專利名稱：摩擦攪拌接合法與摩擦攪拌接合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于鋁材等金屬材料組成的接合部件進(jìn)行對(duì)接或疊接時(shí)的摩擦攪拌接合法與摩擦攪拌接合裝置，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及對(duì)多個(gè)接合部件進(jìn)行對(duì)接或疊接，適合用于制作地板材、壁材、頂棚材與腳手架用材料的摩擦攪拌接合法與摩擦攪拌接合裝置。
此外，這一說(shuō)明書(shū)中用到的“鋁”一詞也包括鋁合金在內(nèi)。
作為固相接合法之一的摩擦攪拌接合法已提出有下述方法。亦即如圖5所示，采用下述接合工具110，它具有大直徑圓柱狀的轉(zhuǎn)動(dòng)體111和突出地設(shè)于轉(zhuǎn)動(dòng)體111端部之上且與其軸線Q對(duì)齊并較接合部件101與102的材質(zhì)更硬的小直徑銷狀的探頭裝置112，以高速轉(zhuǎn)動(dòng)上述轉(zhuǎn)動(dòng)體111并同時(shí)將探頭裝置112插入對(duì)接的兩塊金屬制板狀接合部件101與102的對(duì)接部103或其附近。插入時(shí)要使探頭裝置112的前端到達(dá)兩接合部件101與102的同探頭裝置插入側(cè)的這面相反一側(cè)的面附近。此時(shí)，如圖所示，轉(zhuǎn)動(dòng)體111的探頭裝置一側(cè)平坦面組成的肩部111a便成為與兩接合部件101、102對(duì)接的狀態(tài)。然后使探頭裝置112在保持插入狀態(tài)下沿對(duì)接部103移動(dòng)。通過(guò)裝置112轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦熱，或是進(jìn)一步隨著轉(zhuǎn)動(dòng)體111的肩部111a與接合部件101、102的滑動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦熱，接合部件101、102在其與裝置112接觸的部分附近即軟化，且在通過(guò)裝置112攪拌的同時(shí)，隨著裝置112的移動(dòng)，這一軟化攪拌部分便承受到裝置112的行進(jìn)壓力，以埋實(shí)探頭裝置通過(guò)溝的形式，朝裝置112的前進(jìn)方向后方呈轉(zhuǎn)動(dòng)裹入的狀態(tài)，經(jīng)塑性流動(dòng)之后便快速地失去摩擦熱而冷卻固化。這種現(xiàn)像伴隨裝置112的移動(dòng)而順次地重復(fù)，最后，兩接合部件101與102便在對(duì)接部103接合成整體。104指兩接合部件101與102的接合部。上述摩擦攪拌接合法除圖5中所示對(duì)接之外，也可用于疊接。
由于這種摩擦攪拌接合是固相結(jié)合，不受接合部件101、102的金屬材料種類的限制，與MIG和TIG等熔接方法相比，具有因接合時(shí)的熱應(yīng)力造成變形的情形少等優(yōu)點(diǎn)。
在既有的上述摩擦攪拌接合法中，接合部件101、102在基臺(tái)(圖未示)上取固定狀態(tài)。于是，當(dāng)把探頭裝置112插入接合部件101、102的對(duì)接部103或是疊接部后，通過(guò)使裝置112沿預(yù)定方向移動(dòng)或使安裝接合部件101、102的基臺(tái)沿預(yù)定方向移動(dòng)，使接合部件101、102接合成整體。
但在上述摩擦攪拌接合法中，為使獲得的接合件成為接合狀態(tài)均勻的制品，插入到接合部件101、102的對(duì)接部103或疊接部的探頭裝置112的前端，應(yīng)同接合部件101、102的探頭裝置插入側(cè)相反一面間的距離保持一定，同時(shí)需移動(dòng)裝置112或基臺(tái)。但是，要把對(duì)接部103或疊接部沿其全長(zhǎng)方向使上述距離保持一定是有困難的，例如在移動(dòng)裝置112或基臺(tái)的中途，有時(shí)裝置112的前端會(huì)從兩接合部件101、102的與探頭裝置插入側(cè)相反一面上突出，或是使裝置112的插入深度變淺。因此，由摩擦攪拌接合難以制成接合狀態(tài)均勻的接合件。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供這樣的摩擦攪拌接合法與摩擦攪拌結(jié)合裝置，它們能夠制作接合狀態(tài)均勻的接合件，而且即使對(duì)接部之間存在間隙，也能實(shí)現(xiàn)接合部處不產(chǎn)生接合缺陷的良好的對(duì)接。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的摩擦攪拌接合法具有下述特征將旋轉(zhuǎn)式探頭裝置設(shè)置于支承輥的周面附近；將設(shè)置成對(duì)接狀態(tài)或疊接狀態(tài)的兩個(gè)金屬制接合部件安置于上述支承輥與探頭裝置之間，在將接合部件厚度方向一方的表面對(duì)接支承到支承輥的周面上的同時(shí)，將前述旋轉(zhuǎn)式探頭裝置取插入此對(duì)接部或疊接部的形式，并保持在這樣的狀態(tài)下，為使對(duì)接部或疊接部順次地通過(guò)探頭裝置而移動(dòng)接合部件，這兩個(gè)接合部同探頭裝置的接觸部因熱摩擦而漸次軟化并攪拌，使得這兩個(gè)接合部件接合成整體。
