本發(fā)明專利申請是國際申請?zhí)枮閜ct/jp2012/068931，國際申請日為2012年7月26日，進(jìn)入中國國家階段的申請?zhí)枮?01280040287.x，名稱為“摩擦攪拌接合方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。

本發(fā)明涉及一種摩擦攪拌接合方法。

背景技術(shù)：

在專利文獻(xiàn)1中公開了從金屬構(gòu)件彼此的對接部的正面?zhèn)燃氨趁鎮(zhèn)冗M(jìn)行摩擦攪拌接合，并通過使利用摩擦攪拌接合而形成的塑性化區(qū)域彼此接觸，來將對接部沒有間隙地接合這樣的技術(shù)。根據(jù)上述技術(shù)，能提高接合后的金屬構(gòu)件間的氣密性及水密性。

另一方面，在專利文獻(xiàn)2中公開了將內(nèi)角摩擦攪拌接合用旋轉(zhuǎn)工具插入到呈直角對接后的兩個金屬構(gòu)件的內(nèi)角來進(jìn)行摩擦攪拌接合的技術(shù)。圖37是表示現(xiàn)有的摩擦攪拌接合方法的剖視圖。在現(xiàn)有的摩擦攪拌接合方法中，利用內(nèi)角摩擦攪拌接合用旋轉(zhuǎn)工具110，對使金屬構(gòu)件101的端面與金屬構(gòu)件102的側(cè)面對接而形成的對接部j進(jìn)行摩擦攪拌接合。內(nèi)角摩擦攪拌接合用旋轉(zhuǎn)工具110包括：呈三棱柱的按壓塊111；以及攪拌銷112，該攪拌銷112能以貫穿按壓塊111的狀態(tài)相對于該按壓塊111旋轉(zhuǎn)。在接合時，在使按壓塊111與金屬構(gòu)件101、102的各側(cè)面抵接的狀態(tài)下，使攪拌銷112旋轉(zhuǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利特開2008－87036號公報

專利文獻(xiàn)2：日本專利特開平11－320128號公報

根據(jù)現(xiàn)有的接合方法，在將板厚較大的金屬構(gòu)件彼此接合時，需要增大攪拌銷的長度及外徑，另外，伴隨著上述攪拌銷的大型化，還需要增大肩部的外徑。但是，若增大肩部的外徑，則金屬構(gòu)件與肩部間的摩擦便會變大，因此，存在摩擦攪拌裝置所受的載荷變大這樣的問題。藉此，很難對特別是板厚較大的金屬構(gòu)件的較深位置進(jìn)行接合。

另一方面，在現(xiàn)有的對金屬構(gòu)件間的內(nèi)角部進(jìn)行接合的摩擦攪拌接合中，如參照圖37這樣，由于在將按壓塊111按壓到金屬構(gòu)件101、102的同時進(jìn)行接合，因此，存在金屬構(gòu)件101、102被按壓塊111削去的可能性。另外，由于存在按壓塊111，因此，無法看到接合部分。

此外，如圖37所示，在對金屬構(gòu)件101、102的內(nèi)角進(jìn)行接合之前，還可以考慮從構(gòu)成外角的面?zhèn)冗M(jìn)行臨時接合。在金屬構(gòu)件101、102的厚度較大的情況下，存在在通過臨時接合形成的塑性化區(qū)域wa與形成于內(nèi)角的塑性化區(qū)域wb之間形成有間隙這樣的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)這種觀點，本發(fā)明的技術(shù)問題在于提供一種摩擦攪拌接合方法，其通過減小摩擦攪拌裝置所受的載荷，能在對接部的較深位置處進(jìn)行接合。此外，本發(fā)明的技術(shù)問題在于提供一種摩擦攪拌接合方法，其不僅能抑制金屬構(gòu)件在接合時受到損傷，而且能夠理想地進(jìn)行接合。

為了解決上述技術(shù)問題，在本發(fā)明的摩擦攪拌接合方法中，使用包括攪拌銷的旋轉(zhuǎn)工具來對兩個金屬構(gòu)件進(jìn)行接合，其特征是，包括正式接合工序，在該正式接合工序中，將旋轉(zhuǎn)的上述攪拌銷插入上述金屬構(gòu)件彼此的對接部，并在僅使上述攪拌銷與上述金屬構(gòu)件接觸的狀態(tài)下進(jìn)行摩擦攪拌接合。

根據(jù)上述方法，由于與金屬構(gòu)件接觸的部分僅為攪拌銷，因此，與將肩部按壓到金屬構(gòu)件的現(xiàn)有的摩擦攪拌方法相比，能夠減小金屬構(gòu)件與旋轉(zhuǎn)工具間的摩擦，并能減小摩擦攪拌裝置所受的載荷。即，根據(jù)本發(fā)明，由于能夠?qū)嚢桎N插入到金屬構(gòu)件的較深的位置處，因此，即便是板厚較大的金屬構(gòu)件，也能夠在較深的位置處進(jìn)行接合。

此外，本發(fā)明的摩擦攪拌接合方法使用包括攪拌銷的旋轉(zhuǎn)工具來對兩個金屬構(gòu)件進(jìn)行接合，其特征在于，包括正式接合工序，在該正式接合工序中，將旋轉(zhuǎn)的上述攪拌銷插入上述金屬構(gòu)件彼此的對接部，并在僅使上述攪拌銷與上述金屬構(gòu)件接觸的狀態(tài)下進(jìn)行摩擦攪拌接合，在上述正式接合工序中，進(jìn)行如下工序：第一正式接合工序，在該第一正式接合工序中，從上述金屬構(gòu)件的正面?zhèn)冗M(jìn)行摩擦攪拌接合；以及第二正式接合工序，在該第二正式接合工序中，從上述金屬構(gòu)件的背面?zhèn)冗M(jìn)行摩擦攪拌接合，使在上述第一正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域與在上述第二正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域接觸。

根據(jù)上述方法，由于與金屬構(gòu)件接觸的部分僅為攪拌銷，因此，與將肩部按壓到金屬構(gòu)件的現(xiàn)有的摩擦攪拌方法相比，能夠減小金屬構(gòu)件與旋轉(zhuǎn)工具間的摩擦，并能減小摩擦攪拌裝置所受的載荷。即，根據(jù)本發(fā)明，由于能夠?qū)嚢桎N插入到金屬構(gòu)件的較深的位置處，因此，即便是板厚較大的金屬構(gòu)件，也能夠在較深的位置處進(jìn)行接合。此外，由于能夠?qū)硬康暮穸确较虻娜L進(jìn)行摩擦攪拌接合，因此，能夠提高氣密性及水密性。

此外，較為理想的是，在上述正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域上進(jìn)行堆焊。根據(jù)上述方法，能夠補(bǔ)充由正式接合工序引起的金屬不足的量。

此外，較為理想的是，包括：配置工序，在該配置工序，將輔助構(gòu)件配置在上述正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域上；以及

輔助構(gòu)件接合工序，在該輔助構(gòu)件接合工序中，將上述金屬構(gòu)件與上述輔助構(gòu)件接合。根據(jù)上述方法，能夠補(bǔ)充由正式接合工序引起的金屬不足的量。

此外，較為理想的是，包括在進(jìn)行上述正式接合工序之前進(jìn)行上述金屬構(gòu)件彼此的臨時接合的臨時接合工序。根據(jù)上述方法，能夠防止金屬構(gòu)件彼此在正式接合工序時分開。

此外，較為理想的是，在上述對接部的邊上配置接頭件并在上述接頭件設(shè)置底孔之后，將上述攪拌銷插入上述底孔來進(jìn)行上述正式接合工序。根據(jù)上述方法，能夠減小將旋轉(zhuǎn)工具壓入金屬構(gòu)件時的壓入阻力。

