JP2004216421A - Friction stir welding method and equipment - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To satisfactorily join thin plate members to each other in particular and to maintain joining strength by securely eliminating unjoined parts. <P>SOLUTION: First and second abutting parts 48, 50 between a barrel member 42 and flange members 44, 46 are held on a first and a second backing holder 88, 92. In the first and second backing holders 88, 92, there is provided: a recessed part 97 that circumvents correspondingly to the inner circumferential face 48b of the first abutting part 48 between the barrel member 42 and the flange member 44; and also an opening part 99 that circumvents in communication with the bottom of the recessed part 97. In the recessed part 97, a first cushion member 98 is attached. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第1プレート部材の端部と第2プレート部材の端部とを突き合わせた突き合わせ部の一方の面に、回転するプローブを押し付けながら、前記プローブを前記突き合わせ部に沿って相対的に移動させることにより、前記突き合わせ部を接合する摩擦撹拌接合方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、ワーク(物体)に回転するプローブを挿入する際に発生する摩擦熱を利用して、2つのワークを固相接合する摩擦撹拌溶接(Friction Stir Welding :以下、FSWともいう)が知られている。上記の接合によると、ワークの接合部分は、母材に対して80%程度の強度を維持することができ、結晶の粗大化も防止することが可能になる。
【0003】
例えば、ワークとしてアルミニウム材を用い、従来のスポット溶接や電子ビームによる溶接を行うと、このアルミニウム材に過剰な熱が付与されてしまう。このため、材料の劣化や粗大化による強度の低下が惹起されるおそれがある。
【0004】
これに対して、FSWでは、アルミニウム材のように比較的融点の低い金属材料(アルミニウム材では、600℃〜660℃程度)を用いても、500℃程度で接合が行われるため、熱による劣化が防止される。従って、FSWは、アルミニウム材の他、マグネシウムやチタン、高分子等の他の材料にも適用することが可能である。
【0005】
上記のFSWをアルミニウム材に適用する例として、電車のような大型部材のアルミニウムフレームが挙げられる。この種の大型部材は、接合の強度を重視しており、アルミニウム材の厚さは、通常、5mm以上に設定されている。一方、ガスタービンエンジン部材のように、強度の向上とともに軽量化を図ることが望まれている部材では、厚さを大きくすることができない。このため、例えば、1.2mm程度の薄板状のアルミニウム材を用い、ガスタービンエンジンの外枠を構成している。
【0006】
しかしながら、薄板状のアルミニウム材の両端部を突き合わせた突き合わせ部を、FSWで接合して比較的大径な円筒部材を形成する際、このアルミニウム材が薄肉であるために真円度を得ることができないという問題がある。
【0007】
さらに、2つの円筒部材の端部同士を突き合わせた突き合わせ部を、FSWにより接合する際、各端部の円周長さが同一寸法にならないおそれがある。従って、この状態で、円筒部材をFSWにより接合すると、接合部の最終部位で位相差が発生し、例えば、波形に変形する、所謂、皺が惹起されるという問題がある。
【0008】
しかも、特に薄板状のアルミニウム材の突き合わせ部は、FSWにより接合する際に未接合部分が発生し易い。具体的には、図15に示すように、アルミニウム材W1、W2が突き合わされた状態で、突き合わせ部Tに回転しているプローブPが挿入されると、この突き合わせ部Tには、プローブ先端Paが到達しないことによる摩擦撹拌不足が惹起し、未接合部分Uが発生し易い。
【0009】
さらに、プローブPは、プローブ先端Paに近づくにつれて周速が遅くなり、このプローブ先端Pa近傍では、周速の低下によって摩擦撹拌される領域Sが制限されてしまう。これにより、摩擦熱が不足して未接合部分Uが生じ、この未接合部分Uが破壊起点となって構造上の信頼性が低下するという問題がある。
【0010】
この他、FSWによる接合時には、薄板状のアルミニウム材W1、W2に1t〜2t単位の押し付け力が付与される。このため、アルミニウム材W1、W2を確実に保持し得ないと、接合部にはFSWによって凹凸が発生するという問題がある。
【0011】
そこで、例えば、特許文献1の突き合わせ継手の製造方法では、図16に示すように、アルミニウム製の接合部材1a、1bの端面が突き合わされて突き合わせ部2が設けられるとともに、この突き合わせ部2に対応してアルミニウム製の裏当て部材3が配置される。この裏当て部材3の表面には、断面円弧状の凹部3aが形成されている。
【0012】
このような構成において、回転子4およびプローブ5を回転させて、このプローブ5を接合部材1a、1bの突き合わせ部2に挿入する。このため、接合部材1a、1bの突き合わせ部2は、裏面側が裏当て部材3の凹部3aに沿って突出変形する。さらに、プローブ5を突き合わせ部2に挿入した状態で、前記突き合わせ部2に沿って移動させることにより、前記突き合わせ部2の全長にわたって摩擦撹拌接合が行われる。次いで、裏当て部材3の凹部3aに突出変形した変形部6は、フライス盤等により切削されて平坦面が得られる。
【0013】
【特許文献1】
特開平10−225780号公報(段落[0032]〜[0036]、図3)
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献1では、突き合わせ部2の裏面側を裏当て部材3の凹部3aに突出変形させるために、プローブ5を前記突き合わせ部2の裏面まで挿入する必要がある。このため、特に、薄肉状の接合部材1a、1bが用いられる際には、接合部材1a、1bに破損が発生するおそれがある。
【0015】
しかも、接合処理が終了した後、突き合わせ部2の裏面から裏当て部材3を剥離しなければならない。従って、薄肉状の接合部材1a、1bでは、裏当て部材3の剥離処理により残留歪みが発生するという問題が指摘されている。
【0016】
一方、裏当て部材3は、剥離により破損するおそれがあり、これによって繰り返し利用することができず、経済的ではないという問題がある。
【0017】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、特に薄肉なプレート部材同士を良好に接合するとともに、未接合部分を確実に除去して接合強度を維持することが可能な摩擦撹拌接合方法および装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る摩擦撹拌接合方法および請求項8に係る摩擦撹拌接合装置では、突き合わせ部の他方の面を保持する裏当て治具に、前記突き合わせ部に対応して形成された開口部を覆って緩衝部材が取り付けられる。次いで、第1および第2プレート部材が裏当て治具に保持された状態で、プローブを突き合わせ部の一方の面から挿入して前記緩衝部材および前記突き合わせ部の一部を開口部側に突出変形させながら、前記突き合わせ部に沿って摩擦撹拌接合が行われる。そして、摩擦撹拌接合が行われた後、突き合わせ部から開口部側に突出した部分が除去される。
【0019】
このため、第1および第2プレート部材は、裏当て治具に張り付くことがなく、前記裏当て治具は、前記第1および第2プレート部材から剥離されることによる破損のおそれがない。これによって、裏当て治具は、繰り返し利用することができ、経済的である。さらに、第1および第2プレート部材は、緩衝部材に接合されることがなく、前記緩衝部材の離脱処理が容易に遂行されるとともに、残留歪みが発生することを有効に阻止することが可能になる。
【0020】
しかも、未接合部分が発生し易い突き合わせ部の他方の面は、裏当て治具の開口部側に突出変形するとともに、摩擦撹拌接合が終了した後に前記突き合わせ部から除去される。従って、第1および第2プレート部材は、未接合部分を確実に除去することができ、接合部の強度が有効に増大して信頼性の向上を図ることが可能になる。
【0021】
また、本発明の請求項2に係る摩擦撹拌接合方法では、摩擦撹拌接合が行われた後、突き合わせ部の他方の面に緩衝部材が圧着した状態で、前記突き合わせ部から裏当て治具のみが離脱される。次に、突き合わせ部の他方の面から緩衝部材が離脱される。このため、第1および第2プレート部材には、裏当て治具および緩衝部材が離脱される際に残留歪みが発生することがない。
【0022】
さらに、本発明の請求項3に係る摩擦撹拌接合方法および請求項9に係る摩擦撹拌接合装置では、裏当て治具と突き合わせ部の他方の面とを密着状態にすることにより、前記第1および第2プレート部材の端部同士を同一の長さに規制する。従って、特に薄肉でかつ比較的大径な突き合わせ部であっても、プローブの挿入によって変形や皺等による位相差が発生することがなく、前記突き合わせ部の真円度を良好に維持することができ、寸法精度が向上する。しかも、突き合わせ部のずれを阻止して正確な位置出しが可能になり、摩擦撹拌接合処理が効率的に遂行される。
【0023】
さらにまた、本発明の請求項4に係る摩擦撹拌接合方法および請求項10に係る摩擦撹拌接合装置では、裏当て治具は、真円形状の外周面を有しており、この外周面に密着する第1および第2プレート部材の端部同士を同一の円周長さに規制する。これにより、簡単かつ経済的な構成および工程で、第1および第2プレート部材は、真円度を確実に維持して突き合わせ部の全周が良好に接合される。
【0024】
その際、裏当て治具は、複数に分割されて径方向に進退自在な分割治具を備えるとともに、緩衝部材は、それぞれの分割治具に形成された各凹状部に一体的に嵌合自在なリング状に構成される(本発明の請求項4に係る摩擦撹拌接合方法および請求項11に係る摩擦撹拌接合装置)。このため、摩擦撹拌接合後に、裏当て治具を突き合わせ部から容易かつ迅速に離脱させることができる。
【0025】
また、本発明の請求項5に係る摩擦撹拌接合方法では、第1および第2プレート部材を裏当て治具に対し相対的に膨張させた状態で、前記裏当て治具に前記第1および第2プレート部材が配置される。例えば、第1および第2プレート部材が加熱されると、この第1および第2プレート部材が熱膨張して内周径が拡大する。従って、第1および第2プレート部材は、裏当て治具に容易に外装されるとともに、冷却されることにより収縮して前記裏当て治具の外周面に確実に密着する。
【0026】
さらに、本発明の請求項6に係る摩擦撹拌接合方法および請求項12に係る摩擦撹拌接合装置では、第1および第2プレート部材は、プローブの挿入方向と略直交する方向から加圧力が付与された状態で、突き合わせ部に沿って摩擦撹拌接合される。これにより、第1および第2プレート部材の端部同士を確実に圧着することができ、突き合わせ部を高品質に接合することが可能になる。
【0027】
さらにまた、本発明の請求項7に係る摩擦撹拌接合方法および請求項13に係る摩擦撹拌接合装置では、第1および第2プレート部材は、厚さが2mm以下に設定されている。このため、薄肉なプレート部材であっても、摩擦撹拌接合が良好に遂行されるとともに、前記薄肉なプレート部材に残留歪みが発生することを有効に阻止することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1の実施形態に係る摩擦撹拌接合方法が実施されるファンダクト10を組み込む航空機用ガスタービンエンジン12の概略構成説明図である。
【0029】
ガスタービンエンジン12はファン14を備え、このファン14は、高速で回転して外部から空気を吸引し、この空気を圧縮して後方に圧送する。ファン14の近傍には、コアダクト16とファンダクト10とによってファンバイパス通路18が形成され、このファンバイパス通路18を通って後方に噴射される空気を介し、図示しない機体に推力を生じさせる。
【0030】
