JP2003071574A - Friction stir welding method and device - Google Patents

Friction stir welding method and device

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JP2003071574A
JP2003071574A JP2001264059A JP2001264059A JP2003071574A JP 2003071574 A JP2003071574 A JP 2003071574A JP 2001264059 A JP2001264059 A JP 2001264059A JP 2001264059 A JP2001264059 A JP 2001264059A JP 2003071574 A JP2003071574 A JP 2003071574A
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stir welding
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To join thin metal plates by friction stir welding favorable of the thin metal plate. SOLUTION: A non-consumable pin 14 for a probe 16 is eccentrically mounted against the probe 16 to revolve the non-consumable pin 14 against the axial line 16x of the probe 16, and while the lower half part of the non-consumable pin 14 is subjected to diametric expansion in a taper state to generate large frictional heat in the thin material to be welded as well, welding is carried out by stirring.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ヒートシ
ンクを製造する場合に必要な薄板金属の接合に用いるこ
とができる摩擦撹拌溶接方法及び装置の改良に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a friction stir welding method and apparatus that can be used for joining thin sheet metals required for manufacturing a heat sink, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、コンピュータ、通信、自動車等の
分野で高密度実装品が使用されているが、この高密度実
装品からの熱を放散するために、ヒートパイプ、放熱フ
ィン等のように熱を放散するヒートシンクが使用されて
いる。このヒートシンクには熱伝導性のよいアルミニウ
ム又はその合金の等の非鉄金属の薄板が使用されてい
る。従来技術では、この薄板金属を蝋付け、レーザ溶
接、超音波溶接等によって接合してヒートシンクが製造
されているが、これらの接合方法は、装置が高価である
ため、製造コストが高価となる欠点があった。
2. Description of the Related Art In recent years, high-density packaging products have been used in the fields of computers, communications, automobiles, etc. In order to dissipate heat from the high-density packaging products, such as heat pipes and radiation fins. A heat sink is used to dissipate the heat. For this heat sink, a thin plate of non-ferrous metal such as aluminum or its alloy having good thermal conductivity is used. In the prior art, a heat sink is manufactured by brazing this thin sheet metal, joining it by laser welding, ultrasonic welding, etc., but these joining methods are expensive because the device is expensive, so the manufacturing cost is high. was there.

【0003】特に、蝋付けは高温炉で行われるので、材
料が焼鈍されて強度が低下する上に作業性が低く高価と
なる欠点があり、従ってもし薄板金属を摩擦攪拌溶接
(FSW)することができれば、このような欠点を回避
することができるので有利である。
In particular, since brazing is performed in a high-temperature furnace, there is a drawback that the material is annealed to lower the strength, workability is low, and the cost is high. Therefore, if the sheet metal is friction stir welded (FSW). This is advantageous because it is possible to avoid such drawbacks.

【0004】摩擦撹拌溶接は、装置が簡単であるため、
金属を安価に接合するのに好適である。この摩擦撹拌溶
接の一例が特表平7−505090号(WO93/10
935号)又は特表平9−508073号(WO95/
26254号)に記載されている。これらの方法は、図
9及び図10に示すように、被溶接材料212P、21
2P’の接合部にプローブ216の非消耗ピン214を
摩擦接触しながら回転して摩擦熱によって被溶接材料の
接合部の金属を溶融して接合している。
Friction stir welding is a simple device,
It is suitable for joining metals at low cost. An example of this friction stir welding is shown in Japanese Patent Publication No. 7-505090 (WO93 / 10).
935) or Tokumeihei Hyo No. 9-508073 (WO95 /
26254). As shown in FIG. 9 and FIG. 10, these methods are applied to the materials to be welded 212P, 21P.
The non-consumable pin 214 of the probe 216 is rotated while frictionally contacting the 2P 'joint, and the metal of the joint of the material to be welded is melted and joined by frictional heat.

【0005】このように、摩擦撹拌溶接方法は、材料に
非消耗ピン214を食い込ませて材料を溶融し、接合す
るので、厚みが2mm以上の厚板の溶接には適当である
が、フラットタイプのヒートシンクを製造する場合のよ
うに厚みが2mmよりも小さい薄板金属を摩擦撹拌溶接
しようとすると、非消耗ピンが細く短くなければならな
いが、これは薄板の金属材料を溶融するには摩擦面が小
さすぎて接合するには充分な摩擦熱や撹拌力を生ずるこ
とができないため、薄板金属の溶接は物理的に不可能で
ある。また、薄板金属は、摩擦熱が放散し易く、金属を
溶融するための熱をこもらせることができないため、こ
の面からも薄板金属の溶接が困難であった。
As described above, the friction stir welding method is suitable for welding a thick plate having a thickness of 2 mm or more, because the non-consumable pin 214 is bitten into the material to melt and bond the material. When friction stir welding of thin sheet metal with a thickness of less than 2 mm is used as in the case of manufacturing heat sinks, the non-consumable pins must be thin and short. This is because the friction surface is required to melt the thin sheet metal material. Welding of sheet metal is physically impossible because it is too small to generate sufficient frictional heat and stirring to join. Further, since the thin sheet metal easily dissipates frictional heat and cannot retain the heat for melting the metal, it is difficult to weld the thin sheet metal also from this aspect.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する1つの課題は、薄板金属でも非消耗ピンを確実に摩
擦接触させて溶接することができる摩擦撹拌溶接方法及
び装置を提供することにある。
One object to be solved by the present invention is to provide a friction stir welding method and apparatus capable of reliably contacting non-consumable pins with a thin sheet metal to perform welding. is there.

