專利名稱:異種件接合體及其接合方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及用于接合鋁件和碳素鋼件的摩擦攪拌接合技木。
背景技術(shù):
通過(guò)摩擦攪拌接合法接合兩種金屬件的技術(shù),已知例如如專利文獻(xiàn)I公開(kāi)的技木。圖9示出了該摩擦攪拌接合法。參照?qǐng)D9,將鋁板102重疊在鋁板101上,在使摩擦攪拌接合工具103的接合探針104向逆時(shí)針?lè)较?X方向)旋轉(zhuǎn)的同時(shí),使其向Y方向移動(dòng),由此鋁板101與鋁板102接合。
已知上述的摩擦攪拌接合法也能夠應(yīng)用于材質(zhì)不同的異種件的接合。本申請(qǐng)發(fā)明人進(jìn)行了如下試驗(yàn)利用碳素鋼板代替下面的鋁板101,將鋁板102重疊在該碳素鋼件上,在使摩擦攪拌接合工具103的接合探針104向逆時(shí)針?lè)较?X方向)旋轉(zhuǎn)的同時(shí),使其向Y方向移動(dòng),由此碳素鋼板與鋁板102接合。然后,進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)。于是,發(fā)現(xiàn)在比目標(biāo)載荷小的拉伸載荷作用下接合部斷裂。即,在專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)的技術(shù)不適合異種件接合,因此尋求更適合異種件接合的接合技術(shù)?,F(xiàn)有技術(shù)文件專利文獻(xiàn)專利文件I :日本特開(kāi)2006-192501號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題本發(fā)明的課題在于提供更適合異種件接合的接合技木。用于解決課題的技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面,提供一種異種件接合體,利用通過(guò)摩擦攪拌接合而形成的接合部接合碳素鋼件和鋁件,并在以所述接合部為基準(zhǔn)對(duì)所述鋁件的一方側(cè)施加比另ー方側(cè)大的輸入載荷的形態(tài)下使用,所述異種件接合體具備所述碳素鋼件;與所述碳素鋼件重疊的所述鋁件;以及利用從所述鋁件側(cè)被插入的接合探針形成的接合部,在所述接合部的與所述接合探針的移動(dòng)軸線正交的剖面,伴隨所述摩擦攪拌接合而產(chǎn)生的塑性流動(dòng)部的卷起高度小的區(qū)域配置在所述鋁件的所述一方側(cè),所述塑性流動(dòng)部的卷起高度大的區(qū)域配置在所述鋁件的所述另一方側(cè)。這樣,在本發(fā)明中,著眼于塑性流動(dòng)部的卷起高度。若卷起高度大則接合部上的完整部的長(zhǎng)度變小。反之,若卷起高度小則接合部上的完整部的長(zhǎng)度變大。若完整部的長(zhǎng)度大,則接合強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度)提高。使塑性流動(dòng)部的卷起高度小的區(qū)域位于載荷輸入大的一方。其結(jié)果是,能夠提高異種件接合體的整體的強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供一種異種件接合體的接合方法,所述異種件利用通過(guò)摩擦攪拌接合而形成的接合部接合碳素鋼件和鋁件,并且在以該接合部為基準(zhǔn)對(duì)所述鋁件的一方側(cè)施加比另一方側(cè)大的輸入載荷的形態(tài)下使用,所述異種件接合體的接合方法包括如下步驟將所述鋁件與所述碳素鋼件重疊的步驟;從所述鋁件側(cè)插入接合探針的步驟;和以所述鋁件的所述一方側(cè)配置在如下這ー側(cè)的方式進(jìn)行摩擦攪拌接合的步驟,在所述這ー側(cè),所述接合探針的移動(dòng)方向與所述接合探針的旋轉(zhuǎn)方向相反。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,使接合探針的移動(dòng)方向與接合探針的旋轉(zhuǎn)方向相反的一側(cè)成為輸入載荷大的ー側(cè)來(lái)進(jìn)行摩擦攪拌接合。在接合探針的移動(dòng)方向與接合探針的旋轉(zhuǎn)方向相反的ー側(cè),塑性流動(dòng)部的卷起高度變小,完整部的長(zhǎng)度變大,接合強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度)得以提高。其結(jié)果是,能夠提高異種件結(jié)合體的整體強(qiáng)度。
