JP2005111533A - Friction stir welding method - Google Patents
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Description
本発明は、摩擦撹拌接合方法に関し、特に鉄道車両の構体の製造に用いる押し出し形材の接合に適するものである。 The present invention relates to a friction stir welding method, and is particularly suitable for joining extruded shapes used for manufacturing a railway vehicle structure.
一般に、鉄道車両の構体(車体)は、車体の側面部を構成する側構体と、車体の屋根部を構成する屋根構体と、床部を構成する台車枠とを備えるものである。そのような構体を製造する場合には、まず、複数の押し出し形材を接合して、側構体、屋根構体、台枠をそれぞれ製作する。 In general, a structure (vehicle body) of a railway vehicle includes a side structure that forms a side surface portion of the vehicle body, a roof structure that forms a roof portion of the vehicle body, and a bogie frame that forms a floor portion. When manufacturing such a structure, first, a plurality of extruded shapes are joined to produce a side structure, a roof structure, and a frame.
側構体、屋根構体、台枠の製作に用いる押し出し形材は、長さが20m程度で幅が35cm程度もあるので、その製作誤差が大きい。このため、このような大型の押し出し形材を突き合わせて接合しようとすると、その突き合わせ部分に生じる隙間が大きくなる場合がある。 The extruded shape member used for manufacturing the side structure, the roof structure, and the underframe has a length of about 20 m and a width of about 35 cm. For this reason, when it is going to butt | join and join such a large extruded shape member, the clearance gap produced in the butt | matching part may become large.
例えば図3(a)(b)に示すように、2つの被接合材P11,P12あるいはP11’,P12’を突き合わせた場合に、それらの間に一様でない隙間T、T’が生じる。 For example, as shown in FIGS. 3A and 3B, when two materials P11 and P12 or P11 'and P12' are abutted, non-uniform gaps T and T 'are generated between them.
この開先の隙間T,T’がΔt(Δt’)=1.0mmを超えるぐらいに大きくなると、前記アルミニウム合金製の中空押し出し形材の場合には、内部欠陥が生ずる。 When the gaps T and T 'of the groove become so large as to exceed Δt (Δt') = 1.0 mm, an internal defect occurs in the case of the hollow extruded shape member made of the aluminum alloy.
そこで、2つの被接合材の間に隙間があっても、良好に接合することができるように、2つの被接合材の突き合わせ部の隙間に予め板状の充填材を配置し、接合ツールの投影範囲内に前記充填材及び2つの被接合材が位置した状態で前記3者を摩擦撹拌接合することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, even if there is a gap between the two materials to be joined, a plate-shaped filler is arranged in advance in the gap between the butted portions of the two materials to be joined, and the joining tool It has been proposed that the three members be friction stir welded in a state where the filler and the two materials to be joined are positioned within the projection range (see, for example, Patent Document 1).
また、被接合材間の隙間が大きい場合であっても、良好に接合することができるように、2つの被接合材を突き合わせ、接合線に沿って突き合わせ面を切削し、前記切削によって生じた隙間に補填材を挿入し、前記接合線に沿って摩擦撹拌接合することも提案されている(例えば、特許文献2参照)。
接合作業に先立って、上記特許文献1に記載の技術では、2つの被接合材の突き合わせ部の隙間に予め板状の充填材を配置する必要があり、また、上記特許文献2に記載の技術では、接合線に沿って突き合わせ面を切削しなければならず、接合作業に先立っての作業が面倒である。
Prior to the joining work, in the technique described in
本発明は、作業に先立って、充填材の配置や切削などの特別な作業を行うことなく、被接合材間に隙間があっても、良好に接合することができる摩擦撹拌接合方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a friction stir welding method capable of satisfactorily joining even if there is a gap between the materials to be joined without performing any special work such as placement of the filler or cutting prior to the work. For the purpose.
