CN114007799A - 摩擦搅拌接合方法 - Google Patents

Abstract

本发明的特征是包括正式接合工序，在所述正式接合工序中，将旋转的旋转工具(F)的前端侧销(F3)插入第二金属构件(2)的外周面(21b)，在使前端侧销(F3)的外周面与第一金属构件(1)的层差倾斜面(13a)稍许接触，并且使基端侧销(F2)的外周面与第二金属构件(2)的外周面(21b)接触的状态下，一边使第二铝合金流入间隙，一边使旋转工具沿着设定于比对接部(J1)更靠第二金属构件(2)一侧的设定移动路径(L1)以规定的深度绕第二金属构件(2)的外周面(21b)旋转一周，来对对接部(J1)进行摩擦搅拌。

Description

摩擦搅拌接合方法

技术领域

本发明涉及一种摩擦搅拌接合方法。

背景技术

例如，在专利文献1中公开了一种发明，使用旋转工具对圆柱状的第一金属构件和圆筒状的第二金属构件进行摩擦搅拌接合。图14是表示现有的摩擦搅拌接合方法的剖视图。

如图14所示，在现有的摩擦搅拌接合方法中，对使第一金属构件101与第二金属构件102对接形成的对接部J10进行摩擦搅拌接合。旋转工具G包括圆柱状的轴肩部G1和搅拌销G2。在第一金属构件1形成有层差侧面101a和层差底面101b。对接部J10是以使第一金属构件101的层差底面101b与第二金属构件102的端面102a对接而形成的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2009-269058号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在此，存在例如由4000系列铝合金的铸造材料来形成第一金属构件101，由1000系列铝合金的延展材料来形成第二金属构件102这样的情况。也就是说，存在对铝合金的材料种类不同的构件彼此进行摩擦搅拌接合的情况。

例如，在由铸造材料形成第一金属构件101且由延展材料形成第二金属构件102的情况下，搅拌销G2从第一金属构件101一侧受到的材料阻力比从第二金属构件102一侧受到的材料阻力大。因而，很难通过旋转工具G的搅拌销G2高平衡性地对不同的材料种类进行搅拌，存在接合后的塑性化区域中会产生空洞缺陷使得接合强度降低这样的问题。

从这种观点出发，本发明的技术问题在于提供一种能将材料种类不同的铝合金理想地接合的摩擦搅拌接合方法。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种摩擦搅拌接合方法，使用包括基端侧销和前端侧销的旋转工具，对使柱状的第一金属构件的端部与筒状的第二金属构件的端部彼此对接而形成的被接合金属构件的对接部进行摩擦搅拌，所述第一金属构件在大径部的端部处包括小径部，所述第二金属构件具有与所述小径部大致相同的内径，其特征是，所述第一金属构件由第一铝合金形成，所述第二金属构件由第二铝合金形成，所述第一铝合金是硬度比所述第二铝合金的硬度高的材料种类，所述基端侧销的锥形角度比所述前端侧销的锥形角度大，在所述基端侧销的外周面形成有台阶状的销层差部，所述摩擦搅拌接合方法包括：对接工序，在所述对接工序中，通过将所述第一金属构件的所述小径部插入所述第二金属构件的开口部，使所述第二金属构件的内周面与所述第一金属构件的层差侧面重合，并且使所述第二金属构件的端面与所述第一金属构件的层差倾斜面对接，以在对接部形成截面呈V字状的间隙；以及正式接合工序，在所述正式接合工序中，将旋转的所述旋转工具的所述前端侧销插入所述第二金属构件的外周面，在使所述前端侧销的外周面与所述第一金属构件的所述层差倾斜面稍许接触，并且使所述基端侧销的外周面与所述第二金属构件的外周面接触的状态下，一边使所述第二铝合金流入所述间隙，一边使所述旋转工具沿着设定于比所述对接部更靠所述第二金属构件一侧的设定移动路径以规定的深度绕所述第二金属构件的外周面旋转一周，来对所述对接部进行摩擦搅拌。