此外，在本發(fā)明的摩擦攪拌接合方法中，使用包括攪拌銷的旋轉(zhuǎn)工具來對兩個金屬構(gòu)件進(jìn)行接合，其特征是，包括：對接工序，在該對接工序中，將上述金屬構(gòu)件彼此成角度地對接來形成對接部；以及正式接合工序，在該正式接合工序中，將旋轉(zhuǎn)的上述攪拌銷插入上述金屬構(gòu)件彼此間的內(nèi)角，并在僅使上述攪拌銷與兩個上述金屬構(gòu)件接觸的狀態(tài)下進(jìn)行上述對接部的摩擦攪拌接合。

此外，在本發(fā)明的摩擦攪拌接合方法中，使用包括攪拌銷的旋轉(zhuǎn)工具來對兩個金屬構(gòu)件進(jìn)行接合，其特征是，包括：對接工序，在該對接工序中，將上述金屬構(gòu)件彼此成角度地對接來形成對接部；第一正式接合工序，在該第一正式接合工序中，將旋轉(zhuǎn)的上述攪拌銷插入上述金屬構(gòu)件彼此間的內(nèi)角，并在僅使上述攪拌銷與兩個上述金屬構(gòu)件接觸的狀態(tài)下進(jìn)行上述對接部的摩擦攪拌接合；以及第二正式接合工序，在該第二正式接合工序中，將旋轉(zhuǎn)的上述攪拌銷插入上述金屬構(gòu)件彼此的構(gòu)成外角的面?zhèn)?，并在僅使上述攪拌銷與兩個上述金屬構(gòu)件接觸的狀態(tài)下進(jìn)行上述對接部的摩擦攪拌接合。

根據(jù)上述方法，由于僅使攪拌銷與金屬構(gòu)件接觸，因此，能夠抑制接合時金屬構(gòu)件的側(cè)面的損傷。此外，由于沒有像以往那樣在旋轉(zhuǎn)工具上使用按壓塊，因此，能看到接合部分。藉此，能夠提高作業(yè)性。

此外，較為理想的是，使在上述第一正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域與在上述第二正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域接觸。根據(jù)上述方法，由于沒有對接部的間隙，因此，能夠提高氣密性及水密性。

此外，較為理想的是，在上述對接工序中，使一方的上述金屬構(gòu)件的側(cè)面與另一方的上述金屬構(gòu)件的端面對接，并在由一方的上述金屬構(gòu)件的側(cè)面與另一方的上述金屬構(gòu)件的側(cè)面所構(gòu)成的內(nèi)角的角度為α的情況下，在上述第一正式接合工序中，使插入到上述側(cè)面彼此的相交線的上述旋轉(zhuǎn)工具的旋轉(zhuǎn)中心軸位于假想基準(zhǔn)面與上述一方的上述金屬構(gòu)件的側(cè)面之間，其中，上述假想基準(zhǔn)面穿過上述相交線，且與上述側(cè)面所成的角度為α/2。

根據(jù)上述方法，通過使旋轉(zhuǎn)工具朝一方的上述金屬構(gòu)件側(cè)傾斜，就能將攪拌銷插入到對接部的較深的位置處，因此，能夠在對接部的較深位置處進(jìn)行接合。

此外，較為理想的是，包括臨時接合工序，該臨時接合工序是在上述正式接合工序之前，將旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)工具插入上述金屬構(gòu)件彼此的構(gòu)成外角的面?zhèn)龋⑦M(jìn)行上述對接部的臨時接合的工序。根據(jù)上述接合方法，能夠防止金屬構(gòu)件彼此在進(jìn)行正式接合工序時分開。

此外，較為理想的是，在上述正式接合工序中，使在上述臨時接合工序中形成的塑性化區(qū)域與在上述正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域重疊。根據(jù)上述方法，通過使塑性化區(qū)域彼此重疊，從而沒有對接部的間隙，因此，能夠提高氣密性及水密性。

此外，較為理想的是，在上述正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域上進(jìn)行堆焊。根據(jù)上述方法，能夠補(bǔ)充由正式接合工序引起的金屬不足的量。

根據(jù)本發(fā)明的摩擦攪拌接合方法，通過減小摩擦攪拌裝置所受的載荷，從而能夠在對接部的較深的部位處進(jìn)行接合。此外，根據(jù)本發(fā)明的摩擦攪拌接合方法，不僅能夠抑制接合時的金屬構(gòu)件的損傷，而且能夠理想地進(jìn)行接合。

附圖說明

圖1(a)是表示第一實施方式的正式接合用旋轉(zhuǎn)工具的側(cè)視圖，圖1(b)是表示正式接合用旋轉(zhuǎn)工具的接合形態(tài)的示意剖視圖。

圖2(a)是表示第一實施方式的臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具的側(cè)視圖，圖2(b)是表示臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具的接合形態(tài)的示意剖視圖。

圖3是表示第一實施方式的準(zhǔn)備工序的圖，其中，圖3(a)是立體圖，圖3(b)是俯視圖。

圖4是表示第一實施方式的第一預(yù)備工序的俯視圖，其中，圖4(a)表示接合過程中，圖4(b)表示完成時。

圖5是表示第一實施方式的第一正式接合工序的俯視圖，其中，圖5(a)表示接合過程中，圖5(b)表示完成時。

圖6是表示第一實施方式的第一修補(bǔ)工序的立體圖。

圖7是表示第一實施方式的第一修補(bǔ)工序中的修補(bǔ)構(gòu)件接合工序的圖，圖7(a)是俯視圖，圖7(b)是剖視圖。

圖8是表示第一實施方式的第一修補(bǔ)工序后的剖視圖。

圖9(a)是表示第一實施方式的第二正式接合工序的剖視圖，圖9(b)是表示本實施方式的第二修補(bǔ)工序的剖視圖。

圖10是表示修補(bǔ)工序的變形例的圖，其中，圖10(a)表示切削工序，圖10(b)表示堆焊工序。

圖11(a)是表示第二實施方式的準(zhǔn)備工序的立體圖，圖11(b)是表示第二實施方式的預(yù)備工序的立體圖。

圖12是表示第二實施方式的正式接合工序的圖，其中，圖12(a)是立體圖，圖12(b)是剖視圖。

圖13是表示第二實施方式的修補(bǔ)工序的剖視圖。

圖14(a)是表示第三實施方式的第一正式接合工序的剖視圖，圖14(b)是表示第三實施方式的第二正式接合工序的剖視圖。

圖15是實施例1的條件和各塑性化區(qū)域的剖視圖。

圖16是用于對實施例1進(jìn)行說明的剖視圖。

圖17是實施例2的條件和各塑性化區(qū)域的剖視圖。

圖18是用于對實施例2、實施例3進(jìn)行說明的剖視圖。

圖19是實施例3的條件和各塑性化區(qū)域的剖視圖。

圖20是表示在實施例4～實施例6中使用的正式接合用旋轉(zhuǎn)工具的基本形狀的側(cè)視圖。

圖21是表示在實施例4～實施例6中使用的正式接合用旋轉(zhuǎn)工具的1系列和2系列的側(cè)視圖。

圖22是表示在實施例4～實施例6中使用的正式接合用旋轉(zhuǎn)工具的3系列和4系列的側(cè)視圖。

圖23(a)是表示實施例的角落壁部減少量的示意圖。圖23(b)是表示實施例的螺紋截面積的示意圖。

圖24是表示實施例4的1系列和2系列的結(jié)果的剖視圖。

圖25是表示實施例4的3系列和4系列的結(jié)果的剖視圖。

圖26是表示實施例5的1系列和2系列的結(jié)果的剖視圖。

圖27是表示實施例5的3系列和4系列的結(jié)果的剖視圖。

圖28是表示實施例4中的螺紋截面積與角落壁部減少量間的關(guān)系的圖表。

圖29是表示實施例5中的螺紋截面積與角落壁部減少量間的關(guān)系的圖表。

圖30是表示在實施例6中，將正式接合用旋轉(zhuǎn)工具b－1的轉(zhuǎn)速設(shè)定為1000rpm，并將接合速度設(shè)定為100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min時的結(jié)果的剖視圖。

圖31是表示在實施例6中，將正式接合用旋轉(zhuǎn)工具c－1的轉(zhuǎn)速設(shè)定為1000rpm，并將接合速度設(shè)定為100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min時的結(jié)果的剖視圖。

