(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦撹拌ツールの回転プローブを、アルミニウムの融点よりも高い融点とアルミニウムの熱伝導率よりも低い伝導率を有する低伝導で高融点の金属又は金属合金であるワークピース又は一組のワークピースの間の接合領域に入れることを含む摩擦撹拌方法であって、
前記プローブが前記ワークピースと接触する単一の肩部から伸び、前記肩部に対して回転し、
前記肩部が前記ワークピースに対して回転しない、
ことを特徴とする摩擦撹拌方法。
【請求項２】
前記ワークピース間の接合線に沿って前記ツールを移動させることをさらに含むことを特徴とする、一組のワークピースを接合する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ワークピースに設定される線に沿って前記ツールを移動させることをさらに含むことを特徴とする、ワークピースを加工処理する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記肩部がスライド部材を画定することを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記肩部が、隣接するワークピースの１つ又は複数の表面に合うように形作られることを特徴とする請求項１−４のいずれかひとつに記載の方法。
【請求項６】
前記肩部と前記ワークピース間の領域に遮蔽ガスを供給することを特徴とする請求項１−５のいずれかひとつに記載の方法。
【請求項７】
前記肩部と前記ワークピース間の領域に冷却剤及び／又は潤滑剤を供給することを特徴とする請求項１−６のいずれかひとつに記載の方法。
【請求項８】
前記肩部が１つを越える部品から構成され、前記プローブ近傍の部品が、アルミニウムの融点よりも高い融点を有することを特徴とする請求項１−７のいずれかひとつに記載の方法。
【請求項９】
前記又は各ワークピースが、
チタン及び合金
鉄、鋼鉄及びその他の合金
ニッケル及び合金
バナジウム及び合金
クロム及び合金
マンガン及び合金
コバルト及び合金
ジルコニウム及び合金
パラジウム及び合金
ハフニウム及び合金
プラチナ及び合金
を含むグループから選択されることを特徴とする請求項１−８のいずれかひとつに記載の方法。
【請求項１０】
前記ワークピースが異なる材料からできていることを特徴とする、請求項１−９のいずれかひとつに記載の一組のワークピースを接合する方法。
【請求項１１】
前記プローブが、前記ツールが接合線の終端部に近づくにつれて、回転しながら引っ込み、一方で前記肩部は前記ワークピースと接触したままであることを特徴とする少なくとも請求項２又は３に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属又は金属合金の融点が７００℃を越えることを特徴とする請求項１−１１のいずれかひとつに記載の方法。
【請求項１３】
前記金属又は金属合金の熱伝導率が２５０Ｗ／ｍＫに満たないことを特徴とする請求項１−１２のいずれかひとつに記載の方法。
【請求項１４】
請求項１−１３のいずれかひとつに記載の方法により接合された低伝導で高融点の金属又は金属合金の一組のワークピース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低伝導の高温金属及び金属合金を接合する又は加工処理する摩擦撹拌方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これに関連して、「高温金属及び金属合金」をアルミニウムの融解温度、つまりおよそ７００℃より高い融解温度を有する金属及び金属合金と定義する。「低伝導金属及び金属合金」を、アルミニウムより低い熱伝導率、つまり通常２５０Ｗ／ｍ  Ｋより低く、好ましくは１５０Ｗ／ｍ  Ｋ、及びさらに好ましくは１００Ｗ／ｍ  Ｋより低い熱伝導率を有する金属及び金属合金と定義する。低伝導の高温金属及び金属合金は高融点及び高強度を有し、一般に鉄合金、及び多量のニッケル、コバルト、クロム、モリブデン、タングステン、アルミニウム、チタン、ニオブ、タンタル、レニウム及びジルコニウムを含む材料を含む。これらの材料のタイプのいくつかは超合金と呼ばれる。それらは、高性能の航空宇宙産業及びその他の応用において幅広い利用を有するチタン合金も含む。
