JP2003251473A - 金属又は合金材の摩擦撹拌接合方法 - Google Patents
金属又は合金材の摩擦撹拌接合方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 同一合金種と同じ施工条件で高速で接合でき
ると共に、高品質の継手を得ることができる金属又は合
金材の摩擦撹拌接合方法を提供する。 【解決手段】 組成が異なるために固相線温度が異なる
２種のアルミニウム合金板１，２を重ね合わせて摩擦撹
拌接合する。この場合に、固相線温度が低い方のアルミ
ニウム合金板１の表面に回転子３を接触させ、回転子３
の回転による摩擦熱により２種のアルミニウム合金板
１，２を軟化させて接合する。固相線温度が低い方のア
ルミニウム合金板１は、そのＯ材の引張り強さが他方の
Ｏ材の引張り強さよりも高いことが好ましい。
ると共に、高品質の継手を得ることができる金属又は合
金材の摩擦撹拌接合方法を提供する。 【解決手段】 組成が異なるために固相線温度が異なる
２種のアルミニウム合金板１，２を重ね合わせて摩擦撹
拌接合する。この場合に、固相線温度が低い方のアルミ
ニウム合金板１の表面に回転子３を接触させ、回転子３
の回転による摩擦熱により２種のアルミニウム合金板
１，２を軟化させて接合する。固相線温度が低い方のア
ルミニウム合金板１は、そのＯ材の引張り強さが他方の
Ｏ材の引張り強さよりも高いことが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム又は
アルミニウム合金等の金属又は合金材（ベース金属同
一）同士の摩擦撹拌接合方法に関し、特に、組成が異な
るために固相線温度が異なる２種類の金属又は合金材
（アルミニウム又はアルミニウム合金材）同士を接合す
る摩擦撹拌接合方法に関する。
アルミニウム合金等の金属又は合金材（ベース金属同
一）同士の摩擦撹拌接合方法に関し、特に、組成が異な
るために固相線温度が異なる２種類の金属又は合金材
（アルミニウム又はアルミニウム合金材）同士を接合す
る摩擦撹拌接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車等の輸送機器分野を中心に、種々
の特性を有するアルミニウム合金材が適材適所で用いら
れており、それらを接合して組み立てる技術が必要とさ
れている。例えば、自動車等のボディパネル及び構造部
材には、ＪＩＳ５０００系（Ａｌ−Ｍｇ系）合金、又は
６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）合金が使用されてお
り、部位によって両合金を使い分ける場合、これらの組
成が異なるアルミニウム合金同士を接合する必要性が生
じてくる。
の特性を有するアルミニウム合金材が適材適所で用いら
れており、それらを接合して組み立てる技術が必要とさ
れている。例えば、自動車等のボディパネル及び構造部
材には、ＪＩＳ５０００系（Ａｌ−Ｍｇ系）合金、又は
６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）合金が使用されてお
り、部位によって両合金を使い分ける場合、これらの組
成が異なるアルミニウム合金同士を接合する必要性が生
じてくる。
【０００３】このような接合に適した方法として、摩擦
撹拌接合がある（特開平１０−３２８８５５号公報、特
開２０００−２２５４７６号公報）。摩擦撹拌接合は、
接合部位に回転子を挿入し、回転子の回転により軟化し
た部位を撹拌することにより接合する非溶融接合方法で
ある。このため、溶融溶接の場合にしばしば発生する問
題点、即ち、組成が異なる合金の組合せによっては、溶
接割れ感受性が高くなるという問題点を回避することが
できる。
撹拌接合がある（特開平１０−３２８８５５号公報、特
開２０００−２２５４７６号公報）。摩擦撹拌接合は、
接合部位に回転子を挿入し、回転子の回転により軟化し
た部位を撹拌することにより接合する非溶融接合方法で
ある。このため、溶融溶接の場合にしばしば発生する問
題点、即ち、組成が異なる合金の組合せによっては、溶
接割れ感受性が高くなるという問題点を回避することが
できる。
【０００４】そして、特開平１０−１３７９５２号公報
には、アルミニウム材と異種金属材との接合方法とし
て、強度が高い方の被接合材にプローブ（回転子）を接
触させる技術が開示されている。一方、特開平１１−５
８０４０号公報には、異種金属製ワーク同士の摩擦撹拌
接合方法として、融点が異なる金属製ワーク同士を重ね
合わせ、当接部位置よりも高融点ワーク側に温度のピー
クを形成しながら摩擦撹拌接合する方法が開示されてい
る。即ち、この従来技術においては、高融点側の被溶接
材に回転子を接触させ、その回転により高融点ワーク側
から回転子を挿入して摩擦撹拌接合している。
には、アルミニウム材と異種金属材との接合方法とし
て、強度が高い方の被接合材にプローブ（回転子）を接