具體地說(shuō)，從探頭裝置的前端到支承輥周面的距離即使在支承輥轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下也成為一定，因此按以上所述移動(dòng)的接合部件，能在插入對(duì)接部或疊接部中的探頭裝置的前端與此裝置插入側(cè)相反的面保持恒定距離的條件下移動(dòng)。結(jié)果就能制造出接合狀態(tài)均勻的接合件。
在上述摩擦攪拌接合法中，所述支承輥的周面和探頭裝置的前端間的距離最好為0．05～0．4mm。
上述距離雖然應(yīng)盡可能地小，但不到0．05mm時(shí)，探頭裝置的前端會(huì)與支承輥的周面作不應(yīng)有地接觸，而有可能給支承輥或探頭裝置造成缺陷。若是此距離超過(guò)0．4mm，則探頭裝置的前端與接合部件的為此裝置插入側(cè)相反一面間的距離便會(huì)過(guò)長(zhǎng)，有可能使接合部件的對(duì)接部或疊接部中這一探頭裝置插入側(cè)的一面和相反側(cè)的一面附近未能軟化攪拌，而在這一部分中造成接合不良。
將旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輥與自由轉(zhuǎn)動(dòng)的壓力輥配置成沿接合部件厚度方向相互相對(duì)的形式，由上述壓力輥將接合部件壓附到該驅(qū)動(dòng)輥的周面上，給予接合部件以沿移動(dòng)方向的驅(qū)動(dòng)力，這樣就能簡(jiǎn)單地移動(dòng)接合部件。
在進(jìn)行對(duì)接時(shí)，將可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)向輥設(shè)在接合部件的移動(dòng)方向的兩側(cè)，一面由這對(duì)導(dǎo)向輥沿對(duì)接方向給接合部件加壓，一面進(jìn)行兩接合部件的對(duì)接。
這樣，即使對(duì)接部間存在有間隙，對(duì)接部中的軟化部分也容易進(jìn)行密封接合的變形，使間隙中存在的空氣逸散到接合部之外，可以防止空氣裹入此接合部。
此外，本發(fā)明的摩擦攪拌接合裝置具備有下述特征，此裝置將對(duì)接狀態(tài)或疊置狀態(tài)配置的兩個(gè)金屬制的接合部件在其對(duì)接部或疊接部進(jìn)行摩擦攪拌接合，且配備了支承輥；具有設(shè)置于此支承輥周面附近的旋轉(zhuǎn)式探頭裝置的接合工具；以及驅(qū)動(dòng)裝置，此驅(qū)動(dòng)裝置沿厚度方向一方的表面接觸支承于上述支承輥的周面上，同時(shí)，于上述旋轉(zhuǎn)式探頭裝置插入于對(duì)接部或疊接部中的狀態(tài)下，使設(shè)置在此支承輥與探頭裝置之間的前述接合部件的對(duì)接部或疊接部，順次地通過(guò)該探頭裝置移動(dòng)，伴隨著所述接合部件的移動(dòng)，由摩擦熱使與探頭裝置接觸的部分漸次軟化、攪拌，而把兩接合部件接合成整體。
這樣，借助上述驅(qū)動(dòng)裝置移動(dòng)的接合部件，可以在插入對(duì)接部或疊接部中的探頭裝置的前端同此裝置插入一側(cè)相反一面間的距離取一定值的條件下移動(dòng)。結(jié)果可以制造出接合狀態(tài)均勻的接合件。
此外，最好是在上述摩擦攪拌接合裝置中，將自由轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)向輥配置于接合部件移動(dòng)方向的兩側(cè)，同時(shí)沿對(duì)接方向給接合部件加壓，而能防止空氣裹入接合部中。
本發(fā)明的其它目的、特征與效果則可通過(guò)以下的說(shuō)明獲得更充分的理解。


圖1是示明本發(fā)明的摩擦攪拌接合法以及摩擦攪拌接合裝置的實(shí)施例的立體圖。
圖2是沿圖1中Ⅱ-Ⅱ線的剖面圖。
圖3是圖2的部分放大的剖面圖。
圖4是示明在厚度方向產(chǎn)生了起伏狀翹曲的兩接合部件對(duì)接狀態(tài)的立體圖。
圖5是用于說(shuō)明摩擦攪拌接合法的接合部件與接合工具的立體圖。
下面參照?qǐng)D1～3說(shuō)明本發(fā)明的摩擦攪拌接合法及摩擦攪拌接合裝置的一實(shí)施例。此實(shí)施例是采用摩擦攪拌接合裝置對(duì)兩個(gè)長(zhǎng)尺寸的板狀接合部件1與2進(jìn)行對(duì)接，以制造大型船舶底面用板。
