接合方法及複合軋製件的製造方法與流程

2023-05-29 02:41:21

本發明涉及一種接合方法及複合軋製件的製造方法。

背景技術：

例如，在專利文獻1中公開了一種通過旋轉工具將材料不同的金屬構件彼此摩擦攪拌接合的技術。在現有的摩擦攪拌接合中，將旋轉工具的攪拌銷插入對接部並將軸肩部的下端面插入兩個金屬構件數毫米左右，使旋轉工具沿對接部相對移動。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2002－66765號公報

技術實現要素：

發明所要解決的技術問題

在現有的摩擦攪拌接合中，通過旋轉工具的攪拌銷和軸肩部，對金屬構件彼此的對接部進行摩擦攪拌，但是在金屬構件彼此的軟化溫度差較大的情況下，很難將金屬構件彼此的對接部理想地接合。

一般來說，在將軟化溫度不同的金屬構件彼此的對接部摩擦攪拌接合的情況下，需要調節接合條件以增大進熱量，來使軟化溫度較高的金屬構件軟化。例如，在將鋁合金構件與銅合金構件的對接部摩擦攪拌接合的情況下，由於銅合金構件的軟化溫度比鋁合金構件的軟化溫度高，因此，需要調節接合條件以增大進熱量，來使銅合金構件軟化。當在這樣使進熱量變大的接合條件下，將鋁合金構件與銅合金構件攪拌混合時，al/cu的界面的面積增加，並且在al/cu的界面之間發生相互擴散，使得al-cu相成為液相，從接合部產生大量的毛邊，從而導致接合不良。此外，在進熱量變小的接合條件下，由於銅合金構件沒有充分軟化，因此，旋轉工具與銅合金構件間的摩擦阻力過度變大，而使施加於旋轉工具及摩擦攪拌裝置的載荷增大，從而使接合變得困難。

此外，當在進熱量變大的接合條件下進行摩擦攪拌接合時，若旋轉工具的軸肩部與不同的金屬構件彼此接觸，則由於進熱量進一步變大，因此，這些構件的溫度會進一步上升，存在從接合部產生大量的毛邊而導致接合不良的可能性。此外，當在進熱量變小的接合條件下進行摩擦攪拌接合時，若旋轉工具的軸肩部與不同的金屬構件彼此接觸，則由於摩擦阻力進一步變大，因此，存在如上所述那樣施加於摩擦攪拌裝置的載荷增大而導致接合變得困難的可能性。

順便提一下，由於假設金屬構件的軟化溫度(k)與金屬構件的熔點(k)大致成正比也可認為沒有問題，因此，在本說明書中，將軟化溫度較高的金屬構件按熔點較高的金屬構件對待，並將軟化溫度較低的金屬構件按熔點較低的金屬構件對待。

從這種觀點出發，本發明的技術問題在於提供一種能使不同種類的金屬構件理想地接合的接合方法及複合軋製件的製造方法。

解決技術問題所採用的技術方案

為了解決上述技術問題，本發明是一種接合方法，在所述接合方法中，使用具有前端細的攪拌銷的旋轉工具，對材料不同的一對金屬構件進行接合，所述接合方法的特徵是，包括：準備工序，在所述準備工序中，準備第一金屬構件和第二金屬構件，其中，所述第一金屬構件具有第一上表面、第一下表面和將所述第一上表面與所述第一下表面連接的第一傾斜面，所述第二金屬構件具有第二上表面、第二下表面和將所述第二上表面和所述第二下表面連接的第二傾斜面，所述第二金屬構件的熔點比所述第一金屬構件的熔點高；對接工序，在所述對接工序中，以如下方式使所述第一傾斜面與所述第二傾斜面對接來形成對接部，其中，由所述第一上表面和所述第一傾斜面構成的第一上交線與由所述第一下表面和所述第一傾斜面構成的第一下交線相比更位於所述第二金屬構件一側，由所述第二下表面和所述第二傾斜面構成的第二下交線與由所述第二上表面和所述第二傾斜面構成的第二上交線相比更位於所述第一金屬構件一側；以及接合工序，在所述接合工序中，僅從所述第一上表面插入旋轉的所述旋轉工具，並且在使僅所述攪拌銷與至少所述第一金屬構件接觸的狀態下，使所述旋轉工具沿著所述對接部相對移動，從而將所述第一金屬構件和所述第二金屬構件接合。

