[發(fā)明專利]鋼板的摩擦攪拌接合方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380018472.3
• 申請日: 2013-04-04
• 公開（公告）號: CN104203481A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設計）人: 松下宗生;池田倫正;木谷靖
• 申請（專利權）人: 杰富意鋼鐵株式會社
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;C22C38/00;C22C38/14;C22C38/58
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 高培培;車文

技術領域

本發(fā)明涉及使鋼板軟化并產(chǎn)生塑性流動而進行接合的摩擦攪拌接合方法。

背景技術

摩擦攪拌接合是如下所述的技術：通過在金屬材料上產(chǎn)生摩擦熱使之軟化，攪拌該軟化了的部位而引起塑性流動，由此將金屬材料接合，作為適合鋁合金、鎂合金等低熔點金屬材料(例如：飛機、船舶、火車、汽車等各種零件)的接合的接合技術，正在廣泛普及。

低熔點金屬材料在利用現(xiàn)有的電弧焊接法進行接合時，其接合部被過度加熱，容易產(chǎn)生各種各樣的缺陷，因此，通過使用摩擦攪拌接合法能夠提高生產(chǎn)性，并且能夠形成具有良好的接頭特性的接合部。

因此，對摩擦攪拌接合的技術進行了各種各樣的研究。

例如，在專利文獻1中，公開了如下技術，即，通過使一對金屬材料雙方或一方旋轉(zhuǎn)，在金屬材料上產(chǎn)生摩擦熱而使之軟化，并且，通過攪拌該軟化了的部位而引起塑性流動，由此將金屬材料接合。

但是，該技術由于是使金屬材料旋轉(zhuǎn)，因此接合的金屬材料的形狀、尺寸有限度。

另外，在專利文獻2中公開了如下所述技術，即，將由比金屬材料更硬的材質(zhì)構成的旋轉(zhuǎn)工具插入金屬材料的接合部而使其一邊旋轉(zhuǎn)一邊移動，由此，金屬材料產(chǎn)生摩擦熱而軟化，并且攪拌該軟化了的部位而引起塑性流動，將金屬材料接合。該技術不使金屬材料旋轉(zhuǎn)，而是使旋轉(zhuǎn)工具一邊旋轉(zhuǎn)一邊移動，因此，實質(zhì)上能夠?qū)o限長度的金屬材料在長度方向連續(xù)地接合。另外，是利用了通過旋轉(zhuǎn)工具和金屬材料的摩擦而產(chǎn)生的摩擦熱和塑性流動的接合技術，不使接合部熔化就可以進行接合，可抑制缺陷的產(chǎn)生。另外，由于接合部的溫度為較低的溫度，因此還能夠抑制變形。

但是，將專利文獻2中所公開的技術應用于高熔點的金屬材料(例如鋼板等)時，難以充分軟化，存在不僅施工性差而且不能獲得良好的接頭特性的問題。

另外，在專利文獻3、4中公開了一種旋轉(zhuǎn)工具，其由聚晶立方氮化硼(PCBN)、氮化硅(SiN4)等耐磨損性材料構成，以便在作為建筑物、船舶、重機、管道及汽車等結(jié)構物的原材料大量使用的各種鋼板中應用摩擦攪拌接合。

但是，由于這些陶瓷較脆，為了防止旋轉(zhuǎn)工具的破損，進行接合的鋼板的板厚、其施工條件顯著受到限制。

為了將鋼板的摩擦攪拌接合實用化，需要解除對板厚、施工條件的限制，達到與現(xiàn)有的電弧焊接法同等優(yōu)異的施工性。

于是，在專利文獻5中公示了一種鋼材，其除了C、Mn、P、S之類的基本元素以外，添加Si、Al、Ti作為鐵素體穩(wěn)定化元素，減小了摩擦攪拌接合時的變形阻力。

但是，在鋼板的摩擦攪拌接合中，公知的是，由于摩擦而產(chǎn)生的摩擦熱和塑性流動不均勻，局部地變化，因此，對接合部的機械特性造成很大的影響，尤其是韌性不均勻(參照非專利文獻1)。即，專利文獻5中所公開的技術存在不能獲得具有均勻的韌性的接合部的問題。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開昭62-183979號公報

專利文獻2：日本特表平7-505090號公報

專利文獻3：日本特表2003-532542號公報

專利文獻4：日本特表2003-532543號公報

專利文獻5：日本特開2008-31494號公報

非專利文獻

非專利文獻1：焊接學會全國大會后援概要第87集(2010)331

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種摩擦攪拌接合方法，在對鋼板進行摩擦攪拌接合時，防止由于摩擦而產(chǎn)生的摩擦熱和塑性流動的局部的變化，能夠獲得具有均勻且良好的韌性的接合部。

用于解決課題的技術方案

發(fā)明者們對通過鋼板的摩擦攪拌接合而形成韌性均勻地分布的接合部的技術進行了研究。這時，著眼于通過使TiN等在高溫下穩(wěn)定的微細析出物分散在鋼板中而抑制在摩擦攪拌接合時生成的奧氏體晶粒的粗大化的釘扎效果。之所以如此是因為，認為由于釘扎效果而形成微細的奧氏體晶粒，在之后的冷卻過程的組織相變中生成的鐵素體粒也微細化，由此，能夠使接合部的韌性提高并均勻化。

于是，為了在鋼板的摩擦攪拌接合中發(fā)揮釘扎效果，發(fā)明者們對摩擦攪拌接合的施工條件和與其相適應的鋼板的成分進行了詳細研究。

而且，對于使用旋轉(zhuǎn)工具進行摩擦攪拌接合時的施工條件，獲得了如下的見解(a)。