上述各接合部件1、2如圖1所示，是由具有帶狀平板部1a、2a和在其內(nèi)側(cè)寬度方向中央部沿長(zhǎng)度方向垂直設(shè)置的腳掌狀部1b、2b的擠壓鋁材組成。然后在另一個(gè)地方加以反轉(zhuǎn)，使成為沿寬度方向的端面相互對(duì)接的狀態(tài)。
首先說(shuō)明這一實(shí)施例的摩擦攪拌接合裝置。
在圖1～3中，20為從下方支承兩接合部件1、2的圓柱狀支承輥。如上所述，對(duì)接的兩個(gè)接合部件1、2使其厚度方向一方的表面即下面取與支承輥20的周面相接觸并同支承輥20的長(zhǎng)度方向相直交的形式。支承輥20的長(zhǎng)度設(shè)定成比對(duì)接的兩接合部件1、2的寬度長(zhǎng)出一定程度，而得以可靠地支承兩接合部件1、2。此外，支承輥20是可以被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的，備有圖中未示明的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，也可以用作使兩接合部件1、2沿其長(zhǎng)度方向朝一側(cè)方向移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輥。
在位于支承輥20上方的兩接合部件1、2的對(duì)接部3所通過(guò)的位置，配置著具有大直徑圓柱狀轉(zhuǎn)動(dòng)體11和在轉(zhuǎn)動(dòng)體11的平坦面所成肩部11a的軸線Q上成整體突出設(shè)置的小直徑銷狀的探頭裝置12的接合工具10，此接合工具10配置成使裝置12處于接近支承輥20周面的狀態(tài)。接合工具10通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)上述轉(zhuǎn)動(dòng)體11而能與裝置12成整體轉(zhuǎn)動(dòng)，此外，裝置12與轉(zhuǎn)動(dòng)體11是由比兩接合部件更硬且能經(jīng)受接合時(shí)生成的摩擦熱的耐熱材料形成。在探頭裝置12的周面上形成有對(duì)接部3攪拌用的凹凸結(jié)構(gòu)(未圖示)。
通過(guò)上述形成的支承輥20與接合工具10的探頭裝置12的配置，這樣對(duì)接的兩個(gè)接合部件1與2即處在支承輥20與探頭裝置12之間，兩接合部件1、2的下面在受到支承輥20的周面的接觸支承的同時(shí)，它們的接合部3則成為裝置12插入的狀態(tài)。
這里如圖3所示，最好前述接合工具10的探頭裝置12布置成使此裝置的前端與支承輥周面的距離在0．05～0．4mm的范圍。當(dāng)此距離δ不到0．05mm時(shí)，則裝置12的前端與支承輥20的周面有可能發(fā)生不應(yīng)該的接觸，致使輥20與裝置12造成缺陷；當(dāng)δ超過(guò)0．4mm，則因?yàn)楸恢С休?0的周面接觸支承的兩接合部件1、2下面的距離會(huì)過(guò)長(zhǎng)，致使裝置12所插入的兩接合部件1與2的對(duì)接部3的下面附近未能軟化攪拌，而有可能使這一部分發(fā)生接合不良。
再如圖2所示，把接合工具10配置成，使其轉(zhuǎn)動(dòng)體11的軸線Q從與位于支承輥20周面的兩接合部件1、2下面的對(duì)接部相對(duì)的方向P，朝兩接合部件1、2的移動(dòng)方向傾斜一角度θ，這樣，位于轉(zhuǎn)動(dòng)體11的肩部11a的兩接合部件1、2的移動(dòng)方向側(cè)的部分，便成了與支承輥20所支承的兩接合部件1、2的上表面相接觸的狀態(tài)；另一方面，在轉(zhuǎn)動(dòng)體11的肩部11a的兩接合部件1、2的移動(dòng)方向相反側(cè)的部分，則成為從兩接合部件1、2上表面上抬的狀態(tài)。通過(guò)這樣配置接合工具10，可起到下述作用。具體地說(shuō)，位于肩部11a的兩接合部件1、2的移動(dòng)方向側(cè)的部分成為與兩接合部件1、2上表面相接觸的狀態(tài)，在接合時(shí)可以防止軟化部分的材料逸散，再在加壓下得以可靠地實(shí)現(xiàn)均勻接合狀態(tài)，同時(shí)，通過(guò)兩接合部件1、2上面與肩部11a間的滑動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦熱，能促進(jìn)與探頭裝置12的接觸部或其鄰近處的軟化，進(jìn)而能防止在兩接合部件1、2上面形成凹凸形，使接合部4的上表面成為光滑的。另一方面，位于肩部11a的兩接合部件1、2移動(dòng)方向相反側(cè)的部分，由于成為從兩接合部件1、2的上表面稍稍上抬的狀態(tài)，當(dāng)兩接合部件1、2移動(dòng)時(shí)，對(duì)于肩部11a的與兩接合部件1、2的移動(dòng)方向相反一側(cè)部分的角隅部，能防止其為兩接合部件1、2上表面存在的某些細(xì)微凹凸結(jié)構(gòu)掛住，使得在移動(dòng)兩接合部件1、2時(shí)，能讓裝置12平穩(wěn)地通過(guò)兩接合部件1、2的對(duì)接部3之間。