【０００３】
低伝導の高温金属及び金属合金は、従来、溶融法により接合されてきたが、摩擦撹拌溶接（ＦＳＷ）を使用してそれらを接合することが有益であると認められている。
【０００４】
摩擦撹拌溶接は、ワークピース材料より硬い材料のプローブが、接合領域及び接合領域の両側面上のワークピースの対向部分に入り、一方でプローブとワークピース間に相対的な循環運動(例えば、回転運動、軌道運動又は往復運動)を引き起こし、それにより摩擦熱が発生して、対向部分に可塑化状態をもたらし、随意的に、ワークピースとプローブの間に接合領域の方向に相対的な動きを引き起こし、プローブを取り除き、及び可塑化部分がワークピースを結合することを可能にする方法である。摩擦撹拌溶接の例は、ＥＰ−Ａ−０６１５４８０及びＷＯ９５／２６２５４に記載されている。
【０００５】
摩擦撹拌溶接の利点は、特に従来の融接技術と比較して、従来技術で広く報告されている。これらの利点は、消耗剤又は充てん剤の必要がない、長い溶接部でひずみが少ない、準備がほとんどいらない、固層である（ガス、孔又は飛び散りがない、低い熱入力である、及び溶けた溶融プールの固化が回避される）、優れた機械特性及び接合部の特徴を形成することを含む。
【０００６】
摩擦撹拌ツールはまた、単一のワークピースを加工処理するのにも使用できる。摩擦撹拌処理（ＦＳＰ）では、通常ＦＳＷで使用されるツールが溶接を作り出す接合線に沿って移動する代わりに、単一のワークピースの材料を介して移動し、その材料の特性に対して変化を与える。ツールの熱機械的な再処理作用により微細構造、物理的特性（塑性、強度など）及び化学的特性（耐食性など）における特定の局所的な変化がもたらされる。ＦＳＰはまた、鋳物及びその他の構造を強固にする及び修理するためにも使用され、例えば、シリンダー頭部の鋳物の孔を取り除くこと、及びそれらのチャネル／ポート周りの特性を改善することに役立つ。ＦＳＰの例はＵＳ６７１２９１６Ｂ、ＥＰ−Ａ−１１６００２９、ＪＰ２００５−３２４２４０Ａ、ＵＳ２００６−００３２８９１Ａ及びＵＳ６９９４９１６Ｂで見られる。
【０００７】
摩擦撹拌ツールは通常、大きい径の平面つまり、ドーム型の又は先細の肩部から突出する単純な円柱又は、わずかに先細になったプローブすなわち「ピン」を有する。この型のツールの通常例は、ＧＢ−Ａ−２３０６３６６に記載されている。単純なピンツールの多くの改良品が従来技術で既知である。従来技術から既知である別の共通な型のツールはＥＰ−Ａ−０６１５４８０に記載されているように、「ボビンツール」として知られている。この型のツールにより、ワークピース上のツールの作用で作り出される力に反応することがしばしば要求される裏当て部材の必要性が克服される。
【０００８】
ツールの他の例も既知である。それらは織目の表面のツール、ねじ付けられた及び溝付きのピンを伴うツール、交換可能なピン及び肩部から成るツール、及び応用に従って異なる材料の組み合わせから成るツールである。これらの例はＷＯ９５／２６２５４、ＷＯ０２／０９２２７３、ＵＳ６２７７４３０Ｂ１、ＷＯ９９／５２６６９、ＥＰ−Ａ−１３６１０１４、ＵＳ６６７６００４Ｂ１及びその他多くに見られる。
【０００９】
一般に摩擦撹拌溶接を使用して接合される通常のワークピース材料は、低い溶融温度であり、この状況では通常低温金属又は低温材料であると呼ばれる。これらの材料のうち最も一般的な摩擦撹拌溶接可能なものは、アルミニウム、マグネシウム、銅、鉛及びその他の同様の材料を基にする金属である。
【００１０】
多くの労力がさまざまに実を結んで、摩擦撹拌溶接による高温材料の接合を実行してきた。高温材料を摩擦撹拌溶接する際の主要な課題の１つは、的確なツール材料を選択することであり、従来は耐熱性の金属又はセラミック材料を使用してきた。
