[发明专利]双面摩擦搅拌接合用旋转工具、双面摩擦搅拌接合装置以及双面摩擦搅拌接合方法

说明书

本发明的课题在于，提供一种用于边使相对置的一对旋转工具相互向相反方向旋转边将两张金属板接合的双面摩擦搅拌接合的双面摩擦搅拌接合用旋转工具、使用该双面摩擦搅拌接合用旋转工具的双面摩擦搅拌接合装置以及双面摩擦搅拌接合方法。一种双面摩擦搅拌接合用旋转工具，使用于使在金属板的未接合部的一个面侧与另一个面侧配置的一对旋转工具相互向相反方向旋转而将金属板彼此接合的双面摩擦搅拌接合，一对双面摩擦搅拌接合用旋转工具具有圆形且形成为平面状的末端部，上述末端部为比金属板硬的材质。

技术领域

本发明涉及用于边使相对置的一对旋转工具相互向相反方向旋转边将两张金属板接合的双面摩擦搅拌接合的双面摩擦搅拌接合用旋转工具、使用该双面摩擦搅拌接合用旋转工具的双面摩擦搅拌接合装置以及双面摩擦搅拌接合方法。

背景技术

在专利文献1中，公开了使一对金属板等部件的双方或者一者旋转，由此边在金属板产生摩擦热而使其软化，边搅拌该软化的部位而产生塑性流动，由此将金属板接合这种技术。

然而，该专利文献1所记载的技术需要使成为接合对象的金属板等部件旋转，因此在接合的金属板等部件的形状、尺寸存在极限。

另一方面，作为与专利文献1不同的摩擦焊接法，例如在专利文献2中，公开了如下方法：将具有由实质上比金属板等加工物硬的材质构成的探针(也称为销)的旋转工具(也存在简称为“工具”的情况)插入金属板的未接合部，使该工具边旋转边移动，由此通过在旋转工具与金属板之间产生的热与塑性流动，将金属板沿长边方向连续地接合。此外，在本说明书中，将在使金属板对接或者重叠的部分中处于未被接合的状态的部分称为“未接合部”，将被接合而一体化的部分称为“接合部”。

如上述那样，专利文献1所记载的摩擦焊接法是使金属板彼此旋转，通过金属板彼此的摩擦热进行焊接的方法。另一方面，专利文献2所记载的摩擦搅拌接合法是在将金属板固定的状态下，使旋转工具边旋转边移动由此进行接合的方法。因此，摩擦搅拌接合法存在即便是相对于焊接方向实质上无限长的部件，也能够沿其长边方向连续地进行固相接合的优点。另外，摩擦搅拌接合方法是利用了旋转工具与金属板的摩擦热带来的金属的塑性流动的固相接合，因此能够使未接合部不熔融地接合。另外，加热温度较低，因此接合后的变形较少，另外金属板没有熔融，因此接合部的缺陷较少，此外，还存在无需填充金属等较多的优点。

摩擦搅拌接合法作为铝合金、镁合金所代表的低熔点金属材料的接合法，在飞机、船舶、铁路车辆以及汽车等领域广泛利用。作为该理由，是因为这些低熔点金属材料在以往的电弧焊接法中在接合部难以获得满足的特性，应用摩擦搅拌接合法，由此能够提高生产率，并且获得品质较高的接合部(接头)。

在作为建筑物、船舶、重机、管线以及汽车之类的构造物的材料而主要得到应用的构造用钢应用摩擦搅拌接合法，能够避免在以往的熔融焊接中成为课题的凝固裂纹、氢裂纹，并且也抑制钢材的组织变化，因此能够期待实现接头性能的提高。另外，通过旋转工具搅拌接合界面，由此制造出清洁面而能够使清洁面彼此接触，因此也能够期待无需扩散接合那样的前准备工序的优点。这样，摩擦搅拌接合法相对于构造用钢这种应用被期待较多的优点。但是，摩擦搅拌接合法相对于构造用钢这种应用在接合时的接头处的缺陷产生的抑制、接合速度的高速化之类的接合施工性残留有问题，因此与摩擦搅拌接合法相对于低熔点金属材料这种应用相比，未进行普及。作为上述的接头的缺陷，特别是能够列举出刚接合之后的接头表面或者接头内部的形状不良以及接合不良等。

作为上述的专利文献2所记载的摩擦搅拌接合法的缺陷产生的主要的因素，能够列举在金属板的厚度方向产生的温度、塑性流动的差别。具体而言，在仅在金属板的一个面侧配置旋转工具的情况下，在该一个面侧能够获得实现冶金方面优选的接合状态所需的充分的塑性流动，但在另一个面侧，接合时的未接合部的温度上升以及剪断应力的负荷不充分，仅能够获得不充分的塑性流动这种情况较多。