專利名稱：用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，更具體地說，涉及搭接接合兩個 金屬制成的待接合構(gòu)件時使用的摩擦攪拌焊接裝置。
背景技術(shù)：
過去，提出了各種用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，作為搭接并接合兩個待接 合構(gòu)件的裝置(例如，參照專利文件1和專利文件2)。圖8示出了一種用于搭接接頭的傳統(tǒng)摩擦攪拌焊接裝置的示例。如圖8所示，用 于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置21接合一對搭接起來的待焊接構(gòu)件22、23。該裝置21包 括具有肩部25的轉(zhuǎn)子M ；和設(shè)置成從肩部25伸出的柱狀探頭26。探頭沈形成得直徑小 于轉(zhuǎn)子M直徑，并且與轉(zhuǎn)子M中軸線C同心設(shè)置。當(dāng)一對構(gòu)件22、23搭接結(jié)合時，在圍繞轉(zhuǎn)子M中軸線C沿著箭頭R方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子 24的同時，用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置21壓靠搭接構(gòu)件22、23中待焊接的上構(gòu)件 22的表面，并沿著預(yù)定接合線(未示出)移動。這樣，待接合構(gòu)件22、23在包圍探頭的區(qū)域 內(nèi)軟化，并且軟化的構(gòu)件22、23被攪拌且塑性流動。結(jié)果是沿著預(yù)定接合線形成接頭27。圖9是利用用于搭接接頭的傳統(tǒng)摩擦攪拌焊接裝置形成的接頭的顯微照片。如圖 9(b)至9(d)所示，在用于搭接接頭的傳統(tǒng)摩擦攪拌焊接裝置21中，問題是難于讓軟化的待 接合構(gòu)件22、23在包圍探頭沈的區(qū)域內(nèi)上下流動，因此在包圍探頭沈末梢^a的區(qū)域內(nèi) 容易形成空隙缺陷。進(jìn)而，在現(xiàn)有技術(shù)中，為了解決空隙缺陷問題，提出一種用于搭接接頭的摩擦攪拌 焊接裝置。圖10示出了用于搭接接頭的傳統(tǒng)摩擦攪拌焊接裝置的另一個示例。在圖10所示 用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置31中，螺旋凹槽37形成在探頭36周邊表面上，從探頭 36末梢36a延伸到轉(zhuǎn)子34的肩部35。在如圖10所示的這種用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置中，軟化的待接合構(gòu)件 22,23因存在螺旋凹槽37而在包圍探頭36的區(qū)域內(nèi)上下流動，從而能防止在包圍探頭36 末梢36a的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)空隙缺陷。專利文件1 日本專利申請公開文件2002-35962專利文件2 日本專利申請公開文件2002-3596
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題但是，在上述構(gòu)造中，待接合構(gòu)件32、33在待接合構(gòu)件32、33之間的邊界面38附 近區(qū)域內(nèi)上下流動增大，所以軟化的待接合構(gòu)件流動，從而在向下流動時向上卷曲起來，如 圖10所示。因此，如圖11所示，氧化膜在待接合構(gòu)件32、33之間的邊界面38處以向上卷 曲的狀態(tài)保留下來。
氧化膜是粘結(jié)力較弱的部位，如果氧化膜以向上卷曲的狀態(tài)保留下來，如圖12所 示，則上構(gòu)件32的實際板厚tl將小于其原始板厚t0，由此導(dǎo)致待接合構(gòu)件32、33的接頭強 度降低。例如，在如圖12所示的情況下，平行于各構(gòu)件32、33之間的邊界面38的相反的力 (沿著拉伸剪切方向)作用時，會存在傾向于在殘留氧化膜39上出現(xiàn)裂紋的問題。本發(fā)明考慮到上述情形并且設(shè)定的目標(biāo)是提供一種用于搭接接頭的摩擦攪拌焊 接裝置，該裝置通過抑制氧化膜向上卷曲，可以防止一對待接合構(gòu)件之間的接頭強度降低。