上述傾角θ最好為1～6°。當(dāng)不到1°時(shí)，位于肩部11a的與兩接合部件1、2移動(dòng)方向相反一側(cè)部分的角隅部，就有可能為兩接合部件1、2上表面存在的某些微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)鉤住，而當(dāng)此θ超過(guò)6°時(shí)，由肩部11a導(dǎo)致的在兩接合部件1、2上表面的切削材料量就會(huì)增大，而易發(fā)生波動(dòng)。
上述接合工具10安裝在圖中未示明的升降裝置上，可沿上下方向移動(dòng)，操作此升降裝置可以微調(diào)探頭裝置12的前端與支承輥周面間的距離δ，也可以從事裝置12的插入／取出。
如圖1與2所示，在兩接合部件1、2的移動(dòng)方向上前述支承輥20的前后，并列地配置有通過(guò)圖中未示明的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的，與此支承輥20同形狀和同尺寸的圓柱狀驅(qū)動(dòng)輥21、22。此前、后驅(qū)動(dòng)輥21、22構(gòu)成了使得為支承輥20所支承的兩接合部件1、2能沿它們自身長(zhǎng)度方向朝一方移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。此前、后驅(qū)動(dòng)輥21、22與上述支承輥20相互之間是以相同的圓周速度作旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
沿兩接合部件1、2移動(dòng)方向在上述探頭裝置12的前后，配置了具有圖中未示的加壓機(jī)構(gòu)的、相互同形、同尺寸的可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的壓力輥30、31，它們相對(duì)前后驅(qū)動(dòng)輥21、22和兩接合部件1、2的厚度方向配置。此前后的壓力輥30、31用來(lái)把支承輥20所支承的兩結(jié)合部件1、2壓附到前后驅(qū)動(dòng)輥21、22的周面上。另一方面，設(shè)在支承輥20與探頭裝置12之間，下表面受到支承輥20的周面接觸支承，同時(shí)在其對(duì)接部3中插入有探頭裝置12的兩個(gè)接合部件1、2，則在保持這種狀態(tài)之下由前后壓力輥30、31壓附到前后驅(qū)動(dòng)輥21、22的周面上，而給予移動(dòng)方向以不發(fā)生打滑的驅(qū)動(dòng)力。此前后壓力輥30、31由于是自由轉(zhuǎn)動(dòng)的，可伴隨兩接合部件1、2的移動(dòng)，一邊以其周面壓接到兩接合部件的上面，一邊轉(zhuǎn)動(dòng)。
在兩接合部件1、2的移動(dòng)方向兩側(cè)上的上述裝置12的前后，配置著具有圖中未示明的加壓機(jī)構(gòu)的同形、同尺寸的可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的各一對(duì)導(dǎo)向輥40、40、41、41，它們的周面則為兩接合部件1、2的腳掌狀部1b、2b的外側(cè)面所壓接。借助于前后導(dǎo)向輥40、40、41、41，兩接合部件1、2配置成其對(duì)接部3在探頭裝置12通過(guò)時(shí)在對(duì)接方向被加壓。導(dǎo)向輥40、40、41、41由于是自由旋轉(zhuǎn)式的，可伴隨兩接合部件1、2的移動(dòng)，一邊以其周面壓接兩接合部件1、2的腳掌狀部1b、2b的外側(cè)面，一邊轉(zhuǎn)動(dòng)。
下面說(shuō)明應(yīng)用所述摩擦攪拌接合裝置進(jìn)行摩擦攪拌接合的情形。
首先在支承著探頭裝置12的輥20上方的分開(kāi)的位置中等待，使配置成對(duì)接狀態(tài)的兩接合部件1、2長(zhǎng)度方向的端部通過(guò)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輥22與壓力輥31之間。這時(shí)，兩接合部件1、2成為以其腳掌狀部1b、2b的外側(cè)面壓接到導(dǎo)向輥41、41的周面上的狀態(tài)，此對(duì)接部3在配置于裝置12通過(guò)的位置時(shí)，成為可朝對(duì)接方向被加壓的狀態(tài)。
通過(guò)驅(qū)動(dòng)輥22與壓力輥31之間的兩接合部件1、2，由壓力輥31而壓到驅(qū)動(dòng)輥22的周面上，并獲得來(lái)自驅(qū)動(dòng)輥31的驅(qū)動(dòng)力，借助此驅(qū)動(dòng)力而朝向支承輥20與裝置12之間移動(dòng)。
