本發(fā)明涉及一種摩擦點焊工具及使用摩擦點焊工具的接合方法。

背景技術(shù)：

近年來，就用于將兩塊以上的薄板接合起來的接合方法而言，在例如日本已公開專利No.2001-314982(在下文中，簡稱為PTD 1)中已發(fā)明了稱為“摩擦點焊”或“摩擦點接合”的接合方法，并且已開始在汽車車身等中實際使用該接合方法。該技術(shù)利用了這樣的摩擦熱：該摩擦熱通過在使頂端處具有小直徑凸出部(稱為“攪拌頭”或“銷”)的柱狀工具旋轉(zhuǎn)的同時將該柱狀工具按壓在接合部位上而產(chǎn)生，并且摩擦熱在接合部位處造成金屬材料的軟化和塑性流動，從而將金屬材料接合起來。

與作為當(dāng)前用于汽車車身的主流接合方法的電阻點焊不同的是，摩擦點焊是在固相狀態(tài)下將要接合的部件接合起來而無需使要接合的部件熔化的技術(shù)。因此，摩擦點焊允許在低溫下進行接合。因此，與電阻點焊相比，摩擦點焊具有如下優(yōu)點：例如，在接合部位處不會產(chǎn)生飛濺物或煙氣、要接合的部件幾乎無變形、低功耗以及能夠?qū)⒉煌愋偷牟牧辖雍掀饋怼?/p>

在例如日本已公開專利No.2009-131891(在下文中，簡稱為PTD 2)中提出了：試圖通過改進用于進行摩擦點焊的接合工具(在下文中，也表示為“摩擦點焊工具”)來得到更高強度的接合部。PTD 2描述了：使用包括具有非圓形(例如三角形等)橫截面形狀的攪拌頭在內(nèi)的摩擦點焊工具可以提高接合期間的攪拌效率，從而防止攪拌區(qū)域中的在豎直方向上的非接合區(qū)域(稱為“鉤線(hook line)”)變形并增大接合強度。

另外，日本已公開專利No.2013-086175(在下文中，簡稱為PTD3)描述了關(guān)于包括截錐形攪拌頭的摩擦點焊工具的以下內(nèi)容。該摩擦點焊工具設(shè)計為使得攪拌頭側(cè)面與旋轉(zhuǎn)軸線形成的角度、攪拌頭高度以及攪拌頭所穿過的鋼板厚度滿足某個關(guān)系式。結(jié)果，增大了施加至接合部位的十字拉伸負(fù)載、抑制了因鉤住而造成的非接合區(qū)域膨脹并且增大了接合強度。

摩擦點焊工具已經(jīng)應(yīng)用于具有低軟化溫度且容易被攪拌的鋁合金的接合，并且摩擦點焊工具的應(yīng)用擴大到汽車車身的生產(chǎn)線。

引用列表

專利文獻(xiàn)

PTD 1：日本已公開專利No.2001-314982

PTD 2：日本已公開專利No.2009-131891

PTD 3：日本已公開專利No.2013-086175

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

鋼即使在高溫下也具有高硬度，并且與例如鋁合金等軟金屬相比鋼更難以塑性地流動，因此，難以得到寬的攪拌區(qū)域。另外，在通過疊置鋼板而形成的界面處產(chǎn)生稱為“鉤線”的非接合區(qū)域。因此，當(dāng)通過摩擦點焊來接合鋼板(特別是高張力鋼板)時，難以得到高接合強度。

在對鋼板的摩擦點焊中，如PTD 2所述，可以想到使用包括攪拌頭(其具有非圓形橫截面形狀)的摩擦點焊工具來增大接合強度。然而，因為攪拌頭的橫截面形狀是非圓形的，所以攪拌頭的橫截面形狀具有角部。因此，在摩擦點焊工具中，因施加至上述角部(攪拌頭的橫截面形狀的角部)的負(fù)載而易于發(fā)生剝落和磨損，從而存在不能確保攪拌頭的足夠耐久性的可能性。

另外，如上所述，PTD 3描述了：指定攪拌頭形狀并限定攪拌頭與要接合的部件之間的關(guān)系，從而增大接合強度。然而，在PTD 3中，接合強度的指標(biāo)是十字拉伸負(fù)載。因此，并沒有考慮到拉伸剪切負(fù)載，拉伸剪切負(fù)載為更重要的接合強度指標(biāo)。

具體而言，對于鋼板等的接合部的機械性能，在JIS Z 3140:1989中根據(jù)拉伸剪切負(fù)載定義等級。因此，拉伸剪切負(fù)載作為鋼板的接合部的接合強度的指標(biāo)是合適的。然而，也沒有提供具有足夠耐久性的摩擦點焊工具，且該摩擦點焊工具允許形成具有接合部所需的高拉伸剪切負(fù)載的鋼板的接合部。

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種在接合鋼板期間得到高拉伸剪切負(fù)載的摩擦點焊工具。

解決問題的技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的摩擦點焊工具，其用于通過將第一部件和第二部件疊置起來并從所述第一部件側(cè)將所述摩擦點焊工具按壓在所述第一部件和所述第二部件上來對所述第一部件和所述第二部件進行摩擦點焊。所述第一部件和所述第二部件中的每一者均為拉伸強度不小于590MPa的鋼板。所述摩擦點焊工具能圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。所述摩擦點焊工具包括：柱體，所述柱體的頂端處具有肩部；以及筒狀或截錐形的攪拌頭，所述攪拌頭從所述肩部沿所述旋轉(zhuǎn)軸線的延伸方向凸出。當(dāng)t(mm)表示所述第二部件的厚度并且第二部件插入體積V(mm³)表示在將所述摩擦點焊工具按壓在所述第一部件和所述第二部件上時所述攪拌頭插入到所述第二部件中的體積時，V與t之間的關(guān)系滿足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的接合方法是如下接合方法，其用于通過將第一部件和第二部件疊置起來并從所述第一部件側(cè)將摩擦點焊工具按壓在所述第一部件和所述第二部件上來對所述第一部件和所述第二部件進行摩擦點焊。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的所述接合方法包括：按壓步驟，將所述第一部件和所述第二部件疊置起來，并從所述第一部件側(cè)將所述摩擦點焊工具按壓在所述第一部件和所述第二部件上。所述第一部件和所述第二部件中的每一者均為拉伸強度不小于590MPa的鋼板。所述摩擦點焊工具能圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。所述摩擦點焊工具包括：柱體，所述柱體的頂端處具有肩部；以及筒狀或截錐形的攪拌頭，所述攪拌頭從所述肩部沿所述旋轉(zhuǎn)軸線的延伸方向凸出。按壓步驟是這樣的步驟：在使所述摩擦點焊工具圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的同時，通過將所述攪拌頭插入至在所述第二部件的厚度方向上比所述第一部件和所述第二部件的接觸面更深的深度來將所述第一部件和所述第二部件接合起來。當(dāng)t(mm)表示所述第二部件的厚度并且第二部件插入體積V(mm³)表示在所述按壓步驟中所述攪拌頭插入到所述第二部件中的體積時，V與t之間的關(guān)系滿足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

本發(fā)明的有益效果

根據(jù)前述，在接合鋼板期間得到了高拉伸剪切負(fù)載。

附圖說明

圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的摩擦點焊工具的一個實例的示意性縱截面圖。

圖2是示出了在使用根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的摩擦點焊工具將第一部件和第二部件接合起來的情況下在按壓時攪拌頭已被最深地插入的狀態(tài)的示意性縱截面圖。

圖3是示出了當(dāng)使用拉伸強度均不小于590MPa的鋼板來形成接合部時，用作要接合的部件的鋼板的厚度t與接合部的拉伸剪切負(fù)載F₁和F₂(KN)(其分別要求被認(rèn)可為基于JIS Z 3140:1989中的定義的JIS A-級最小值和JIS A-級平均值)之間的關(guān)系。

