(57)【要約】【課題】摩擦攪拌接合における回転ツールの寿命を向上可能な鉄系材料の接合方法を提供する。【解決手段】鉄系母材１００，１０１を摩擦攪拌接合により接合する鉄系材料の接合方法において、鉄系母材１００，１０１の接合部位を単独で摩擦攪拌接合が可能な温度以上となるように高周波誘導加熱源２０ａにより予熱後に、接合部位を回転ツール１０を用いて摩擦攪拌接合により接合する。鉄系母材１００，１０１の接合部位を軟化点を超える摩擦攪拌接合時の温度となるように予熱しても、接合部位が柔らかくなり、摩擦攪拌接合時に発生する鉄系合金との摩擦熱が大幅に減少するため、全体として接合部位に与える熱量は変化しない。接合後の接合部位の金属組織も摩擦攪拌接合を予熱無しで行なった場合と変化しない。接合部位が予熱によって柔らかくなり、回転ツール１０への負荷が減少し、回転ツール１０の寿命を向上できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系母材を摩擦攪拌接合により接合する鉄系材料の接合方法であって、前記鉄系母材の接合部位の少なくとも一部を単独で摩擦攪拌接合が可能な温度以上となるように加熱した後に、前記接合部位を摩擦攪拌接合により接合する鉄系材料の接合方法。
【請求項２】
高周波誘導加熱により、前記鉄系母材の接合部位の少なくとも一部を単独で摩擦攪拌接合が可能な温度以上となるように加熱した後に、前記接合部位を摩擦攪拌接合により接合する、請求項１に記載の鉄系材料の接合方法。
【請求項３】
高周波誘導加熱により、前記鉄系母材の接合部位の少なくとも一部を６００℃以上の温度に加熱した後に、前記接合部位の少なくとも一部を摩擦攪拌接合により接合する、請求項２に記載の鉄系材料の接合方法。
【請求項４】
前記高周波誘導加熱の周波数を板状の前記鉄系母材の厚さが厚くなるほど低くし、前記高周波誘導加熱の周波数を前記鉄系母材の厚さが薄くなるほど高くする、請求項２又は３に記載の鉄系材料の接合方法。
【請求項５】
前記高周波誘導加熱は、前記高周波誘導加熱における誘導コイルの電気抵抗率ρ（μΩ）、比透磁率μ及び周波数ｆ（Ｈｚ）が、板状の前記鉄系母材の厚さδ（ｃｍ）に対して、δ≦１０．０６（ρ／（μ・ｆ））１／２を満たすようにして行なう、請求項４に記載の鉄系材料の接合方法。
【請求項６】
前記摩擦攪拌接合で用いる回転ツールとして、セラミックス及びサーメットのいずれかからなるものを用いる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の鉄系材料の接合方法。
【請求項７】
前記摩擦攪拌接合で用いる回転ツールとして、ＰＣＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ及びＺｒＯ２のいずれかからなるものを用いる、請求項６に記載の鉄系材料の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄系材料の接合方法に関し、特に、摩擦攪拌接合により鉄系母材同士を接合する鉄系材料の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属材料からなる被接合材同士を接合する摩擦攪拌接合（以下、ＦＳＷ（Friction  Stir  Welding）と呼ぶことがある）が注目されている。この摩擦攪拌接合は、板状の金属母材の端部同士を突き合わせて接合部とし、当該接合部に棒状の回転ツールの先端を挿入して、回転ツールを回転させつつ接合部に沿って移動させることにより金属母材の接合を行う。あるいは、スポットＦＳＷと呼ばれる手法では、板状の金属母材同士を重ね合わせ、表側の金属母材の表面から裏側の金属母材に達するまで棒状の回転ツールを回転させつつ押し込んで、重ね合わせた金属母材同士を接合する。
【０００３】
このＦＳＷでは、摩擦入熱以外の加熱手段を利用した摩擦撹拌接合装置が提案されている。例えば、特許文献１では、摩擦攪拌接合を行う装置において、接合線上の前方位置で行われる入熱が高周波誘導加熱等の自己加熱により行われる軟化点温度以下の入熱手段により行なわれ、接合位置上で摩擦入熱とともに行われる別異の入熱手段が、高周波誘導加熱等の自己加熱若しくは回転ツールの小径部より母材側に印加される電気抵抗加熱であり、更に摩擦攪拌接合による接合後、該接合位置後方の熱的影響残存位置を冷却する手段を含む装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１５４７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＦＳＷにより鉄系母材同士を接合する場合、鉄系母材の硬さから回転ツールの寿命が短くなる問題がある。上記のような技術においても、十分に回転ツールの寿命を向上させることはできず、改善が望まれている。
【０００６】
本発明は、このような実情に考慮してなされたものであり、その目的は、摩擦攪拌接合における回転ツールの寿命を向上させることが可能な鉄系材料の接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、鉄系母材を摩擦攪拌接合により接合する鉄系材料の接合方法であって、鉄系母材の接合部位の少なくとも一部を単独で摩擦攪拌接合が可能な温度以上となるように加熱した後に、接合部位を摩擦攪拌接合により接合する鉄系材料の接合方法である。
【０００８】
この構成によれば、鉄系母材を摩擦攪拌接合により接合する鉄系材料の接合方法において、鉄系母材の接合部位の少なくとも一部を軟化温度以上、すなわち単独で摩擦攪拌接合が可能な温度以上となるように加熱（予熱）した後に、接合部位を摩擦攪拌接合により接合する。
【０００９】
従来の予め接合部位を加熱する摩擦攪拌接合では、軟化点を超えるように母材を加熱してしまうと、低温で接合が可能な摩擦攪拌接合の利点が無くなるため、上記特許文献１のように、予備加熱は軟化点以下の温度で行なわれおり、さらに冷却まで行なっている。