兩接合部件1、2的對(duì)接部3的接合開(kāi)始預(yù)定位置在到達(dá)支承輥20的周面上時(shí)，便暫時(shí)停止兩接合部件1、2的移動(dòng)。然后，探頭裝置12一面轉(zhuǎn)動(dòng)一面下降。當(dāng)裝置12的前端接觸到兩接合部件1、2的對(duì)接部3時(shí)，此接觸部分由于摩擦熱軟化，使裝置12在下降時(shí)插入到對(duì)接部3中，在裝置12的前端與支承輥20的周面距離δ為0．05～0．4mm的狀態(tài)下，即停止并固定裝置12。
這樣，使兩接合部件1、2處在支承輥20與裝置12之間，裝置12插入對(duì)接部3中，并且對(duì)接部3的里側(cè)即成為受到支承輥20的周面接觸支承的狀態(tài)。也可使裝置12預(yù)先降下，而使兩接合部件1、2強(qiáng)行通過(guò)裝置12與支承輥20之間，然后在接合部件1、2移動(dòng)方向的前端面中，讓裝置12從側(cè)面進(jìn)入對(duì)接部3中成為插入狀態(tài)。
隨后再驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輥21、22和支承輥20。在對(duì)接部中插入有探頭裝置12的兩接合部件1、2，進(jìn)一步獲得來(lái)自支承輥20的驅(qū)動(dòng)力，而由于驅(qū)動(dòng)輥22和支承輥20的驅(qū)動(dòng)力使其下面受到支承輥20的周面的接觸支承，且裝置12插入對(duì)接部3中，在此狀態(tài)下，對(duì)接部3順次地通過(guò)裝置12移動(dòng)，同時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)輥21與壓力輥30之間。此外，由于接合工具10只略有傾斜，在轉(zhuǎn)動(dòng)體11的肩部11a的兩接合部件1、2的移動(dòng)方向側(cè)的部分，即成為與兩接合部件1、2的上表面相接觸的狀態(tài)；而在轉(zhuǎn)動(dòng)體11的肩部11a的兩接合部件1、2的移動(dòng)方向相反側(cè)的部分，則成為從兩接合部件1、2的上表面稍稍上抬的狀態(tài)。
通過(guò)驅(qū)動(dòng)輥21與壓力輥30之間的兩接合部件1、2，借助壓力輥30而壓附于驅(qū)動(dòng)輥21的周面上，進(jìn)一步從驅(qū)動(dòng)輥30獲得驅(qū)動(dòng)力，而依靠驅(qū)動(dòng)輥22、21以及支承輥20的驅(qū)動(dòng)力朝向?qū)蜉?0、40之間移動(dòng)，并成為以腳掌狀部1b、2b的外側(cè)面壓接著導(dǎo)向輥40、40的周面的狀態(tài)。
這樣，兩接合部件1、2由于是以對(duì)接部3順次通過(guò)探頭裝置12的方式移動(dòng)，同探頭裝置12的接觸部分便因摩擦熱而漸次軟化攪拌，而兩接合部件1、2便在對(duì)接部3接合成整體。這就是說(shuō)，由于裝置12的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生了摩擦熱，或是進(jìn)一步由于轉(zhuǎn)動(dòng)體11的肩部11a與兩接合部件1、2的上表面間的滑動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦熱，使得兩接合部件1、2的同裝置12接觸的部分附近軟化并受到攪拌，與此同時(shí)，隨著兩接合部件1、2的移動(dòng)，軟化攪拌部分在埋實(shí)裝置12的通過(guò)溝而作塑性流動(dòng)之后，便迅速失去摩擦熱而冷卻固化。這樣的現(xiàn)象隨著兩接合部件1、2的移動(dòng)而順次地重復(fù)，最終使兩接合部件1、2在對(duì)接部3接合成整體。
在轉(zhuǎn)動(dòng)體11的肩部11a的兩接合部件1、2的移動(dòng)方向這一側(cè)的部分，是處在與兩接合部件1、2的上表面相接觸的狀態(tài)下，由于兩接合部件1、2的移動(dòng)，就能防止軟化部分的材料逸散且能在加壓下可靠地實(shí)現(xiàn)均勻的接合狀態(tài)，同時(shí)可以防止在兩接合部件1、2的上表面出現(xiàn)凹凸，使接合部4的上表面平滑。
由于從探頭裝置12的前端到支承輥20周面的距離即使在支承輥20轉(zhuǎn)動(dòng)下也為一定，因而兩接合部件1、2總能在裝置12的前端與其下表面的距離δ取常值的條件下移動(dòng)，從而可以使接合狀態(tài)均勻。
此外，兩接合部件1、2由于受到導(dǎo)向輥40、40、41、41朝對(duì)接方向的加壓，對(duì)接部3中的軟化部分便容易作密切接觸的變形，從而能消除在對(duì)接部3中形成間隙，使存在于這種間隙中的空氣逸散到接合部4之外，并防止空氣裹入接合部4中。
這樣便能制成使兩接合部件1、2整體化，接合狀態(tài)均勻且在接合部4中裹入空氣少因而缺陷少的優(yōu)質(zhì)接合件。
同時(shí)，在上述實(shí)施例的摩擦攪拌接合裝置中，由于是把驅(qū)動(dòng)輥21、22和壓力輥30、31沿兩接合部件1、2移動(dòng)方向配置在支承輥20與探頭裝置12的前后，就可以解決下述問(wèn)題。