請求項1の発明は、2つの被接合材を突き合わせてそれらの間に接合線を形成し、前記接合線に沿って接合ツールを回転させつつ所定の移動速度でもって移動させることにより摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合方法であって、前記2つの被接合材の間に形成される隙間に対し、前記2つの被接合材と同一の材料又はそれらの溶接材料となるフィラー(溶加材)を供給しつつ、前記接合線に沿って摩擦撹拌接合することを特徴とする。ここで、フィラーの供給は、供給装置などを用いて機械的に自動供給する場合のほか、作業者が手作業で供給する場合も含まれる。自動供給する場合には、接合ツールの移動速度又はフィラーの供給速度が前記隙間に応じて適宜調整される。手作業で供給する場合には、作業者が隙間をみながら供給速度を適宜調整することになる。 According to the first aspect of the present invention, friction stir welding is performed by joining two materials to be joined, forming a joining line therebetween, and moving the joining tool along the joining line at a predetermined moving speed. A friction stir welding method for supplying a filler (melting material) that is the same material as the two materials to be joined or a welding material thereof to a gap formed between the two materials to be joined. However, the friction stir welding is performed along the joining line. Here, the supply of the filler includes not only the case of automatically supplying mechanically using a supply device or the like, but also the case of supplying manually by an operator. In the case of automatic supply, the moving speed of the joining tool or the supply speed of the filler is appropriately adjusted according to the gap. When supplying manually, an operator will adjust a supply speed suitably, seeing a clearance gap.
このようにすれば、2つの被接合材の間に形成される隙間に対し、前記2つの被接合材と同一の材料又はそれらの溶接材料となるフィラーが供給されるので、摩擦撹拌接合時には、フィラーが2つの被接合材と一緒に撹拌され、フィラーによって前記隙間に相当する材料不足が補われる。よって、従来方法のように、作業に先立って、充填材の配置や切削などの特別な作業を行うことなく、2つの被接合材間に隙間があっても、良好に摩擦撹拌接合することが可能となる。 In this way, the filler that is the same material as the two materials to be joined or the welding material thereof is supplied to the gap formed between the two materials to be joined. The filler is stirred together with the two materials to be joined, and the filler compensates for a material shortage corresponding to the gap. Therefore, unlike the conventional method, the friction stir welding can be performed satisfactorily even if there is a gap between the two materials to be joined without performing any special work such as placement of the filler or cutting prior to the work. It becomes possible.
請求項2に記載のように、前記接合ツールの移動に先立って前記2つの被接合材の隙間の大きさを計測し、その隙間の大きさと接合ツールの移動速度とに基づいて、前記フィラーを前記隙間に対し供給する供給速度を求めることが望ましい。
As described in
このようにすれば、2つの被接合材の隙間を計測し、その隙間の大きさと接合ツールの移動速度に基づいて決定された供給速度でもってフィラーを供給するので、隙間の大きさが一様でなく変化していても、接合ツールの移動速度が一定でなく変化していても、供給されるフィラーの量が隙間の大きさに応じて調整され、良好に摩擦撹拌接合される。 In this way, the gap between the two workpieces is measured, and the filler is supplied at a supply speed determined based on the size of the gap and the moving speed of the welding tool. The amount of filler supplied is adjusted in accordance with the size of the gap, and the friction stir welding is satisfactorily performed, even if the moving speed of the welding tool is not constant and changes.
その場合、請求項3に記載のように、前記2つの被接合材の隙間は、前記2つの被接合材の隙間は、前記2つの被接合材の上側から撮影手段(例えば、CCDカメラ)によって撮影し、その撮影結果に基づいて、前記隙間の幅を前記隙間の大きさとして検出するものである構成とすることができる。この幅の検出は、連続的に行ってもよいし、間欠的に行ってもよい。
In this case, as described in
このようにすれば、2つの被接合材の隙間を撮影手段によって、接合(撹拌)に先立って(2つの被接合材の)上側から撮影することで、隙間の幅を検出するようにしているので、撮影手段よりの画像信号を画像処理するなどにより隙間の幅が簡単に計算される。上側から簡単に計測することができる隙間の幅でもって隙間の大きさを近似しているので、隙間の大きさの検出が簡単である。 If it does in this way, the width | variety of a gap will be detected by image | photographing the clearance gap between two to-be-joined materials from an upper side (of 2 to-be-joined materials) prior to joining (stirring) with an imaging | photography means. Therefore, the width of the gap is easily calculated by performing image processing on the image signal from the photographing means. Since the size of the gap is approximated by the width of the gap that can be easily measured from the upper side, it is easy to detect the size of the gap.