圖4是示出了第二部件插入體積V與接合部的拉伸剪切負(fù)載F之間的關(guān)系的相關(guān)圖，該關(guān)系利用使用摩擦點焊工具形成鋼板的接合部的實驗來得到。

具體實施方式

[本發(fā)明的各個實施例的描述]

首先，將在下文第[1]至[12]項中列出且描述本發(fā)明的實施例。

[1]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的摩擦點焊工具，其用于通過將第一部件和第二部件疊置起來并從所述第一部件側(cè)將所述摩擦點焊工具按壓在所述第一部件和所述第二部件上來對所述第一部件和所述第二部件進行摩擦點焊。所述第一部件和所述第二部件中的每一者均為拉伸強度不小于590MPa的鋼板。所述摩擦點焊工具能圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。所述摩擦點焊工具包括：柱體，所述柱體的頂端處具有肩部；以及筒狀或截錐形的攪拌頭，所述攪拌頭從所述肩部沿所述旋轉(zhuǎn)軸線的延伸方向凸出。當(dāng)t(mm)表示所述第二部件的厚度并且第二部件插入體積V(mm³)表示在將所述摩擦點焊工具按壓在所述第一部件和所述第二部件上時所述攪拌頭插入到所述第二部件中的體積時，V與t之間的關(guān)系滿足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

結(jié)果，在接合鋼板期間得到了高拉伸剪切負(fù)載。

[2]優(yōu)選地，所述第二部件插入體積V(mm³)與所述第二部件的所述厚度t(mm)之間的關(guān)系滿足下式(2)：

V≥3.25t²+9.62t-4.48(t≥0.5mm)…(2)。

結(jié)果，在接合鋼板期間得到了更高的拉伸剪切負(fù)載。

[3]優(yōu)選地，所述第一部件和所述第二部件中的每一者均為拉伸強度不小于980MPa的鋼板。在電阻點焊中，在接合部位處容易產(chǎn)生飛濺物。另外，當(dāng)使用拉伸強度不小于980MPa的鋼板時，難以得到高拉伸剪切負(fù)載。然而，當(dāng)使用本發(fā)明的摩擦點焊工具時，可以在不產(chǎn)生飛濺物的情況下得到高拉伸剪切負(fù)載。

[4]優(yōu)選地，所述攪拌頭包括與所述肩部相連的側(cè)面。優(yōu)選地，所述側(cè)面相對于所述旋轉(zhuǎn)軸線呈不小于0°且不大于15°的角度θ。結(jié)果，可以減小將攪拌頭插入到要接合的部件中所需的負(fù)載。另外，本發(fā)明的摩擦點焊工具適于作為用于將足夠的表面壓力經(jīng)由肩部施加至第一部件的工具。

[5]優(yōu)選地，當(dāng)h(mm)表示所述攪拌頭插入到所述第二部件中的深度時，所述h與所述第二部件的所述厚度t(mm)之間的比率h/t不小于0.25且不大于0.75。結(jié)果，在攪拌頭頂端直徑和鉤掛高度沒有過度增大的情況下，滿足上式(1)或上式(2)。

[6]優(yōu)選地，所述攪拌頭包括與所述肩部相連的側(cè)面。優(yōu)選地，所述肩部從所述肩部的外邊緣至與所述側(cè)面相交的部分呈缽狀凹陷形狀。結(jié)果，可以防止在利用按壓進行接合期間第一部件和第二部件因被攪拌頭推出而從肩部中溢出。因此，得到所形成的接合部的更好的外觀。另外，因為肩部的外邊緣按住第一部件，所以可以防止摩擦點焊工具在接合期間振動。

[7]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的接合方法是如下接合方法：其用于通過將第一部件和第二部件疊置起來并從所述第一部件側(cè)將摩擦點焊工具按壓在所述第一部件和所述第二部件上來對所述第一部件和所述第二部件進行摩擦點焊。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的接合方法包括：按壓步驟，將所述第一部件和所述第二部件疊置起來，并從所述第一部件側(cè)將所述摩擦點焊工具按壓在所述第一部件和所述第二部件上。所述第一部件和所述第二部件中的每一者均為拉伸強度不小于590MPa的鋼板。所述摩擦點焊工具能圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。所述摩擦點焊工具包括：柱體，所述柱體的頂端處具有肩部；以及筒狀或截錐形的攪拌頭，所述攪拌頭從所述肩部沿所述旋轉(zhuǎn)軸線的延伸方向凸出。按壓步驟是這樣的步驟：在使所述摩擦點焊工具圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的同時，通過將所述攪拌頭插入至在所述第二部件的厚度方向上比所述第一部件和所述第二部件的接觸面更深的深度來將所述第一部件和所述第二部件接合起來。當(dāng)t(mm)表示所述第二部件的厚度并且第二部件插入體積V(mm³)表示在所述按壓步驟中所述攪拌頭插入到所述第二部件中的體積時，V與t之間的關(guān)系滿足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

結(jié)果，在接合鋼板期間得到了高拉伸剪切負(fù)載。

[8]優(yōu)選地，所述第二部件插入體積V(mm³)與所述第二部件的所述厚度t(mm)之間的關(guān)系滿足下式(2)：

V≥3.25t²+9.62t-4.48(t≥0.5mm)…(2)。

結(jié)果，在接合鋼板期間得到了更高的拉伸剪切負(fù)載。

[9]優(yōu)選地，所述第一部件和所述第二部件中的每一者均為拉伸強度不小于980MPa的鋼板。在電阻點焊中，在接合部位處容易產(chǎn)生飛濺物。另外，當(dāng)使用拉伸強度不小于980MPa的鋼板時，難以得到高拉伸剪切負(fù)載。然而，當(dāng)使用本發(fā)明的摩擦點焊工具時，可以在不產(chǎn)生飛濺物的情況下得到高拉伸剪切負(fù)載。

[10]優(yōu)選地，所述攪拌頭包括與所述肩部相連的側(cè)面。優(yōu)選地，所述側(cè)面相對于所述旋轉(zhuǎn)軸線呈不小于0°且不大于15°的角度θ。結(jié)果，可以減小將攪拌頭插入到要接合的部件中所需的負(fù)載。另外，足夠的表面壓力可以經(jīng)由肩部施加至第一部件。

[11]優(yōu)選地，當(dāng)h(mm)表示所述攪拌頭插入到所述第二部件中的深度時，所述h與所述第二部件的所述厚度t(mm)之間的比率h/t不小于0.25且不大于0.75。結(jié)果，在攪拌頭頂端直徑和鉤掛高度沒有過度增大的情況下，滿足上式(1)或上式(2)。

[12]優(yōu)選地，所述攪拌頭包括與所述肩部相連的側(cè)面。優(yōu)選地，所述肩部從所述肩部的外邊緣至與所述側(cè)面相交的部分呈缽狀凹陷形狀。結(jié)果，可以在利用按壓進行接合期間防止第一部件和第二部件因被攪拌頭推出而從肩部中溢出。因此，得到所形成的接合部的更好的外觀。另外，因為肩部的外邊緣按住第一部件，所以可以防止摩擦點焊工具在接合期間振動。

[本發(fā)明的實施例的細(xì)節(jié)]