具體地說(shuō)，如圖4所示，在接合部件1、2是特別薄的長(zhǎng)尺寸接合部件的情形，有時(shí)會(huì)在厚度方向產(chǎn)生起伏狀翹曲的情形或是產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)而不平坦的情形。當(dāng)采用這樣的接合部件1、2而把它們對(duì)接時(shí)，在對(duì)接部3就會(huì)產(chǎn)生因翹曲造成的臺(tái)階差5或是因扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的間隙(圖未示)，當(dāng)于這種狀態(tài)下原樣地進(jìn)行對(duì)接，就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)開(kāi)或接頭效率低的問(wèn)題。同樣，當(dāng)采用這種接合部件1、2進(jìn)行疊接時(shí)，在疊接部之中就會(huì)產(chǎn)生因翹曲或扭轉(zhuǎn)而造成的間隙，當(dāng)于此類狀態(tài)下原樣地進(jìn)行疊接，就會(huì)產(chǎn)生接頭效率低的問(wèn)題。特別由于摩擦攪拌結(jié)合是固相結(jié)合，即使對(duì)接部3或疊接部中產(chǎn)生的間隙很小，也會(huì)顯著降低接頭效率。在摩擦攪拌接合下接合厚度薄和尺寸長(zhǎng)的接合部件時(shí)，容易發(fā)生變形而不能制得優(yōu)質(zhì)的接合件。
為此，在上述實(shí)施例中，是把驅(qū)動(dòng)輥21、22與壓力輥30、31沿兩接合部件1、2的移動(dòng)方向，設(shè)置于支承輥20和探頭裝置12的前后。
這樣，通過(guò)上述實(shí)施例的摩擦攪拌接合裝置的兩接合部件1、2，即為前后的壓力輥30、31壓附到探頭裝置12的兩側(cè)，使翹曲或扭轉(zhuǎn)得到矯正而在前后兩壓力輥30、31間成為平坦?fàn)睿黾恿藘山雍喜考?、2的接觸面積，提高了接頭效率。此外，由于兩接合部件1、2是在前后壓力輥30、31之間以平坦?fàn)顟B(tài)接合，就不會(huì)發(fā)生錯(cuò)開(kāi)現(xiàn)象。還由于通過(guò)前后兩壓力輥30、31在對(duì)兩接合部件1、2的探頭裝置12前后兩側(cè)加壓的約束狀態(tài)下接合，就會(huì)抑止因接合而產(chǎn)生變形，減少了接合部件1、2的變形。于是可以制得能防止發(fā)生錯(cuò)開(kāi)、使接頭效率高且變形程度少的優(yōu)質(zhì)接合件。
以上雖然說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明則不局限于這些實(shí)施例。
這就是說(shuō)，本發(fā)明不僅適用于制造船底用板材而且可用來(lái)制造任意的接合件。
前述支承輥20也可不必是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的形式，而可采用自由轉(zhuǎn)動(dòng)的。
構(gòu)成驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)輥21、22最好設(shè)在接合部件1、2厚度方向的至少一側(cè)之中。
適用于本發(fā)明的接合部件也可以是鋼、銅或黃銅等鋁以外的金屬，也可以由鑄造、鍛造或模鑄等壓制以外的方法來(lái)制造。
接合部件的接合形式不限于上述實(shí)施例所述，通過(guò)將探頭裝置12插入按對(duì)接狀態(tài)設(shè)置的兩金屬制接合部件1、2的對(duì)接部3中作接合成整體的對(duì)接，也可在依疊置狀態(tài)設(shè)定的兩個(gè)金屬制接合部件(未圖示)的疊接部中插入裝置12，由此在疊接部中使兩個(gè)接合部件作接合成整體的疊置結(jié)合。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的摩擦攪拌接合法，由于從探頭裝置的前端到支承輥周面的距離即使在支承輥轉(zhuǎn)動(dòng)下也保持不變，于是金屬制的接合部件能在插入對(duì)接部或疊接部中的探頭裝置的前端與此裝置插入側(cè)相反面之間的距離保持一定值之下進(jìn)行移動(dòng)。從而能防止象先有技術(shù)那樣，使探頭裝置的前端從與此裝置插入側(cè)相反的面上突出，或是使此裝置插入的深度不夠等，得以制成接合狀態(tài)均勻的接合件。
當(dāng)支承輥的周面與探頭裝置前端的距離為0．05～0．4mm時(shí)，既可以防止這兩者發(fā)生接觸，又可以防止探頭裝置插入深度不足使接合不良。
當(dāng)把旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輥與自由轉(zhuǎn)動(dòng)的壓力輥按相對(duì)相互接合的部件的厚度方向配置，并由壓力輥將接合部件壓附到驅(qū)動(dòng)輥的周面而沿移動(dòng)方向給接合部件施加驅(qū)動(dòng)力時(shí)，就能簡(jiǎn)單地移動(dòng)接合部件。