【００１０】
一方、本発明者の知見によると、鉄系母材の接合部位を軟化点を超える摩擦攪拌接合時の温度となるように予熱した場合でも、接合部位が柔らかくなるため、摩擦攪拌接合時に発生する鉄系合金との摩擦熱が大幅に減少するため、全体として接合部位に与える熱量はそれほど変わらないことが判明した。さらに、接合後の接合部位の金属組織も摩擦攪拌接合を予熱無しで行なった場合とそれほど変わらないことが判明した。これにより、接合部位が予熱によって柔らかくなるため、回転ツールへの負荷が減少し、摩擦攪拌接合における回転ツールの寿命を向上させることができる。なお、接合部位の少なくとも一部が単独で摩擦攪拌接合が可能な温度以上となれば、本発明は効果を奏するが、接合部位の内で単独で摩擦攪拌接合が可能な温度以上となる範囲が大きいほど、回転ツールへの負荷を減少させる効果は増大する。
【００１１】
また、本願における「摩擦攪拌接合」とは、回転ツールを回転させつつ加工方向に向けて移動させるＦＳＷ、回転ツールを回転させつつ加工部位で移動させないスポットＦＳＷ、鉄系母材同士を接合部位で突き合わせるＦＳＷ、及び鉄系母材同士を重ね合わせて一方の鉄系母材の側から重ね合わせた部位まで回転ツールを挿入するＦＳＷの４つの態様並びにこららを組み合わせた態様が含まれる。
【００１２】
この場合、高周波誘導加熱により、鉄系母材の接合部位を単独で摩擦攪拌接合が可能な温度以上となるように加熱した後に、接合部位を摩擦攪拌接合により接合することが好適である。
【００１３】
この構成によれば、高周波誘導加熱のみにより、鉄系母材の接合部位を単独で摩擦攪拌接合が可能な温度以上となるように加熱した後に、接合部位を摩擦攪拌接合により接合する。高周波誘導加熱により予熱を行なうことにより、安全で、クリーンで且つ安価な手法により予熱を行なうことができる。これまで、鉄系合金を補助加熱源を用いずに摩擦攪拌接合を行なう場合には、一般に６００℃以上で接合を行うため、このときの単独で摩擦攪拌接合が可能な温度以上とは、６００℃以上を指す。
【００１４】
この場合、高周波誘導加熱により、鉄系母材の接合部位を６００℃以上の温度に加熱した後に、接合部位を摩擦攪拌接合により接合することが好適である。
【００１５】
これまで、鉄系合金を補助加熱源を用いずに摩擦攪拌接合を行なう場合には、一般に６００℃以上で接合を行うため、この構成によれば、高周波誘導加熱により、鉄系母材の接合部位を６００℃以上の温度に加熱することにより、鉄系合金を補助加熱源を用いずに摩擦攪拌接合を行なう温度に予熱することができる。
【００１６】
また、高周波誘導加熱の周波数を板状の鉄系母材の厚さが厚くなるほど低くし、高周波誘導加熱の周波数を鉄系母材の厚さが薄くなるほど高くすることが好適である。
【００１７】
この構成によれば、高周波誘導加熱の周波数を板状の鉄系母材の厚さが厚くなるほど低くし、高周波誘導加熱の周波数を鉄系母材の厚さが薄くなるほど高くする。これにより、板状の鉄系母材の表面から裏面まで高周波電流が浸透し易くなり、予熱の効率を向上させることができる。
【００１８】
この場合、高周波誘導加熱は、高周波誘導加熱における誘導コイルの電気抵抗率ρ（μΩ）、比透磁率μ及び周波数ｆ（Ｈｚ）が、板状の鉄系母材の厚さδ（ｃｍ）に対して、δ≦１０．０６（ρ／（μ・ｆ））１／２を満たすようにして行なうことが好適である。
【００１９】
この構成によれば、高周波誘導加熱は、高周波誘導加熱における誘導コイルの電気抵抗率ρ（μΩ）、比透磁率μ及び周波数ｆ（Ｈｚ）が、板状の鉄系母材の厚さδ（ｃｍ）に対して、δ≦１０．０６（ρ／（μ・ｆ））１／２を満たすようにして行なう。これにより、板状の鉄系母材の表面から裏面まで確実に予熱されることになり、予熱の効率を向上させることができる。
【００２０】
また、摩擦攪拌接合で用いる回転ツールとして、セラミックス及びサーメットのいずれかからなるものを用いることが好適である。
【００２１】
この構成によれば、摩擦攪拌接合で用いる回転ツールとしてセラミックス及びサーメットのいずれかからなるものを用いる。回転ツールがセラミックス又はサーメットとからなるものであると、特に予熱を高周波誘導加熱により行なう場合には、鉄系母材は加熱されるが回転ツールはあまり加熱されなくなるので、予熱により回転ツールの寿命が低下することを防ぎ、回転ツールの寿命をさらに向上させることができる。
【００２２】
この場合、摩擦攪拌接合で用いる回転ツールとして、ＰＣＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ及びＺｒＯ２のいずれかからなるものを用いることが好適である。
【００２３】
この構成によれば、摩擦攪拌接合で用いる回転ツールとして、特性に優れたＰＣＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ及びＺｒＯ２のいずれかからなるものを用いる。そのため、回転ツールの寿命をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の鉄系材料の接合方法によれば、摩擦攪拌接合における回転ツールの寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態に係る摩擦攪拌接合装置を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る高周波誘導加熱源のＡＡ線における断面図である。
【図３】第１実施形態に係る高周波誘導加熱源のＢＢ線における断面図である。
【図４】第２実施形態に係る摩擦攪拌接合装置における高周波誘導加熱を示す側面図である。
【図５】第２実施形態に係る摩擦攪拌接合装置におけるスポット摩擦攪拌接合を示す側面図である。
【図６】第２実施形態に係る高周波誘導加熱源の底面図である。