触させる技術が開示されている。一方、特開平１１−５
８０４０号公報には、異種金属製ワーク同士の摩擦撹拌
接合方法として、融点が異なる金属製ワーク同士を重ね
合わせ、当接部位置よりも高融点ワーク側に温度のピー
クを形成しながら摩擦撹拌接合する方法が開示されてい
る。即ち、この従来技術においては、高融点側の被溶接
材に回転子を接触させ、その回転により高融点ワーク側
から回転子を挿入して摩擦撹拌接合している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ベース
金属は同一であるが組成が異なる（合金種が異なる）部
材同士を接合する場合、同一合金種同士における回転工
具の移動速度、挿入方向、回転速度などの施工条件で施
工すると、撹拌が十分に行われなくなり、内部に空孔状
の欠陥が生じたり、接合強度が低下するなどの問題点が
多発し、継手の信頼性が低いという問題点があった。ま
た、その問題点を克服するためには、回転子の移動速度
を遅くしなければならず、生産性が低くなるという難点
がある。
金属は同一であるが組成が異なる（合金種が異なる）部
材同士を接合する場合、同一合金種同士における回転工
具の移動速度、挿入方向、回転速度などの施工条件で施
工すると、撹拌が十分に行われなくなり、内部に空孔状
の欠陥が生じたり、接合強度が低下するなどの問題点が
多発し、継手の信頼性が低いという問題点があった。ま
た、その問題点を克服するためには、回転子の移動速度
を遅くしなければならず、生産性が低くなるという難点
がある。
【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、同一合金種と同じ施工条件で高速で接合で
きると共に、高品質の継手を得ることができる金属又は
合金材の摩擦撹拌接合方法を提供することを目的とす
る。
のであって、同一合金種と同じ施工条件で高速で接合で
きると共に、高品質の継手を得ることができる金属又は
合金材の摩擦撹拌接合方法を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る金属又は合
金材の摩擦撹拌接合方法は、ベースとなる金属は同一で
あるが、組成が異なるために固相線温度が異なる２種の
金属又は合金材を重ね合わせ、固相線温度が低い方の金
属又は合金材の表面に回転子を接触させ、前記回転子の
回転による摩擦熱により前記２種の金属又は合金材を軟
化させて接合することを特徴とする。なお、前記金属又
は合金材は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合
金材である。また、固相線温度が低い方の金属又は合金
材は、そのＯ材の引張り強さが他方のＯ材の引張り強さ
よりも高いことが好ましい。
金材の摩擦撹拌接合方法は、ベースとなる金属は同一で
あるが、組成が異なるために固相線温度が異なる２種の
金属又は合金材を重ね合わせ、固相線温度が低い方の金
属又は合金材の表面に回転子を接触させ、前記回転子の
回転による摩擦熱により前記２種の金属又は合金材を軟
化させて接合することを特徴とする。なお、前記金属又
は合金材は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合
金材である。また、固相線温度が低い方の金属又は合金
材は、そのＯ材の引張り強さが他方のＯ材の引張り強さ
よりも高いことが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の
実施例方法を示す模式図である。２枚のアルミニウム合
金板１，２は、組成が相違するため、その固相線温度は
相違する。本実施例においては、アルミニウム合金板１
の固相線温度ｔ１の方がアルミニウム合金板２の固相線
温度ｔ２よりも低い（ｔ１＜ｔ２）。そして、この固相
線温度が低い方のアルミニウム合金板１の表面に回転子
３を接触させ、回転子３をアルミニウム合金板１に押圧
しつつ回転させてその摩擦熱によりアルミニウム合金板
１を軟化させ、回転子３をアルミニウム合金板１に挿入
する。そして、更にアルミニウム合金板２を回転子３の
回転による摩擦熱により軟化させ、両者の軟化部を回転
子３の回転により撹拌して、アルミニウム合金板１，２
を摩擦撹拌接合する。
付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の
実施例方法を示す模式図である。２枚のアルミニウム合
金板１，２は、組成が相違するため、その固相線温度は
相違する。本実施例においては、アルミニウム合金板１
の固相線温度ｔ１の方がアルミニウム合金板２の固相線
温度ｔ２よりも低い（ｔ１＜ｔ２）。そして、この固相
線温度が低い方のアルミニウム合金板１の表面に回転子
３を接触させ、回転子３をアルミニウム合金板１に押圧
しつつ回転させてその摩擦熱によりアルミニウム合金板
１を軟化させ、回転子３をアルミニウム合金板１に挿入