解決該問題的手段為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提出一種用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接 裝置，該裝置設(shè)置有具有肩部的轉(zhuǎn)子和探頭，所述探頭設(shè)置成從轉(zhuǎn)子的肩部伸出并且與轉(zhuǎn) 子中軸線同心設(shè)置，螺旋凹槽形成在探頭周邊表面上，從探頭末梢向所述肩部延伸，凹槽深 度形成為從探頭末梢向所述肩部逐漸減小。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)探頭插入一對待接合搭接構(gòu)件時，螺旋凹槽從探頭末梢延伸到超 過該對待接合構(gòu)件的搭接平面的位置。根據(jù)本發(fā)明，通道形(channel-shaped)的凹槽設(shè)置在探頭周邊表面上，沿著探頭 中軸線方向從探頭末梢延伸。而且，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)所述探頭插入一對待接合的搭接構(gòu)件時，通道形的凹槽從探 頭末梢延伸到超過該對待接合構(gòu)件的搭接平面的位置。本發(fā)明的有益效果
由于本發(fā)明是一種用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，該裝置設(shè)置有具有肩部的 轉(zhuǎn)子和探頭，所述探頭設(shè)置成從轉(zhuǎn)子的肩部伸出并且與轉(zhuǎn)子中軸線同心設(shè)置，螺旋凹槽形 成在探頭周邊表面上，從探頭末梢向所述肩部延伸，凹槽深度形成為從探頭末梢向所述肩 部逐漸減小，所以因螺旋凹槽而發(fā)生的待接合構(gòu)件上下流動向著所述肩部逐漸減小。因此， 由于在待接合構(gòu)件之間的邊界面附近區(qū)域內(nèi)接頭上下流動較之圖10所示設(shè)置有螺旋凹槽 的現(xiàn)有技術(shù)較小，所以可以防止氧化膜以向上卷曲的狀態(tài)保留在待接合構(gòu)件之間的邊界面 處。因此，所述一對待接合構(gòu)件的接頭強度不會降低。由于根據(jù)本發(fā)明的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，在所述探頭插入一對待接 合搭接構(gòu)件時，螺旋凹槽從探頭末梢延伸到超過所述對待接合構(gòu)件的搭接平面的位置，所 以待接合構(gòu)件在待接合構(gòu)件的邊界面附近區(qū)域內(nèi)的上下流動被抑制到在待接合構(gòu)件之間 的邊界面處氧化膜不向上卷曲的程度。因此，可以防止因待接合構(gòu)件上下流動而在探頭末 梢附近區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)空隙缺陷，而且還能防止氧化膜在待接合構(gòu)件之間的邊界面處向上卷 曲ο此外，由于根據(jù)用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，通道形的凹槽設(shè)置在探頭的 周邊表面上，沿著探頭中軸線方向從探頭末梢延伸，所以當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，可以借助探頭周邊 表面上的凹陷和凸起使得待接合構(gòu)件在包圍探頭的區(qū)域內(nèi)沿著水平方向(垂直于探頭中 軸線的方向)流動。如此一來，由于待接合構(gòu)件因存在螺旋凹槽而發(fā)生的上下流動受到抑 制，所以可以有效防止氧化膜在待接合構(gòu)件之間的邊界面處向上卷曲。此外，由于根據(jù)本發(fā)明的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，在探頭插入所述一 對待接合搭接構(gòu)件時，所述通道形的凹槽從探頭末梢延伸到超過所述一對待接合構(gòu)件的搭 接平面的位置，所以在待接合構(gòu)件之間的邊界面附近區(qū)域內(nèi)的水平方向流動變大，并且可以更為有效地抑制待接合構(gòu)件之間的邊界面附近區(qū)域內(nèi)的上下流動。結(jié)果是可以有效防止 氧化膜在待接合構(gòu)件之間的邊界面處向上卷曲。