【図７】第２実施形態に係る高周波誘導加熱源の断面図である。
【図８】実験例における通常のＦＳＷ及び高周波ＦＳＷの接合速度と接合状態を示す表である。
【図９】高周波ＦＳＷで得られた継手のマクロ断面及びミクロ断面を示す図である。
【図１０】通常のＦＳＷで得られた継手のマクロ断面及びミクロ断面を示す図である。
【図１１】高周波ＦＳＷで得られた継手の攪拌部の微細組織を示す図である。
【図１２】通常のＦＳＷで得られた継手の攪拌部の微細組織を示す図である。
【図１３】高周波ＦＳＷと通常のＦＳＷとの攪拌部中央部の組織を比較した図である。
【図１４】通常のＦＳＷと高周波ＦＳＷとにおける接合速度と攪拌部面積との関係を示すグラフ図である。
【図１５】高周波ＦＳＷで得られた継手断面の硬度分布を示す図である。
【図１６】通常のＦＳＷで得られた継手断面の硬度分布を示す図である。
【図１７】通常のＦＳＷと高周波ＦＳＷとにおける接合速度と引張強度との関係を示すグラフ図である。
【図１８】高周波ＦＳＷにより、板厚１５ｍｍのＳＮ４９０Ｂを接合した接合部の平面図である。
【図１９】高周波ＦＳＷにより、板厚１５ｍｍのＳＮ４９０Ｂを接合した接合部の断面図である。
【図２０】回転ツールの前方から１５ｍｍの部位にレーザ光を照射したハイブリッドＦＳＷの場合と通常のＦＳＷの場合とにおける接合速度４００ｍｍ／ｍｉｎとした継手の攪拌部におけるミクロ組織を低拡大倍率で示す図である。
【図２１】回転ツールの前方から１５ｍｍの部位にレーザ光を照射したハイブリッドＦＳＷの場合と通常のＦＳＷの場合とにおける接合速度４００ｍｍ／ｍｉｎとした継手の攪拌部におけるミクロ組織を低拡大倍率で示す図である。
【図２２】回転ツールの前方から１５ｍｍの部位にレーザ光を照射したハイブリッドＦＳＷにおいて接合速度６００ｍｍ／ｍｉｎ、８００ｍｍ／ｍｉｎとした場合と、通常のＦＳＷにおいて接合速度４００ｍｍ／ｍｉｎとした場合とそれぞれの攪拌部の表層、中層及び底層のミクロ組織を示す図である。
【図２３】5-Center、5-Adv  side、5-Ret  sideの接合速度と攪拌部面積との関係を示すグラフ図である。
【図２４】ＦＳＷにおけるプローブ周辺の流動形態について示す平面図である。
【図２５】5-Adv  sideのプローブ周辺の流動形態について示す平面図である。
【図２６】5-Centerのプローブ周辺の流動形態について示す平面図である。
【図２７】5-Ret  sideのプローブ周辺の流動形態について示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の第１実施形態について添付図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の摩擦攪拌接合装置１ａでは、板状の鉄系母材１００，１０１を摩擦攪拌接合により接合する。摩擦攪拌接合装置１ａは、回転ツール１０及び高周波誘導加熱源２０ａを備える。回転ツール１０及び高周波誘導加熱源２０ａは、鉄系母材１００，１０１の接合方向に沿って配置されている。摩擦攪拌接合装置１ａでは、高周波誘導加熱源２０ａが鉄系母材１００，１０１を予熱した後に、回転ツール１０が摩擦攪拌接合を行なえるようにされている。摩擦攪拌接合中には、回転ツール１０及び高周波誘導加熱源２０ａの相対的な位置関係は変わらず、鉄系母材１００，１０１が相対的に接合方向とは反対方向に移動させられることにより、摩擦攪拌接合が行なえるようにされている。また、裏板として、鉄系母材１００，１０１の裏側にＳｉ３Ｎ４等のセラミックス板を配置しても良い。また、この場合、鉄系母材１００，１０１の接合部位の裏側のみ同じ鉄系の材料からなる部材を配置しても良い。これより、接合部位の裏側の鉄系部材が高周波誘導加熱によって加熱され、鉄系母材１００，１０１の接合部位の全体を加熱する効率を向上させることができる。
【００２７】
回転ツール１０は、略円筒状をなし、先端のショルダー部より小径の略円柱状のプローブ部を備えている。回転ツール１０の材質は、好ましくはセラミックス、サーメットあるいは高周波誘導加熱により加熱されにくい材質であり、より好ましくは、ＰＣＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ及びＺｒＯ２である。ＳｉＣは熱衝撃に弱く、ＺｒＯ２は高温に弱いが、強度と靭性に優れる性質がある。本実施形態では、回転ツール１０の温度が上がらないため、これらの材質の短所を補い、長所を活かすことが可能となる。あるいは、回転ツール１０の材質としては、超硬合金、Ｗ合金、Ｉｒ合金、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金等を用いることもできる。
【００２８】
図２に図１のＡＡ線による断面視及び図３に図１のＢＢ線による断面視を示すように、本実施形態の高周波誘導加熱源２０ａは、コイル巻線２１がコア２２によって正面、上面及び側面まで覆われることにより、ほぼコイル巻線２１の全面がコア２２によって覆われている。コイル巻線２１にコア２２を取り付けることにより、磁束が鉄系母材１００，１０１に集中し、加熱効率を向上させることができる。
【００２９】
本実施形態では、高周波誘導加熱源２０ａの電気抵抗率ρ（μΩ）、比透磁率μ及び周波数ｆ（Ｈｚ）が、板状の鉄系母材１００，１０１の厚さδ（ｃｍ）に対して、δ≦１０．０６（ρ／（μ・ｆ））１／２を満たすようにされている。すなわち、鉄系母材１００，１０１の厚さが薄くなるほど、周波数ｆは高くされ、鉄系母材１００，１０１の厚さが厚くなるほど、周波数ｆは低くされる。さらに、鉄系母材１００，１０１の接合部位は、単独で摩擦攪拌接合が可能な温度以上となるように予熱した後に、接合部位を摩擦攪拌接合により接合する。予熱時の鉄系母材１００，１０１の温度は、例えば、６００〜８００℃とすることができる。
【００３０】