圖32是表示在實施例6中，將正式接合用旋轉(zhuǎn)工具a－4的轉(zhuǎn)速設(shè)定為1000rpm，并將接合速度設(shè)定為100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min時的結(jié)果的剖視圖。

圖33是表示在實施例6中，將轉(zhuǎn)速固定為1000rpm，并將接合速度設(shè)定為100mm/min時的結(jié)果的剖視圖。

圖34是表示在實施例6中，將轉(zhuǎn)速固定為1000rpm，并將接合速度設(shè)定為200mm/min時的結(jié)果的剖視圖。

圖35是表示在實施例6中，將轉(zhuǎn)速固定為1000rpm，并將接合速度設(shè)定為300mm/min時的結(jié)果的剖視圖。

圖36是表示在實施例6中，將轉(zhuǎn)速固定為1000rpm，并將接合速度設(shè)定為500mm/min時的結(jié)果的剖視圖。

圖37是表示現(xiàn)有的摩擦攪拌接合方法的剖視圖。

(符號說明)

1金屬構(gòu)件

2第一接頭件

3第二接頭件

4輔助構(gòu)件

12正面

13背面

f正式接合用旋轉(zhuǎn)工具

f1連接部

f2攪拌銷

g臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具

g1肩部

g2攪拌銷

j1～j4對接部

k底孔

m凹槽

w1塑性化區(qū)域

w1～w3塑性化區(qū)域

具體實施方式

(第一實施方式)

參照附圖，對本發(fā)明的第一實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，對在本實施方式中使用的正式接合用旋轉(zhuǎn)工具及臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具進(jìn)行說明。

如圖1(a)所示，正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f由連接部f1和攪拌銷f2構(gòu)成。正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f例如由工具鋼形成。連接部f1是與圖1(b)所示的摩擦攪拌裝置的轉(zhuǎn)軸d連接的部位。連接部f1呈圓柱狀，其形成有供螺栓緊固的螺紋孔b、b。

攪拌銷f2從連接部f1下垂，并與連接部f1同軸。攪拌銷f2的前端越是遠(yuǎn)離連接部f1越是細(xì)。在攪拌銷f2的外周面上刻設(shè)有螺旋槽f3。

如圖1(b)所示，在使用正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f來進(jìn)行摩擦攪拌接合時，僅將旋轉(zhuǎn)的攪拌銷f2插入金屬構(gòu)件1，并在使金屬構(gòu)件1與連接部f1分開的同時使正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f移動。換言之，在使攪拌銷f2的基端部露出的狀態(tài)下進(jìn)行摩擦攪拌接合。在正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f的移動軌跡中，因摩擦攪拌后的金屬固化而形成有塑性化區(qū)域w。

如圖2(a)所示，臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g由肩部g1和攪拌銷g2構(gòu)成。臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g例如由工具鋼形成。如圖2(b)所示，肩部g1是與摩擦攪拌裝置的轉(zhuǎn)軸d連接的部位，同時是對塑性流動化后的金屬進(jìn)行按壓的部位。肩部g1呈圓柱狀。肩部g1的下端面呈凹狀，用以防止流動化后的金屬向外部流出。

攪拌銷g2從肩部g1下垂，并與肩部g1同軸。攪拌銷g2的前端越是遠(yuǎn)離肩部g1越是細(xì)。在攪拌銷g2的外周面上刻設(shè)有螺旋槽g3。

如圖2(b)所示，在使用臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g來進(jìn)行摩擦攪拌接合時，在將旋轉(zhuǎn)的攪拌銷g2和肩部g1的下端插入金屬構(gòu)件1的同時使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g移動。在臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g的移動軌跡中，因摩擦攪拌后的金屬固化而形成有塑性化區(qū)域w。

接著，對本實施方式的具體的摩擦攪拌接合方法進(jìn)行說明。在本實施方式中，包括(1)準(zhǔn)備工序、(2)第一預(yù)備工序、(3)第一正式接合工序、(4)第一修補(bǔ)工序、(5)第二預(yù)備工序、(6)第二正式接合工序以及(7)第二修補(bǔ)工序。另外，第一預(yù)備工序、第一正式接合工序及第一修補(bǔ)工序是從金屬構(gòu)件1的正面?zhèn)冗M(jìn)行的工序，第二預(yù)備工序、第二正式接合工序及第二修補(bǔ)工序是從金屬構(gòu)件1的背面?zhèn)冗M(jìn)行的工序。

(1)準(zhǔn)備工序

參照圖3，對準(zhǔn)備工序進(jìn)行說明。本實施方式的準(zhǔn)備工序包括：對接工序，在該對接工序中，使所要接合的金屬構(gòu)件1、1對接；接頭件配置工序，在該接頭件配置工序中，將第一接頭件2和第二接頭件3配置在金屬構(gòu)件1、1的對接部j1的兩側(cè)；以及焊接工序，在該焊接工序中，通過焊接將第一接頭件2和第二接頭件3臨時接合到金屬構(gòu)件1、1。

在對接工序中，將所要接合的金屬構(gòu)件1、1呈l字形配置，并使一方的金屬構(gòu)件1的側(cè)面與另一方的金屬構(gòu)件1的端面緊密接觸。金屬構(gòu)件1只要是能夠進(jìn)行摩擦攪拌的金屬即可，在本實施方式中，使用鋁合金。

在接頭件配置工序中，將第一接頭件2配置在金屬構(gòu)件1、1的對接部j1的一端側(cè)(外側(cè))來使第一接頭件2的抵接面21(參照圖3(b))與金屬構(gòu)件1、1外側(cè)的側(cè)面抵接，并且將第二接頭件3配置在對接部j1的另一端側(cè)來使第二接頭件3的抵接面31、31(參照圖3(b))與金屬構(gòu)件1、1內(nèi)側(cè)的側(cè)面抵接。另外，在使金屬構(gòu)件1、1呈l字形組合的情況下，將第一接頭件2及第二接頭件3的一方(在本實施方式中為第二接頭件3)配置在由金屬構(gòu)件1、1形成的內(nèi)角部(由金屬構(gòu)件1、1內(nèi)側(cè)的側(cè)面形成的角部)。

在焊接工序中，對由金屬構(gòu)件1和第一接頭件2形成的內(nèi)角部2a、2a進(jìn)行焊接來將金屬構(gòu)件1與第一接頭件2接合，并對由金屬構(gòu)件1與第二接頭件3形成的內(nèi)角部3a、3a進(jìn)行焊接來將金屬構(gòu)件1與第二接頭件3接合。

在準(zhǔn)備工序完成之后，將金屬構(gòu)件1、1、第一接頭件2及第二接頭件3載置在未圖示的摩擦攪拌裝置的架臺上，并使用夾子等未圖示的夾具限制成無法移動。

(2)第一預(yù)備工序

第一預(yù)備工序包括：第一接頭件接合工序，在該第一接頭件接合工序中，對金屬構(gòu)件1、1與第一接頭件2的對接部j2進(jìn)行接合；臨時接合工序，在該臨時接合工序中，對金屬構(gòu)件1、1的對接部j1進(jìn)行臨時接合；第二接頭件接合工序，在該第二接頭件接合工序中，對金屬構(gòu)件1、1與第二接頭件3的對接部j3進(jìn)行接合；以及底孔形成工序，在該底孔形成工序中，在第一正式接合工序中的摩擦攪拌的開始位置處形成底孔。

如圖4(a)及圖4(b)所示，使一個臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g移動來形成一筆書寫的移動軌跡(焊珠)，從而對對接部j1、j2、j3連續(xù)地進(jìn)行摩擦攪拌。

首先，使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g的攪拌銷g2一邊朝左旋轉(zhuǎn)，一邊插入到設(shè)于第一接頭件2的適當(dāng)部位處的開始位置sp，來開始進(jìn)行摩擦攪拌，并使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g朝向第一接頭件接合工序的起點s2相對移動。

在使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g相對移動來連續(xù)地進(jìn)行摩擦攪拌直至第一接頭件接合工序的起點s2之后，使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g以在起點s2處不發(fā)生脫離的狀態(tài)直接轉(zhuǎn)移到第一接頭件接合工序。

