本发明涉及金属材料的线性摩擦接合方法和利用该线性摩擦接合方法获得的线性摩擦接合接头以及具有该线性摩擦接合接头的接合构造物。
背景技术：
1、伴随着钢、铝合金等金属材料的高强度化，决定接合构造物的机械特性的接合部处的强度下降成为深刻的问题。与此相对，近年来，接合中的最高可达到温度未达到被接合材料的熔点，接合部的强度下降比现有的熔焊小的固相接合法受到瞩目，正在快速地实用化。
2、特别是，使金属构件彼此按线性轨迹滑动的线性摩擦接合(lfw：lineaerfriction welding)因为不需要像摩擦搅拌接合(fsw：friction stir welding)那样使用工具，所以对高熔点金属也能够容易地应用，被期待着在各种产业中的实用化。
3、但是，作为线性摩擦接合的对象的被接合材料的材质、形状和大小多种多样，与各被接合材料的组合相应的适当的接合条件、接合机构等不一定明确，实际情况是基于大量的预备试验和经验等进行了优化。
4、与此相对，例如，在专利文献1(日本特开2015-164738号公报)中，公开有一种以使一个构件与另一个构件抵接的状态使它们在同一轨迹上重复地相对移动，将所述一个构件与所述另一个构件摩擦接合的摩擦接合装置，该摩擦接合装置的特征在于：具备停止手段，其按照所述一个构件的相对于所述另一个构件的相对移动的停止指令，在从该停止指令的产生至所述一个构件相对于所述另一个构件相对移动一次所述轨迹为止的期间中，使所述一个构件的相对于所述另一个构件的相对移动停止。
5、上述专利文献1记载的摩擦接合装置的目的在于，能够容易地确定：在以使一个构件与另一个构件抵接的状态使它们在同一轨迹上重复地相对移动而摩擦接合时，使相对移动的停止命令在怎样的时机产生，才会在2个构件成为适当的接合状态的时机使得两者的相对移动恰好停止。
6、此外，本发明的发明人在专利文献2(日本特开2018-122344号公报)中公开有一种线性摩擦接合方法，该线性摩擦接合方法的特征在于，具有：使一个构件与另一个构件抵接而形成被接合界面的第一工序；以对被接合界面大致垂直地施加了压力的状态，使一个构件与另一个构件在同一轨迹上重复滑动，从被接合界面排出毛刺的第二工序；和使滑动停止形成接合面的第三工序，将压力设定为所期望的接合温度下的一个构件和/或另一个构件的屈服应力以上且拉伸强度以下。
7、在上述专利文献2中记载的线性摩擦接合方法中，能够提供通过将接合压力设定为所期望的接合温度下的被接合材料的屈服应力以上且拉伸强度以下，能够实现接合温度的准确的控制，能够实现接合温度的低温化的线性摩擦接合方法。
8、现有技术文献
9、专利文献
10、专利文献1：日本特开2015-164738号公报
11、专利文献2：日本特开2018-122344号公报
技术实现思路
1、发明所要解决的问题
2、按作为线性摩擦接合的对象的所有被接合材料分别找到用于形成良好的接合部的接合条件是极为繁杂且困难的。与此相对，上述专利文献1中公开的摩擦接合方法是缩短从停止指令的产生至致动器的停止所需的期间，控制摩擦接合量的方法。虽然有助于线性摩擦接合的基本的接合过程控制的高度化，但这并不表示它是对材质、大小和形状不同的被接合材料的线性摩擦接合而言优选的接合方法。
3、此外，特别是在准确地控制接合温度的情况下，与单纯地将被接合材料彼此接合的情况相比较，存在接合条件的优化困难的情况。虽然能够通过使用上述专利文献2中记载的线性摩擦接合方法来控制接合温度，但是，例如需要施加比实现低温化时高的接合压力。此处，在被接合界面大的情况下等，难以使接合中的被接合界面全域的行为均匀化(稳定化)，裂纹、未接合部的形成以及温度履历变化的场所依赖性的出现等成为问题。
4、鉴于以上那样的现有技术中的问题，本发明的目的在于，提供能够不依赖于被接合材料的材质、形状和大小地形成良好的接合部的简便且高效的线性摩擦接合方法和利用该线性摩擦接合方法获得的线性摩擦接合构造体。此外，本发明的目的在于，提供能够不依赖于被接合材料的材质、形状和大小地准确地控制接合温度的简便且高效的线性摩擦接合方法和利用该线性摩擦接合方法获得的线性摩擦接合构造体。
5、用于解决问题的方式
6、为了达到上述目，本发明的发明人对线性摩擦接合方法进行了反复深入的研究，结果发现，作为施加接合压力的预备工序，对被接合材料施加比该接合压力高的压力等极为有效，从而完成了本发明。
7、即，本发明提供一种线性摩擦接合方法，其特征在于，具有：使一个构件与另一个构件抵接而形成被接合界面的第一工序；对上述被接合界面大致垂直地施加预备压力的第二工序；以对上述被接合界面施加了接合压力的状态，使上述一个构件与上述另一个构件在同一轨迹上重复滑动，从上述被接合界面排出毛刺的第三工序；和停止上述滑动并形成接合面的第四工序，令上述第二工序中的上述预备压力为比上述接合压力高的值。