ファン14は、低圧圧縮機20を構成しており、この低圧圧縮機20で圧縮された空気は、後段の高圧圧縮機22に送られる。この高圧圧縮機22で圧縮された空気は、さらに後段の燃焼室24に送られる。この燃焼室24は燃料ノズル26を備え、この燃料ノズル26から前記燃焼室24に燃料が圧送される。燃焼室24では、高圧圧縮機22から圧送された圧縮空気と、燃料ノズル26から噴霧された燃料とを混合した混合気が、エンジン始動時に点火されて燃焼する。
【0031】
混合気が燃焼することによって高温高圧ガスが発生し、この高温高圧ガスは、高圧タービン28に送られてこの高圧タービン28を高速回転させる。この高圧タービン28は、ファン14のロータ14aを回転させる一方、高温高圧ガスは、前記高圧タービン28を回転駆動した後、低圧タービン30に送られる。低圧タービン30は、低圧圧縮機20のロータ14aおよびファン14を回転させる。
【0032】
ガスタービンエンジン12の外部下面には、スタータおよび発電機を組み込むスタータジェネレータ32が、アクセサリギアボックス34を介して取り付けられる。
【0033】
図2は、ファンダクト10を構成するダクト構造体40の説明図である。このダクト構造体40は、薄板状、例えば、厚さが2mm以下のアルミニウム材を略円筒形状に成形した胴部材(第1プレート部材)42と、薄板状のアルミニウム材を略円筒形状に成形したフランジ部材(第2プレート部材)44、46とを備える。胴部材42の端部42a、42bと、フランジ部材44、46の端部44a、46aとを突き合わせた第1および第2突き合わせ部48、50は、その外周面(一方の面)48a、50aに摩擦撹拌接合が行われ、前記胴部材42と前記フランジ部材44、46とが接合される。
【0034】
図3は、上記のダクト構造体40を摩擦撹拌接合する本発明の第1の実施形態に係る摩擦撹拌接合装置60の一部分解斜視図であり、図4は、前記摩擦撹拌接合装置60の断面説明図である。
【0035】
この摩擦撹拌接合装置60は、回転テーブル62に固定されて回転されるとともに、予め仮接合された胴部材42とフランジ部材44、46とを一体的に保持する台部材64を備える。台部材64の上部には、略円盤状の支持ベース66が固着され、この支持ベース66の中央部には、鉛直方向(矢印A方向)に延在して支柱68が立設される。支柱68の先端には、加圧機構70を構成するねじ部72が形成される。
【0036】
加圧機構70は加圧板74を備え、この加圧板74は、略円盤状を有するとともに、中央部に支柱68を挿入する孔部76が形成される。加圧板74は、支持ベース66上に配置される胴部材42およびフランジ部材44、46を後述するプローブ144(図5参照)の挿入方向(矢印B方向)と略直交する矢印A方向から加圧力を付与する機能を有する。
【0037】
加圧板74の中央部分には、押圧ブロック77が係合するとともに、ねじ部72に螺合するナット部材78が前記押圧ブロック77を介して加圧板74を矢印A方向に加圧する。ねじ部72の先端には、吊り下げ用ボルト79が螺着される。加圧板74には、等角度間隔離間して複数の開口部80と、前記開口部80よりも小径な複数の開口部82とが形成される。
【0038】
支持ベース66には、支柱68を中心に周回するリング部86が矢印A方向に膨出して形成される。リング部86の外周には、第1裏当て治具88が着脱自在に設けられるとともに、前記リング部86に固定されるロッド90を介して第2裏当て治具92が取り付けられる。
【0039】
第1裏当て治具88は、例えば、鉄系材料で形成された複数、例えば、4つの分割治具94a〜94dを備えており、全体として略リング状を有する。分割治具94a〜94dは、アクチュエータ、例えば、シリンダ96a〜96dに連結されて半径方向に個別に進退可能に構成される。
【0040】
第1裏当て治具88の外周面88aは、真円形状に設定される。この第1裏当て治具88の外周面88aには、図5に示すように、胴部材42とフランジ部材44との第1突き合わせ部48の内周面(他方の面)48bに対応して周回する凹状部97が設けられるとともに、前記凹状部97の底部に連通して周回する開口部99が形成される。
【0041】
凹状部97には、第1突き合わせ部48に摩擦撹拌接合が行われた後、前記第1突き合わせ部48の内周面48bから離脱される第1緩衝部材98が取り付けられる。この第1緩衝部材98は、例えば、鉄系材料あるいはアルミニウム製のリング材で構成されるとともに、厚さが凹状部97の深さと同一寸法、例えば、略1mm程度の厚さに設定される。開口部99は、第1裏当て治具88の外周面88aを周回しかつ凹状部97よりも幅狭な凹状溝に構成され、第1突き合わせ部48の内周面48bにおいて、摩擦撹拌接合後に未接合部分となり易い領域を収容し得る寸法に限定されている。例えば、未接合部分が20μm〜30μmである際に、開口部99の深さが50μm程度に設定される。
【0042】
図4に示すように、リング部86の上面には、所定の角度間隔ずつ離間してねじ穴100が形成され、前記ねじ穴100には、各ロッド90が一方の端部に設けられるねじ部102が螺合する。ロッド90の他方の端部には、ねじ穴104が形成され、第2裏当て治具92を構成する取り付け板106からボルト108がねじ込まれることにより、前記取り付け板106がロッド90に固定される。
【0043】
図3および図4に示すように、第2裏当て治具92は、例えば、鉄系材料で形成された複数の分割治具、例えば、4つの分割治具110a〜110dを備えており、全体として略リング状を有する。分割治具110a〜110dは、アクチュエータ、例えば、シリンダ112a〜112dに連結されて取り付け板106上を半径方向に個別に進退可能に構成される。
【0044】
第2裏当て治具92の外周面92aは、全体として真円形状に構成される。この第2裏当て治具92の外周面92aには、図6に示すように、胴部材42とフランジ部材44との第2突き合わせ部50の内周面(他方の面)50bに対応して周回する凹状部114が設けられるとともに、前記凹状部114の底部に連通して周回する開口部115が形成される。
【0045】
凹状部114には、第2突き合わせ部50に摩擦撹拌接合が行われた後、前記第2突き合わせ部50の内周面50bから離脱される第2緩衝部材116が取り付けられる。この第2緩衝部材116は、例えば、鉄系材料あるいはアルミニウム製のリング材で構成されるとともに、その厚さが凹状部114の深さと同一寸法、例えば、略1mm程度の厚さに設定される。開口部115は、第2裏当て治具92の外周面92aを周回しかつ凹状部114よりも幅狭な凹状溝に構成され、第2突き合わせ部50の内周面50bにおいて、摩擦撹拌接合後に未接合部分となり易い領域を収容し得る寸法に設定されている。
【0046】
図3および図4に示すように、第1および第2裏当て治具88、92の外周面88a、92aは、ダクト構造体40のスプリングバックを考慮して、前記ダクト構造体40を最終的に設計寸法に維持する必要があり、前記第1および第2裏当て治具88、92が拡径した際の前記外周面88a、92aの最大外径寸法は、加熱前の第1および第2突き合わせ部48、50の内径よりも大きい。
【0047】
第1突き合わせ部48の外周面48aには、前記第1突き合わせ部48を保持する第1クランプ治具117が配置されるとともに、第2突き合わせ部50の外周面50aには、前記第2突き合わせ部50を保持する第2クランプ治具118が配置される。
【0048】
図3に示すように、第1クランプ治具117は、角材をリング状に成形してベルト状に構成される。第1クランプ治具117の一方の端面には、ねじ穴119が形成されるとともに、他方の端面には、孔部120が形成される。ボルト122が孔部120を通ってねじ穴119にねじ込まれることにより、第1クランプ治具117は、径方向の寸法が縮小されて第1突き合わせ部48の外周面48aを締め付ける。
【0049】
図3および図4に示すように、支持ベース66の外周縁部には、ボルト124を介して複数本のロッド126が固定される。各ロッド126は、矢印A方向に延在しており、その端部にねじ込まれるボルト128を介して取り付け板130が設けられる。この取り付け板130は、略リング状に構成され、ボルト132を介して前記取り付け板130に第2クランプ治具118が固定される。第2クランプ治具118は、略リング状に構成され、第2突き合わせ部50の外周面50aを締め付け保持する。
【0050】
図5に示すように、第1突き合わせ部48を接合する接合機140は、回転工具142を備える。この回転工具142の先端には、所定の長さだけ突出するプローブ144が設けられる。このプローブ144は、第1突き合わせ部48に挿入されるプローブ先端部114aの長さが、前記第1突き合わせ部48の肉厚よりも短尺に設定される。なお、第2突き合わせ部50は、上記の接合機140により接合してもよく(図6参照)、あるいは個別の接合機を用いて接合作業を行ってもよい。
【0051】
このように構成される摩擦撹拌接合装置60の動作について、第1の実施形態に係る摩擦撹拌接合方法との関連で、図7に示すフローチャートに沿って以下に説明する。
【0052】
まず、円筒形状を有する胴部材42およびフランジ部材44、46が作製される(ステップS1)。具体的には、図2に示すように、胴部材42を構成する薄板状のアルミニウム材を略円筒形状に成形し、その両端部を突き合わせた突き合わせ部42cに沿って摩擦撹拌接合(FSW)が行われ、前記突き合わせ部42cが接合される。このため、胴部材42が得られる。
【0053】
同様に、フランジ部材44、46を構成する薄板状のアルミニウム材が略円筒形状に成形された後、それぞれの突き合わせ部44c、46cが摩擦撹拌接合により接合される。従って、フランジ部材44、46が得られる。
【0054】
なお、上記の摩擦撹拌接合時には、図示しないプローブが、円筒形状の中心から所定距離だけオフセットして配置されており、接合面の切断を有効に阻止している。
【0055】
次いで、胴部材42の端部42a、42bにフランジ部材44、46の端部44a、46aを突き合わせた状態で、第1および第2突き合わせ部48、50には、所定の個所にアルミニウムテープ(図示せず)が貼り付けられる。このため、胴部材42の両側にフランジ部材44、46が仮接合される(ステップS2)。この仮接合された胴部材42およびフランジ部材44、46は、図示しない加熱炉内に配置されて所定の温度に加熱される(ステップS3)。所定温度に加熱された胴部材42およびフランジ部材44、46は、台部材64にセットされる(ステップS4)。
【0056】
具体的には、図3および図4に示すように、台部材64を構成する支持ベース66上には、リング部86を周回して第1裏当て治具88を構成する分割治具94a〜94dが半径内方向に配置されている。従って、第1裏当て治具88は、外周面88aの直径が最小直径に維持されており、この外周面88aの凹状部97に対応して第1緩衝部材98が配置された状態で、シリンダ96a〜96dが駆動される。このため、分割治具94a〜94dは、半径外方向に移動して第1裏当て治具88の外周面88aが拡径し、この外周面88aにより第1緩衝部材98が押圧保持される。
【0057】
一方、リング部86に形成されたねじ穴100には、ロッド90のねじ部102が螺着される。ロッド90上には、第2裏当て治具92を構成する取り付け板106が配置され、前記ロッド90のねじ穴104に前記取り付け板106の孔部を通ってボルト108が螺着される。これにより、各ロッド90には、取り付け板106が固定されるとともに、分割治具110a〜110dが半径内方向に配置されている。
【0058】
この状態で、第2裏当て治具92の外周面92aに第2緩衝部材116が配置され、シリンダ112a〜112dが駆動されて分割治具110a〜110dが半径外方向に移動する。従って、外周面92aが拡径してこの外周面92aにより第2緩衝部材116が押圧保持される。
【0059】
そこで、所定温度に加熱された胴部材42およびフランジ部材44、46は、第1および第2裏当て治具88、92に外装される。この場合、胴部材42およびフランジ部材44、46は、所定の温度に加熱されており、熱膨張によって内周径が拡大している。このため、胴部材42およびフランジ部材44、46の第1および第2突き合わせ部48、50は、第1および第2裏当て治具88、92に配置された第1および第2緩衝部材98、116に容易に外装される。
【0060】
さらに、胴部材42およびフランジ部材44、46は、冷却されることによって内周径が収縮し、第1および第2突き合わせ部48、50の内周面48b、50bは、第1および第2裏当て治具88、92の外周面88a、92a、すなわち、第1および第2緩衝部材98、116に密着した状態で確実に嵌合する(図5および図6参照)。第1および第2裏当て治具88、92の外周面88a、92aの最大外径寸法が、加熱前の第1および第2突き合わせ部48、50の内周面48b、50bの内径寸法よりも大きいからである。
【0061】
ここで、第1および第2裏当て治具88、92の外周面88a、92aは、真円形状を有しており、この外周面88a、92aの凹状部97、114に嵌合する第1および第2緩衝部材98、116に密着する端部42a、44aおよび端部42b、46aは、それぞれ同一の円周長さに規制されるとともに、真円形状に維持される。
【0062】