請求項4に記載のように、前記フィラーを、前記隙間に供給する前に温めることも場合によっては有効である。予め温められたフィラーが隙間に供給されるので、その温められたフィラーが、接合ツールによる撹拌の際に、母材(2つの被接合材)と一緒にスムーズに撹拌されるからである。 It is also effective in some cases to warm the filler before supplying it to the gap. This is because the pre-warmed filler is supplied to the gap, so that the warmed filler is smoothly stirred together with the base material (two materials to be joined) during stirring by the joining tool.
以上のように構成したから、本発明は、2つの被接合材の隙間に、前記2つの被接合材と同一の材料又はそれらの溶接材料となるフィラー供給しつつそれらを摩擦撹拌接合するので、フィラーを2つの被接合材(母材)と一緒に撹拌し、開先の隙間の大きさにかかわらず、良好に接合することができる。よって、開先の隙間の裕度が大きくなる。 Since it comprised as mentioned above, since the present invention carries out friction stir welding, supplying the filler used as the same material as the above-mentioned two joined materials, or those welding materials, to the crevice between two joined materials, The filler can be agitated together with two materials to be joined (base materials), and can be joined well regardless of the size of the gap between the grooves. Therefore, the tolerance of the gap of the groove increases.
以下、本発明の実施の形態を、図面を沿って説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の摩擦撹拌接合方法に用いる摩擦撹拌接合装置の要部を示す概略側面図、図2は同概略平面図である。 FIG. 1 is a schematic side view showing a main part of a friction stir welding apparatus used in the friction stir welding method of the present invention, and FIG. 2 is a schematic plan view thereof.
図1及び図2に示すように、本発明の摩擦撹拌接合方法に用いる摩擦撹拌接合装置は、2つの被接合材P1,P2を摩擦撹拌接合するための接合ツール1の前側に、フィラーS(ワイヤー)を供給するフィラー供給装置2が設けられている。フィラー供給装置2によってフィラーSが供給されるのは、接合ツール1によって現に摩擦撹拌接合されている部分かあるいはそれより少し前方の部分である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the friction stir welding apparatus used in the friction stir welding method of the present invention has a filler S (on the front side of a
接合ツール1及びフィラー供給装置2は、図示しない可動フレームに取り付けられ、一定の位置関係を保持して一緒に移動するように構成されている。ここで、フィラー供給装置2は、具体的に図示していないが、フィラーSの供給速度を調整できるものであり、フィラーSは、被接合材P1,P2と摩擦撹拌接合できるように、それらと同一の材料又はそれらの溶接材料となる材料が用いられる。
The
接合ツール1は、中央ピン1aが下側になるほど進行方向の前側になるように傾斜状態に設けられている。摩擦撹拌接合する際には、周知のように、接合ツール1を回転させながら下降させ、架台の上側に載置された被接合材P1,P2間の接合線上を移動させる。これにより、接合ツール1のショルダー部1bと被接合材P1,P2との接触部分で摩擦熱を発生させ、ショルダー部1b及び接合線近傍の被接合材P1,P2を撹拌し、塑性流動化により両部材を摩擦撹拌接合するものである。
The joining
また、前記可動フレームには、接合ツール1及びフィラー供給装置2に加えて、CCDカメラ3(撮影手段)が接合ツール1の前側に一定間隔だけ離れて設けられている。このCCDカメラ3は、レンズ3aを通じて接合ツール1の進行方向の前方を上側から撮影するように取り付けられている。このCCDカメラ3は、2つの被接合材P1,P2の幅(隙間)を上側から撮影するもので、その撮影信号が図示しないコントローラ(例えばマイクロコンピュータからなる)に送られ、画像処理などの一定の処理を施すことで、2つの被接合材P1,P2の隙間の大きさが求められる。つまり、このようにして、2つの被接合材P1,P2の隙間の大きさが計測される。また、CCDカメラ3には、撮影する部分を照明する照明装置4が取付ブラケット5を介して取り付けられている。
In addition to the
フィラー供給装置2は、接合ツール1の通過に先立って、2つの部材P1,P2間の隙間に対して、フィラーSを供給するもので、摩擦撹拌接合時には、被接合材P1,P2の接合線付近の材料と一緒にフィラーSも撹拌され、塑性流動化する。このフィラーの供給速度は、隙間の大きさ(CCDカメラ3による撮影などによって計測される)と接合ツール1の移動速度(摩擦撹拌接合装置の操作盤上において設定される)とに基づいて前記コントローラによって演算され、決定される。この演算・決定は、後述する数式に基づいてなされるものであり、隙間の大きさが大きいほど、また、接合ツールの移動速度が速いほど、フィラーSの供給速度は速くなる。