此外，本发明提供一种摩擦搅拌接合方法，使用包括基端侧销和前端侧销的旋转工具，对使圆柱状的第一金属构件的端面与圆筒状的第二金属构件的端面彼此对接而形成的被接合金属构件的对接部进行摩擦搅拌，所述第一金属构件在大径部的端部处包括小径部，所述第二金属构件具有与所述小径部大致相同的内径，其特征是，所述第一金属构件由第一铝合金形成，所述第二金属构件由第二铝合金形成，所述第一铝合金是硬度比所述第二铝合金的硬度高的材料种类，所述基端侧销的锥形角度比所述前端侧销的锥形角度大，在所述基端侧销的外周面形成有台阶状的销层差部，所述摩擦搅拌接合方法包括：对接工序，在所述对接工序中，通过将所述第一金属构件的所述小径部插入所述第二金属构件的开口部，使所述第二金属构件的内周面与所述第一金属构件的层差侧面重合，并且使所述第二金属构件的端面与所述第一金属构件的层差倾斜面对接，以在对接部形成截面呈V字状的间隙；以及正式接合工序，在所述正式接合工序中，将旋转的所述旋转工具的所述前端侧销插入所述第二金属构件的外周面，在使所述前端侧销的外周面与所述第一金属构件的层差倾斜面稍许接触，并且使所述基端侧销的外周面与所述第二金属构件的外周面接触的状态下，一边使所述第二铝合金流入所述间隙，一边使所述旋转工具沿着设定于比所述对接部更靠所述第二金属构件一侧的设定移动路径以规定的深度绕所述第二金属构件的外周面旋转一周，来对所述对接部进行摩擦搅拌。

根据上述接合方法，通过第二金属构件与前端侧销的摩擦热对对接部中的主要是第二金属构件一侧的第二铝合金进行搅拌来使其塑性流动化，从而能在对接部处对第一金属构件与第二金属构件进行接合。

此外，保持使前端侧销的外周面与第一金属构件的层差倾斜面稍许接触，因此，能尽可能地减少第一铝合金从第一金属构件向第二金属构件的混入。由此，在对接部处主要是第二金属构件一侧的第二铝合金被摩擦搅拌，因此，能抑制接合强度的降低。此外，在使基端侧销的外周面与第二金属构件的外周面接触的状态下进行摩擦搅拌，因此，能抑制毛边的产生。

此外，较为理想的是，形成于所述对接部的塑性化区域的始端与末端重叠，所述塑性化区域的一部分重叠。

根据上述接合方法，能提高被接合金属构件的水密性和气密性。

此外，较为理想的是，所述第二金属构件的外径比所述第一金属构件的大径部的外径大。

根据上述接合方法，能防止接合部变成金属不足。

此外，较为理想的是，在所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向左侧的情况下，使所述旋转工具向右旋转，在所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向右侧的情况下，使所述旋转工具向左旋转。

根据上述接合方法，塑性化区域中的对接部一侧的摩擦搅拌被促进，从而能更理想地进行接合。

此外，较为理想的是，在所述正式接合工序中，将旋转的所述前端侧销从设定在所述设定移动路径上的开始位置插入，一边沿行进方向移动，一边将所述前端侧销缓慢地压入至规定的深度。

此外，较为理想的是，在所述正式接合工序中，在将旋转的所述前端侧销插入至设定在比所述设定移动路径更远离所述第一金属构件的一侧的开始位置之后，一边使所述旋转工具的旋转中心轴移动至与所述设定移动路径重叠的位置，一边将所述前端侧销缓慢地压入至所述规定的深度。

根据上述接合方法，在插入旋转工具时，能防止在设定移动路径上摩擦热变得过大，能防止第一铝合金从第一金属构件一侧向第二金属构件一侧混入。

此外，较为理想的是，在所述正式接合工序中，将结束位置设定在所述设定移动路径上，在对所述对接部的摩擦搅拌之后，一边使所述旋转工具移动至所述结束位置，一边将所述前端侧销缓慢地拔出，从而在所述结束位置处使所述旋转工具从所述第二金属构件脱离。

此外，较为理想的是，在所述正式接合工序中，将结束位置设定在比所述设定移动路径更远离所述第一金属构件的一侧，在对所述对接部的摩擦搅拌之后，一边使所述旋转工具移动至所述结束位置，一边将所述前端侧销缓慢地拔出，从而在所述结束位置处使所述旋转工具从所述第二金属构件脱离。

根据上述接合方法，在使旋转工具脱离时，能防止在设定移动路径上摩擦热变得过大，能防止第一铝合金从第一金属构件一侧向第二金属构件一侧混入。

此外，较为理想的是，在所述正式接合工序中，所述前端侧销的前端在穿过所述第一金属构件的所述层差侧面的状态下进行所述对接部的摩擦搅拌。

根据上述接合方法，能进一步提高第一金属构件与第二金属构件的接合强度。

发明效果

根据本发明的摩擦搅拌接合方法，能将材料种类不同的铝合金理想地接合。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的旋转工具的侧视图。

