[发明专利]搅拌摩擦焊工具

说明书

本发明是申请号为200480023952.X(PCT/JP2004/011144)、申请日为2004年8月4日、发明名称为“用于搅拌摩擦焊的方法及其夹具、具有搅拌摩擦焊部分的部件、以及用于搅拌摩擦焊的工具”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于接合堆叠部件的堆叠组件的搅拌摩擦焊方法，一种用于这种搅拌摩擦焊方法的夹具，一种具有由这种搅拌摩擦焊方法产生的搅拌摩擦焊接头的部件，以及一种用于通过搅拌摩擦焊将金属工件的堆叠或邻接组件接合起来的搅拌摩擦焊工具。

背景技术

通常依靠点焊来接合部件的堆叠组件。近年来，已经提出通过搅拌摩擦焊来接合这样的堆叠组件(例如参见专利文献1至3)。

图28以与专利文献1的图1中所示的装置相同的方式，示出了堆叠组件6和搅拌摩擦焊工具7，堆叠组件6包括堆叠在一起并放在支承夹具3上的第一工件W1和第二工件W2，搅拌摩擦焊工具7具有嵌入堆叠组件6中的探头8。图28中的附图标记A3、M分别表示由探头8搅拌的搅拌区，以及在第一工件W1和第二工件W2之间的边界线。

在对堆叠组件进行搅拌摩擦焊时，即使探头8嵌入并且材料塑性流动，材料也不能从第一工件W1的下端面突出。因此，第二工件W2的材料塑性流向搅拌摩擦焊工具7的转子9的周向侧壁附近的位置，并隆起形成环状毛边BL。因此，需要精加工来切除毛边BL。

如图29所示，因为被嵌入探头8压缩的区域厚度T3和工件W2的位于嵌入探头8附近的下工件W1的隆起部分正上方的区域厚度T4减少，所以堆叠组件6的接合强度不足。

另外，因为在搅拌摩擦焊加工中嵌入探头8以使材料塑性流动之后撤去探头8，所以在撤去探头8的区域中留下一孔，这趋于降低堆叠组件6的接合强度。

为了避免在撤去探头8的区域中留下孔的不利情况，专利文献2公开了一种技术，用于抵靠堆叠组件的相对端面保持夹具，并在相对端面的侧面上设置搅拌摩擦焊夹具。具体地，将在端面一侧上插入夹具中通孔的探头嵌入堆叠组件中以进行搅拌摩擦焊加工。之后，通过设置在端面另一侧上的探头，将在嵌入探头时流入端面另一侧上的夹具中通孔中的材料推回。因此将突出的材料推回直到由撤去的探头产生的孔的底部变平，从而产生平整的表面。

根据专利文献3中公开的技术，将堆叠组件放在夹具的平整表面上，并将额外的料块供应至在嵌入堆叠组件中的转动探头周围的区域。将额外的料块与堆叠组件焊接在一起，从而填充由撤去的探头产生的孔。

专利文献2中公开的技术的缺点在于，因为需要沿相反方向安装两个搅拌摩擦焊工具，所以搅拌摩擦焊装置结构复杂并且设备投资昂贵。

专利文献3中公开的技术由于需要额外的料块而导致材料成本增加并由此导致搅拌摩擦焊成本增加。另外，因为需要用于供应额外料块的机构，所以搅拌摩擦焊装置的结构也很复杂并且设备投资也很昂贵。

如图30所示，可以建议将具有凹口1的载置夹具2插入到支承夹具3中的插入空腔4中，从而提供搅拌摩擦焊夹具5。当将包括第一工件W1和第二工件W2的堆叠组件6放在载置夹具2中的凹口1上，并且将搅拌摩擦焊工具7的探头8嵌入堆叠组件6中时，区域A4的材料软化以塑性流动，并且材料最终流入凹口1中。因为由嵌入探头8移动的材料流入凹口1中，所以防止了产生毛边BL。因为塑性流动的材料从堆叠组件的下端面突出，所以没有减少接合后的堆叠组件6的厚度，并且达到了期望的接合强度。

专利文献1：日本特开专利公报No.2002-178168

专利文献2：日本特开专利公报No.2001-259863

专利文献3：日本特开专利公报No.2003-62678

发明内容

本发明将解决的问题

然而，即使使用如图30所示的搅拌摩擦焊夹具5，堆叠组件6的接合强度也可能不足。原因在于，如图31所示，难以将通过限定在载置夹具2中的凹口1的中心的轴线L1与通过搅拌摩擦焊工具7(探头8)的中心的轴线L2保持彼此对准。

如果在轴线L1和轴线L2不能保持彼此对准，即夹具不能彼此同轴的时候继续进行搅拌摩擦焊加工，则会产生区域B1和区域B2，在区域B1中探头8的周侧壁与凹口1的内周壁之间的距离较大，而在区域B2中探头8的周侧壁与凹口1的内周壁之间的距离较小，如图30所示。材料在其中探头8的周侧壁与凹口1的内周壁之间的距离较小的区域B2中搅拌良好。然而，因为被搅拌材料的量在其中所述距离较大的区域B1中减少，所以搅拌摩擦焊的程度不足，导致接合强度的降低。