The
このようにして、適量のフィラーSを2つの被接合材P1,P2の隙間に対して供給することで、2つの被接合材P1,P2について、それらの間に隙間がない場合とほとんど変わりなく、良好な接合部が形成される。なお、その後、接合ツール1を上方に引き抜き、接合部が冷却硬化すれば摩擦撹拌接合は終了する。
In this way, by supplying an appropriate amount of filler S to the gap between the two materials to be joined P1 and P2, the two materials to be joined P1 and P2 are almost the same as when there is no gap between them. Good joints are formed. After that, the
続いて、上記装置を用いて、摩擦撹拌接合する方法について説明する。 Next, a method for friction stir welding using the above apparatus will be described.
まず、2つの板状の被接合材P1,P2(アルミニウム合金製の長尺の押し出し形材)を、架台上に載せ、それらの被接合材P1,P2の接合端縁を突き合わせ(この突き合わせ部分が接合線となる)、その状態にクランプされる。 First, two plate-shaped workpieces P1 and P2 (a long extruded shape made of an aluminum alloy) are placed on a gantry and the joining edges of these workpieces P1 and P2 are butted (this butted portion). Becomes a joint line) and is clamped in that state.
それから、必要に応じて、被接合材P1,P2の突き合わせ部を所定間隔でMIG溶接などで仮止め溶接する。これは、摩擦撹拌接合を行っている際に、ワークがバラバラに分解しないようにするためである。 Then, if necessary, the butted portions of the materials P1 and P2 are temporarily fixed and welded at predetermined intervals by MIG welding or the like. This is to prevent the workpiece from being disassembled apart during friction stir welding.
可動フレームの移動により、CCDカメラ3は、接合ツール1及びフィラー供給装置2と一緒に移動し、接合ツール1の進行方向の前方(これはフィラー供給装置2がフィラーを供給する部位の前方でもある)の接合線上を上側から常時撮影する。つまり、2つの接合材P1,P2の隙間を撮影する。照明装置4により照明しつつ撮影するので、2つの被接合材P1,P2の隙間の幅が、摩擦撹拌接合に先立って明瞭に撮影される。
Due to the movement of the movable frame, the
そして、摩擦撹拌接合する際には、2つの被接合材P1,P2の突き合わせ部分である接合線上を接合ツール1が回転しながら移動する。この接合ツール1の移動する部分(接合線を構成する隙間の部分)には、後述するように決定されるフィラー供給速度V1でもってフィラーSが供給される。この供給されるフィラーSは、常温で供給すれば足りるが、摩擦撹拌接合の効率を高めるために、図示しない加熱装置(例えば、フィラー供給装置2に内蔵される)によって予め温めてから供給するようにすることも可能である。
When the friction stir welding is performed, the
前記接合線に沿って接合ツール1が回転しながら所定の移動速度(接合速度)でもって移動するが、その部分には前記隙間を埋めるためのフィラーSが予め供給されているので、2つの被接合材P1,P2とフィラーSとが一緒に撹拌され、その結果、2つの被接合材P1,P2が前記接合線において良好に摩擦撹拌接合される。
While the
このとき、可動フレームによって一緒に運ばれるCCDカメラ3が、接合ツール1の進行方向の前方を撮影し、その撮影信号が、図示しない画像処理装置を含むコントローラに送られる。コントローラにおいては、画像処理装置による周知の画像処理などにより前記撮影信号に対して一定の処理が施され、前記2つの被接合材P1,P2の隙間が演算される。このようにして、前記2つの被接合材P1,P2の隙間を計測することになる。
At this time, the
それから、コントローラにおいて、その隙間の大きさ(幅)及び前記接合速度(可動フレームの移動速度)に基づいてフィラー供給速度V1が決定される。具体的には、フィラーの供給速度V1は、次の数式により計算される。なお、次の式は、突き合わされる2つの被接合材P1,P2の隙間が厚さ方向において一様幅である、と仮定して計算するものである。
|V1|=|b・t/(π・d2/4)・V|−|V|
V1:フィラーの供給速度
b :開先隙間
t :接合板厚
π :円周率
d :フィラー直径
V :接合ツール1の接合速度
例えばアルミニウム合金で厚さ4.5mmの被接合材(母材)で、接合ツールの移動速度が600mm/min、開先の隙間(幅)が0.5mmの場合には、被接合材に適合するフィラー(直径1.6mm)を前記被接合材の隙間(接合線)に対し、相対速度71mm/minの供給速度でもって供給すればよいことになる。
