專利名稱：摩擦攪拌接合方法及摩擦攪拌接合產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種摩擦攪拌接合方法及產(chǎn)品，特別涉及一種無攪拌針的摩擦攪拌接 合方法及由該方法制成的產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
摩擦攪拌接合法主要是在進(jìn)行板材的對接接合時，采用旋轉(zhuǎn)工具攪拌接合部位材 料的一種摩擦壓接方法。由于其簡易性及優(yōu)良的生產(chǎn)性，適用范圍正在逐漸擴大。由于摩 擦攪拌接合法對工具的耐久性要求較高，大多用于鋁合金的接合。但是，當(dāng)接合面為產(chǎn)品外 表面時，由于會殘留凹凸?fàn)畹臄嚢韬圹E或毛刺，因而必須通過切削加工或研磨加工除去接 合工件表面層。進(jìn)一步地說，即使除去上述表面層，得到平滑的接合面，但由于接合時被攪拌的部 分重復(fù)發(fā)生較大的塑性流動，其金屬組織會變得與母材大不相同。這使得后續(xù)進(jìn)行鋁合金 中常用的鋁陽極化處理時，會在加工面上留下痕跡。上述痕跡雖然可以通過加工消除，但無 法通過鋁陽極化處理消除。換句話說就是，通常的鋁陽極化處理附帶一種化學(xué)蝕刻效果，因 而會使母材的金屬組織的變化浮現(xiàn)出來。也就是說，由于摩擦攪拌產(chǎn)生的塑性流動機械性 地改變了金屬組織，使其變成與母材不同的金屬組織，因此，一旦進(jìn)行鋁陽極化處理，無論 如何也無法避免表面產(chǎn)生微妙的凹凸差異，使得接合部被看出來。即使在后續(xù)添加退火步驟，將接合件放入爐中以再結(jié)晶溫度以上的溫度進(jìn)行退火 處理，以消除上述接合部的金屬組織的局部性的差異，但若是采用一般的退火處理，再結(jié)晶 時攪拌部存在的差異會使得之前加工產(chǎn)生的差異顯現(xiàn)出來，無法實現(xiàn)全體金屬組織的均勻 化。通過上述實驗可以了解，對部分金屬組織與周圍不同的接合件進(jìn)行鋁陽極化處理 后，金屬組織的差異必然會在表面性狀上表現(xiàn)出來。總的來說就是，即使是相同成分的金 屬，如果采用不同的素材制造方法(壓延、擠出、鍛造、鑄造、燒結(jié))，金屬組織就會有差異， 因此不管采用什么樣的方法接合，一旦進(jìn)行鋁陽極化處理，就會以接合部為界顯現(xiàn)出某種 表面性狀的差異。更何況在摩擦攪拌接合時，接合部的金屬組織與母材大不相同，因此處理 后接合部與周圍相較而言顯得十分顯眼。如果按照這種方式思考下去，鋁陽極化處理時要考慮到母材的制造方法及其金屬 組織，接合區(qū)域的不可視在理論上非常難以實現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述狀況，有必要提供一種新的摩擦攪拌接合法使接合部的外觀良好。一種摩擦攪拌接合方法，包括以下步驟提供接合工具，該接合工具具有摩擦面； 提供第一部件，該第一部件具有第一表層；提供第二部件，該第二部件具有第二表層；提供焊接材料，其熔點低于第一部件及 第二部件的熔點；將焊接材料設(shè)置于第一部件與第二部件的接合處，并將該第一部件與第
3二部件對接；將該接合工具的摩擦面抵壓于第一部件的第一表層及第二部件的第二表層兩 者中至少一個上，旋轉(zhuǎn)并移動所述接合工具，使所述接合工具的摩擦面于該至少一個表層 上摩擦攪拌產(chǎn)生熱量，所述熱量于第一部件和第二部件內(nèi)傳遞，使兩者材料塑性流動而接 合在一起。一種摩擦攪拌接合產(chǎn)品，包括相互接合而成的第一部件和第二部件，第一部件與 第二部件接合處組織結(jié)構(gòu)與所述第一部件和第二部件接合前的組織結(jié)構(gòu)基本一致，且所述 第一部件和第二部件的接合處設(shè)置有焊接材料，該焊接材料的熔點低于第一部件及第二部 件。上述摩擦攪拌接合方法，通過接合工具僅在第一部件和第二部件的表層進(jìn)行摩擦 攪拌通過熱量傳遞的方式使第一部件和第二部件的接合，只有表層材料產(chǎn)生塑性流動，因 此，第一部件和第二部件的的材料組織較少發(fā)生變化。另外，于第一部件和第二部件接合處 設(shè)置熔點較低的焊接材料，該焊接材料可較早出現(xiàn)流動狀態(tài)，幫助導(dǎo)熱，因此可使第一部件 和第二部件的具有較好的接合強度。