本実施形態では、鉄系母材１００，１０１を摩擦攪拌接合により接合する鉄系材料の接合方法において、鉄系母材１００，１０１の接合部位を軟化温度以上、すなわち単独で摩擦攪拌接合が可能な温度以上となるように高周波誘導加熱源２０ａにより予熱した後に、接合部位を回転ツール１０を用いて摩擦攪拌接合により接合する。
【００３１】
従来の予め接合部位を加熱する摩擦攪拌接合では、軟化点を超えるように母材を加熱してしまうと、摩擦攪拌接合において母材に熱を与える意味がなくなり、低温で接合が可能な摩擦攪拌接合の利点が無くなるため、上記特許文献１のように、予備加熱は軟化点以下の温度で行なわれおり、さらに冷却まで行なっている。
【００３２】
一方、本発明者の知見によると、鉄系母材１００，１０１の接合部位を軟化点を超える摩擦攪拌接合時の温度となるように予熱した場合でも、接合部位が柔らかくなるため、摩擦攪拌接合時に発生する鉄系合金との摩擦熱が大幅に減少するため、全体として接合部位に与える熱量はそれほど変わらないことが判明した。さらに、接合後の接合部位の金属組織も摩擦攪拌接合を予熱無しで行なった場合とそれほど変わらないことが判明した。
【００３３】
これにより、接合部位が予熱によって柔らかくなるため、回転ツール１０への負荷が減少し、摩擦攪拌接合における回転ツール１０の寿命を向上させることができる。また、摩擦攪拌接合における接合速度を向上させたり、接合可能な板厚を増加させたりすることができる。加えて、後述するように、接合部位の特性も向上させることができる場合がある。なお、接合部位の少なくとも一部が単独で摩擦攪拌接合が可能な温度以上となれば、本実施形態は効果を奏するが、接合部位の内で単独で摩擦攪拌接合が可能な温度以上となる範囲が大きいほど、回転ツール１０への負荷を減少させる効果は増大する。
【００３４】
また、本実施形態では、高周波誘導加熱源２０ａにより、鉄系母材１００，１０１の接合部位を摩擦攪拌接合時の温度となるように加熱した後に、接合部位を摩擦攪拌接合により接合する。高周波誘導加熱源２０ａにより予熱を行なうことにより、安全で、クリーンで且つ安価な手法により予熱を行なうことができる。
【００３５】
鉄系合金を補助加熱源を用いずに摩擦攪拌接合を行なう場合には、一般に６００℃以上で接合を行うため、本実施形態によれば、高周波誘導加熱源２０ａにより、鉄系母材１００，１０１の接合部位を６００℃以上の温度に加熱することにより、鉄系合金を補助加熱源を用いずに摩擦攪拌接合を行なう温度に予熱することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、高周波誘導加熱源２０ａの周波数を板状の鉄系母材１００，１０１の厚さが厚くなるほど低くし、高周波誘導加熱源２０ａの周波数を鉄系母材１００，１０１の厚さが薄くなるほど高くする。これにより、板状の鉄系母材１００，１０１の表面から裏面まで高周波電流が浸透し易くなり、予熱の効率を向上させることができる。
【００３７】
特に、本実施形態では、高周波誘導加熱源２０ａは、高周波誘導加熱源２０ａの電気抵抗率ρ（μΩ）、比透磁率μ及び周波数ｆ（Ｈｚ）が、板状の鉄系母材１００，１０１の厚さδ（ｃｍ）に対して、δ≦１０．０６（ρ／（μ・ｆ））１／２を満たすようにして行なう。これにより、板状の鉄系母材１００，１０１の表面から裏面まで確実に予熱されることになり、予熱の効率を向上させることができる。なお、板状の鉄系母材１００，１０１の表面から裏面まで確実に高周波電流が浸透させるためには、δ≦５．０３（ρ／（μ・ｆ））１／２を満たすようにして予熱を行なうことが好適である。これにより、板状の鉄系母材１００，１０１の表面から裏面まで確実に高周波電流が浸透することになり、予熱の効率をさらに向上させることができる。
【００３８】
また、本実施形態では、摩擦攪拌接合で用いる回転ツール１０としてセラミックスからなるものを用いる。回転ツール１０がセラミックスからなるものであると、特に予熱を高周波誘導加熱により行なう場合には、鉄系母材１００，１０１は加熱されるが回転ツール１０はあまり加熱されなくなるので、予熱により回転ツール１０の寿命が低下することを防ぎ、回転ツール１０の寿命をさらに向上させることができる。
【００３９】
特に、本実施形態では、摩擦攪拌接合で用いる回転ツール１０として、特性に優れたＰＣＢＮ及びＳｉ３Ｎ４のいずれかからなるものを用いる。そのため、回転ツールの寿命をさらに向上させることができる。
【００４０】
以下、本発明の第２実施形態について説明する。図４に示すように、本実施形態では、重ね合わせた鉄系母材１００，１０１をスポットＦＳＷにより接合する。図４に示すように、本実施形態の摩擦攪拌接合装置１ｂは、高周波誘導加熱源２０ｂ、マッチングボックス３０及びエアシリンダー４０を備えている。マッチングボックス３０は、高周波誘導加熱源２０ｂに電力を供給する。エアシリンダー４０は、伸縮自在とされており、高周波誘導加熱源２０ｂ及びマッチングボックス３０を移動させる。
【００４１】
図６及び図７に示すように、高周波誘導加熱源２０ｂは、渦巻きコイルとなるようにコイル巻線２１及びコア２２が配置されている。高周波誘導加熱源２０ｂを渦巻きコイルとして構成することにより、高周波誘導加熱源２０ｂの面積に比して大きなインダクタンスＬのコイルとできる。コア２２は、コイル巻線２１の上面及び側面を覆うようにされている。高周波誘導加熱源２０ｂの電気抵抗率ρ、比透磁率μ及び周波数ｆと、板状の鉄系母材１００，１０１の厚さδとの関係は、上記第１実施形態と同様とする。
【００４２】
図４に示すように、接合時には、高周波誘導加熱源２０ｂが接合部位の上方に配置され、予熱を行なう。回転ツール１０は高周波誘導加熱源２０ｂの上方で待機する。次に、予熱が終了すると、図５に示すように、エアシリンダー４０は、高周波誘導加熱源２０ｂ及びマッチングボックス３０を接合部位の上方から移動させる。高周波誘導加熱源２０ｂ及びマッチングボックス３０が接合部位の上方から移動させられた後、回転ツール１０が接合部位に降下し、摩擦攪拌接合が行なわれる。また、エアシリンダー４０のような駆動機構のない場合には、中央に穴の開いたコイルを作製し、コイル中央に回転ツール１０が挿入されるような構造とする必要がある。
