攪拌摩擦點焊用旋轉工具及使用該旋轉工具的攪拌摩擦點焊方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及攪拌摩擦點焊點焊用旋轉工具及使用該旋轉工具的攪拌摩擦點焊方 法，特別是，涉及如下的旋轉工具及攪拌摩擦點焊方法，該旋轉工具能夠將兩者中至少一者 由Mg含量較高的鋁合金構成的兩個鋁材的疊合物以較高的焊接強度有利地進行攪拌摩擦 點焊，該攪拌摩擦點焊方法為使用該旋轉工具并使這樣的兩個鋁材的疊合物有利地進行攪 拌摩擦點焊的方法。
【背景技術】
[0002] 近年，研宄了如下一種技術：作為在焊接時熱輸入較少、且軟化、應變的程度較小 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件焊接的攪拌摩擦焊接法、 并使多個金屬構件的疊合部位點焊，由此明確了 ：接頭質量比以往的利用電阻點焊、鉚釘進 行的焊接的接頭質量好，而能夠穩(wěn)定地獲得良好的焊接狀態(tài)。
[0003] 另外，這樣的攪拌摩擦點焊方法基本上使用在桿形狀的工具主體的頂端設有銷形 狀的硬質探針而形成的構造的銷型工具（旋轉工具），一邊使該銷形工具高速旋轉一邊插 入預定的金屬構件的疊合部位，然后，通過將由該銷型工具的工具主體的頂端部構成的臺 肩部按壓至疊合部位，在這些臺肩部、探針與疊合部位之間產生摩擦熱而使材料塑性流動， 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現(xiàn)金屬構件的疊 合部位的點焊，但為了充分地確保這樣的點焊部位的焊接強度（接頭強度），需要在該疊合 部位的焊接界面充分地進行攪拌。
[0004] 另一方面，一直以來提出了許多為了在攪拌摩擦焊接時提高旋轉工具所產生的攪 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號公報等中， 提出了將探針做成螺紋形狀而形成的構造的工具，另外在日本特開2003 - 326371號公 報中，提出了一種在臺肩端面、探針配置各種圖案而形成的構造的工具，而且，在日本特開 2004 - 58084號公報中，提出了一種在臺肩端面的整周上形成有具有三角形的截面形狀的 槽而形成的構造的工具。而且，在日本特開2002 - 336977號公報等中，提出了一種使臺肩 端面在比其外周緣靠探針基部側的位置凹陷而形成的構造的工具，而且，另外在日本特開 2004 - 106037號公報中，提出了一種使臺肩端面以圓弧狀凹陷而形成的構造的工具。
[0005] 然而，在對像日本JISA5154、A5056、A5182等這樣的、含有3% (質量基準，以下相 同）以上的Mg的、高Mg含量的鋁合金材質進行焊接的情況下，由于在由該焊接操作而產生 的氧化膜中以較高的比例存在堅固的Mg氧化物，因此，氧化膜自身變得堅固，而在進行焊 接的界面存在這樣的氧化膜時，由于該氧化膜被難以破壞，因此，在攪拌摩擦部位產生須狀 的未焊接部、鉤狀的未焊接部而無法進行穩(wěn)固的焊接，從而引起焊接強度容易變得不足的 問題。特別是，在應用了上述的攪拌摩擦點焊的情況下，需要在攪拌金屬的攪拌力的作用下 將該堅固的氧化膜破壞而直接攪拌被焊接材質的金屬來確保焊接強度，但即使使用采取了 上述提案的提高攪拌力的對策的旋轉工具，在將兩者中至少一者為高Mg含量的鋁合金材 質的兩個鋁材的疊合部焊接時，也難以獲得充分的焊接強度。
[0006] 現(xiàn)有技術文獻
[0007] 專利文獻
[0008] 專利文獻1 :日本特開2003 - 326372號公報
[0009] 專利文獻2 :日本特開2003 - 326371號公報
[0010] 專利文獻3 :日本特開2004 - 58084號公報
[0011] 專利文獻4 :日本特開2002 - 336977號公報
[0012] 專利文獻5 :日本特開2004 - 106037號公報

【發(fā)明內容】

[0013] 發(fā)明要解決的問題
[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 兩個鋁材疊合并進行攪拌摩擦點焊時，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Mg含量鋁合金材質，也能夠實現(xiàn)較高焊接強度的攪拌摩擦點焊用旋轉工具、 和使用該旋轉工具能夠有利地進行攪拌摩擦點焊的方法。
[0015] 用于解決問題的方案
[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焊用旋轉工 具，該旋轉工具向兩個鋁材的疊合部位插入以在繞軸心旋轉的圓柱狀的工具主體的頂端中 心部同軸突出的方式設置的探針，來對這兩個鋁材的疊合物進行攪拌摩擦點焊，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造構成，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 形成為第一臺肩面，該第一臺肩面呈朝向徑向內側去逐漸凹陷、且在比該工具主體的頂端 外周緣進入到該工具主體內的位置處與上述中間探針的基部連結的形狀，而且，將該中間 探針的頂端面形成為第二臺肩面，該第二臺肩面呈朝向徑向內側去逐漸凹陷、且在比該中 間探針的頂端外周緣進入到該中間探針內的位置處與上述中心探針的基部連結的形狀。
[0017] 另外，根據(jù)這樣的遵照本發(fā)明而得到的攪拌摩擦點焊用旋轉工具的一個優(yōu)選的方 式，上述第一臺肩面和/或上述第二臺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焊用旋轉工具另一優(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焊用旋轉工具能夠有利地應用于在 兩者中至少一者為含有3質量％以上Mg的鋁合金材質的兩個鋁材的疊合部位進行的點焊。
[0020] 而且，在該遵照本發(fā)明而得到的攪拌摩擦點焊用旋轉工具的一個優(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，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。
[0021] 另外，根據(jù)這樣的遵照本發(fā)明而得到的攪拌摩擦點焊用旋轉工具的另一優(yōu)選的方 式，上述第一臺肩面的傾斜角度（S 1)在10°~30°的范圍內，根據(jù)另一優(yōu)選的方式，上述 第二臺肩面的傾斜角度（θ2)在10°~30°的范圍內。
[0022] 另外，在使用了上述的攪拌摩擦點焊用旋轉工具的遵照本發(fā)明的攪拌摩擦點焊方 法中，其主旨在于提供一種攪拌摩擦點焊方法，該攪拌摩擦點焊方法為：對兩個鋁材的疊合 部位插入旋轉工具中的以在繞軸心旋轉的圓柱狀的工具主體的頂端中心部同軸突出的方 式設置的探針，來對這兩個鋁材的疊合物進行攪拌摩擦點焊，其特征在于，作為上述旋轉工 具，上述探針由包括中間探針和中心探針的階梯構造構成，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 成為第一臺肩面，該第一臺肩面呈朝向徑向內側去逐漸凹陷、且在比該工具主體的頂端外 周緣進入到該工具主體內的位置處與上述中間探針的基部連結的形狀，