【0007】本発明が解決しようとする他の課題は、薄
板金属から摩擦熱の放散を抑制して薄板金属を確実に摩
擦溶接することができる摩擦撹拌溶接方法及び装置を提
供することにある。
Another object of the present invention is to provide a friction stir welding method and apparatus capable of reliably friction welding a thin sheet metal by suppressing the dissipation of friction heat from the sheet metal.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の基本的な
課題解決手段は、プローブの非消耗ピンを被溶接材料に
摩擦接触させながら回転して被溶接材料を溶接する摩擦
撹拌溶接方法において、この非消耗ピンはプローブの回
転軸線を中心に公転するように偏心して回転して被溶接
材料を撹拌溶接することを特徴とする摩擦撹拌溶接方法
を提供することにある。この非消耗ピンは、同じ直径を
有していてもよいが、下方に向けて拡径する表面を有す
るのが好ましく、また割入りの中空ピンであってもい。
A first basic problem solving means of the present invention is a friction stir welding method in which a non-consumable pin of a probe is frictionally brought into contact with a material to be welded and is rotated to weld the material to be welded. In order to provide a friction stir welding method, the non-consumable pin is eccentrically rotated so as to revolve around the rotation axis of the probe to stir weld the material to be welded. The non-consumable pins may have the same diameter, but preferably have a surface that expands downward and may be a hollow hollow pin.

【0009】本発明の第2の基本的な課題解決手段は、
プローブの非消耗ピンを被溶接材料に摩擦接触させなが
ら回転して被溶接材料を溶接する摩擦撹拌溶接方法にお
いて、この非消耗ピンが割入りの中空ピンから成ってい
ることを特徴とする摩擦撹拌溶接方法を提供することに
ある。
The second basic problem solving means of the present invention is as follows.
In a friction stir welding method in which a non-consumable pin of a probe is brought into frictional contact with a material to be welded to rotate and weld the material to be welded, the non-consumable pin is composed of a hollow hollow pin. It is to provide a welding method.

【0010】第1及び第2の課題解決手段によって溶接
する場合に、被溶接材料が断熱性載置台に搭載して溶接
されると、被溶接材料が薄板であっても摩擦熱の放散が
抑制されるので、薄板の摩擦溶接を確実に効率よく行う
ことができる。
In the case of welding by the first and second means for solving problems, when the material to be welded is mounted on the heat insulating mounting table and welded, even if the material to be welded is a thin plate, the dissipation of frictional heat is suppressed. Therefore, it is possible to reliably and efficiently perform friction welding of thin plates.

【0011】また、被溶接材料が直線的ではなく、複雑
な接合部を有する場合には、被溶接材料は、可動テーブ
ルの上に搭載され、プローブは、被溶接材料の進行方向
に適応するようにユニバーサル支持手段を介して傾斜設
定手段に接続されているのが好ましい。
Further, when the material to be welded is not linear and has a complicated joint, the material to be welded is mounted on the movable table, and the probe is adapted to adapt to the traveling direction of the material to be welded. It is preferably connected to the inclination setting means via universal support means.

【0012】本発明の第3の基本的な課題解決手段は、
被溶接材料を載置する可動テーブルと、この被溶接材料
に摩擦接触する非消耗ピンを有するプローブと、このプ
ローブを回転する回転駆動源とから成る摩擦撹拌溶接装
置において、非消耗ピンは、プローブの回転軸線から偏
心して取り付けられ、且つ下方に向けて拡径する部分を
有することを特徴とする摩擦撹拌溶接装置を提供するこ
とにある。
The third basic problem solving means of the present invention is to:
In a friction stir welding apparatus including a movable table on which a material to be welded is placed, a probe having a non-consumable pin that makes frictional contact with the material to be welded, and a rotary drive source that rotates the probe, the non-consumable pin is a probe. To provide a friction stir welding apparatus characterized in that the friction stir welding apparatus has a portion that is eccentrically attached from the rotation axis and has a diameter that expands downward.

【0013】本発明の第4の基本的な課題解決手段は、
被溶接材料を載置する可動テーブルと、この被溶接材料
に摩擦接触する非消耗ピンを有するプローブと、このプ
ローブを回転する回転駆動源とから成る摩擦撹拌溶接装
置において、非消耗ピンは、割入り中空ピンから成って
いることを特徴とする摩擦撹拌溶接装置を提供すること
にある。
A fourth basic problem solving means of the present invention is
In a friction stir welding apparatus including a movable table on which the material to be welded is placed, a probe having a non-consumable pin that makes frictional contact with the material to be welded, and a rotary drive source that rotates the probe, the non-consumable pin is Another object of the present invention is to provide a friction stir welding device, which is characterized by being formed of a hollow hollow pin.

【0014】本発明の第5の基本的な課題解決手段は、
被溶接材料を載置する可動テーブルと、この被溶接材料
に摩擦接触する非消耗ピンを有するプローブと、このプ
ローブを回転する回転駆動源とから成る摩擦撹拌溶接装
置において、非消耗ピンは、プローブの回転軸線から偏
心して取り付けられた割入りの中空ピンから成っている
ことを特徴とする摩擦撹拌溶接装置を提供することにあ
る。
A fifth basic problem solving means of the present invention is
In a friction stir welding apparatus including a movable table on which a material to be welded is placed, a probe having a non-consumable pin that makes frictional contact with the material to be welded, and a rotary drive source that rotates the probe, the non-consumable pin is a probe. The object is to provide a friction stir welding apparatus, characterized in that the friction stir welding apparatus is composed of a hollow hollow pin that is eccentrically attached from the rotation axis.

【0015】これらの溶接装置で、可動テーブルが多段
XYテーブルから成り、上下のXYテーブルの間に回転
機構を有すると、被溶接材料を曲線を含む複雑な接合線
に沿って被溶接材料を溶接することができる。
In these welding devices, when the movable table is a multi-stage XY table and a rotating mechanism is provided between the upper and lower XY tables, the material to be welded is welded along a complicated joining line including a curved line. can do.

