JP2005028378A - Friction stir welding method for lap joint - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接合ツールを用いる摩擦攪拌接合方法により、重ね継手を接合する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
摩擦攪拌接合技術によって重ね継手を接合する従来技術としては、先端面が平面状もしくは先端面に凹部を有する接合ツールを用い、その接合ツールを一方の部材側に圧入して摩擦攪拌させ、かつ、他の部材も摩擦攪拌することにより両者を接合する方法がある(例えば特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−314981号公報(特許請求の範囲)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
融点が異なる金属は、それぞれの金属の変形抵抗が異なるために、両方の部材を摩擦攪拌させて重ね接合することは困難である。例えばアルミニウムとニッケルを重ね接合する場合には、アルミニウムの融点は660℃、ニッケルの融点は1455℃である。そのため、上板がアルミニウムの場合に、下板であるニッケルが高融点で変形抵抗も大きいため塑性流動せず、接合できない問題がある。また、接合ツールを圧入する部材の板厚が厚い場合には、摩擦攪拌する深さには限界があるため接合できない問題がある。
【0005】
本発明の目的は、融点が異なる金属の摩擦攪拌接合による重ね接合を可能にすることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の部材の重ね接合において、上板側にのみ接合ツールを押圧し、上板の表面近傍のみを摩擦熱により攪拌させ、その摩擦熱により重ね合わせ面の温度を上昇させ、対向する部材同士の拡散反応により接合することにある。
【0007】
摩擦攪拌接合による重ね継手において、接合ツールを上板と下板の両方に圧入した場合には、接合部に下板まで達する大きな穴があくという外観上からも好ましくない問題が生じる。このため、本発明では、上板側にのみ接合ツールを圧入する。
【0008】
一方の部材側にのみ接合ツールを圧入して重ね接合する方法においては、摩擦攪拌により重ね面に押圧力が作用して、重ね面が密着される。さらに、摩擦熱により、重ね面において上板の金属と下板の金属とが拡散反応により反応層が形成される。これにより上板と下板とが接合される。この方法によれば、異種金属の接合も可能になる。また、同種材の接合では、接合面に反応層は形成されず、部材間の相互拡散により接合が行われる。
【0009】
本発明で用いる接合ツールは、円柱状をしており、先端には小径のピンがついていないものが望ましい。また、接合される部材に圧入されるツール先端の外周面には、丸みがついていることが望ましい。
【0010】
本発明では、接合ツールを上板側の部材の内部深くまで押し込む必要はない。むしろ、それは避けて、表面のみを押圧する程度に留めるべきである。
【0011】
接合部材の重ね面に軟質金属をめっきしておくと、重ね面をより密着しやすくすることができる。このため、反応層が形成されやすくなる。軟質金属としては、ニッケル,亜鉛,銅,錫などが特に有効である。
【0012】
また、一方の部材の重ね面に溝部を設け、もう一方の部材の重ね面に突起部を設けて、前記溝に他方の突起部を嵌合し、その状態で接合するようにすれば、接合ツールと重ね面の距離を短くすることができる。この方法は、より厚板を接合する場合に適する。
【0013】
また、本発明は、接合ツールを押圧し、一定時間押圧したまま保持したのち引上げて、いわゆるスポット接合を行うのにも適用できる。
【0014】
また、本発明は、接合ツールを押圧したままで接合方向に移動することにより、連続的に接合する連続接合にも適用できる。この場合、接合ツールの回転軸を接合方向と反対側に傾斜させておき、その状態で移動させることが望ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】
実施例1
第1の実施例を図1及び図2により説明する。図1は接合後の断面図を示し、図2は接合中の断面図を示す。本実施例において、上板1と下板2の接合界面3には最大厚さ約0.2μm の反応層4が形成されており、金属的に上板1と下板2とが接合されている。また、上板1の上面側には摩擦攪拌層5が最大0.1mm の厚さで形成されている。以下、接合プロセスを詳細に示す。
【0016】