【００４３】
本実施形態によれば、スポットＦＳＷにおいても、回転ツール１０の寿命を向上させ、接合速度を向上させることが可能となる。また、スポットＦＳＷにおいても、接合部位の特性も向上させることができる場合がある。
【００４４】
また、上記第１及び第２実施形態においては、高周波誘導加熱により予熱を行なったが、本発明においては、ＹＡＧレーザ等のレーザ光を用いて鉄系母材１００，１０１の予熱を行なうようにしても良い。レーザ光を用いて鉄系母材１００，１０１の予熱を行なう場合には、レーザ光により鉄系母材１００，１０１を一旦溶融させることが望ましい。これにより、レーザの吸収効率が上がり、裏面までの加熱が可能となるからである。
【００４５】
（実験例１）
以下、本発明の実験例１について説明する。図１に示すような摩擦攪拌接合装置１ａを用意した。本実験例で使用された摩擦攪拌接合装置１ａにおいて、回転ツール１０の直径は１０〜２５ｍｍであり、回転ツール１０の傾斜角は０〜５°であり、回転ツール１０の回転速度は１００〜１０００ｒｐｍであり、接合速度は２５〜１０００ｍｍ／ｍｉｎであり、荷重は１〜４０ｔの範囲で変更可能とした。本実験例１の装置では、回転ツール１０及び高周波誘導加熱源２０ａの全てがシールドボックス内に配置され、シールドボックス内にＡｒガスが充填されるものとした。また、裏板としてＳｉ３Ｎ４板を使用した。
【００４６】
高周波誘導加熱源２０ａについては、別途行なった実験において、厚さ２０ｍｍのＳＮ４９０材を周波数３３ｋＨｚ及び加熱電源容量２７．２ｋＷで加熱した場合に加熱時間５秒で加熱温度８００℃に達する高周波誘導加熱源２０ａを使用した。
【００４７】
鉄系母材１００，１０１としては、一般的な中炭素鋼材であるＳ４５Ｃを用いた。Ｓ４５Ｃの組成は、Ｃ：０．４５質量％，Ｓｉ：０．２質量％，Ｍｎ：０．５８質量％，Ｐ：０．０２質量％，Ｓ：０．０１質量％，Ｃｕ：０．０１質量％，Ｎｉ：０．０２質量％，Ｃｒ：０．０４質量％で残余がＦｅである。Ｓ４５Ｃの特徴として、Ａ１点（７２３℃）を超えた場合に冷却速度の大小により組織変態を伴うことから、条件によっては接合部の硬さや伸びなどが変化することによって、強度に大きな影響を与えると考えられる。板厚は３．２ｍｍとした。接合に用いた試料の大きさは長さ３００ｍｍ×幅５０ｍｍとした。
【００４８】
はじめに通常のＦＳＷ（以下、通常のＦＳＷと呼ぶことがある）で実験を行い、接合限界速度を確認した後に本発明の高周波誘導加熱源２０ａを用いる摩擦攪拌接合（以下、高周波ＦＳＷと呼ぶことがある）で実験を行なった。回転速度は６００ｒｐｍ、接合速度は１００〜８００ｍｍ／ｍｉｎ、荷重は１９００〜４７００ｋｇｆ、回転ツール１０の傾斜角は３°、シールドガスのＡｒガスの流量を２５Ｌ／ｍｉｎとした。また、回転ツール１０は、ショルダー部の直径が１５ｍｍ、プローブ部の直径が６ｍｍ及びプローブ部の長さが３．２ｍｍの物を使用した。
【００４９】
通常のＦＳＷと高周波ＦＳＷで実験を行い、接合可能範囲を決定した。接合速度が４００ｍｍ／ｍｉｎ〜８００ｍｍ／ｍｉｎの場合の接合部の表面写真を図８に示す。表面および内部に、肉眼で観察できる欠陥が無い場合を○、接合中にプローブ（ツール）が破壊されたものを×と記している。図８に示すように高周波ＦＳＷでは、通常のＦＳＷの２倍の接合速度を達成することができた。通常のＦＳＷで接合部表面に欠陥が発生する場合には、前進側（Advancing  side）に発生した。一般的に前進側の欠陥は入熱不足が原因とされている。しかしながら、高周波ＦＳＷを用いた場合には、接合速度８００ｍｍ/ｍｉｎでは欠陥の無い接合が可能であった。
【００５０】
図９に高周波ＦＳＷ、図１０に通常のＦＳＷの接合部断面のマクロおよびミクロ観察を示す。ＴＭＡＺ（Thermo-Mechanically  Affected  Zone、熱加工影響部）、ＨＡＺ(Heat  Affected  Zone、熱影響部)などの領域を観察しやすくするために接合速度を、通常のＦＳＷ及び高周波ＦＳＷとも最大接合速度の条件で比較を行った。そのため通常のＦＳＷで接合速度４００ｍｍ/ｍｉｎ、高周波ＦＳＷで接合速度８００ｍｍ/ｍｉｎを条件とした。回転速度はともに６００ｒｐｍである。
【００５１】
図９及び図１０の接合部の断面写真は、一般的に右側が前進側（Advancing  side）、左側が後退側（Retreating  side）としている。図９(ａ)及び図１０（ａ）は後退側の母材と接合部の断面、図９(ｂ)及び図１０（ｂ）は接合部中心、図９(ｃ)及び図１０（ｃ）は前進側の母材と接合部の断面、図９(ｄ)及び図１０（ｄ）は母材を示している。
【００５２】
母材はフェライト・パーライト組織になっており全体的に均一な様相を示していた。図９（ａ）、図９（ｃ）、図１０（ａ）及び図１０（ｃ）では母材組織のフェライト・パーライト組織と接合部組織で明確な境界を確認することができる。その境界部に少量であるが、形の崩れたフェライト・パーライトの層が存在しており、ＴＭＡＺと考えられる。これより内側は極めて微細なフェライト・パーライト組織となっており、この部位はＡ１以下で接合したと推測される。この境界部の特徴は、通常のＦＳＷと高周波ＦＳＷの両方においてみられた。
【００５３】
図１１に高周波ＦＳＷの接合速度４００、６００、８００ｍｍ／ｍｉｎの攪拌部上部、中部、下部の組織写真を示す。接合速度が４００ｍｍ／ｍｉｎでは上部、中部はフェライト・パーライトの混合組織となっており、接合速度６００ｍｍ／ｍｉｎでは上部、中部ではマルテンサイト（筋が入った白い領域）・ベイナイト（濃い黒の粒）・フェライト（粒界の白い部分）・パーライト（薄い黒の粒）となっていた。接合速度８００ｍｍ／ｍｉｎでは、マルテンサイト（筋が入った白い領域）・ベイナイト（黒い粒）組織となっていた。接合速度によらず下部では微細なフェライト（粒界の白い部分と白い粒）・パーライト（薄い黒の粒）組織となっていた。