【0016】このように、プローブの非消耗ピンがプロ
ーブの回転軸線を中心に公転するように偏心して回転す
ると、非消耗ピンが細く短くても、薄板の金属材料と摩
擦接触する面積が増大して被溶接材料を接合するに充分
な摩擦熱や撹拌を生ずることができ、従ってヒートシン
クの如き薄板金属の溶接に好適である。特に、この非消
耗ピンが下方に向けて拡径する部分を有していたり、割
入りの中空ピンから成っていると、被溶接材料内での摩
擦熱及び撹拌力を増大することができるので好ましい。
As described above, when the non-consumable pin of the probe is eccentrically rotated so as to revolve around the rotation axis of the probe, even if the non-consumable pin is thin and short, the area of frictional contact with the thin metal material increases. Can generate sufficient frictional heat and agitation to bond the materials to be welded together, and is therefore suitable for welding thin sheet metals such as heat sinks. In particular, if the non-consumable pin has a portion that expands in diameter downward or is made of a hollow hollow pin, frictional heat and stirring force in the material to be welded can be increased. preferable.

【0017】また、この非消耗ピンが中空ピンから成っ
ていると、被溶接材料と中空ピンの内外面との間で大き
な摩擦を発生させることができるが、この中空ピンが割
りを形成するスリットを介して内外に半溶融状態の金属
が流動して撹拌効果を向上することができるので一層好
ましい。
Further, if the non-consumable pin is a hollow pin, a large friction can be generated between the material to be welded and the inner and outer surfaces of the hollow pin, but the hollow pin forms a slit forming a split. It is more preferable that the metal in a semi-molten state flows through the inside through the inside to improve the stirring effect.

【0018】薄板の被溶接材料を断熱性載置台に搭載し
て溶接すると、被溶接材料から摩擦熱が放散するのが抑
制されるので、薄板の摩擦溶接を確実に効率よく行うこ
とができる。
When the material to be welded of the thin plate is mounted on the heat insulating mounting table and welded, the dissipation of frictional heat from the material to be welded is suppressed, so that the friction welding of the thin plate can be reliably and efficiently performed.

【0019】また、接合部が直線的ではなく、曲線を含
む複雑な線である被溶接材料を接合する場合には、被溶
接材料を載置する可動テーブルが多段XYテーブルから
成り、上下のXYテーブルの間に回転機構を有するのが
好ましい。被溶接材料の接合線が曲線である部分は、回
転機構によって可動テーブルを移動して被溶接材料を溶
接することができる。
Further, in the case of joining a material to be welded, which is a complex line including a curved line, rather than a linear portion, the movable table on which the material to be welded is placed is a multi-stage XY table, and the upper and lower XY tables are joined. It is preferable to have a rotating mechanism between the tables. A portion of the material to be welded having a curved joining line can be welded to the material to be welded by moving the movable table by the rotating mechanism.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して詳細に述べると、図1及び図2は、本発明に係る方
法を実施するのに好適な摩擦撹拌溶接装置10を示し、
図示の形態では、被溶接材料12である厚みtの2つの
金属板12P、12P’をその垂直側面(図1の後に述
べるプローブ回転軸線上にほぼ一致している)を相互に
相対して接合する例が示されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIGS. 1 and 2 show a friction stir welding apparatus 10 suitable for carrying out the method according to the present invention. ,
In the illustrated embodiment, two metal plates 12P and 12P 'having a thickness t, which are the materials 12 to be welded, are joined so that their vertical side surfaces (which are substantially coincident with the probe rotation axis described later in FIG. 1) are mutually opposed. An example is shown.

【0021】本発明の摩擦撹拌溶接装置10は、図1及
び図2に示すように、被溶接材料12に摩擦接触する非
消耗ピン14を有するプローブ16と、このプローブ1
6を回転する回転駆動源18とから成っている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the friction stir welding apparatus 10 of the present invention includes a probe 16 having a non-consumable pin 14 that makes frictional contact with the material 12 to be welded, and the probe 1
6 and a rotary drive source 18 for rotating 6.

【0022】図1の形態では、非消耗ピン14は、プロ
ーブ16の回転軸線16Xから距離dだけ偏心して取り
付けられ、また、非消耗ピン14は、下半部に下方に向
けて拡径角αで拡径する部分14Eを有する。偏心距離
dは、0.5mm以下程度が適当であり、また拡径角α
は、3乃至5°が適当である。
In the embodiment shown in FIG. 1, the non-consumable pin 14 is mounted eccentrically from the rotation axis 16X of the probe 16 by a distance d, and the non-consumable pin 14 extends downward in the lower half portion of the probe and has a diameter expansion angle α. It has a portion 14E that expands in diameter. The appropriate eccentricity d is about 0.5 mm or less, and the expansion angle α
Is preferably 3 to 5 °.

【0023】このように、プローブ16の非消耗ピン1
4がプローブ16の回転軸線16Xから偏心して取り付
けられていると、プローブ16の回転に伴って非消耗ピ
ン14がプローブ16の回転軸線を中心に回転し、これ
は、非消耗ピン14がプローブ16の回転軸線16Xを
中心に公転(偏心回転)することを意味する。従って、
非消耗ピン14がプローブ16の回転軸線16Xを中心
に回転する場合に比べて非消耗ピン14が被溶接材料と
摩擦接触する面積が増大して被溶接材料を接合するに充
分な摩擦熱や撹拌力を生ずることができ、従って薄板金
属を確実に溶接することができる。
Thus, the non-consumable pin 1 of the probe 16
4 is attached eccentrically from the rotation axis 16X of the probe 16, the non-consumable pin 14 rotates about the rotation axis of the probe 16 as the probe 16 rotates. It means revolving (eccentric rotation) around the rotation axis 16X of. Therefore,
Compared with the case where the non-consumable pin 14 rotates around the rotation axis 16X of the probe 16, the area in which the non-consumable pin 14 makes frictional contact with the material to be welded increases, and sufficient frictional heat and agitation to bond the material to be welded are obtained. Forces can be generated and therefore sheet metal can be reliably welded.

【0024】特に、この非消耗ピン14の拡径部分14
Eは、下方に向けて外径が大きくなるため、非消耗ピン
14の偏心と相まって被溶接材料12内での摩擦力及び
撹拌力を増大するのに役立ち、従って、溶融金属が一層
良好に融合し、溶接強度を向上することができる。
In particular, the expanded diameter portion 14 of the non-consumable pin 14
Since E has a larger outer diameter toward the lower side, it serves to increase the frictional force and the stirring force in the material 12 to be welded together with the eccentricity of the non-consumable pin 14, and therefore the molten metal fuses better. The welding strength can be improved.

