CN1354063A - 摩擦搅拌接合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可抑制缺陷产生的摩擦搅拌接合。使面板11端部和缘材520的端部对接,从缘材520突出着与面板21的里面重叠着的片525。缘材520具有向外方突出的凸部523。从凸部523侧***旋转工具50进行摩擦搅拌接合。从大径部51侧看,旋转工具50的旋转方向是右。旋转工具50的移动方向是从图1的纸面的跟前朝向里侧去。在图1中,旋转工具50的轴心的右侧的流动化的金属压力高。在该金属压力高的侧有面板21和突出片525重叠的面。凸部523处于旋转工具50的轴心的左侧。由此可以抑制连续的氧化膜的产生和重叠面的缺口的产生。

Description

摩擦搅拌接合方法
本发明涉及一种摩擦搅拌接合方法。
现有技术的摩擦搅拌接合方法是一边使***接合部的圆棒(称为旋转工具)旋转一边使其沿接合线移动，使接合部发热、软化、塑性流动、固相接合的方法。旋转工具由大径部和小径部构成。将小径部***所要接合的构件中，将大径部的端面与上述构件接触。在小径部上设有螺纹。
另外，在所要接合的两构件的旋转工具的***侧设有凸部，将旋转工具的小径部***对接部，并且将旋转工具的大径部***凸部内，进行摩擦搅拌接合。将凸部的金属作为原料(原资)埋入两构件间。凸部也可以仅设在一方的构件上。它是用于用挤压型材制作构件、摩擦搅拌接合使挤压方向垂直的部分。
这些公开于特开平11-90655号公报(USP 6050474)中。
图8是表示具有凸部P1的构件M1和未有凸部的构件M2的对接部的摩擦搅拌接合部的纵剖面图。图8(A)是将旋转工具50***两个构件M1、M2的对接部的状态。图8(B)是接合后的纵剖面图，剖面线部分表示搅拌区域。搅拌区域被模式地表示着。用于摩擦搅拌接合的旋转工具50由大径部51和其前端的小径部52构成。在摩擦搅拌接合时，将小径部52***对接部，将大径部51的一部分***凸部P1。小径部52的前端***与构件M2的背面重合的突出片P2。与构件M2的上面相接地设置大径部51的下端。由此接合了的情况如图8(B)所示，在没有凸部的构件M2侧的接合部表面附近产生连续的氧化膜A。该连续的氧化膜A其构件表面的氧化膜被卷入，不进行扩散。另外，突出片P2和构件M2重叠的面，在上面侧(旋转工具T的大径部T1侧)容易产生***的缺口(クッチ)B。连续的氧化膜A和缺口B使强度降低。
本发明的目的是提供一种可以抑制缺陷产生的摩擦搅拌接合方法。
根据种种的研究，由于旋转工具的旋转而流动化的金属的压力在向旋转工具的轴向的投影范围内的整个范围中不是相同的，根据其位置压力不同。压力高的位置由旋转工具的旋转方向和移动方向决定。我们认为这与连续的氧化膜A或缺口B的产生有关。
由于由旋转工具的旋转方向和移动方向决定流动化的金属的压力变高的位置，因此，本发明的特征在于使没有凸部的构件位于该高压力产生的位置。
图1是本发明的一实施例的缘材和中空型材的接合中的纵剖面图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1的接合后的纵剖面图。
图4是本发明的一实施例的侧构体的正视图。
图5是图4的V-V剖面图。
图6是铁道车辆的车体的立体图。
图7是本发明的另一实施例的接合部的纵剖面图。
图8是现有技术的接合部的纵剖面图。
根据图1～图6说明本发明的一实施例。
铁道车辆的车体500由构成侧面的侧构体501、构成屋顶的屋顶构体502、构成地板的底框503、构成长度方向的端部的端板构件504构成。侧构体501、屋顶构体502、底框503是分别接合多个挤压型材10、20而构成。将挤压型材10、20的长度方向(挤压方向)朝向车体500的长度方向。挤压型材10、20是铝合金制的中空型材。
在侧构体501有多个窗530，而且还有人的出入口510。在出入口510的开口的边缘上接合着缘材520。缘材520是厚壁的高强度构件。缘材520是铝合金制的挤压型材，沿出入口510的左右和上方的边弯曲为U字状。