する。そして、更にアルミニウム合金板２を回転子３の
回転による摩擦熱により軟化させ、両者の軟化部を回転
子３の回転により撹拌して、アルミニウム合金板１，２
を摩擦撹拌接合する。
【０００９】一般に、塑性流動エネルギーは、その材料
の固相線温度に近いほど高くなり、温度が高くなるほ
ど、塑性流動エネルギーが充填され、固相のまま撹拌し
やすくなる。本発明は、この点に着目し、塑性流動エネ
ルギーの高い材料とそのエネルギーを利用し、より高品
質で高効率な摩擦撹拌接合方法を得るものである。
の固相線温度に近いほど高くなり、温度が高くなるほ
ど、塑性流動エネルギーが充填され、固相のまま撹拌し
やすくなる。本発明は、この点に着目し、塑性流動エネ
ルギーの高い材料とそのエネルギーを利用し、より高品
質で高効率な摩擦撹拌接合方法を得るものである。
【００１０】即ち、固相線温度ｔ１が低いアルミニウム
合金板１と固相線温度ｔ２が高いアルミニウム合金板２
とを重ね合わせ、固相線温度が低い方のアルミニウム合
金板１の表面から回転子３を挿入することにより、接合
部の昇温の過程で、固相線温度ｔ１が低い方のアルミニ
ウム合金板１がその固相線温度ｔ１の近傍に先に達し、
より大きな塑性流動エネルギーが得られる。この塑性流
動エネルギは、アルミニウム合金板２の塑性流動に対す
る駆動力となって、接合部における撹拌がより激しく生
じ、接合部において材料が混合しやすくなり、その結
果、撹拌組織が微細化して継手部の機械的性質を高める
ことができる。また、短時間で混合できるため、摩擦撹
拌に要する時間を短縮することができる。
合金板１と固相線温度ｔ２が高いアルミニウム合金板２
とを重ね合わせ、固相線温度が低い方のアルミニウム合
金板１の表面から回転子３を挿入することにより、接合
部の昇温の過程で、固相線温度ｔ１が低い方のアルミニ
ウム合金板１がその固相線温度ｔ１の近傍に先に達し、
より大きな塑性流動エネルギーが得られる。この塑性流
動エネルギは、アルミニウム合金板２の塑性流動に対す
る駆動力となって、接合部における撹拌がより激しく生
じ、接合部において材料が混合しやすくなり、その結
果、撹拌組織が微細化して継手部の機械的性質を高める
ことができる。また、短時間で混合できるため、摩擦撹
拌に要する時間を短縮することができる。
【００１１】逆に、固相線温度が高い方のアルミニウム
合金板２に回転子３を接触させ、アルミニウム合金板２
側から回転子３を挿入した場合、昇温過程で、先ず、固
相線温度ｔ１が低いアルミニウム合金板１が軟化する
が、回転子３が接触している側のアルミニウム合金板２
はその固相線温度ｔ２が高いため、得られる塑性流動エ
ネルギーは低く、十分な撹拌部を得るために多くの時間
と労力が必要になる。
合金板２に回転子３を接触させ、アルミニウム合金板２
側から回転子３を挿入した場合、昇温過程で、先ず、固
相線温度ｔ１が低いアルミニウム合金板１が軟化する
が、回転子３が接触している側のアルミニウム合金板２
はその固相線温度ｔ２が高いため、得られる塑性流動エ
ネルギーは低く、十分な撹拌部を得るために多くの時間
と労力が必要になる。
【００１２】なお、本発明は、上記実施例に限定され
ず、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金以外の
金属又は合金にも適用することができる。また、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金板を使用する場合、固相線
温度が低い方の金属又は合金材（図１のアルミニウム合
金板１）は、そのＯ材における引張り強さが他方（図１
のアルミニウム合金板２）のＯ材における引張り強さよ
りも高いことが好ましい。摩擦撹拌接合された継手の強
度を支配するものは、回転子３が挿入される表面側のア
ルミニウム合金板１の強度であり、また、摩擦撹拌接合
の際に発生する熱によってアルミニウム合金板１の接合
部近傍の部位は、焼き鈍しの状態（Ｏ材）となってしま
うため、Ｏ材での強度が高い品種をアルミニウム合金板
１として使用することにより、より高い継手強度を得る
ことができる。例えば、回転子３と接触するアルミニウ
ム合金板１として、Ａｌ−Ｍｇ系合金である５０００系
アルミニウム合金を使用し、反対側のアルミニウム合金
板２として、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である６０００系
アルミニウム合金を使用することにより、より高い継手
強度を得ることができる。
ず、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金以外の
金属又は合金にも適用することができる。また、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金板を使用する場合、固相線
温度が低い方の金属又は合金材（図１のアルミニウム合