图2是旋转工具的放大剖视图。

图3是表示旋转工具的第一变形例的剖视图。

图4是表示旋转工具的第二变形例的剖视图。

图5是表示旋转工具的第三变形例的剖视图。

图6是表示本发明第一实施方式的摩擦搅拌接合方法的立体图。

图7是表示第一实施方式的摩擦搅拌接合方法的第一金属构件和第二金属构件的立体图。

图8是表示第一实施方式的摩擦搅拌接合方法的对接工序的剖视图。

图9是表示第一实施方式的摩擦搅拌接合方法的对接工序的立体图。

图10是表示第一实施方式的摩擦搅拌接合方法的正式接合工序的立体图。

图11是表示第一实施方式的摩擦搅拌接合方法的正式接合工序的剖视图。

图12是表示本发明第二实施方式的摩擦搅拌接合方法的正式接合工序的立体图。

图13是表示本发明第二实施方式的摩擦搅拌接合方法的正式接合工序的立体图。

图14是表示现有的摩擦搅拌接合方法的剖视图。

具体实施方式

适当参照附图对本发明的实施方式进行说明。首先，对本实施方式的接合方法中使用的旋转工具进行说明。旋转工具是用于摩擦搅拌接合的工具。如图1所示，旋转工具F例如由工具钢形成，主要由基轴部F1、基端侧销F2和前端侧销F3构成。基轴部F1是呈圆柱状并连接于摩擦搅拌装置的主轴的部位。

基端侧销F2与基轴部F1连续，并随着朝向前端而变得尖细。基端侧销F2呈圆锥台形状。只要适当设定基端侧销F2的锥形角度A即可，例如为135°～160°。若锥形角度A小于135°或大于160°，则摩擦搅拌后的接合表面粗糙度变大。锥形角度A比后述的前端侧销F3的锥形角度B大。如图2所示，在基端侧销F2的外周面遍及整个高度方向形成有台阶状的销层差部F21。销层差部F21通过朝右旋绕或朝左旋绕而形成为螺旋状。也就是说，销层差部F21在俯视观察时呈螺旋状，在侧视观察时呈台阶状。在本第一实施方式中，当使旋转工具F朝右旋转时，销层差部F21设定成从基端侧向前端侧朝左旋绕。

另外，较为理想的是，当使旋转工具F朝左旋转时，将销层差部F21设定为从基端侧向前端侧朝右旋绕。由此，塑性流动材料被销层差部F21引导至前端侧，因此，能够减少溢出到被接合金属构件的外部的金属。销层差部F21由层差底面F21a和层差侧面F21b构成。相邻的销层差部F21的各顶点F21c、F21c之间的距离X1(水平方向距离)是根据后述的层差角度C以及层差侧面F21b的高度Y1而适当设定的。

只要适当设定层差侧面F21b的高度Y1即可，但例如设定为0.1～0.4mm。若高度Y1小于0.1mm，则接合表面粗糙度会变大。另一方面，若高度Y1大于0.4mm，则存在接合表面粗糙度变大的倾向，并且有效层差部数量(与被接合金属构件接触的销层差部F21的数量)也减少。

只要适当设定层差底面F21a与层差侧面F21b所成的层差角度C即可，但例如设定为85°～120°。在本实施方式中，层差底面F21a与水平面平行。层差底面F21a也可以从工具的旋转轴向外周方向在相对于水平面-5°～15°内的范围内倾斜(水平面的下方为负，水平面的上方为正)。距离X1、层差侧面F21b的高度Y1、层差角度C以及层差底面F21a相对于水平面的角度适当设定为，在进行摩擦搅拌时，塑性流动材料不会滞留并附着于销层差部F21的内部，而是排出到外部，并且能通过层差底面F21a对塑性流动材料进行按压，以减小接合表面粗糙度。

如图1所示，前端侧销F3与基端侧销F2连续地形成。前端侧销F3呈圆锥台形状。前端侧销F3的前端为相对于旋转轴垂直的平坦面F4。前端侧销F3的锥形角度B比基端侧销F2的锥形角度A小。如图2所示，在前端侧销F3的外周面刻设有螺旋槽F31。螺旋槽F31既可以朝右旋绕，也可以朝左旋绕，但在本第一实施方式中，由于使旋转工具F朝右旋转，因此，从基端侧向前端侧朝左旋绕地刻设。

另外，较为理想的是，当使旋转工具F朝左旋转时，将螺旋槽F31设定成从基端侧向前端侧朝右旋绕。由此，塑性流动材料被螺旋槽F31引导至前端侧，因此，能减少溢出到被接合金属构件的外部的金属。螺旋槽F31由螺旋底面F31a和螺旋侧面F31b构成。将相邻的螺旋槽F31的顶点F31c、F31c之间的距离(水平方向距离)设为长度X2。将螺旋侧面F31b的高度设为高度Y2。由螺旋底面F31a和螺旋侧面F31b构成的螺旋角度D例如形成为45°～90°。螺旋槽F31通过与被接合金属构件接触而使摩擦热上升，并且具有将塑性流动材料引导至前端侧的作用。此外，旋转工具F也可以例如安装于在前端设有主轴单元等旋转驱动单元的机器人臂上。