在第一接頭件接合工序中，對第一接頭件2與金屬構(gòu)件1、1的對接部j2進(jìn)行摩擦攪拌。具體來說，在金屬構(gòu)件1、1與第一接頭件2的接縫上設(shè)置摩擦攪拌的路徑，并使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g沿著該路徑相對移動，藉此來對對接部j2進(jìn)行摩擦攪拌。在本實施方式中，使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g以在中途不發(fā)生脫離的狀態(tài)，從第一接頭件接合工序的起點s2到終點e2連續(xù)地進(jìn)行摩擦攪拌。

另外，在使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g朝左旋轉(zhuǎn)的情況下，由于有可能在行進(jìn)方向的右側(cè)產(chǎn)生細(xì)微的接合缺陷，因此，較為理想的是，以使金屬構(gòu)件1、1位于臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g的行進(jìn)方向的左側(cè)的方式設(shè)定第一接頭件接合工序的起點s2和終點e2的位置。若是這樣，則在金屬構(gòu)件1側(cè)不容易產(chǎn)生接合缺陷，因此，能獲得高品質(zhì)的接合體。

在臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g到達(dá)第一接頭件接合工序的終點e2之后，在終點e2處不使摩擦攪拌結(jié)束，而是連續(xù)地進(jìn)行摩擦攪拌直至臨時接合工序的起點s1，并直接轉(zhuǎn)移到臨時接合工序。另外，在本實施方式中，將從第一接頭件接合工序的終點e2到臨時接合工序的起點s1的摩擦攪拌的路徑設(shè)定在第一接頭件2上。

在臨時接合工序中，對金屬構(gòu)件1、1的對接部j1進(jìn)行摩擦攪拌。具體來說，在金屬構(gòu)件1、1的接縫上設(shè)置摩擦攪拌的路徑，并使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g沿著該路徑相對移動，藉此來對對接部j1進(jìn)行摩擦攪拌。在本實施方式中，使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g以在中途不發(fā)生脫離的狀態(tài)，從臨時接合工序的起點s1到終點e1連續(xù)地進(jìn)行摩擦攪拌。

在臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g到達(dá)臨時接合工序的終點e1之后，直接轉(zhuǎn)移到第二接頭件接合工序。即，使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g以在同樣作為第二接頭件接合工序的起點s3的臨時接合工序的終點e1處不發(fā)生脫離的狀態(tài)，轉(zhuǎn)移到第二接頭件接合工序。

在第二接頭件接合工序中，對金屬構(gòu)件1、1與第二接頭件3的對接部j3、j3進(jìn)行摩擦攪拌。在本實施方式中，由于第二接頭件接合工序的起點s3位于對接部j3、j3的中間，因此，在從第二接頭件接合工序的起點s3到終點e3的摩擦攪拌的路徑上設(shè)置折返點m3，在使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g從起點s3移動到折返點m3后(參照圖4(a))，使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g從折返點m3移動到終點e3(參照圖4(b))，藉此來從第二接頭件接合工序的起點s3到終點e3連續(xù)地進(jìn)行摩擦攪拌。即，在使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g在起點s3～折返點m3之間往復(fù)移動后，使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g移動到終點e3，藉此來從第二接頭件接合工序的起點s3到終點e3連續(xù)地進(jìn)行摩擦攪拌。另外，從起點s3到折返點m3的摩擦攪拌的路徑及從折返點m3到終點e3的摩擦攪拌的路徑分別設(shè)定在金屬構(gòu)件1與第二接頭件3的接縫上。

起點s3、折返點m3及終點e3的位置關(guān)系沒有特別限制，但在像本實施方式這樣使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g朝左旋轉(zhuǎn)的情況下，較為理想的是，以使金屬構(gòu)件1、1至少在從折返點m3到終點e3的摩擦攪拌的路徑中位于臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g的行進(jìn)方向的左側(cè)的方式設(shè)定第二接頭件接合工序的起點s3、折返點m3及終點e3的位置。在這種情況下，較為理想的是，在起點s3～折返點m3之間，無論是往路還是返路，均將摩擦攪拌的路徑設(shè)定在金屬構(gòu)件1與第二接頭件3的接縫上，并使臨時接合用正式接合用旋轉(zhuǎn)工具沿著該路徑移動。若是這樣，則在從起點s3到折返點m3之間，金屬構(gòu)件1位于臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g的行進(jìn)方向的右側(cè)，即便在金屬構(gòu)件1側(cè)產(chǎn)生接合缺陷，在隨后進(jìn)行的從折返點m3到終點e3的摩擦攪拌中使金屬構(gòu)件1位于臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g的行進(jìn)方向的左側(cè)，因此，能修正上述接合缺陷，從而能獲得高品質(zhì)的接合體。

另外，在使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g朝右旋轉(zhuǎn)的情況下，較為理想的是，以使金屬構(gòu)件1、1在從折返點到終點的摩擦攪拌的路徑中位于臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g的行進(jìn)方向的右側(cè)的方式設(shè)定第二接頭件接合工序的起點、折返點及終點的位置。具體來說，雖未圖示，但只要在使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g朝左旋轉(zhuǎn)時的終點e3的位置處設(shè)置折返，并在使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g朝左旋轉(zhuǎn)時的折返點m3的位置處設(shè)置終點即可。

如圖4(b)所示，在臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g到達(dá)第二接頭件接合工序的終點e3之后，在終點e3處不使摩擦攪拌結(jié)束，而是連續(xù)地進(jìn)行摩擦攪拌直至設(shè)于第二接頭件3的結(jié)束位置ep。在臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g到達(dá)結(jié)束位置ep之后，使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g一邊旋轉(zhuǎn)一邊上升，來使攪拌銷g2脫離結(jié)束位置ep。

接著，進(jìn)行底孔形成工序。底孔形成工序是在第一正式接合工序中的摩擦攪拌的開始位置處形成底孔的工序。雖然也可以重新形成底孔，但在本實施方式中，是通過鉆孔機(jī)等將使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g的攪拌銷g2脫離時形成的沖孔擴(kuò)徑來形成底孔。若是這樣，則能省略或是簡化底孔的加工作業(yè)，因此，能縮短作業(yè)時間。另外，也可以將上述沖孔直接用作底孔。

(3)第一正式接合工序

在第一預(yù)備工序完成之后，進(jìn)行將金屬構(gòu)件1、1的對接部j1正式接合的第一正式接合工序。在本實施方式的第一正式接合工序中，使用圖1(a)所示的正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f，并從金屬構(gòu)件1的正面?zhèn)葘μ幱谂R時接合后的狀態(tài)的對接部j1進(jìn)行摩擦攪拌。

在第一正式接合工序中，首先，如圖5所示，使正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f一邊朝右旋轉(zhuǎn)，一邊將攪拌銷f2插入到開始位置sm1(即圖4(b)所示的結(jié)束位置ep)，并開始進(jìn)行摩擦攪拌。

在進(jìn)行摩擦攪拌直至金屬構(gòu)件1、1的對接部j1的一端之后，直接使正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f進(jìn)入對接部j1，并使正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f沿著設(shè)定在金屬構(gòu)件1、1的接縫上的摩擦攪拌的路徑相對移動，藉此來從對接部j1的一端到另一端連續(xù)地進(jìn)行摩擦攪拌。在此，參照圖1(b)，使正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f的連接部f1與金屬構(gòu)件1分開，僅將攪拌銷f2插入對接部j1。如圖5(b)所示，在使正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f相對移動到對接部j1的另一端之后，一邊進(jìn)行摩擦攪拌，一邊使正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f橫穿對接部j2，并直接朝向結(jié)束位置em1相對移動。

在正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f到達(dá)結(jié)束位置em1之后，使正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f一邊旋轉(zhuǎn)一邊上升，來使攪拌銷f2脫離結(jié)束位置em1。另外，若在結(jié)束位置em1處使攪拌銷f2朝上方脫離，則不可避免地會形成與攪拌銷f2大致相同形狀的沖孔，但是，在本實施方式中，直接將其殘留。