此外，本發明是一種複合軋製件的製造方法，所述複合軋製件由材料不同的一對金屬構件形成，所述複合軋製件的製造方法的特徵是，包括：準備工序，在所述準備工序中，準備第一金屬構件、第二金屬構件和旋轉工具，其中，所述第一金屬構件具有第一上表面、第一下表面和將所述第一上表面與所述第一下表面連接的第一傾斜面，所述第二金屬構件具有第二上表面、第二下表面和將所述第二上表面與所述第二下表面連接的第二傾斜面，並且所述第二金屬構件的熔點比所述第一金屬構件的熔點高，所述旋轉工具具有前端細的攪拌銷；對接工序，在所述對接工序中，以如下方式將所述第一傾斜面與所述第二傾斜面對接來形成對接部，其中，由所述第一上表面和所述第一傾斜面構成的第一上交線與由所述第一下表面和所述第一傾斜面構成的第一下交線相比更位於所述第二金屬構件一側，由所述第二下表面和所述第二傾斜面構成的第二下交線與由所述第二上表面和所述第二傾斜面構成的第二上交線相比更位於所述第一金屬構件一側；接合工序，在所述接合工序中，僅從所述第一上表面插入旋轉的所述旋轉工具，並且在使僅所述攪拌銷與至少所述第一金屬構件接觸的狀態下，使所述旋轉工具沿著所述對接部相對移動，從而將所述第一金屬構件和所述第二金屬構件接合；以及軋制工序，在所述軋制工序中，將通過所述接合工序接合的所述金屬構件彼此以接合線為軋制方向進行軋制。

根據該製造方法，由於使旋轉工具的軸肩部不與第一金屬構件及第二金屬構件接觸，因此，能抑制向第一金屬構件及第二金屬構件的進熱量。此外，例如，只要以與僅第一金屬構件接觸的方式插入旋轉工具，便能與軟化溫度較低的第一金屬構件相應地調節接合條件，並能抑制進熱量。因而，能抑制第一金屬構件大幅度地軟化從而過度地產生毛邊的情況，並能防止因金屬不足引起的接合不良。

此外，由於使旋轉工具的軸肩部不與第一金屬構件及第二金屬構件接觸，因此，能減小摩擦阻力，並能減小施加於旋轉工具及摩擦攪拌裝置的載荷。此外，由於使旋轉工具的軸肩部不與第一金屬構件1及第二金屬構件2接觸，因此，能防止旋轉工具處於高溫。藉此，旋轉工具的材料選擇變得容易，並且能延長旋轉工具的壽命。

此外，較為理想的是，在所述接合工序中，將所述旋轉工具的旋轉方向和前進方向設定成使形成於所述旋轉工具的移動軌跡的塑性化區域中的、靠所述第二金屬構件一側成為剪切側，而靠所述第一金屬構件一側成為流動側。

若塑性化區域中的、熔點較高的第二金屬構件一側成為流動側，則第一金屬構件在對接部處的溫度降低，而無法促進不同的金屬彼此的界面處的相互擴散，從而存在導致接合不良的可能性。但是，根據上述製造方法，通過設定成使熔點較高的第二金屬構件一側成為剪切側，從而能將第一金屬構件在對接部處的溫度保持成相對較高的溫度，能促進不同的金屬彼此的界面處的相互擴散，並能防止接合不良。

另外，剪切側是旋轉工具的外周相對於接合部的相對速度成為旋轉工具的外周處的切線速度的大小加上移動速度的大小後的值所在的一側。流動側是旋轉工具的外周相對於接合部的相對速度成為旋轉工具的外周處的切線速度的大小減去移動速度的大小後的值所在的一側。

此外，較為理想的是，所述第一金屬構件由鋁或鋁合金形成，所述第二金屬構件由銅或銅合金形成，並且在所述接合工序中，僅從所述第一上表面插入旋轉的所述旋轉工具，並且在使僅所述攪拌銷與僅所述第一金屬構件接觸的狀態下，使所述旋轉工具沿著所述對接部相對移動，從而將所述第一金屬構件和所述第二金屬構件接合。根據上述製造方法，能夠將銅或銅合金制的金屬構件與鋁或鋁合金制的金屬構件理想地接合。

此外，較為理想的是，在所述旋轉工具的外周面隨著從基端朝向前端刻設有朝左旋轉的螺旋槽的情況下，使所述旋轉工具朝右旋轉，在所述旋轉工具的外周面隨著從基端朝向前端刻設有朝右旋轉的螺旋槽的情況下，使所述旋轉工具朝左旋轉。