旋转工具F能适当进行设计改变。图3是表示本发明的旋转工具的第一变形例的侧视图。如图3所示，在第一变形例的旋转工具FA中，由销层差部F21的层差底面F21a和层差侧面F21b所成的层差角度C为85°。层差底面F21a与水平面平行。这样，也可以使层差底面F21a与水平面平行，并且层差角度C在摩擦搅拌中能使塑性流动材料不滞留并附着于销层差部F21内而是排出到外部的范围内设为锐角。

图4是表示本发明的旋转工具的第二变形例的侧视图。如图4所示，在第二变形例的旋转工具FB中，销层差部F21的层差角度C为115°。层差底面F21a与水平面平行。这样，也可以使层差底面F21a与水平面平行，并且在起到销层差部F21的功能的范围内使层差角度C为钝角。

图5是表示本发明的旋转工具的第三变形例的侧视图。如图5所示，在第三变形例的旋转工具FC中，层差底面F21a从工具的旋转中心轴向外周方向相对于水平面朝上方倾斜10°。层差侧面F21b与铅锤面平行。这样，也可以在摩擦搅拌中能对塑性流动材料进行按压的范围内，形成为使层差底面F21a从工具的旋转轴向外周方向比水平面更靠上方倾斜。通过上述旋转工具的第一变形例至第三变形例，也能起到与下述实施方式同等的效果。

[第一实施方式]

适当参照附图对本发明的第一实施方式进行说明。在本实施方式的摩擦搅拌接合方法中，如图6所示，对第一金属构件1和第二金属构件2进行摩擦搅拌接合。使第一金属构件1与第二金属构件2对接，也称为被接合金属构件H。在本实施方式的摩擦搅拌接合方法中进行准备工序、对接工序和正式接合工序。

准备工序是准备第一金属构件1和第二金属构件2的工序。如图7所示，第一金属构件1是包括大径部11和小径部12的实心的金属构件。第一金属构件1只要是能摩擦搅拌的金属则没有特别限制，但在本实施方式中形成为主要含有第一铝合金。第一铝合金例如使用JISH5302ADC12(Al－Si－Cu系列)等铝合金铸造材料。

大径部11呈圆柱状。小径部12呈圆柱状，并同心地形成在大径部11的前端侧。由大径部11和小径部12形成层差部13。层差部13由层差倾斜面13a和层差侧面13b构成。如图8所示，层差倾斜面13a沿着随着朝向径外方向而远离第二金属构件2的方向倾斜。层差倾斜面13a的倾斜角度β与前端侧销F3的倾斜角度α(参照图1)相同。层差侧面13b相对于小径部12的端面12a垂直。也就是说，层差侧面13b与第一金属构件1的轴向平行。

第二金属构件2是呈圆筒状的金属构件。只要是能摩擦搅拌的金属则没有特别限制，但在本实施方式中形成为主要含有第二铝合金。第二铝合金是硬度比第一铝合金的硬度低的材料。第二铝合金例如由JISA1050、A1100、A6063等铝合金延展材料形成。第二金属构件2的端面21a相对于外周面21b和内周面21c垂直。也可以第一金属构件1的外径与第二金属构件2的外径相同，但在本实施方式中，将第二金属构件2的外径形成得比第一金属构件1的外径大。此外，第二金属构件2的内周面21c的外径与第一金属构件1的小径部12的外径相同或大致相同。

如图8所示，对接工序是使第一金属构件1的端部与第二金属构件2的端部对接的工序。在对接工序中，将第一金属构件1的小径部12插入至第二金属构件2的开口部。由此，使第一金属构件1的层差倾斜面13a与第二金属构件2的端面21a对接，以形成对接部J1。在对接部J1遍及周向形成有截面呈V字状的间隙。此外，第一金属构件1的层差侧面13b与第二金属构件2的内周面21c重合，以形成对接部J2。

如图9所示，在第二金属构件2的外周面21b设定设定移动路径L1。设定移动路径L1设定于比对接部J1更靠第二金属构件2一侧，并与对接部J1平行。设定移动路径L1是在后述正式接合工序中为了对对接部J1进行接合所需的旋转工具F的移动路径。关于设定移动路径L1，将稍后进行详细叙述。

如图10和图11所示，正式接合工序是使用旋转工具F对对接部J1进行摩擦搅拌接合的工序。在正式接合工序中，既可以固定旋转工具F并使被接合金属构件H沿着周向旋转，也可以固定被接合金属构件H并使旋转工具F绕被接合金属构件H移动。

如图10所示，在正式接合工序中，在从开始位置SP1到中间点S1为止的压入区间、从设定移动路径L1上的中间点S1旋转一周到中间点S2为止的正式区间和从中间点S2到结束位置EP1为止的脱离区间这三个区间中连续地进行摩擦搅拌接合。中间点S1、S2设定在设定移动路径L1上。开始位置SP1在第二金属构件2的外周面21b中设定于比设定移动路径L1更远离第一金属构件1一侧。在本实施方式中，在将开始位置SP1和中间点S1连结的线段与设定移动路径L1所成的角度为钝角的位置处设定开始位置SP1。

