攪拌摩擦點(diǎn)焊用旋轉(zhuǎn)工具及使用該旋轉(zhuǎn)工具的攪拌摩擦點(diǎn)焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及攪拌摩擦點(diǎn)焊點(diǎn)焊用旋轉(zhuǎn)工具及使用該旋轉(zhuǎn)工具的攪拌摩擦點(diǎn)焊方 法，特別是，涉及如下的旋轉(zhuǎn)工具及攪拌摩擦點(diǎn)焊方法，該旋轉(zhuǎn)工具能夠?qū)烧咧兄辽僖徽?由Mg含量較高的鋁合金構(gòu)成的兩個(gè)鋁材的疊合物以較高的焊接強(qiáng)度有利地進(jìn)行攪拌摩擦 點(diǎn)焊，該攪拌摩擦點(diǎn)焊方法為使用該旋轉(zhuǎn)工具并使這樣的兩個(gè)鋁材的疊合物有利地進(jìn)行攪 拌摩擦點(diǎn)焊的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年，研宄了如下一種技術(shù)：作為在焊接時(shí)熱輸入較少、且軟化、應(yīng)變的程度較小 的焊接方法而提出的、采用利用摩擦熱使像鋁材這樣的金屬構(gòu)件焊接的攪拌摩擦焊接法、 并使多個(gè)金屬構(gòu)件的疊合部位點(diǎn)焊，由此明確了 ：接頭質(zhì)量比以往的利用電阻點(diǎn)焊、鉚釘進(jìn) 行的焊接的接頭質(zhì)量好，而能夠穩(wěn)定地獲得良好的焊接狀態(tài)。
[0003] 另外，這樣的攪拌摩擦點(diǎn)焊方法基本上使用在桿形狀的工具主體的頂端設(shè)有銷形 狀的硬質(zhì)探針而形成的構(gòu)造的銷型工具（旋轉(zhuǎn)工具），一邊使該銷形工具高速旋轉(zhuǎn)一邊插 入預(yù)定的金屬構(gòu)件的疊合部位，然后，通過(guò)將由該銷型工具的工具主體的頂端部構(gòu)成的臺(tái) 肩部按壓至疊合部位，在這些臺(tái)肩部、探針與疊合部位之間產(chǎn)生摩擦熱而使材料塑性流動(dòng)， 從而在該探針的周圍形成攪拌區(qū)域，由此，在這樣的探針的插入部位處實(shí)現(xiàn)金屬構(gòu)件的疊 合部位的點(diǎn)焊，但為了充分地確保這樣的點(diǎn)焊部位的焊接強(qiáng)度（接頭強(qiáng)度），需要在該疊合 部位的焊接界面充分地進(jìn)行攪拌。
[0004] 另一方面，一直以來(lái)提出了許多為了在攪拌摩擦焊接時(shí)提高旋轉(zhuǎn)工具所產(chǎn)生的攪 拌力而在該工具的形狀上下功夫的方案，例如，在日本特開2003 - 326372號(hào)公報(bào)等中， 提出了將探針做成螺紋形狀而形成的構(gòu)造的工具，另外在日本特開2003 - 326371號(hào)公 報(bào)中，提出了一種在臺(tái)肩端面、探針配置各種圖案而形成的構(gòu)造的工具，而且，在日本特開 2004 - 58084號(hào)公報(bào)中，提出了一種在臺(tái)肩端面的整周上形成有具有三角形的截面形狀的 槽而形成的構(gòu)造的工具。而且，在日本特開2002 - 336977號(hào)公報(bào)等中，提出了一種使臺(tái)肩 端面在比其外周緣靠探針基部側(cè)的位置凹陷而形成的構(gòu)造的工具，而且，另外在日本特開 2004 - 106037號(hào)公報(bào)中，提出了一種使臺(tái)肩端面以圓弧狀凹陷而形成的構(gòu)造的工具。
[0005] 然而，在對(duì)像日本JISA5154、A5056、A5182等這樣的、含有3% (質(zhì)量基準(zhǔn)，以下相 同）以上的Mg的、高M(jìn)g含量的鋁合金材質(zhì)進(jìn)行焊接的情況下，由于在由該焊接操作而產(chǎn)生 的氧化膜中以較高的比例存在堅(jiān)固的Mg氧化物，因此，氧化膜自身變得堅(jiān)固，而在進(jìn)行焊 接的界面存在這樣的氧化膜時(shí)，由于該氧化膜被難以破壞，因此，在攪拌摩擦部位產(chǎn)生須狀 的未焊接部、鉤狀的未焊接部而無(wú)法進(jìn)行穩(wěn)固的焊接，從而引起焊接強(qiáng)度容易變得不足的 問(wèn)題。特別是，在應(yīng)用了上述的攪拌摩擦點(diǎn)焊的情況下，需要在攪拌金屬的攪拌力的作用下 將該堅(jiān)固的氧化膜破壞而直接攪拌被焊接材質(zhì)的金屬來(lái)確保焊接強(qiáng)度，但即使使用采取了 上述提案的提高攪拌力的對(duì)策的旋轉(zhuǎn)工具，在將兩者中至少一者為高M(jìn)g含量的鋁合金材 質(zhì)的兩個(gè)鋁材的疊合部焊接時(shí)，也難以獲得充分的焊接強(qiáng)度。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2003 - 326372號(hào)公報(bào)
[0009] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2003 - 326371號(hào)公報(bào)