根據上述製造方法，由於塑性流動化的金屬被螺旋槽引導而朝旋轉工具的前端側流動，因此，能抑制毛邊的產生。

發明效果

根據本發明的接合方法及複合軋製件的製造方法，能將不同種類的金屬構件理想地接合。

附圖說明

圖1的(a)是表示本實施方式的旋轉工具的側視圖，圖1的(b)是表示旋轉工具的接合形態的示意剖視圖。

圖2的(a)是表示本實施方式的準備工序的側視圖，圖2的(b)是表示本實施方式的對接工序的側視圖，圖2的(c)是表示本實施方式的接合工序的立體圖。

圖3是表示本實施方式的接合工序的剖視圖。

圖4是表示本實施方式的接合工序後的剖視圖。

圖5是表示本實施方式的軋制工序的立體圖。

圖6是表示本實施方式的複合軋製件的剖視圖。

圖7是表示變形例的接合工序的圖，其中，圖7的(a)是立體圖，圖7的(b)是圖7的(a)的i-i剖視圖。

圖8的(a)是表示試驗1的結果的表，圖8的(b)是試驗體1-1、1-3、1-4的俯視圖像，圖8的(c)是試驗體1-5、1-7、1-8的俯視圖像。

圖9是試驗1的接合工序後的剖視圖，其中，圖9的(a)表示試驗體1-7，圖9的(b)表示試驗體1-11。

圖10的(a)是表示試驗2的結果的表，圖10的(b)是表示試驗體2-1、2-2、2-3的俯視圖像。

圖11的(a)是表示試驗3的結果的表，圖11的(b)是表示試驗體3-1、3-2、3-3的俯視圖像。

圖12是試驗4的軋制工序後的各試驗體的俯視圖，其中，圖12的(a)表示試驗體1-5、1-6、1-7，圖12的(b)表示試驗體1-9、1-10、1-11。

圖13是表示試驗4的結果的表。

具體實施方式

參照附圖，對本發明實施方式的複合軋製件的製造方法進行詳細說明。首先，對在本實施方式中使用的旋轉工具進行說明。

如圖1的(a)所示，旋轉工具f由連接部f1和攪拌銷f2構成。旋轉工具f例如由工具鋼形成。連接部f1是與圖1的(b)所示的摩擦攪拌裝置的轉軸d連接的部位。連接部f1呈圓柱狀，形成有供螺栓緊固的螺紋孔(未圖示)。

攪拌銷f2從連接部f1下垂，並與連接部f1同軸。攪拌銷f2越是遠離連接部f1，其前端變得越細。在側視的情況下，鉛垂軸c與攪拌銷f2的外周面所成的傾斜角度α在本實施方式中設定為20°。傾斜角度α適當設定在10～60°的範圍內。當傾斜角度小於10°時，由於在接合時毛邊會從攪拌銷f2的外周面排出而可能產生接合缺陷，因此，不甚理想。當傾斜角度α大於60°時，由於旋轉工具f的直徑過度變大，而使對旋轉工具f及摩擦攪拌裝置的載荷變大，因此，不甚理想。

在攪拌銷f2的外周面刻設有螺旋槽f3。在本實施方式中，由於使旋轉工具f朝右旋轉，因此，螺旋槽f3形成為隨著從基端朝向前端而朝左旋轉。換言之，若將螺旋槽f3從基端朝向前端描畫，則螺旋槽f3形成為從上方觀察朝左旋轉。

另外，較為理想的是，當使旋轉工具f朝左旋轉時，將螺旋槽f3形成為隨著從基端朝向前端而朝右旋轉。換言之，若將螺旋槽f3從基端朝向前端描畫，則這種情況下的螺旋槽f3從上方觀察形成為朝右旋轉。通過上述方式設定螺旋槽f3，從而在進行摩擦攪拌時，利用螺旋槽f3將塑性流動化後的金屬朝攪拌銷f2的前端側引導。藉此，能減少溢出到被接合金屬構件(後述的第一金屬構件1、第二金屬構件2)外部的金屬的量。

如圖1的(b)所示，當使用旋轉工具f進行摩擦攪拌接合時，將僅旋轉的攪拌銷f2插入被接合金屬構件，使被接合金屬構件與連接部f1一邊分開，一邊移動。換言之，以攪拌銷f2的基端部露出的狀態進行摩擦攪拌。在旋轉工具f的移動軌跡上，因摩擦攪拌後的金屬硬化而形成有塑性化區域w。

接著，對本實施方式的複合軋製件的製造方法進行說明。本實施方式的複合軋製件的製造方法是通過旋轉工具f將一對金屬構件彼此接合之後進行軋制，來獲得複合軋製件的方法。

如圖2的(a)所示，第一金屬構件1呈板狀。第一金屬構件1具有第一上表面1b、第一下表面1c和將第一上表面1b與第一下表面1c連接的第一傾斜面1a。雖然第一金屬構件1在本實施方式中由鋁合金形成，但是也可以由鋁、銅、銅合金、鈦、鈦合金、鎂、鎂合金等能夠進行摩擦攪拌的金屬材料形成。

第二金屬構件2呈板狀。第二金屬構件2具有第二上表面2b、第二下表面2c和將第二上表面2b與第二下表面2c連接的第二傾斜面2a。第二傾斜面2a與第一傾斜面1a平行。第二金屬構件2的熔點比第一金屬構件1的熔點高，且由能夠進行摩擦攪拌的材料形成。第二金屬構件2在本實施方式中由銅(cu1020)形成。