【００１１】
ＷＯ９９／５２６６９では、鉄を含む材料に対し、純タングステン、タングステン−レニウム合金及びタングステンカーバイドの使用；及びその他の高温の応用にはコバルト材料、セラミック又はサーメット材料の使用を検討している。
【００１２】
ＷＯ０１／８５３８５は、ピン及び肩部が、少なくとも超砥粒材料を含む被覆部を含むツールを使用するＭＭＣｓ、合金鉄、非合金鉄、及び超合金の摩擦撹拌溶接に関する。これは代表的には立方多結晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）である。
【００１３】
ＧＢ２４０２９０５には、ニッケル合金及びチタン合金のような高強度材料の溶接に役立つタングステンをベースとする耐熱材料から作られるツールが記載されている。
【００１４】
高速の肩部に起因する溶接上部及び底部間の熱の不均衡、ワームホールという欠陥及びフラッシングの課題、及びひずみがこのタイプのツールに発生すると報告されているが、標準的な大きさのＷ−Ｒｅツールを使用してＴｉグレードを接合する際には、妥当な溶接品質が達成されている。（２００４年にＭｅｔｚで開催された第５回ＦＳＷシンポジウムでのＬｏｆｔｕｓ氏らによる「Ａｎ  ｏｖｅｒｖｉｅｗ  ｏｆ  ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｓｔｉｒ  ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｂｅｔａ  ２１Ｓ  Ｔｉｔａｎｉｕｍ」）。熱入力の平衡を保つためのボビンツールの使用を含むこれを克服する方法もまた、この論文にも提案されている。
【００１５】
ＵＳ−Ａ−２００３／０２０１３０７には、プローブが２つの肩部間に伸びる摩擦撹拌溶接ツールのさらに別の例が記載されており、その肩部の１つはプローブとともに回転し、もう一方はプローブとは独立に回転する。これにより、異なる表面加熱率が肩部により適用されることが可能となり、それは異なる特性を伴う重ね溶接材料が異なる溶接パラメータを必要とするときに有益である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従来技術で述べられたツールを使用して高温材料の摩擦撹拌溶接及び加工処理を行う際の様々な課題が明らかであり、それは通常これらの高温材料の摩擦撹拌溶接及び加工処理の間に発生する高熱及び圧力に起因する特にツール材料の劣化である。課題はまた、高温材料の熱入力を制御する際にも起こり、それはＬｏｆｔｕｓ氏らによる論文からわかるように、ツールの過熱によるものだけでなくワークピースの過熱及び溶接部外形にわたる熱的不均衡によるものであり、それが粗悪な接合特性をもたらす。ある種の高温材料では、この効果は、一般に、ツール肩部の比較的大きい摩擦表面により提供される高い熱入力によるものであり、一方ではピンに十分な速さを与えて材料の混合を促進する。ツールを冷却するための尽力はツールの寿命を延ばすのに功を奏するが、それらは接合特性については限られた効果しか有さない。ツールの肩部分の径を削減することで熱入力を削減できるが、材料の不適当な固化及び多量のフラッシュの発生も引き起こされる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の特徴によると、摩擦撹拌方法は、摩擦撹拌ツールの回転プローブを、低伝導で高融点の金属又は金属合金であるワークピース又は一組のワークピース間の接合領域に入れることを含み、プローブは、ワークピースと接触する単一の肩部から伸び、肩部に対して回転することを特徴とする。
【００１８】
本発明の第２の特徴によると、摩擦撹拌方法は、摩擦撹拌ツールの回転プローブを、低伝導で高融点の金属又は金属合金であるワークピース又は一組のワークピース間の接合領域に入れることを含み、プローブは、ワークピースの反対側と接触する第１及び第２の肩部の間に伸び、両方の肩部に対して回転することを特徴とする。