【００５４】
つまり上部、中部ではＦＳＷ時において、一度Ａ１点を越えてオーステナイトとなり、接合速度に依存した様々な冷却速度によって種々の組織に変態したことがわかる。さらに、同時に回転ツール１０による攪拌効果によってオーステナイトの動的再結晶が生じ、結果的に微細な混合組織になる。一方、下部ではすべての条件においてＡ１点以下で接合が行われたため変態が起こらず、回転ツール１０の攪拌効果による動的再結晶によって微細なフェライト・パーライト組織になる。
【００５５】
同様な傾向が通常のＦＳＷにもみられた。その様子を図１２に示す。上部では、接合速度１００ｍｍ／ｍｉｎと２００ｍｍ／ｍｉｎでフェライト・パーライト組織となるが、接合速度４００ｍｍ／ｍｉｎでベイナイト・マルテンサイト組織となっている。接合速度が大きくなるにつれて冷却速度が大きくなりベイナイト・マルテンサイト組織が生じている。接合速度にかかわらず、上部から下部に向かうにつれ、微細なフェライト・パーライト組織となっている。また、接合速度が大きくなるにつれて下部の温度がＡ１点に近づいていき、接合速度が４００ｍｍ／ｍｉｎの場合ではＡ１点以下になったため結晶粒の微細化は顕著になったと考えられる。このように、通常のＦＳＷ、高周波ＦＳＷ共に同様の傾向がみられた。
【００５６】
次に、通常のＦＳＷと高周波ＦＳＷとの接合部組織の比較を行った。図１３に通常のＦＳＷと高周波ＦＳＷの接合速度３００ｍｍ／ｍｉｎから８００ｍｍ／ｍｉｎの範囲での接合部中部の組織を示す。接合速度４００ｍｍ／ｍｉｎの場合の組織はフェライト・パーライト組織となっており、ベイナイトの存在は確認できなかった。
【００５７】
したがって、高周波ＦＳＷでは、接合速度３００ｍｍ／ｍｉｎ、４００ｍｍ／ｍｉｎでフェライト・パーライト組織になっており、接合速度６００ｍｍ／ｍｉｎからマルテンサイト・ベイナイトが発生すると言える。一方、通常のＦＳＷでは、接合速度３００ｍｍ／ｍｉｎではフェライト・パーライト組織であるものの、接合速度４００ｍｍ／ｍｉｎではマルテンサイト・ベイナイトの発生がみられる。マルテンサイト・ベイナイトの発生は、通常のＦＳＷに比べ高周波ＦＳＷでは高速度側にシフトしているのがわかる。同じ４００ｍｍ／ｍｉｎで比較すると通常のＦＳＷの方が、焼きが入りやすくなっていると言える。
【００５８】
図１４は、通常のＦＳＷおよび高周波ＦＳＷ攪拌部面積に及ぼす接合速度の影響を示している。高周波ＦＳＷの流動量は、通常のＦＳＷに比べて増加している。つまり、高周波から供給される熱は流動量を増加させ接合速度を２００ｍｍ／ｍｉｎ程度の差に相当する熱量であることがわかる。これは温度測定の結果とも一致する。高周波ＦＳＷは通常のＦＳＷに比べ、流動量がおおよそ２００ｍｍ／ｍｉｎ分だけ高速度側にシフトしているが、接合速度８００ｍｍ／ｍｉｎで接合が可能であることからも接合可能範囲がそれ以上に向上していることがわかる。つまり、回転ツールの負荷が減り寿命の伸びたことを示す。これらは、高周波による加熱が回転ツール１０の負荷軽減および接合速度の向上に対して有効であることを示している。
【００５９】
図１５に高周波ＦＳＷの接合部の垂直断面写真と硬さの分布を示し、図１６に通常のＦＳＷの接合部の垂直断面写真と硬さの分布を示す。断面写真では黒い部分と少し変色した部分があるが、通常のＦＳＷ及び高周波ＦＳＷ問わず、変色した部分の外側と硬さ分布が変化した範囲は一致している。つまり、これが攪拌部に相当すると考えられる。
【００６０】
測定した硬さから、主にマルテンサイト（高周波ＦＳＷ、接合速度８００ｍｍ／ｍｉｎ）、割合の多いマルテンサイトと他にベイナイト（高周波ＦＳＷ、接合速度８００ｍｍ／ｍｉｎ）、割合の多いベイナイトと他にマルテンサイト及びパーライト（高周波ＦＳＷ、接合速度６００ｍｍ／ｍｉｎ）、割合の多いパーライトと他にベイナイト及びフェライト（通常のＦＳＷ、接合速度４００ｍｍ／ｍｉｎ）、割合の多いパーライトと他にフェライト（通常のＦＳＷ、接合速度３００ｍｍ／ｍｉｎ）並びに母材組織（フェライト・パーライト）となっていると考えられ組織観察からも確認された。
【００６１】
接合速度が大きくなるにつれて硬さが上昇し、その傾向は特に高周波ＦＳＷで顕著になった。さらに、通常のＦＳＷでは接合速度４００ｍｍ／ｍｉｎにおいて硬さの上昇がみられたが、高周波ＦＳＷでは接合速度６００ｍｍ／ｍｉｎ以上で硬さの上昇がみられ、その上昇幅は大きかった。この原因としては冷却速度の違いが原因と考えられる。高周波ＦＳＷでは、高周波を用いることにより通常のＦＳＷでは不可能であった接合速度を達成している。そのため冷却速度が増加した。冷却速度が増すにつれマルテンサイト、ベイナイトといった高い硬度をもった組織が生じやすくなると考えられる。一般に接合速度が大きいほうがマルテンサイト・ベイナイトといった組織が生じやすくなる。そのため高周波ＦＳＷにすることで接合部の硬さの上昇開始が高速度側にシフトし、増加幅も大きくなるものと考えられる。一方、同じ４００ｍｍ／ｍｉｎで比較すると、温度の高い高周波ＦＳＷの方が、硬さが低かった。これは、最高到達温度がわずかに高いことで冷却速度が小さくなったためと考えられる。
【００６２】
また、硬さの増加は接合部上部から中央部にかけて観察される。通常、ＦＳＷ時の攪拌部では上部に近づくにつれ温度が高く、冷却速度はバックプレートに接触しているため下部の方が大きい。そのため、本来であれば、下部の方がマルテンサイトやベイナイトといった組織となりやすく硬さの増加がみられるはずである。本実験ではそのような硬さの増加がみられないことから下部付近ではＡ１点以下で接合が行なわれ、微細なフェライトと球状セメンタイトの組織になっていると考えられる。同様な現象は高周波ＦＳＷでも見られ、温度の上昇が小さい事を示している。
