CN113165104A - 液冷套的制造方法以及摩擦搅拌接合方法 - Google Patents

Abstract

特征是，包括：正式接合工序，在上述正式接合工序中，将旋转的旋转工具(F)的搅拌销(F2)的前端插入至与层差底面(12a)相同的深度或比层差底面(12a)稍微深，在使仅搅拌销(F2)与套主体(2)的至少上侧稍微接触的状态下，使旋转工具(F)沿第一对接部(J1)旋转一圈进行摩擦搅拌，并且在塑性化区域(W1)内的靠近层差侧面(12b)的部位形成规定宽度的稀疏部；以及检查工序，在上述检查工序中，在正式接合工序之后，通过进行对稀疏部进行检测的深度损伤检查来确定搅拌销(F2)的经过位置。

Description

液冷套的制造方法以及摩擦搅拌接合方法

技术领域

本发明涉及液冷套的制造方法以及摩擦搅拌接合方法。

背景技术

例如，在专利文献1中公开了液冷套的制造方法。图15是表示以往的液冷套的制造方法的剖视图。在以往的液冷套的制造方法中，对使设于铝合金制的套主体101的层差部的层差侧面101c与铝合金制的密封件102的侧面102c对接而形成的对接部J10进行摩擦搅拌接合。此外，在以往的液冷套的制造方法中，将旋转工具F的仅搅拌销F2插入对接部J10以进行摩擦搅拌接合。此外，在以往的液冷套的制造方法中，使旋转工具F的旋转中心轴C与对接部J10重合地进行相对移动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2015-131321号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在此，套主体101容易变成复杂的形状，例如由4000系列铝合金的铸造材料形成，而像密封件102那样形状相对简单的构件有时会由1000系列铝合金的延展材料形成。这样的话，存在将铝合金的材料种类不同的构件彼此进行接合来制造液冷套的情况。在这种情况下，由于一般来说，套主体101的硬度比密封件102的硬度大，因此，若如图15所示那样进行摩擦搅拌接合，则搅拌销F2从套主体101一侧受到的材料阻力比从密封件102一侧受到的材料阻力大。因而，很难通过旋转工具F的搅拌销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而使得接合强度降低这样的问题。

另外，有时在完成液冷套之后，例如通过进行超声波深度损伤检查来进行液冷套的品质管理。此时，尽管能够通过超声波深度损伤检查掌握接合不良的有无，但是存在无法掌握旋转工具经过了哪个位置的问题。

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，并能把握旋转工具的经过位置的液冷套的制造方法以及摩擦搅拌接合方法。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决这种技术问题，本发明是一种液冷套的制造方法，上述液冷套的制造方法使用包括搅拌销的旋转工具对套主体与密封件进行接合，上述套主体具有底部和周壁部，上述周壁部从上述底部的周缘立起，上述密封件对上述套主体的开口部进行密封，其中，上述套主体是硬度比上述密封件的硬度高的材料种类，上述搅拌销的外周面以前端变细的方式倾斜，上述液冷套的制造方法包括：准备工序，在上述准备工序中，在上述周壁部的内周缘形成具有层差底面和层差侧面的周壁层差部，上述层差侧面从上述层差底面朝向上述开口部立起；载置工序，在上述载置工序中，将上述密封件载置于上述套主体，从而使上述周壁层差部的层差侧面与上述密封件的外周侧面对接以形成第一对接部，并且使上述层差底面与上述密封件的背面重合以形成第二对接部；正式接合工序，在上述正式接合工序中，将旋转的上述旋转工具的上述搅拌销的前端插入至与上述层差底面相同的深度或比上述层差底面稍微深，在使仅上述搅拌销与上述套主体的至少上侧稍微接触的状态下，一边使旋转工具沿上述第一对接部旋转一圈进行摩擦搅拌，一边在塑性化区域内的靠近上述层差侧面的部位形成规定宽度的稀疏部；以及检查工序，在上述检查工序中，在上述正式接合工序之后，通过进行对上述稀疏部进行检测的深度损伤检查来确定上述搅拌销的经过位置。

根据上述制造方法，通过密封件与搅拌销的摩擦热对第一对接部的主要是密封件一侧的金属进行搅拌来使其塑性流动化，从而能够在第一对接部处对层差侧面与密封件的外周侧面进行接合。另外，由于仅使搅拌销与套主体的层差侧面的至少上侧稍微接触来进行摩擦搅拌，因此，能够确保接合强度，并且尽可能地减少金属从套主体向密封件的混入。由此，在第一对接部处主要是密封件一侧的金属被摩擦搅拌，因此，能够抑制接合强度的降低。

另外，由于将搅拌销插入至与层差底面相同的深度或比层差底面稍微深的位置，因此，能够提高第二对接部处的接合强度，并且尽可能地减少金属从套主体向密封件的混入。另外，通过特意形成规定宽度的稀疏部，能够通过深度损伤检查来把握搅拌销的经过位置。由此，能够更容易地进行品质管理作业。