在正式接合工序的压入区间中，如图10和图11所示，进行从开始位置SP1到中间点S1为止的摩擦搅拌。在压入区间中，一边使旋转中心轴Z相对于外周面21b垂直，一边将朝右旋转的前端侧销F3插入至开始位置SP1，并移动至中间点S1。也就是说，设定为在使旋转工具F相对移动的期间，旋转中心轴Z与第二金属构件2的外周面21b的法线重合。此时，如图10所示，将前端侧销F3缓慢地压入，使其至少在到达中间点S1之前达到预先设定的“规定的深度”。也就是说，不使旋转工具F停留在一处，而是使旋转工具F一边在设定移动路径L1上移动，一边缓慢地下降。

此外，设定为在到达中间点S1时前端侧销F3的外周面与第一金属构件1的层差倾斜面13a稍许接触。此外，设定为基端侧销F2的外周面与第二金属构件2的外周面21b接触，并且设定为前端侧销F3的平坦面F4穿过层差侧面13b。接着，就此转移至正式区间的摩擦搅拌接合。

前端侧销F3的外周面与第一金属构件1的层差倾斜面13a的接触量(偏置量)N例如设定在0＜N≤1.0mm之间，较为理想的是设定在0＜N≤0.85mm之间，更为理想的是设定在0＜N≤0.65mm之间。

如图11所示，设定移动路径L1表示前端侧销F3的平坦面F4的中心经过的轨迹。也就是说，设定移动路径L1设定为在对接部J1的周向上，在使第一金属构件1的层差倾斜面13a与前端侧销F3的外周面平行，同时使两者稍许接触。

在正式区间中，当从上方观察时(从外周面21b一侧观察时)，以平坦面F4的中心与设定移动路径L1重叠的方式使旋转工具F相对移动。在正式区间中，一边使第二金属构件2的第二铝合金流入对接部J1的间隙，一边进行摩擦搅拌接合。若设定成前端侧销F3的外周面与层差倾斜面13a不接触，则对接部J1的接合强度变低。另一方面，若前端侧销F3的外周面与层差倾斜面13a的接触量N大于1.0mm，则第一金属构件1的第一铝合金可能会大量混入到第二金属构件2一侧而造成接合不良。

在正式区间中，如图6所示，在使旋转工具F旋转一周且前端侧销F3到达中间点S2之后，就此转移至脱离区间。在脱离区间中，在从中间点S2朝向结束位置EP1之间，使前端侧销F3缓慢地朝上方移动，并使前端侧销F3在结束位置EP1处从第二金属构件2脱离。也就是说，不使旋转工具F停留在一处，而是使旋转工具F一边移动至结束位置EP1，一边朝远离第二金属构件2的方向缓慢地拔出。结束位置EP1设定在将结束位置EP1和中间点S2连结的线段与设定移动路径L1所成的角度为钝角的位置处。在旋转工具F的移动轨迹上形成有塑性化区域W。

根据以上说明的本实施方式的摩擦搅拌接合方法，通过第二金属构件2与前端侧销F3的摩擦热来对对接部J1的主要是第二金属构件2一侧的第二铝合金进行搅拌来使其塑性流动化，从而能够在对接部J1处对第一金属构件1的层差倾斜面13a与第二金属构件2的端面21a进行接合。

此外，保持使前端侧销F3的前端侧销F3的外周面与第一金属构件的层差倾斜面13a稍许接触，因此，能尽可能地减少第一铝合金从第一金属构件1向第二金属构件2的混入。由此，在对接部J1处主要是第二金属构件2一侧的第二铝合金被摩擦搅拌，因此，能抑制接合强度的降低。也就是说，在正式接合工序中，能尽可能地减小前端侧销F3在相对于前端侧销F3的旋转中心轴Z的一侧和另一侧受到的材料阻力的不均衡。由此，塑性流动材料被高平衡性地摩擦搅拌，因此，能抑制接合强度的降低。

此外，在正式接合工序中，通过以使前端侧销F3的外周面与第一金属构件1的层差倾斜面13a平行的方式设定旋转工具F的位置，能高平衡性地使前端侧销F3与第一金属构件1接触。此外，通过将第二金属构件2的外径设定得比第一金属构件1的外径大，能防止接合部变成金属不足。此外，通过设定为使前端侧销F3的前端到达第一金属构件1的层差侧面13b，能可靠地对对接部J2也进行摩擦搅拌，因此，能提高接合强度。