次に、第2裏当て治具92上に加圧板74が配置され、押圧ブロック77がねじ部72に外装された後、ナット部材78が前記ねじ部72にねじ込まれる。これにより、押圧ブロック77を介して加圧板74が加圧され、胴部材42およびフランジ部材44、46は、矢印A方向に締め付け荷重が付与される。この結果、第1および第2突き合わせ部48、50は、隙間が生じない状態で押圧保持される(ステップS5)。そして、ステップS6に進み、第1および第2突き合わせ部48、50に貼り付けられているアルミニウムテープ(図示せず)が除去され、表面の洗浄が行われる。
【0063】
さらに、ステップS7において、第1クランプ治具117が装着される。この第1クランプ治具117は、ベルト状に構成されており、胴部材42の外周を端部42a側に沿って周回している。そこで、孔部120にボルト122を挿入し、このボルト122をねじ穴119にねじ込むことにより、第1クランプ治具117の内周径が縮小する。従って、第1クランプ治具117は、胴部材42の外周面を締め付け保持する。
【0064】
次いで、台部材64は、回転テーブル62にねじ止めによって固定される(ステップS8)。この状態で、図8に示すように、接合機140を構成する回転工具142が高速で回転しながら、第1突き合わせ部48に向かって(矢印B方向)移動する。このため、高速回転するプローブ144のプローブ先端144aが第1突き合わせ部48に挿入され、摩擦熱によって前記第1突き合わせ部48が溶接される(図9参照)。
【0065】
その際、第1突き合わせ部48には、第1裏当て治具88に設けられた開口部99に向かって加圧力が付与される。従って、第1緩衝部材98の裏面側および第1突き合わせ部48の一部は、開口部99内に突出変形する一方、高速回転するプローブ144は、回転テーブル62の回転作用下に前記第1突き合わせ部48に沿って相対的に移動し、該第1突き合わせ部48の全周にわたり接合作業が遂行される(ステップS9)。
【0066】
第1突き合わせ部48の接合作業が終了すると、回転テーブル62が停止されるとともに、接合機140がこの第1突き合わせ部48から離間する。さらに、第1クランプ治具117が取り外される一方、第2クランプ治具118が取り付けられる(ステップS10)。第1クランプ治具117は、ボルト122をねじ穴119から離脱させることにより、内周径が拡大して胴部材42から取り外される。
【0067】
一方、支持ベース66の外周縁部には、ボルト124を介して複数のロッド126が取り付けられ、前記ロッド126の先端部には、ボルト128を介して取り付け板130が取り付けられる。この取り付け板130には、ボルト132を介して第2クランプ治具118が装着され、この第2クランプ治具118が胴部材42の端部42b側の外周面を締め付け保持する。
【0068】
この状態で、図10に示すように、例えば、接合機140が第2突き合わせ部50に対応して配置され、回転工具142と一体的にプローブ144が回転しながら、このプローブ144のプローブ先端144aが前記第2突き合わせ部50の外周面50aに挿入される。この第2突き合わせ部50は、回転テーブル62の回転作用下に接合機140に対して回転しており、前記第2突き合わせ部50の全周にわたって摩擦撹拌接合が行われる(ステップS11)。
【0069】
上記のように、第1および第2突き合わせ部48、50が接合されて接合品であるダクト構造体40が得られた後、このダクト構造体40は、第1および第2裏当て治具88、92とともに、台部材64から取り外される(ステップS12)。具体的には、第1裏当て治具88を構成する分割治具94a〜94dは、シリンダ96a〜96dの駆動によって半径内方向に移動し、外周面88aが第1緩衝部材98から離間する(図11参照)。一方、第2裏当て治具92を構成する分割治具110a〜110dは、シリンダ112a〜112dの作用下に半径内方向に移動し、外周面92aが第2緩衝部材116から離間する。
【0070】
そこで、吊り下げ用ボルト79およびナット部材78がねじ部72から離脱されて押圧ブロック77が取り外されるとともに、加圧板74が支柱68から取り外される。そして、ダクト構造体40は、第1および第2緩衝部材98、116を内周面に保持した状態で、支持ベース66から取り出される。次に、図12に示すように、第1突き合わせ部48では、第1緩衝部材98がダクト構造体40の内周面から離脱される(ステップS13)。ダクト構造体40の内周面には、第1突き合わせ部48に対応して開口部99側に突出変形した突起部150が設けられており、この突起部150が切削加工等によって前記内周面から除去される(ステップS14)。なお、第2突き合わせ部50では、上記の第1突き合わせ部48と同様の作業が行われる。
【0071】
このように、第1の実施形態では、第1および第2裏当て治具88、92の外周面88a、92aに、第1および第2突き合わせ部48、50に対応して凹状部97、114が形成され、この凹状部97、114に第1および第2緩衝部材98、116が装着される。このため、第1および第2突き合わせ部48、50の内周面48b、50bに第1および第2緩衝部材98、116が密着した状態で、前記第1および第2突き合わせ部48、50の外周面48a、50aに摩擦撹拌接合が行われる。
【0072】
従って、第1および第2突き合わせ部48、50は、第1および第2裏当て治具88、92に張り付くことがなく、前記第1および第2裏当て治具88、92は、ダクト構造体40から剥離されることによる破損のおそれがない。これによって、第1および第2裏当て治具88、92は、繰り返し利用することができ、経済的であるという効果が得られる。
【0073】
しかも、図9に示すように、第1裏当て治具88の外周面88aには、第1突き合わせ部48の内周面48bに対応して周回する凹状部97が設けられるとともに、この凹状部97の底部に連通して周回する開口部99が形成されている。凹状部97には、第1緩衝部材98が取り付けられており、プローブ先端144aが第1突き合わせ部48の外周面48aから挿入されることにより、第1緩衝部材98および前記第1突き合わせ部48の内周面48bの一部が前記開口部99側に突出変形される。
【0074】
このため、プローブ先端144aが到達せず、かつ、前記プローブ先端144aの周速の影響によって未接合部分が発生し易い内周面48b側には、開口部99側に突出変形して突起部150が設けられる。そして、この突起部150は、摩擦撹拌接合後に切削加工等によって内周面48bから除去される(図12および図13参照)。
【0075】
従って、ダクト構造体40は、未接合部分を確実に除去することができ、接合部の強度が有効に増大して信頼性の向上を図ることが可能になるという効果が得られる。
【0076】
また、第1および第2突き合わせ部48、50は、第1および第2緩衝部材98、116に接合されることがなく、前記第1および第2緩衝部材98、116の離脱処理が容易に遂行される。さらに、ダクト構造体40には、第1および第2緩衝部材98、116の剥離による残留歪みが発生することがない。
【0077】
特に、第1および第2裏当て治具88、92の外周面88a、92aが真円形状に構成されており、第1および第2突き合わせ部48、50の内周面48b、50bは、前記外周面88a、92aに密着して真円形状が維持される。しかも、それぞれの端部42a、44aの内周長さおよび端部42b、46aの円周長さが同一の長さに規制される。
【0078】
このため、厚さが2mm以下の薄肉でかつ比較的大径な第1および第2突き合わせ部48、50であっても、変形や皺等による位相差が発生することがなく、前記第1および第2突き合わせ部48、50の真円度を良好に維持することができ、寸法精度が向上する。これにより、簡単かつ経済的な工程で、第1および第2突き合わせ部48、50の摩擦撹拌接合作業が効率的に遂行されるという効果が得られる。
【0079】
さらに、第1および第2突き合わせ部48、50は、第1および第2緩衝部材98、116を介して第1および第2裏当て治具88、92の外周面88a、92aに密着状態で嵌合する。このため、第1および第2突き合わせ部48、50のずれを阻止して正確な位置出しが可能になり、摩擦撹拌接合処理が効率的に遂行される。
【0080】
その際、第1および第2突き合わせ部48、50は、所定温度に加熱されることによって熱膨張により内周径を拡大させた状態で、第1および第2裏当て治具88、92に嵌合している。従って、第1および第2裏当て治具88、92の外周面88a、92aに対し、第1および第2突き合わせ部48、50を容易かつ確実に密着させることができる。
【0081】
さらにまた、胴部材42とフランジ部材44、46とは、加圧機構70を介してプローブ144の挿入方向(矢印B方向)と略直交する方向(矢印A方向)から加圧力が付与される。これにより、第1および第2突き合わせ部48、50に隙間が発生することがなく、確実に圧着することができ、高品質な接合処理が遂行されるとともに、加圧機構70の構成が容易に簡素化する。
【0082】
なお、上記した第1の実施形態では、図示しないアルミニウムテープで仮接合された胴部材42と、フランジ部材44、46とを、加熱炉内で所定温度に加熱することにより、内周径を拡径させて第1および第2裏当て治具88、92に装着しているが、これに限定されるものではない。例えば、第1および第2裏当て治具88、92を冷却して該第1および第2裏当て治具88、92の外径寸法を縮小させてもよい。
【0083】
また、それぞれ4分割された分割治具94a〜94d、110a〜110dを用いているが、分割数は種々選択可能である。さらに、シリンダ96a〜96d、112a〜112dに代替して電磁ソレノイド等の駆動源を用いてもよい。さらにまた、分割治具94a〜94d(および/または分割治具110a〜110d)を単一の駆動源を介して一体的に進退させることもできる。
【0084】
図14は、本発明の第2の実施形態に係る摩擦撹拌接合装置160の一部斜視図である。なお、第1の実施形態に係る摩擦撹拌接合装置60と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0085】
摩擦撹拌接合装置160は、第1および第2裏当て治具162、164を備える。第1裏当て治具162は、例えば、鉄系材料で形成された複数の分割治具、例えば、4つの分割治具94a〜94dと、前記分割治具94a〜94dの内側に配置されて該分割治具94a〜94dを拡径させる第1リング部材166とを備える。第2裏当て治具164は、第1裏当て治具162と同様に、例えば、鉄系材料で形成された複数、例えば、4つの分割治具110a〜110dと、前記分割治具110a〜110dの内側に配置されて該分割治具110a〜110dを拡径させる第2リング部材168とを備える。
【0086】
このように構成される摩擦撹拌接合装置160では、第1裏当て治具162を構成する分割治具94a〜94dの外周に第1緩衝部材98が配置された状態で、この分割治具94a〜94dの内側に第1リング部材166が挿入される。これにより、分割治具94a〜94dが拡径して前記分割治具94a〜94dの外周に第1リング部材166が密着保持される。同様に、第2リング部材168が第2裏当て治具164を構成する分割治具110a〜110dの内側に挿入されることによって、前記分割治具110a〜110dの外周には、第2緩衝部材116が密着保持される。
【0087】
従って、第2の実施形態では、第1の実施形態と同様の効果が得られるとともに、構成が一層簡素化するという利点がある。なお、第1および第2リング部材166、168に代替して楔部材等を使用してもよい。
【0088】
【発明の効果】
本発明に係る摩擦撹拌接合方法および装置では、未接合部分が発生し易い突き合わせ部の他方の面は、裏当て治具の開口部側に突出変形するとともに、摩擦撹拌接合が終了した後に前記突き合わせ部から除去される。従って、第1および第2プレート部材は、未接合部分を確実に除去することができ、接合部の強度が有効に増大して信頼性の向上を図ることが可能になる。
【0089】
さらに、裏当て治具は、第1および第2プレート部材から剥離されることによる破損のおそれがなく、前記裏当て治具を繰り返し利用することができ、経済的である。また、緩衝部材の離脱処理が容易に遂行されるとともに、特に薄肉な第1および第2プレート部材であっても、残留歪みが発生することを有効に阻止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る摩擦撹拌接合方法が実施されるファンダクトを組み込む航空機用ガスタービンエンジンの概略構成説明図である。
【図2】前記ファンダクトを構成するダクト構造体の説明図である。
【図3】前記ダクト構造体を接合する本発明の第1の実施形態に係る摩擦撹拌接合装置の一部分解斜視図である。
【図4】前記摩擦撹拌接合装置の断面説明図である。
【図5】第1裏当て治具の拡大説明図である。
【図6】第2裏当て治具の拡大説明図である。
【図7】前記摩擦撹拌接合方法のフローチャートである。
【図8】第1突き合わせ部を接合する際の動作説明図である。
【図9】前記第1突き合わせ部を接合する際の断面説明図である。
【図10】第2突き合わせ部を接合する際の動作説明図である。
【図11】前記第1突き合わせ部から前記第1裏当て治具を分離する際の動作説明図である。