本實施方式的複合軋製件的製造方法進行準備工序、對接工序、接合工序和軋制工序。另外，權利要求書中的接合方法是進行準備工序、對接工序和接合工序的工序。

準備工序是準備前述的第一金屬構件1、第二金屬構件2及旋轉工具f的工序。

如圖2的(b)所示，對接工序是將第一金屬構件1和第二金屬構件2的端部彼此對接的工序。在對接工序中，使第一金屬構件1的第一傾斜面1a與第二金屬構件2的第二傾斜面2a面接觸來形成對接部j。此外，使第一金屬構件1的第一上表面1b與第二金屬構件2的第二上表面2b共面，並且使第一金屬構件1的第一下表面1c與第二金屬構件2的第二下表面2c共面。

更詳細來說，在對接工序中，以如下方式使第一傾斜面1a與第二傾斜面2a對接來形成對接部j，即，在側視觀察時，由第一上表面1b和第一傾斜面1a構成的第一上交線1d與由第一下表面1c和第一傾斜面1a構成的第一下交線1e相比更位於相對的第二金屬構件2一側，由第二下表面2c和第二傾斜面2a構成的第二下交線2e與由第二上表面2b和第二傾斜面2a構成的第二上交線2d相比更位於相對的第一金屬構件1一側。

對接部j的傾斜角度(鉛垂軸c與對接面所成的角度)β在本實施方式中設定為20°。攪拌銷f2的外周面的傾斜角度α(參照圖1的(a))與對接部j的傾斜角度β為相同的角度。若將第一金屬構件1與第二金屬構件2對接，則通過設於架臺的夾具(未圖示)將各構件限制成無法移動。

接合工序是使用旋轉工具f將第一金屬構件1與第二金屬構件2接合的工序。如圖2的(c)所示，在接合工序中，一邊使旋轉工具f的攪拌銷f2旋轉，一邊將旋轉工具f插入位於第一金屬構件1的第一上表面1b且設定於對接部j附近的開始位置sp。此外，使旋轉工具f與對接部j的延長方向平行地相對移動。在旋轉工具f的移動軌跡上形成有塑性化區域w。

在接合工序中，設定為塑性化區域w中的、靠第二金屬構件2一側(靠近第二金屬構件2的一側)成為剪切側，靠第一金屬構件1一側(遠離第二金屬構件2的一側)成為流動側。也就是說，在本實施方式的接合工序中，以使第一金屬構件1位於前進方向右側的方式進行配置，並使旋轉工具f朝右旋轉。另外，在以使第二金屬構件2位於前進方向右側的方式配置的情況下，通過使旋轉工具f朝左旋轉，從而使靠第一金屬構件1一側成為流動側。

如圖3所示，攪拌銷f2的插入深度只要適當設定即可，但在本實施方式中，設定為第一金屬構件1的板厚的90％左右的深度。此外，在本實施方式的接合工序中，以使旋轉工具f與第二金屬構件2不接觸且通過摩擦攪拌使第一金屬構件1與第二金屬構件2擴散接合的方式設定開始位置sp的位置。

在此，若旋轉工具f的外周面與第二金屬構件2相隔很遠，則第一金屬和第二金屬在對接部j處不會相互擴散，從而無法將第一金屬構件1與第二金屬構件2牢固地接合。另一方面，若使旋轉工具f與第二金屬構件2接觸，並在增大兩者的重疊量的狀態下進行摩擦攪拌，則為了使第二金屬構件2軟化，需要調節接合條件以增大進熱量，從而存在導致接合不良的可能性。因而，為了使第一金屬和第二金屬在對接部j處相互擴散，較為理想的是，以使旋轉工具f的外周面與第二金屬構件2稍許接觸的狀態進行接合，或是以使旋轉工具f的外周面與第二金屬構件2不接觸但儘可能靠近的狀態進行接合

此外，如本實施方式那樣，在第一金屬構件1是鋁合金構件，第二金屬構件2是銅構件的情況下，較為理想的是，在接合工序中，以使旋轉工具f的外周面與第二金屬構件2(銅構件)不接觸但儘可能靠近的狀態進行接合。順便提一下，在進熱量變大的接合條件下，假設使旋轉工具f的外周面與第二金屬構件2(銅構件)發生接觸，則鋁合金構件中會被攪拌而混入少量的銅構件，從而促進al/cu的相互擴散，在鋁合金構件中分散的al-cu相成為液相，從而從鋁合金構件一側產生大量的毛邊而導致接合不良。

如圖4所示，在塑性化區域w的上表面形成有毛邊v，並且沿對接部j形成有凹部q。塑性化區域w的傾斜角度γ與對接部j的傾斜角度β大致相同。塑性化區域w與第二金屬構件2鄰接。也就是說，塑性化區域w並未越過對接部j而形成於第二金屬構件2一側。凹部q是通過金屬因摩擦攪拌溢出到外部而形成的凹槽。較為理想的是，在接合工序結束後，進行對毛邊v進行切除的毛邊切除工序。此外，也可以進行將第一金屬構件1的第一上表面1b及第二金屬構件2的第二上表面2b切削得較薄來將凹部q去除的切削工序。