(4)第一修補(bǔ)工序

在第一正式接合工序完成之后，對由第一正式接合工序在金屬構(gòu)件1上形成的塑性化區(qū)域w1進(jìn)行第一修補(bǔ)工序。在本實施方式的第一修補(bǔ)工序中，如圖6及圖7所示，進(jìn)行形成凹槽m的凹槽形成工序、在凹槽m中配置輔助構(gòu)件4的配置工序以及將金屬構(gòu)件1與輔助構(gòu)件4接合的輔助構(gòu)件接合工序。

在凹槽形成工序中，如圖6所示，在伴隨著正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f的移動而形成的塑性化區(qū)域w1的正面形成凹槽m。在凹槽形成工序中，例如，使用立銑刀等對毛刺及塑性化區(qū)域w1的正面進(jìn)行切削，來形成截面呈矩形的凹槽m。

在配置工序中，在凹槽m中配置輔助構(gòu)件4。輔助構(gòu)件4是由與金屬構(gòu)件1相同的材料構(gòu)成的金屬板。輔助構(gòu)件4呈與凹槽m相同的形狀。輔助構(gòu)件4的厚度與凹槽m的深度大致相等。

在輔助構(gòu)件接合工序中，如圖7(a)所示，對輔助構(gòu)件4與金屬構(gòu)件1、第一接頭件2及第二接頭件3的對接部分、即對接部j4進(jìn)行摩擦攪拌接合。具體來說，將旋轉(zhuǎn)的臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g插入到設(shè)定于第二接頭件3的開始位置sh1處，并使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g沿著對接部j4旋轉(zhuǎn)一圈來移動到結(jié)束位置eh1。如圖7(b)所示，在輔助構(gòu)件接合工序中，一邊將肩部g1壓入到金屬構(gòu)件1的正面12中，一邊使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g移動。此外，臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g的攪拌銷g2設(shè)定為比輔助構(gòu)件4的厚度長。

如圖8所示，若使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g旋轉(zhuǎn)一圈，以在輔助構(gòu)件4上形成有兩個塑性化區(qū)域w2，則輔助構(gòu)件4全部被塑性化區(qū)域w2、w2所覆蓋。此外，由于塑性化區(qū)域w1與塑性化區(qū)域w2重疊，因此，能進(jìn)一步提高氣密性及水密性。

若在第一正式接合工序之后，金屬構(gòu)件1的正面12與塑性化區(qū)域w1的正面間的高低差較大，則也可以省略凹槽形成工序。此外，在輔助構(gòu)件接合工序中，也可以通過焊接的方式將金屬構(gòu)件1與輔助構(gòu)件4接合。

(5)第二預(yù)備工序

在第一正式接合工序完成之后，將金屬構(gòu)件1、1翻面，進(jìn)行第二預(yù)備工序。本實施方式的第二預(yù)備工序包括在第二正式接合工序中的摩擦攪拌的開始位置形成底孔(未圖示)的底孔形成工序。另外，在第二預(yù)備工序中，也可以從金屬構(gòu)件1、1的背面13側(cè)對對接部j1進(jìn)行臨時接合。

(6)第二正式接合工序

在第二預(yù)備工序完成之后，如圖9(a)所示，使用正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f，來進(jìn)行第二正式接合工序，在該第二正式接合工序中，從金屬構(gòu)件1的背面13側(cè)對對接部j1進(jìn)行摩擦攪拌接合。在第二正式接合工序中，從背面13側(cè)進(jìn)行與第一正式接合工序大致相同的作業(yè)。在第二正式接合工序中，也在使正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f的連接部f1與金屬構(gòu)件1分開的同時，僅將攪拌銷f2插入到金屬構(gòu)件1中。在對對接部j1進(jìn)行摩擦攪拌接合時，一邊使正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f的攪拌銷f2進(jìn)入在第一正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域w1，一邊進(jìn)行摩擦攪拌。

(7)第二修補(bǔ)工序

在第二正式接合工序完成之后，對由第二正式接合工序在金屬構(gòu)件1上形成的塑性化區(qū)域w2進(jìn)行第二修補(bǔ)工序。在第二修補(bǔ)工序中，從背面13側(cè)進(jìn)行與第一修補(bǔ)工序大致相同的作業(yè)。如圖9(b)所示，若進(jìn)行第二修補(bǔ)工序，則輔助構(gòu)件4整體被兩個塑性化區(qū)域w3所覆蓋。最后，將第一接頭件2及第二接頭件3從金屬構(gòu)件1、1切斷。

根據(jù)以上說明的摩擦攪拌接合，在進(jìn)行摩擦攪拌接合時，與金屬構(gòu)件1、1接觸的部分僅僅是正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f的攪拌銷f2，藉此，與現(xiàn)有相比，能減少金屬構(gòu)件1、1與正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f間的摩擦，并能減小摩擦攪拌裝置所受的載荷。由于摩擦攪拌裝置所受的載荷變小，因此，能將攪拌銷f2插入到金屬構(gòu)件1、1的較深位置處。

此外，通過使在第一正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域w1與在第二正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域w2接觸，能在對接部j1的厚度方向的全長上進(jìn)行摩擦攪拌接合，因此，能提高氣密性及水密性。此外，在本實施方式中，在進(jìn)行第二正式接合工序時，由于在使攪拌銷f2與塑性化區(qū)域w1接觸的同時進(jìn)行摩擦攪拌接合，因此，即便在塑性化區(qū)域w1存在接合缺陷，也能對該接合缺陷進(jìn)行修補(bǔ)。

此外，即便因第一正式接合工序及第二正式接合工序而在金屬構(gòu)件1的正面12或背面13形成高低差，也能夠通過進(jìn)行修補(bǔ)工序來使金屬構(gòu)件1的正面12或背面13變得平坦。此外，在輔助構(gòu)件接合工序中，只要至少將金屬構(gòu)件1與輔助構(gòu)件4接合即可，但通過像本實施方式這樣對輔助構(gòu)件4的整體進(jìn)行摩擦攪拌接合，就能使輔助構(gòu)件4被塑性化區(qū)域w2、w3所覆蓋，來進(jìn)一步提高氣密性及水密性。

此外，通過進(jìn)行對接部j1的臨時接合工序，就能在進(jìn)行正式接合工序時防止金屬構(gòu)件1、1分開。此外，通過設(shè)置接頭件，不僅能容易地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)工具的插入及脫離作業(yè)，而且能通過在上述接頭件上設(shè)置底孔來減小將旋轉(zhuǎn)工具壓入時的壓入阻力。

以上對本發(fā)明的第一實施方式進(jìn)行了說明，但能夠在不違背本發(fā)明的精神的范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計變更。例如，圖10是表示修補(bǔ)工序的變形例的圖，其中，圖10(a)表示凹槽形成工序，圖10(b)表示堆焊工序。在修補(bǔ)工序中，也可以使用堆焊來進(jìn)行修補(bǔ)，以代替修補(bǔ)構(gòu)件4。也就是說，也可以如圖10(a)所示，在將凹槽m形成在第一正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域w1上之后，對上述凹槽m進(jìn)行堆焊。藉此，由于在凹槽m中填充有焊接金屬n，因此，能夠使金屬構(gòu)件1、1的正面12變得平坦。另外，也可以省略凹槽形成工序。

此外，在第一實施方式中，使用摩擦攪拌接合來進(jìn)行臨時接合工序，但也可以使用焊接來進(jìn)行臨時接合工序。此外，在使用輔助構(gòu)件4的修補(bǔ)工序中，使用臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g，但在輔助構(gòu)件4的厚度較大的情況下，也可以使用更大的旋轉(zhuǎn)工具。此外，輔助構(gòu)件4與金屬構(gòu)件1也可以通過焊接來接合。

(第二實施方式)

對本發(fā)明的第二實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。在第二實施方式中，包括(1)準(zhǔn)備工序、(2)預(yù)備工序、(3)正式接合工序以及(4)修補(bǔ)工序。