【図12】前記第1突き合わせ部から第1緩衝部材を分離する際の動作説明図である。
【図13】前記第1突き合わせ部から未接合部を除去する際の動作説明図である。
【図14】本発明の第2の実施形態に係る摩擦撹拌接合装置の一部斜視図である。
【図15】摩擦撹拌接合による未接合部の説明図である。
【図16】特許文献1のアルミニウム部材の接合方法を示す説明図である。
【符号の説明】
10…ファンダクト 12…ガスタービンエンジン
14…ファン 40…ダクト構造体
42…胴部材 44、46…フランジ部
44a、46a…端部 48、50…突き合わせ部
48a、50a、88a、92a…外周面 48b、50b…内周面
60、160…摩擦撹拌接合装置 62…回転テーブル
64…台部材 66…支持ベース
68…支柱 70…加圧機構
72…ねじ部 74…加圧板
77…押圧ブロック
88、92、162、164…裏当て治具 90…ロッド
94a〜94d、110a〜110d…分割治具
96a〜96d、112a〜112d…シリンダ
97、114…凹状部 98、116…緩衝部材
99、115…開口部 117、118…クランプ治具
130…取り付け板 140…接合機
144…プローブ 166、168…リング部材
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
According to the present invention, the probe is relatively moved along the butting portion while pressing the rotating probe against one surface of a butting portion where the end of the first plate member and the end of the second plate member are butted. The present invention relates to a friction stir welding method and apparatus for joining the butted portions by moving.
[0002]
[Prior art]
In general, friction stir welding (hereinafter, also referred to as FSW) for solid-phase joining two works by utilizing frictional heat generated when a rotating probe is inserted into a work (object) is known. Have been. According to the above-described joining, the joint portion of the work can maintain a strength of about 80% with respect to the base material, and the crystal can be prevented from becoming coarse.
[0003]
For example, when an aluminum material is used as a work and conventional spot welding or welding using an electron beam is performed, excessive heat is applied to the aluminum material. For this reason, there is a possibility that the strength may be reduced due to the deterioration or coarsening of the material.
[0004]
On the other hand, in the case of FSW, even if a metal material having a relatively low melting point such as an aluminum material (about 600 ° C. to 660 ° C. for an aluminum material) is used, bonding is performed at about 500 ° C. Is prevented. Therefore, the FSW can be applied to other materials such as magnesium, titanium, and a polymer in addition to the aluminum material.
[0005]
An example of applying the above FSW to an aluminum material is an aluminum frame of a large member such as a train. This type of large-sized member emphasizes the strength of bonding, and the thickness of the aluminum material is usually set to 5 mm or more. On the other hand, in a member such as a gas turbine engine member in which it is desired to reduce the weight while improving the strength, the thickness cannot be increased. For this reason, for example, an outer frame of a gas turbine engine is formed by using a thin aluminum material having a thickness of about 1.2 mm.
[0006]
However, when a butted portion obtained by butting both ends of a thin aluminum material is joined by FSW to form a relatively large-diameter cylindrical member, roundness may be obtained because the aluminum material is thin. There is a problem that can not be.
[0007]
Furthermore, when the butted portions where the ends of the two cylindrical members are butted to each other are joined by FSW, there is a possibility that the circumferential length of each end may not be the same. Therefore, when the cylindrical members are joined by the FSW in this state, there is a problem that a phase difference is generated at a final portion of the joined portion and, for example, a so-called wrinkle is caused to be deformed into a waveform.
[0008]
In addition, in particular, the butted portion of the thin aluminum material is likely to have an unjoined portion when joined by FSW. Specifically, as shown in FIG. 15, when the rotating probe P is inserted into the butting portion T in a state where the aluminum materials W1 and W2 are butted, the probe tip Pa is inserted into the butting portion T. Does not reach, frictional agitation is insufficient, and an unjoined portion U is likely to occur.
[0009]
Furthermore, the peripheral speed of the probe P becomes slower as it approaches the probe tip Pa, and in the vicinity of the probe tip Pa, the region S subjected to frictional stirring is limited due to a decrease in the peripheral speed. As a result, there is a problem that an unjoined portion U is generated due to a lack of frictional heat, and the unjoined portion U serves as a starting point of destruction, thereby lowering structural reliability.
[0010]
In addition, at the time of joining by the FSW, a pressing force of 1 t to 2 t units is applied to the thin aluminum materials W1 and W2. For this reason, if the aluminum materials W1 and W2 cannot be reliably held, there is a problem that unevenness occurs at the joint due to FSW.
[0011]
Therefore, for example, in the method of manufacturing a butt joint disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 16, the end surfaces of the aluminum joining members 1a and 1b are butted together to provide a butt portion 2. Then, the aluminum backing member 3 is arranged. On the surface of the backing member 3, a concave portion 3a having an arc-shaped cross section is formed.
[0012]
In such a configuration, the rotor 4 and the probe 5 are rotated, and the probe 5 is inserted into the butting portion 2 of the joining members 1a and 1b. For this reason, the butting portion 2 of the joining members 1 a and 1 b is deformed so that the back surface side protrudes along the concave portion 3 a of the backing member 3. Further, by moving the probe 5 along the butting portion 2 with the probe 5 inserted into the butting portion 2, friction stir welding is performed over the entire length of the butting portion 2. Next, the deformed portion 6 protruding and deforming into the concave portion 3a of the backing member 3 is cut by a milling machine or the like to obtain a flat surface.