圖I是說(shuō)明將鋁件重疊到碳素鋼件上的エ序的圖。圖2是說(shuō)明進(jìn)行摩擦攪拌接合的エ序的圖。 圖3是說(shuō)明接合探針的旋轉(zhuǎn)方向和載荷作用部之間的位置關(guān)系的圖。圖4是示出塑性流動(dòng)部的卷起部的剖視圖。圖5是通過(guò)接合而完成的異種件接合體的立體圖。圖6是示出異種接合體的完整部的長(zhǎng)度的剖視圖。圖7是示出接合后的異種接合體的拉伸強(qiáng)度的測(cè)定法的圖。圖8是示出異種接合體的完整部的長(zhǎng)度和拉伸強(qiáng)度之間的關(guān)系的圖。圖9是示出以往的異種件的摩擦攪拌接合法的圖。
具體實(shí)施例方式下面,基于附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施例如圖I所示,將鋁件12重疊在碳素鋼件11上(重疊異種件的エ序)。碳素鋼件11例如是經(jīng)過(guò)沖壓加工形成的270MPa級(jí)鍍鋅鋼板(JIS G 3302)。鋁件12是例如鋁合金鑄件(AC4CH-T5 (JIS H 5202))。接著,如圖2所示,從鋁件12側(cè)插入摩擦攪拌接合工具13的接合探針14,通過(guò)使接合探針14高速旋轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行摩擦攪拌接合(接合エ序)。而且,支承接合探針14的部位是上述工具3的軸肩13a,該軸肩13a接觸鋁件12的上表面,或者沒(méi)入少許。如圖2所不,以接合部15為基準(zhǔn),對(duì)圖左側(cè)的部分的招件12不施加載荷,對(duì)圖右側(cè)的部分的鋁件12作用載荷。這樣,在鋁件12上存在未作用有載荷的部位和作用有載荷的部位。將載荷作用的部位稱為載荷作用部16。即,以接合部15為基準(zhǔn),圖左側(cè)為載荷作用相反側(cè),圖右側(cè)為載荷作用側(cè)。如圖3所示,在接合探針14的移動(dòng)方向是箭頭(I)的情況下,箭頭(3)所示的旋轉(zhuǎn)方向與接合探針14的移動(dòng)方向相同。另ー方面,箭頭(4)所示的旋轉(zhuǎn)方向與接合探針14的移動(dòng)方向相反。在本實(shí)施例中,將該箭頭(4)側(cè)與載荷作用側(cè)16—致。S卩,在接合エ序中,將載荷作用部16配置于接合探針14的移動(dòng)方向(箭頭(I))與接合探針的旋轉(zhuǎn)方向相反的那ー側(cè)(箭頭(4))。放大接合部15的剖面,如圖4所示,在接合部15的底部,能夠看到塑性流動(dòng)部17及在該塑性流動(dòng)部17的兩端產(chǎn)生的卷起部17a、17b。在使接合工具高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將該接合工具插入直到軸肩接觸材料并移動(dòng)該接合工具,由此該卷起部17a、17b進(jìn)行接合,所述接合工具在接合探針14 (圖2)的末端帶有被稱為探針的突起。另外,塑性流動(dòng)部17,在接合過(guò)程中呈流動(dòng)化狀態(tài),但接合后被冷卻,成為凝固狀態(tài)。進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的工具的軸肩13a (圖2)及接合探針14 (圖2)與材料(鋁件)12產(chǎn)生摩擦熱,被該熱軟化的材料,在由工具的旋轉(zhuǎn)引起的塑性流動(dòng)中被攪拌而接合。在接合過(guò)程中,由于被探針14加工的螺旋效果,軟化的材料向下流動(dòng)。向下的流動(dòng)被下側(cè)的材料(碳素鋼件)11阻擋,而變?yōu)槌蛲鈧?cè)擴(kuò)展且方向變成朝向軸肩。于是,在塑性流動(dòng)區(qū)域的外緣,周圍軟化的材料被牽拉而提升,并呈楔狀侵入到上板(鋁件)12中。該現(xiàn)象是卷起,在其外周部存在未接合部。由于向上板12的侵入,原板厚只在卷起的部分處板厚減少,因此,只在該部分,強(qiáng)度降低。特別是在異種件接合中,除上述的卷起之外,還會(huì)引起鐵或存在于界面的防銹用的鍍層成分(例如鋅(Zn))的卷入。因此,在鋁件和碳素鋼件的異種件接合部顯著地產(chǎn)生卷起部 17a、17b。關(guān)于這些卷起部17a、17b的高度(厚度),相對(duì)于載荷作用部16側(cè)的卷起部17b的高度Hl,離載荷作用部16較遠(yuǎn)側(cè)的卷起部17a的高度H2較大。