JP2003126970A - 摩擦撹拌接合方法 - Google Patents

摩擦撹拌接合方法

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JP2003126970A
JP2003126970A JP2001318186A JP2001318186A JP2003126970A JP 2003126970 A JP2003126970 A JP 2003126970A JP 2001318186 A JP2001318186 A JP 2001318186A JP 2001318186 A JP2001318186 A JP 2001318186A JP 2003126970 A JP2003126970 A JP 2003126970A
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gap
joined
friction stir
welding
welded
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Naotaka Oiwa
直貴 大岩
Koji Nezaki
孝二 根崎
Yutaka Ishii
豊 石井
Kiyobumi Ishikawa
清文 石川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被接合材の突合せ部にギャップが存在し、該
ギャップが一定ではなく変化するような場合であっても
対応し得、欠陥がなく高い継手強度を得ることができる
摩擦撹拌接合方法を提供する。 【解決手段】 被接合材2の突合せ部3に生じるギャッ
プ5に粉末状接合材料6を充填し、接合工具4を前記被
接合材2の突合せ部3に挿入して回転させつつ該突合せ
部3に沿って移動させることにより、被接合材2を摩擦
撹拌接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦撹拌接合方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、アーク溶接等に比べて簡単に金属
材料からなる被接合材同士を接合できる摩擦撹拌接合が
注目されている。
【0003】この摩擦撹拌接合は、図7及び図8に示さ
れるように、互いに端面を突合わせ且つ定盤1上に拘束
した一対のアルミニウム、銅、チタン等の被接合材2の
突合せ部3に接合工具4を挿入して回転させつつ該突合
せ部3に沿って移動させることにより、被接合材2の突
合せ部3を発熱、軟化させて塑性流動させ、固相接合す
る方法である。
【0004】前記接合工具4は、回転する円柱状のツー
ル4aの中心部から同軸にプローブ4bを垂下させてな
る構成を有しており、被接合材2より硬度及び軟化温度
が高い材料によって形成されている。
【0005】一般に、摩擦撹拌接合の施工時には、被接
合材2の突合せ部3のギャップは限りなくゼロに近づけ
ることが理想であるが、極めて小さな量のギャップであ
れば許容されていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、被接合
材2が大型の構造物等の場合、実際問題として、被接合
材2の突合せ部3のギャップをゼロ或いは極めて小さな
量にすることは非常に難しく、被接合材2の突合せ部3
に許容値を越えるギャップが存在していると、摩擦撹拌
接合が施工された被接合材2の接合部に欠陥を生じ強度
低下等の不具合を生じる虞があった。
【0007】このような不具合を解消するものとして
は、従来、例えば、特開2000−233285号公報
に開示されたものがあり、これは、被接合材2の突合せ
部3におけるギャップが大きい場合には、該ギャップに
バルク材を埋め込むことにより、良好な接合ができるよ
うにしたものである。又、同様に、被接合材2の突合せ
部3におけるギャップにバルク材を埋め込むようにした
ものとしては、他に特開2000−94159号公報に
開示されたようなものも存在する。
【0008】前述の如く、被接合材2の突合せ部3にお
けるギャップにバルク材を埋め込むようにするのでは、
一定量のギャップには対応できるが、ギャップ量が変化
するような突合せ部3に対して対応することは難しく、
埋め込まれたバルク材と被接合材2との間に新たなギャ
ップが容易に生じてしまうという不具合を有していた。
【0009】又、バルク材を接合中に移動しないように
拘束しておく必要もあった。
【0010】本発明は、斯かる実情に鑑み、被接合材の
突合せ部にギャップが存在し、該ギャップが一定ではな
く変化するような場合であっても対応し得、欠陥がなく
高い継手強度を得ることができる摩擦撹拌接合方法を提
供しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、被接合材の突
合せ部に生じるギャップに粉末状接合材料を充填し、接
合工具を前記被接合材の突合せ部に挿入して回転させつ
つ該突合せ部に沿って移動させることにより、被接合材
を摩擦撹拌接合することを特徴とする摩擦撹拌接合方法
にかかるものである。
【0012】上記手段によれば、以下のような作用が得
られる。
【0013】前述の如く、被接合材の突合せ部に生じる
ギャップに粉末状接合材料を充填し、接合工具を前記被
接合材の突合せ部に挿入して回転させつつ該突合せ部に
沿って移動させることにより、被接合材を摩擦撹拌接合
すると、ギャップが一定ではなく変化するような場合で
あっても、充填される粉末状接合材料と被接合材との間
に空隙が生じることはなく、充填率を高めることが可能
となり、摩擦撹拌接合が施工された被接合材の接合部に
欠陥が生じにくくなり、強度低下等の不具合が生じる心
配もない。又、ギャップに充填される材料は粉末状であ
るため、特に拘束する必要もない。
【0014】前記摩擦撹拌接合方法においては、被接合
材の突合せ部の裏面側に裏当シートを配設するようにし
てもよく、このようにすると、被接合材の強固な拘束が
困難であって必要最低限の拘束しかできないような場合
でも、被接合材の突合せ部の裏面側から粉末状接合材料
が流出することが確実に防止される形となり、ギャップ
における粉末状接合材料の充填率の低下が抑えられ、よ
り健全な継手が得られることとなる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
例と共に説明する。
【0016】図1及び図2は本発明を実施する形態の一
例であって、図中、図7及び図8と同一の符号を付した
部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図7及び
図8に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴
とするところは、図1及び図2に示す如く、被接合材2
の突合せ部3に生じるギャップ5に粉末状接合材料6を
充填し、接合工具4を前記被接合材2の突合せ部3に挿
入して回転させつつ該突合せ部3に沿って移動させるこ
とにより、被接合材2を摩擦撹拌接合するようにした点
にある。
【0017】尚、前記ギャップ5に充填する粉末状接合
材料6は、被接合材2と同一の金属材料若しくは他の合
金等を選定することができ、被接合材2の表面よりも高
く盛っておくようにしてある。
【0018】次に、上記図示例の作動を説明する。
【0019】前述の如く、被接合材2の突合せ部3に生
じるギャップ5に粉末状接合材料6を充填し、接合工具
4を前記被接合材2の突合せ部3に挿入して回転させつ
つ該突合せ部3に沿って移動させることにより、被接合
材2を摩擦撹拌接合すると、ギャップ5が一定ではなく
変化するような場合であっても、充填される粉末状接合
材料6と被接合材2との間に空隙が生じることはなく、
充填率を高めることが可能となり、摩擦撹拌接合が施工
された被接合材2の接合部に欠陥が生じにくくなり、強
度低下等の不具合が生じる心配もない。又、ギャップ5
に充填される材料は粉末状であるため、特に拘束する必
要もない。
【0020】尚、前記粉末状接合材料6は、バインダ等
を用いて結合させてもよく、このようにすれば、前記充
填率を更に高めることが可能となる一方、粉末状接合材
料6をギャップ5に定着させることが可能となって、被
接合材2の姿勢についても制約がなくなり、適用範囲が
広がることとなる。
【0021】因みに、実際に行った実験結果を比較する
と、図3に示すようになり、被接合材2としてAl(6
061)を用い、ギャップなしで摩擦撹拌接合を行った
場合、その引張強さが214[MPa]であるのに対
し、被接合材2の突合せ部3に生じるギャップ5が2
[mm]で、粉末状接合材料6として粒度75〜100
[μm]の純Alを用いて摩擦撹拌接合を行った場合、
その引張強さは198[MPa]となり、前記ギャップ
なしで摩擦撹拌接合を行った場合の引張強さと比べ93
[%]の強度が得られる一方、同じく被接合材2の突合
せ部3に生じるギャップ5が2[mm]で、粉末状接合
材料6として粒度1000[μm](1[mm])のA
l合金を用いて摩擦撹拌接合を行った場合、その引張強
さは232[MPa]となり、前記ギャップなしで摩擦
撹拌接合を行った場合の引張強さと比べ108[%]の
強度が得られることが確認されている。
【0022】こうして、被接合材2の突合せ部3にギャ
ップ5が存在し、該ギャップ5が一定ではなく変化する