【００１９】
我々は高温材料、特に金属のＦＳＷの詳細な研究を行ってきており、これらの高温、低伝導材料における過度の熱の発生が最も深刻な課題であることに気づいた。ＦＳＷツールにより発生する熱は溶接領域付近に局在し続ける傾向にあり、それがワークピース材料の過熱をもたらす。
【００２０】
（表面熱入力を削減するための）肩部の径を削減しても表面過熱の課題を克服できない。しかし、本発明を用いれば、十分な混合作用及び固化作用を維持する一方で、熱入力を制御することが可能である。
【００２１】
従って、本発明では、プローブはいかなる肩部からも独立して回転する。これは、低伝導の高温材料を接合するために、任意の固定プローブ／肩部という特徴を伴う摩擦撹拌溶接ツールを使用するときに存在するような、表面加熱の原因と内部加熱の原因の間に存在する直接相互依存性を有さないことがとても都合が良いからである。肩部（又は複数の肩部）及びプローブの回転に関する完全な分離により、材料への及び材料を通じての熱入力の独立した対策を可能とする。特に、肩部が全表面を過熱することなく材料表面に対して十分な固化を提供する一方で、材料を混ぜるための十分な速度がピンにより与えられる。
【００２２】
個々の肩部は、通常ワークピースに対して固定されているがプローブに対してはゆっくりと回転でき、溶接表面に対して（たとえあったとしても）ほとんど熱を加えず、従って従来のＦＳＷに見られる低伝導の高温材料の表面過熱の課題を回避する。単一の肩部が提供され、その肩部がワークピースの上面に対して適所にあるとき、段のあるプローブ構造を使用することは可能であるが、回転ＦＳＷツールは通常プローブ部品のみから成る。この回転プローブがＦＳＷ処理に必要な熱を発生させ、良質の溶接部が低伝導の高温材料に生成される。
【００２３】
別々のプローブと肩部を有する摩擦撹拌溶接ツールを提供することは知られているが、こうしたツールが、高温材料の溶接の使用に特に有益であることは全く認識されていない。
【００２４】
例えば、ＪＰ２００４−３５８５１３Ａには、比較的低い粉砕強さ（押し出し）と優れた特徴を用いて材料を接合する摩擦撹拌溶接ツールが記載されている。これには、ピン／肩部の形状的依存関係を削減するために、及び従ってピンのサイズ及び異なる形状を接合するときに必要とされるダウンフォースを削減するために加熱されたツールと独立した肩部が使用される。摩擦撹拌溶接による高温材料の溶接についての課題に取り組もうとはしていない。
【００２５】
ＵＳ６，８１１，６３２Ｂには、ＦＳＷを使用して熱可塑性材料を接合する方法及び装置が記載されている。独創的な特徴は、別個のピンと固定された拘束表面を含むツールの使用を含む。この発明は、回転肩部の作用のために別のやり方では起こる熱可塑性材料の材料排除の課題に取り組もうとしている。この発明は、熱可塑性プラスチック材料の接合のためのものであり、同様の特徴を有する装置を使用して金属が接合されることができることは決して示していない。金属に機能する摩擦撹拌溶接方法はプラスチックには機能せず、逆もまた同様であるということがこの特許で示されている。このことに対する多くの理由が、プラスチックと金属の根本的に異なる特性に基づいて述べられている。これは、プラスチックが処理の間に融解する一方で金属は融解せず、金属が、材料の固化と垂直方向のフローを助けるために与えられる一定量のダウンフォースを必要とする一方でプラスチックは必要としないという事実を含む。固定された表面を通じての熱の導入がプラスチックにおける処理の成功には不可欠であることも鋭く指摘されている。この特許は、この技術を使用しての金属の接合に言及することなく純粋にプラスチックの接合に狙いを定めている。特に、抑制部材からの圧力ではない抑制が必要であることについて述べられている。縦方向の圧力は材料に異なる影響を与え、プラスチックに対する課題を引き起こす。高温材料に内在する特性が、金属よりもプラスチックから除去されるので、反対のアプローチが取られるべきであると見込まれている。