[0013]
[Patent Document 1]
JP-A-10-225780 (paragraphs [0032] to [0036], FIG. 3)
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, in Patent Literature 1, it is necessary to insert the probe 5 to the back surface of the butting portion 2 in order to cause the back surface of the butting portion 2 to protrude and deform into the concave portion 3 a of the backing member 3. For this reason, especially when the thin joining members 1a and 1b are used, there is a possibility that the joining members 1a and 1b may be damaged.
[0015]
In addition, after the joining process is completed, the backing member 3 must be peeled from the back surface of the butted portion 2. Therefore, a problem has been pointed out that in the thin joining members 1a and 1b, residual strain occurs due to the peeling treatment of the backing member 3.
[0016]
On the other hand, there is a possibility that the backing member 3 may be damaged by peeling, and thus cannot be used repeatedly, which is not economical.
[0017]
The present invention is intended to solve this kind of problem, and in particular, a thin stir plate member can be satisfactorily joined together, and a friction stir welding method capable of reliably removing unjoined portions and maintaining the joining strength, and It is intended to provide a device.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In the friction stir welding method according to the first aspect of the present invention and the friction stir welding apparatus according to the eighth aspect, an opening formed in the backing jig for holding the other surface of the butting portion corresponding to the butting portion. A cushioning member is attached so as to cover the portion. Next, in a state where the first and second plate members are held by the backing jig, a probe is inserted from one surface of the butting portion to deform the buffer member and a part of the butting portion toward the opening. Then, friction stir welding is performed along the butted portion. Then, after the friction stir welding is performed, a portion protruding from the butted portion toward the opening is removed.
[0019]
For this reason, the first and second plate members do not stick to the backing jig, and there is no possibility that the backing jig is damaged by being separated from the first and second plate members. As a result, the backing jig can be used repeatedly and is economical. Further, the first and second plate members are not joined to the cushioning member, so that the buffering member can be easily separated from the cushioning member and effectively prevent residual strain from occurring. Become.
[0020]
In addition, the other surface of the butt portion where an unjoined portion is likely to be generated is protruded and deformed toward the opening of the backing jig, and is removed from the butt portion after the friction stir welding is completed. Therefore, the first and second plate members can reliably remove the unjoined portion, and the strength of the joined portion can be effectively increased to improve the reliability.
[0021]
Further, in the friction stir welding method according to claim 2 of the present invention, after the friction stir welding is performed, only the backing jig is moved from the butting portion in a state where the cushioning member is pressed against the other surface of the butting portion. Be separated. Next, the buffer member is detached from the other surface of the butted portion. For this reason, when the backing jig and the cushioning member are detached from the first and second plate members, residual strain does not occur.
[0022]
Furthermore, in the friction stir welding method according to claim 3 of the present invention and the friction stir welding apparatus according to claim 9, the first and the second surfaces are brought into close contact with the backing jig and the other surface of the butting portion. The ends of the second plate members are regulated to the same length. Therefore, even if the butt portion is particularly thin and has a relatively large diameter, a phase difference due to deformation or wrinkles does not occur due to insertion of the probe, and the roundness of the butt portion can be maintained well. Dimensional accuracy is improved. In addition, it is possible to prevent displacement of the butted portion and to perform accurate positioning, and the friction stir welding process is efficiently performed.
[0023]
Furthermore, in the friction stir welding method according to claim 4 of the present invention and the friction stir welding apparatus according to claim 10, the backing jig has a perfect circular outer peripheral surface, and is closely attached to the outer peripheral surface. The ends of the first and second plate members are restricted to the same circumferential length. Thus, the first and second plate members can be reliably joined to the entire circumference of the butted portion with a simple and economical configuration and process while maintaining the roundness.
[0024]
At this time, the backing jig includes a plurality of split jigs that can be divided and moved in the radial direction, and the buffer member can be integrally fitted into each concave portion formed in each split jig. A friction stir welding method according to claim 4 of the present invention and a friction stir welding apparatus according to claim 11 of the present invention. Therefore, after the friction stir welding, the backing jig can be easily and quickly separated from the butted portion.
[0025]
Further, in the friction stir welding method according to claim 5 of the present invention, the first and second plate members are expanded relative to the backing jig and the first and second plate members are attached to the backing jig. Two plate members are arranged. For example, when the first and second plate members are heated, the first and second plate members thermally expand and the inner peripheral diameter increases. Therefore, the first and second plate members are easily packaged in the backing jig, and contract by cooling to securely adhere to the outer peripheral surface of the backing jig.
[0026]
Further, in the friction stir welding method according to claim 6 of the present invention and the friction stir welding apparatus according to claim 12, a pressing force is applied to the first and second plate members from a direction substantially orthogonal to the insertion direction of the probe. In this state, friction stir welding is performed along the butted portion. Thereby, the end portions of the first and second plate members can be securely press-bonded to each other, and the butted portions can be joined with high quality.
[0027]
Furthermore, in the friction stir welding method according to claim 7 and the friction stir welding apparatus according to claim 13, the first and second plate members are set to a thickness of 2 mm or less. For this reason, even if it is a thin plate member, friction stir welding can be performed favorably, and the occurrence of residual strain in the thin plate member can be effectively prevented.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic configuration explanatory view of an aircraft gas turbine engine 12 incorporating a fan duct 10 in which a friction stir welding method according to a first embodiment of the present invention is performed.
[0029]
The gas turbine engine 12 includes a fan 14, which rotates at a high speed to suck air from outside, compresses the air, and sends the air backward. A fan bypass passage 18 is formed in the vicinity of the fan 14 by the core duct 16 and the fan duct 10, and a thrust is generated in an airframe (not shown) through the air injected rearward through the fan bypass passage 18.
[0030]
The fan 14 forms a low-pressure compressor 20, and the air compressed by the low-pressure compressor 20 is sent to a high-pressure compressor 22 at a subsequent stage. The air compressed by the high-pressure compressor 22 is sent to a combustion chamber 24 at a later stage. The combustion chamber 24 has a fuel nozzle 26 from which fuel is pumped to the combustion chamber 24. In the combustion chamber 24, a mixture of the compressed air fed from the high-pressure compressor 22 and the fuel sprayed from the fuel nozzle 26 is ignited when the engine is started and burns.
[0031]
The combustion of the air-fuel mixture generates a high-temperature high-pressure gas, which is sent to the high-pressure turbine 28 to rotate the high-pressure turbine 28 at a high speed. The high-pressure turbine 28 rotates the rotor 14 a of the fan 14, and the high-temperature high-pressure gas is sent to the low-pressure turbine 30 after driving the high-pressure turbine 28 to rotate. The low-pressure turbine 30 rotates the rotor 14a and the fan 14 of the low-pressure compressor 20.
[0032]
A starter generator 32 that incorporates a starter and a generator is mounted on an external lower surface of the gas turbine engine 12 via an accessory gear box 34.
[0033]
FIG. 2 is an explanatory diagram of a duct structure 40 that constitutes the fan duct 10. The duct structure 40 has a body member (first plate member) 42 formed of a thin plate, for example, an aluminum material having a thickness of 2 mm or less into a substantially cylindrical shape, and a thin plate aluminum material formed into a substantially cylindrical shape. Flange members (second plate members) 44 and 46. The first and second butted portions 48 and 50 in which the ends 42a and 42b of the body member 42 and the ends 44a and 46a of the flange members 44 and 46 abut against each other have outer peripheral surfaces (one surface) 48a and 50a. The friction stir welding is performed, and the body member 42 and the flange members 44 and 46 are joined.
[0034]
FIG. 3 is a partially exploded perspective view of a friction stir welding apparatus 60 according to the first embodiment of the present invention for friction stir welding the duct structure 40, and FIG. FIG.
[0035]
The friction stir welding apparatus 60 includes a base member 64 that is fixed to a rotary table 62 and is rotated, and that integrally holds the body member 42 and the flange members 44 and 46 that have been temporarily joined in advance. A substantially disk-shaped support base 66 is fixed to an upper portion of the base member 64, and a support column 68 is erected at the center of the support base 66 so as to extend in the vertical direction (the direction of arrow A). At the tip of the support column 68, a screw portion 72 constituting the pressing mechanism 70 is formed.
[0036]
The pressing mechanism 70 includes a pressing plate 74. The pressing plate 74 has a substantially disk shape, and has a hole 76 into which a support 68 is inserted in the center. The pressing plate 74 applies a pressing force to the body member 42 and the flange members 44 and 46 disposed on the support base 66 from an arrow A direction substantially perpendicular to an insertion direction (arrow B direction) of a probe 144 (see FIG. 5) described later. Has the function of providing
[0037]
A pressing block 77 is engaged with a central portion of the pressing plate 74, and a nut member 78 screwed to the screw portion 72 presses the pressing plate 74 in the direction of arrow A via the pressing block 77. A suspension bolt 79 is screwed to the tip of the screw portion 72. A plurality of openings 80 and a plurality of openings 82 smaller in diameter than the openings 80 are formed in the pressing plate 74 at equal angular intervals.
[0038]
On the support base 66, a ring portion 86 circling around the support 68 is formed so as to bulge in the direction of arrow A. A first backing jig 88 is detachably provided on the outer periphery of the ring portion 86, and a second backing jig 92 is attached via a rod 90 fixed to the ring portion 86.
[0039]
The first backing jig 88 includes a plurality of, for example, four divided jigs 94a to 94d formed of, for example, an iron-based material, and has a substantially ring shape as a whole. The dividing jigs 94a to 94d are connected to actuators, for example, cylinders 96a to 96d, and are configured to be individually movable in the radial direction.
[0040]
The outer peripheral surface 88a of the first backing jig 88 is set in a perfect circular shape. As shown in FIG. 5, the outer peripheral surface 88a of the first backing jig 88 corresponds to the inner peripheral surface (the other surface) 48b of the first butted portion 48 between the body member 42 and the flange member 44. An orbiting concave portion 97 is provided, and an orifice 99 is formed so as to communicate with the bottom of the concave portion 97 and to orbit.
[0041]
After friction stir welding has been performed on the first butting portion 48, a first buffer member 98 detached from the inner peripheral surface 48 b of the first butting portion 48 is attached to the concave portion 97. The first buffer member 98 is made of, for example, an iron-based material or an aluminum ring material, and has a thickness set to the same dimension as the depth of the concave portion 97, for example, a thickness of about 1 mm. The opening 99 is formed as a concave groove which goes around the outer peripheral surface 88 a of the first backing jig 88 and is narrower than the concave portion 97, and is formed on the inner peripheral surface 48 b of the first butting portion 48 after the friction stir welding. It is limited to a size that can accommodate a region that is likely to be an unjoined portion. For example, when the unjoined portion is 20 μm to 30 μm, the depth of the opening 99 is set to about 50 μm.