金板１）は、そのＯ材における引張り強さが他方（図１
のアルミニウム合金板２）のＯ材における引張り強さよ
りも高いことが好ましい。摩擦撹拌接合された継手の強
度を支配するものは、回転子３が挿入される表面側のア
ルミニウム合金板１の強度であり、また、摩擦撹拌接合
の際に発生する熱によってアルミニウム合金板１の接合
部近傍の部位は、焼き鈍しの状態（Ｏ材）となってしま
うため、Ｏ材での強度が高い品種をアルミニウム合金板
１として使用することにより、より高い継手強度を得る
ことができる。例えば、回転子３と接触するアルミニウ
ム合金板１として、Ａｌ−Ｍｇ系合金である５０００系
アルミニウム合金を使用し、反対側のアルミニウム合金
板２として、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である６０００系
アルミニウム合金を使用することにより、より高い継手
強度を得ることができる。
【００１３】
【実施例】次に、本実施例の効果について、本発明の範
囲から外れる比較例と比較して説明する。組成が異なる
アルミニウム合金として、下記表１に示す組成及び固相
線温度のアルミニウム合金Ａ乃至Ｃを使用した。そし
て、本発明の実施例１乃至３として、表２に示すよう
に、表１のアルミニウム合金Ａ乃至Ｃの板を回転子側の
方が固相線温度が低いものとなるように配置し、比較例
４乃至６として表１のアルミニウム合金Ａ乃至Ｃの板を
回転子側の方が固相線温度が高いものとなるように配置
した。そして、この固相線温度が異なるアルミニウム合
金板に対し、重ねあわせた状態で、摩擦撹拌接合した。
囲から外れる比較例と比較して説明する。組成が異なる
アルミニウム合金として、下記表１に示す組成及び固相
線温度のアルミニウム合金Ａ乃至Ｃを使用した。そし
て、本発明の実施例１乃至３として、表２に示すよう
に、表１のアルミニウム合金Ａ乃至Ｃの板を回転子側の
方が固相線温度が低いものとなるように配置し、比較例
４乃至６として表１のアルミニウム合金Ａ乃至Ｃの板を
回転子側の方が固相線温度が高いものとなるように配置
した。そして、この固相線温度が異なるアルミニウム合
金板に対し、重ねあわせた状態で、摩擦撹拌接合した。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】このようにして、摩擦撹拌接合による溶接
試験を実施した結果、継手部の引張強度を表２に合わせ
て示す。なお、表２の「引張試験結果」欄においては、
固相線温度が低いアルミニウム合金同士（同種）を摩擦
撹拌接合した場合の継手部の引張り強度と比較して、同
等であった場合を◎、若干劣っていたが許容範囲であっ
た場合を○、劣っていた場合を△で示した。
試験を実施した結果、継手部の引張強度を表２に合わせ
て示す。なお、表２の「引張試験結果」欄においては、
固相線温度が低いアルミニウム合金同士（同種）を摩擦
撹拌接合した場合の継手部の引張り強度と比較して、同
等であった場合を◎、若干劣っていたが許容範囲であっ
た場合を○、劣っていた場合を△で示した。
【００１７】この表２に示すように、実施例１乃至３の
継手部の引張強度は、いずれも、同種のアルミニウム合
金材同士を摩擦撹拌接合した場合とほぼ同等の結果が得
られた。これに対し、比較例４乃至６では、継手部の引
張強度は、同種材の摩擦撹拌接合よりも劣る結果となっ
た。従って、本発明の異種材の摩擦撹拌接合によれば、
同種材同士の摩擦撹拌接合と同一の処理条件で、同程度
の継手性能が得られることが確認された。
継手部の引張強度は、いずれも、同種のアルミニウム合
金材同士を摩擦撹拌接合した場合とほぼ同等の結果が得
られた。これに対し、比較例４乃至６では、継手部の引
張強度は、同種材の摩擦撹拌接合よりも劣る結果となっ
た。従って、本発明の異種材の摩擦撹拌接合によれば、
同種材同士の摩擦撹拌接合と同一の処理条件で、同程度
の継手性能が得られることが確認された。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
組成が異なる２種類の金属又は合金を摩擦撹拌接合する
場合に、同種材同士の摩擦撹拌接合による継手強度と同
等の継手性能を得ることができ、その組合せでの施工条
件の多様化による煩雑さがなく、容易に施工条件を見い
だすことができ、溶接効率が優れていると共に、接合信
頼性が高く、強度及び剛性も高い接合部を得ることがで
きる。
組成が異なる２種類の金属又は合金を摩擦撹拌接合する
場合に、同種材同士の摩擦撹拌接合による継手強度と同
等の継手性能を得ることができ、その組合せでの施工条
件の多様化による煩雑さがなく、容易に施工条件を見い
だすことができ、溶接効率が優れていると共に、接合信
頼性が高く、強度及び剛性も高い接合部を得ることがで
きる。
【図１】本発明の実施例方法を示す模式図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 ベースとなる金属は同一であるが、組成