【００２６】
ＥＰ−Ａ−１０２１２７０は、ＦＷＳを使用してワークピースを接合する装置に関する。その独創的な特徴は、相互に可動するピン及びボディ（通常のＦＳＷツールのように、最下部は肩部である）の使用を含み、ピンとボディが互いに対して異なる動作パターンを実行することを可能にする。この特許は、肩部により作り出される摩擦熱の欠如のために接合領域への更なる熱を供給する必要性を伴う純粋に固定されたボディの使用について記載している。この発明は、ワークピースの様々な厚さと接合中の更なる材料の供給という課題に取り組もうとしている。決して摩擦撹拌溶接による高温材料の溶接の課題に取り組もうとはしておらず、固定された肩部の使用と高温材料の接合間の明らかなつながりはない。まさに高温材料の特性により、当業者は更なる熱入力を期待する。
【００２７】
摩擦撹拌溶接（ＦＳＷ）のように、本発明は摩擦撹拌処理、摩擦撹拌スポット溶接、摩擦撹拌チャネリング及び高温材料を使用する任意の他の応用を含む別の摩擦撹拌応用に適用可能である。しかし、本発明は好ましい特徴がその他の応用にも適用できることが容易に理解されるけれども、主としてＦＳＷに関して記載される。
【００２８】
本方法は、管の内径又は外径、コーナー又はあぜ、又はもっと言えば段のある部品といった非平面接合形状を接合するのにも使用できる。これらの場合、例えば非回転スライド形状の肩部が、部品の形状又は形成される溶接部の形状に従うように設計される。さらに、それは２つを越えるワークピースを接合するために使用できる。
【００２９】
接合部の品質をさらに改善するために、表面被覆又は表面処理が１つ又はそれ以上の肩部及びプローブに適用できる。これらの被覆及び処理は低摩擦、耐摩耗性、耐熱性、拡散抵抗、及び低反応性及び固体潤滑といった特性を示す。表面処理の例は、窒化、炭化及び窒化−炭化を含む。表面被覆の例は、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素及びサイアロンといったセラミック；及びモリブデン、鋳鉄及びＰＣＢＮといった耐熱金属を含む。
【００３０】
遮蔽ガスの挿入が、酸化を防ぎ冷却に助力するために肩部を通じて及びスライド周りに適用できる。例はアルゴンとヘリウムを含む。
【００３１】
予熱は、溶接部の前方の材料を事前に柔らかくするために適用できる。
【００３２】
肩部は冷却できる（水、ガス、ヒートシンク）。
【００３３】
後熱／冷却はツールの背後のワークピース材料の熱サイクルを制御するために適用できる。
【００３４】
対のプローブは、発生する横方向の力を削減するために及び溶接部の品質とツールの寿命を改善するために使用できる。この場合、単一の肩部のそれぞれの孔を通じて伸びる２つの回転プローブが提供され、そのプローブはプローブの移動方向に一致する又はわずかにオフセットする。プローブは異なるサイズ（長さ及び／又は幅）を有することができ、反対回転でありうる。
【００３５】
複数のプローブが異なる領域のワークピース材料を加工処理するために適用できる。
【００３６】
溶接の稼動中、プローブ部品は溶接部をフェードアウトさせるために徐々に引っ込めることができる、又は部品の厚い／薄い部分を加工処理するために伸ばす／引っ込めることができ、一方で肩部はワークピースに接触したままである。
【００３７】
肩部は、通常固定されたスライドであるが、接合動作中ゆっくりと回転する又ははうように回転するように作ることもできる。通常、プローブは肩部より少なくとも１０倍早く回転し、肩部は通常５０ｒｐｍより早くない速度で回転する。
【００３８】
１つ以上の材料から又は１ピース以上から肩部を構築すること、及び回転プローブに近いの材料を含む高温材料の又は被覆されたインサートを使用することが好ましい。例えば、肩部は主としてニッケル基合金で、プローブが伸びる孔の周りに画定されるインサートがもうけられ、そのインサートは上述したようなセラミック又は耐火金属で作られる。