此外，在本实施方式中，在正式接合工序中，使基端侧销F2的外周面与第二金属构件2的外周面21b接触，一边对塑性流动材料进行按压一边进行摩擦搅拌，因此，能抑制毛边的产生。此外，能通过基端侧销F2的外周面对塑性流动材料进行按压，因此，能减小形成于接合表面(第一金属构件1的外周面11b和第二金属构件2的外周面21b)的层差凹槽，并且能消除或减小形成于层差凹槽附近的隆起部。此外，由于基端侧销F2的台阶状的销层差部F21浅且出口大，因此，容易一边利用层差底面F21a对塑性流动材料进行按压一边将塑性流动材料排出到销层差部F21的外部。因此，即使通过基端侧销F2对塑性流动材料进行按压，塑性流动材料也不易附着于基端侧销F2的外周面。由此，能减小接合表面粗糙度，并且能够理想地稳定接合品质。

在此，在将前端侧销F3插入至设定移动路径L1时，若沿着铅锤方向将前端侧销F3压入至规定的深度，则摩擦搅拌的开始位置处的摩擦热变得过大。由此，在该开始位置处，存在第一金属构件1一侧的金属容易混入到第二金属构件2一侧而成为接合不良的一个原因这样的问题。

与此相对的是，在本实施方式的正式接合工序的压入区间中，一边使旋转工具F从开始位置SP1移动至与设定移动路径L1重叠的位置，一边将前端侧销F3缓慢地压入至规定的深度，从而能防止旋转工具F在设定移动路径L1上停止而使摩擦热局部变得过大。

同样地，在正式接合工序的脱离区间中，一边使旋转工具F从设定移动路径L1移动至结束位置EP1，一边使前端侧销F3从规定的深度缓慢地拔出并脱离，从而能防止旋转工具F在设定移动路径L1上停止而使摩擦热局部变得过大。

由此，能防止在设定移动路径L1上摩擦热变得过大，能防止第一铝合金从第一金属构件1过度地向第二金属构件2混入而造成接合不良。

此外，在正式接合工序中，只要适当设定开始位置SP1和结束位置EP1的位置即可，但通过设定为开始位置SP1与设定移动路径L1所成的角度、结束位置EP1与设定移动路径L1所成的角度为钝角，能在中间点S1、S2处旋转工具F的移动速度不下降的情况下平滑地转移至正式区间或脱离区间。由此，能防止因旋转工具F在设定移动路径L1上停止或是移动速度下降而导致摩擦热变得过大。另外，也可以以从上方观察时将旋转工具F的轨迹描画成圆弧的方式使旋转工具F从开始位置SP1移动至设定移动路径L1。同样地，也可以以从上方观察时将旋转工具F的轨迹描画成圆弧的方式使旋转工具F从设定移动路径L1移动至结束位置EP1。

此外，在本实施方式的正式接合工序中，只要适当设定旋转工具F的旋转方向和行进方向即可，但将旋转工具F的旋转方向和行进方向设定为使形成于旋转工具F的移动轨迹的塑性化区域W中的、第一金属构件1(对接部J1)一侧成为剪切侧，而使第二金属构件2一侧成为流动侧。通过设定为使第一金属构件1一侧成为剪切侧，以使前端侧销F3在对接部J1的周围处的搅拌作用变大，能期待对接部J1处的温度上升，并能在对接部J1处更可靠地对第一金属构件1的层差倾斜面13a与第二金属构件2的端面21a进行接合。

另外，剪切侧(Advancing side：行进侧)是指旋转工具的外周相对于被接合部的相对速度为在旋转工具的外周处的切线速度的大小上加上移动速度的大小后的值的一侧。另一方面，流动侧(Retreating side：回退侧)是指通过使旋转工具朝旋转工具的移动方向的相反方向转动，以使旋转工具相对于被接合部的相对速度变低的一侧。

此外，第一金属构件1的第一铝合金是硬度比第二金属构件2的第二铝合金的硬度高的材料。由此，能提高被接合金属构件H的耐久性。此外，较为理想的是，将第一金属构件1的第一铝合金设为铝合金铸造材料，将第二金属构件2的第二铝合金设为铝合金延展材料。通过将第一铝合金设为例如JISH5302ADC12等Al－Si－Cu系列铝合金铸造材料，能提高第一金属构件1的铸造性、强度、被切削性等。此外，通过将第二铝合金设为例如JISA1000系列或A6000系列，能提高加工性、导热性。

此外，在正式接合工序中，对对接部J1的整周进行摩擦搅拌接合，因此，能提高被接合金属构件H的气密性和水密性。此外，在正式接合工序的终端部分处，在旋转工具F完全经过中间点S1之后朝向结束位置EP1。也就是说，通过使由正式接合工序形成的塑性化区域W的各端部彼此重叠，能进一步提高气密性和水密性。