若卷起高度H2高,則接合部上的完整部的長(zhǎng)度變小。反之,若卷起高度Hl低則接合部上的完整部的長(zhǎng)度變大。若完整部的長(zhǎng)度大,則期待提高接合強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度)?;趯?shí)驗(yàn),下面敘述接合強(qiáng)度的大小。S卩,本實(shí)施例的異種件接合體18通過(guò)如下方式使用在因摩擦攪拌接合而產(chǎn)生的接合部15接合碳素鋼件11和鋁件12,并以所述接合部15為基準(zhǔn)對(duì)所述鋁件12的載荷作用部側(cè)(卷起部17b側(cè))施加比離載荷作用部側(cè)較遠(yuǎn)的ー側(cè)(卷起部17a側(cè))大的輸入載荷,該異種件接合體18由如下部分組成碳素鋼件11 ;重疊在該碳素鋼件11上的鋁件12 ;以及接合部15,其由從該鋁件12側(cè)被插入的接合探針14 (圖2)形成,在與該接合探針14的移動(dòng)軸線(圖2的箭頭(I))正交的剖面中,伴隨著所述摩擦攪拌接合而產(chǎn)生的塑性流動(dòng)部17的卷起高度Hl低的區(qū)域配置在載荷作用部側(cè)(卷起部17b側(cè)),塑性流動(dòng)部17的卷起高度H2高的區(qū)域配置在離載荷作用部較遠(yuǎn)的ー側(cè)(卷起部17a)偵U。這樣的異種件接合體18的結(jié)構(gòu),能夠應(yīng)用在車輛的車架上,也能夠應(yīng)用在車輛以外的金屬制結(jié)構(gòu)物上。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)這樣的異種件接合體18在強(qiáng)度方面優(yōu)越。接下來(lái)說(shuō)明該實(shí)驗(yàn)的一個(gè)例子。(實(shí)驗(yàn)例)下面敘述本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)例。而且,本發(fā)明不限定于實(shí)驗(yàn)例。進(jìn)備:準(zhǔn)備表I所示的鋁件和碳素鋼件。表I
權(quán)利要求
1.一種異種件接合體, 所述異種件接合體利用通過(guò)摩擦攪拌接合而形成的接合部接合碳素鋼件和鋁件,并且,所述異種件接合體使用于以所述接合部為基準(zhǔn)對(duì)所述鋁件的一方側(cè)施加比另一方側(cè)大的輸入載荷的形態(tài),其特征在于, 所述異種件接合體具備 所述碳素鋼件; 與所述碳素鋼件重疊的所述鋁件;和 以及利用從所述鋁件側(cè)被插入的接合探針形成的接合部, 所述接合部構(gòu)成為,在與所述接合探針的移動(dòng)軸線正交的剖面中,伴隨所述摩擦攪拌接合而產(chǎn)生的塑性流動(dòng)部的卷起高度小的區(qū)域配置在所述鋁件的所述一方側(cè),所述塑性流動(dòng)部的卷起高度大的區(qū)域配置在所述鋁件的所述另一方側(cè)。
2.一種異種件接合體的接合方法, 所述異種件接合體利用通過(guò)摩擦攪拌接合而形成的接合部接合碳素鋼件和鋁件,并且,所述異種件接合體使用于以該接合部為基準(zhǔn)對(duì)所述鋁件的一方側(cè)施加比另一方側(cè)大的輸入載荷的形態(tài),其特征在于, 所述異種件接合體的接合方法包括如下步驟 將所述鋁件與所述碳素鋼件重疊的步驟; 從所述鋁件側(cè)插入接合探針的步驟;以及 以所述鋁件的所述一方側(cè)配置于如下這一側(cè)的方式進(jìn)行摩擦攪拌接合的步驟,在所述這一側(cè),所述接合探針的移動(dòng)方向與所述接合探針的旋轉(zhuǎn)方向相反。
全文摘要
公開(kāi)了利用摩擦攪拌接合將碳素鋼件(11)和鋁件(12)接合而成的異種件接合體及其接合方法。以被所述接合探針(14)接合的所述接合部(15)為基準(zhǔn),伴隨所述摩擦攪拌接合而產(chǎn)生的塑性流動(dòng)部(17)的卷起高度小的區(qū)域的接合部(15)位于所述鋁件(12)的一方側(cè),所述塑性流動(dòng)部(17)的卷起高度大的區(qū)域的所述接合部(15)位于所述鋁件(12)的另一方側(cè)。
文檔編號(hào)B23K20/12GK102821906SQ20118001728
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者矢羽羽隆憲, 小林努 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社