問題。
圖1示出第1實施例的接合方法。接合工具1在大直徑的臺肩3的前端具有小直徑的凸部2。凸部2配置在接合工具1的旋轉(zhuǎn)軸的外周側(cè)。
另外，接合試驗片在支承構(gòu)件6上重疊地配置上板4和下板5。
本實施例的上板4的材質(zhì)為工業(yè)用純鋁，下板5的材質(zhì)為鎳。在這里，對不同材質(zhì)的上板4與下板5進行接合。在本實施例中，這樣不同材質(zhì)的構(gòu)件也可容易地接合，特別是適于點接合。支承構(gòu)件6為工具鋼。上板4和下板5的板厚分別為0.4mm。
上板4和下板5的材質(zhì)不論為同種金屬還是為異種金屬都可接合。特別是上板4的材質(zhì)最好都為鋁、鉛、錫、鎂等那樣熔點低的金屬。
在接合熔點差別較大的金屬的場合，當接合溫度高時，在兩者間的接合界面7容易產(chǎn)生厚反應層。在這樣的場合，最好使上板4為低熔點金屬地接合，這樣，可降低接合溫度，使反應層的厚度為最小限。
在鋁與鎳的接合等熔點差別較大的金屬接合中，該方法特別有效。
另外，在上板4為鋁、下板5為碳素鋼的場合，在碳素鋼的表面鍍鎳也有效。鎳為軟質(zhì)金屬，容易產(chǎn)生塑性變形，表面的氧化膜容易剝離。除此以外，即使鍍鋅、鍍銅也可獲得同樣的效果。
另外，接合工具1的材質(zhì)為工具鋼，臺肩3的直徑為5mm，凸部2為直徑1mm，高0.3mm，凸部2的中心從接合工具1的旋轉(zhuǎn)中心離開1mm。根據(jù)該形狀，成為在接合工具1的旋轉(zhuǎn)中心未配置凸部2的構(gòu)成。在使該接合工具1按18000rpm旋轉(zhuǎn)、按60mm/min壓入到上板4的狀態(tài)下，保持100ms后，按拔出速度120mm/min拉拔，進行點接合。
在該場合，使上板4產(chǎn)生塑性流動，除去搭接面的接合界面7的表面氧化膜，接合上板4和下板5這樣兩個構(gòu)件。
凸部2的前端的凸部具有半球形。
在本實施例的場合，凸部2從接合工具1的旋轉(zhuǎn)中心離開1mm，但也可接觸。然而，不限于本實施例，最好凸部2從旋轉(zhuǎn)工具1的旋轉(zhuǎn)中心朝外周側(cè)離開0.1mm～1mm左右。
另外，凸部2需要比接合工具1的外周端按0.1mm～1mm左右形成于內(nèi)周側(cè)。
即，凸部2的直徑需要形成得比接合工具1的半徑小。
圖2示出圖1的AB截面的塑性流動示意圖。用虛線示出與臺肩3和凸部2相當?shù)奈恢谩＝雍瞎ぞ?旋轉(zhuǎn)了θ°時，凸部2從位置10變化到位置11。
此時，在沒有凸部2的區(qū)域，雖然朝接合工具1的旋轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生塑性流動，但通過從凸部2初期的旋轉(zhuǎn)前的位置10移動到旋轉(zhuǎn)后的位置11，從而沿凸部2的外周產(chǎn)生塑性流動，所以，即使在接合工具1的旋轉(zhuǎn)中心9，也可產(chǎn)生塑性流動。這樣，即使在旋轉(zhuǎn)中心9，也可除去接合界面的表面氧化膜，進行高可靠性的接合。
作為比較例，在形成于接合工具前端的銷的中心處于接合工具的旋轉(zhuǎn)中心的場合，由于接合部中心成為圓周速度0，所以，不產(chǎn)生塑性流動，不進行接合。
另外，作為其他的比較例，形成于接合工具的前端的銷配置在與接合工具的旋轉(zhuǎn)中心不同的位置，但當在接合工具的旋轉(zhuǎn)中心配置了銷的一部分的情況下，仍然是接合部中心不產(chǎn)生塑性流動，不進行接合。
圖3示出本實施例的接合工具的側(cè)面圖和正面圖。
作為形成于接合工具1的凸部2的形狀，最好為半圓形，但特別是其切線與接合工具1的旋轉(zhuǎn)軸的角度θ為45°～90°。
已經(jīng)得知，當角度θ小時，凸部2的體積變大，在接合中，凸部2通過的區(qū)域不能充分地由塑性流動填充，存在發(fā)生空穴缺陷的危險。
另外，臺肩3的外周前端的角部15最好為具有曲率的形狀。
圖4從缺陷發(fā)生狀況的觀點出發(fā)示出切線角度(θ)與缺陷的關(guān)系。在角度45°～90°時，不發(fā)生缺陷，可進行良好的接合。
當切線角度(θ)為0°～30°時，發(fā)生缺陷，不能進行良好的接合。
圖5示出第2實施例的接合工具的形狀。與實施例1不同的點在于，在接合工具1設(shè)有凹部16。即使具有凹部16，也可獲得本發(fā)明的效果。
圖6示出第3實施例的接合工具的形狀。與實施例1不同的點在于，在接合工具1存在兩個凸部2。即使凸部2為多個，也可獲得本發(fā)明的效果。