另外，在正式接合工序中，既可以使旋转工具F的旋转速度恒定，也可以使其可变。在正式接合工序的压入区间中，当将开始位置SP1处的旋转工具F的旋转速度设为V1，将正式区间中的旋转工具F的旋转速度设为V2时，也可以设为V1＞V2。旋转速度V2是设定移动路径L1上预先设定的恒定的旋转速度。也就是说，也可以在开始位置SP1处，将旋转速度预先设定得较高，一边在压入区间内使旋转速度缓慢地降低，一边转移至正式区间。

此外，在正式接合工序的脱离区间中，当将正式区间中的旋转工具F的旋转速度设为V2，将在结束位置EP1处脱离时的旋转工具F的旋转速度设为V3时，也可以设为V3＞V2。也就是说，也可以是在转移至脱离区间之后，一边朝向结束位置EP1缓慢地提升旋转速度，一边使旋转工具F从第二金属构件2脱离。在将旋转工具F压入至第二金属构件2时或是使旋转工具F从第二金属构件2脱离时，通过如上所述设定，能用旋转速度弥补压入区间或脱离区间时较小的按压力，因此，能理想地进行摩擦搅拌。

[第二实施方式]

接着，对本发明第二实施方式的摩擦搅拌接合方法进行说明。如图12及图13所示，在第二实施方式中，将正式接合工序中的开始位置SP1和结束位置EP1的位置均设定在设定移动路径L1上这一点与第一实施方式不同。在第二实施方式中，以与第一实施方式不同的部分为中心进行说明。

在第二实施方式的液冷套的制造中进行准备工序、对接工序和正式接合工序。准备工序和对接工序与第一实施方式相同。

在正式接合工序中，如图12所示，将开始位置SP1设定在设定移动路径L1上。在正式接合工序中，在从开始位置SP1到中间点S1为止的压入区间、从设定移动路径L1上的中间点S1旋转一周到中间点S2为止的正式区间和从中间点S2到结束位置EP1(参照图13)为止的脱离区间这三个区间中连续地进行摩擦搅拌。

在压入区间中，如图12所示，进行从开始位置SP1到中间点S1为止的摩擦搅拌。在压入区间中，一边使旋转中心轴Z垂直，一边将朝右旋转的前端侧销F3插入至开始位置SP1，并移动至中间点S1。此时，将前端侧销F3缓慢地压入，使其至少在到达中间点S1之前达到预先设定的“规定的深度”。也就是说，不使旋转工具F停留在一处，而是使旋转工具F一边在设定移动路径L1上移动，一边缓慢地下降。

此外，设定为，在压入区间中，在到达中间点S1时前端侧销F3的外周面与第一金属构件1的层差倾斜面13a稍许接触。此外，设定为基端侧销F2的外周面与第二金属构件2的外周面21b接触，并且设定为基端侧销F2的平坦面F4穿过第一金属构件1的层差侧面13b。在维持上述旋转工具F的姿势的状态下，就此转移至正式区间的摩擦搅拌接合。前端侧销F3的外周面与第一金属构件1的层差倾斜面13a的接触量(偏置量)N和设定移动路径L1的设定与第一实施方式相同。

在正式区间中，如图13所示，使旋转工具F沿着设定移动路径L1旋转一周。在使旋转工具F旋转一周且前端侧销F3到达中间点S2之后，就此转移至脱离区间。结束位置EP1设定在设定移动路径L1上。在脱离区间中，在从中间点S2朝向结束位置EP1之间，将前端侧销F3缓慢地拔出，并使前端侧销F3在结束位置EP1处从第二金属构件2脱离。也就是说，不使旋转工具F停留在一处，而是使旋转工具F一边移动至结束位置EP1，一边缓慢地拔出。

根据以上说明的第二实施方式的摩擦搅拌接合方法，也能够起到与第一实施方式大致相同的效果。也可以像第二实施方式那样将正式接合工序中的开始位置SP1和结束位置EP1设定在设定移动路径L1上。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但能适当进行设计改变。例如，第一金属构件1和第二金属构件2也可以是具有矩形、多边形、椭圆形等其他截面形状的柱状构件。此外，既可以两者均是实心构件，也可以两者均是筒状构件。

(符号说明)

1 第一金属构件

2 第二金属构件

F 旋转工具

F2 基端侧销

F3 前端侧销

F4 平坦面

J1 对接部

SP1 开始位置

EP1 结束位置

W 塑性化区域。

Claims (10)

1.一种摩擦搅拌接合方法，使用包括基端侧销和前端侧销的旋转工具，对使柱状的第一金属构件的端部与筒状的第二金属构件的端部彼此对接而形成的被接合金属构件的对接部进行摩擦搅拌，所述第一金属构件在大径部的端部处包括小径部，所述第二金属构件具有与所述小径部大致相同的内径，其特征在于，