圖1是本發(fā)明實施例所采用的接合工具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1所示接合工具的摩擦面的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1所示接合工具的摩擦面的另一結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明實施例的第一部件和第二部件的結(jié)構(gòu)示意圖以及焊接材料的結(jié)構(gòu) 示意圖。圖5是圖4所示的第一部件和第二部件的接合示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明提供的摩擦攪拌接合方法作進(jìn)一步地 詳細(xì)說明。請同時參閱圖1和圖4，本發(fā)明實施例提供的摩擦攪拌接合方法采用接合工具10 對第一部件60和第二部件70進(jìn)行摩擦攪拌接合。請同時參閱圖1至圖3，接合工具10基本呈柱狀，一端具有摩擦面11，該接合工具 10的摩擦面11 一端為平頭，即該摩擦面11基本為平面。自該摩擦面11向接合工具10的 內(nèi)部凹陷形成有若干凹槽13，凹槽13的形狀可以為螺旋狀或以接合工具10的回轉(zhuǎn)中心為 共同起點的若干條圓弧。接合工具10工作時的旋轉(zhuǎn)方向與凹槽13自中心向外延伸的方向 相同。請同時參閱圖1，圖4及圖5，第一部件60包括第一表層61和第一接合部63。第 一接合部63為平面，相對第一表層61傾斜。該第一部件60還包括自第一接合部63向第 一部件60內(nèi)部凹陷的第一溝槽67，第一溝槽97位于遠(yuǎn)離第一表層61的一端。第二部件 70包括第二表層71和第二接合部73。第二接合部73為平面，相對第二表層71傾斜。第 二部件70還包括自第二接合部73向第二部件70內(nèi)部凹陷的第二溝槽77，第一溝槽67和 第二溝槽77可以組合形成一凹槽。接合第一部件60和第二部件70時，預(yù)選在凹槽中放入熔點較低的焊接材料400，使第一部件60的第一接合部63和第二部件70的第二接合部73對接后，將第一部件60和 第二部件70固定。其中，第一部件60的第一表層61和第二部件70的第二表層71之間具 有夾角，該夾角可以為除0度和180度外的任意角度，本實施例中，夾角為90度，即第一部 件60和第二部件70垂直。第一接合部63和第二接合部73在第一表層61和第二表層71 之間形成接合線(圖未標(biāo))，該接合線69為第一部件60和第二部件70連接拐角的邊緣。接合時，將接合工具10的摩擦面11抵壓在第一部件60的第一表層61上。然后 使接合工具10相對接合線旋轉(zhuǎn)并沿接合線延伸方向移動，使第一部件60的第一表層61被 摩擦攪拌。摩擦攪拌產(chǎn)生的熱量傳遞至未被攪拌的第一接合部63和第二接合部73中使第 一部件60和第二部件70被加熱至塑性流動狀態(tài)后無間隙地接合在一起形成摩擦攪拌接合
女口
廣 PFt ο當(dāng)?shù)谝徊考?0的第一表層61被摩擦攪拌產(chǎn)生的熱量傳遞至第一溝槽67和第二 溝槽77處時，因為焊接材料400的熔點較低，因此可以較容易地出現(xiàn)塑性流動狀態(tài)，而使第 一部件60和第二部件70具有較好的接合強度?？梢岳斫?，也可以僅在第一部件60和第二 部件70其中之一上設(shè)置溝槽。另外，也可以在第一部件60和第二部件70內(nèi)分別設(shè)置焊接 材料。焊接材料400為熔點較低的材料，其熔點低于第一部件60和第二部件70的熔點。 本實施例中，焊接材料400為焊錫。該焊接材料的熔點應(yīng)當(dāng)?shù)陀诘谝徊考暗诙考娜?br> 點ο進(jìn)一步地，該摩擦攪拌接合方法還包括對摩擦攪拌接合產(chǎn)品進(jìn)行后處理加工，即 在第一部件60和第二部件70接合后，將第一部件60的第一表層61和第二部件70的第二 表層71的組織發(fā)生變化的部分去除，使組織未發(fā)生變化或變化極小的材料露于外面。這 樣，即使后續(xù)的處理，如陽極氧化后，接合后的產(chǎn)品也可以獲得良好的外觀，減小甚至消除 色差等缺陷。其中，接合工具10的旋轉(zhuǎn)方向與凹槽13自摩擦面11的中心向外部延伸的方向相 同，且采用高速旋轉(zhuǎn)，低速移動并略微插入第一部件60的第一表層61的方式對第一部件60 和第二部件70進(jìn)行摩擦攪拌。接合工具10的旋轉(zhuǎn)速度S、移動速度V以及插入的第一表層 61的深度H根據(jù)第一部件60和第二部件70的所需接合部位的厚度、材料以及接合工具10 的尺寸及材料等因素確定，能使第一部件60和第二部件70僅有部分材料塑性流動并能產(chǎn) 生足夠的熱量傳遞至未被攪拌的部位而使第一接合部63和第二接合部73接合即可。本實 施例中，旋轉(zhuǎn)速度S為每分鐘7000轉(zhuǎn)，移動速度V為每分鐘500毫米，第一表層41被攪拌 的厚度H為0. 15毫米。第一部件60和第二部件70的材料可以為鋁、鋁合金、銅合金、橡膠等熔點較低的 材料，形狀也不局限于固定形狀，可以為任何結(jié)構(gòu)。第一接合部63及第二接合部73可以是 面，可以是線，也可以是點?？梢岳斫猓摰谝徊考?0和第二部件70也可不成角度接合，而是平齊設(shè)置，即第 一部件60的第一表層和第二部件70的第二表層平齊，接合工具10同時摩擦攪拌第一表層 禾口第一表層。