上板1の材質はJIS規格C1020−1/2Hの無酸素銅であり、下板2はJIS規格SPCCの冷間圧延鋼板である。板厚はいずれも1mmである。これらの試験片を治具9の上に配置した。接合ツール6の材質はサイアロンセラミックであり、直径は10mmである。さらに、接合ツール6の先端外周面8には曲率半径1mmの丸みを設けた。この接合ツール6を5,000rpmで回転させながら、降下速度10mm/min で上板1を押圧する。この押圧により接合界面3で上板1と下板2とが密着する。その後、押圧した状態で1秒間保持した後、上昇速度10mm/min で接合ツール6を引上げて接合は完了する。また、この接合ツール保持により、接合ツール6と上板1との接触面7において発生した摩擦熱が接合界面3の温度を上昇させる。そのため、上板1と下板2とのあいだの金属が拡散反応して反応層を形成して両者を金属的に接合することができる。反応層4の厚さは最大で0.2μm である。この反応層の厚さは接合ツール6の回転数が大きいほど厚くなり、接合ツール6の保持時間が長いほど厚くなる。しかしながら、この反応層は脆い金属間化合物であるため厚すぎると疲労強度が低下するので、できるだけ薄い方が望ましいが、まったくないと接合されないため、厚さを最小限にする接合条件を選定することが望ましい。
【0017】
上板1および下板2の材質であるが、本実施例では、異種金属を用いているが、同種の金属の接合にも適用できる。
【0018】
また、融点が異なる金属の接合の場合には低融点の金属を上板1にした方がよい。なぜならば、接触面7で発生する摩擦熱は上板1の融点に比例するため、接合界面3での温度を低くできるからである。これにより、反応層4の厚さを最小限にすることができる。そのため、本実施例では上板1に無酸素銅、下板2に冷間圧延鋼板を選定した。ただし、上板1の板厚が厚くて、接合界面3の温度が低すぎる場合には高融点金属を上板1に用いた方がよい。
【0019】
また、下板2がステンレス鋼の場合には、その表面にクロム酸化皮膜が生成しており、この皮膜は熱力学的に安定で、他の金属と反応層を形成しにくい性質がある。そのため、ステンレス鋼にニッケルめっきを施すことが有効である。ニッケルは無酸素銅と反応しやすいため、ステンレス鋼と無酸素銅の接合に有効である。このように、めっき層を適切に選定することにより反応層の形成を制御することが可能である。
【0020】
表1は、接合部のせん断破断荷重を示したものである。いずれの試験片も板厚1mmの重ね接合であり、試験片の幅は20mmとした。無酸素銅/ニッケルめっきステンレス鋼,無酸素銅/冷間圧延鋼板,無酸素銅/無酸素銅の重ね接合において、ともに破断位置は無酸素銅側であり、摩擦攪拌層5と熱影響部との境界で破断しており、良好な接合が可能である。
【0021】
【表1】
【0022】
実施例2
図3は、第2の実施例における接合前の断面図を示す。また、図4は、接合後の断面図を示す。実施例1と異なる点は、上板1に溝部20を設け、下板2に突起部21を設けて、溝部に突起部を嵌合させたことである。これにより、上板1の厚さよりも接合部の厚さを薄くできるため、より厚い板厚まで接合することができる。
【0023】
実施例3
図5は、第3の実施例における接合中の斜視図を示す。本実施例では接合ツール6を回転させながら接合方向に移動することにより連続的に上板1と下板2とを接合する例である。連続接合に対しても本発明は適用可能である。図6に接合中の断面図を示す。連続接合の場合には接合ツール6の回転軸を接合方向とは反対側、すなわち後進角側に傾斜させることが望ましい。本実施例では傾斜角を2°とし、接合ツール6の移動速度を120mm/min で接合して、接合可能であることを確認できた。
【0024】
【発明の効果】
本発明によれば、同種金属または異種金属を摩擦攪拌接合技術により重ね接合することが可能である。また、厚板の接合が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例における接合後の断面図。
【図2】第1の実施例における接合中の断面図。
【図3】第2の実施例における接合前の断面図。
【図4】第2の実施例における接合後の断面図。
【図5】第3の実施例における接合中の斜視図。
【図6】第3の実施例における接合中の断面図。
【符号の説明】
1…上板、2…下板、3…接合界面、4…反応層、5…摩擦攪拌層、6…接合ツール、7…接触面、8…先端外周面、9…治具、20…溝部、21…突起部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for joining lap joints by a friction stir welding method using a joining tool.