圖1是符合本發(fā)明第一實施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的側(cè)視圖；圖2是符合本發(fā)明第一實施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的探頭的 放大側(cè)視圖；圖3是圖1所示用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置從下方觀察的視圖；圖4是符合本發(fā)明第二實施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的側(cè)視圖；圖5是符合本發(fā)明第二實施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的探頭的 放大側(cè)視圖；圖6是圖4所示用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置從下方觀察的視圖；圖7是利用符合本發(fā)明第二實施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置形成 的接頭的顯微照片；圖8是用于搭接接頭的傳統(tǒng)摩擦攪拌焊接裝置的側(cè)視圖；圖9是利用圖8所示用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置形成的接頭的顯微照片， 9(a)是示出總體接頭(放大率6x)的顯微照片，9(b)至9(d)是示出出現(xiàn)在探頭末梢附近 區(qū)域內(nèi)的空隙缺陷的顯微照片(放大率400x)。圖10是用于搭接接頭的不同摩擦攪拌焊接裝置的側(cè)視圖；圖11是利用圖10所示用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置形成的接頭的顯微照 片，11(a)是示出總體接頭(放大率6x)的顯微照片，11(b)是示出氧化膜在行進(jìn)一側(cè)向上 卷曲的顯微照片(放大率2 )，而11(c)是示出氧化膜在后退一側(cè)向上卷曲的顯微照片 (放大率:25x)；圖12是利用圖10所示用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置形成的接頭的截面圖。附圖標(biāo)記1 用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置2、3待接合構(gòu)件4轉(zhuǎn)子5探頭5a探頭末梢6肩部7凹槽8待接合構(gòu)件之間的邊界面9接頭10通道形的凹槽21、31 用于搭接接頭的(傳統(tǒng))摩擦攪拌焊接裝置22,23,32,33 (傳統(tǒng))待接合構(gòu)件24,34 (傳統(tǒng))轉(zhuǎn)子25,35 (傳統(tǒng))肩部
26,36(傳統(tǒng))探頭27(傳統(tǒng))接頭37(傳統(tǒng))凹槽38(傳統(tǒng))邊界面39(傳統(tǒng))氧化膜C轉(zhuǎn)子中軸線R轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向AS前進(jìn)一側(cè)RS后退一側(cè)
具體實施例方式第一實施方式參照附圖，以下說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接 裝置。圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的側(cè)視圖，圖2 是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的探頭的放大側(cè)視圖；而 圖3是圖1所示用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置從下方觀察的圖形。如圖1所示，第一實施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置1搭接并接合一 對待接合的構(gòu)件2、3，并且設(shè)置有柱狀轉(zhuǎn)子4和柱狀探頭5，探頭5設(shè)置成從轉(zhuǎn)子4伸出。如圖1所示，轉(zhuǎn)子4設(shè)置有肩部6，肩部6與一對待結(jié)合構(gòu)件2、3中的待接合上構(gòu) 件2的表面接觸，并且構(gòu)造成圍繞中軸線C沿著箭頭R方向旋轉(zhuǎn)。探頭5形成有小于轉(zhuǎn)子 4直徑的直徑，并且與轉(zhuǎn)子4的中軸線C同心設(shè)置。如圖2和3所示，螺旋凹槽7形成在探頭5的周邊表面上，從探頭5的末梢fe向 肩部6延伸。