Then, in the controller, the filler supply speed V1 is determined based on the size (width) of the gap and the joining speed (moving speed of the movable frame). Specifically, the filler supply rate V1 is calculated by the following equation. The following formula is calculated on the assumption that the gap between the two materials to be joined P1 and P2 has a uniform width in the thickness direction.
| V1 | = | b · t / (π ·
V1: Filler supply speed
b: groove gap
t: Joint plate thickness
π: Pi ratio
d: Filler diameter
V: Joining speed of the joining
P1,P2 被接合材
1 接合ツール
2 フィラー供給装置
3 CCDカメラ(撮影手段)
3a レンズ
4 照明装置
5 取付ブラケット
S フィラー
P1, P2 Materials to be joined 1 Joining
3a lens 4
Claims (4)
前記2つの被接合材の間に形成される隙間に対し、前記2つの被接合材と同一の材料又はそれらの溶接材料となるフィラーを供給しつつ、前記接合線に沿って摩擦撹拌接合することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 This is a friction stir welding method in which two workpieces are butted together to form a bond line between them, and the friction stir welding is performed by rotating the welding tool along the welding line at a predetermined moving speed. And
Friction stir welding is performed along the joining line while supplying the same material as the two materials to be joined or a filler serving as a welding material to the gap formed between the two materials to be joined. A friction stir welding method characterized by the above.
その撮影結果に基づいて、前記隙間の幅を前記隙間の大きさとして検出するものである請求項2に記載の摩擦撹拌接合方法。 The gap between the two materials to be joined is photographed by the photographing means from above the two materials to be joined,
The friction stir welding method according to claim 2, wherein the width of the gap is detected as the size of the gap based on the photographing result.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007144519A (en) * | 2005-11-29 | 2007-06-14 | General Electric Co <Ge> | Deposition friction stir welding process and assembly |
CN102941414A (en) * | 2012-12-06 | 2013-02-27 | 哈尔滨工业大学 | Pre-filled wire stirring friction welding method |
US9566661B2 (en) | 2011-08-19 | 2017-02-14 | Nippon Light Metal Company, Ltd. | Friction stir welding method |
JP2019089109A (en) * | 2017-11-15 | 2019-06-13 | 日本軽金属株式会社 | Joining method |
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- 2003-10-09 JP JP2003350208A patent/JP2005111533A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007144519A (en) * | 2005-11-29 | 2007-06-14 | General Electric Co <Ge> | Deposition friction stir welding process and assembly |
US9566661B2 (en) | 2011-08-19 | 2017-02-14 | Nippon Light Metal Company, Ltd. | Friction stir welding method |
CN102941414A (en) * | 2012-12-06 | 2013-02-27 | 哈尔滨工业大学 | Pre-filled wire stirring friction welding method |
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