[發(fā)明專利]摩擦攪拌焊接工具及用于金屬板與熱塑復(fù)材板的接合方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910599591.1
• 申請(qǐng)日: 2019-07-04
• 公開（公告）號(hào): CN111906430A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王智楷;林典永;童培鈞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 財(cái)團(tuán)法人金屬工業(yè)研究發(fā)展中心
• 主分類號(hào): B23K20/12
• 分類號(hào): B23K20/12
• 代理公司: 北京匯澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11228
• 代理人: 張秋越

本發(fā)明公開了一種摩擦攪拌焊接工具，適于對(duì)一第一板材及一第二板材的層疊進(jìn)行摩擦攪拌焊接接合，第二板材面對(duì)該第一板材的表面的焊接位置設(shè)有一凹陷部，該摩擦攪拌焊接工具包含：夾持部、軸肩部、攪拌針以及突出部；夾持部用以與旋轉(zhuǎn)主軸連接；軸肩部位于夾持部一側(cè)，用以接觸待焊工件的表面；攪拌針設(shè)置并凸出于軸肩部的端面上，用以快速旋轉(zhuǎn)地插入該待焊工件，攪拌針具有一端部，且端部具有一臺(tái)面；突出部設(shè)置于臺(tái)面上，用以呈塑性狀態(tài)的第一板材材料塑性地朝向攪拌針端部流動(dòng)；本發(fā)明另還包含金屬板與熱塑復(fù)材板的接合方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種焊接工具及金屬板與熱塑復(fù)材板的接合方法，特別是有關(guān)于一種摩擦攪拌焊接工具及用于金屬板與熱塑復(fù)合板的接合方法。

背景技術(shù)

目前金屬與熱塑復(fù)材板，例如：碳纖維強(qiáng)化熱塑性塑料板（carbon fiberreinforced thermoplastic sheet），接合方式主要為機(jī)械接合與膠合兩種方式，機(jī)械接合常見為螺栓鎖固以及鉚接、自沖鉚接(self-piercing rivets)等為主要接合方式，但機(jī)械接合的缺點(diǎn)則是因?yàn)樾枰罅康慕雍峡奂褂茫斐绍嚿碇亓康脑黾樱沟密嚿磔p量化的效果大打折扣，有違車身輕量化的本意；而膠合方式則需要對(duì)熱塑復(fù)材板表面進(jìn)行處理，而且還需要較長(zhǎng)的固化時(shí)間，或是需要在進(jìn)烘烤箱進(jìn)行烘烤固化制程，以及后續(xù)固化過程中的人力質(zhì)量管控，大幅降低生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用摩擦攪拌焊接工法對(duì)第一板材及一第二板材而成的待焊工件，彼此產(chǎn)生接口層黏附力及機(jī)械結(jié)合力而互相接合的摩擦攪拌焊接工具。

本發(fā)明另一目的在于提供一種金屬板與熱塑復(fù)材板層疊而成的待焊工件，使彼此產(chǎn)生接口層黏附力及機(jī)械結(jié)合力而互相接合的摩擦攪拌焊接方法。

為達(dá)成上述摩擦攪拌焊接工具的目的，本發(fā)明提供一種摩擦攪拌焊接工具，適用于對(duì)一第一板材及一第二板材的層疊進(jìn)行摩擦攪拌焊接接合，該第二板材面對(duì)該第一板材的表面的焊接位置設(shè)有一凹陷部，該摩擦攪拌焊接工具結(jié)構(gòu)包含：一夾持部，用以與一提供旋轉(zhuǎn)扭力的主軸連接；一軸肩部，位于該夾持部面向該第一板材側(cè)，用以接觸該待焊工件的表面；一攪拌針，設(shè)置并凸出于該軸肩部的端面上，用以快速旋轉(zhuǎn)地插入該待焊工件的該第一板材，該攪拌針具有一端部，該端部具有一臺(tái)面；以及一突出部，設(shè)置于該臺(tái)面上，穿出該第一板材并進(jìn)入該第二板材的該凹陷部，用以引導(dǎo)呈塑性狀態(tài)的該第一板材材料塑性地朝向該攪拌針的端部流動(dòng)。

在一實(shí)施例中，該突出部的造型包含圓柱型、圓錐型、螺牙型或喇叭型。

在一實(shí)施例中，該第一板材包含金屬板，且該第二板材包含熱塑復(fù)材板。

為達(dá)成上述金屬板與熱塑復(fù)材板接合的目的，本發(fā)明提供一種金屬板與熱塑復(fù)材板的接合方法，其步驟包含：提供待焊工件并設(shè)置焊接接頭，其以一金屬板、一熱塑復(fù)材板相互疊置為待焊工件，該熱塑復(fù)材板面對(duì)該金屬板的表面設(shè)置有至少一凹陷部；以及進(jìn)行摩擦攪拌焊接，應(yīng)用前述摩擦攪拌焊接工具，由該待焊工件的該金屬板一側(cè)下壓，以該突出部對(duì)應(yīng)于該凹陷部的位置，使旋轉(zhuǎn)的該突出部與該攪拌針并插入該金屬板、該軸肩部接觸并按壓該金屬板表面，以對(duì)金屬板加熱至塑性狀態(tài)，使該金屬板與該熱塑復(fù)材板間的接口層產(chǎn)生黏附力，且該突出部穿出該金屬板并進(jìn)入該凹陷部的空間，可導(dǎo)引該加熱至塑性狀態(tài)的部分金屬填入該凹陷部，并在隨著該摩擦攪拌焊接工具移開該待焊工件后，該塑性狀態(tài)的金屬逐漸冷卻凝固形成該接口層黏附力及由該金屬層侵入該熱塑復(fù)材板的該凹陷部的金屬材料形成機(jī)械結(jié)合力。

在一實(shí)施例中，該金屬板包含一鋁合金材料，該熱塑復(fù)材板包含強(qiáng)化纖維。

在一實(shí)施例中，該凹陷部包含一凹孔，該進(jìn)行摩擦攪拌焊接為一點(diǎn)焊焊接工法。

在一實(shí)施例中，該凹陷部包含一凹槽，該進(jìn)行摩擦攪拌焊接為一線性焊接工法。

在一實(shí)施例中，該凹孔的立面的截面形狀包含一方槽或圓槽。