此外，當(dāng)把自由轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)向輥設(shè)置于接合部件移動(dòng)方向的兩側(cè)，而由此導(dǎo)向輥沿對(duì)接方向?qū)雍喜考訅簛?lái)進(jìn)行兩接合部件的對(duì)接接合時(shí)，即使對(duì)接部中存在間隙，由于對(duì)接部中的軟化部分容易作密切接觸的變形，就可使間隙中存在的空氣外逸和防止空氣裹入接合部中。從而能夠制造出可以防止在接合部中發(fā)生空穴的接合缺陷少的優(yōu)質(zhì)對(duì)接接合件。
根據(jù)本發(fā)明的摩擦攪拌接合裝置，由驅(qū)動(dòng)裝置移動(dòng)的接合部件能在插入對(duì)接部或疊接部的探頭裝置的前端與此裝置插入側(cè)相反面間的距離保持一定值下進(jìn)行移動(dòng)。因而能夠制成接合狀態(tài)均勻的接合件。
把自由轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)向輥配置于接合部件移動(dòng)方向的兩側(cè)并由其沿對(duì)接方向給接合部件加壓，可以防止空氣裹入接合部中而能制出接合缺陷少的高品質(zhì)的對(duì)接接合件。
權(quán)利要求
1．一種摩擦攪拌接合法，其特征在于使旋轉(zhuǎn)式探頭裝置(12)配置于支承輥(20)的周面近處，將配置成對(duì)接或疊接狀態(tài)的兩個(gè)金屬制接合部件(1)、(2)設(shè)定于支承輥(20)與探頭裝置(12)之間，在接合部件(1)、(2)的厚度方向的一側(cè)表面受到支承輥(20)的周面接觸支承的同時(shí)，將探頭裝置(12)插入對(duì)接部(3)或疊接部之中，保持上述狀態(tài)，在對(duì)接部(3)或疊接部順次通過(guò)探頭裝置(12)的方式下移動(dòng)接合部件(1)、(2)，由此使與探頭裝置(12)接觸的部分因摩擦熱而漸次軟化并攪拌，使兩接合部件(1)、(2)接合成整體。
2．如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合法，其特征在于支承輥(20)的周面與探頭裝置(12)前端的距離(δ)為0．05～0．4mm。
3．如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合法，其特征在于使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輥(21)、(22)與自由轉(zhuǎn)動(dòng)的壓力輥(30)、(31)以沿接合部件(1)、(2)厚度方向相互相對(duì)的狀態(tài)配置；借助壓力輥(30)、(31)將接合部件(1)、(2)壓附到驅(qū)動(dòng)輥(21)、(22)的周面上，沿移動(dòng)方向給接合部件(1)、(2)施加驅(qū)動(dòng)力。
4．如權(quán)利要求3所述的摩擦攪拌接合法，其特征在于驅(qū)動(dòng)輥(21)、(22)與壓力輥(30)、(31)是沿接合部件(1)、(2)的移動(dòng)方向設(shè)于支承輥(20)與探頭裝置的前后。
5．如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合法，其特征在于自由轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)向輥(40)、(40)、(41)、(41)沿接合部件(1)、(2)移動(dòng)方向的兩側(cè)配置；借助此導(dǎo)向輥(40)、(40)、(41)、(41)沿對(duì)接方向給接合部件(1)、(2)加壓同時(shí)進(jìn)行兩接合部件(1)、(2)的對(duì)接接合。
6．如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合法，其特征在于使在轉(zhuǎn)動(dòng)體(11)肩部(11a)的軸線(Q)上突出地設(shè)置有探頭裝置(12)的接合工具(10)朝接合部件移動(dòng)方向一側(cè)傾斜；使轉(zhuǎn)動(dòng)體(11)的在肩部(11a)的與接合部件(1)、(2)的移動(dòng)方向同側(cè)的部分與接合部件(1)、(2)的探頭裝置(12)插入側(cè)的面接觸，另一方面，使轉(zhuǎn)動(dòng)體(11)的肩部(11a)的與接合部件(1)、(2)的移動(dòng)方向相反側(cè)的部分處于從接合部件(1)、(2)的探頭裝置(12)插入側(cè)的面上抬的狀態(tài)下來(lái)移動(dòng)接合部件(1)、(2)。