如圖2所示，螺旋凹槽7構(gòu)造成具有V形左手螺紋的截面。同時，當(dāng)探頭5插 入所述一對搭接構(gòu)件2、3時，螺旋凹槽7從探頭5的末梢fe向超過所述一對待接合構(gòu)件2、 3之間的邊界平面(搭接面)8的位置延伸，直到肩部6。在第一實施方式中，如圖2所示，螺旋凹槽7的深度形成為從探頭5的末梢fe向 肩部6逐漸減小。因此，在第一實施方式中，待接合構(gòu)件2、3因螺旋凹槽7而發(fā)生的上下流 動向著肩部6逐漸減小。接著，將說明采用第一實施方式的摩擦攪拌焊接裝置1來接合這一對待接合的構(gòu) 件 2、3。如圖1所示，首先將這一對待接合構(gòu)件2、3搭接，并且隨著轉(zhuǎn)子4發(fā)生旋轉(zhuǎn)，摩擦 攪拌焊接裝置1壓靠待接合上構(gòu)件2的表面。在這樣做時，在該實施方式中，轉(zhuǎn)子沿著箭頭 R的方向旋轉(zhuǎn)。然后，向著轉(zhuǎn)子4的肩部6接觸所述上構(gòu)件表面的點向內(nèi)推壓轉(zhuǎn)子4，在這種條件 下，轉(zhuǎn)子4沿著預(yù)定接合線(未示出)移動。因此，在包圍探頭5的區(qū)域內(nèi)，軟化的待接合 構(gòu)件2、3被攪拌且塑性流動，結(jié)果是形成接頭9。根據(jù)第一實施方式的摩擦攪拌焊接裝置1，由于在用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接 裝置1中設(shè)置有轉(zhuǎn)子4，轉(zhuǎn)子4具有肩部6和探頭5，探頭從轉(zhuǎn)子4的肩部6伸出，并且還與 轉(zhuǎn)子中軸線同心設(shè)置，螺旋凹槽7形成在探頭5周邊表面上，從探頭5末梢fe向上延伸到肩部6，并且凹槽7的深度形成為從探頭5的末梢fe向著肩部6逐漸減小，所以越靠近肩部 6，因螺旋凹槽7而發(fā)生的待接合構(gòu)件2、3的上下流動越小。就是說，不僅防止了因待接合 構(gòu)件2、3上下流動而在探頭5末梢fe附近區(qū)域內(nèi)發(fā)生空隙缺陷，而且可以防止在構(gòu)件2、3 之間的邊界平面8處氧化膜向上卷曲。因此，待接合構(gòu)件2、3內(nèi)的接頭9強度不會降低。第二實施方式參照附圖，下面說明符合本發(fā)明第二實施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝 置。圖4是符合本發(fā)明第二實施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的側(cè)視圖，圖5 是符合本發(fā)明第二實施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置的探頭的放大側(cè)視圖，而 圖6是圖4所示用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置從下方觀察的視圖。本實施方式中與上 述實施方式相同的元件賦予相同的附圖標(biāo)記，且不再重復(fù)說明。在第二實施方式中，如圖4和5所示，3條通道形的凹槽10設(shè)置在探頭5的周邊表 面上，從而沿著探頭5中軸線C方向從探頭5末梢fe向肩部6延伸。如圖5所示，在所述肩部一側(cè)的3條通道形的凹槽10的端部部分從側(cè)面看形成弧 形。同樣，如圖6所示，3條通道形的凹槽10的橫截面形成為具有弧形，并且每個凹槽以均 勻間隔定位在探頭5的周邊方向上。如圖4所示，當(dāng)探頭5插入搭接的一對構(gòu)件2、3時，通道形的凹槽10從探頭5末 梢fe延伸到超過所述一對待接合構(gòu)件2、3的邊界平面8的位置。同樣，如圖5所示，通道 形的凹槽10形成為使其肩部端IOa與肩部6隔開預(yù)定距離h(例如，0. 2mm)。借助上述構(gòu)造，在如圖4所示的第二實施方式中，當(dāng)轉(zhuǎn)子4旋轉(zhuǎn)時，可以借助探頭5 周邊表面上的凹陷和凸起，使得待接合構(gòu)件2、3在包圍探頭5的區(qū)域內(nèi)沿著水平方向(垂 直于探頭5中軸線C的方向)流動。在它發(fā)生時，可以借助待接合構(gòu)件2、3的水平流動來 抑制待接合構(gòu)件因螺旋凹槽7而發(fā)生的上下流動。圖7示出了利用本發(fā)明第二實施方式的摩擦攪拌焊接裝置1形成的接頭9的顯微 照片。如圖7所示，在第二實施方式中，由于因螺旋凹槽7而發(fā)生的上下流動被水平流動 抑制，所以形成的接頭在待接合構(gòu)件之間的邊界平面處不存在氧化膜向上卷曲。