(1)準(zhǔn)備工序

參照圖11，對準(zhǔn)備工序進(jìn)行說明。第二實施方式的準(zhǔn)備工序包括：對接工序，在該對接工序中，使所要接合的金屬構(gòu)件201、202對接；接頭件配置工序，在該接頭件配置工序中，將接頭件配置在金屬構(gòu)件201、202的對接部j1的端部；以及焊接工序，在該焊接工序中，通過焊接將接頭件203臨時接合到金屬構(gòu)件201、202。

在對接工序中，如圖11(a)所示，使所要接合的金屬構(gòu)件201的側(cè)面201b與金屬構(gòu)件202的端面202a對接，并且使金屬構(gòu)件201的端面201a與金屬構(gòu)件202的側(cè)面202c共面。也就是說，在對接工序中，使金屬構(gòu)件201、202垂直地對接，從側(cè)面觀察呈l字狀。金屬構(gòu)件201、202只要是能夠進(jìn)行摩擦攪拌的金屬即可，在本實施方式中，使用鋁合金。

在接頭件配置工序中，如圖11(b)所示，將接頭件203配置在金屬構(gòu)件201、202的對接部j1的一端側(cè)來使接頭件203與金屬構(gòu)件201的側(cè)面201d及金屬構(gòu)件202的側(cè)面202d抵接。接頭件203的正面203a與金屬構(gòu)件202的側(cè)面202c及金屬構(gòu)件201的端面201a配置成共面。

在焊接工序中，將金屬構(gòu)件201、202與接頭件203焊接，并將金屬構(gòu)件201、202與接頭件203接合。

在準(zhǔn)備工序完成之后，將金屬構(gòu)件201、202及接頭件203載置在未圖示的摩擦攪拌裝置的架臺上，并使用夾子等未圖示的夾具限制成無法移動。

(2)預(yù)備工序

預(yù)備工序包括對金屬構(gòu)件201、202的對接部j1進(jìn)行臨時接合的臨時接合工序。具體來說，如圖11(b)所示，將臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g插入接頭件203，并從金屬構(gòu)件201、202的外側(cè)(構(gòu)成外角的面一側(cè))對對接部j1進(jìn)行摩擦攪拌接合。在臨時接合工序中，參照圖2(b)，在將肩部g1的下表面壓入金屬構(gòu)件201、202的狀態(tài)下，使臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g移動。在對對接部j1的全部或一部分進(jìn)行接合之后，將接頭件203從金屬構(gòu)件201、202切削。另外，在本實施方式中，利用摩擦攪拌接合進(jìn)行臨時接合工序，但也可以例如通過焊接來進(jìn)行金屬構(gòu)件201、202的臨時接合。

(3)正式接合工序

在預(yù)備工序完成之后，進(jìn)行將金屬構(gòu)件201、202的對接部j1正式接合的正式接合工序。在本實施方式的正式接合工序中，首先，如圖12(a)所示，在金屬構(gòu)件201、202的構(gòu)成外角的面上配置抵接件t。抵接件t是俯視呈l字狀的金屬制的構(gòu)件，使其與金屬構(gòu)件201的側(cè)面201c、端面201a及金屬構(gòu)件202的側(cè)面202c接觸。接著，將金屬構(gòu)件201、202及抵接件t載置在未圖示的摩擦攪拌裝置的架臺上，并使用夾子等未圖示的夾具限制成無法移動。

接著，在正式接合工序中，將旋轉(zhuǎn)的正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f插入金屬構(gòu)件201和金屬構(gòu)件202的內(nèi)角(由側(cè)面201b和側(cè)面202b構(gòu)成的角部)處，并對對接部j1進(jìn)行摩擦攪拌接合。在正式接合工序中，如圖12(a)、圖12(b)所示，使正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f的連接部f1與金屬構(gòu)件201、202分開，僅將攪拌銷f2插入對接部j1。

此外，在正式接合工序中，如圖12(b)所示，使正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f的旋轉(zhuǎn)中心軸fc傾斜來進(jìn)行摩擦攪拌接合。也就是說，在正式接合工序中，插入到側(cè)面201b與側(cè)面202b的相交線c1的正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f的旋轉(zhuǎn)中心軸fc設(shè)定成位于假想基準(zhǔn)面c與金屬構(gòu)件201的側(cè)面201b之間，其中，上述假想基準(zhǔn)面c穿過相交線c1，且與側(cè)面201b及側(cè)面202b所成的角度為α/2(在本實施方式中，α＝90°)。在正式接合工序中，使在正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域w1與在臨時接合工序中形成的塑性化區(qū)域w重疊。另外，旋轉(zhuǎn)中心軸fc的位置不包括與側(cè)面201b及假想基準(zhǔn)面c重合的位置。

(4)修補(bǔ)工序

在正式接合工序完成之后，對由正式接合工序在金屬構(gòu)件201、202上形成的塑性化區(qū)域w1進(jìn)行修補(bǔ)工序。在本實施方式的修補(bǔ)工序中，如圖13所示，對塑性化區(qū)域w1的上表面進(jìn)行堆焊。

正式接合工序會造成塑性化區(qū)域w1的上表面(正面)因金屬不足而存在形成槽的趨勢，但通過進(jìn)行堆焊，就能補(bǔ)充不足的金屬。如圖13所示，較為理想的是，使金屬構(gòu)件201的側(cè)面201b及金屬構(gòu)件202的側(cè)面202b與通過堆焊形成的焊接金屬n共面。另外，也可以在進(jìn)行堆焊之前，對塑性化區(qū)域w的上表面進(jìn)行切削來預(yù)先形成凹槽，并對該凹槽進(jìn)行堆焊。此外，在槽比較淺的情況下，也可以省略堆焊，而對金屬構(gòu)件201的側(cè)面201b及金屬構(gòu)件202的側(cè)面202b進(jìn)行面切削加工，來去除由摩擦攪拌接合而形成的槽。

根據(jù)以上說明的本實施方式的摩擦攪拌接合，在對金屬構(gòu)件201、202的內(nèi)角進(jìn)行接合的正式接合工序中，由于僅使攪拌銷f2與金屬構(gòu)件201、202接觸，因此，能夠抑制接合時的金屬構(gòu)件201的側(cè)面201b及金屬構(gòu)件202的側(cè)面202b的損傷。此外，由于沒有像以往那樣使用按壓塊，因此，能看到接合部分。藉此，由于能夠掌握接合狀態(tài)等，因此，能夠提高作業(yè)性。

此外，在正式接合工序中，通過使在臨時接合工序中形成的塑性化區(qū)域w與在正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域w1重疊，能提高氣密性及水密性。此外，通過使用比正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f小的臨時接合用旋轉(zhuǎn)工具g來進(jìn)行臨時接合工序，能夠防止金屬構(gòu)件201、202在正式接合工序時分開。

此外，在正式接合工序中，通過使正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f朝一方的金屬構(gòu)件201側(cè)傾斜，從而與例如將攪拌銷f2沿著圖12(b)所示的假想基準(zhǔn)面c插入的情況、也就是說以使旋轉(zhuǎn)中心軸fc與側(cè)面201b、202b所成的角度為45°的方式相對于垂直的金屬構(gòu)件201、202插入的情況相比，能將攪拌銷f2插入到對接部j1的較深的位置處。藉此，能接合到對接部j1的較深的位置處。

此外，通過在正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域w2上進(jìn)行堆焊，能補(bǔ)充正式接合工序中金屬不足的量。

(第三實施方式)

接著，對本發(fā)明第三實施方式的摩擦攪拌接合方法進(jìn)行說明。在第三實施方式中，包括(1)準(zhǔn)備工序、(2)預(yù)備工序、(3)第一正式接合工序、(4)第二正式接合工序以及(5)修補(bǔ)工序。在第三實施方式中，示出了對比第二實施方式更厚的金屬構(gòu)件1、2進(jìn)行接合的情況。第三實施方式在進(jìn)行兩次正式接合工序這點上與第二實施方式不同。另外，由于(1)準(zhǔn)備工序及(2)預(yù)備工序與第二實施方式相同，因此，省略詳細(xì)說明。