另外，本发明是一种液冷套的制造方法，使用包括搅拌销的旋转工具对套主体与密封件进行接合，上述套主体具有底部和周壁部，上述周壁部从上述底部的周缘立起，上述密封件对上述套主体的开口部进行密封，其中，上述套主体是硬度比上述密封件的硬度高的材料种类，上述搅拌销的外周面以前端变细的方式倾斜，上述液冷套的制造方法包括：准备工序，在上述准备工序中，在上述周壁部的内周缘形成具有层差底面和层差侧面的周壁层差部，并且以使上述密封件的板厚比上述周壁层差部的上述层差侧面的高度尺寸大的方式形成上述密封件，上述层差侧面从上述层差底面朝向上述开口部立起；载置工序，在上述载置工序中，将上述密封件载置于上述套主体，从而使上述周壁层差部的层差侧面与上述密封件的外周侧面对接以形成第一对接部，并且使上述层差底面与上述密封件的背面重合以形成第二对接部；正式接合工序，在上述正式接合工序中，将旋转的上述旋转工具的上述搅拌销的前端插入至与上述层差底面相同的深度或比上述层差底面稍微深，在使仅上述搅拌销与上述套主体的至少上侧稍微接触的状态下，一边使旋转工具沿上述第一对接部旋转一圈进行摩擦搅拌，一边在塑性化区域内的靠近上述层差侧面的部位形成规定宽度的稀疏部；以及检查工序，在上述检查工序中，在上述正式接合工序之后，通过进行对上述稀疏部进行检测的深度损伤检查来确定上述搅拌销的经过位置。

根据上述制造方法，通过密封件与搅拌销的摩擦热对第一对接部中的主要是密封件一侧的金属进行搅拌来使其塑性流动化，从而能在第一对接部处对层差侧面与密封件的外周侧面进行接合。另外，由于仅使搅拌销与套主体的层差侧面的至少上侧稍微接触来进行摩擦搅拌，因此，能够确保接合强度，并且尽可能地减少金属从套主体向密封件的混入。由此，在第一对接部处主要是密封件一侧的金属被摩擦搅拌，因此，能够抑制接合强度的降低。

另外，由于将搅拌销插入至与层差底面相同的深度或比层差底面稍微深的位置，因此，能够提高第二对接部处的接合强度，并且尽可能地减少金属从套主体向密封件的混入。另外，通过特意形成规定宽度的稀疏部，因此，通过深度损伤检查来把握搅拌销的经过位置。由此，能够更容易地进行品质管理作业。另外，通过增大密封件的厚度，能够防止接合部的金属不足。

另外，本发明是一种液冷套的制造方法，使用包括搅拌销的旋转工具对套主体与密封件进行接合，上述套主体具有底部和周壁部，上述周壁部从上述底部的周缘立起，上述密封件对上述套主体的开口部进行密封，其中，上述套主体是硬度比上述密封件的硬度高的材料种类，上述搅拌销的外周面以前端变细的方式倾斜，上述液冷套的制造方法包括：准备工序，在上述准备工序中，在上述周壁部的内周缘形成具有层差底面和层差侧面的周壁层差部，并且以使上述密封件的板厚比上述周壁层差部的上述层差侧面的高度尺寸大的方式形成上述密封件，上述层差侧面以从上述层差底面朝向上述开口部扩展的方式倾斜地立起；载置工序，在上述载置工序中，通过将上述密封件载置于上述套主体，从而以使上述周壁层差部的上述层差侧面与上述密封件的外周侧面之间存在间隙的方式形成第一对接部，并且使上述层差底面与上述密封件的背面重合以形成第二对接部；正式接合工序，在上述正式接合工序中，将旋转的上述旋转工具的上述搅拌销的前端插入至与上述层差底面相同的深度或比上述层差底面稍微深，在使仅上述搅拌销与上述套主体的至少上侧稍微接触的状态下，一边使旋转工具沿上述第一对接部旋转一圈进行摩擦搅拌，一边在塑性化区域内的靠近上述层差侧面的部位形成规定宽度的稀疏部；以及检查工序，在上述检查工序中，在上述正式接合工序之后，通过进行对上述稀疏部进行检测的深度损伤检查来确定上述搅拌销的经过位置。

根据上述制造方法，通过密封件与搅拌销的摩擦热对第一对接部中的主要是密封件一侧的金属进行搅拌来使其塑性流动化，从而能在第一对接部处对层差侧面与密封件的外周侧面进行接合。另外，由于仅使搅拌销与套主体的层差侧面的至少上侧稍微接触来进行摩擦搅拌，因此，能够确保接合强度，并且尽可能地减少金属从套主体向密封件的混入。由此，在第一对接部处主要是密封件一侧的金属被摩擦搅拌，因此，能够抑制接合强度的降低。

另外，由于将搅拌销插入至与层差底面相同的深度或比层差底面稍微深的位置，因此，能够提高第二对接部处的接合强度，并且尽可能地减少金属从套主体向密封件的混入。另外，通过特意形成规定宽度的稀疏部，因此，通过深度损伤检查来把握搅拌销的经过位置。由此，能够更容易地进行品质管理作业。另外，通过使搅拌销的外周面和层差侧面以倾斜的方式形成，能够避免搅拌销和层差侧面大幅接触。另外，通过增大密封件的厚度，能够防止接合部的金属不足。

此外，较为理想的是，上述密封件由铝合金延展材料形成，上述套主体由铝合金铸造材料形成。

此外，较为理想的是，在上述旋转工具的外周面刻设有随着从基端朝向前端而朝左旋绕的螺旋槽的情况下，使上述旋转工具朝右旋转，在上述旋转工具的外周面刻设有随着从基端朝向前端而朝右旋绕的螺旋槽的情况下，使上述旋转工具朝左旋转。由此，因螺旋槽而塑性流动化的金属被导向搅拌销的前端侧，因此，能减少毛边的产生。