【0025】図2の形態では、非消耗ピン14は、プロ
ーブ16の回転軸線16X上に同心状にあるが、非消耗
ピン14は、割入り中空ピン14Hから成っている。こ
の割入り中空ピン14Hは、内外を連通する相対するス
リット15を有するのが好ましいが、スリット15は、
必ずしも相対していなくてもよく、周方向にずれていた
り、縦方向にずれていたり、また3つ以上のスリット1
5が設けられていてもよい。
In the configuration of FIG. 2, the non-consumable pin 14 is concentric with the rotation axis 16X of the probe 16, but the non-consumable pin 14 is composed of a hollow hollow pin 14H. The hollow hollow pin 14H preferably has opposing slits 15 that communicate the inside and the outside, but the slits 15 are
They do not necessarily have to face each other, and they are offset in the circumferential direction, offset in the vertical direction, and three or more slits 1
5 may be provided.

【0026】このように、非消耗ピン14が中空ピン1
4Hから成っていると、非消耗ピン14がプローブ16
の回転軸線16Xと同心上にあっても被溶接材料12と
中空ピン14Hの内外面との間で大きな摩擦を発生させ
ることができ、従って薄板金属でも同様に充分な摩擦熱
を得ることができ、特に薄板金属の摩擦溶接を確実に行
うのに好適である。
As described above, the non-consumable pin 14 is the hollow pin 1.
4H, the non-consumable pin 14 has a probe 16
Even if it is concentric with the axis of rotation 16X, a large amount of friction can be generated between the material 12 to be welded and the inner and outer surfaces of the hollow pin 14H, and therefore sufficient friction heat can be obtained even with thin sheet metal. In particular, it is suitable for surely performing friction welding of thin sheet metal.

【0027】また、この中空ピン14Hの割りを構成す
る2つのスリット15の一方のスリットから半溶融状態
にある金属が中空ピン14Hに流入し、中空部内で更に
発熱して溶融状態となり、この一方のスリットから流入
する金属によって他方のスリットから溶融状態の金属が
流出して撹拌効果を一層向上することができるので、ボ
イドのない良質の摩擦撹拌溶接部を得ることができる。
Further, the metal in a semi-molten state flows into the hollow pin 14H from one of the two slits 15 forming the split of the hollow pin 14H, and heat is further generated in the hollow portion to become a molten state. Since the metal in a molten state flows out from the other slit by the metal flowing in from the slit, the stirring effect can be further improved, so that a good friction stir weld without voids can be obtained.

【0028】図1及び図2に示す摩擦撹拌溶接装置10
は、例えば、図3に示すようなフラットタイプのヒート
シンク20を製造するのに用いることができる。このヒ
ートシンク20は、フラットな基板22とエンボス板2
4とをエンボス板24が基板22に係合する部分24a
で溶接して製造される。基板22及びエンボス板24
は、アルミニウム又はその合金の薄板から作られる。な
お、図3において、符号26は、基板22エンボス板2
4との間に形成された冷却通路である。
Friction stir welding apparatus 10 shown in FIGS. 1 and 2.
Can be used, for example, to manufacture a flat type heat sink 20 as shown in FIG. The heat sink 20 includes a flat substrate 22 and an embossed plate 2
4 and a portion 24a where the embossing plate 24 engages with the substrate 22.
It is manufactured by welding in. Substrate 22 and embossing plate 24
Is made from a sheet of aluminum or its alloy. In FIG. 3, reference numeral 26 is the substrate 22 embossing plate 2
4 are cooling passages formed between the cooling passages 4 and 4.

【0029】このようなフラットなヒートシンクを摩擦
攪拌溶接する方法が図4及び図5に示されており、基板
22とエンボス板24とは上下に重合しており、摩擦攪
拌溶接装置10のプローブ16の非消耗ピン14は、上
方のエンボス板24を突き抜けて基板22の板厚のほぼ
半分程度に達する位置まで食い込ませて摩擦接触しなが
ら回転される。
A method of friction stir welding of such a flat heat sink is shown in FIGS. 4 and 5, in which the substrate 22 and the embossing plate 24 are vertically overlapped with each other, and the probe 16 of the friction stir welding apparatus 10 is used. The non-consumable pin 14 is rotated while being in frictional contact with the non-consumable pin 14 by penetrating through the upper embossing plate 24 and reaching up to a position where the plate thickness reaches about half the plate thickness of the substrate 22.

【0030】図4及び図5の例では、非消耗ピン14
は、図2の形態であるのが示されているが、これは、図
1の形態のものであってもよい。また、図4の例では、
プローブ16は、垂直な回転軸線16Xを中心に回転し
ているが、図5の例では、プローブ16は、被溶接材料
の水平面の法線に対して角度θで傾斜した回転軸線16
Xを中心に回転している。図5のようにプローブ16を
傾斜する回転軸線16Xを中心に回転すると、溶融材料
が接合部内で垂直方向と横方向とに攪拌されるので、良
好な攪拌作用を受けてボイドのない良質の接合部を得る
ことができる。
In the example of FIGS. 4 and 5, the non-consumable pin 14 is used.
2 is shown in the form of FIG. 2, but it may be of the form of FIG. Also, in the example of FIG.
The probe 16 rotates about a vertical rotation axis 16X, but in the example of FIG. 5, the probe 16 has a rotation axis 16 inclined at an angle θ with respect to the normal to the horizontal surface of the material to be welded.
It is rotating around X. As shown in FIG. 5, when the probe 16 is rotated around the inclined axis 16X of rotation, the molten material is agitated vertically and laterally in the joint, so that it is subjected to a good agitation action and a good quality of bonding without voids. You can get a part.