[0002]
[Prior art]
As a conventional technique for joining lap joints by friction stir welding technology, a joining tool having a flat tip surface or a concave portion on the tip surface is used, and the joining tool is press-fitted into one member side to cause friction stirring, and There is a method of joining other members by friction stirring (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-314981 A (Claims)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Since metals having different melting points have different deformation resistances of the respective metals, it is difficult to lap and join both members by friction stirring. For example, when aluminum and nickel are lap bonded, the melting point of aluminum is 660 ° C., and the melting point of nickel is 1455 ° C. Therefore, when the upper plate is made of aluminum, the lower plate nickel has a high melting point and a large deformation resistance. In addition, when the thickness of the member into which the welding tool is press-fitted is thick, there is a problem that the depth of friction stirring cannot be joined because there is a limit.
[0005]
An object of the present invention is to enable lap joining by friction stir welding of metals having different melting points.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the lap joining of a plurality of members, the present invention presses a joining tool only on the upper plate side, stirs only the vicinity of the surface of the upper plate with frictional heat, raises the temperature of the overlapping surface by the frictional heat, and opposes It is in joining by the diffusion reaction of the members to do.
[0007]
In the lap joint by friction stir welding, when the welding tool is press-fitted into both the upper plate and the lower plate, an undesired problem arises from the appearance that a large hole reaching the lower plate is formed in the joint portion. For this reason, in the present invention, the joining tool is press-fitted only on the upper plate side.
[0008]
In the method in which the joining tool is press-fitted only on one member side to perform lap joining, a pressing force acts on the lap surface by friction stirring, and the lap surface is brought into close contact. Further, due to frictional heat, a reaction layer is formed by diffusion reaction between the metal of the upper plate and the metal of the lower plate on the overlapping surface. Thereby, an upper board and a lower board are joined. According to this method, it is possible to join dissimilar metals. Moreover, in the joining of the same kind of material, a reaction layer is not formed on the joining surface, and joining is performed by mutual diffusion between members.
[0009]
The joining tool used in the present invention has a cylindrical shape, and it is desirable that the tip does not have a small-diameter pin. Moreover, it is desirable that the outer peripheral surface of the tool tip press-fitted into the member to be joined is rounded.
[0010]
In the present invention, it is not necessary to push the joining tool deep inside the upper plate side member. Rather, it should be avoided and only pressed to the surface.
[0011]
If a soft metal is plated on the overlapping surface of the joining member, the overlapping surface can be more easily adhered. For this reason, the reaction layer is easily formed. As the soft metal, nickel, zinc, copper, tin and the like are particularly effective.
[0012]
Also, if a groove is provided on the overlapping surface of one member, a protrusion is provided on the overlapping surface of the other member, the other protrusion is fitted into the groove, and the bonding is performed in that state. The distance between the tool and the overlapping surface can be shortened. This method is suitable for joining thicker plates.
[0013]
The present invention can also be applied to so-called spot welding by pressing a welding tool, holding it while pressing for a certain time, and then pulling it up.
[0014]
Moreover, this invention is applicable also to the continuous joining which joins continuously by moving to a joining direction, pressing the joining tool. In this case, it is desirable to incline the rotation axis of the welding tool in the direction opposite to the welding direction and move in that state.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Example 1
A first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a sectional view after joining, and FIG. 2 shows a sectional view during joining. In this embodiment, a
[0016]
The material of the upper plate 1 is oxygen-free copper of JIS standard C1020-1 / 2H, and the
[0017]
Although it is a material of the upper plate 1 and the
[0018]
In the case of joining metals having different melting points, it is better to use a metal having a low melting point as the upper plate 1. This is because the frictional heat generated at the contact surface 7 is proportional to the melting point of the upper plate 1, so that the temperature at the
[0019]
Further, when the
[0020]
Table 1 shows the shear breaking load of the joint. All the test pieces were lap-joined with a plate thickness of 1 mm, and the width of the test piece was 20 mm. In the lap joint of oxygen-free copper / nickel-plated stainless steel, oxygen-free copper / cold rolled steel plate, oxygen-free copper / oxygen-free copper, the fracture position is on the oxygen-free copper side, and the
[0021]
[Table 1]
[0022]
Example 2
FIG. 3 shows a cross-sectional view before joining in the second embodiment. Moreover, FIG. 4 shows sectional drawing after joining. The difference from the first embodiment is that the
[0023]
Example 3
FIG. 5 shows a perspective view during joining in the third embodiment. In this embodiment, the upper plate 1 and the
[0024]
【The invention's effect】
According to the present invention, the same kind of metal or different kinds of metals can be lap-joined by the friction stir welding technique. Also, thick plates can be joined.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view after joining in a first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view during bonding in the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view before joining in a second embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view after joining in the second embodiment.