此外，较为理想的是，在上述正式接合工序中，将上述旋转工具的旋转方向和行进方向设定成使形成于上述旋转工具的移动轨迹的塑性化区域中的、上述套主体一侧成为剪切侧，而使上述密封件一侧成为流动侧。由此，上述套主体一侧成为剪切侧，从而搅拌销在第一对接部周围的搅拌销的搅拌作用提高，能期待第一对接部处的温度上升，并能在第一对接部处更可靠地对层差侧面和密封件的外周侧面进行接合。

另外，较为理想的是，在上述正式接合工序中，在使上述旋转工具倾斜的状态下进行摩擦搅拌，若将上述旋转工具的旋转中心轴相对于铅垂面的倾斜角度设为γ、将上述层差侧面相对于铅垂面的倾斜角度设为β、将上述搅拌销的外周面相对于上述旋转中心轴的倾斜角度设为α，则在设为γ＜α－β的状态下进行摩擦搅拌。

另外，较为理想的是，在上述正式接合工序中，在设为0＜α－β的状态下进行摩擦搅拌接合。

由此，能够以使旋转工具的旋转中心轴倾斜的方式进行摩擦搅拌接合。

另外，本发明是一种摩擦搅拌接合方法，使用包括搅拌销的旋转工具来对第一构件和第二构件进行接合，其中，上述第一构件是硬度比上述第二构件的硬度高的材料种类，上述搅拌销的外周面以前端变细的方式倾斜，上述摩擦搅拌接合方法包括：准备工序，在上述准备工序中，在上述第一构件形成具有层差底面和层差侧面的层差部，上述层差侧面从上述层差底面立起；载置工序，在上述载置工序中，将上述第二构件载置于上述第一构件，从而使上述层差部的层差侧面与上述第二构件的侧面对接以形成第一对接部，并且使上述层差底面与上述第二构件的背面重合以形成第二对接部；正式接合工序，在上述正式接合工序中，将旋转的上述旋转工具的上述搅拌销的前端插入至与上述层差底面相同的深度或比上述层差底面稍微深，在使仅上述搅拌销与上述第一构件的至少上侧稍微接触的状态下，一边使旋转工具沿上述第一对接部旋转一圈进行摩擦搅拌，一边在塑性化区域内的靠近上述层差侧面的部位形成规定宽度的稀疏部；以及检查工序，在上述检查工序中，在上述正式接合工序之后，通过进行对上述稀疏部进行检测的深度损伤检查来确定上述搅拌销的经过位置。

发明效果

根据本发明的液冷套的制造方法和摩擦搅拌接合方法，能够理想地对材料种类不同的金属进行接合，并且把握旋转工具的经过位置。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的液冷套的制造方法的准备工序的立体图。

图2是表示第一实施方式的液冷套的制造方法的载置工序的剖视图。

图3是表示第一实施方式的液冷套的制造方法的正式接合工序的立体图。

图4是表示第一实施方式的液冷套的制造方法的正式接合工序的剖视图。

图5是表示第一实施方式的液冷套的制造方法的正式接合工序后的剖视图。

图6是表示第一实施方式的液冷套的制造方法的检查工序的俯视图。

图7是表示第二实施方式的液冷套的制造方法的正式接合工序的剖视图。

图8是表示第三实施方式的液冷套的制造方法的准备工序的立体图。

图9是表示第三实施方式的液冷套的制造方法的正式接合工序的剖视图。

图10是表示试验1中的旋转工具位置与拉伸强度的关系的图表。

图11是表示试验1的重合接缝的示意图。

图12是表示试验1的重合接缝+对接接缝的示意图。

图13是表示试验1的对接接缝(局部重合)的示意图。

图14是试验2中的比较例1～3和实施例的宏观组织剖面。

图15是表示以往的液冷套的制造方法的剖视图。

具体实施方式

[第一实施方式]

参照附图，对本发明实施方式的液冷套的制造方法进行详细说明。如图1所示，本发明实施方式的液冷套1的制造方法是对套主体2和密封件3进行摩擦搅拌接合以制造液冷套1的方法。液冷套1是将发热体(省略图示)设置在密封件3上，并且使流体在内部流动以与发热体之间进行热交换的构件。另外，以下说明中的“正面”是指与“背面”相反一侧的面。

在本实施方式的液冷套的制造方法中进行准备工序、载置工序、正式接合工序和检查工序。准备工序是准备套主体2和密封件3的工序。套主体2主要由底部10和周壁部11构成。套主体2形成为主要含有第一铝合金。第一铝合金例如使用JISH5302 ADC12(Al－Si－Cu系列)等铝合金铸造材料。套主体2在本实施方式中例示了铝合金，但是也可以是能摩擦搅拌的其他金属。

如图1所示，底部10是在俯视观察时呈矩形的板状构件。周壁部11是从底部10的周缘部呈矩形框状立起的壁部。在周壁部11的内周缘形成有周壁层差部12。周壁层差部12由层差底面12a和从层差底面12a立起的层差侧面12b构成。如图2所示，层差侧面12b以从层差底面12a向开口部朝外侧扩展的方式倾斜。只要适当设定层差侧面12b相对于铅垂面的倾斜角度β即可，例如相对于铅垂面成3°～30°。通过底部10和周壁部11形成凹部13。在此，铅垂面定义为由旋转工具F的行进方向矢量和铅垂方向矢量构成的平面。