8、在本发明的线性摩擦接合方法中，最大的特征在于：设置对被接合界面大致垂直地施加预备压力的第二工序，使该第二工序中的预备压力为比接合压力高的值。线性摩擦行为的不均匀化和不稳定化很大程度上起因于接合初期的状态，并随着接合时间的推移而该状态被进一步加强。与此相对，通过施加比接合压力高的预备压力，能够使接合初期的线性摩擦行为均匀化和稳定化，能够实现未接合缺陷的抑制和接合温度分布的均匀化。此外，通过比接合压力高的预备压力的施加，还能够抑制高的接合压力引起的裂纹等。
9、此外，在本发明的线性摩擦接合方法中，优选在所述第二工序中，使所述被接合界面加工硬化。虽然能够通过施加比接合压力高的预备压力获得本发明的作用效果，但是通过使被接合界面加工硬化，能够更可靠地使接合初期的线性摩擦行为均匀化和稳定化，能够实现未接合缺陷的抑制和接合温度分布的均匀化。
10、此外，在本发明的线性摩擦接合方法中，优选令所述被接合界面的厚度为3mm以上。在本发明的线性摩擦接合方法中，因为能够使接合初期的线性摩擦行为均匀化和稳定化，能够实现未接合缺陷的抑制和接合温度分布的均匀化，所以即使在被接合界面的厚度为3mm以上的情况下，也能够获得良好且均质的接合部。
11、此外，在本发明的线性摩擦接合方法中，优选令所述一个构件和/或所述另一个构件为钢材。钢材的微观组织和机械性质对温度履历变化敏感，因此能够在本发明的线性摩擦接合中使接合界面全域的接合温度分布均匀化，因此也能够获得良好且均质的接合部。
12、此外，在本发明的线性摩擦接合方法中，优选决定所期望的接合温度，将所述接合压力设定为所述接合温度下的所述一个构件或所述另一个构件的屈服应力以上且拉伸强度以下。通过将接合压力设定为所期望的接合温度下的一个构件或另一个构件的屈服应力以上且拉伸强度以下，能够准确地控制接合温度。另外，虽然在被接合界面附近主要施加压缩应力，在被施加了接合温度下的一个构件或另一个构件的压缩强度以上的接合压力的时机开始变形，但是实际上，能够通过将接合压力设定为所期望的接合温度下的一个构件或另一个构件的屈服应力以上且拉伸强度以下，准确地控制接合温度。
13、进一步，在本发明的线性摩擦接合方法中，优选令所述一个构件和/或所述另一个构件为所述钢材，令所述接合温度为所述钢材的a1点以下。通过令接合温度为钢材的a1点以下，能够抑制接合部的脆的变质相的形成，能够获得具有高的可靠性的接合部。
14、此外，本发明还提供线性摩擦接合接头，其具有一个构件与另一个构件通过线性摩擦接合界面成为一体的线性摩擦接合部，所述一个构件和/或所述另一个构件为钢材，形成所述线性摩擦接合界面的所述钢材的厚度为3mm以上，所述线性摩擦接合界面的全域冶金接合，在所述线性摩擦接合界面的全域的所述钢材未形成马氏体。
15、在本发明的线性摩擦接合接头中，成为在厚度为3mm以上的线性摩擦接合界面的全域无缺陷且未形成马氏体的状态，形成了具有极高的可靠性和机械性质的接合部。
16、在本发明的线性摩擦接合接头中，优选所述钢材为耐候性钢。在耐候性钢中包含比较大量的p等，难以抑制焊接裂纹，因此迫切希望应用固相接合，能够通过使用本发明的线性摩擦接合方法获得良好的接合部。
17、进一步，本发明还提供具有本发明的线性摩擦接合接头的接合构造物。本发明的接合构造物的接合部成为在线性摩擦接合界面的全域无缺陷且未形成马氏体的状态，成为可靠性高的接合构造物。特别是，线性摩擦接合了耐候性钢的接合构造物兼具优异的耐腐蚀性和机械性质，因此能够优选应用于在腐蚀环境下要求可靠性的用途。
18、发明的效果
19、根据本发明，能够提供能够不依赖于被接合材料的材质形状和大小地形成良好的接合部的简便且高效的线性摩擦接合方法和利用该线性摩擦接合方法获得的线性摩擦接合构造体。此外，采用本发明，还能够提供能够不依赖于被接合材料的材质、形状和大小地准确地控制接合温度的简便且高效的线性摩擦接合方法和利用该线性摩擦接合方法获得的线性摩擦接合构造体。
1.一种线性摩擦接合方法，其特征在于：
2.如权利要求1所述的线性摩擦接合方法，其特征在于：
3.如权利要求1或2所述的线性摩擦接合方法，其特征在于：
4.如权利要求1或2所述的线性摩擦接合方法，其特征在于：
5.如权利要求1或2所述的线性摩擦接合方法，其特征在于：
6.如权利要求4或5所述的线性摩擦接合方法，其特征在于：
7.一种线性摩擦接合接头，其特征在于：
8.如权利要求7所述的线性摩擦接合接头，其特征在于：
9.一种接合构造物，其特征在于：