构成侧构体501的挤压型材10、20的挤压方向是车体即侧构体501的长度方向。由于缘材520也是挤压型材，因此出入口510左右的边部分与缘材520的挤压方向和型材10、20挤压方向垂直。挤压型材10、20是中空型材。
中空型材10(20)实质上是由平行的两片面板11(21)、12(22)和连接该两片面板的多个连接板13(23)、14(24)构成。
中空型材10(20)的宽度方向的端部的连接板14(24)相对面板11、12(21、22)垂直。在连接板14和面板11(12)的连接部的外面侧有用于重叠中空型材20的面板21、22的凹部。在中空型材10的端部重叠着中空型材20的面板21(22)。在面板11、22的端部具有支承面板21、22的突出片15。突出片15从连接板14突出。突出片15与上述凹部连接着。
在面板11、12(21、22)的端部具有突出到中空型材10、20的外面侧(厚度方向的外侧)的凸部17(27)，面板11、21及凸部17的端面(即、凹部的面板11、12侧)位于连接板14的板厚的中心附近。中空型材10的面板11(12)及凸部17的端面与中空型材20的面板21(22)及凸部27的端面相对接。
面板11(12)和面板21(22)处于同一面上，凸部17、27的突出量相同。两个凸部17、27的宽度相同。两个凸部的宽度比旋转工具50的大径部51的直径大。凸部17、27的金属是填埋对接部分的间隙的金属的原料。
如图5所示，首先说明型材10、20。在接合时，两个中空型材10、20载置在工作台100上并被固定。旋转工具50在大径部51的前端上设有小径部52。在小径部52上设有螺纹。在接合时，将旋转工具50***对接部。将大径部51的下端设置在凸部17、27内。小径部52进入面板11、21的对接部。小径部52的下端若干***突出片15。一边使旋转工具50旋转一边使旋转工具50沿对接部的接合线移动。凸部17、27成为填埋对接部的间隙的原料。
在图5的上面侧的摩擦搅拌接合完成后，使中空型材10、20上下翻转，进行同样地摩擦搅拌接合。
这样在接合了构成侧构体501的全部的中空型材10、20时，将车内侧作为上方，由切削去除窗530和出入口510开口的周围的不需要部分。车外侧的面板21(11)的端部比车内侧的面板22(12)和连接板23(24、13、14)的端部更向开口侧突出。接着，在弯曲为U字状的缘材520上载置上述加工的侧构体501。
接着，将出入口510的缘材520与中空型材10、20摩擦搅拌接合。在图1中，将弯曲为U字状的缘材520配置在用于形成出入口510的开口上。缘材520由封闭中空型材10、20的端部的片521、从车外侧的面板21(11)的外面向外方突出的凸部523、与面板21(11)的内面重叠的突出片525、与车内侧的面板的外面22(12)重叠的突出片527构成。除去凸部523之外的片521的车外侧的端面实质上与面板21(11)的外面处于同一面上。车外侧的突出片525处于从车外侧凹入的位置上。面板21(11)的端部与缘材520对接。
将该对接部从上方进行摩擦搅拌接合。缘材520固定在工作台100上。与缘材520对接的面板21、11的端部是挤压方向的端部，因此面板11、21没有凸部17、27。由于与U字状的缘材520的中央片520c相接的中空型材10被切削其宽度方向的端部，因此中空型材10没有凸部。
接着，从上方摩擦搅拌接合面板21(11)和缘材520的对接部。旋转工具50的小径部52***对接部。小径部52的前端***突出片525。大径部51的一部分进入凸部523。在大径部51的下端和面板21(11)的上面之间具有若干间隙地进行***。旋转工具50相对移动方向使大径部51侧向后方倾斜地进行***，因此在大径部51的最下端和面板21(11)的上面之间具有间隙。