【0031】図4及び図5の実施の形態では、被溶接材
料12である基板22及びエンボス板24は、断熱性載
置台28に搭載して溶接されている。このようにする
と、薄板の被溶接材料の小さな摩擦熱を拡散するのを防
止し、摩擦熱を被溶接材料内に保持して溶接効率を向上
することができる。
In the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the substrate 22 and the embossed plate 24, which are the materials 12 to be welded, are mounted on the heat insulating mounting table 28 and welded. With this configuration, it is possible to prevent the small frictional heat of the thin plate material to be welded from being diffused, hold the frictional heat in the material to be welded, and improve the welding efficiency.

【0032】回転軸線16Xを傾斜させて摩擦攪拌溶接
する装置100の典型的な例が図6に示されている。こ
の溶接装置100は、可動テーブルとしてXYテーブル
102を備え、断熱性載置台28は、このXYテーブル
102の上に搭載されている。プローブ16は、回転駆
動源18に接続された駆動軸104に取り付けられ、駆
動軸104は、図示しないフレームに取り付けられたボ
ールジョイントの形態のユニバーサル支持手段106に
支持されている。傾斜角設定手段108は、駆動軸10
4にピボット接続されたピストン110aを有する油圧
シリンダ110の形態の揺動駆動源から成っている。
A typical example of the apparatus 100 for friction stir welding with the axis of rotation 16X tilted is shown in FIG. The welding apparatus 100 includes an XY table 102 as a movable table, and the heat insulating mounting table 28 is mounted on the XY table 102. The probe 16 is mounted on a drive shaft 104 connected to a rotary drive source 18, which is supported by universal support means 106 in the form of a ball joint mounted on a frame (not shown). The inclination angle setting means 108 includes the drive shaft 10.
4 comprises an oscillating drive source in the form of a hydraulic cylinder 110 having a piston 110a pivotally connected to 4.

【0033】XYテーブル102は、X方向及びY方向
用のサーボモータ(又はパルスモータ)を含む直線駆動
源112X及び112YによってX方向及びY方向に直
線駆動するXテーブル114X、Yテーブル114Yか
ら成っている通常の形態のものであり、図示の形態で
は、Yテーブル114Yが下でXテーブル114Xが上
になっており、断熱性載置台28は、Xテーブル114
Xに搭載されている。
The XY table 102 comprises an X table 114X and a Y table 114Y which are linearly driven in the X and Y directions by linear drive sources 112X and 112Y including servo motors (or pulse motors) for the X and Y directions. In the illustrated form, the Y table 114Y is on the bottom and the X table 114X is on the top, and the heat insulating mounting table 28 is the X table 114.
It is mounted on the X.

【0034】この溶接装置100の動作を簡単に述べる
と、断熱載置台28の上に被溶接材料12を載置して適
宜の手段で断熱載置台28に固定し、また傾斜角設定手
段108の揺動駆動源である油圧シリンダ110のピス
トン110aを適宜長さに設定して駆動軸104の所定
の傾斜角θを設定する。この状態で回転駆動源18を回
転駆動してプローブ16を被溶接材料12に圧接しなが
ら摩擦回転して被溶接材料12を摩擦溶接する。プロー
ブ16は、図1の形態のものでもよいし、図2の形態の
ものでもよい。被溶接材料12は、XYテーブル102
を図示しないマイクロコンピュータの如き制御装置に予
め記憶されたプログラムに従って移動することによって
プローブ16が接合部に沿って相対的に移動するように
している。
The operation of the welding apparatus 100 will be briefly described. The material 12 to be welded is placed on the heat insulating mounting table 28 and fixed to the heat insulating mounting table 28 by an appropriate means. The piston 110a of the hydraulic cylinder 110, which is the rocking drive source, is set to an appropriate length to set a predetermined tilt angle θ of the drive shaft 104. In this state, the rotary drive source 18 is rotationally driven to frictionally rotate the probe 16 while pressing the probe 16 against the material 12 to be welded to friction weld the material 12 to be welded. The probe 16 may have the form shown in FIG. 1 or the form shown in FIG. The material 12 to be welded is the XY table 102.
Is moved according to a program previously stored in a control device such as a microcomputer (not shown) so that the probe 16 moves relatively along the joint.

【0035】溶接装置100は、図6のXYテーブル1
02に代えて、図7に示す如き多段、例えば2段XYテ
ーブル116を備えることができる。この2段XYテー
ブル116は、上段XYテーブル118と下段XYテー
ブル120との間にメガトルクモータの如き回転機構1
22を備えている。この2段XYテーブル116は、下
段XYテーブル118に対して上段XYテーブル120
を回転(角度変位)させて被溶接材料12の曲線を含む
複雑な接合線を有する接合部を溶接するのに好適に用い
られる。なお、図7において符号124、126は、上
下のXテーブル、128、130は、上下のYテーブル
を示し、また132、134は、上下のXサーボモータ
(又はパルスモータ)、136、138は、上下のYサ
ーボモータ(又はパルスモータ)を示す。
The welding apparatus 100 is the XY table 1 shown in FIG.
Instead of 02, a multistage, for example, two-stage XY table 116 as shown in FIG. 7 can be provided. The two-stage XY table 116 includes a rotating mechanism 1 such as a mega torque motor between an upper XY table 118 and a lower XY table 120.
22 is provided. The two-stage XY table 116 is different from the lower XY table 118 in the upper XY table 120.
Is preferably used for welding a joint having a complicated joint line including the curve of the material 12 to be welded by rotating (angular displacement). 7, reference numerals 124 and 126 denote upper and lower X tables, 128 and 130 denote upper and lower Y tables, and 132 and 134 denote upper and lower X servo motors (or pulse motors) 136 and 138, respectively. The upper and lower Y servo motors (or pulse motors) are shown.