【００３９】
プローブは固体軸受を介して肩部に結合される、又は小さなギャップがそれらの間に提供される。
【００４０】
対の肩部も使用でき、その際、肩部を上面に提供するのと同様に、プローブ上の適切な軸受又はピンにより又は別の方法で肩部をワークピースの下部に固定するための適切なアタッチメントが提供できる。従って、第２の肩部は固定されるか又はプローブに対してゆっくり回転できる。
【００４１】
肩部は、一般に使用に際し動作中の負荷、通常は５００から５０００ｋｇ、代表的には約３０００ｋｇにさらされる。
【００４２】
チタン（Ｔｉ）及び合金
鉄（Ｆｅ）、鋼鉄（ｓｔｅｅｌ）及びその他の合金
ニッケル（Ｎｉ）及び合金
バナジウム（Ｖ）及び合金
クロム（Ｃｒ）及び合金
マンガン（Ｍｎ）及び合金
コバルト（Ｃｏ）及び合金
ジルコニウム（Ｚｒ）及び合金
パラジウム（Ｐｄ）及び合金
ハフニウム（Ｈｆ）及び合金
プラチナ（Ｐｔ）及び合金
を含む多くの異なる材料と組み合わせが接合又は加工処理できる。
【００４３】
似ていない材料の組み合わせも接合できる。プローブのみにより提供される非常に狭い加熱及び混合領域により、接合領域の位置により、もう一方の材料に対し、１つの材料を優先的に混合し及び加熱することができる。このことは、接合特性が一般に２種以上の金属の化合物の形成により制限される場合に特に有益である。削減された表面加熱は、２種以上の金属の化合物形成を制限する可能性を有し、これまでは溶接できなかった、似ていない材料の組み合わせの接合を可能にする。実際、低伝導の高温金属及び金属合金以外の多くの異なる材料が、本明細書に記載されている摩擦撹拌ツールを使用して接合できる。
【００４４】
高温材料の接合の成功を助長することはさておき、上述の方法はまた、接合領域内で熱入力のバランスをとって接合するときに利点を提供する。その方法は、特定の接合特性及び微細構造を与えるために調整できる。スライドを使用して作られる接合部の表面仕上げは、別の技術、つまり摩擦撹拌技術及び融解を基にした技術の両方を使用して作り出されるものよりもはるかに良い品質である。
【００４５】
このやり方の別の利点は、
低伝導の高温材料の安定したＦＳＷ処理において優れた品質の溶接部を作り出す機能、
（溶接過熱が限定因子である）従来のＦＳＷと比較して改良された低伝導の高温材料の溶接速度、
回転プローブのみを用いて、溶接部を通じての熱入力が均一にバランスがとれていることによる、従来のＦＳＷと比較して改良された溶接ルート品質、
バランスをとって配分された溶接部の熱によるＦＳＷツールの磨耗が低減及び改善されたツールの寿命の可能性を含む。
【００４６】
回転プローブを別個の部品として使用することで、ＦＳＷツールに必要な高温材料の量が削減され、それにより進歩した／高度な質のツール材料が使用されることを可能にし、ツール機能が改良される。
【００４７】
非回転スライド肩部及び低下した表面の熱入力を使用することで、特にチタンのような材料を接合するときの溶接部汚染の可能性が低減する、というのは、肩部が接合領域又は処理領域から外部環境を排除するからである。
【００４８】
本発明による方法を実行する方法及び装置のいくつかの例が、添付の図面に関連して記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
図１及び図２は、高温材料、この場合はＴｉ−６Ａｌ−４Ｖの２つのワークピースを溶接するために従来のＦＳＷ方法を使用する際の課題を示している。どちらの図からもわかるように、接合表面全体に過熱が発生して、材料の余分な軟化、不十分な材料の閉じ込め及び質の悪い表面仕上げがもたらされる。図１では、２５ｍｍ径の肩部が、２００ｒｐｍで回転し１００ｍｍ／ｍｉｎで平行移動する１５ｍｍ径のプローブとともに使用された。図２では、１５ｍｍ径の肩部が、２５０ｒｐｍで回転し６０ｍｍ／ｍｉｎと９０ｍｍ／ｍｉｎ間で平行移動する６ｍｍ径のプローブ又はピンとともに使用された。
【００５０】