[0042]
As shown in FIG. 4, screw holes 100 are formed on the upper surface of the ring portion 86 at predetermined angular intervals, and each of the screw holes 100 has a rod 90 at one end. 102 is screwed. A screw hole 104 is formed in the other end of the rod 90, and the mounting plate 106 is fixed to the rod 90 by screwing a bolt 108 from a mounting plate 106 constituting the second backing jig 92. .
[0043]
As shown in FIGS. 3 and 4, the second backing jig 92 includes, for example, a plurality of division jigs formed of an iron-based material, for example, four division jigs 110 a to 110 d. Has a substantially ring shape. The dividing jigs 110a to 110d are connected to actuators, for example, cylinders 112a to 112d, and are configured to be individually movable in the radial direction on the mounting plate 106.
[0044]
The outer peripheral surface 92a of the second backing jig 92 is formed in a perfect circular shape as a whole. As shown in FIG. 6, the outer peripheral surface 92a of the second backing jig 92 corresponds to the inner peripheral surface (the other surface) 50b of the second butted portion 50 of the body member 42 and the flange member 44. An orbiting concave portion 114 is provided, and an orifice 115 is formed to communicate with the bottom of the concave portion 114 and to orbit.
[0045]
After the friction stir welding has been performed on the second butting portion 50, a second buffer member 116 detached from the inner peripheral surface 50 b of the second butting portion 50 is attached to the concave portion 114. The second cushioning member 116 is made of, for example, an iron-based material or an aluminum ring material, and has a thickness set to the same dimension as the depth of the concave portion 114, for example, a thickness of about 1 mm. . The opening 115 is formed as a concave groove which goes around the outer peripheral surface 92 a of the second backing jig 92 and is narrower than the concave portion 114, and is formed on the inner peripheral surface 50 b of the second butting portion 50 after the friction stir welding. The size is set to be able to accommodate a region that is likely to be an unjoined portion.
[0046]
As shown in FIGS. 3 and 4, the outer peripheral surfaces 88 a and 92 a of the first and second backing jigs 88 and 92 are formed by taking into account the springback of the duct structure 40. When the first and second backing jigs 88 and 92 are expanded in diameter, the maximum outer diameter of the outer peripheral surfaces 88a and 92a is determined by the first and second pre-heating first and second backing jigs. It is larger than the inside diameter of the butted portions 48 and 50.
[0047]
A first clamp jig 117 for holding the first butting portion 48 is disposed on an outer peripheral surface 48 a of the first butting portion 48, and the second butting portion is provided on an outer peripheral surface 50 a of the second butting portion 50. A second clamp jig 118 that holds 50 is arranged.
[0048]
As shown in FIG. 3, the first clamp jig 117 is formed in a belt shape by forming a square material into a ring shape. A screw hole 119 is formed on one end surface of the first clamp jig 117, and a hole 120 is formed on the other end surface. As the bolt 122 is screwed into the screw hole 119 through the hole 120, the first clamp jig 117 is reduced in radial dimension and tightens the outer peripheral surface 48 a of the first butting portion 48.
[0049]
As shown in FIGS. 3 and 4, a plurality of rods 126 are fixed to the outer peripheral edge of the support base 66 via bolts 124. Each rod 126 extends in the direction of arrow A, and is provided with a mounting plate 130 via a bolt 128 screwed into its end. The mounting plate 130 has a substantially ring shape, and a second clamp jig 118 is fixed to the mounting plate 130 via a bolt 132. The second clamp jig 118 is formed in a substantially ring shape, and clamps and holds the outer peripheral surface 50 a of the second butting portion 50.
[0050]
As shown in FIG. 5, the joining machine 140 that joins the first butting portions 48 includes a rotating tool 142. A probe 144 protruding by a predetermined length is provided at the tip of the rotary tool 142. In the probe 144, the length of the probe tip 114a inserted into the first butting portion 48 is set to be shorter than the thickness of the first butting portion 48. The second butting portion 50 may be joined by the above-described joining machine 140 (see FIG. 6), or the joining operation may be performed using an individual joining machine.
[0051]
The operation of the friction stir welding apparatus 60 thus configured will be described below with reference to the flowchart shown in FIG. 7 in relation to the friction stir welding method according to the first embodiment.
[0052]
First, a cylindrical body member 42 and flange members 44 and 46 are manufactured (step S1). Specifically, as shown in FIG. 2, a thin plate-like aluminum material constituting the body member 42 is formed into a substantially cylindrical shape, and friction stir welding (FSW) is performed along a butting portion 42 c where both ends thereof are butted. Then, the butted portions 42c are joined. Thus, a trunk member 42 is obtained.
[0053]
Similarly, after the thin aluminum material forming the flange members 44 and 46 is formed into a substantially cylindrical shape, the butted portions 44c and 46c are joined by friction stir welding. Therefore, the flange members 44 and 46 are obtained.
[0054]
At the time of the above-mentioned friction stir welding, a probe (not shown) is arranged offset by a predetermined distance from the center of the cylindrical shape, thereby effectively preventing the joining surface from being cut.
[0055]
Next, in a state where the ends 44a, 46a of the flange members 44, 46 abut against the ends 42a, 42b of the body member 42, the first and second butting portions 48, 50 are provided with aluminum tape (see FIG. (Not shown) is attached. For this reason, the flange members 44 and 46 are temporarily joined to both sides of the trunk member 42 (step S2). The temporarily joined body member 42 and flange members 44 and 46 are arranged in a heating furnace (not shown) and heated to a predetermined temperature (step S3). The body member 42 and the flange members 44 and 46 heated to the predetermined temperature are set on the base member 64 (Step S4).
[0056]
Specifically, as shown in FIGS. 3 and 4, divided jigs 94 a to 94 g which surround the ring portion 86 and constitute the first backing jig 88 are provided on the support base 66 which constitutes the base member 64. 94d are arranged in a radially inward direction. Accordingly, the first backing jig 88 has the outer peripheral surface 88a maintained at the minimum diameter, and the first cushioning member 98 is disposed corresponding to the concave portion 97 of the outer peripheral surface 88a. 96a to 96d are driven. Therefore, the dividing jigs 94a to 94d move outward in the radial direction, and the outer peripheral surface 88a of the first backing jig 88 expands in diameter, and the first buffer member 98 is pressed and held by the outer peripheral surface 88a.
[0057]
On the other hand, the screw portion 102 of the rod 90 is screwed into the screw hole 100 formed in the ring portion 86. A mounting plate 106 constituting the second backing jig 92 is disposed on the rod 90, and a bolt 108 is screwed into a screw hole 104 of the rod 90 through a hole of the mounting plate 106. Thus, the mounting plate 106 is fixed to each rod 90, and the dividing jigs 110a to 110d are arranged in the radial inner direction.
[0058]
In this state, the second buffer member 116 is disposed on the outer peripheral surface 92a of the second backing jig 92, and the cylinders 112a to 112d are driven to move the dividing jigs 110a to 110d in the radially outward direction. Therefore, the outer peripheral surface 92a expands in diameter, and the second buffer member 116 is pressed and held by the outer peripheral surface 92a.
[0059]
Then, the body member 42 and the flange members 44 and 46 heated to the predetermined temperature are packaged in the first and second backing jigs 88 and 92. In this case, the body member 42 and the flange members 44 and 46 are heated to a predetermined temperature, and the inner diameter is increased by thermal expansion. For this reason, the first and second butting portions 48 and 50 of the body member 42 and the flange members 44 and 46 are connected to the first and second buffer members 98 and 98 disposed on the first and second backing jigs 88 and 92, respectively. 116 is easily packaged.
[0060]
Further, the inner diameter of the body member 42 and the flange members 44 and 46 is reduced by being cooled, and the inner peripheral surfaces 48b and 50b of the first and second butted portions 48 and 50 are connected to the first and second back surfaces. The jigs 88 and 92 are securely fitted in tight contact with the outer peripheral surfaces 88a and 92a, that is, the first and second buffer members 98 and 116 (see FIGS. 5 and 6). The maximum outer diameter of the outer peripheral surfaces 88a, 92a of the first and second backing jigs 88, 92 is larger than the inner diameter of the inner peripheral surfaces 48b, 50b of the first and second butted portions 48, 50 before heating. Because it is big.
[0061]
Here, the outer peripheral surfaces 88a, 92a of the first and second backing jigs 88, 92 have a perfect circular shape, and the first outer surfaces 88a, 92a fit into the concave portions 97, 114 of the outer peripheral surfaces 88a, 92a. The end portions 42a, 44a and the end portions 42b, 46a that are in close contact with the second buffer members 98, 116 are each regulated to the same circumferential length, and are maintained in a perfect circular shape.
[0062]
Next, the pressing plate 74 is arranged on the second backing jig 92, and after the pressing block 77 is covered with the screw portion 72, the nut member 78 is screwed into the screw portion 72. Accordingly, the pressing plate 74 is pressed through the pressing block 77, and a tightening load is applied to the body member 42 and the flange members 44 and 46 in the direction of arrow A. As a result, the first and second butting portions 48 and 50 are pressed and held without any gap (step S5). Then, proceeding to step S6, the aluminum tape (not shown) attached to the first and second butted portions 48 and 50 is removed, and the surface is cleaned.
[0063]
Further, in step S7, the first clamp jig 117 is mounted. The first clamp jig 117 is formed in a belt shape and circulates around the outer periphery of the body member 42 along the end 42a. Then, by inserting the bolt 122 into the hole 120 and screwing the bolt 122 into the screw hole 119, the inner peripheral diameter of the first clamp jig 117 is reduced. Therefore, the first clamp jig 117 clamps and holds the outer peripheral surface of the body member 42.
[0064]
Next, the base member 64 is fixed to the rotary table 62 by screwing (step S8). In this state, as shown in FIG. 8, the rotating tool 142 included in the welding machine 140 moves toward the first butting portion 48 (in the direction of arrow B) while rotating at high speed. Therefore, the probe tip 144a of the probe 144 rotating at a high speed is inserted into the first butting portion 48, and the first butting portion 48 is welded by frictional heat (see FIG. 9).
[0065]
At this time, a pressing force is applied to the first butting portion 48 toward the opening 99 provided in the first backing jig 88. Accordingly, the rear surface of the first buffer member 98 and a part of the first butting portion 48 are protruded and deformed into the opening portion 99, while the probe 144 rotating at high speed makes the first butting under the rotating action of the rotary table 62. The first moving portion 48 relatively moves along the portion 48, and the joining operation is performed over the entire circumference of the first butting portion 48 (step S9).