【0036】次に、図7の2段XYテーブル116を用
いて図3に示すフラットタイプのヒートシンク20を溶
接する方法を図8を用いて詳細に説明する。被溶接材料
であるヒートシンク20の板22、24を上段XYテー
ブル118のXテーブル124の上に載置し固定する。
このヒートシンク20の接合線は、図8(A)、図8
(B)に示すように、四隅が曲線状の台形であるとす
る。
Next, a method for welding the flat type heat sink 20 shown in FIG. 3 using the two-stage XY table 116 shown in FIG. 7 will be described in detail with reference to FIG. The plates 22 and 24 of the heat sink 20, which is the material to be welded, are placed and fixed on the X table 124 of the upper XY table 118.
The joining line of this heat sink 20 is shown in FIG.
As shown in (B), it is assumed that the four corners are curved trapezoids.

【0037】図8に示すように、溶接は、点aから開始
し、点b、点c、点d、点e、点f、点g、点hと移行
し、点aに戻って終了する。この間、点ab間、点cd
間−−−では溶接は直線的に移行するが、点bc間、点
de間−−−等では溶接は曲線的に移行する。点aから
溶接を開始する場合に、回転機構122の中心軸線は、
最初は位置Aにある。この状態でプローブ16を点aに
保持させて溶接を開始し、上段XYテーブル118のX
テーブル124を矢印X方向に移動して溶接を矢印X’
方向に順次進行させる。
As shown in FIG. 8, the welding starts from point a, transitions to point b, point c, point d, point e, point f, point g, and point h, and returns to point a and ends. . During this time, between points ab and cd
The welding shifts linearly in the interval ---, but the welding shifts in a curve between the points bc, between the points de, and the like. When welding is started from the point a, the central axis of the rotating mechanism 122 is
Initially in position A. In this state, the probe 16 is held at the point a to start welding, and X of the upper XY table 118 is held.
Move the table 124 in the direction of the arrow X to move the welding to the arrow X '.
In sequence.

【0038】溶接を点aから点bに移行する際に、上段
のXテーブル124の移動に連れて下段XYテーブル1
20のYテーブル130(図8では図示せず)を図8
(A)の上方に向けて移動し、溶接部分が点bに達した
ときに回転機構122の回転軸線が図8(A)のBに位
置するようにする。この位置Bは、接合線が点bc間の
曲線の半径R1の中心となる位置である。
When the welding is transferred from the point a to the point b, the lower XY table 1 is moved along with the movement of the upper X table 124.
20 Y table 130 (not shown in FIG. 8).
8A is moved upward so that the rotation axis of the rotating mechanism 122 is located at B in FIG. 8A when the welded portion reaches the point b. This position B is a position where the joining line becomes the center of the radius R1 of the curve between the points bc.

【0039】溶接が位置bに達すると、回転機構122
が上段XYテーブル118を位置Bを中心にして略90
°回転しつつ溶接を進行する。従って、点bc間の曲線
に沿って溶接が行われて図8(B)の状態となる。
When the welding reaches the position b, the rotating mechanism 122
Moves the upper XY table 118 about 90 degrees around the position B.
° Welding proceeds while rotating. Therefore, welding is performed along the curve between the points bc and the state shown in FIG. 8B is obtained.

【0040】同様にして、点cd間を上段のXテーブル
124をX方向に移動して直線的に溶接し、以下同様に
して点de間の曲線溶接(半径R2)、点ef間の直線
溶接、点fg間の曲線溶接(半径R3)、点gh間の直
線溶接及び点ha間の曲線溶接(半径R4)を順次行
う。これらの直線溶接及び曲線溶接は、上下のXYテー
ブル118、120及び回転機構122を図示しないマ
イクロコンピュータの如き制御装置に予め記憶させたプ
ログラムに従って駆動して行われる。
Similarly, the upper X table 124 is moved in the X direction between the points cd to perform linear welding, and thereafter, similarly, curve welding between the points de (radius R2) and linear welding between the points ef are performed. , Curve welding between points fg (radius R3), straight line welding between points gh, and curve welding between points ha (radius R4) are sequentially performed. These straight line welding and curve welding are performed by driving the upper and lower XY tables 118 and 120 and the rotating mechanism 122 according to a program stored in advance in a control device such as a microcomputer (not shown).

【0041】ヒートシンク20の他の溶接線もこれらの
上下のXYテーブル及び回転機構を所定のプログラムに
従って材料を移動させながら行うことができる。
Other welding lines of the heat sink 20 can also be performed while moving the material on the upper and lower XY tables and the rotating mechanism according to a predetermined program.

【0042】なお、上記の実施の形態では、ヒートシン
クの製造に本発明の摩擦攪拌溶接を用いる場合を説明し
たが、ヒートシンク以外の薄板金属の溶接に本発明を用
いることができることはもちろんである。
In the above embodiment, the case where the friction stir welding of the present invention is used for manufacturing the heat sink has been described, but it is needless to say that the present invention can be used for welding thin sheet metal other than the heat sink.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明によれば、上記のように、プロー
ブの非消耗ピンがプローブの回転軸線を中心に公転する
ように偏心回転するので、プローブの回転軸線を中心に
回転する場合に比べて非消耗ピンが被溶接材料と摩擦接
触する面積が増大して被溶接材料を接合するに充分な摩
擦熱や撹拌力を生ずることができ、従って薄板金属を確
実に溶接することができる。
According to the present invention, as described above, since the non-consumable pin of the probe eccentrically rotates so as to revolve around the rotation axis of the probe, compared to the case where the probe rotates about the rotation axis of the probe. As a result, the area where the non-consumable pin makes frictional contact with the material to be welded increases, and sufficient frictional heat and stirring force for joining the material to be welded can be generated, so that the thin sheet metal can be reliably welded.

【0044】特に、この非消耗ピンが下方に向けて外径
が大きくなる拡径部分を有していたり、割入りの中空ピ
ンから成っていたりすると、非消耗ピンの偏心と相まっ
て被溶接材料内での摩擦力及び撹拌力を増大するので、
溶融金属が一層良好に融合し、溶接強度を向上すること
ができる。
In particular, if the non-consumable pin has an enlarged diameter portion in which the outer diameter increases downward, or if the non-consumable pin is composed of a hollow hollow pin, the non-consumable pin is eccentric to the inside of the material to be welded. Since it increases the frictional force and stirring force at
The molten metals fuse better and the welding strength can be improved.

