[發明專利]金屬板的雙面摩擦攪拌接合方法以及雙面摩擦攪拌接合裝置

有效

• 申請號: 201880050315.3
• 申請日: 2018-07-31
• 公開（公告）號: CN110997212B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 松下宗生;池田倫正
• 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
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王瑋;張豐橋

本發明提供金屬板的雙面摩擦攪拌接合方法以及雙面摩擦攪拌接合裝置，能夠在進行雙面摩擦攪拌接合時，獲得足夠的塑性流動以便在金屬板的厚度方向上均勻地實現接合狀態，能夠抑制接合時的缺陷產生并且實現接合速度的高速度化，能夠確保足夠的強度的同時提高接合施工性。本發明將相互對置的一對的旋轉工具分別配置于兩張金屬板的接合部亦即對接部或者重疊部的表面側與背面側，在對接部或者重疊部中使一對的旋轉工具旋轉并且沿接合方向移動，借助旋轉工具與金屬板的摩擦熱使金屬板軟化，并且利用旋轉工具來攪拌該軟化了的部位由此產生塑性流動而使金屬板彼此接合。

技術領域

本發明涉及將金屬板彼此接合的雙面摩擦攪拌接合方法以及用于進行該雙面摩擦攪拌接合的雙面摩擦攪拌接合裝置。在摩擦攪拌接合方法中，使相互對置的一對的旋轉工具配置為分別對置于作為金屬板的接合部的對接部或者重疊部的表面側與背面側，在對接部或者重疊部中使一對的旋轉工具旋轉并且沿接合方向移動，借助旋轉工具與金屬板的摩擦熱使金屬板軟化并且利用旋轉工具來攪拌該軟化的部位。由此，在接合部產生塑性流動而使金屬板彼此接合。

另外，本發明解決的問題為，在將該摩擦攪拌接合方法應用于金屬板的接合的情況下或者在將摩擦攪拌接合裝置使用于金屬板的接合的情況下，因沿接合部處的金屬板的厚度方向產生的溫度以及塑性流動的差異而引起的接合部內的局部塑性流動不良。由此，有利地消除了接合缺陷，得到足夠的強度(接頭強度)，并且實現了接合施工性的提高，特別是實現了接合速度的提高。

另外以下將處于僅使金屬板(例如鋼板等)對接(或者重疊)而未進行接合的狀態的對接部分(或者重疊部分)稱為“未接合部”，另一方面，將借助塑性流動被接合而一體化的部分稱為“接合部”。

背景技術

作為摩擦焊接法，專利文獻1公開了一種技術，該技術使一對的金屬材料雙方或者單方旋轉，由此使金屬材料產生摩擦熱而軟化，并且攪拌該軟化的部位來產生塑性流動，由此來接合金屬材料。然而，該技術使被接合的金屬材料旋轉，所以該金屬材料的形狀、尺寸存在限制。

另一方面，專利文獻2公開了一種方法，該方法將由實際上比金屬板更硬的材質構成的旋轉工具插入到金屬板的未接合部，使該旋轉工具旋轉并且移動，利用由此而在旋轉工具與金屬板之間產生的熱和塑性流動，使金屬板在長邊方向連續地接合。該技術在固定金屬板的狀態下，使旋轉工具旋轉并且移動由此來接合金屬板。因此，具有即使是沿著接合方向實際上無限長的部件，也能夠在該長邊方向連續地固相接合這樣的優點。另外，因為是利用因旋轉工具與金屬板的摩擦熱而產生的金屬的塑性流動的固相接合，所以能夠不使接合部熔融而進行接合。并且，具有因加熱溫度較低而接合后的變形較少，還因接合部沒有被熔融所以缺陷較少，此外也不需要填充材料等很多優點。

摩擦攪拌接合法作為以鋁合金、鎂合金為代表的低熔點金屬板的接合法，在航空器、船舶、鐵道車輛以及汽車等領域中被廣泛利用。作為其理由，是因為上述低熔點金屬板在現有的電弧焊接法中很難得到接合部的令人滿意的特性，但應用摩擦攪拌接合法由此能夠提高生產率，并且能夠得到品質較高的接合部。

另一方面，針對主要作為建筑物、船舶、重機、管線以及汽車這樣的構造物的坯料而應用的構造用鋼板應用摩擦攪拌接合法，能夠避免在現有的熔融焊接中成為問題的凝固裂紋、氫致裂紋，并且還能夠抑制鋼板的組織變化，所以能夠期待接頭性能的提高。另外，通過利用旋轉工具來攪拌接合界面從而能夠制造出清潔面并使清潔面彼此接觸，所以還期待有不需要擴散接合那樣的預先的準備工序這樣的優點。這樣，針對構造用鋼板應用摩擦攪拌接合法的很多優點被期待。然而，在接合時的缺陷產生的抑制、以及接合速度(即旋轉工具的移動速度)的高速度化這樣的接合施工性還存在問題，所以與針對低熔點金屬板應用摩擦攪拌接合法相比較，摩擦攪拌接合法還沒有被普及。