【００６３】
また、接合部断面写真と硬さ分布からはＨＡＺは確認できなかった。ＴＭＡＺは、母材と攪拌部の境界に潰れたフェライト・パーライトとしてわずかに存在しており、組織観察からも攪拌部の薄い灰色部と母材の境界に存在することが確認できた。
【００６４】
次に攪拌部の引張試験の結果を示す。その結果を図１７に示す。すべての条件で母材よりも引張強さは大幅に増加したが、その値はややばらついた。接合速度が大きくなることで、最高到達温度が低下し、組織が微細化すること、また冷却速度の増加で硬い組織のマルテンサイトやベイナイトが生成するためである。一般的に材料の硬さが増加すると引張強さも増加する。一方、引張強さのばらつく理由については、接合部の中央から離れるに従い冷却速度が徐々に大きくなることで硬さが不均一なることが挙げられる。高周波ＦＳＷにすることで、ベイナイト・マルテンサイト組織の発生ピークが高速度側にシフトするのと同様に引張強さにおいてもピークは高速度側にシフトした。
【００６５】
以上より、ＦＳＷと鉄系材料を高周波誘導加熱によりＦＳＷ時の温度まで予熱する手法により、中炭素鋼の接合を行い、以下のような結論を得た。
（１）高周波を用いることで、同じ材料に対して、通常のＦＳＷの２倍の接合速度を達成することが可能である。
（２）継手強度は、欠陥が生じない限り母材を上回る。また、最高攪拌部強度を示す接合速度は、高周波を併用することにより高速側へシフトする。
（３）高周波の条件を変化させることで最高到達温度、冷却速度を変化させることができるため、ＦＳＷ後の接合部の組織、および攪拌量の制御が可能である。
（４）一般に接合速度が大きいほうがマルテンサイト・ベイナイトといった組織が生じやすくなる。そのため高周波ＦＳＷにすることで接合部の硬さの上昇開始が高速度側にシフトし、増加幅も大きくなる。一方、同じ接合速度で比較すると、温度の高い高周波ＦＳＷの方が、硬さが低くなる。これは、最高到達温度がわずかに高くなることで冷却速度が小さくなったためである。
（５）  Ａ１点以下で接合された継手は、微細なフェライトと球状セメンタイトの組織となる。高周波誘導加熱の有無に関わらず、このような領域が存在する。
【００６６】
また、上記と同様にして、鉄系母材１００，１０１として板厚１５ｍｍのＳＮ４９０Ｂを用いて高周波ＦＳＷを行なった。回転ツール１０の回転速度は３００ｒｐｍであり、接合速度は８０ｍｍ／ｍｉｎであり、荷重は５ｔｏｎとした。また、高周波誘導加熱源として、回転ツール１０の周囲を囲繞する形状のコイルを用いた。図１８に接合部の上面を示し、図１９に接合部の断面を示す。図１８及び図１９より、板厚１５ｍｍの鉄系材料においても、良好な接合が行なわれていることが判る。
【００６７】
（実験例２）
以下、本発明の実験例２について説明する。本実験例では、予熱のための加熱源として、住友重機械工業株式会社製のＹＡＧレーザ照射機（型番：ＭＷ２０００）を使用してＦＳＷによる鉄系材料の接合を行なった（以下、ハイブリッドＦＳＷと呼ぶことがある）。試料として用いる鉄系母材として、ＳＳ４００を使用した。本実験例におけるＦＳＷ法は、試料に回転ツールが挿入する直前に加熱源として用いたＹＡＧレーザの照射をレーザ光の照射角度を水平から４５°、出力を２ｋＷとして開始し、接合開始と同時に回転ツール前方部へレーザ光の照射角度を水平から４５°、出力を２ｋＷに保ちつつ局部的に照射し続けながら接合を行なった。また、接合中の回転ツールとレーザ照射の相対位置は常に一定とした。
【００６８】
接合条件として、回転ツールの傾斜角は３°とし、回転ツールの回転速度は４００ｒｐｍとした。接合速度は、回転ツールの前方から１５ｍｍの部位にレーザ光を照射したときは４００ｒｐｍ、５００ｒｐｍ、６００ｒｐｍ、７００ｒｐｍ及び８００ｒｐｍとし、回転ツールの前方から５ｍｍの部位にレーザ光を照射したときは６００ｒｐｍ、８００ｒｐｍ及び１０００ｒｐｍとした。
【００６９】
通常のＦＳＷでは接合速度４００ｍｍ／ｒｐｍまで可能であったが、回転ツールの前方から１５ｍｍの部位にレーザ光を照射したときは、接合速度７００ｍｍ／ｒｐｍまで接合可能であった。
【００７０】
図２０及び図２１に、回転ツールの前方から１５ｍｍの部位にレーザ光を照射したハイブリッドＦＳＷの場合と通常のＦＳＷの場合とにおける接合速度４００ｍｍ／ｍｉｎとした継手の攪拌部におけるミクロ組織の表層、中層及び底層を比較して示す。図２０は低拡大倍率でのミクロ組織を示し、図２１は高拡大倍率でのミクロ組織を示す。
【００７１】
ハイブリッドＦＳＷ及び通常のＦＳＷで得られた組織は、表層、中層及び底層ともにほぼ同様であることがわかる。すなわち表層及び中層では、フェライト−パーライト−ベイナイトの混合組織を形成し、底層では変態を伴わないとされるＡ１点以下での領域で接合されたとするフェライトとパーライトの微細組織を形成した。ハイブリッドＦＳＷを適用すると、レーザの予熱により接合時の入熱上昇により、組織的に変化が予想されたが、接合部を形成する主要因がＦＳＷによる接合であったことから、同等の組織が得られ、温度が同程度であったことが推測される。
【００７２】
図２２に回転ツールの前方から１５ｍｍの部位にレーザ光を照射したハイブリッドＦＳＷにおいて接合速度６００ｍｍ／ｍｉｎ、８００ｍｍ／ｍｉｎとした場合と、通常のＦＳＷにおいて接合速度４００ｍｍ／ｍｉｎとした場合とそれぞれの攪拌部の表層、中層及び底層のミクロ組織を示す。ハイブリッドＦＳＷにおける接合速度６００ｍｍ／ｍｉｎの表層及び中層では、フェライト、パーライト、ベイナイトからなる微細な混合組織が得られ、８００ｍｍ／ｍｉｎの表層および中層では、フェライト、パーライトからなる微細な混合組織が得られた。また、接合速度が増加するにしたがって組織が微細化する。これは、単位長さ当りの入熱量が減少し、温度が低下するためである。これらは、予熱の有無に関わらず、あたかも同一のプロセスで行なったような組織の変化である。底層ではいずれの条件とも相変態をともなわないＡ１点以下で接合されたため、微細なフェライトとパーライト組織が形成した。そのフェライト粒の大きさも接合速度の増加とともに小さくなった。いずれの条件でもマルテンサイトの生成は見られなかった。