[0066]
When the joining operation of the first butting portion 48 is completed, the rotary table 62 is stopped, and the joining machine 140 is separated from the first butting portion 48. Further, while the first clamp jig 117 is removed, the second clamp jig 118 is attached (Step S10). The first clamp jig 117 is detached from the body member 42 by removing the bolt 122 from the screw hole 119 to increase the inner peripheral diameter.
[0067]
On the other hand, a plurality of rods 126 are attached to the outer peripheral edge of the support base 66 via bolts 124, and a mounting plate 130 is attached to the tip of the rod 126 via bolts 128. A second clamp jig 118 is mounted on the mounting plate 130 via bolts 132, and the second clamp jig 118 tightens and holds the outer peripheral surface of the body member 42 on the end 42b side.
[0068]
In this state, as shown in FIG. 10, for example, the joining machine 140 is arranged corresponding to the second butting portion 50, and while the probe 144 rotates integrally with the rotating tool 142, the probe tip 144 a of the probe 144 Is inserted into the outer peripheral surface 50a of the second butting portion 50. The second butting portion 50 is rotated with respect to the welding machine 140 under the rotation of the rotary table 62, and the friction stir welding is performed over the entire circumference of the second butting portion 50 (Step S11).
[0069]
As described above, after the first and second butted portions 48 and 50 are joined to obtain the joined duct structure 40, the duct structure 40 is attached to the first and second backing jigs 88. , 92 together with the base member 64 (step S12). Specifically, the division jigs 94a to 94d constituting the first backing jig 88 move inward in the radial direction by driving the cylinders 96a to 96d, and the outer peripheral surface 88a is separated from the first buffer member 98 ( (See FIG. 11). On the other hand, the divided jigs 110a to 110d constituting the second backing jig 92 move inward in the radial direction under the action of the cylinders 112a to 112d, and the outer peripheral surface 92a is separated from the second buffer member 116.
[0070]
Then, the suspension bolt 79 and the nut member 78 are detached from the screw portion 72 to remove the pressing block 77, and the pressing plate 74 is removed from the support 68. Then, the duct structure 40 is taken out from the support base 66 with the first and second buffer members 98 and 116 held on the inner peripheral surface. Next, as shown in FIG. 12, in the first butting portion 48, the first buffer member 98 is separated from the inner peripheral surface of the duct structure 40 (step S13). The inner peripheral surface of the duct structure 40 is provided with a projection 150 which is deformed toward the opening 99 corresponding to the first abutting portion 48, and the projection 150 is formed by cutting or the like. (Step S14). In the second butting section 50, the same operation as that of the first butting section 48 is performed.
[0071]
As described above, in the first embodiment, the concave portions 97 and 114 corresponding to the first and second butted portions 48 and 50 are formed on the outer peripheral surfaces 88a and 92a of the first and second backing jigs 88 and 92. Are formed, and the first and second buffer members 98 and 116 are mounted on the concave portions 97 and 114. For this reason, the outer periphery of the first and second butting portions 48 and 50 is in a state where the first and second buffer members 98 and 116 are in close contact with the inner peripheral surfaces 48b and 50b of the first and second butting portions 48 and 50. Friction stir welding is performed on the surfaces 48a and 50a.
[0072]
Therefore, the first and second butting portions 48 and 50 do not stick to the first and second backing jigs 88 and 92, and the first and second backing jigs 88 and 92 are not attached to the duct structure. There is no danger of breakage due to peeling from the base 40. As a result, the first and second backing jigs 88 and 92 can be repeatedly used, and the effect of being economical is obtained.
[0073]
In addition, as shown in FIG. 9, a concave portion 97 is provided on the outer peripheral surface 88a of the first backing jig 88 so as to correspond to the inner peripheral surface 48b of the first butting portion 48. An opening 99 is formed so as to communicate with the bottom of the nozzle 97 and circulate therearound. The first buffer member 98 is attached to the concave portion 97, and the probe tip 144 a is inserted from the outer peripheral surface 48 a of the first butting portion 48, so that the first buffering member 98 and the first butting portion 48 are connected to each other. A part of the inner peripheral surface 48b is projected and deformed toward the opening 99 side.
[0074]
For this reason, on the inner peripheral surface 48b side where the probe tip 144a does not reach and where an unbonded portion is likely to be generated due to the influence of the peripheral speed of the probe tip 144a, the protrusion 150 is deformed toward the opening 99 side. Is provided. Then, the protrusion 150 is removed from the inner peripheral surface 48b by cutting or the like after the friction stir welding (see FIGS. 12 and 13).
[0075]
Therefore, the duct structure 40 has an effect that the unjoined portion can be surely removed, and the strength of the joined portion can be effectively increased and the reliability can be improved.
[0076]
Also, the first and second butting portions 48 and 50 are not joined to the first and second buffer members 98 and 116, and the first and second buffer members 98 and 116 can be easily separated. Is done. Further, in the duct structure 40, there is no occurrence of residual strain due to the separation of the first and second cushioning members 98 and 116.
[0077]
In particular, the outer peripheral surfaces 88a and 92a of the first and second backing jigs 88 and 92 are formed in a perfect circular shape, and the inner peripheral surfaces 48b and 50b of the first and second butted portions 48 and 50 are The circular shape is maintained in close contact with the outer peripheral surfaces 88a and 92a. In addition, the inner peripheral lengths of the ends 42a, 44a and the circumferential lengths of the ends 42b, 46a are restricted to the same length.
[0078]
Therefore, even if the first and second butted portions 48 and 50 are thin and have a relatively large diameter of 2 mm or less, a phase difference due to deformation, wrinkles, or the like does not occur, and the first and second butted portions 48 and 50 are not affected. The roundness of the second butted portions 48 and 50 can be favorably maintained, and the dimensional accuracy is improved. Thus, the effect of efficiently performing the friction stir welding of the first and second butting portions 48 and 50 can be obtained in a simple and economical process.
[0079]
Further, the first and second butting portions 48 and 50 are fitted in tight contact with the outer peripheral surfaces 88a and 92a of the first and second backing jigs 88 and 92 via the first and second buffer members 98 and 116. Combine. For this reason, the first and second butting portions 48 and 50 are prevented from being shifted from each other, so that accurate positioning can be performed, and the friction stir welding process is efficiently performed.
[0080]
At this time, the first and second butting portions 48 and 50 are fitted to the first and second backing jigs 88 and 92 in a state where the inner peripheral diameter is enlarged by thermal expansion by being heated to a predetermined temperature. I agree. Therefore, the first and second butting portions 48 and 50 can be easily and reliably brought into close contact with the outer peripheral surfaces 88a and 92a of the first and second backing jigs 88 and 92.
[0081]
Furthermore, a pressing force is applied to the body member 42 and the flange members 44 and 46 from the direction (arrow A direction) substantially perpendicular to the insertion direction of the probe 144 (arrow B direction) via the pressing mechanism 70. Thereby, the first and second butting portions 48 and 50 can be securely press-bonded without generating a gap, a high-quality joining process can be performed, and the configuration of the pressing mechanism 70 can be easily configured. Simplify.
[0082]
In the above-described first embodiment, the inner diameter is increased by heating the body member 42 and the flange members 44 and 46 that are temporarily joined by an aluminum tape (not shown) to a predetermined temperature in a heating furnace. Although they are mounted on the first and second backing jigs 88 and 92 with their diameters, the invention is not limited to this. For example, the outer diameter of the first and second backing jigs 88 and 92 may be reduced by cooling the first and second backing jigs 88 and 92.
[0083]
In addition, although the dividing jigs 94a to 94d and 110a to 110d which are respectively divided into four are used, the number of divisions can be variously selected. Further, a drive source such as an electromagnetic solenoid may be used instead of the cylinders 96a to 96d and 112a to 112d. Furthermore, the division jigs 94a to 94d (and / or the division jigs 110a to 110d) can be integrally advanced and retracted via a single drive source.
[0084]
FIG. 14 is a partial perspective view of a friction stir welding apparatus 160 according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the friction stir welding apparatus 60 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.
[0085]
The friction stir welding apparatus 160 includes first and second backing jigs 162 and 164. The first backing jig 162 includes, for example, a plurality of split jigs formed of an iron-based material, for example, four split jigs 94a to 94d, and is disposed inside the split jigs 94a to 94d. A first ring member 166 for expanding the diameter of the dividing jigs 94a to 94d. Similarly to the first backing jig 162, the second backing jig 164 includes, for example, a plurality of, for example, four divided jigs 110a to 110d formed of an iron-based material, and the divided jigs 110a to 110d. And a second ring member 168 that is arranged inside and extends the diameter of the dividing jigs 110a to 110d.
[0086]
In the friction stir welding apparatus 160 configured as described above, the first jigs 94a to 94d constituting the first backing jig 162 are arranged on the outer periphery of the first buffer members 98, and the first jigs 94a to 94d are arranged. The first ring member 166 is inserted inside 94d. Thereby, the diameter of the dividing jigs 94a to 94d is increased, and the first ring member 166 is held in close contact with the outer periphery of the dividing jigs 94a to 94d. Similarly, by inserting the second ring member 168 inside the dividing jigs 110a to 110d constituting the second backing jig 164, the second buffer member is provided on the outer periphery of the dividing jigs 110a to 110d. 116 is closely held.
[0087]
Therefore, in the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and there is an advantage that the configuration is further simplified. Note that a wedge member or the like may be used instead of the first and second ring members 166 and 168.
[0088]
【The invention's effect】
In the friction stir welding method and apparatus according to the present invention, the other surface of the butt portion where an unwelded portion is liable to occur is protruded and deformed toward the opening side of the backing jig, and the butt portion is joined after the friction stir welding is completed. Removed from the part. Therefore, the first and second plate members can reliably remove the unjoined portion, and the strength of the joined portion can be effectively increased to improve the reliability.
[0089]
Further, the backing jig is economical because the backing jig can be used repeatedly without fear of breakage due to peeling from the first and second plate members. In addition, the detachment process of the buffer member is easily performed, and even if the first and second plate members are particularly thin, it is possible to effectively prevent the occurrence of residual strain.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic structural explanatory view of an aircraft gas turbine engine incorporating a fan duct in which a friction stir welding method according to an embodiment of the present invention is performed.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a duct structure constituting the fan duct.
FIG. 3 is a partially exploded perspective view of the friction stir welding apparatus according to the first embodiment of the present invention for joining the duct structures.
FIG. 4 is an explanatory sectional view of the friction stir welding apparatus.