在下文中，將參考附圖對本發(fā)明的實施例進行更詳細(xì)的描述。

<摩擦點焊工具>

本發(fā)明的實施例(在下文中也表示為“本實施例”)的摩擦點焊工具用于通過將第一部件和第二部件疊置起來并從第一部件側(cè)將摩擦點焊工具按壓在第一部件和第二部件上來對第一部件和第二部件進行摩擦點焊。第一部件和第二部件中的每一者為拉伸強度不小于590MPa的鋼板。摩擦點焊工具可以圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。摩擦點焊工具包括：柱體，柱體的頂端處具有肩部；以及筒狀或截錐形的攪拌頭，攪拌頭從肩部沿旋轉(zhuǎn)軸線的延伸方向凸出。當(dāng)t(mm)表示第二部件的厚度并且第二部件插入體積V(mm³)表示在將摩擦點焊工具按壓在第一部件和第二部件上時攪拌頭插入到第二部件中的體積時，V與t之間的關(guān)系滿足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

只要本實施例的摩擦點焊工具包括上述構(gòu)造，本實施例的摩擦點焊工具可以包括其他構(gòu)造。其他構(gòu)造的實例可以包括形成在摩擦點焊工具的表面等上的多種類型的涂覆膜。

圖1是本實施例的摩擦點焊工具的示意性縱截面圖。本實施例的摩擦點焊工具1可以圍繞圖1所示的旋轉(zhuǎn)軸線4旋轉(zhuǎn)。“旋轉(zhuǎn)軸線”在本文中指的是摩擦點焊工具進行旋轉(zhuǎn)所圍繞的軸線。此外，本實施例的摩擦點焊工具1至少包括：柱體2，柱體2的頂端處具有肩部5；以及筒狀(或柱狀)或截錐形的攪拌頭3，攪拌頭3從肩部5沿旋轉(zhuǎn)軸線4的延伸方向凸出。在本實施例中，除非另有規(guī)定，否則“摩擦點焊工具”指的是至少具有上述柱體和上述攪拌頭的摩擦點焊工具。

將在下文更詳細(xì)地描述各部件。

(柱體)

本實施例的摩擦點焊工具1包括柱體2，柱體2的頂端處具有肩部5?！凹绮俊痹诒疚闹兄傅氖侵w的頂端部的表面，該表面的中心部分處具有下述攪拌頭。

攪拌頭3優(yōu)選地包括與肩部5相連的側(cè)面，并且肩部5優(yōu)選地從肩部的外邊緣至與攪拌頭3的側(cè)面相交的部分呈缽狀凹陷形狀?！皵嚢桀^的側(cè)面”在本文中指的是與攪拌頭的筒狀或截錐形外部形狀(即，圓筒體或截錐體)的側(cè)面對應(yīng)的表面。此外，“外邊緣”在本文中指的是在具有肩部的柱體中形成肩部的表面的外周。

因為肩部5具有上述形狀(從肩部的外邊緣至與攪拌頭3的側(cè)面相交的部分呈缽狀凹陷形狀)，所以可以防止在按壓期間第一部件6和第二部件7(在下文中，第一部件6和第二部件7中的兩者或一者可以被簡單地表示為“要接合的部件”)因被攪拌頭3推出而從肩部5中溢出。因此，得到了所形成的接合部的更好的外觀。另外，因為肩部5的外邊緣按住要接合的部件(例如，第一部件6)，所以可以防止摩擦點焊工具1在按壓期間振動。

肩部5的面積優(yōu)選地不小于50mm²且不大于70mm²。結(jié)果，在按壓期間經(jīng)由肩部5施加至要接合的部件的表面壓力充分地增大。因此，要接合的部件之間不太可能形成間隙。肩部5的面積更優(yōu)選地不小于55mm²且不大于65mm²。

(攪拌頭)

本實施例的摩擦點焊工具1包括從肩部5中沿旋轉(zhuǎn)軸線4的延伸方向凸出的筒狀或截錐形攪拌頭3?！敖劐F形”在本文中指的是通過從錐體中將與該錐體共享頂點且按比例縮小成類似形狀的錐體去除而得到的形狀。另外，“筒狀”和“截錐形”形狀的“圓”不一定限于真正的圓而是可以包括大致的圓。此外，“攪拌頭”指的是在按壓時插入到第一部件和第二部件中以攪拌要接合的部件的部分，還指的是摩擦點焊工具的凸出部。在摩擦點焊工具1中，攪拌頭3具有筒狀或截錐形。因此，攪拌頭3具有圓形橫截面形狀，并因此不具有角部。因此，在摩擦點焊工具1中，不存在如下可能性：因施加至攪拌頭3的角部的負(fù)載而發(fā)生剝落和磨損。結(jié)果，確保了極好的耐久性。

圖2是示出了在通過使用本實施例的摩擦點焊工具1進行按壓來將第一部件6(要接合的部件)和第二部件7(要接合的部件)接合起來的情況下，攪拌頭3在按壓時插入最深的狀態(tài)的示意性縱截面圖。雖然圖2示出了攪拌頭3插入最深的狀態(tài)，但本實施例不限于此。本實施例可以具有任意狀態(tài)，只要攪拌頭3在按壓時插入至在第二部件7的厚度方向上比第一部件6和第二部件7的接觸面8更深的深度即可。在圖2中，攪拌頭頂端半徑r和攪拌頭長度l被確定為適于如下所述地在按壓時調(diào)節(jié)第二部件插入體積V，并且不受特別限制。例如，當(dāng)把厚度均為1.2mm的鋼板接合起來時，攪拌頭頂端半徑r優(yōu)選地不小于1.9mm且不大于2.6mm，并且攪拌頭長度l優(yōu)選地不短于2.0mm且不長于2.4mm。結(jié)果，可以得到更高的拉伸剪切負(fù)載。“攪拌頭頂端半徑r”在本文中指的是攪拌頭的頂端表面(即，圓)的半徑。另外，“攪拌頭長度l”指的是攪拌頭的頂端表面與包含攪拌頭的側(cè)面和肩部相交所成的線在內(nèi)的表面之間的距離(假設(shè)這些表面彼此平行)。

在本實施例中，攪拌頭3優(yōu)選地包括與肩部5相連的側(cè)面，并且該側(cè)面優(yōu)選地相對于旋轉(zhuǎn)軸線4呈不小于0°且不大于15°的角度θ?！敖嵌圈取痹诒疚闹兄傅氖窃诎Σ咙c焊工具的旋轉(zhuǎn)軸線在內(nèi)的縱截面中攪拌頭的側(cè)面的延伸直線與旋轉(zhuǎn)軸線的延伸直線相交的角度?！敖嵌圈取睂?yīng)于圖2中的θ。在下文中，該角度θ也被表示為“攪拌頭錐角θ”。如上所述，角度θ優(yōu)選地不小于0°且不大于15°。當(dāng)角度θ大于15°時，在攪拌頭橫截面(其與包含攪拌頭的側(cè)面和肩部相交所成的線在內(nèi)的表面對應(yīng)且作為橫截面具有與旋轉(zhuǎn)軸線垂直的表面)(圓形形狀)中，圓形形狀的直徑會變大。因此，將攪拌頭插入到要接合的部件中所需的負(fù)載可能變得過高。另外，當(dāng)角度θ大于15°時，肩部的面積可能變得相對較小。因此，經(jīng)由肩部施加至第一部件的表面壓力可能變低，因此，第一部件與第二部件之間可能形成間隙。

當(dāng)角度θ不小于0°且不大于15°時，可以抑制將攪拌頭3插入到要接合的部件中所需的負(fù)載。另外，足夠的表面壓力可以經(jīng)由肩部5施加至第一部件6。角度θ優(yōu)選地不小于5°且不大于10°。

在本實施例中，攪拌頭3的側(cè)面中可以形成有溝槽。另外，攪拌頭3可以包括從攪拌頭3的頂端表面傾斜切割至攪拌頭3的側(cè)面的傾斜面(所謂的斜切表面)?！皵嚢桀^的頂端表面”在本文中指的是位于攪拌頭在旋轉(zhuǎn)軸線的延伸方向上的頂端處的圓形表面。當(dāng)攪拌頭3具有上述形狀時，可以進一步增大摩擦點焊工具1的攪拌力。