圖7示出第4實施例的接合工具1的形狀。與實施例1不同的點在于，形成于接合工具1的凸部2的形狀為橢圓。即使為橢圓，也可獲得本發(fā)明的效果。
本發(fā)明涉及摩擦攪拌接合方法，特別是有益于利用點接合的摩擦攪拌接合的技術(shù)領(lǐng)域，在這樣的領(lǐng)域利用的可能性特別大。
權(quán)利要求
1.一種摩擦攪拌接合方法，重疊多個構(gòu)件，使接合工具一邊旋轉(zhuǎn)一邊壓入到一方的構(gòu)件側(cè)，產(chǎn)生摩擦攪拌進行接合；其特征在于位于所述接合工具的臺肩前端的小直徑的凸部配置在上述接合工具的旋轉(zhuǎn)軸的外周側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特征在于上述凸部為半球形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特征在于上述凸部的切線相對上述接合工具的旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成45°～90°的角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特征在于上述凸部在上述接合工具的臺肩前端具有多個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特征在于上述凸部為橢圓形。
6.一種摩擦攪拌接合工具，重疊多個構(gòu)件，所述接合工具一邊旋轉(zhuǎn)一邊壓入到一方的構(gòu)件側(cè)，產(chǎn)生摩擦攪拌進行接合；其特征在于上述接合工具具有位于臺肩前端的小直徑的凸部，上述凸部配置在上述接合工具的旋轉(zhuǎn)軸的外周側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的摩擦攪拌接合工具，其特征在于上述凸部為半球形。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的摩擦攪拌接合工具，其特征在于上述凸部的切線相對上述接合工具的旋轉(zhuǎn)軸呈45°～90°的角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的摩擦攪拌接合工具，其特征在于上述凸部在上述接合工具的臺肩前端具有多個。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的摩擦攪拌接合工具，其特征在于上述凸部為橢圓形。
11.一種摩擦攪拌接合裝置，重疊多個構(gòu)件，使接合工具一邊旋轉(zhuǎn)一邊壓入到一方的構(gòu)件側(cè)，產(chǎn)生摩擦攪拌而進行接合；其特征在于位于上述接合工具的臺肩前端的小直徑的凸部配置于上述接合工具的旋轉(zhuǎn)軸的外周側(cè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的摩擦攪拌接合裝置，其特征在于上述凸部為半球形。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的摩擦攪拌接合裝置，其特征在于上述凸部的切線相對上述接合工具的旋轉(zhuǎn)軸呈45°～90°的角度。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的摩擦攪拌接合裝置，其特征在于上述凸部在上述接合工具的臺肩前端具有多個。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的摩擦攪拌接合裝置，其特征在于上述凸部為橢圓形。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在搭接接縫的摩擦攪拌接合中可防止接合部中心的未接合的方法。本發(fā)明的摩擦攪拌接合方法重疊多個構(gòu)件，使接合工具一邊旋轉(zhuǎn)一邊壓入到一方構(gòu)件側(cè)，產(chǎn)生摩擦攪拌而進行接合；其特征在于位于接合工具臺肩前端的小直徑凸部配置在接合工具的旋轉(zhuǎn)軸外周側(cè)。特別是適合于點接合，除去搭接面的接合界面的表面氧化膜，接合兩個構(gòu)件。
文檔編號B29C65/06GK101015878SQ20071000398
公開日2007年8月15日 申請日期2007年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月7日
發(fā)明者青田欣也 申請人:株式會社日立制作所