図３は、本発明による方法を実行する単純な装置の例を示している。この場合、細長いプローブ１は、機械スピンドル２からの負荷の印加のもとで互いに突き当たる一組の高温金属ワークピース８、９間の接合領域７に突き出る。機械スピンドルは、負荷のもとで配置される肩部品を画定する非回転のスライド４により支持される主ツールヘッド軸受３に支持される。プローブは、タングステン又はモリブデンといった耐熱合金でできている、又は代替案としてアルミナ、ジルコニア及びその種のものでできているセラミック基材である。スライド４は代表的にはニッケルベースの合金又はその他の高温材料でできており、既に述べたように、プローブ１近傍に配置される挿入部分を有する。
【００５１】
使用に際し、機械スピンドル２及び従ってプローブ１は、例えば１０から１０００ｒｐｍ、通常は約５００ｒｐｍの高速で回転し、プローブはワークピース８、９間に挿入される。そして、プローブと、ワークピース８、９の上部表面に接触するスライド４は、接合領域５に沿ってワークピースを摩擦撹拌溶接するように、負荷の印加の下で矢印１０の方向に移動する。回転しないスライド４が通過する領域は６で示されている。
【００５２】
原理上は図３に示される装置が、図４でもっと現実的な実施形態として示されている。図４は、スピンドル軸受１１を介して機械スピンドル１３を回転自在に支持する主ハウジング２０を含むＦＳＷツールを示しており、機械スピンドル１３の上方端部は機械スピンドルを回転自在に駆動する駆動モータに結合され、及びその下方端部はハウジング２０に固定された主ツールヘッド軸受１４により支持される。
【００５３】
ホルダー内のＦＷＳプローブ１７は、主スピンドル１３の端部に結合され、ハウジング２０の下位部分１５に形成される開口部２１を通って突き出る。
【００５４】
ハウジング２０の下位部分１５は、従来のＦＳＷツールの肩部に相当する非回転スライド部品１８を支持し、そのスライド部品は開口部２１に挿入される中央の高温プラグ２２を有し、それを通ってプローブ１７が突き出る穴を画定する。
【００５５】
不活性の遮蔽ガスを入り口穴１２を通じて供給でき、出口穴１６を通って出る。
【００５６】
図５は、図４に示される装置を使用して形成されたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖの突き合せ溶接の写真である。この場合、プローブは８ｍｍ径を有し、３００ｒｐｍで回転し８０ｍｍ／ｍｉｎで平行移動する。注目すべきは、溶接後仕上げは行われないが、かなり改善された接合部が得られたことがわかることである。同一の接合部が図６の横断面に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】従来のＦＳＷ方法を使用して高温材料の間に出現した接合部を示している写真である。
【図２】従来のＦＳＷ方法を使用して高温材料の間に出現した接合部を示している写真である。
【図３】本発明による方法を実行するＦＳＷ装置の第１の例の概略図である。
【図４】本発明による方法を実行する装置の第２の例の断面である。
【図５】本発明による方法を使用して形成された突き合せ接合溶接の写真である。
【図６】図５に示された溶接部を通る横断面である。
【符号の説明】
【００５８】
１  細長いプローブ
２  機械スピンドル
３  軸受
４  非回転スライド
５  接合領域
７  接合領域
８  ワークピース
９  ワークピース
１０  矢印
１１  スピンドル軸受
１３  機械スピンドル
１４  主ツールヘッド軸受
１５  ハウジングの下位部分
１７  ＦＷＳプローブ
１８  非回転スライド部品
２０  ハウジング
２１  開口部
【図１】
0005404389.tif 000002
【図２】
0005404389.tif 000003
【図３】
0005404389.tif 000004
【図４】
0005404389.tif 000005
【図５】
0005404389.tif 000006
【図６】
0005404389.tif 000007