【0045】また、非消耗ピンが割ピンの形態の中空ピ
ンから成っていると、非消耗ピンがプローブの回転軸線
と同心上にあっても被溶接材料と中空ピンの内外面との
間で大きな摩擦を発生させることができる上に、半溶融
状態の金属が割ピンのスリットを介して内外に移動して
攪拌作用が向上し、従って薄板金属を高い強度で効率よ
く溶接することができる。
Further, when the non-consumable pin is a hollow pin in the form of a split pin, even if the non-consumable pin is concentric with the axis of rotation of the probe, there is a gap between the material to be welded and the inner and outer surfaces of the hollow pin. In addition to generating a large amount of friction, the metal in a semi-molten state moves in and out through the slits of the split pins to improve the stirring action, and therefore, it is possible to efficiently weld a thin sheet metal with high strength.

【0046】薄板の被溶接材料を断熱性載置台に搭載し
て溶接すると、被溶接材料から摩擦熱が放散するのが抑
制されるので、薄板の摩擦溶接を確実に効率よく行うこ
とができる。
When the material to be welded of the thin plate is mounted on the heat insulating mounting table and welded, the dissipation of frictional heat from the material to be welded is suppressed, so that the friction welding of the thin plate can be reliably and efficiently performed.

【0047】また、被溶接材料を載置する可動テーブル
が多段XYテーブルから成り、上下のXYテーブルの間
に回転機構を有すると、被溶接材料の接合線が曲線であ
る部分は、回転機構によって可動テーブルを移動して被
溶接材料を容易に溶接することができる。
If the movable table on which the material to be welded is placed is composed of a multi-stage XY table and a rotating mechanism is provided between the upper and lower XY tables, the portion where the joining line of the material to be welded is a curve can be changed by the rotating mechanism. The movable table can be moved to easily weld the material to be welded.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る摩擦攪拌溶接方法の1つの形態の
原理を説明する説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating the principle of one mode of a friction stir welding method according to the present invention.

【図2】本発明に係る摩擦攪拌溶接方法の他の形態の原
理を説明し、同図(A)はその説明図、同図(B)は非
消耗ピンの横断面図である。
2A and 2B are diagrams for explaining the principle of another embodiment of the friction stir welding method according to the present invention. FIG. 2A is an explanatory view thereof and FIG. 2B is a cross-sectional view of a non-consumable pin.

【図3】本発明の方法によって製造するのに好適なフラ
ットタイプのヒートシンクを示し、同図(A)は、その
平面図、同図(B)は、その断面図である。
3A and 3B show a flat type heat sink suitable for manufacturing by the method of the present invention, FIG. 3A is a plan view thereof, and FIG. 3B is a sectional view thereof.

【図4】図3のヒートシンクを図1又は図2の溶接方法
によって製造する1つの形態を説明する説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view illustrating one mode of manufacturing the heat sink of FIG. 3 by the welding method of FIG. 1 or FIG.

【図5】図3のヒートシンクを図1又は図2の溶接方法
によって製造する他の形態を説明する説明図である。
5 is an explanatory view explaining another embodiment of manufacturing the heat sink of FIG. 3 by the welding method of FIG. 1 or FIG.

【図6】図5の形態の溶接に好適な溶接装置の正面図で
ある。
FIG. 6 is a front view of a welding apparatus suitable for welding in the form of FIG.

【図7】図5の溶接装置のXYテーブルに代えて用いら
れる2段XYテーブルを示し、同図(A)は、その平面
図、同図(B)は、その正面図である。
7 shows a two-stage XY table used in place of the XY table of the welding apparatus in FIG. 5, FIG. 7 (A) is a plan view thereof, and FIG. 7 (B) is a front view thereof.

【図8】図7の装置を用いてヒートシンクを製造する方
法を示し、同図(A)は、1つの直線的な溶接を行って
いる状態を示す図、同図(B)は、次の曲線的な溶接を
行っている状態を示す図である。
8 shows a method for manufacturing a heat sink using the apparatus of FIG. 7, FIG. 8 (A) shows a state where one linear welding is performed, and FIG. 8 (B) shows the following. It is a figure which shows the state which is performing curvilinear welding.

【図9】従来技術によって厚板を摩擦攪拌溶接している
状態の斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing a state where a thick plate is friction stir welded by a conventional technique.

【図10】図9の溶接状態を溶接材料を断面にして示す
正面図である。
FIG. 10 is a front view showing the welding state of FIG. 9 with a section of the welding material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 摩擦攪拌溶接装置 12 被溶接材料 12P、12P’ 金属板 14 非消耗ピン 14E 拡径部分 15 スリット 16 プローブ 16X 回転軸線 18 回転駆動源 20 フラットタイプのヒートシンク 22 基板 24 エンボス板 24a エンボス板の基板係合部分 26 冷却通路 28 断熱性載置台 100 摩擦攪拌溶接装置 102 XYテーブル 104 駆動軸 106 ユニバーサル支持手段 108 角度設定手段 110 油圧シリンダ 110a ピストン 112X、112Y サーボモータ(又はパルスモー
タ) 114X、114Y 可動台 116 2段XYテーブル 118、120 上下のXYテーブル 122 回転機構 124、126 Xテーブル 128、130 Yテーブル 132、134 Xサーボモータ(又はパルスモータ) 136、138 Yサーボモータ(又はパルスモータ)
10 Friction Stir Welding Equipment 12 Materials to be Welded 12P, 12P 'Metal Plate 14 Non-consumable Pin 14E Expanded Portion 15 Slit 16 Probe 16X Rotation Axis 18 Rotation Drive Source 20 Flat Type Heat Sink 22 Substrate 24 Embossing Plate 24a Substrate of Embossing Plate Joint part 26 Cooling passage 28 Heat insulating mounting table 100 Friction stir welding apparatus 102 XY table 104 Drive shaft 106 Universal supporting means 108 Angle setting means 110 Hydraulic cylinder 110a Pistons 112X and 112Y Servo motors (or pulse motors) 114X and 114Y Movable table 116 Two-stage XY table 118, 120 Upper and lower XY table 122 Rotation mechanism 124, 126 X table 128, 130 Y table 132, 134 X servo motor (or pulse motor) 136, 138 Y servo motor ( Or pulse motor)