(3)第一正式接合工序

在第一正式接合工序中，如圖14(a)所示，以與上述第二實施方式的正式接合工序大致相同的要點，將旋轉(zhuǎn)的正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f相對于對接部j1插入金屬構(gòu)件201、202的內(nèi)角，來進(jìn)行摩擦攪拌接合。在第三實施方式中，由于金屬構(gòu)件201、202的厚度較大，因此，即便將正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f的插入角度朝金屬構(gòu)件201側(cè)傾斜，也無法使在正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域w1與在臨時接合工序中形成的塑性化區(qū)域w重疊。

(4)第二正式接合工序

在第二正式接合工序中，使用正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f，從金屬構(gòu)件201、202的構(gòu)成外角的面一側(cè)進(jìn)行摩擦攪拌接合。具體來說，如圖14(b)所示，將旋轉(zhuǎn)的正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f的攪拌銷f2從金屬構(gòu)件201的端面201a和金屬構(gòu)件202的側(cè)面202c一側(cè)插入，并使其沿著對接部j1移動。在第二正式接合工序中，使正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f的連接部f1與金屬構(gòu)件201、202分開，并僅將攪拌銷f2插入到對接部j1中。在第二正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域w2與在第一正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域w1重疊。在本實施方式的第二正式接合工序中，使攪拌銷f2到達(dá)塑性化區(qū)域w1。藉此，能更可靠地對對接部j1進(jìn)行接合。

另外，在第二正式接合工序中，也可以在金屬構(gòu)件201、202適當(dāng)設(shè)置接頭件來進(jìn)行摩擦攪拌接合。也可以不將在臨時接合工序中使用的接頭件切削去除，而在第二正式接合工序中利用。

(5)修補(bǔ)工序

在修補(bǔ)工序中，以與第二實施方式的修補(bǔ)工序相同的要點，對在第一正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域w1和在第二正式接合工序中形成的塑性化區(qū)域w2的上表面進(jìn)行堆焊，來補(bǔ)充不足的金屬。

根據(jù)以上說明的第三實施方式，不僅能獲得與第二實施方式大致相同的效果，而且通過進(jìn)行第二正式接合工序，即便在金屬構(gòu)件1、2較厚的情況下，也能對對接部j1的全長進(jìn)行摩擦攪拌接合，因此，能夠提高氣密性及水密性。此外，根據(jù)正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f，不僅能夠抑制摩擦攪拌裝置所受的載荷，而且能夠?qū)嚢桎Nf2插入到較深的位置處。

另外，在本實施方式中，使用正式接合用旋轉(zhuǎn)工具f來進(jìn)行第二正式接合工序，但不局限于此，例如，也可以使用包括肩部及攪拌銷且攪拌銷的長度較長的旋轉(zhuǎn)工具。

以上對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行了說明，但能夠在不違背本發(fā)明的精神的范圍內(nèi)適當(dāng)進(jìn)行設(shè)計變更。例如，在本實施方式中，使金屬構(gòu)件201、202呈直角地進(jìn)行對接，但只要金屬構(gòu)件201的側(cè)面201b與金屬構(gòu)件202的側(cè)面202b所成角度不是180度，無論是多少度均能夠進(jìn)行對接。此外，例如也可以對金屬構(gòu)件1的端面201a和金屬構(gòu)件202的端面202a傾斜地進(jìn)行切割來使金屬構(gòu)件201、202對接。

(實施例)

在實施例1～實施例3中，使用尺寸不同的三種正式接合用旋轉(zhuǎn)工具fa、fb、fc，改變各旋轉(zhuǎn)工具的轉(zhuǎn)速及底孔的條件，來使其在平坦的鋁合金、即金屬構(gòu)件1的正面12移動規(guī)定長度，來觀察所形成的塑性化區(qū)域的截面。在實施例中的符號及尺寸適當(dāng)?shù)貐⒄請D1。在進(jìn)行摩擦攪拌接合時，使正式接合用旋轉(zhuǎn)工具朝右旋轉(zhuǎn)，并使正式接合用旋轉(zhuǎn)工具的連接部f1與金屬構(gòu)件1分開，從而僅使攪拌銷f2插入金屬構(gòu)件1來進(jìn)行摩擦攪拌接合。

<實施例1>

圖15是實施例1的條件和各塑性化區(qū)域的剖視圖。在實施例1中，使用正式接合用旋轉(zhuǎn)工具fa，并以試驗體1號～3號的各條件進(jìn)行試驗。正式接合用旋轉(zhuǎn)工具fa的連接部f1的外徑x1(參照圖1(a))為140mm，厚度x2為40mm。攪拌銷f2的長度y1為55mm，基端外徑y(tǒng)2為32mm，前端外徑y(tǒng)3為16mm。在攪拌銷f2的外周面以深度為2mm、螺距2mm的方式刻設(shè)有左螺紋的螺旋槽f3。

圖16是用于對實施例1進(jìn)行說明的剖視圖。插入深度尺寸t1是從壓入后的攪拌銷f2的前端到正面12的長度。底孔k呈圓柱狀，并設(shè)定為直徑t2＝20mm、深度t3＝45mm。

如圖15所示，在實施例1的試驗體1號～3號中，均沒有發(fā)現(xiàn)接合缺陷。在金屬構(gòu)件1的正面12上形成有高低差p。高低差p越是靠正式接合用旋轉(zhuǎn)工具fa的行進(jìn)方向左側(cè)越是深。高低差p可以認(rèn)為是通過因摩擦攪拌接合而塑性流動化后的金屬飛散或是作為毛刺l流出到外部來形成的。毛刺l集中在正式接合用旋轉(zhuǎn)工具fa的行進(jìn)方向右側(cè)。在正式接合用旋轉(zhuǎn)工具fa中，受工具的旋轉(zhuǎn)速度變化的影響不大。

<實施例2>

圖17是實施例2的條件和各塑性化區(qū)域的剖視圖。在實施例2中，使用正式接合用旋轉(zhuǎn)工具fb，并以試驗體4號～7號的各條件進(jìn)行試驗。正式接合用旋轉(zhuǎn)工具fb的連接部f1的外徑x1(參照圖1(a))為140mm，厚度x2為55mm。攪拌銷f2的長度y1為77mm，基端外徑y(tǒng)2為38mm，前端外徑y(tǒng)3為16mm。在攪拌銷f2的外周面以深度為2mm、間距2mm的方式刻設(shè)有左螺紋的螺旋槽f3。

圖18是用于對實施例2進(jìn)行說明的剖視圖。插入深度尺寸t4是從壓入后的攪拌銷f2的前端到正面12的長度。底孔k由大寬度部k1和形成于大寬度部k1底面的小寬度部k2構(gòu)成。大寬度部k1及小寬度部k2均呈圓柱狀。將大寬度部k1的直徑設(shè)為t5、深度尺寸設(shè)為t7，將小寬度部k2的直徑設(shè)為t6、深度尺寸設(shè)為t8。

如圖17所示，在實施例2的試驗體4號～7號中，均沒有發(fā)現(xiàn)接合缺陷。在金屬構(gòu)件1的正面12上形成有高低差p。高低差p可以認(rèn)為是通過因摩擦攪拌接合而塑性流動化后的金屬飛散或是作為毛刺l流出到外部來形成的。在4號和5號中可知，金屬在塑性化區(qū)域w的上部和下部處的形態(tài)不同。可以想到這是因為以下緣故：由于在4號和5號中工具的轉(zhuǎn)速較高，因此，塑性流動化后的金屬中，上側(cè)的金屬容易變?yōu)楦邷?。另一方面，?號和7號中，由于工具的轉(zhuǎn)速較低，因此，塑性化區(qū)域w的形態(tài)基本相同。在試驗體7號中，高低差p較小。