軋制工序是將接合後的第一金屬構件1及第二金屬構件2進行軋制的工序。如圖5所示，在軋制工序中，使用包括軋輥r、r的軋制裝置來進行冷軋。在軋制工序中，將接合工序中的接合線(塑性化區域w)設為軋制方向進行軋制。通過上述工序，形成圖6所示的複合軋製件10。軋制工序中的壓下率只要根據第一金屬構件1及第二金屬構件2的材料或是複合軋製件10的用途來適當設定即可。

根據以上說明的複合軋製件的製造方法及接合方法，由於在接合工序中，軸肩部與第一金屬構件1及第二金屬構件2不接觸，因此，能儘可能地減小進熱量，並能減小摩擦阻力，由此能減小對旋轉工具f及摩擦攪拌裝置的載荷。此外，像本實施方式那樣，在第一金屬構件1是鋁合金構件，第二金屬構件2是銅構件的情況下，較為理想的是，在接合工序中，以使旋轉工具f的外周面與第二金屬構件2(銅構件)不接觸但儘可能靠近的狀態進行接合。這樣，不會從鋁合金構件一側過度產生毛邊v，第一金屬構件1與第二金屬構件2在對接部j的相互擴散得到促進，從而牢固地進行接合。因而，與現有技術相比，能抑制向第一金屬構件1及第二金屬構件2的進熱量，能減小對旋轉工具f及摩擦攪拌裝置的載荷，並且能抑制從第一金屬構件1一側過度地產生毛邊v。此外，由於使軸肩部與第一金屬構件1及第二金屬構件2不接觸，因此，能防止旋轉工具f溫度變高。藉此，旋轉工具f的材料選擇變得容易，並且能延長旋轉工具f的壽命。

若塑性化區域w中的、熔點較高的第二金屬構件2一側成為流動側，則第一金屬構件1在對接部j處的溫度會降低，從而不同的金屬彼此的界面處的相互擴散不會被促進，從而存在導致接合不良的可能性。因而，若調節接合條件以增大進熱量，則會從成為剪切側的第一金屬構件1一側過度地產生毛邊，從而導致接合缺陷。但是，像本實施方式那樣，通過設定為使塑性化區域w中的、熔點較高的第二金屬構件2一側成為剪切側，從而能將第一金屬構件1在對接部j處的溫度保持成相對較高的溫度，不同的金屬彼此的界面處的相互擴散得到促進，從而能防止接合不良的情況。

雖然也可以使旋轉工具f的外周面與第二金屬構件2稍許接觸，但在本實施方式中，由於設定為使旋轉工具f與第二金屬構件2不接觸，因此，能防止第一金屬構件1與第二金屬構件2被混合攪拌，並能更可靠地防止過度地產生毛邊v而導致接合不良的情況。

此外，由於像本實施方式那樣，在第一金屬構件1及第二金屬構件2的端部分別包括第一傾斜面1a及第二傾斜面2a，因此，與對接部(對接面)平行於鉛垂軸c的情況相比，能增大對接部j的接觸面積。藉此，能提高接合強度。

此外，在本實施方式中，攪拌銷f2的外周面的傾斜角度α(參照圖1的(a))與對接部j的傾斜角度β(參照圖2的(b))成為相同的角度。雖然傾斜角度α與傾斜角度β也可以設定為不同，但是通過將兩者設為相同，從而使旋轉工具f與第二金屬構件2間的距離的設定變得容易。也就是說，在旋轉工具f的外周面與第二金屬構件2不接觸的狀態下使兩者儘可能接近的操作變得容易。

接著，對本發明的變形例進行說明。圖7的(a)和圖7的(b)是表示變形例的接合工序的圖，其中，圖7的(a)是立體圖，圖7的(b)是圖7的(a)的i-i剖視圖。如圖7的(a)所示，在變形例的對接工序中，並排設置多組(在圖7中為三組)由第一金屬構件1和第二金屬構件2組成的組，並通過設於架臺的夾具將其限制成無法移動。

在本變形例中，將由第一金屬構件1a和第二金屬構件2a組成的第一組、由第一金屬構件1b和第二金屬構件2b組成的第二組、由第一金屬構件1c和第二金屬構件2c組成的第三組並排設置。第一組、第二組及第三組的對接部j分別平行地進行對接。

此外，在本變形例中，相鄰的組彼此的對接部也以傾斜的方式對接。也就是說，使由第一金屬構件1a與第二金屬構件2b對接而形成的對接部j1和由第一金屬構件1b與第二金屬構件2c對接而形成的對接部j2以傾斜的方式進行對接。對接部j1及對接部j2的傾斜角度(相對於鉛垂軸的傾斜角度)均設定為－20°。對接部j1及對接部j2的傾斜方向與對接部j的傾斜方向相反。對接部j1及對接部j2彼此平行。

在接合工序中，以與前述的實施方式相同的要領，使用旋轉工具f進行摩擦攪拌，並將各對接部j接合。此外，在接合工序中，以與前述的實施方式相同的要領，使用旋轉工具f對對接部j1及對接部j2進行摩擦攪拌。