FIG. 5 is a perspective view during joining in the third embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view during bonding in the third embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Upper plate, 2 ... Lower plate, 3 ... Joining interface, 4 ... Reaction layer, 5 ... Friction stirring layer, 6 ... Joining tool, 7 ... Contact surface, 8 ... Outer peripheral surface, 9 ... Jig, 20 ... Groove , 21 ... protrusions.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003193994A JP2005028378A (en) | 2003-07-09 | 2003-07-09 | Friction stir welding method for lap joint |
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Publications (1)
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7508682B2 (en) | 2005-09-19 | 2009-03-24 | Hitachi, Ltd. | Housing for an electronic circuit |
JP2009082977A (en) * | 2007-10-03 | 2009-04-23 | Mazda Motor Corp | Friction point welding method |
JP2010017720A (en) * | 2008-07-08 | 2010-01-28 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | Method of manufacturing electric contactor |
JP2010120056A (en) * | 2008-11-20 | 2010-06-03 | Kobe Steel Ltd | Spot friction stir welding method of dissimilar metals |
US7896933B2 (en) * | 2005-04-15 | 2011-03-01 | Hitachi, Ltd. | Hydrogen supplying apparatus and method of manufacturing hydrogen supplying apparatus |
JP2011115846A (en) * | 2009-12-03 | 2011-06-16 | Kofukin Seimitsu Kogyo (Shenzhen) Yugenkoshi | Friction stir welding method |
JP2013542076A (en) * | 2010-09-23 | 2013-11-21 | テクナラ エフエスダブリュ カンパニー, エルエルシー | How to hold a high speed friction spot welding tool |
WO2018030164A1 (en) | 2016-08-10 | 2018-02-15 | 株式会社 東芝 | Dissimilar-metal bonding structure, bonding method therefor, and electrical-product production method |
WO2018030165A1 (en) | 2016-08-10 | 2018-02-15 | 株式会社 東芝 | Semiconductor module and method for manufacturing same |
-
2003
- 2003-07-09 JP JP2003193994A patent/JP2005028378A/en active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7896933B2 (en) * | 2005-04-15 | 2011-03-01 | Hitachi, Ltd. | Hydrogen supplying apparatus and method of manufacturing hydrogen supplying apparatus |
US7508682B2 (en) | 2005-09-19 | 2009-03-24 | Hitachi, Ltd. | Housing for an electronic circuit |
JP2009082977A (en) * | 2007-10-03 | 2009-04-23 | Mazda Motor Corp | Friction point welding method |
JP2010017720A (en) * | 2008-07-08 | 2010-01-28 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | Method of manufacturing electric contactor |
JP2010120056A (en) * | 2008-11-20 | 2010-06-03 | Kobe Steel Ltd | Spot friction stir welding method of dissimilar metals |
JP2011115846A (en) * | 2009-12-03 | 2011-06-16 | Kofukin Seimitsu Kogyo (Shenzhen) Yugenkoshi | Friction stir welding method |
JP2013542076A (en) * | 2010-09-23 | 2013-11-21 | テクナラ エフエスダブリュ カンパニー, エルエルシー | How to hold a high speed friction spot welding tool |
WO2018030164A1 (en) | 2016-08-10 | 2018-02-15 | 株式会社 東芝 | Dissimilar-metal bonding structure, bonding method therefor, and electrical-product production method |
WO2018030165A1 (en) | 2016-08-10 | 2018-02-15 | 株式会社 東芝 | Semiconductor module and method for manufacturing same |
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