JP2006026701A - Friction stir welding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属材料等の接合に用いられる摩擦撹拌接合法に関する。 The present invention relates to a friction stir welding method used for joining metal materials and the like.
近年、アルミニウム等の金属材料を接合する手段として摩擦攪拌接合法が多く用いられるようになった。摩擦攪拌接合法は、被接合材の材質より硬質でかつ、溶融温度の高い材質のツールを被接合材の接合部に挿入し、このツールを回転させながら移動することにより、被接合材との間に発生する摩擦熱で被接合材を軟化させ接合する方法である(特許文献1参照)。 In recent years, the friction stir welding method has come to be frequently used as a means for joining metal materials such as aluminum. In the friction stir welding method, a tool made of a material that is harder than the material of the material to be joined and has a high melting temperature is inserted into the joint of the material to be joined, and the tool is moved while being rotated. This is a method of softening and joining materials to be joined by frictional heat generated between them (see Patent Document 1).
図4(a)は摩擦攪拌接合法の一例を示す平面図、(b)は(a)のF−F矢視に沿う断面図、(c)は(a)のG−G矢視に沿う断面図であり、あらかじめL字形溝51を形成した下プレート56に連通孔55を加工した上プレート53を重ねて、両者を摩擦攪拌接合法で接合して管路を形成する例である。
図4(a)(b)(c)に示すように、摩擦攪拌接合開始点xにおいて、上プレート53に対し、溝51の巾方向中心から適当な距離fの位置に、図4(b)に示すような、経大の円柱状回転子57の端部軸線上に経小のピン状プローブ58が突出して一体に設けられたツール59を高速で回転させながら押圧する。
その結果、ツール59のプローブ58の先端部において摩擦熱により、上プレート53が極部的に軟化し攪拌されながら、プローブ58はさらに深く挿入され、ツール59の回転子57の下面が上プレート53の上面に当接するまで挿入される。
4A is a plan view showing an example of the friction stir welding method, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line FF in FIG. 4A, and FIG. 4C is taken along the line GG in FIG. It is sectional drawing, and is the example which piles up the
As shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C, at the friction stir welding start point x, the
As a result, the
次いで図4(a)(b)(c)に示すように、溝51の巾方向の距離fを保ちながら、溝51に沿って、例えば図中矢印の方向に、ツール59を回転させながら移動する。そして、ツール59と上、下プレート53、56の接触部近傍において、摩擦熱により軟化し、かつプローブ58により攪拌されるとともに、ツール59の移動に伴って、軟化攪拌部分がプローブ58の進行方向の後側に廻り込む様に塑性流動したのち、急速に冷却固化されると同時に上プレート53と下プレート56は接合される。
ツール59の移動に伴い、この現象を繰返しながら溝51の周囲を一周して接合開始点xを通過後、ツール59を上方に引き抜いて一連の接合作業を終了する。
Next, as shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C, the
As the
図5(a)(b)、図6および図7は従来の摩擦攪拌接合の施工例を示したものであり、下プレート56上に各々独立に形成された溝61、62、63に、上プレート53を重ねてセットし、各々の溝61、62、63の周緑部に沿って全周を接合する例を示している。各々の溝61、62、63に対応して接合開始点x1、x2、x3と、接合最終端部(ツールの引き抜き点)y1、y2、y3とが存在する。
図6は、平板65にリブ67、68、69を接合する例を示し、各々のリブ67、68、69に対し、接合開始点xと接合最終端部yが生じる。
図7は、平板71、72、73を相互に接合する例を示し、各々の接合線に対応して、接合開始点x1、x2、x3および接合最終端部y1、y2、y3が生じる。
FIGS. 5 (a), 5 (b), 6 and 7 show examples of conventional friction stir welding, in which grooves 61, 62 and 63 formed on the
FIG. 6 shows an example in which
FIG. 7 shows an example in which the
以上説明した、摩擦攪拌接合法は金属材料の種類に限定されないとか、接合時の熱歪みによる変形が少ない等の利点があるが、他方、次のような欠点が指摘されている。 The friction stir welding method described above is advantageous in that it is not limited to the type of metal material, and there is little deformation due to thermal strain during joining, but the following drawbacks have been pointed out.
第一に、接合開始点におけるプローブ58挿入に時間を要する。即ち、ツール59を回転させながら被接合部に押圧して、プローブ58を挿入しようとするとき、摩擦熱により接触部が軟化するまでに時間を要する。被接合材の種類や作業条件によっても異なるが、通常、ツール59の挿入速度は平面上の移動速度の約1/50であるため、接合開始点の多い接合作業は、作業の効率アップの阻害要因になっていた。
First, it takes time to insert the
第二は、接合最終端部y1、y2、y3において、ツール59を引き抜いたとき、プローブ58の径、挿入深さに応じて孔が残ることである。
この孔は接合作業終了後に、別の溶接作業や溶融金属を充填する方法で埋めて補修したり、外部に捨て肉部を設け、接合作業を捨て肉部まで延長して行い、事後捨て肉部を切断して除去する方法等が採用されている(特許文献2、3参照)。
Secondly, when the
This hole is filled and repaired by another welding work or a method of filling with molten metal after the joining work is completed, or a waste meat part is provided outside, and the joining work is extended to the waste meat part. The method etc. which cut | disconnect and remove | eliminate are employ | adopted (refer
しかしながら、これらの方法は余分な工程が必要となり、接合作業に長時間を要し、コスト高になっていた。
本発明は、上記事情にかんがみ、接合開始点および接合最終端を最小限にするための摩擦攪拌接合法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a friction stir welding method for minimizing a joining start point and a joining final end.