也就是說，在變形例的接合工序中，將朝右旋轉的旋轉工具f插入位於對接部j1附近且位於第一金屬構件1a的上表面的裡側(圖7的(a)中的裡側)，並使旋轉工具f沿對接部j1朝第一金屬構件1a的近前側移動。也就是說，在對接部j1中，以使第二金屬構件2b一側成為剪切側的方式對旋轉工具f的旋轉方向及移動方向進行設定。在對接部j2中，也以與對接部j1相同的要領進行摩擦攪拌。如圖7的(a)和(b)所示，在本變形例中，在第二金屬構件2(2a、2b、2c)上沒有形成塑性化區域w，而僅在第一金屬構件1(1a、1b、1c)上形成有塑性化區域w。

由於第一金屬構件1和第二金屬構件2由不同的材料形成，因此，硬度也不同。在像本實施方式那樣，對由鋁合金形成的第一金屬構件1和由銅形成的第二金屬構件2進行軋制的情況下，由於鋁合金構件的硬度比銅構件的硬度小，因此，第一金屬構件1會發生更大程度地變形。因而，軋制後得到的複合軋製件以第一金屬構件1成為外側、第二金屬構件2成為內側的方式俯視觀察時彎曲成弓形(參照圖12的(a)和(b))。

但是，根據變形例的接合工序，由於使相鄰的金屬構件的組彼此在並排設置的狀態下限制成無法移動，因此，能抑制各金屬構件在俯視觀察時呈弓形發生變形。此外，由於能通過一次操作，連續地進行針對多個對接部j、j1、j2的摩擦攪拌，因此，能加速製造周期。

實施例

接著，對本發明的實施例進行說明。在實施例中，第一金屬構件1由於al050(jis)形成，第二金屬構件2由cu1020(jis)形成。第一金屬構件1及第二金屬構件2均設定成厚度為10mm，寬度為60mm。旋轉工具f的前端直徑的外徑設定成4mm。攪拌銷f2的外周面的傾斜角度α(參照圖1的(a))與對接部j的傾斜角度β(參照圖2的(b))均設定為20°。

另外，鋁合金a1050的成分是0.25％以下的si、0.40％以下的fe、0.05％以下的cu、0.05％以下的mn、0.05％以下的mg、0.05％以下的zn、0.05％以下的v、0.03％以下的ti、各自0.03％以下的其它成分、以及99.50％以上的al。

銅cu1020的成分是99.96％以上的cu。

(試驗1)

如圖8的(a)所示，在試驗1中，進行用於對接合工序中的旋轉工具f的行進速度及旋轉速度的影響進行確認的試驗。

在試驗1中，設定成使將旋轉工具f的插入深度為9.0mm，使旋轉工具f與第二金屬構件2間的距離為0mm，並使第二金屬構件2一側成為剪切側(ad側)，將行進速度及旋轉速度作為參數。旋轉工具f設定為朝右旋轉。另外，「旋轉工具f與第二金屬構件2間的距離」是指從攪拌銷f2的外周面至第二金屬構件2的第二傾斜面2a的距離，但在本實施方式中，當旋轉工具f與第二金屬構件2間的距離為0mm的情況下，旋轉工具f的外周面與第二金屬構件2的第二傾斜面不發生接觸。

旋轉工具f的行進速度設定為100mm/min、150mm/min、200mm/min、300mm/min。此外，旋轉工具f的旋轉速度設定為750rpm、900rpm、1050rpm。如圖8的(b)和(c)所示，在接合工序中，在開始位置sp處將旋轉工具f插入，並使旋轉工具f相對移動後，在結束位置ep處使旋轉工具f脫離。此外，在接合工序中，對於一對的第一金屬構件1及第二金屬構件2，使旋旋轉速度度恆定，並使行進速度在一次行程(一パス)中適當變化，從而製作各試驗體。

關於製作的試驗體1-1～試驗體1-12，在平面及宏觀金相截面中對接合狀態進行觀察。在觀察時，在凹部q的深度尺寸為1.5mm(金屬構件的板厚的15％以下)的情況下，判斷為「○」，在凹部q的深度尺寸超過1.5mm的情況下，判斷為「×」。

如圖8的(b)所示，在試驗體1-1中，凹部q很小，且幾乎不會產生毛邊，因而接合狀態為「○」。另一方面，在試驗體1-3、1-4中，凹部q變大，也產生大量的毛邊v，因而接合狀態為「×」。試驗體1-3、1-4的毛邊v產生在第一金屬構件1一側，在第二金屬構件2一側幾乎沒有產生。