根據(jù)第二實施方式的用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置1，由于通道形的凹槽10 沿著探頭5中軸線方向形成在探頭5周邊表面上并從探頭5末梢fe延伸，所以在轉(zhuǎn)子4旋 轉(zhuǎn)時，可以借助探頭5周邊表面上的凹陷和凸起使得待接合構(gòu)件2、3進(jìn)行水平流動。這樣， 由于通過構(gòu)件2、3的這種水平流動抑制了因螺旋凹槽7而發(fā)生的待接合構(gòu)件2、3上下流 動，所以可以有效地防止待接合構(gòu)件2、3之間的邊界平面8處發(fā)生氧化膜向上卷曲。同時，根據(jù)第二實施方式的摩擦攪拌焊接裝置1，由于在探頭5插入所述一對待接 合構(gòu)件2、3時，通道形的凹槽10從探頭5末梢fe延伸到超過待接合構(gòu)件2、3之間邊界平 面8的位置，所以待接合構(gòu)件2、3附近區(qū)域內(nèi)的水平流動變強，能更為有效地抑制待接合構(gòu) 件2、3之間的邊界平面8附近區(qū)域內(nèi)的上下流動。因此，可以更為有效地防止氧化膜向上 卷曲。雖然針對實施方式說明了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于實施方式中的說明，而是 可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思構(gòu)造成各種形式和變形方案。雖然在上述第一和第二實施方式中，螺旋凹槽7形成V形截面，但是該截面可以是其他形狀，諸如弧形或矩形。同樣，雖然在上述第二實施方式中，3條通道形的凹槽10形成在探頭5周邊表面 上，但是通道形的凹槽10的數(shù)量并不限于3條，至少一條凹槽設(shè)置在探頭5周邊表面上也 能滿足要求。此外，雖然上述第二實施方式中，通道形的凹槽的截面為弧形，但是該截面可以是 其他形狀，諸如V形或矩形。
權(quán)利要求
1.一種用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，所述裝置設(shè)置有具有肩部的轉(zhuǎn)子和探頭， 所述探頭設(shè)置成從轉(zhuǎn)子的肩部伸出并且與轉(zhuǎn)子中軸線同心設(shè)置，其中，螺旋凹槽形成在探頭周邊表面上，從探頭末梢向所述肩部延伸，凹槽深度形成為 從探頭末梢向所述肩部逐漸減小。
2.如權(quán)利要求1所述用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，其特征在于，當(dāng)所述探頭插 入所述一對待接合搭接構(gòu)件時，螺旋凹槽從探頭末梢延伸到超過所述對待接合構(gòu)件的搭接 平面的位置。
3.如權(quán)利要求1或2所述用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，其特征在于，通道形的凹 槽設(shè)置在所述探頭的周邊表面上，沿著所述探頭的中軸線方向從所述探頭的末梢延伸。
4.如權(quán)利要求2或3所述用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，其特征在于，當(dāng)所述探頭 插入所述一對待接合搭接構(gòu)件時，所述通道形的凹槽從所述探頭的末梢延伸到超過所述對 待接合構(gòu)件的搭接平面的位置。
全文摘要
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置，該裝置通過抑制氧化膜向上卷曲，可以防止待接合構(gòu)件的接頭強度降低。在本發(fā)明中，在用于搭接接頭的摩擦攪拌焊接裝置1中，設(shè)置有具有肩部(6)的轉(zhuǎn)子(4)和探頭(5)，所述探頭設(shè)置成從轉(zhuǎn)子(4)的肩部(6)伸出并且與轉(zhuǎn)子中軸線(C)同心設(shè)置，螺旋凹槽(7)形成在探頭(5)周邊表面上，從探頭(5)末梢(5a)向所述肩部(6)延伸，凹槽(7)深度形成地從探頭(5)末梢(5a)向所述肩部(6)逐漸減小。
文檔編號B23K20/12GK102049610SQ201010156050
公開日2011年5月11日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者加藤慶訓(xùn) 申請人:三菱重工業(yè)株式會社