搅拌摩擦焊接方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种搅拌摩擦焊接方法，特别是涉及一种有利于使用像双轴肩工具、 自适应工具那样一边利用两个轴肩构件进行挤压一边进行搅拌摩擦焊接的类型的旋转工 具，对在搅拌摩擦焊接中被称作难焊接材料的铝合金制铸件、2000系铝合金材料、4000系铝 合金材料、5000系铝合金材料或7000系铝合金材料进行搅拌摩擦焊接的方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，自从在日本特表平7 - 505090号公报等中提出了通过一边使旋转工具(具 体为搅拌针（日文：7°口一^或者乂））旋转一边向两个构件的应该焊接的部位进行插入、 并利用摩擦热量使材料搅拌流动来对这些被焊接构件以不熔融的方式进行固相焊接的搅 拌摩擦焊接方法(FSW)以来，由于焊接部处的热量的产生比通常的熔融焊接方法少，因此难 以产生热应变，而且未伴有在熔融之后凝固这样的熔融焊接方法特有的相变，能够以固体 状态进行焊接，由此，从焊接部的完好性的方面考虑，受到了关注，特别是在铝材料的焊接 中采用该搅拌摩擦焊接方法的领域逐年扩大。例如，通过在汽车、铁道车辆等输送用车辆骨 架体的焊接、IT设备壳体等的焊接中利用这种搅拌摩擦焊接方法，为扩大作为轻量化的领 先者的铝材料的用途做出了巨大的贡献。
[0003] 可是，在上述搅拌摩擦焊接方法所使用的旋转工具中，一般来说，采用了在圆柱状 的轴肩构件的顶端中心部配置被称作搅拌针的预定长度的突起而成的构造，于是，采用了 包括以下步骤的方法，且在前面的日本特表平7 - 505090号公报中也明确了该方法:一边使 旋转工具的轴肩构件绕轴心旋转，一边将其搅拌针顶端向焊接部位插入，然后一边施加基 于轴肩构件的轴肩面的压力，一边进行线焊接或点焊接。但是，在使用了具有这种构造的旋 转工具的搅拌摩擦焊接方式中，需要在供旋转工具的搅拌针插入的焊接部位的背面侧配置 平台等垫板，一边承受该旋转工具的按压力，一边进行焊接操作，若不这样的话，则存在如 下问题:应该焊接的材料因旋转工具的压力而变形，无法进行焊接。因此，在难以配置垫板 的中空构件的焊接中，难以采用这种搅拌摩擦焊接方法。
[0004] 因此，作为不需要这种垫板的工具，已经提出了一种在自圆柱状的轴肩构件（第 一)突出设置的搅拌针的顶端也设置与该轴肩构件(第一)相对的第二轴肩构件、并利用这 两个轴肩构件在被焊接构件的焊接部位的表面、背面两个面上同时分别作用有基于这些轴 肩构件的压力而进行搅拌摩擦焊接的旋转工具。例如，在日本特开2003 -154471号公报等 中，明确了一种使用了所谓的双轴肩工具的搅拌摩擦焊接方法，所谓的双轴肩工具是两个 轴肩构件利用搅拌针固定连结而成的构造的工具，另外在日本特开2003 -181654号公报、 日本特开2009 -18312号公报等中提出了一种所谓的自适应工具，所谓的自适应工具是将 两个轴肩构件中的任一者以能够沿搅拌针的轴向移动的方式设于搅拌针而能够改变这两 个轴肩构件之间的间隔的工具。而且，通过使用这种旋转工具，从而没有垫板也能够焊接中 空材料等，从而使搅拌摩擦焊接方法的适用范围进一步扩大。
[0005] 可是，在作为应该焊接的构件而使用的铝材料中，均难以进行金属的摩擦搅拌的、 铝合金制铸件、分别是日本JIS标准的铝合金名称的2000系、4000系、5000系及7000系的铝 合金材料，也由于摩擦搅拌作用所引起的金属的流动性不充分，而成为不容易进行搅拌摩 擦焊接的难焊接材料。而且，为此，若使用像上述双轴肩工具、自适应工具这样具有两个轴 肩构件的旋转工具对这种铝材料进行搅拌摩擦焊接，则相对于该焊接的行进方向，金属向 旋转工具的后方侧的蔓延并不充分，从而存在如下的不良情况:在通过这种焊接操作而形 成的焊接部(接头部)处，产生了未填充有金属的孔，或者产生了未焊接部位、不完全焊接部 位等缺陷，无法形成完好的焊接部，此外导致毛刺的产生较明显、焊接部的外观变差等。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1:日本特表平7 - 505090号公报 [0009] 专利文献2:日本特开2003 -154471号公报 [0010] 专利文献3:日本特开2003 -181654号公报 [0011] 专利文献4:日本特开2009 -18312号公报
【发明内容】
[0012] 发明要解决的问题