7．如權(quán)利要求6所述的摩擦攪拌接合法，其特征在于接合工具(10)傾斜成這樣，使與位于支承輥(20)周面的接合部件(1)、(2)的對(duì)接部相對(duì)的方向(p)同轉(zhuǎn)動(dòng)體(11)的軸線(Q)之間構(gòu)成的角度為1～6°。
8．一種摩擦攪拌接合裝置，它用來(lái)使呈對(duì)接狀態(tài)或疊接狀態(tài)配置的兩個(gè)金屬制接合部件(1)、(2)在對(duì)接部(3)或疊接部進(jìn)行摩擦攪拌接合，其特征在于，此摩擦攪拌接合裝置包括支承輥(20)；具有配置于支承輥(20)周面近處的旋轉(zhuǎn)式探頭裝置(12)的接合工具(10)；使厚度方向一側(cè)的表面由支承輥(20)的周面接觸支承的同時(shí)，將旋轉(zhuǎn)式探頭裝置(12)插入對(duì)接部(3)或疊接部中，在此狀態(tài)下，使設(shè)于支承輥(20)與探頭裝置(12)之間的接合部件1、2于其對(duì)接部(3)或疊接部順次通過(guò)探頭裝置(12)的條件下進(jìn)行移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置(20)、(21)、(22)；而伴隨著接合部件(1)、(2)的移動(dòng)，與探頭裝置(12)相接觸的部分則因摩擦熱而逐漸被軟化攪拌，將兩接合部件接合成整體。
9．如權(quán)利要求8所述的摩擦攪拌接合裝置，其特征在于支承輥(20)的周面與探頭裝置(12)前端的距離為0．05～0．4mm。
10．如權(quán)利要求8所述的摩擦攪拌接合裝置，其特征在于驅(qū)動(dòng)裝置(20)、(21)、(22)是由配置在接合部件(1)、(2)的厚度方向至少一側(cè)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輥構(gòu)成。
11．如權(quán)利要求10所述的摩擦攪拌接合裝置，其特征在于配備有自由旋轉(zhuǎn)的壓力輥(30)、(31)，后者在相對(duì)于驅(qū)動(dòng)輥(21)、(22)配置的同時(shí)將接合部件(1)、(2)壓附于驅(qū)動(dòng)輥(21)、(22)的周面上，并給接合部件(1)、(2)沿移動(dòng)方向施加驅(qū)動(dòng)力。
12．如權(quán)利要求11所述的摩擦攪拌接合裝置，其特征在于驅(qū)動(dòng)輥(21)、(22)與壓力輥(30)、(31)是沿接合部件(1)、(2)的移動(dòng)方向設(shè)置于支承輥(20)與探頭裝置的前后。
13．如權(quán)利要求8所述的摩擦攪拌接合裝置，其特征在于配備有自由轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)向輥(40)、(40)、(41)、(41)，它們?cè)O(shè)置于接合部件(1)、(2)的移動(dòng)方向的兩側(cè)，并沿對(duì)接方向給接合部件(1)、(2)加壓。
14．如權(quán)利要求8所述的摩擦攪拌接合裝置，其特征在于接合工具(10)具有轉(zhuǎn)動(dòng)體(11)、突設(shè)于轉(zhuǎn)動(dòng)體(11)肩部(11a)的軸線(Q)上的探頭裝置(12)，并且朝接合部件(1)、(2)的移動(dòng)方向一側(cè)傾斜，在轉(zhuǎn)動(dòng)體(11)的肩部(11a)的與接合部件(1)、(2)的移動(dòng)方向同側(cè)的部分同接合部件(1)、(2)的在探頭裝置(12)插入側(cè)的表面接觸，另一方面，在轉(zhuǎn)動(dòng)體(11)的肩部(11a)的與接合部件(1)、(2)的移動(dòng)方向相反一側(cè)的部分則從接合部件(1)、(2)的探頭裝置(12)插入側(cè)的一面上抬。
15．如權(quán)利要求14所述的摩擦攪拌接合裝置，其特征在于接合工具(10)傾斜成這樣，使與位于支承輥(20)周面的接合部件(1)、(2)的對(duì)接部相對(duì)的方向(p)同轉(zhuǎn)動(dòng)體(11)的軸線(Q)之間構(gòu)成的角度為1～6°。
全文摘要
提供了能制造接合狀態(tài)均勻且當(dāng)對(duì)接部中存在間隙也能不使接合部中產(chǎn)生缺陷而作良好對(duì)接的摩擦攪拌接合方法與裝置。于支承輥20周面近處設(shè)置探頭裝置12。將對(duì)接配置的兩接合部件1、2設(shè)于輥20與裝置12之間,在使部件1、2厚度方向一側(cè)的面由支承輥的周面接觸支承的同時(shí)將裝置12插入對(duì)接部3中。保持此狀態(tài),在對(duì)接部3順次通過(guò)裝置12的條件下移動(dòng)部件1、2,利用與裝置12相接觸部分的熱摩擦漸次軟化攪拌而使部件1、2接合成整體。
文檔編號(hào)B23K20/26GK1203845SQ98115138
公開(kāi)日1999年1月6日 申請(qǐng)日期1998年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月26日
發(fā)明者道坂浩三 申請(qǐng)人:昭和鋁株式會(huì)社