<實施例3>

圖19是實施例3的條件和各塑性化區(qū)域的剖視圖。在實施例3中，使用正式接合用旋轉(zhuǎn)工具fc，并以試驗體8號～11號的各條件進(jìn)行試驗。正式接合用旋轉(zhuǎn)工具fc的連接部f1的外徑x1(參照圖1(a))為140mm，厚度x2為45mm。攪拌銷f2的長度y1為157mm，基端外徑y(tǒng)2為54.7mm，前端外徑y(tǒng)3為16mm。在攪拌銷f2的外周面以深度為2mm、間距2mm的方式刻設(shè)有左螺紋的螺旋槽f3。

如圖19所示，在實施例3的試驗體8號～10號的符號q的部分(旋轉(zhuǎn)工具的行進(jìn)方向左側(cè))發(fā)現(xiàn)接合缺陷。在金屬構(gòu)件1的正面12上形成有比較大的高低差p。高低差p可以認(rèn)為是通過因摩擦攪拌接合而塑性流動化后的金屬飛散或是作為毛刺流出到外部來形成的。另一方面，在試驗體11號中，由于使插入深度較小(相對于攪拌銷f2的長度插入大致一半左右)，因此，處于基本沒有高低差的狀態(tài)。

<實施例4～6>

在實施例4～6中，如圖20所示，準(zhǔn)備銷角度(轉(zhuǎn)軸與攪拌銷的外周面所成的角度)為5種、螺紋的深度及螺距為4種共計20個正式接合用旋轉(zhuǎn)工具，并研究各自的接合狀況。

如圖20所示，所要接合的金屬構(gòu)件z是鋁合金制的，并形成有截面呈v字狀的v字槽za。v字槽za的角度為90度。在各實施例中，在v字槽za中僅將各正式接合用旋轉(zhuǎn)工具的攪拌銷插入規(guī)定的深度，并在v字槽za的長度方向上移動規(guī)定的長度。攪拌銷的插入深度在各實施例中均設(shè)定為相同的深度。

如圖21及圖22的縱向所示，在正式接合用旋轉(zhuǎn)工具的a系列中，銷角度為9.5度，在b系列中，銷角度為14度，在c系列中，銷角度為18.4度，在d系列中，銷角度為23度，在e系列中，銷角度為27.6度。

此外，如圖21及圖22的橫向所示，在1系列中，螺紋深度為0.4mm，螺距為0.5mm，在2系列中，螺紋深度為1.0mm，螺距為1.0mm，在3系列中，螺紋深度為1.8mm，螺距為2.0mm，在4系列中，螺紋深度為2.5mm，螺距為3.0mm。例如，如圖21所示，在“正式接合用旋轉(zhuǎn)工具c－2”中，銷角度為18.4度，螺紋深度為1.0mm，螺距為1.0mm。

此外，后述的“角落壁部減少量(mm²)”是指如圖23(a)所示由在進(jìn)行了摩擦攪拌接合后的塑性化區(qū)域w的上表面z1、金屬構(gòu)件z的側(cè)壁z2、z2和v字槽za的假想延長線z3圍成的區(qū)域的截面積。另外，在塑性化區(qū)域w的內(nèi)部存在接合缺陷的情況下，上述接合缺陷的區(qū)域的截面積也作為“角落壁部減少量(mm²)”算入其中。

此外，后述的“螺紋截面積(mm²)”是指如圖23(b)所示由穿過攪拌銷f2的外周面的假想線f4和螺旋槽f3圍成的區(qū)域的截面積的和(劃陰影的部分)。

<實施例4>

在實施例4中，使用上述正式接合用旋轉(zhuǎn)工具a－1～a－4、正式接合用旋轉(zhuǎn)工具b－1～b－4、正式接合用旋轉(zhuǎn)工具c－1～c－4、正式接合用旋轉(zhuǎn)工具d－1～d－4、正式接合用旋轉(zhuǎn)工具e－1～e－4的合計20種的正式接合用旋轉(zhuǎn)工具，并將轉(zhuǎn)速設(shè)定為1000rpm、接合速度(移動速度)設(shè)定為100mm/min，來進(jìn)行摩擦攪拌接合。

如圖24及圖25所示，可知隨著銷角度增大，塑性化區(qū)域w的截面積增大。此外，可知隨著螺紋深度及螺距增大，塑性化區(qū)域w形成在較深的位置，并且角落壁部減少量增大。

此外，如圖24及圖25所示，在正式接合用旋轉(zhuǎn)工具a－1中，產(chǎn)生接合缺陷q。在正式接合用旋轉(zhuǎn)工具b－2中，減少量較大，從而發(fā)生接合不良?？芍苏浇雍嫌眯D(zhuǎn)工具a－1、b－2之外，接合狀況基本良好。

如圖25所示，可知在4系列(a－4、b―4、c―4、d―4)中，以金屬構(gòu)件z的下表面朝下方突出的方式發(fā)生變形。此外，可知在1系列及4系列中，產(chǎn)生較多的毛刺。

<實施例5>

在實施例5中，使用上述20種的正式接合用旋轉(zhuǎn)工具，并將轉(zhuǎn)速設(shè)定為1000rpm、接合速度設(shè)定為200mm/min，來進(jìn)行摩擦攪拌接合。

如圖26及圖27所示，可知在正式接合用旋轉(zhuǎn)工具a―1、b―1、c―1、d―1、b―2、c―2中，形成有接合缺陷q。此外，可知在正式接合用旋轉(zhuǎn)工具a－2中，減少量較大，從而發(fā)生接合不良。對于其它正式接合用旋轉(zhuǎn)工具，可知接合狀況基本良好。

若對實施例4和實施例5進(jìn)行綜合觀察，可知接合速度越是慢(實施例4)，接合缺陷q的產(chǎn)生率越是低。此外，可知隨著螺紋深度及螺距增大，減少量越大，但接合缺陷的產(chǎn)生率較低。

圖28是表示實施例4中的螺紋截面積與角落壁部減少量間的關(guān)系的圖表。圖29是表示實施例5中的螺紋截面積與角落壁部減少量間的關(guān)系的圖表。若螺紋截面積過小，則存在容易產(chǎn)生接合缺陷q的趨勢。另一方面，若螺紋截面積過大，則存在角落壁部減少量變大的趨勢。因此，螺紋截面積為50～180mm²較為理想，100～150mm²更為理想。

<實施例6>

在實施例6中，對使上述20種正式接合用旋轉(zhuǎn)工具相對于平板狀的金屬構(gòu)件z(沒有v字槽)移動后形成的塑性化區(qū)域的截面進(jìn)行了觀察。在實施例6中，將轉(zhuǎn)速固定為1000rpm，并使接合速度變?yōu)?00mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min。

圖30是表示在實施例6中，將正式接合用旋轉(zhuǎn)工具b－1的轉(zhuǎn)速設(shè)定為1000rpm，并將接合速度設(shè)定為100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min時的結(jié)果的剖視圖。

圖31是表示在實施例6中，將正式接合用旋轉(zhuǎn)工具c－1的轉(zhuǎn)速設(shè)定為1000rpm，并將接合速度設(shè)定為100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min時的結(jié)果的剖視圖。

圖32是表示在實施例6中，將正式接合用旋轉(zhuǎn)工具a－4的轉(zhuǎn)速設(shè)定為1000rpm，并將接合速度設(shè)定為100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/min時的結(jié)果的剖視圖。

若觀察圖30及圖31，可知接合速度越大，接合缺陷q越大。此外，若觀察圖30～圖32，可知接合速度越大，毛刺的量越多。

圖33是表示在實施例6中，將轉(zhuǎn)速固定為1000rpm，并將接合速度設(shè)定為100mm/min時的結(jié)果的剖視圖。

圖34是表示在實施例6中，將轉(zhuǎn)速固定為1000rpm，并將接合速度設(shè)定為200mm/min時的結(jié)果的剖視圖。

圖35是表示在實施例6中，將轉(zhuǎn)速固定為1000rpm，并將接合速度設(shè)定為300mm/min時的結(jié)果的剖視圖。

圖36是表示在實施例6中，將轉(zhuǎn)速固定為1000rpm，并將接合速度設(shè)定為500mm/min時的結(jié)果的剖視圖。

若對圖33～圖36進(jìn)行綜合判斷，可知接合速度越慢越是理想，螺紋深度及螺距越大越理想。