如圖8的(c)所示，在試驗體1-5、1-7中，幾乎沒有產生凹部q，且毛邊v也少量，因而接合狀態為「○」。另一方面，在試驗體1-8中，凹部q變大，且產生大量的毛邊v，因而接合狀態為「×」。可知在旋轉工具f的旋轉速度恆定的情況下，行進速度越慢，則接合狀態越好。另外，試驗體1-5、1-7、1-8的毛邊v產生在第一金屬構件1一側，在第二金屬構件2一側幾乎沒有產生。

圖9的(a)和圖9的(b)是試驗1的接合工序後的剖視圖，其中，圖9的(a)表示試驗體1-7，圖9的(b)表示試驗體1-11。圖9的(b)的旋轉工具f的旋轉速度為1050rpm的試驗體1-11的凹部q比圖9的(a)的旋轉工具f的旋轉速度為900rpm的試驗體1-7的凹部q小。可知在旋轉工具f的行進速度恆定的情況下，旋轉工具f的旋轉速度越快，則接合狀態越好。

此外，將各試驗體沿與接合方向(塑性化區域w)成直角的方向切下，以製作出拉伸試驗體(尺寸：長度100mm×寬度20mm)，並對該各試驗體的拉伸強度進行測量。旋轉工具f的行進速度為100mm/min的試驗體1-5的拉伸強度是79mpa。旋轉工具f的行進速度為200mm/min的試驗體1-7的拉伸強度是45mpa。可知在旋轉工具f的旋轉速度恆定的情況下，旋轉工具f的行進速度越慢，則拉伸強度越大。

此外，雖然省略了具體的圖示，但對測量拉伸強度後的第一金屬構件1及第二金屬構件2的斷裂面中的、靠第二金屬構件2一側(銅構件一側)的斷裂面的鋁合金的附著量進行觀察。從該觀察的結果可知，試驗體1-5的斷裂面比試驗體1-7的斷裂面附著有更多的鋁合金。可知在旋轉工具f的行進速度較慢的試驗體1-5中，在第二金屬構件2一側附著有較多的鋁合金，接合時的進熱量變大，從而促進對接部j處的al/cu的相互擴散。

對以上情況進行匯總後可知，在試驗1中，只要旋轉工具f處於與第二金屬構件2不接觸的狀態，則旋轉工具f的行進速度越慢、且旋轉工具f的旋轉速度越快，接合狀態就越好。換言之，可知向各金屬構件的進熱量越大，接合狀態就越好。

(試驗2)

如圖10的(a)所示，在試驗2中，進行用於對接合工序中的旋轉工具f與第二金屬構件2間的距離的影響進行確認的試驗。

在試驗2中，製作出試驗體2-1、2-2、2-3。在上述試驗中，設定成使旋轉工具f的插入深度為9.0mm，使旋轉速度為750rpm，並使剪切側(ad側)成為第二金屬構件2一側，並且將行進速度、旋轉工具f與第二金屬構件2間的距離作為參數。旋轉工具f設定為朝右旋轉。

在試驗2中，將旋轉工具f的行進速度設為100mm/min、150mm/min、200mm/min，並將旋轉工具f與第二金屬構件2間的距離設為0mm、-1mm。旋轉工具f與第二金屬構件2間的距離為－1mm是指，第二金屬構件2與旋轉工具f的外周面的重疊量為1mm。

如圖10的(a)所示，可知當旋轉工具f與第二金屬構件2間的距離是0mm時，在旋轉工具f的行進速度為100mm/min的試驗體1-1中，接合狀態是「○」。另一方面，當旋轉工具f與第二金屬構件2間的距離為－1mm時，在旋轉工具f的行進速度為100～200mm/min的範圍內，接合狀態為「×」。在圖8的(b)的試驗體1-1中，沒有確認在塑性化區域w的表面存在明顯的槽，但在圖10的(b)的試驗體2-1中，在試驗體2-1的塑性化區域w的中央產生較大的槽，並且在塑性化區域w的兩側產生大量的毛邊v。也就是說，可知若使旋轉工具f的外周面進入第二金屬構件2一側1mm，則接合狀態會變差。此外，如圖10的(b)所示，可知旋轉工具f的行進速度越慢(＝進熱量越大)，槽變得越大。

若使旋轉工具f侵入第二金屬構件2達1mm，則在第一金屬構件1(鋁合金構件)中會攪拌而混入有第二金屬構件2(銅構件)，從而使al/cu界面的面積增加，並且促進al/cu的相互擴散，分散後的al-cu相的熔點降低而成為液相，從而從鋁合金構件一側產生大量的毛邊，導致接合不良。

(試驗3)

如圖11的(a)所示，在試驗3中，進行用於對接合工序中的旋轉工具f的剪切側及流動側的影響進行確認的試驗。

在試驗3中，製作出試驗體3-1、3-2、3-3。在上述試驗中，將旋轉工具f的插入深度設為9.0mm，將旋轉速度設為900rpm，將旋轉工具f與第二金屬構件2間的距離設為0mm，並將旋轉工具f的行進速度作為參數。旋轉工具f設定為朝右旋轉。