密封件3是将套主体2的开口部密封的板状构件。密封件3为载置于周壁层差部12的大小。密封件3的板厚比层差侧面12b的高度尺寸大。密封件3的板厚尺寸适当设定为在后述的正式接合工序时不会产生金属不足的程度。密封件3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更低的材料。第二铝合金例如通过JIS A1050、A1100、A6063等铝合金延展材料形成。套主体3在本实施方式中例示了铝合金，但是也可以是能摩擦搅拌的其他金属。

如图2所示，载置工序是将密封件3载置于套主体2的工序。在载置工序中，将密封件3的背面3b载置于层差底面12a。使层差侧面12b与密封件3的外周侧面3c对接以形成第一对接部J1。第一对接部J1可包括如本实施方式这样以隔开截面呈大致V字状的间隙的方式对接的情况。此外，使层差底面12a与密封件3的背面3b对接以形成第二对接部J2。

如图3和图4所示，正式接合工序是使旋转的旋转工具F在密封件3的周围旋转一圈而对套主体2与密封件3进行摩擦搅拌接合的工序。旋转工具F由连结部F1和搅拌销F2构成。旋转工具F由例如工具钢形成。连结部F1是与摩擦搅拌装置(省略图示)的旋转轴连结的部位。连结部F1呈圆柱状，形成有供螺栓紧固的螺纹孔(省略图示)。供旋转工具F连结的摩擦搅拌装置例如是在前端包括主轴单元等旋转驱动元件的机器人臂，能使旋转工具F的旋转中心轴C自由地倾斜。

搅拌销F2从连结部F1下垂，并与连结部F1同轴。搅拌销F2随着远离连结部F1而前端变细。如图4所示，在搅拌销F2的前端形成有与旋转中心轴C垂直且平坦的平坦面F3。也就是说，搅拌销F2的外表面由前端变细的外周面F10和形成于前端的平坦面F3构成。在侧视观察的情况下，旋转中心轴C与搅拌销F2的外周面F10所成的倾斜角度α例如在5°～40°的范围内适当设定即可。

在搅拌销F2的外周面刻设有螺旋槽。在本实施方式中，使旋转工具F朝右旋转，因此，螺旋槽形成为随着从基端朝向前端而朝左旋绕。换言之，螺旋槽形成为当从基端朝向前端描画螺旋槽时，从上方观察时朝左旋绕。

另外，较为理想的是，当使旋转工具F朝左旋转时，将螺旋槽形成为随着从基端朝向前端而朝右旋绕。换言之，此时的螺旋槽形成为当从基端朝向前端描画螺旋槽时，从上方观察时朝右旋绕。通过以上述方式设定螺旋槽，从而在进行摩擦搅拌时利用螺旋槽将塑性流动化的金属朝搅拌销F2的前端侧引导。由此，能减少溢出到被接合金属构件(套主体2和密封件3)外部的金属的量。

如图3所示，在使用旋转工具F进行摩擦搅拌时，将朝右旋转的仅搅拌销F2插入密封件3，并在使密封件3与连结部F1分开的同时使上述搅拌销F2移动。换言之，在使搅拌销F2的基端部露出的状态下进行摩擦搅拌。在旋转工具F的移动轨迹因摩擦搅拌后的金属固化而形成有塑性化区域W1。在本实施方式中，将搅拌销F2插入在设定于密封件3的开始位置Sp处，并使旋转工具F相对于密封件3向右旋绕地相对移动。

如图4所示，在正式接合工序中，在使旋转工具F的旋转中心轴C与铅垂线(铅垂面)平行的状态下进行摩擦搅拌。层差底面12a的倾斜角度β设定成比搅拌销F2的外周面的倾斜角度α小。在正式接合工序中，设定成使旋转工具F的外周面F10的上侧与周壁层差部12的层差侧面12b的上部稍微接触，并且使外周面F10的下侧不与周壁层差部12的层差侧面12b接触。搅拌销F2的平坦面F3可以是与周壁层差部12的层差底面12a相同的高度，但是在本实施方式中，插入至比周壁层差部12的层差底面12a稍微深的位置。在正式接合工序中，沿密封件3的周围旋转一圈，并且使塑性化区域W1的始端与终端重叠，然后使旋转工具F从套主体2和密封件3脱离。

如图5所示，在进行正式接合工序时，在旋转工具F的移动轨迹上形成有塑性化区域W1，并且在塑性化区域W1的下部中的层差侧面12b的内侧附近形成稀疏部Z。稀疏部Z是塑性流动材料的搅拌不充分的区域且塑性流动材料比其他部位稀疏的区域。稀疏部Z在塑性化区域W1的长边方向上连续地或断续地形成。

如图6所示，检查工序是对液冷套1进行深度损伤检查的工序。在检查工序中，使用超声波深度损伤装置(例如，超声波影像装置(SAT)株式会社日立高新技术公司制)。图6中的检查结果画面R中的、液冷套1的中空部B被着色显示。另外，在中空部B的周围，稀疏部Z以着色的框状且线状地显示。即，通过在检查结果画面R上显示稀疏部Z，能够确定旋转工具F经过遍及密封件3的整周。中空部B与稀疏部Z之间是相当于塑性化区域W1的部位。