所述第一金属构件由第一铝合金形成，所述第二金属构件由第二铝合金形成，所述第一铝合金是硬度比所述第二铝合金的硬度高的材料种类，

所述基端侧销的锥形角度比所述前端侧销的锥形角度大，在所述基端侧销的外周面形成有台阶状的销层差部，

所述摩擦搅拌接合方法包括：

对接工序，在所述对接工序中，通过将所述第一金属构件的所述小径部插入所述第二金属构件的开口部，使所述第二金属构件的内周面与所述第一金属构件的层差侧面重合，并且使所述第二金属构件的端面与所述第一金属构件的层差倾斜面对接，以在对接部形成截面呈V字状的间隙；以及

正式接合工序，在所述正式接合工序中，将旋转的所述旋转工具的所述前端侧销插入所述第二金属构件的外周面，在使所述前端侧销的外周面与所述第一金属构件的所述层差倾斜面稍许接触，并且使所述基端侧销的外周面与所述第二金属构件的外周面接触的状态下，一边使所述第二铝合金流入所述间隙，一边使所述旋转工具沿着设定于比所述对接部更靠所述第二金属构件一侧的设定移动路径以规定的深度绕所述第二金属构件的外周面旋转一周，来对所述对接部进行摩擦搅拌。

2.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

形成于所述对接部的塑性化区域的始端与末端重叠，所述塑性化区域的一部分重叠。

3.如权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

所述第二金属构件的外径比所述第一金属构件的大径部的外径大。

4.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

在所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向左侧的情况下，使所述旋转工具向右旋转，

在所述第一金属构件位于所述旋转工具的行进方向右侧的情况下，使所述旋转工具向左旋转。

5.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

在所述正式接合工序中，将旋转的所述前端侧销从设定在所述设定移动路径上的开始位置插入，一边沿行进方向移动，一边将所述前端侧销缓慢地压入至规定的深度。

6.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

在所述正式接合工序中，在将旋转的所述前端侧销插入至设定在比所述设定移动路径更远离所述第一金属构件的一侧的开始位置之后，一边使所述旋转工具的旋转中心轴移动至与所述设定移动路径重叠的位置，一边将所述前端侧销缓慢地压入至所述规定的深度。

7.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

在所述正式接合工序中，将结束位置设定在所述设定移动路径上，在对所述对接部的摩擦搅拌之后，一边使所述旋转工具移动至所述结束位置，一边将所述前端侧销缓慢地拔出，从而在所述结束位置处使所述旋转工具从所述第二金属构件脱离。

8.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

在所述正式接合工序中，将结束位置设定在比所述设定移动路径更远离所述第一金属构件的一侧，在对所述对接部的摩擦搅拌之后，一边使所述旋转工具移动至所述结束位置，一边将所述前端侧销缓慢地拔出，从而在所述结束位置处使所述旋转工具从所述第二金属构件脱离。

9.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

在所述正式接合工序中，所述前端侧销的前端在穿过所述第一金属构件的所述层差侧面的状态下进行所述对接部的摩擦搅拌。

10.一种摩擦搅拌接合方法，使用包括基端侧销和前端侧销的旋转工具，对使圆柱状的第一金属构件的端面与圆筒状的第二金属构件的端面彼此对接而形成的被接合金属构件的对接部进行摩擦搅拌，所述第一金属构件在大径部的端部处包括小径部，所述第二金属构件具有与所述小径部大致相同的内径，其特征在于，

所述第一金属构件由第一铝合金形成，所述第二金属构件由第二铝合金形成，所述第一铝合金是硬度比所述第二铝合金的硬度高的材料种类，

所述基端侧销的锥形角度比所述前端侧销的锥形角度大，在所述基端侧销的外周面形成有台阶状的销层差部，

所述摩擦搅拌接合方法包括：

对接工序，在所述对接工序中，通过将所述第一金属构件的所述小径部插入所述第二金属构件的开口部，使所述第二金属构件的内周面与所述第一金属构件的层差侧面重合，并且使所述第二金属构件的端面与所述第一金属构件的层差倾斜面对接，以在对接部形成截面呈V字状的间隙；以及

正式接合工序，在所述正式接合工序中，将旋转的所述旋转工具的所述前端侧销插入所述第二金属构件的外周面，在使所述前端侧销的外周面与所述第一金属构件的所述层差倾斜面稍许接触，并且使所述基端侧销的外周面与所述第二金属构件的外周面接触的状态下，一边使所述第二铝合金流入所述间隙，一边使所述旋转工具沿着设定于比所述对接部更靠所述第二金属构件一侧的设定移动路径以规定的深度绕所述第二金属构件的外周面旋转一周，来对所述对接部进行摩擦搅拌。

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