[0013] 在此，本发明是以该情况为背景而做成的，其要解决的问题在于，提供一种使用在 搅拌摩擦焊接时被认为是难焊接材料的铝合金制铸件、2000系铝合金材料、4000系铝合金 材料、5000系铝合金材料以及7000系铝合金材料中的同种或不同种材质的两件材料、并在 利用具有两个轴肩构件的旋转工具对这些材料进行搅拌摩擦焊接时、能够有利于获得具有 无焊接缺陷的完好的焊接部的焊接产品的方法。
[0014] 用于解决问题的方案
[0015] 而且，在本发明中，为了解决这种问题，其主旨在于提供一种搅拌摩擦焊接方法， 其中，一边利用旋转工具的在杆状的搅拌针的轴向上隔开预定的间隔地配置的两个轴肩构 件对从包括铝合金制铸件、2000系铝合金材料、4000系铝合金材料、5000系铝合金材料以及 7000系铝合金材料的组中选定的同种或不同种材质的第一构件与第二构件之间的焊接部 位进行挤压，一边通过该旋转工具的旋转，使与这两个轴肩构件一起旋转的所述搅拌针沿 焊接方向进行移动，从而对所述第一构件与所述第二构件之间的焊接部位进行搅拌摩擦焊 接，此时，在所述第一构件与所述第二构件之间的焊接部位的焊接开始端侧的端面抵接由 1000系铝合金、3000系铝合金、6000系铝合金或8000系铝合金构成的开始引板，所述旋转工 具的搅拌针经由该开始引板进入到该第一构件与该第二构件之间的所述焊接部位。
[0016] 另外，根据基于该本发明的搅拌摩擦焊接方法的期望的技术方案之一，所述开始 引板是在所述旋转工具对所述第一构件及所述第二构件进行焊接的焊接方向上具有所述 轴肩构件的直径的4倍以上的长度、并且在与该焊接方向成直角的方向上具有该轴肩构件 的直径的两倍以上的宽度的板材。
[0017] 另外，根据基于该本发明的搅拌摩擦焊接方法的期望的其他技术方案之一，所述 旋转工具的搅拌针的直径设为所述开始引板的厚度的两倍以上。
[0018]而且，除了例如将所述第一构件与所述第二构件对接、并针对该对接部位实施基 于本发明的搅拌摩擦焊接方法之外，还将所述第一构件与所述第二构件叠合、并针对该叠 合部位实施基于本发明的搅拌摩擦焊接方法。
[0019] 进而，作为在本发明中优选使用的旋转工具，一般来说，有将所述两个轴肩构件以 隔开预定的间隔的方式相对于所述搅拌针固定地安装而成的双轴肩工具，或者有将所述两 个轴肩构件中的一者相对于所述搅拌针固定、并将所述两个轴肩构件中的另一者设为能够 相对于所述搅拌针沿该搅拌针的轴向移动，从而能够改变这两个轴肩构件的间隔的自适应 工具。
[0020] 而且，在本发明中，宜追加采用如下结构:将由1000系铝合金、3000系铝合金、6000 系铝合金或8000系铝合金构成的结束引板抵接于所述第一构件与所述第二构件之间的焊 接部位的焊接结束端侧的端面，所述旋转工具的搅拌针被从所述第一构件与所述第二构件 之间的焊接部位引导至该结束引板后结束所述搅拌摩擦焊接。
[0021] 另外，在这样的本发明中追加采用的结构中，期望的是，所述结束引板是在所述旋 转工具对所述第一构件及所述第二构件进行焊接的焊接方向上具有所述轴肩构件的直径 的4倍以上的长度、并且在与该焊接方向成直角的方向上具有该轴肩构件的直径的两倍以 上的宽度的板材。
[0022] 另外，这种结束引板宜设为所述旋转工具的搅拌针的直径的1/2以下的厚度。
[0023] 发明的效果
[0024] 这样，在本发明中，在使用具备两个轴肩构件的旋转工具对搅拌摩擦焊接并不容 易的预定的铝材料的焊接部位进行搅拌摩擦焊接时，在该焊接部位的焊接开始端侧的端面 抵接金属的搅拌较容易的、由日本JIS标准的1000系铝合金、3000系铝合金、6000系铝合金 或8000系铝合金构成的开始引板，使旋转工具的搅拌针经由该开始引板进行移动而进入到 焊接部位，因此伴随着搅拌摩擦焊接的开始，在开始引板部位，容易实现金属的朝向在旋转 工具的相对的行进方向上比旋转工具靠后方侧的流动，于是，旋转工具在有效地进行了这 种金属向旋转工具的后方侧的蔓延的状态下向搅拌摩擦焊接并不容易的预定的铝材料的 被焊接部位移动。
[0025] 而且，在该搅拌摩擦焊接并不容易的预定的铝材料的被焊接部位，也接着利用这 种旋转工具的搅拌针来进行摩擦搅拌，从而金属在该旋转工具的相对的行进方向上也有效 地蔓延到后方侧，因此，在形成于旋转工具的后方侧的焊接部(接头部)处，不会形成由金属 的填充不足导致的空腔，而且也不会产生未焊接部位、不完全焊接部位等焊接缺陷，能够有 效地进行搅拌摩擦焊接操作。而且，由此，能够有利于获得具有避免了孔、焊接缺陷的产生 的完好的焊接部的焊接产品，而且，通过这样有效地改善金属的搅拌并不容易的预定的铝 材料的焊接部位处的、金属的流动性，也能够有利于解决多余的金属被向焊接部位的表面 压出而成为毛刺这样的问题。
【附图说明】