在此，稀疏部Z的宽度Zw设定为400μm以下，较为理想地设定为300μm以下，更理想地设定为200μm以下。若稀疏部Z的宽度Zw超过400μm，则第一对接部J1的接合强度有可能不充分。换言之，若稀疏部Z的宽度Zw为400μm以下，则能够得到充分的接合强度。另一方面，较为理想的是，稀疏部Z的宽度Zw为100μm以上。若稀疏部Z的宽度Zw不足100，则稀疏部Z部分有可能无法在超声波深度损伤装置中的检查结果画面R上显示。

如图4所示，在正式接合工序中，搅拌销F2的外周面F10与层差侧面12b接触的区域和不接触的区域的比例在本实施方式中为2:8左右，但是只要在以期望的强度对套主体2和密封件3进行接合且形成上述规定宽度的稀疏部Z的范围内适当设定即可。换言之，搅拌销F2的外周面F10的倾斜角度α、周壁层差部12的层差侧面12b的倾斜角度β、搅拌销F2的旋转中心轴C的位置(宽度方向的位置)只要在以期望的强度对套主体2和密封件3进行接合且形成上述规定宽度的稀疏部Z的范围内适当设定即可。

若搅拌销F2与层差侧面12b的接触比例变大，则套主体2的金属较多地流入密封件3一侧，因此，套主体2与密封件3的搅拌平衡变差，有可能会降低接合强度。另外，即使搅拌销F2的外周面F10与层差侧面12b分离，接合强度也有可能会降低，因此，较为理想的是，至少使搅拌销F2与层差侧面12b的上部接触。另外，在层差底面12a附近，外周面F10与层差侧面12b离得太近或离得太远均无法形成上述规定宽度的稀疏部Z。

根据以上说明的本实施方式的液冷套的制造方法，通过密封件3和搅拌销F2的摩擦热来对第一对接部J1的主要是密封件3一侧的金属进行搅拌来使其塑性流动化，从而能够在第一对接部J1处对层差侧面12b与密封件3的外周侧面3c进行接合。另外，由于仅使搅拌销F2与套主体2的层差侧面12b的至少上侧稍微接触来进行摩擦搅拌，因此，能够确保接合强度，并且尽可能地减少金属从套主体2向密封件3的混入。由此，在第一对接部J1处主要是密封件3一侧的金属被摩擦搅拌，因此，能够抑制接合强度的降低。

另外，由于将搅拌销F2插入至与层差底面12a相同的深度或比层差底面稍微深的位置，因此，能够提高第二对接部J2处的接合强度，并且尽可能地减少金属从套主体2向密封件3的混入。另外，通过特意形成规定宽度的稀疏部Z，从而通过深度损伤检查来把握搅拌销F2的经过位置。由此，能够更容易地进行品质管理作业。另外，通过使搅拌销F2的外周面F10和层差侧面12b以倾斜的方式形成，能够避免搅拌销F2和层差侧面12b大幅接触，并且能够容易地控制稀疏部Z的宽度Zw、大小等。此外，通过增大密封件3的厚度，能够防止接合部的金属不足。

此外，在正式接合工序中，只要适当设定旋转工具F的旋转方向和行进方向即可，但是在本实施方式中，将旋转工具F的旋转方向和行进方向设定成使形成于旋转工具F的移动轨迹的塑性化区域W1中的、套主体2一侧成为剪切侧，而使密封件3一侧成为流动侧。由此，搅拌销F2在第一对接部J1的周围的搅拌作用提高，从而能够期待第一对接部J1处的温度上升，并且能够在第一对接部J1处更可靠地对层差侧面12b与密封件3的外周侧面3c进行接合。

另外，剪切侧(Advancing side)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)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，从而使旋转工具相对于被接合部的相对速度变低的一侧。

此外，套主体2的第一铝合金是硬度比密封件3的第二铝合金的硬度更高的材料。由此，能提高液冷套1的耐久性。此外，较为理想的是，将套主体2的第一铝合金设为铝合金铸造材料，将密封件3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JISH5302 ADC12等Al－Si－Cu系列铝合金铸造材料，从而能提高套主体2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JIS A1000系列或A6000系列，从而能提高加工性和导热性。

例如，在本实施方式中，使密封件3的板厚比层差侧面12b的高度尺寸大，但是也可以使两者相同。另外，层差侧面12b也可以不倾斜，而是相对于层差底面12a垂直。

另外，在上述实施方式中，例示了对套主体与密封件进行接合而形成的液冷套的制造方法，但是并不限定于此。尽管省略了图示，但是本发明不限定于液冷套的形状，也能够应用于对包括层差部的第一构件与配置于该层差部的第二构件进行接合的摩擦搅拌接合。

[第二实施方式]

接着，对本发明第二实施方式的液冷套的制造方法进行说明。如图7所示，在第二实施方式中，在使旋转工具F倾斜来进行摩擦搅拌这一点与第一实施方式不同。在本实施方式中，进行准备工序、载置工序、正式接合工序和检查工序。在本实施方式中，以与第一实施方式不同的部分为中心进行说明。

在本实施方式的正式接合工序中，如图7所示，在使旋转工具F相对于铅垂面(密封件3的外周侧面3c)向外侧倾斜了倾斜角度γ的状态下进行摩擦搅拌。即使这样，也能够使搅拌销F2与层差侧面12b稍微接触，并且将搅拌销F2的前端插入得比层差底面12a稍微深。另外，搅拌销F2的前端侧不与层差侧面12b接触。