が異なるために固相線温度が異なる２種の金属又は合金
材を重ね合わせ、固相線温度が低い方の金属又は合金材
の表面に回転子を接触させ、前記回転子の回転による摩
擦熱により前記２種の金属又は合金材を軟化させて接合
することを特徴とする金属又は合金材の摩擦撹拌接合方
法。 - 【請求項２】 前記金属又は合金材は、アルミニウム又
はアルミニウム合金材であることを特徴とする請求項１
に記載の金属又は合金材の摩擦撹拌接合方法。 - 【請求項３】 固相線温度が低い方の金属又は合金材
は、そのＯ材の引張り強さが他方のＯ材の引張り強さよ
りも高いことを特徴とする請求項２に記載の金属又は合
金材の摩擦撹拌接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002059519A JP2003251473A (ja) | 2002-03-05 | 2002-03-05 | 金属又は合金材の摩擦撹拌接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002059519A JP2003251473A (ja) | 2002-03-05 | 2002-03-05 | 金属又は合金材の摩擦撹拌接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003251473A true JP2003251473A (ja) | 2003-09-09 |
Family
ID=28669154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002059519A Pending JP2003251473A (ja) | 2002-03-05 | 2002-03-05 | 金属又は合金材の摩擦撹拌接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003251473A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006000901A (ja) * | 2004-06-18 | 2006-01-05 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 金属板の板継ぎ方法及び装置 |
| DE102005019758A1 (de) * | 2005-04-28 | 2006-11-02 | Hydro Aluminium Deutschland Gmbh | Verfahren und Vorrichtungen zum Fügen von mindestens zwei Bauteilen aus artverschiedenen Werkstoffen |
| WO2014010659A1 (ja) * | 2012-07-13 | 2014-01-16 | シロキ工業株式会社 | 異種アルミ合金材の接合体及びアルミドア |
-
2002
- 2002-03-05 JP JP2002059519A patent/JP2003251473A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006000901A (ja) * | 2004-06-18 | 2006-01-05 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 金属板の板継ぎ方法及び装置 |
| JP4481736B2 (ja) * | 2004-06-18 | 2010-06-16 | 住友軽金属工業株式会社 | 金属板の板継ぎ方法及び装置 |
| DE102005019758A1 (de) * | 2005-04-28 | 2006-11-02 | Hydro Aluminium Deutschland Gmbh | Verfahren und Vorrichtungen zum Fügen von mindestens zwei Bauteilen aus artverschiedenen Werkstoffen |
| DE102005019758B4 (de) * | 2005-04-28 | 2007-12-13 | Hydro Aluminium Deutschland Gmbh | Verfahren und Vorrichtungen zum Fügen von mindestens zwei Bauteilen aus artverschiedenen Werkstoffen |
| WO2014010659A1 (ja) * | 2012-07-13 | 2014-01-16 | シロキ工業株式会社 | 異種アルミ合金材の接合体及びアルミドア |
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