[0010] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2004 - 58084號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開2002 - 336977號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)5 :日本特開2004 - 106037號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0014] 在此，本發(fā)明即是以該情況為背景而完成的，其要解決的課題在于，提供一種在使 兩個(gè)鋁材疊合并進(jìn)行攪拌摩擦點(diǎn)焊時(shí)，即使該鋁材中的一者或兩者為Mg含量在3%以上 的、所謂的高M(jìn)g含量鋁合金材質(zhì)，也能夠?qū)崿F(xiàn)較高焊接強(qiáng)度的攪拌摩擦點(diǎn)焊用旋轉(zhuǎn)工具、 和使用該旋轉(zhuǎn)工具能夠有利地進(jìn)行攪拌摩擦點(diǎn)焊的方法。
[0015] 用于解決問(wèn)題的方案
[0016] 并且，為了解決上述的課題，本發(fā)明的主旨在于提供一種攪拌摩擦點(diǎn)焊用旋轉(zhuǎn)工 具，該旋轉(zhuǎn)工具向兩個(gè)鋁材的疊合部位插入以在繞軸心旋轉(zhuǎn)的圓柱狀的工具主體的頂端中 心部同軸突出的方式設(shè)置的探針，來(lái)對(duì)這兩個(gè)鋁材的疊合物進(jìn)行攪拌摩擦點(diǎn)焊，其特征在 于，使上述探針由包括中間探針和中心探針的階梯構(gòu)造構(gòu)成，該中間探針呈圓柱狀，其自上 述工具主體的頂端部同軸突出、且外徑小于該工具主體的外徑，該中心探針呈圓柱狀，其自 該中間探針進(jìn)一步同軸突出、且外徑小于該中間探針的外徑，并且，將該工具主體的頂端面 形成為第一臺(tái)肩面，該第一臺(tái)肩面呈朝向徑向內(nèi)側(cè)去逐漸凹陷、且在比該工具主體的頂端 外周緣進(jìn)入到該工具主體內(nèi)的位置處與上述中間探針的基部連結(jié)的形狀，而且，將該中間 探針的頂端面形成為第二臺(tái)肩面，該第二臺(tái)肩面呈朝向徑向內(nèi)側(cè)去逐漸凹陷、且在比該中 間探針的頂端外周緣進(jìn)入到該中間探針內(nèi)的位置處與上述中心探針的基部連結(jié)的形狀。
[0017] 另外，根據(jù)這樣的遵照本發(fā)明而得到的攪拌摩擦點(diǎn)焊用旋轉(zhuǎn)工具的一個(gè)優(yōu)選的方 式，上述第一臺(tái)肩面和/或上述第二臺(tái)肩面由自外周緣朝向上述工具主體或上述中間探針 的軸心以恒定角度傾斜而形成凹陷形狀的傾斜面形成。
[0018] 另外，根據(jù)遵照本發(fā)明而得到的攪拌摩擦點(diǎn)焊用旋轉(zhuǎn)工具另一優(yōu)選的方式，上述 中心探針的外周部由螺紋部構(gòu)成，根據(jù)另一優(yōu)選的方式，上述中心探針的頂端面和上述中 間探針的頂端外周緣設(shè)為自上述工具主體突出相同的突出高度。
[0019] 并且，上述的遵照本發(fā)明而得到的攪拌摩擦點(diǎn)焊用旋轉(zhuǎn)工具能夠有利地應(yīng)用于在 兩者中至少一者為含有3質(zhì)量％以上Mg的鋁合金材質(zhì)的兩個(gè)鋁材的疊合部位進(jìn)行的點(diǎn)焊。
[0020] 而且，在該遵照本發(fā)明而得到的攪拌摩擦點(diǎn)焊用旋轉(zhuǎn)工具的一個(gè)優(yōu)選的方式中， 上述中間探針的直徑在上述工具主體的直徑的40%~80%的范圍內(nèi)，根據(jù)另一優(yōu)選的方 式，上述中心探針的直徑在上述中間探針的直徑的50 %~90 %的范圍內(nèi)。
[0021] 另外，根據(jù)這樣的遵照本發(fā)明而得到的攪拌摩擦點(diǎn)焊用旋轉(zhuǎn)工具的另一優(yōu)選的方 式，上述第一臺(tái)肩面的傾斜角度（S 1)在10°~30°的范圍內(nèi)，根據(jù)另一優(yōu)選的方式，上述 第二臺(tái)肩面的傾斜角度（θ2)在10°~30°的范圍內(nèi)。
[0022] 另外，在使用了上述的攪拌摩擦點(diǎn)焊用旋轉(zhuǎn)工具的遵照本發(fā)明的攪拌摩擦點(diǎn)焊方 法中，其主旨在于提供一種攪拌摩擦點(diǎn)焊方法，該攪拌摩擦點(diǎn)焊方法為：對(duì)兩個(gè)鋁材的疊合 部位插入旋轉(zhuǎn)工具中的以在繞軸心旋轉(zhuǎn)的圓柱狀的工具主體的頂端中心部同軸突出的方 式設(shè)置的探針，來(lái)對(duì)這兩個(gè)鋁材的疊合物進(jìn)行攪拌摩擦點(diǎn)焊，其特征在于，作為上述旋轉(zhuǎn)工 具，上述探針由包括中間探針和中心探針的階梯構(gòu)造構(gòu)成，該中間探針呈圓柱狀，其自上述 工具主體的頂端部同軸突出、且外徑小于該工具主體的外徑，該中心探針呈圓柱狀，其自該 中間探針進(jìn)一步同軸突出、且外徑小于該中間探針的外徑，并且，將該工具主體的頂端面形 成為第一臺(tái)肩面，該第一臺(tái)肩面呈朝向徑向內(nèi)側(cè)去逐漸凹陷、且在比該工具主體的頂端外 周緣進(jìn)入到該工具主體內(nèi)的位置處與上述中間探針的基部連結(jié)的形狀，