由此，与第一实施方式相同，能够形成规定宽度的稀疏部Z。倾斜角度只要适当设定即可，但是较为理想的是，例如设定为γ＜α－β。另外，较为理想的是，设为0＜α－β。在本实施方式中，使旋转工具F向外侧(远离密封件3的一侧)倾斜，但是也可以向内侧倾斜。旋转工具F的倾斜角度、倾斜方向只要在套主体2与密封件3以期望的强度接合且形成有上述的规定宽度的稀疏部Z的范围内适当设定即可。

[第三实施方式]

接着，对本发明第三实施方式的液冷套的制造方法进行说明。如图8和图9所示，第三实施方式与第一实施方式的不同之处在于，对套主体2A的支柱15与密封件3A进行接合。在本实施方式中，进行准备工序、载置工序、正式接合工序和检查工序。在正式接合工序中，进行第一正式接合工序和第二正式接合工序。在本实施方式中，以与第一实施方式不同的部分为中心进行说明。

在准备工序中，准备套主体2A和密封件3A。套主体2A包括底部10、周壁部11和多个支柱15(本实施方式中是四个)。支柱15从底部10立设，并呈柱状。在支柱15的前端形成有前端变细的突出部16。通过设置突出部16，在支柱15的前端侧形成有支柱层差部17。支柱层差部17由层差底面17a和从层差底面17a向轴中心侧倾斜的层差侧面17b构成。在密封件3A的、与支柱15对应的位置处形成有孔部4。孔部4为能够供突出部16插入的大小。

载置工序是将密封件3A载置于套主体2A的工序。由此，与第一实施方式同样地形成第一对接部J1。另外，如图9所示，使支柱层差部17的层差侧面17b与孔部4的孔壁4a对接以形成第三对接部J3。另外，使支柱层差部17的层差底面17a与密封件3的背面3b对接以形成第四对接部J4。

在正式接合工序中，进行对第一对接部J1和第二对接部J2进行接合的第一正式接合工序以及对第三对接部J3和第四对接部J4进行接合的第二正式接合工序。第一正式接合工序与第一实施方式的正式接合工序相同，因此，省略说明。

如图9所示，在第二正式接合工序中，设定成使旋转工具F的外周面F10的上侧与支柱层差部17的层差侧面17b的上部稍微接触，并且使外周面F10的下侧不与支柱层差部17的层差侧面17b接触。搅拌销F2的平坦面F3插入至比支柱层差部17的层差底面17a稍微深的位置。

如图9所示，在进行正式接合工序时，在旋转工具F的移动轨迹上形成有塑性化区域W2，并且在塑性化区域W2的下部中的层差侧面17b的外侧附近形成稀疏部Z。稀疏部Z是塑性流动材料的搅拌不充分的区域且塑性流动材料比其他部位稀疏的区域。稀疏部Z在塑性化区域W2中连续地或断续地形成。稀疏部Z的形成方法、条件与第一实施例相同。

根据本实施方式，能够起到与第一实施方式相同的效果。此外，根据本实施方式，由于对支柱15和密封件3A进行接合，因此，能够提高接合强度。另外，在塑性化区域W2内，在突出部16的基端侧的外侧附近形成有稀疏部Z，由此，在检查工序中，能够确认旋转工具F在支柱15周围的移动轨迹。

实施例

接着，对本发明的实施例进行说明。在此，进行了试验1和试验2，在上述试验1中，在规定的条件下进行正式接合工序后进行拉伸试验，确认旋转工具位置与拉伸强度的关系，在上述试验2中，在规定的条件下进行正式接合工序后，确认接合部的宏观组织剖面。图10是表示试验1中的旋转工具位置与拉伸强度的关系的图表。

在试验1中，准备八个试验体，对各试验体进行正式接合工序。在试验1中，使搅拌销F2的插入深度恒定，并且使旋转工具F的位置(宽度方向位置)变化来进行摩擦搅拌接合。套主体2使用铝合金ADC12，密封件3使用铝合金A6063。层差侧面12b和密封件3的高度尺寸为3mm。

如图10和图11所示，范围A表示“重合接缝”。范围A的“重合接缝”是搅拌销F2的外周面F10不与层差侧面12b接触，并且搅拌销F2的前端到达层差底面12a的状态。如图10所示，四个试验体包含在范围A内。旋转工具位置X2与图11所示的旋转工具F的位置对应。

如图10和图11所示，范围B的“重合接缝+对接接缝”是搅拌销F2的外周面F10与层差侧面12b接触且搅拌销F2的前端侧不与层差侧面12b接触的状态。另外，搅拌销F2的前端是到达层差底面12a的状态。如图10所示，两个试验体包含在范围B内。范围B是与本发明的第一实施方式相同的方式。

如图10和图11所示，范围C的“对接接缝(局部重合)”是搅拌销F2与层差侧面12b的整体及层差底面12a的一部分接触的状态。如图10所示，两个试验体包含在范围C内。旋转工具位置X10与图13所示的旋转工具F的位置对应。