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プローブの非消耗ピンを被溶接材料に回
転させながら摩擦接触させて前記被溶接材料を溶接する
摩擦撹拌溶接方法において、前記非消耗ピンは前記プロ
ーブの回転軸線を中心に公転するように偏心して回転し
て前記被溶接材料を撹拌溶接することを特徴とする摩擦
撹拌溶接方法。
1. In a friction stir welding method in which a non-consumable pin of a probe is brought into frictional contact with a material to be welded while rotating to bring the material to be welded into contact, the non-consumable pin revolves around the axis of rotation of the probe. The friction stir welding method is characterized in that the material to be welded is stirred and welded while being eccentrically rotated.
【請求項2】 請求項1に記載の摩擦撹拌溶接方法であ
って、前記非消耗ピンは、下方に向けて拡径する拡径部
分をを有することを特徴とする摩擦撹拌溶接方法。
2. The friction stir welding method according to claim 1, wherein the non-consumable pin has an enlarged diameter portion whose diameter is expanded downward.
【請求項3】 請求項1に記載の摩擦撹拌溶接方法であ
って、前記非消耗ピンは、割入りの中空ピンから成って
いることを特徴とする摩擦撹拌溶接方法。
3. The friction stir welding method according to claim 1, wherein the non-consumable pin comprises a hollow hollow pin.
【請求項4】 プローブの非消耗ピンを溶接材料に回転
させながら摩擦接触させて前記溶接材料を溶接する摩擦
撹拌溶接方法において、前記非消耗ピンは割入りの中空
ピンから成っており、前記溶接材料と前記中空ピンの内
外面との間で摩擦と金属との移動を発生させることを特
徴とする摩擦撹拌溶接方法。
4. A friction stir welding method in which a non-consumable pin of a probe is brought into frictional contact with a welding material while rotating so as to weld the welding material, wherein the non-consumable pin comprises a hollow hollow pin. A friction stir welding method, wherein friction and movement of metal are generated between a material and inner and outer surfaces of the hollow pin.
【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかに記載の摩擦
撹拌溶接方法であって、前記溶接材料は、断熱性載置台
に搭載して溶接されることを特徴とする摩擦撹拌溶接方
法。
5. The friction stir welding method according to claim 1, wherein the welding material is mounted on an adiabatic mounting table and welded.
【請求項6】 請求項1乃至5のいずれかに記載の摩擦
撹拌溶接方法であって、前記溶接材料は、可動テーブル
の上に搭載され、前記プローブは、前記可動テーブル上
での前記被溶接材料の進行方向に適応するようにユニバ
ーサル手段を介して傾斜設定手段に接続されていること
を特徴とする摩擦撹拌溶接方法。
6. The friction stir welding method according to claim 1, wherein the welding material is mounted on a movable table, and the probe is the welded object on the movable table. A friction stir welding method characterized in that the friction stir welding means is connected to a tilt setting means through a universal means so as to adapt to the traveling direction of the material.
【請求項7】 被溶接材料を載置する可動テーブルと、
前記被溶接材料に摩擦接触する非消耗ピンを有するプロ
ーブと、前記プローブを回転する回転駆動源とから成る
摩擦撹拌溶接装置において、前記非消耗ピンは、前記プ
ローブの回転軸線から偏心して取り付けられ、且つ下方
に向けて拡径する部分を有することを特徴とする摩擦撹
拌溶接装置。
7. A movable table on which a material to be welded is placed,
In a friction stir welding apparatus comprising a probe having a non-consumable pin that makes frictional contact with the material to be welded, and a rotary drive source that rotates the probe, the non-consumable pin is eccentrically attached from the rotation axis of the probe, Further, the friction stir welding apparatus is characterized by having a portion whose diameter is expanded downward.
【請求項8】 被溶接材料を載置する可動テーブルと、
前記被溶接材料に摩擦接触する非消耗ピンを有するプロ
ーブと、前記プローブを回転する回転駆動源とから成る
摩擦撹拌溶接装置において、前記非消耗ピンは、割入り
中空ピンから成っていることを特徴とする摩擦撹拌溶接
装置。
8. A movable table on which a material to be welded is placed,
In a friction stir welding apparatus comprising a probe having a non-consumable pin that makes frictional contact with the material to be welded and a rotary drive source that rotates the probe, the non-consumable pin is a hollow hollow pin. And friction stir welding equipment.
【請求項9】 被溶接材料を載置する可動テーブルと、
前記被溶接材料に摩擦接触する非消耗ピンを有するプロ
ーブと、前記プローブを回転する回転駆動源とから成る
摩擦撹拌溶接装置において、前記非消耗ピンは、前記プ
ローブの回転軸線から偏心して取り付けられた割入り中
空ピンから成っていることを特徴とする摩擦撹拌溶接装
置。
9. A movable table on which a material to be welded is placed,
In a friction stir welding apparatus comprising a probe having a non-consumable pin that makes frictional contact with the material to be welded and a rotary drive source that rotates the probe, the non-consumable pin is attached eccentrically from the rotation axis of the probe. A friction stir welding device characterized by being made of hollow hollow pins.
【請求項10】 請求項7乃至9のいずれかに記載の摩
擦攪拌溶接装置であって、前記可動テーブルは、多段X
Yテーブルから成り、上下のXYテーブルの間に回転機
構を有することを特徴とする摩擦撹拌溶接装置。
10. The friction stir welding apparatus according to claim 7, wherein the movable table is a multistage X
A friction stir welding apparatus comprising a Y table and having a rotating mechanism between the upper and lower XY tables.
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