ような場合であっても対応し得、欠陥がなく高い継手強
度を得ることができる。
【0023】又、図4及び図5は本発明を実施する形態
の他の例であって、図中、図1及び図2と同一の符号を
付した部分は同一物を表わしており、被接合材2の突合
せ部3の裏面側に裏当シート7を配設するようにしたも
のである。
【0024】前記裏当シート7は、被接合材2と同材質
のもので形成したり、或いはセラミックス等の非金属で
形成することができ、又、被接合材2の突合せ部3の裏
面側に対し、粘着テープ等を用いてぴったりと貼り付け
るようにしてもよい。
【0025】ここで、仮に、被接合材2の強固な拘束が
困難であって必要最低限の拘束しかできないような場合
には、図6に示される如く、被接合材2と定盤1との間
に隙間ができ、被接合材2の突合せ部3の裏面側から粉
末状接合材料6が流出してしまい、ギャップ5における
粉末状接合材料6の充填率が低下し、接合部に欠陥が生
じる虞があるが、前述の如く、被接合材2の突合せ部3
の裏面側に裏当シート7を配設するようにすると、被接
合材2の強固な拘束が困難であって必要最低限の拘束し
かできないような場合でも、被接合材2の突合せ部3の
裏面側から粉末状接合材料6が流出することが確実に防
止される形となり、ギャップ5における粉末状接合材料
6の充填率の低下が抑えられ、より健全な継手が得られ
ることとなる。
【0026】尚、本発明の摩擦撹拌接合方法は、上述の
図示例にのみ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。
【0027】
【発明の効果】以上、説明したように本発明の請求項1
記載の摩擦撹拌接合方法によれば、被接合材の突合せ部
にギャップが存在し、該ギャップが一定ではなく変化す
るような場合であっても対応し得、欠陥がなく高い継手
強度を得ることができるという優れた効果を奏し得、
又、本発明の請求項2記載の摩擦撹拌接合方法によれ
ば、上記効果に加え更に、被接合材の強固な拘束が困難
であって必要最低限の拘束しかできないような場合で
も、被接合材の突合せ部の裏面側からの粉末状接合材料
の流出を確実に防止でき、ギャップにおける粉末状接合
材料の充填率の低下を抑制し得、より健全な継手とする
ことができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する形態の一例の斜視図である。
【図2】本発明を実施する形態の一例の側断面図であ
る。
【図3】本発明を実施する形態の一例において実際に行
った実験結果を比較した図である。
【図4】本発明を実施する形態の他の例の斜視図であ
る。
【図5】本発明を実施する形態の他の例の側断面図であ
る。
【図6】被接合材の拘束が不充分である場合に、ギャッ
プにおける粉末状接合材料の充填率が低下した状態を模
式的に表わす側断面図である。
【図7】従来例の斜視図である。
【図8】従来例の側断面図である。
【符号の説明】
2 被接合材 3 突合せ部 4 接合工具 5 ギャップ 6 粉末状接合材料 7 裏当シート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 根崎 孝二 東京都江東区豊洲三丁目1番15号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター生産技術開発センター内 (72)発明者 石井 豊 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 石 川島検査計測株式会社研究開発事業部内 (72)発明者 石川 清文 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 石 川島検査計測株式会社研究開発事業部内 Fターム(参考) 4E067 AA05 AA07 AA12 BG00 DA00 DA17 EC01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被接合材の突合せ部に生じるギャップに
    粉末状接合材料を充填し、接合工具を前記被接合材の突
    合せ部に挿入して回転させつつ該突合せ部に沿って移動
    させることにより、被接合材を摩擦撹拌接合することを
    特徴とする摩擦撹拌接合方法。
  2. 【請求項2】 被接合材の突合せ部の裏面側に裏当シー
    トを配設するようにした請求項1記載の摩擦撹拌接合方
    法。
JP2001318186A 2001-10-16 2001-10-16 摩擦撹拌接合方法 Pending JP2003126970A (ja)

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