如图10所示，可知若处于范围A：“重合接缝”，则与其他方式相比拉伸强度较弱。也就是说，可知在仅第二对接部J2的接合中，拉伸强度较低。

另一方面，可知若处于范围C：“对接接缝(局部重合)”，则第一对接部J1和第二对接部J2这两处被摩擦搅拌，因此，虽然抗拉强度变大，但是拉伸强度在旋转工具位置X9附近达到峰值而减小。这可认为是若旋转工具F与套主体2的重合量变大，则套主体2的金属会较多地流入密封件3一侧，因此，搅拌平衡变差，拉伸强度降低。

另一方面，可知若处于范围B：“重合接缝+对接接缝”，则第一对接部J1和第二对接部J2这两处被摩擦搅拌，拉伸强度变大，拉伸强度的数值也存在上升的倾向。因此，旋转工具F的位置较为理想的是使搅拌销F2分别与层差侧面12b及层差底面12a这两者稍微接触的位置。

图14是试验2中的比较例1～3和实施例的宏观组织剖面。在试验2中，准备四个新的试验体，并且分别进行正式接合工序。在试验2中，改变旋转工具F的插入深度和位置，并且根据宏观组织剖面确认接合状况。套主体2使用铝合金ADC12，密封件3使用铝合金A1100。层差侧面12b的高度尺寸为3.0mm，密封件3的高度尺寸为3.5mm。层差侧面12b的倾斜角度β为10°。搅拌销F2的锥形角度为40°，槽间距为0.5mm，平坦面F3的直径为1.5mm。

比较例1中，将旋转工具F的压入量设定为0.65mm，并且将与层差侧面12b重合的重合量设定为0.55mm。压入量是指从层差底面12a到旋转工具F的前端的距离。重合量是指从层差侧面12b到搅拌销F2的外周面F10的距离(最大距离)。在重合量为正的情况下，意味着外周面F10与层差侧面12b接触。

比较例2中，将旋转工具F的压入量设定为0.5mm，并且将与层差侧面12b重合的重合量设定为0.35mm。

比较例3中，将旋转工具F的压入量设定为0.2mm，并且将与层差侧面12b重合的重合量设定为－0.15mm。在比较例3中，层差侧面12b和搅拌销F2的外周面F10完全地分离。

实施例中，将旋转工具F的压入量设定为0.2mm，并且将旋转工具F与层差侧面12b的重合量设定为0.15mm。在实施例中，搅拌销F2和层差侧面12b的上部接触，并且搅拌销F2与层差侧面12b的下部分离。

如图14所示，在比较例1中，搅拌销F2的外周面F10和层差侧面12b的重合量过大，在塑性化区域W1内产生较多的空洞缺陷。

在比较例2中，在塑性化区域W1内没有产生空洞缺陷，但是搅拌销F2的外周面F10和层差侧面12b的重合量过大，没有形成稀疏部Z。

在比较例3中，由于搅拌销F2和层差侧面12b完全地分离，因此，在外周面F10与层差侧面12b之间的下部产生较大的稀疏部Za。该稀疏部Za的宽度约为500μm。另外，在比较例3中也产生较多的毛边V。

在实施例中，塑性化区域W1内没有空洞缺陷，也没有产生毛边。在层差侧面12b的下部的内侧形成有宽度约200μm的稀疏部Z。可知只要在实施例的条件下，能够充分地确保接合强度，并且稀疏部Z也以规定宽度形成，从而是良好的。另外，实施例的数值仅是例示的，并不限定本发明。

(符号说明)

1 液冷套

2 套主体(第一构件)

3 密封件(第二构件)

F 旋转工具

F1 连结部

F2 搅拌销

F3 平坦面

J1 第一对接部

J2 第二对接部

W1 塑性化区域

Z 稀疏部。

Claims (9)

1.一种液冷套的制造方法，使用包括搅拌销的旋转工具对套主体与密封件进行接合，所述套主体具有底部和周壁部，所述周壁部从所述底部的周缘立起，所述密封件对所述套主体的开口部进行密封，其特征在于，

所述套主体是硬度比所述密封件的硬度高的材料种类，

所述搅拌销的外周面以前端变细的方式倾斜，

所述液冷套的制造方法包括：

准备工序，在所述准备工序中，在所述周壁部的内周缘形成具有层差底面和层差侧面的周壁层差部，所述层差侧面从所述层差底面朝向所述开口部立起；

载置工序，在所述载置工序中，将所述密封件载置于所述套主体，从而使所述周壁层差部的层差侧面与所述密封件的外周侧面对接以形成第一对接部，并且使所述层差底面与所述密封件的背面重合以形成第二对接部；

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搅拌销的前端插入至与所述层差底面相同的深度或比所述层差底面稍微深，在使仅所述搅拌销与所述套主体的至少上侧稍微接触的状态下，一边使旋转工具沿所述第一对接部旋转一圈进行摩擦搅拌，一边在塑性化区域内的靠近所述层差侧面的部位形成规定宽度的稀疏部；以及

检查工序，在所述检查工序中，在所述正式接合工序之后，通过进行对所述稀疏部进行检测的深度损伤检查来确定所述搅拌销的经过位置。

2.一种液冷套的制造方法，使用包括搅拌销的旋转工具对套主体与密封件进行接合，所述套主体具有底部和周壁部，所述周壁部从所述底部的周缘立起，所述密封件对所述套主体的开口部进行密封，其特征在于，

所述套主体是硬度比所述密封件的硬度高的材料种类，

所述搅拌销的外周面以前端变细的方式倾斜，

所述液冷套的制造方法包括：

准备工序，在所述准备工序中，在所述周壁部的内周缘形成具有层差底面和层差侧面的周壁层差部，并且以使所述密封件的板厚比所述周壁层差部的所述层差侧面的高度尺寸大的方式形成所述密封件，所述层差侧面从所述层差底面朝向所述开口部立起；