本發(fā)明實施例的摩擦攪拌接合方法所需要接合的產(chǎn)品尺寸較小，所采用的接合工 具10的尺寸也較小，而且多是對產(chǎn)品進(jìn)行部分的連續(xù)加工，加工動力及加工力較小，因此加工設(shè)備簡單且比較廉價。進(jìn)一步地，本發(fā)明實施例中的接合工具10可應(yīng)用于常見的機械加工中心(圖未 示)中，以對第一部件60和第二部件70進(jìn)行預(yù)處理，不需要專用設(shè)備，通用性很好，而在摩 擦攪拌接合后，可在同一臺加工中心上對摩擦攪拌接合產(chǎn)品進(jìn)行后續(xù)處理，只需一次裝夾， 生產(chǎn)效率較高。此外，因為采用具有平面狀摩擦面的接合工具10，只要在物體表面作業(yè)，即使結(jié)合 部是曲面或者曲線結(jié)構(gòu)也可以良好接合。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所 做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種摩擦攪拌接合方法，包括以下步驟提供接合工具，該接合工具具有摩擦面；提供第一部件，該第一部件具有第一表層；提供第二部件，該第二部件具有第二表層；提供焊接材料，其熔點低于第一部件及第二部件的熔點；將焊接材料設(shè)置于第一部件與第二部件的接合處，并將該第一部件與第二部件對接；將該接合工具的摩擦面抵壓于第一部件的第一表層及第二部件的第二表層兩者中至 少一個上，旋轉(zhuǎn)并移動所述接合工具，使所述接合工具的摩擦面于該至少一個表層上摩擦 攪拌產(chǎn)生熱量，所述熱量于第一部件和第二部件內(nèi)傳遞，使兩者材料塑性流動而接合在一 起。
2.如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特征在于使所述第一部件和第二部件 之間具有一定的夾角的接合，所述接合工具的摩擦面抵壓于第一部件的第一表層，且與第 二部件的第二表層之間的夾角大于0度且小于180度。
3.如權(quán)利要求2所述的摩擦攪拌接合方法，其特征在于所述第一部件還包括與第一 表層相接的第一接合部，所述第二部件還包括與第二表層相接的第二接合部，第一部件及 第二部件于第一接合部及第二接合部處接合；所述第一部件的第一接合部為相對所述第一 表層傾斜的斜面，所述第二部件的第二接合部為與所述第一接合部貼合的斜面。
4.如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特征在于所述第一部件的第一表層與 第二部件的第二表層平齊。
5.如權(quán)利要求1至4任意一項所述的摩擦攪拌接合方法，其特征在于所述摩擦攪拌 接合方法還包括在所述第一部件和第二部件結(jié)合后，于所述第一部件的第一表層及第二部 件的第二表層去除一定厚度的材料。
6.如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特征在于所述接合工具自摩擦面向其 內(nèi)部凹陷形成有凹槽。
7.—種摩擦攪拌接合產(chǎn)品，包括相互接合而成的第一部件和第二部件，其特征在于 第一部件與第二部件接合處組織結(jié)構(gòu)與所述第一部件和第二部件接合前的組織結(jié)構(gòu)基本 一致，且所述第一部件和第二部件的接合處設(shè)置有焊接材料，該焊接材料的熔點低于第一 部件及第二部件。
8.如權(quán)利要求7所述的摩擦攪拌接合產(chǎn)品，其特征在于所述第一部件和第二部件的 接合處形成接合線，該接合線與該產(chǎn)品的邊緣重合。
全文摘要
一種摩擦攪拌接合方法，包括以下步驟提供接合工具；提供第一部件，該第一部件具有第一表層；提供第二部件，該第二部件具有第二表層；提供焊接材料，其熔點低于第一部件及第二部件的熔點；將焊接材料設(shè)置于第一部件與第二部件的接合處，并將該第一部件與第二部件對接；用旋轉(zhuǎn)并移動接合工具摩擦攪拌上述至少一個表層，使兩者材料塑性流動而接合在一起。本發(fā)明還涉及一種摩擦攪拌接合產(chǎn)品。上述摩擦攪拌接合方法，通過接合工具部件表層進(jìn)行摩擦攪拌通過熱量傳遞的方式使部件接合，且部件材料組織較少發(fā)生變化。另外，設(shè)置熔點較低的焊接材料，可較早出現(xiàn)流動狀態(tài)，幫助導(dǎo)熱，因此可使第一部件和第二部件的具有較好的接合強度。
文檔編號B23K20/12GK102085599SQ20091031083
公開日2011年6月8日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者中川威雄, 中川考一, 劉慶, 鹽澤勇雄 申請人:Ftc株式會社, 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司