另外，攪拌頭3可以針對攪拌頭3的頂端表面與攪拌頭3的側(cè)面相交的區(qū)域被倒圓角。結(jié)果，在按壓期間，在攪拌頭3的頂端處不太可能發(fā)生剝落。

<摩擦點焊工具的材料>

在本實施例中，就摩擦點焊工具1的材料而言，可以使用作為多種類型的接合工具(例如摩擦點焊工具或攪拌摩擦焊接工具等)的材料而現(xiàn)已公知的材料，且不受任何特別限制。摩擦點焊工具1的材料的實例可以包括：例如，硬質(zhì)合金(例如WC基硬質(zhì)合金，并且上述“WC基硬質(zhì)合金”包括含有WC和Co或Ni的硬質(zhì)合金以及除了含有WC和Co或Ni之外還含有Ti、Ta、Nb等的碳氮化物等的硬質(zhì)合金)、金屬陶瓷(主要由TiC、TiN、TiCN等構(gòu)成)、高速鋼、工具鋼、陶瓷(例如碳化鈦、碳化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鋁、硅鋁氧氮聚合材料或它們的混合物)、燒結(jié)立方氮化硼、燒結(jié)金剛石、內(nèi)部分散有立方氮化硼顆粒的硬質(zhì)材料、耐熱合金等。

在以上材料之中，硬質(zhì)合金相對便宜并可以延長工具壽命。因此，優(yōu)選地使用硬質(zhì)合金作為摩擦點焊工具1的材料。當(dāng)硬質(zhì)合金用作摩擦點焊工具1的材料時，硬質(zhì)合金在結(jié)構(gòu)上可以包括游離碳或稱為η相的異常相。

(涂覆膜)

在本實施例中，可以在摩擦點焊工具1的表面的一部分或全部形成涂覆膜。結(jié)果，可以增強摩擦點焊工具1的抗氧化性或耐磨性?？梢允褂糜米髑邢鞴ぞ呋蚰Σ咙c焊工具的涂覆膜的現(xiàn)已公知的涂覆膜作為涂覆膜。涂覆膜可以由單層形成或可以由兩個以上的堆疊層形成。

(第一部件和第二部件)

本實施例的摩擦點焊工具1在對第一部件6和第二部件7(第一部件6和第二部件7中的每一者是拉伸強度不小于590MPa的鋼板)的摩擦點焊中使用。具有較高拉伸強度的鋼板已逐漸在例如汽車車身中使用，以實現(xiàn)車身重量的減輕(用于實現(xiàn)提高燃料效率)或CO₂排放的減少以及碰撞安全。具有高拉伸強度的鋼板的接合部需要高拉伸剪切負(fù)載，以便充分利用鋼板本身的高拉伸強度。然而，當(dāng)通過熔融接合(例如，電阻點焊)來將拉伸強度均不小于590MPa的鋼板接合起來時，在接合部位處可能產(chǎn)生飛濺物(熔滴)。因此，飛散的飛濺物粘附至車身，這導(dǎo)致例如糟糕的外觀或較差的工作環(huán)境等問題。另一方面，在本實施例中，利用作為非熔融接合法的摩擦點焊來接合具有高拉伸強度的鋼板。因此，即使當(dāng)?shù)谝徊考?和第二部件7中的每一者的拉伸強度不小于590MPa時，也可以在防止接合部位處產(chǎn)生飛濺物，并且可以得到具有高拉伸剪切負(fù)載和高強度的接合部。

本實施例的摩擦點焊工具1更優(yōu)選地在對第一部件6和第二部件7(第一部件6和第二部件7中的每一者為拉伸強度不小于980MPa的鋼板)的摩擦點焊中使用。當(dāng)?shù)谝徊考?和第二部件7中的每一者的拉伸強度不小于980MPa時，在例如電阻點焊等熔融接合期間，在接合部位處產(chǎn)生更多的飛濺物。然而，在本實施例中，即使當(dāng)難以通過熔融接合來得到高接合強度時(即，即使當(dāng)?shù)谝徊考?和第二部件7中的每一者的拉伸強度不小于980MPa時)，也可以防止接合部位處產(chǎn)生飛濺物，并且可以得到具有高拉伸剪切負(fù)載和高強度的接合部。

第一部件6和第二部件7中的每一者的拉伸強度的上限值不受特別限制。然而，第一部件6和第二部件7中的每一者的拉伸強度優(yōu)選地不大于1500MPa，這是因為具有這種拉伸強度的第一部件6和第二部件7可能被運用到實際使用中作為用于汽車車身的鋼板。第一部件6和第二部件7中的每一者的拉伸強度更優(yōu)選地不大于1200MPa。

可以在利用本實施例的摩擦點焊工具1的接合步驟中使用的第一部件6的厚度不受特別限制。然而，以下描述適用于可以在利用本實施例的摩擦點焊工具1的接合步驟中使用的第二部件7的厚度。除非第二部件插入深度被設(shè)定為某個程度以上的值，否則對第二部件插入深度的控制是困難的，因此，接合部的拉伸剪切負(fù)載具有大范圍的變化。因此，第二部件7的厚度優(yōu)選地不小于0.5mm。第一部件6和第二部件7的厚度均優(yōu)選地不小于0.8mm且不大于1.5mm。

(第二部件插入體積V和第二部件的厚度t之間的關(guān)系)

在本實施例中，當(dāng)t(mm)表示第二部件7的厚度并且第二部件插入體積V(mm³)表示在按壓時攪拌頭3插入到第二部件7中的體積時，V與t之間的關(guān)系滿足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

在本實施例中，第二部件插入體積V(mm³)與第二部件7的厚度t(mm)之間的關(guān)系更優(yōu)選地滿足下式(2)：

V≥3.25t²+9.62t-4.48(t≥0.5mm)…(2)。

“第二部件插入體積V”在本文中指的是當(dāng)攪拌頭在按壓時插入至在第二部件的厚度方向上比第一部件和第二部件的接觸面更深的深度時由如下區(qū)域占據(jù)的體積：攪拌頭的側(cè)面和攪拌頭的頂端表面所包圍的區(qū)域；以及從攪拌頭的頂端表面延伸至與下述第二部件插入深度相等的高度處的區(qū)域?！暗诙考迦塍w積V”表示與圖2中的V對應(yīng)的體積。

可以基于攪拌頭頂端半徑r、攪拌頭錐角θ和第二部件插入深度來計算第二部件插入體積V?！暗诙考迦肷疃取痹诒疚闹兄傅氖钱?dāng)攪拌頭在按壓時插入至在第二部件的厚度方向上比第一部件和第二部件的接觸面更深的深度時，第一部件和第二部件的接觸面與攪拌頭的頂端表面(假設(shè)這些表面彼此平行)之間的距離?！暗诙考迦肷疃取迸c圖2中的h對應(yīng)。可以通過測量接合后的第二部件剩余厚度并確定第二部件的厚度與第二部件剩余厚度之差來得到第二部件插入深度?！暗诙考Ｓ嗪穸取痹诒疚闹兄傅氖钱?dāng)攪拌頭在按壓時插入至在第二部件的厚度方向上比第一部件和第二部件的接觸面更深的深度時，從第二部件的不與攪拌頭接觸的表面至攪拌頭的頂端表面的豎直距離。“第二部件剩余厚度”與圖2中的t’對應(yīng)。

在本實施例中，第二部件插入體積V(mm³)和第二部件7的厚度t(mm)滿足上式(1)或上式(2)，因此，得到具有高強度的接合部。下文將描述關(guān)于這點的原因。