在上述那样地将旋转工具50***所要接合的部分后，一边使旋转工具50旋转一边使其沿接合线移动。在图1中，是从纸面的跟前侧向纸面的里侧移动。在作为图1的俯视图的图2中，Y是旋转工具50的移动方向，R是旋转工具50的旋转方向。小径部52的螺纹部分是左旋螺纹。在从旋转工具50的大径部51侧看小径部52侧时，旋转工具50的旋转方向是右(顺时针方向)。在从旋转工具50看移动方向的前方时，如图1所示在比旋转工具50的轴心更左侧具有凸部523、在右侧具有突出片525。旋转工具50的旋转中心倾斜着。在移动方向中大径部51的轴心位于小径部52的轴心的后方。
在图4中，旋转工具50首先***U字状的缘材520的右片520R的下端的对接部，从此开始进行移动。旋转工具50从右片520R起朝向中央片520C移动。从中央片520C移动到左片520L。最后到达左片520L的下端，完成接合。
在摩擦搅拌接合中，凸部523的金属成为随着向面板21(11)的上面侧移动填埋面板21(11)和缘材520的对接部的间隙的原料。
在摩擦搅拌接合后，用磨削机切削面板21(11)的外面的上方的凸部523和接合部。在摩擦搅拌接合后或在其之前角焊突出片527和面板22(12)。
由此，如图3所示很少或者没有发生在接合部上面附近的连续的氧化膜A。另外，很少或者没有发生在突出片525和面板21(12)的重叠面上的缺口B。图3的剖面线部分表示搅拌区域。模式地表示着搅拌区域。
由于旋转工具50而流动化的接合部的金属压力在旋转工具50的移动方向上，旋转工具50的轴心的右侧方比左侧大。这是因为由于旋转工具50右旋转着，旋转工具50前方的未接合着的金属靠向右侧。因此，即使在右侧有与面板21(11)的接合部，连续的氧化膜A也很少或没有。另外在右侧即使有重叠面，在重叠面上也很少产生缺口B或没有缺口B。
另外，旋转工具50左侧的压力比右侧低，这时因为在旋转工具50的后方没有未接合着的金属，在左侧没有供给新的金属。因此，在左侧很少产生连续的氧化膜A或没有氧化膜A。而且，在左侧没有重叠面。
小径部52的螺纹是右旋螺纹时的旋转方向是左(逆时针方向)。这时的高压部在从旋转工具50看移动方向时是发生在轴心的左侧。因此，在左侧有重叠面，在右侧有凸部527。即，使旋转工具50从缘材520的左片520L经过中央片520C朝向右片520R移动。
说明图7的实施例。在板111的端部的表面侧突出着凸部123。从凸部123的前端突出着与板121平行地突出的突出片125。在板121的里面侧与突出片125平行地突出着突出片127。板131进入两个突出片125、127之间，与板121对接。面板121的端部与面板111的端部对接。旋转工具50的大径部51的下端位于凸部123和突出片125内。
在图7的实施例中，也可以去掉突出片125、127。在去掉了突出片127的情况下，仅抑制连续的氧化膜的产生。
本发明的技术范围不限定于专利权利要求书中的各项权利要求所记载的文字或技术方案所记载的文字，也涉及到本技术领域的技术人员从其容易地变换的范围。

Claims (10)

1.摩擦搅拌接合方法，其特征在于，使第一板的端部和第二板的端部对接，上述对接的上述第一板的端部具有从一方的面向该板厚度方向突出的凸部，该凸部比上述第二板的一方面突出，在使用在大径部的前端具小径部的旋转工具，使上述小径部***上述对接的部分进行摩擦搅拌接合时，将上述大径部的一部分***上述凸部内，从上述大径部侧观看时，使上述旋转工具一边右旋转一边使其沿上述对接的部分相对地进行移动，并且在朝着上述移动方向观看时，使上述第二板设置于比上述旋转工具的轴心更右侧，在上述旋转工具轴心的左侧设置上述凸部。
2.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，具有从上述第一板的上述端部的另一面与上述第二板实质上平行地朝向上述第二板突出的突出片，在从上述大径部侧观看时，上述突出片与上述第二板的上述端部的里面重叠着，在将上述小径部的前端的一部分***上述突出片的状态下进行上述摩擦搅拌接合。
