[发明专利]搅拌摩擦焊接方法及其使用的焊接夹具

说明书

技术领域

本发明涉及一种搅拌摩擦焊接方法(实施搅拌摩擦焊接的方法)及用于该方法的焊接夹具。

背景技术

如图16和17中所示，搅拌摩擦焊接(FSW)方法是一种将待焊接构件101和102焊接在一起的方法，在该方法中，在被按压在待焊接构件101和102(以下可以简称为“构件101和102)上的同时，旋转的焊接用具103被移动，构件101和102随后被焊接用具103和构件101和102之间产生的摩擦热软化。随后，待焊接构件101和102通过固相焊接方式彼此接合，该固相焊接方式利用由焊接用具103的旋转而导致的塑性流动行为。

该搅拌摩擦焊接在低热量输入下实施，从而不同于一般的焊接方法，搅拌摩擦焊接部分104的基材的热应变以及强度降低被有利地减小。

在通常的搅拌摩擦焊接中，不利地，由于其焊接原理以及焊接用具103的形状，未焊接部分105保留在焊接体100中，且由焊接用具103形成的用具孔106(图18)也保留在焊接端点上。这一面可能会降低焊接体100的强度。

为了解决这个问题，如图19和20中所示以及日本特开平10-71477号公报中所披露，富余部分107(端片)以伸出的方式被设置到待焊接构件101和102各自的端部，将该富余部分107用作焊接端点来实施搅拌摩擦焊接(FSW)，在焊接后，该富余部分107被沿着切断线108切断。根据该方法，可防止剩下未焊接部分105，可通过切断包含用具孔106的富余部分107，而得到例如如图21中所示的不包含用具孔106的产品110。

然而，不利地，当形成有富余部分107的构件101和102通过搅拌摩擦焊接被彼此接合时，每个富余部分107需要支撑由焊接用具103施加的按压载荷，因此，需要增大该富余部分107的尺寸以保证其刚性。因此，如图21A和图21B中所示，通过切断富余部分107而形成的富余切断表面109的面积变大，这是不利的。

另外，富余切断表面109的外观与产品110表面的其它部分不同，导致产品110的外观品质降低。特别地，在将产品110例如用作需要提供精细外观的二轮车框架的情况下，该外观品质的降低将导致显著的问题。

发明内容

考虑到以上提到的现有技术中遇到的问题，而构思出本发明，本发明的目的是提供搅拌摩擦焊接方法并提供焊接夹具，其能够减小富余部分的切断面积，从而提高产品的外观品质，并可靠地防止由富余部分的变形导致的待焊接构件的焊接故障。

一个方面，根据本发明，可以通过提供一种搅拌摩擦方法来实现以上及其它目的，该搅拌摩擦焊接方法包括：准备一对待焊接构件，每个待焊接构件均包括对接面和以伸出形式设置的富余部分，所述富余部分包括与所述对接面连续的焊接面；准备用于进行搅拌摩擦焊接的焊接用具，所述焊接用具一体地包括柱形的肩部和形成在所述肩部的末端面的探头部，所述探头部的直径小于所述肩部的直径；使所述对接面彼此接触，使所述焊接面彼此接触，以及保持所述一对待焊接构件从而在所述一对待焊接构件之间形成连续的焊接线；在该状态下，将载荷支撑夹具部分安置在一对所述富余部分的底面侧，同时将变形限制夹具部分安置在一对所述富余部分的顶面侧，所述载荷支撑夹具部分用于支撑由所述焊接用具施加的按压载荷，所述变形限制夹具部分用于限制所述富余部分朝向其顶面的变形；以及在所述焊接用具旋转的同时，将所述焊接用具按压到所述待焊接构件的顶面，并使所述焊接用具沿着所述焊接线移动直至所述焊接用具到达所述富余部分为止，从而通过搅拌摩擦焊接，使所述待焊接构件彼此接合并使所述富余部分彼此接合。

在本发明的另一方面，也提供了一种用于搅拌摩擦焊接方法的焊接夹具，该搅拌摩擦焊接方法包括以上提及的各步骤，该焊接夹具包括：载荷支撑夹具部分；和变形限制夹具部分，其中，所述载荷支撑夹具部分被安置在一对富余部分的底面侧，用于支撑由焊接用具施加的按压载荷，并且所述变形限制夹具部分被安置在一对富余部分的顶面侧，用于限制富余部分朝向其顶面的变形。

根据该搅拌摩擦焊接方法及该焊接夹具，在焊接用具旋转的同时，焊接用具被按压并沿着待焊接构件之间以及富余部分之间的焊接线移动，从而通过搅拌摩擦焊接，使待焊接构件彼此接合且使富余部分彼此接合。此时，载荷支撑夹具部分支撑由焊接用具施加到富余部分的按压载荷。因此，富余部分的截面面积可减小，富余部分因此可被小型化，从而通过切断富余部分而形成的切断面积可变小。从而，产品的外观品质可得到提高。