對于在通過電阻點焊將兩個鋼板接合起來時的接合部的強度，根據(jù)接合部可以承受的拉伸剪切負(fù)載(在下文中也稱為“接合部的拉伸剪切負(fù)載”)的上限值以JIS Z 3140:1989定義等級。在這些之中，要求被認(rèn)可為“需要特殊強度的焊接部”的接合部的拉伸剪切負(fù)載的最小值和平均值分別定義為JIS A-級最小值和JIS A-級平均值。圖3是示出了當(dāng)使用拉伸強度均不小于590MPa的鋼板來形成接合部時，用作要接合的部件的鋼板中的較薄鋼板的厚度t與接合部的要求被認(rèn)可為JIS A-級最小值(其基于JIS Z 3140:1989中的定義)的拉伸剪切負(fù)載F₁(KN)(在下文中，也稱為“拉伸剪切負(fù)載F₁”)和接合部的要求被認(rèn)可為JIS A-級平均值(其基于JIS Z 3140:1989中的定義)的拉伸剪切負(fù)載F₂(KN)(在下文中也稱為“拉伸剪切負(fù)載F₂”)之間的關(guān)系的相關(guān)圖。

為了得到關(guān)于拉伸剪切負(fù)載F₁(kN)與鋼板中的較薄鋼板的厚度t之間的關(guān)系的數(shù)學(xué)公式以及關(guān)于拉伸剪切負(fù)載F₂(kN)與鋼板中的較薄鋼板的厚度t之間的關(guān)系的數(shù)學(xué)公式，根據(jù)圖3利用最小二乘法近似得到二次函數(shù)。

然后，得到關(guān)于拉伸剪切負(fù)載F₁(kN)與鋼板中的較薄鋼板的厚度t之間的關(guān)系的下式(3)。

F₁＝2.01t²+5.98t-1.22…(3)。

另外，得到關(guān)于拉伸剪切負(fù)載F₂(kN)與鋼板中的較薄鋼板的厚度t之間的關(guān)系的下式(4)。

F₂＝2.37t²+7.02t-1.43…(4)。

從上式(3)中可以看出，在本實施例中F(kN)與接合鋼板中的較薄鋼板的厚度t(mm)之間的關(guān)系可以僅滿足下式(5)，以便將使用本實施例的摩擦點焊工具1得到的接合部的拉伸剪切負(fù)載F(kN)設(shè)定為大于或等于拉伸剪切負(fù)載F₁(kN)。

F≥2.01t²+5.98t-1.22…(5)。

另外，從上式(4)中可以看出，在本實施例中F(kN)與接合鋼板中的較薄鋼板的厚度t(mm)之間的關(guān)系可以僅滿足下式(6)，以便將使用本實施例的摩擦點焊工具1得到的接合部的拉伸剪切負(fù)載F(kN)設(shè)定為大于或等于拉伸剪切負(fù)載F₂(kN)。

F≥2.37t²+7.02t-1.43…(6)。

現(xiàn)在，假設(shè)在本實施例中第二部件的厚度等于或小于第一部件的厚度，則在上式(5)和上式(6)中用“第二部件的厚度t”替換“接合鋼板中的較薄鋼板的厚度t”。

為了得到摩擦點焊工具作為接合工具(該接合工具可以在對第一部件和第二部件(第一部件和第二部件中的每一者為拉伸強度不小于590MPa的鋼板)的摩擦點焊期間得到拉伸剪切負(fù)載大于或等于要求被認(rèn)可為JIS A-級最小值或JIS A-級平均值的接合部)，本發(fā)明的發(fā)明人多方面地改變攪拌頭形狀和攪拌頭尺寸以使多個類型的摩擦點焊工具作為原型，并使用原型摩擦點焊工具對具有多種拉伸強度或多種尺寸的鋼板進行接合測試。結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：第二部件插入體積V是控制接合部的拉伸剪切負(fù)載的重要因素。圖4示出了通過本發(fā)明的發(fā)明人進行的實驗而得到的第二部件插入體積V與接合部的拉伸剪切負(fù)載F之間的關(guān)系的相關(guān)圖。本發(fā)明的發(fā)明人使用拉伸強度均不小于270MPa且不大于980Mp而且厚度均不小于0.6mm且不大于2.0mm的多種類型的鋼板作為第一部件和第二部件，使用具有不同的攪拌頭形狀和攪拌頭尺寸的摩擦點焊工具將第一部件和第二部件接合起來，并研究第二部件插入體積V與接合部的拉伸剪切負(fù)載F之間的關(guān)系。圖4示出了結(jié)果。

可以從圖4中看出，第二部件插入體積V(mm³)和拉伸剪切負(fù)載F(kN)具有正相關(guān)性，而與例如攪拌頭形狀、攪拌頭尺寸、要接合的部件(第一部件和第二部件)的拉伸強度以及要接合的部件的尺寸無關(guān)。通過利用最小二乘法使該相關(guān)性近似于線性函數(shù)，得到了關(guān)于第二部件插入體積V(mm³)與拉伸剪切負(fù)載F(kN)之間的關(guān)系的下式(7)。圖4中的線段表示用下式(7)表示的直線的一部分。

F＝0.73V+1.84…(7)。

通過將上式(7)代入到上式(5)中并進行計算，可以得到上式(1)(關(guān)系式表示在使用本實施例的摩擦點焊工具1得到的接合部的拉伸剪切負(fù)載F(kN)變?yōu)榇笥诨虻扔诶旒羟胸?fù)載F₁(kN)時的第二部件插入體積V(mm³)與第二部件7的厚度t(mm)(t≥0.5mm)之間的關(guān)系)。

因此，在摩擦點焊期間第二部件插入體積V(m³)與第二部件的厚度t(mm)滿足上式(1)，并由此可以得到如下拉伸剪切負(fù)載作為接合部的拉伸剪切負(fù)載：該拉伸剪切負(fù)載大于或等于要求被認(rèn)可為JIS A-級最小值的拉伸剪切負(fù)載。結(jié)果，可以制造具有高接合強度的接合部。

另外，通過將上式(7)代入到上式(6)中并進行計算，可以得到上式(2)(關(guān)系式表示在使用本實施例的摩擦點焊工具1得到的接合部的拉伸剪切負(fù)載F(kN)變?yōu)榇笥诨虻扔诶旒羟胸?fù)載F₂(kN)時的第二部件插入體積(mm³)與第二部件7的厚度t(mm)(t≥0.5mm)之間的關(guān)系)。

因此，在摩擦點焊期間第二部件插入體積V(m³)與第二部件的厚度t(mm)滿足上式(2)，并由此可以得到如下拉伸剪切負(fù)載作為接合部的拉伸剪切負(fù)載：該拉伸剪切負(fù)載大于或等于要求被認(rèn)可為JIS A-級平均值的拉伸剪切負(fù)載。結(jié)果，可以制造具有高接合強度的接合部，因此，這是優(yōu)選的。

(第二部件插入深度h與第二部件的厚度t之間的比率h/t)

在本實施例的摩擦點焊工具1中，攪拌頭3插入到第二部件7中的深度h優(yōu)選地使得深度h與第二部件7的厚度t之間的比率h/t不小于0.25且不大于0.75。在下文中，攪拌頭插入到第二部件的深度h還將用“第二部件插入深度h”來表示。當(dāng)h/t小于0.25時，攪拌頭頂端直徑d趨于變大，以滿足上式(1)或上式(2)。結(jié)果，將攪拌頭插入到要接合的部件中所需的負(fù)載可能變得過高?！皵嚢桀^頂端直徑d”在本文中指的是攪拌頭的頂端表面的直徑，并與通過將上述攪拌頭頂端半徑r乘倍而得到的值對應(yīng)。當(dāng)h/t大于0.75時，鉤掛高度可能變得過高，因此，接合部的拉伸剪切負(fù)載可能變小?！般^掛高度”在本文中指的是在豎直方向上從第一部件和第二部件的接觸面至作為非接合區(qū)域的鉤線的上端的距離。“鉤掛高度”對應(yīng)于圖2中的H。當(dāng)h/t被設(shè)定為不小于0.25且不大于0.75時，滿足上式(1)或上式(2)，且攪拌頭頂端直徑d和鉤掛高度H不會過度增大。h/t優(yōu)選地不小于0.4且不大于0.75。