3.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，上述第一板及上述第二板分别是挤压型材，使上述第二挤压型材的挤压方向实质上与上述第一挤压型材的挤压方向垂直地进行配置，在该状态下进行摩擦搅拌接合。
4.摩擦搅拌接合方法，其特征在于，使第一板的端部和第二板的端部对接，上述对接的上述第一板的端部具有从一方的面向该板厚度方向突出的凸部，该凸部比上述第二板的一方面突出，在使用在大径部的前端具小径部的旋转工具，使上述小径部***上述对接的部分中进行摩擦搅拌接合时，将上述大径部的一部分***上述凸部内，从上述大径部侧观看时，使上述旋转工具一边左旋转一边使其沿上述对接的部分相对地进行移动，并且在朝着上述移动方向观看时，使上述第二板设置于比上述旋转工具的轴心更左侧，在上述旋转工具轴心的右侧设置上述凸部。
5.如权利要求4所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，具有从上述第一板的上述端部的另一面与上述第二板实质上平行地朝向上述第二板突出的突出片，在从上述大径部侧观看时，上述突出片与上述第二板的上述端部的里面重叠着，在将上述小径部的前端的一部分***上述突出片的状态下进行上述摩擦搅拌接合。
6.如权利要求4所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，上述第一板及上述第二板分别是挤压型材，使上述第二挤压型材的挤压方向实质上与上述第一挤压型材的挤压方向垂直地进行配置，在该状态下进行摩擦搅拌接合。
7.铁道车辆的制作方法，其特征在于，使第一挤压型材的端部与第二挤压型材的端部对接，上述第一挤压型材及上述第二挤压型材是构成铁道车辆侧构体的构件，上述第一挤压型材是构成开口的边缘的构件，具有从该第一挤压型材的一面向车外侧突出的凸部、从另一面向上述第二挤压型材实质上平行地突出的突出片，在上述突出片上重叠上述第二挤压型材的上述端部，在使用在大径部的前端具小径部的旋转工具并使上述小径部***上述对接的部分中进行摩擦搅拌接合时，将上述大径部的一部分***上述凸部内，从上述大径部侧观看时，使上述旋转工具一边右旋转一边使其沿上述对接的部分相对地进行移动，并且在朝着上述移动方向观看时，使上述第二挤压型材和上述突出片设置于比上述旋转工具的轴心更右侧，在上述旋转工具轴心的左侧设置上述凸部，将上述小径部的前端的一部分***上述突出片。
8.如权利要求7所述的铁道车辆的制造方法，其特征在于，上述缘材是弯曲上述第一挤压型材形成的至少具有三个边的构件，在从车外侧观看时，使上述旋转工具依次地从上述缘材的右边朝向中央边、左边地进行移动。
9.铁道车辆的制作方法，其特征在于，使第一挤压型材的端部与第二挤压型材的端部对接，上述第一挤压型材及上述第二挤压型材是构成铁道车辆侧构体的构件，上述第一挤压型材是构成开口的边缘的构件，具有从该第一挤压型材的一面向车外侧突出的凸部、从另一面向上述第二挤压型材实质上平行地突出的突出片，在上述突出片上重叠上述第二挤压型材的板，在使用在大径部的前端具小径部的旋转工具，使上述小径部***上述对接的部分中进行摩擦搅拌接合时，将上述大径部的一部分***上述凸部内，从上述大径部侧观看时，使上述旋转工具一边左旋转一边使其沿上述对接的部分相对地进行移动，并且在朝着上述移动方向观看时，使上述第二挤压型材和上述突出片设置于比上述旋转工具的轴心更左侧，在上述旋转工具轴心的右侧设置上述凸部，将上述小径部的前端的一部分***上述突出片。
10.如权利要求9所述的铁道车辆的制造方法，其特征在于，上述缘材是弯曲上述第一挤压型材形成的至少具有三个边的构件，在从车外侧观看时，使上述旋转工具依次地从上述缘材的左边朝向中央边、右边地进行移动。
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