【００７３】
レーザ照射位置を回転ツールから５ｍｍ前方とし、接合中心位置およびAdvancing  side（前進側）に５ｍｍにずらした場合（以下、5-Adv  sideと呼ぶことがある）、及びRetreating  side（後退側）に５ｍｍずらした場合（5-Ret  sideと呼ぶことがある）について温度を測定した。接合速度６００ｍｍ／ｍｉｎで最高到達温度の違いを計測すると、接合線中央にレーザを照射した場合（以下、5-Centerと呼ぶことがある）と比較して、前進側に５ｍｍずらして照射した場合には、８３℃温度が低下し、後退側に５ｍｍずらして照射した場合には、温度が４０℃上昇することが分かった。
【００７４】
ＦＳＷの回転ツール後方では、一般的に後退側から流動が起こり、前進側では流動が生じないと言われている。回転ツール前面では、前進側では摩擦が大きく最もプローブ回転による摩擦熱が発生することになる。一方、レーザから得られる熱量はレーザ照射位置を問わず等しい。つまり、前進側にレーザを照射した場合には、試料が軟化されプローブによる摩擦熱は減少する可能性がある。他の照射位置に比べプローブ回転による発熱が減少しハイブリッドＦＳＷ時のレーザからの入熱とプローブ回転による発熱のトータルの熱量が減少した。逆に、後退側にレーザを照射した場合には、ツール前面で前進側から中央にかけて、回転ツールと材料の間の摩擦熱によって十分発熱した後にレーザからの熱が供給されるため、最も高温になると考えられる。
【００７５】
図２３では、5-Center、5-Adv  side、5-Ret  sideの接合速度と攪拌部面積との関係を示している。5-Ret  sideの条件が最も流動量の増加がみられた。流動量は5-Adv  side＜5-Center＜5-Ret sideの順に大きくなっている。これは、温度測定の結果とも一致する。5-Centerで接合速度５００ｍｍ／ｍｉｎ、5-Ret  sideで接合速度５００ｍｍ／ｍｉｎは、最高の攪拌部強度が得られた条件である。これまでと同様に２９ｍｍ２程度の攪拌部領域の時が最適であることがわかる。
【００７６】
流動量が増加すると回転ツールに対する負荷は減少するにもかかわらず、最大接合速度は5-Centerが最も向上している。つまり、5-Ret  sideは温度が高く流動量も多いにもかかわらず、5-Centerに比べ回転ツールの負荷が大きいということになる。これを説明するには、ＦＳＷの流動について解明する必要がある。
【００７７】
まず、図２４のＦＳＷ通常流動部２０２に示すように、回転ツール前面と接触した際にＦＳＷでは接合時、回転ツールの進行上の試料のほぼすべてがツールの後退側へと流動していき、その後、回転ツール後方で後退側から前進側へ材料が流れて接合が行われると考えられている。さらに最も回転ツールに負荷がかかる場所を最大摩擦力領域２０３で示している。この高負荷部である最大摩擦力領域２０３は前進側から中央にかけてプローブ１１前方に存在している。ＦＳＷのメカニズムを踏まえたうえでレーザ照射位置（接合界面２０１に垂直な方向）の違いによる温度と流動について以下に示す。回転ツール破壊は主にプローブ１１に生じるため、ショルダー１２については考察せず、プローブ１１のみに絞って考察した。
【００７８】
図２５〜２７に、5-Center、5-Adv  side、5-Ret  sideの接合中のプローブ１１周りの流動について示している。これら三つの条件では、レーザ照射点３０１においてレーザから同熱量を得ているので高温部３０２における最高到達温度の違いは、ツールの摩擦熱の違いによるものであると考えられる。5-Adv  sideでは、最大摩擦力領域２０３の前方が軟化するためプローブ１１による摩擦熱が減少し、トータルの熱量が大きく減少したと考えられる。そのため、流動量は小さくなった。5-Ret  sideでは、最大摩擦力領域２０３の前方が軟化しないため、プローブ１１の摩擦による発熱は三つの条件の中で最も大きくなる。その後、レーザによって同量のエネルギーが投入されるため流動量が三つの条件の中で最も増加すると考えられる。5-Centerではプローブ１１前方が軟化し、プローブ１１に対する負荷が三つの条件の中で最も減少し、後退側に近いため流動量も増加した。ただ軟化域が小さいため前進側で試料との摩擦で発熱した。このように流動がレーザ照射位置を変化に大きな影響を及ぼしたことがわかった。
【００７９】
尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、回転ツールを回転させつつ加工方向に向けて移動させるＦＳＷだけではなく、回転ツールを回転させつつ加工部位で移動させないスポットＦＳＷ、鉄系母材同士を接合部位で突き合わせるＦＳＷ、及び鉄系母材同士を重ね合わせて一方の鉄系母材の側から重ね合わせた部位まで回転ツールを挿入するＦＳＷの４つの態様並びにこれらを組み合わせた態様が含まれる。
【符号の説明】
【００８０】
１ａ，１ｂ…摩擦攪拌接合装置、１０…回転ツール、２０ａ，２０ｂ…高周波誘導加熱源、２１…コイル、２２…コア、３０…マッチングボックス、４０…エアシリンダー、１００，１０１…鉄系母材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１４】
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【図１７】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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