<用于制造摩擦點焊工具的方法>

優(yōu)選地使用如下所述那樣制造的摩擦點焊工具作為本實施例的摩擦點焊工具1。首先，混合原材料粉末。作為原材料粉末，可以使用作為多種類型的接合工具(例如摩擦點焊工具或攪拌摩擦焊接工具等)材料而現(xiàn)已公知的材料(例如，硬質(zhì)合金)，且不受任何特別限制。接下來，將乙醇添加到混合的原材料粉末中，并用磨碎機將混合物攪拌約4至10個小時。使乙醇揮發(fā)，然后以100MPa的壓力單軸地按壓混合物，并在1200℃至1700℃燒結(jié)約1至3小時。用金剛石磨石等研磨由此得到的燒結(jié)體。由此得到摩擦點焊工具。

在本實施例中，可以在摩擦點焊工具的表面的一部分或全部上制作出涂覆膜?？梢允褂萌我猬F(xiàn)已公知的膜形成方法作為用于涂覆膜的膜形成方法。例如，可以使用PVD(物理氣相沉積)方法(例如，真空電弧氣相沉積方法)、CVD(化學(xué)氣相沉積)方法等。作為選擇，可以組合兩種以上的現(xiàn)已公知膜形成方法。

<接合方法>

下文將描述本實施例的接合方法。

本實施例的接合方法是使用本實施例的摩擦點焊工具1的接合方法。具體而言，本實施例的接合方法是如下接合方法：其用于通過將第一部件6和第二部件7疊置起來并從第一部件6側(cè)將摩擦點焊工具1按壓在第一部件6和第二部件7上來對第一部件6和第二部件7進行摩擦點焊。本實施例的接合方法包括：按壓步驟，將第一部件6和第二部件7疊置起來，并從第一部件6側(cè)將摩擦點焊工具1按壓在第一部件6和第二部件7上。第一部件6和第二部件7中的每一者為拉伸強度不小于590MPa的鋼板。摩擦點焊工具1可以圍繞旋轉(zhuǎn)軸線4旋轉(zhuǎn)。摩擦點焊工具1包括：柱體2，柱體2的頂端處具有肩部5；以及筒狀或截錐形的攪拌頭3，攪拌頭3從肩部5沿旋轉(zhuǎn)軸線4的延伸方向凸出。按壓步驟是這樣的步驟：在使摩擦點焊工具1圍繞旋轉(zhuǎn)軸線4旋轉(zhuǎn)的同時，通過將攪拌頭3插入到第一部件6和第二部件7中來將第一部件6和第二部件7接合起來。當(dāng)t(mm)表示第二部件7的厚度并且第二部件插入體積V(mm³)表示在按壓步驟中攪拌頭3插入到第二部件7中的體積時，V與t之間的關(guān)系滿足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

只要本實施例的接合方法包括上述按壓步驟，則本實施例的接合方法就可以包括其他步驟。其他步驟的實例可以包括制備第一部件6和第二部件7的步驟等。

(制備第一部件和第二部件的步驟)

本實施例的接合方法可以包括制備第一部件6和第二部件7的步驟(在下文中也表示為“制備步驟”)。雖然該制備步驟是制備在按壓步驟中使用的第一部件6和第二部件7的步驟，但該制備步驟可以包括形成第一部件6和第二部件7的接合部位的步驟。就用于形成接合部位的方法而言，可以將第一部件6的一部分和第二部件7的一部分疊置起來以形成疊置部，并且該疊置部可以用作接合部位?？梢詫⒄麄€第一部件6和整個第二部件7疊置起來以形成疊置部，或者可以將整個第一部件6和第二部件7的一部分疊置起來以形成疊置部，或者可以將第一部件6的一部分和整個第二部件7疊置起來以形成疊置部。當(dāng)疊置部用作接合部位時，疊置部的寬度需要大于或等于肩部5的直徑。

第一部件6和第二部件7中的每一者為拉伸強度不小于590MPa的鋼板。

本實施例的接合方法是利用作為非熔融接合的摩擦點焊的接合方法。因此，即使當(dāng)如上所述那樣將拉伸強度均小于590MPa的第一部件6和第二部件7接合起來時，也可以防止在接合部位處形成飛散物，并且可以得到具有高強度的接合部。

第一部件6和第二部件7中的每一者可以為拉伸強度不小于980MPa的鋼板。即使在抗飛濺焊接中使用易于產(chǎn)生飛濺物的鋼板并因此難以得到高接合強度(例如，拉伸強度均不小于980MPa的鋼板)的情況中，也可以防止在接合部位處產(chǎn)生飛濺物，并且可以使用本實施例的接合方法得到具有高強度的接合部。

(按壓步驟)

本實施例的接合方法包括如下步驟(按壓步驟)：將第一部件6和第二部件7疊置起來，并從第一部件6側(cè)將摩擦點焊工具1按壓在第一部件6和第二部件7上。

按壓步驟是這樣的步驟：在使摩擦點焊工具1圍繞旋轉(zhuǎn)軸線4旋轉(zhuǎn)的同時，通過將攪拌頭3插入至在第二部件7的厚度方向上比第一部件6和第二部件7的接觸面8更深的深度來將第一部件6和第二部件7接合起來。由于該步驟，第一部件6和第二部件7被接合起來，并且形成接合部。

在按壓步驟中，在旋轉(zhuǎn)攪拌頭3的同時將攪拌頭3插入到要接合的部件中，并因此產(chǎn)生摩擦熱。摩擦熱在接合部位處造成第一部件6和第二部件7的軟化和塑性流動。結(jié)果，第一部件6和第二部件7被接合起來，并且形成接合部。

在本實施例中，當(dāng)t(mm)表示第二部件的厚度并且第二部件插入體積V(mm³)表示在按壓步驟中攪拌頭3插入到第二部件7中的體積時，V與t之間的關(guān)系滿足下式(1)：

V≥2.75t²+8.19t-4.19(t≥0.5mm)…(1)。

將攪拌頭3插入到第一部件6和第二部件7的接合部位中，使得V與t之間的關(guān)系滿足上式(1)，并利用按壓進行接合以形成接合部。結(jié)果，可以增大接合部的拉伸剪切負(fù)載，從而可以增大接合強度。

在本實施例中，第二部件插入體積V(mm³)與第二部件的厚度t(mm)之間的關(guān)系優(yōu)選地滿足下式(2)：

V≥3.25t²+9.62t-4.48(t≥0.5mm)…(2)。

結(jié)果，可以進一步增大接合部的拉伸剪切負(fù)載，從而可以進一步增大接合強度。因為引入上式(1)和上式(2)的描述和原因與上述相同，所以將不重復(fù)這些描述。

在本實施例，當(dāng)h(mm)表示攪拌頭3插入到第二部件7中的深度時，h與第二部件7的厚度t(mm)之間的比率h/t優(yōu)選地不小于0.25且不大于0.75。結(jié)果，在攪拌頭頂端直徑d和鉤掛高度H沒有過度增大的情況下，滿足上式(1)或上式(2)。因為比率h/t的細(xì)節(jié)也如上所述，所以將不重復(fù)這些描述。