FIG. 5 is an enlarged explanatory view of a first backing jig.
FIG. 6 is an enlarged explanatory view of a second backing jig.
FIG. 7 is a flowchart of the friction stir welding method.
FIG. 8 is an operation explanatory diagram when the first butting portion is joined.
FIG. 9 is an explanatory cross-sectional view when the first butting portion is joined.
FIG. 10 is an explanatory diagram of the operation when the second butting portion is joined.
FIG. 11 is an operation explanatory view when the first backing jig is separated from the first butting portion.
FIG. 12 is an operation explanatory view when the first buffer member is separated from the first butting portion.
FIG. 13 is an explanatory diagram of an operation when removing an unjoined portion from the first butted portion.
FIG. 14 is a partial perspective view of a friction stir welding apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is an explanatory view of an unjoined portion by friction stir welding.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a method of joining aluminum members of Patent Document 1.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fan duct 12 ... Gas turbine engine 14 ... Fan 40 ... Duct structure 42 ... Body member 44, 46 ... Flange part 44a, 46a ... End part 48, 50 ... Butt part 48a, 50a, 88a, 92a ... Outer peripheral surface 48b , 50b ... inner peripheral surfaces 60, 160 ... friction stir welding device 62 ... rotary table 64 ... base member 66 ... support base 68 ... column 70 ... pressing mechanism 72 ... screw part 74 ... pressing plate 77 ... pressing blocks 88, 92, 162, 164: Backing jig 90: Rods 94a to 94d, 110a to 110d: Dividing jigs 96a to 96d, 112a to 112d: Cylinders 97, 114: Concave parts 98, 116: Buffer members 99, 115: Opening 117 , 118: clamp jig 130: mounting plate 140: joining machine 144: probe 166, 168: ring member

Claims (13)

第1プレート部材の端部と第2プレート部材の端部とを突き合わせた突き合わせ部の一方の面に、回転するプローブを押し付けながら、前記プローブを前記突き合わせ部に沿って相対的に移動させることにより、前記突き合わせ部を接合する摩擦撹拌接合方法であって、
前記突き合わせ部の他方の面を保持する裏当て治具に、前記突き合わせ部に対応して形成された開口部を覆って緩衝部材を取り付ける工程と、
前記第1および第2プレート部材を裏当て治具に保持させた状態で、前記プローブを前記突き合わせ部の一方の面から挿入して前記緩衝部材および該突き合わせ部の一部を前記開口部側に突出変形させながら、該突き合わせ部に沿って摩擦撹拌接合を行う工程と、
前記摩擦撹拌接合が行われた後、前記突き合わせ部から前記開口部側に突出した部分を除去する工程と、
を有することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
By pressing the rotating probe against one surface of the butted portion where the end of the first plate member and the end of the second plate member are butted, the probe is relatively moved along the butted portion. A friction stir welding method for joining the butted portions,
A step of attaching a cushioning member to a backing jig holding the other surface of the butting portion, covering an opening formed corresponding to the butting portion,
In a state where the first and second plate members are held by a backing jig, the probe is inserted from one surface of the butting portion to move the buffer member and a part of the butting portion toward the opening. Performing a friction stir welding along the butted portion while projecting and deforming;
After the friction stir welding is performed, a step of removing a portion protruding from the butt portion to the opening side,
A friction stir welding method comprising:
請求項1記載の摩擦撹拌接合方法において、前記摩擦撹拌接合が行われた後、前記突き合わせ部の他方の面に前記緩衝部材が圧着した状態で、該突き合わせ部から前記裏当て治具のみを離脱させる工程と、
前記突き合わせ部の他方の面から前記緩衝部材を離脱させる工程と、
前記突き合わせ部から前記開口部側に突出した部分を除去する工程と、
を有することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
2. The friction stir welding method according to claim 1, wherein after the friction stir welding is performed, only the backing jig is detached from the butting portion in a state where the buffer member is pressed against the other surface of the butting portion. The step of causing
Removing the cushioning member from the other surface of the butting portion,
Removing a portion projecting toward the opening from the butting portion;
A friction stir welding method comprising:
請求項1または2記載の摩擦撹拌接合方法において、前記裏当て治具の外周面に前記突き合わせ部の他方の面を密着状態にすることにより、前記第1および第2プレート部材の端部同士を同一の長さに規制することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。3. The friction stir welding method according to claim 1, wherein the other end of the butting portion is brought into close contact with the outer peripheral surface of the backing jig, so that the ends of the first and second plate members are brought together. A friction stir welding method wherein the length is regulated to the same length. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の摩擦撹拌接合方法において、前記裏当て分割治具は、真円形状の外周面を有するとともに、複数に分割されて径方向に進退自在な分割治具を有しており、
前記治具には、底部に前記開口部が連通し前記突き合わせ部の他方の面に対応して周回する凹状部が設けられ、
各凹状部にリング状の前記緩衝部材が一体的に取り付けられた状態で、前記裏当て治具の外周面に密着する前記第1および第2プレート部材の端部同士を同一の円周長さに規制することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
4. The friction stir welding method according to claim 1, wherein the backing division jig has a perfect circular outer peripheral surface, and is divided into a plurality of divisional jigs that can freely advance and retreat in a radial direction. 5. Tools,
The jig is provided with a concave portion that communicates with the opening at the bottom and circulates corresponding to the other surface of the butting portion,
In a state in which the ring-shaped buffer member is integrally attached to each concave portion, the ends of the first and second plate members that are in close contact with the outer peripheral surface of the backing jig have the same circumferential length. Friction stir welding method characterized in that it is regulated to:
請求項3または4記載の摩擦撹拌接合方法において、前記第1および第2プレート部材を前記裏当て治具に対し相対的に膨張させた状態で、該裏当て治具に該第1および第2プレート部材を配置することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。5. The friction stir welding method according to claim 3, wherein the first and second plate members are relatively expanded with respect to the backing jig, and the first and second plate members are attached to the backing jig. A friction stir welding method comprising disposing a plate member. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の摩擦撹拌接合方法において、前記第1および第2プレート部材は、前記プローブの挿入方向と略直交する方向から加圧力が付与された状態で、前記突き合わせ部に沿って摩擦撹拌接合されることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。The friction stir welding method according to any one of claims 1 to 5, wherein the first and second plate members are applied with a pressing force from a direction substantially perpendicular to a direction in which the probe is inserted. A friction stir welding method characterized by performing friction stir welding along a butt portion. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の摩擦撹拌接合方法において、前記第1および第2プレート部材は、厚さが2mm以下に設定されることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。7. The friction stir welding method according to claim 1, wherein the first and second plate members have a thickness of 2 mm or less. 8. 第1プレート部材の端部と第2プレート部材の端部とを突き合わせた突き合わせ部の一方の面に、回転するプローブを押し付けながら、前記プローブを前記突き合わせ部に沿って相対的に移動させることにより、前記突き合わせ部を接合する摩擦撹拌接合装置であって、
前記第1および第2プレート部材を配置して前記突き合わせ部の他方の面を保持し、摩擦撹拌接合が行われた後に前記突き合わせ部の他方の面から離脱される裏当て治具を備え、
前記裏当て治具は、前記突き合わせ部の他方の面に対応する凹状部と、
前記凹状部の底部に連通する開口部と、
を設けるとともに、
前記凹状部には、前記摩擦撹拌接合が行われた後に、前記突き合わせ部の他方の面から離脱される緩衝部材が取り付けられ、
前記開口部には、摩擦撹拌接合時に前記緩衝部材および前記突き合わせ部の一部が突出変形されることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
By pressing the rotating probe against one surface of the butted portion where the end of the first plate member and the end of the second plate member are butted, the probe is relatively moved along the butted portion. A friction stir welding apparatus for joining the butted portions,
A backing jig that disposes the first and second plate members to hold the other surface of the butting portion and separates from the other surface of the butting portion after friction stir welding is performed,
The backing jig has a concave portion corresponding to the other surface of the butting portion,
An opening communicating with the bottom of the concave portion,
Along with
After the friction stir welding is performed on the concave portion, a buffer member detached from the other surface of the butting portion is attached,
A friction stir welding apparatus, wherein a part of the buffer member and the butting portion is protruded and deformed in the opening during friction stir welding.
請求項8記載の摩擦撹拌接合装置において、前記裏当て治具の外周面に前記突き合わせ部の他方の面を密着状態に配置することにより、前記第1および第2プレート部材の端部同士を同一の長さに規制することを特徴とする摩擦撹拌接合装置。9. The friction stir welding apparatus according to claim 8, wherein the other end of the butting portion is arranged in close contact with the outer peripheral surface of the backing jig so that the ends of the first and second plate members are the same. A friction stir welding apparatus characterized in that the length is regulated to the length. 請求項8または9記載の摩擦撹拌接合装置において、前記裏当て治具は、真円形状の外周面を有しており、この外周面に密着状態に嵌合する前記第1および第2プレート部材の端部同士を同一の円周長さに規制することを特徴とする摩擦撹拌接合装置。The friction stir welding apparatus according to claim 8, wherein the backing jig has a perfect circular outer peripheral surface, and the first and second plate members are fitted into the outer peripheral surface in close contact. A friction stir welding apparatus characterized in that the end portions are restricted to the same circumferential length. 請求項10記載の摩擦撹拌接合装置において、前記裏当て治具は、複数に分割されて径方向に進退自在な分割治具を備えるとともに、
前記緩衝部材は、それぞれの分割治具に形成された各凹状部に一体的に嵌合自在なリング状に構成されることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
The friction stir welding apparatus according to claim 10, wherein the backing jig includes a division jig that is divided into a plurality of parts and is capable of moving back and forth in the radial direction.
The friction stir welding apparatus according to claim 1, wherein the buffer member is formed in a ring shape that can be integrally fitted into each of the concave portions formed in each of the divided jigs.
請求項8乃至11のいずれか1項に記載の摩擦撹拌接合装置において、前記第1および第2プレート部材に、前記プローブの挿入方向と略直交する方向から加圧力を付与する加圧機構を備えることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。The friction stir welding apparatus according to any one of claims 8 to 11, further comprising a pressurizing mechanism for applying a pressing force to the first and second plate members from a direction substantially orthogonal to a direction in which the probe is inserted. A friction stir welding apparatus characterized in that: 請求項8乃至12のいずれか1項に記載の摩擦撹拌接合装置において、前記第1および第2プレート部材は、厚さが2mm以下に設定されることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。The friction stir welding apparatus according to any one of claims 8 to 12, wherein the first and second plate members have a thickness of 2 mm or less.
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