载置工序，在所述载置工序中，将所述密封件载置于所述套主体，从而使所述周壁层差部的层差侧面与所述密封件的外周侧面对接以形成第一对接部，并且使所述层差底面与所述密封件的背面重合以形成第二对接部；

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搅拌销的前端插入至与所述层差底面相同的深度或比所述层差底面稍微深，在使仅所述搅拌销与所述套主体的至少上侧稍微接触的状态下，一边使旋转工具沿所述第一对接部旋转一圈进行摩擦搅拌，一边在塑性化区域内的靠近所述层差侧面的部位形成规定宽度的稀疏部；以及

检查工序，在所述检查工序中，在所述正式接合工序之后，通过进行对所述稀疏部进行检测的深度损伤检查来确定所述搅拌销的经过位置。

3.一种液冷套的制造方法，使用包括搅拌销的旋转工具对套主体与密封件进行接合，所述套主体具有底部和周壁部，所述周壁部从所述底部的周缘立起，所述密封件对所述套主体的开口部进行密封，其特征在于，

所述套主体是硬度比所述密封件的硬度高的材料种类，

所述搅拌销的外周面以前端变细的方式倾斜，

所述液冷套的制造方法包括：

准备工序，在所述准备工序中，在所述周壁部的内周缘形成具有层差底面和层差侧面的周壁层差部，并且以使所述密封件的板厚比所述周壁层差部的所述层差侧面的高度尺寸大的方式形成所述密封件，所述层差侧面以从所述层差底面朝向所述开口部扩展的方式倾斜地立起；

载置工序，在所述载置工序中，通过将所述密封件载置于所述套主体，从而以使所述周壁层差部的所述层差侧面与所述密封件的外周侧面之间存在间隙的方式形成第一对接部，并且使所述层差底面与所述密封件的背面重合以形成第二对接部；

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搅拌销的前端插入至与所述层差底面相同的深度或比所述层差底面稍微深，在使仅所述搅拌销与所述套主体的至少上侧稍微接触的状态下，一边使旋转工具沿所述第一对接部旋转一圈进行摩擦搅拌，一边在塑性化区域内的靠近所述层差侧面的部位形成规定宽度的稀疏部；以及

检查工序，在所述检查工序中，在所述正式接合工序之后，通过进行对所述稀疏部进行检测的深度损伤检查来确定所述搅拌销的经过位置。

4.如权利要求1至3中任一项所述的液冷套的制造方法，其特征在于，

所述密封件由铝合金延展材料形成，所述套主体由铝合金铸造材料形成。

5.如权利要求1至3中任一项所述的液冷套的制造方法，其特征在于，

在所述旋转工具的外周面刻设有随着从基端朝向前端而朝左旋绕的螺旋槽的情况下，使所述旋转工具朝右旋转，

在所述旋转工具的外周面刻设有随着从基端朝向前端而朝右旋绕的螺旋槽的情况下，使所述旋转工具朝左旋转。

6.如权利要求1至3中任一项所述的液冷套的制造方法，其特征在于，

在所述正式接合工序中，将所述旋转工具的旋转方向和行进方向设定成使形成于所述旋转工具的移动轨迹的塑性化区域中的、所述套主体一侧成为剪切侧，而使所述密封件一侧成为流动侧。

7.如权利要求3所述的液冷套的制造方法，其特征在于，

在所述正式接合工序中，在使所述旋转工具倾斜的状态下进行摩擦搅拌，若将所述旋转工具的旋转中心轴相对于铅垂面的倾斜角度设为γ，将所述层差侧面相对于铅垂面的倾斜角度设为β，将所述搅拌销的外周面相对于所述旋转中心轴的倾斜角度设为α，则在设为γ＜α－β的状态下进行摩擦搅拌。

8.如权利要求7所述的液冷套的制造方法，其特征在于，

在所述正式接合工序中，在设为0＜α－β的状态下进行摩擦搅拌接合。

9.一种摩擦搅拌接合方法，使用包括搅拌销的旋转工具来对第一构件和第二构件进行接合，其特征在于，

所述第一构件是硬度比所述第二构件的硬度高的材料种类，

所述搅拌销的外周面以前端变细的方式倾斜，

所述摩擦搅拌接合方法包括：

准备工序，在所述准备工序中，在所述第一构件形成具有层差底面和层差侧面的层差部，所述层差侧面从所述层差底面立起；

载置工序，在所述载置工序中，将所述第二构件载置于所述第一构件，从而使所述层差部的层差侧面与所述第二构件的侧面对接以形成第一对接部，并且使所述层差底面与所述第二构件的背面重合以形成第二对接部；

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搅拌销的前端插入至与所述层差底面相同的深度或比所述层差底面稍微深，在使仅所述搅拌销与所述第一构件的至少上侧稍微接触的状态下，一边使旋转工具沿所述第一对接部旋转一圈进行摩擦搅拌，一边在塑性化区域内的靠近所述层差侧面的部位形成规定宽度的稀疏部；以及

检查工序，在所述检查工序中，在所述正式接合工序之后，通过进行对所述稀疏部进行检测的深度损伤检查来确定所述搅拌销的经过位置。

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