在本實施例中使用的摩擦點焊工具1中，攪拌頭3優(yōu)選地包括與肩部5相連的側(cè)面，并且該側(cè)面優(yōu)選地相對于旋轉(zhuǎn)軸線4呈不小于0°且不大于15°的角度θ。結(jié)果，摩擦點焊工具1的形狀可以變?yōu)槿缦滦螤睿嚎梢詼p少將攪拌頭3插入到要接合的部件中所需的負(fù)載，并可以將足夠的表面壓力經(jīng)由肩部5施加至第一部件6。因為角度θ的細(xì)節(jié)也如上所述，所以將不重復(fù)這些描述。

在本實施例中使用的摩擦點焊工具1中，攪拌頭3優(yōu)選地包括與肩部5連接的側(cè)面，并且肩部5優(yōu)選地從肩部的外邊緣至與側(cè)面相交的部分呈缽狀凹陷形狀。結(jié)果，可以在利用按壓進行接合期間防止第一部件6和第二部件7因被攪拌頭3推出而從肩部5中溢出。因此，得到了所形成的接合部的更好的外觀。另外，因為肩部5的外邊緣按住要接合的部件(例如，第一部件6)，所以可以防止摩擦點焊工具在接合期間振動。

在按壓步驟中的摩擦點焊工具1的轉(zhuǎn)速(在下文中也被表示為“工具轉(zhuǎn)速”)、借助于摩擦點焊工具1施加至接合部位的負(fù)載(在下文中被表示為“接合負(fù)載”)以及由摩擦點焊工具1進行按壓的時間(在下文中也表示為“接合時間”)不受特別限制，并可以根據(jù)攪拌頭3的形狀、攪拌頭3的尺寸以及作為要接合的部件的第一部件6和第二部件7的尺寸等而被合適地確定。當(dāng)工具轉(zhuǎn)速、接合負(fù)載以及接合時間中的任一者或全部過小時，不能充分地將攪拌頭3推入到要接合的部件中，因此，難以得到高接合強度。另一方面，當(dāng)工具轉(zhuǎn)速、接合負(fù)載和接合時間中的任一者或全部過大時，接合部分的溫度變得太高，因此可能降低接合部的強度。另外，摩擦點焊工具可能損壞。

實例

在下文中將參考實例來更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于這些實例。

<實例1>

在No.1-1至No.1-6中的每一者中，制造出摩擦點焊工具，并且使用制造出的摩擦點焊工具將第一部件和第二部件接合起來，從而評估摩擦點焊工具。

(柱體)

在No.1-1至No.1-6中的每一者中制成的摩擦點焊工具包括：柱體，該柱體的頂端處具有肩部；以及筒狀或截錐形的攪拌頭，攪拌頭從肩部沿旋轉(zhuǎn)軸線的延伸方向凸出。攪拌頭包括與肩部相連的側(cè)面。肩部從肩部的外邊緣至與側(cè)面相交的部分呈缽狀凹陷形狀，并且肩部的直徑(即，柱體直徑)為10mm。

(攪拌頭)

表1示出了在No.1-1至No.1-6中的每一者中制成的摩擦點焊工具的攪拌頭形狀、攪拌頭頂端半徑r、攪拌頭錐角θ以及攪拌頭長度l。“攪拌頭形狀”在表1中表示攪拌頭具有筒狀或截錐形。在No.1-1至No.1-6中，攪拌頭形狀被設(shè)定為具有表1所示的形狀，并且攪拌頭頂端半徑r、攪拌頭錐角θ和攪拌頭長度l被設(shè)定為具有表1所示的值，因此，滿足上式(1)(在表1中的“式(1)的滿足”部分中示出為“滿足”)。在No.1-2至No.1-4中，滿足上式(2)(在表1中的“式(2)的滿足”部分中示出為“滿足”)。然而，在No.1-1、No.1-5和No.1-6中，不滿足上式(2)(在表1中的“式(2)的滿足”部分中示出為“不滿足”)。

<摩擦點焊工具的材料>

在No.1-1至No.1-6中，使用硬質(zhì)合金作為摩擦點焊工具的材料。通過燒結(jié)平均粒度為2μm的WC晶粒制造硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金的成分為：Co為3wt％(重量百分比)而WC為97wt％(重量百分比)。

(制造摩擦點焊工具的方法)

在No.1-1至No.1-6中，如下所述那樣制造摩擦點焊工具。具體而言，混合上述WC晶粒，并進一步添加乙醇，然后用磨碎機攪拌混合物8個小時。使乙醇揮發(fā)，然后以100MPa的壓力單軸地按壓混合物，并在1500℃下燒結(jié)2個小時。用金剛石磨石等研磨由此得到的燒結(jié)體。由此制成摩擦點焊工具。

(涂覆膜)

在No.1-1至No.1-6中，利用真空電弧氣相沉積法在摩擦點焊工具的整個表面上形成膜厚度為4μm的Al_0.57Ti_0.38Si_0.05N膜(涂覆膜)，以防止氧化并提高摩擦點焊工具的耐磨性。

(制備步驟)

在No.1-1至No.1-6中，為第一部件(要接合的部件)制備一塊厚度為1.2mm且拉伸強度為980MPa的超高張力鋼板，為第二部件(要接合的部件)制備一塊厚度為1.2mm且拉伸強度為980MPa的超高張力鋼板(表1)。為了通過基于JIS Z 3136:1999方法的剪切測試來評估接合部的拉伸剪切負(fù)載，將第一部件和第二部件中的每一者的尺寸設(shè)定成寬度為30mm且長度為100mm。將制備出的第一部件和第二部件疊置起來，以形成30mm的疊置部，并且將疊置部用作接合部位。

(按壓步驟)

在使摩擦點焊工具圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的同時，將攪拌頭插入到在第二部件的厚度方向上比第一部件和第二部件的接觸面更深的深度處。結(jié)果，將第一部件和第二部件接合起來。根據(jù)摩擦點焊工具的形狀將工具轉(zhuǎn)速設(shè)定為1500rpm，將接合負(fù)載設(shè)定為1500kgf并將接合時間調(diào)整在1.5s至3.0s，從而形成接合部。

(第二部件插入體積V與第二部件的厚度t之間的關(guān)系)

表1示出了當(dāng)使用No.1-1至No.1-6中的每一者中的摩擦點焊工具將第一部件和第二部件接合起來時的第二部件剩余厚度t’、第二部件插入深度h、h/t以及第二部件插入體積V。

具體而言，首先用千分尺(由三豐公司(Mitutoyo Corporation)制造的型號No.“CPM30-25MJ”)測量第二部件剩余厚度t’。根據(jù)該測量結(jié)果(第二部件剩余厚度t’)、第二部件的厚度t、攪拌頭頂端半徑r和攪拌頭錐角θ來計算第二部件插入體積V。

<比較例1>

除了改變攪拌頭形狀、攪拌頭頂端半徑r、攪拌頭錐角θ和攪拌頭長度l之外使用與No.1-1至No.1-6的方法相同的方法來制造表1中的No.1-11至No.1-14中的每一者所示的摩擦點焊工具，因此，第二部件插入體積V的值與第二部件的厚度t之間的關(guān)系不再滿足上式(1)和上式(2)(表1中的“式(1)的滿足”部分和“式(2)的滿足”部分示出為“不滿足”)。

與實例1類似，使用制成的摩擦點焊工具將第一部件和第二部件接合起來。表1示出了在No.1-11至No.1-14中的第一部件和第二部件的拉伸強度、第二部件的厚度t、攪拌頭形狀、攪拌頭頂端半徑r、攪拌頭錐角θ、攪拌頭長度l、第二部件剩余厚度t’、第二部件插入深度h、h/t和第二部件插入體積V。