在試驗3中，將旋轉工具f的行進速度設定為100mm/min、150mm/min、200mm/min。如圖11的(b)所示，設定為在試驗體3-1、3-2、3-3中，設定成使第二金屬構件2一側為旋轉工具f的流動(re)側(使第一金屬構件1一側為旋轉工具的剪切(ad)側)。在試驗體3-1、3-2、3-3中，配置成一邊使旋轉工具f朝右旋轉，一邊使第二金屬構件2位於前進方向右側，並以與前述的實施方式相同的要領進行摩擦攪拌。

如圖11的(a)的試驗體1-5、1-6、1-7所示，當設定成使第二金屬構件2一側為旋轉工具f的剪切(ad)側時，在旋轉工具f的行進速度為100～200mm/min的範圍內，接合狀態為「○」。即使觀察圖8的(c)的試驗體1-5、1-7，在塑性化區域w中也沒有形成凹槽。這樣，通過設定成使塑性化區域w中的、熔點較高的第二金屬構件2一側成為剪切側，從而能使第一金屬構件與第二金屬構件的界面處的溫度保持成相對較高的溫度，並能防止接合不良。

另一方面，如圖11的(b)的試驗體3-1、3-2、3-3所示，當設定成使第二金屬構件2一側為旋轉工具f的流動(re)側(使第一金屬構件1一側為旋轉工具的剪切(ad)側)時，接合狀態為「×」。如圖11的(b)所示，可知在試驗體3-1、3-2、3-3的塑性化區域w的對接部j一側形成有較大的凹槽。這樣，若塑性化區域w中的、熔點較高的第二金屬構件2一側成為流動側，則第一金屬構件1與第二金屬構件2的界面處的溫度會降低，從而無法促進界面處的不同的金屬彼此的相互擴散，存在導致接合不良的可能性。另一方面，若熔點較低的第一金屬構件1一側成為剪切側，則由於不與比流動側的進熱量大且導熱性較好的第二金屬構件2(cu)接觸，因此，無法將摩擦熱釋放，使得毛邊過度地產生，而導致接合缺陷。

(試驗4)

如圖12的(a)和(b)及圖13所示，在試驗4中，進行用於確認在軋制工序中形成的複合軋製件10的接合狀態及拉伸強度的試驗。

在試驗4中，對試驗體1-5、1-6、1-7、試驗體1-9、1-10、1-11進行冷軋，對各試驗體的平面的接合狀態進行觀察，並且對各試驗體的拉伸強度進行測量。在軋制工序中，分多次使接合後的第一金屬構件1及第二金屬構件2經過軋制裝置，使其逐漸變薄。在進行軋制工序時，在對接部j中產生了裂紋的情況下判斷為「×」，在沒有產生裂紋的情況下判斷為「○」。

如圖12的(a)所示，在試驗體1-5、1-6、1-7中，當試驗體的厚度為5.4mm(壓下率為46％)時，在試驗體1-7的部分產生了裂紋u。另一方面，如圖13的(b)所示，在試驗體1-9、1-10、1-11中，即使試驗體的厚度為3.0mm(壓下率為70％)，在各試驗體中也沒有產生裂紋。此外，如圖12的(a)和(b)所示，由於第一金屬構件1及第二金屬構件2是不同的金屬，因此，兩者的硬度不同。在本實施方式中，由於第一金屬構件1(鋁合金構件)的硬度比第二金屬構件2(銅構件)的硬度低，因此，第一金屬構件1(鋁合金構件)發生較大的變形。因而，複合軋製件10以第二金屬構件2為內側、第一金屬構件1為外側的方式在俯視觀察時呈弓形。

此外，將各試驗體沿與接合方向(塑性化區域w)成直角的方向切下，製作出拉伸試驗體(尺寸：長度100mm×寬度20mm)，並對各試驗體的拉伸強度進行測量。如圖13所示，試驗體1-6的拉伸強度為112mpa，試驗體1-9的拉伸強度為147mpa，試驗體1-10的拉伸強度是134mpa。上述結果示出了與僅進行接合工序的試驗1的結果相同的趨勢。可知即使在經過了軋制工序的複合軋製件10中，接合工序時的進熱量越大，拉伸強度變得越大。

雖然省略了具體的圖示，但對測量了拉伸強度後的第一金屬構件1及第二金屬構件2的斷裂面進行觀察時，關於試驗體1-9、1-10、1-11中的、附著在第二金屬構件2(銅構件)一側的斷裂面上的鋁合金，試驗體1-9是最多的，而試驗體1-11是最少的。可以認為接合時的進熱量大的試驗體，其附著在第二金屬構件2一側的鋁合金越多，從而越是促進對接部j處的al/cu的相互擴散。

(符號說明)

1…第一金屬構件；

2…第二金屬構件；

10…複合軋製件；

f…旋轉工具；

f1…連接部；

f2…攪拌銷；

f3…螺旋槽；

w…塑性化區域。