<實例2>

除了改變攪拌頭形狀、攪拌頭頂端半徑r、攪拌頭錐角θ和攪拌頭長度l之外使用與No.1-1至No.1-6的方法相同的方法來制造表1中的No.2-1to No.2-6中的每一者所示的摩擦點焊工具，使用制成的摩擦點焊工具接合的第一部件和第二部件的厚度、寬度、長度以及疊置部分別改變?yōu)?.5mm、40mm、125mm和40mm，并且接合時間被調(diào)整在2.0s至3.4s。與實例1類似，使用制成的摩擦點焊工具將第一部件和第二部件接合起來。

表1示出了在No.2-1至No.2-6中的第一部件和第二部件的拉伸強度、第二部件的厚度t、攪拌頭形狀、攪拌頭頂端半徑r、攪拌頭錐角θ、攪拌頭長度l、第二部件剩余厚度t’、第二部件插入深度h、h/t和第二部件插入體積V。在No.2-1至No.2-6中，攪拌頭形狀被設(shè)定為具有表1所示的形狀，并且攪拌頭頂端半徑r、攪拌頭錐角θ和攪拌頭長度l被設(shè)定為具有表1所示的值，因此，滿足上式(1)(在表1中的“式(1)的滿足”部分中示出為“滿足”)。在No.2-3和No.2-4中，滿足上式(2)(在表1中的“式(2)的滿足”部分中示出為“滿足”)。然而，在No.2-1、No.2-2、No.2-5、No.2-6中，不滿足上式(2)(在表1中的“式(2)的滿足”部分中示出為“不滿足”)。

<比較例2>

除了改變攪拌頭形狀、攪拌頭頂端半徑r、攪拌頭錐角θ和攪拌頭長度l之外使用與No.2-1至No.2-6的方法相同的方法來制造表1中的No.2-11to No.2-13中的每一者所示的摩擦點焊工具，因此，第二部件插入體積V的值與第二部件的厚度t之間的關(guān)系不再滿足上式(1)和上式(2)(表1中的“式(1)的滿足”部分和“式(2)的滿足”部分示出為“不滿足”)。

與實例2類似，使用制成的摩擦點焊工具將第一部件和第二部件接合起來。表1示出了在No.2-11至No.2-13中的第一部件和第二部件的拉伸強度、第二部件的厚度t、攪拌頭形狀、攪拌頭頂端半徑r、攪拌頭錐角θ、攪拌頭長度l、第二部件剩余厚度t’、第二部件插入深度h、h/t和第二部件插入體積V。

<實例3>

除了改變攪拌頭形狀、攪拌頭頂端半徑r、攪拌頭錐角θ和攪拌頭長度l之外使用與No.1-1至No.1-6的方法相同的方法來制造表1中的No.3-1至No.3-6中的每一者所示的摩擦點焊工具，使用制成的摩擦點焊工具接合的第一部件和第二部件的厚度改變?yōu)?.0mm，第一部件和第二部件中的每一者改變?yōu)槔鞆姸葹?90MPa的高張力鋼板，工具轉(zhuǎn)速改變成1000rpm，并且接合負(fù)載改變成1200kgf。與實例1類似，使用制成的摩擦點焊工具將第一部件和第二部件接合起來。

表1示出了No.3-1至No.3-6中的第一部件和第二部件的拉伸強度、第二部件的厚度t、攪拌頭形狀、攪拌頭頂端半徑r、攪拌頭錐角θ、攪拌頭長度l、第二部件剩余厚度t’、第二部件插入深度h、h/t和第二部件插入體積V。在No.3-1至No.3-6中，攪拌頭形狀被設(shè)定為具有表1所示的形狀，并且攪拌頭頂端半徑r、攪拌頭錐角θ和攪拌頭長度l被設(shè)定為具有表1所示的值，因此，滿足上式(1)(在表1中的“式(1)的滿足”部分中示出為“滿足”)。在No.3-1至No.3-4中，滿足上式(2)(在表1中的“式(2)的滿足”部分中示出為“滿足”)。然而，在No.3-5和No.3-6中，不滿足上式(2)(在表1中的“式(2)的滿足”部分中示出為“不滿足”)。

<比較例3>

除了改變攪拌頭形狀、攪拌頭頂端半徑r、攪拌頭錐角θ和攪拌頭長度l之外使用與No.3-1至No.3-6的方法相同的方法來制造表1中的No.3-11to No.3-13中的每一者所示的摩擦點焊工具，因此，第二部件插入體積V的值與第二部件的厚度t之間的關(guān)系不再滿足上式(1)和上式(2)(表1中的“式(1)的滿足”部分和“式(2)的滿足”部分示出為“不滿足”)。

與實例3類似，使用制成的摩擦點焊工具將第一部件和第二部件接合起來。表1示出了在No.3-11至No.3-13中的第一部件和第二部件的拉伸強度、第二部件的厚度t、攪拌頭形狀、攪拌頭頂端半徑r、攪拌頭錐角θ、攪拌頭長度l、第二部件剩余厚度t’、第二部件插入深度h、h/t和第二部件插入體積V。

<評估方法>

在No.1-1至No.1-6、No.2-1至No.2-6和No.3-1至No.3-6以及No.1-11至No.1-14、No.2-11至No.2-13和No.3-11至No.3-13中，根據(jù)JIS Z 3136：1999方法對使用摩擦點焊工具形成的接合部進行剪切測試，從而評估拉伸剪切負(fù)載(KN)。表1示出了結(jié)果。

<評估結(jié)果>

根據(jù)表1，在所有No.1-11至No.1-14、No.2-11至No.2-13和No.3-11至No.3-13(其中，第二部件插入體積V的值與第二部件的厚度t之間的關(guān)系不滿足上式(1))中，接合部的拉伸剪切負(fù)載小于JIS A-級最小值要求的拉伸剪切負(fù)載(表1中的“基于JIS Z 3140：1989的拉伸剪切負(fù)載等級”部分中示出了“小于JIS A-級最小值”)。另一方面，在所有No.1-1至No.1-6、No.2-1至No.2-6和No.3-1至No.3-6(其中，滿足上式(1))中，接合部的拉伸剪切負(fù)載大于或等于JIS A-級最小值要求的值(表1中的“基于JIS Z3140:1989的拉伸剪切負(fù)載等級”部分中示出為“大于或等于JIS A-級最小值”或“大于或等于JIS A-級平均值”)。因此，清楚的是，本實例的摩擦點焊工具可以增大接合部的拉伸剪切負(fù)載，并形成具有高接合強度的接合部。

另外，在所有No.1-2至No.1-4、No.2-3和No.2-4以及No.3-1至No.3-4(其中，第二部件插入體積V的值與第二部件的厚度t之間的關(guān)系滿足上式(2))中，接合部的拉伸剪切負(fù)載大于或等于JIS A-級平均值要求的值(表1中的“基于JIS Z 3140:1989的拉伸剪切負(fù)載等級”部分中示出為“大于或等于JIS A-級平均值”)。因此，清楚的是，滿足上式(2)的摩擦點焊工具可以進一步增大接合部的拉伸剪切負(fù)載，并形成具有更高接合強度的接合部。

雖然以上已描述了本發(fā)明的實施例和實例，但從開始就意圖適當(dāng)?shù)亟M合上述實施例和實例的構(gòu)造。

應(yīng)理解的是，本文所公開的實施例和實例是示例性的，并且在各個方面都不受限。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書的術(shù)語限定而不是以上描述限定，并意圖包括與權(quán)利要求書的術(shù)語等同的含義和范圍內(nèi)的任何修改。

附圖標(biāo)記列表

1摩擦點焊工具；2柱體；3攪拌頭；4旋轉(zhuǎn)軸線；5肩部；6第一部件；7第二部件；8第一部件和第二部件的接觸面。