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の手段を提案する。 The present invention proposes the following means in order to solve the above problems.
本手段に係る摩擦撹拌接合法は、金属材料等の被接合材に回転するツールを挿入し、接合部に沿って移動することで接合を行う摩擦撹拌接合法において、前記被接合材に複数の接合部が独立して存在するときに、前記被接合材に前記ツールを挿入した状態で連続して他の接合部に移動することを特徴とする。 The friction stir welding method according to the present means is a friction stir welding method in which a rotating tool is inserted into a material to be joined such as a metal material and moved along the joining portion. When the joint part exists independently, the tool is continuously moved to another joint part with the tool inserted into the material to be joined.
本摩擦撹拌接合法によれば、被接合部材に複数の接合部が存在する場合であっても、摩擦撹拌接合時に生じる接合開始点と接合最終端部とがそれぞれ一箇所となる。 According to this friction stir welding method, even if there are a plurality of joints on the member to be joined, the joining start point and the final joining end that occur during friction stir welding are each one place.
本手段よりなる請求項1に記載の摩擦撹拌接合法は、金属材料等の被接合材に回転するツールを挿入し、接合部に沿って移動することで接合を行う摩擦撹拌接合法において、前記被接合材に複数の接合部が独立して存在するときに、前記被接合材に前記ツールを挿入した状態で連続して他の接合部に移動するので、被接合部材に複数の接合部が存在する場合であっても、摩擦撹拌接合時に生じる接合開始点と接合最終端部とがそれぞれ一箇所となり、その結果、接合開始点におけるプローブ挿入のための時間が最少になり接合作業の効率アップとなる。また、接合最終端部も一箇所のみとなるので、その手入れも最少の時間を要するのみとなる。さらに、捨て肉部を取付けたり、捨て肉部の切断などの工程も不要であり作業の効率化を図ることが出来る。 The friction stir welding method according to claim 1, comprising the above means, is a friction stir welding method in which a rotating tool is inserted into a material to be joined such as a metal material, and the joining is performed by moving along the joining portion. When a plurality of joints exist independently in the material to be joined, since the tool is inserted into the material to be joined and moves continuously to another joint, the joints have a plurality of joints. Even if it exists, the welding start point and the final end of the joint that occur during friction stir welding become one place each, and as a result, the time for probe insertion at the welding start point is minimized, and the efficiency of the joining work is increased. It becomes. In addition, since the final end portion of the joint is only one place, the maintenance takes only a minimum time. Further, it is not necessary to attach a discarded meat portion or to cut the discarded meat portion, so that work efficiency can be improved.
本発明に係る摩擦撹拌接合法を、図1ないし図3に示す、実施例1〜実施例3に基づき説明する。 The friction stir welding method according to the present invention will be described based on Examples 1 to 3 shown in FIGS.
図1の(a)は本発明の実施例1に係る摩擦攪拌接合法におけるツールの移動経路を示す平面図、(b)は(a)のA−A矢視に沿う断面図である。図1(a)(b)において、被接合材の一方である下プレート2に各々独立の溝3、5、7が形成されており、これに被接合材の他方である上プレート1を重ね合せてセットし、次いで、例えば、溝3の摩擦攪拌接合開始点xにツールを右回り回転させながらツールのプローブを挿入し、上プレート1および下プレート2を局部的に軟化させて接合部S1の接合を開始する。
(A) of FIG. 1 is a top view which shows the movement path | route of the tool in the friction stir welding method which concerns on Example 1 of this invention, (b) is sectional drawing which follows the AA arrow of (a). 1 (a) and 1 (b),
その後、溝3の周緑部に沿って、例えばア、イ、ウ、エ矢印方向にツールを移動させて、接合部S1の摩擦攪拌接合を行う。そして、溝3の巾方向中心からの距離を保ちつつ周緑部に沿って一周して、接合開始点x(○印部)に至るとツールを引き抜くことなく、ツール59を、継続して右回り回転(図中矢印方向)させながら、オ矢印からカ矢印(点線矢印)を経て、最短距離にある溝5の周緑部の位置に移動する。
After that, along the peripheral green part of the
そして、溝5の周緑部に沿ってキ〜ク矢印方向に移動して接合部S2の摩擦攪拌接合を行い、全周にわたり接合が完了すると、ツール59を引き抜くことなく、あらかじめ定められた最短距離、ケ矢印(点線矢印)をたどって、溝7の所定の位置に移動する。
引き続き溝7の全周にわたり、ツールをコ、サ、シ、ス矢印方向に移動して上プレート1と下プレート2との接合部S3の接合を行って、すべての摩擦攪拌接合作業が終了するとツールを、接合最終端部y(図中、黒丸印)位置において上方に引き抜く。ここで、ツールの移動経路は、あらかじめ設定されており、自動的に最短距離をたどって、接合作業が行われるように制御されている。なお、上記各接合部S1、S2、S3での接合要領は図4で示すものと同様の要領で行う。
Then, the friction stir welding of the joining portion S2 is performed by moving in the direction of the arrow along the peripheral green portion of the
Subsequently, the tool is moved in the direction of arrow C, S, S, S along the entire circumference of the
なお、上記において、ツール59を右回り回転して移動させる理由は、溝3が流体流路溝の場合、被接合材1、2相互を単に接合するだけでなく、図1(b)中、溝3の左右の両上部角部をより品質良くシール接合することが求められるので、ツール59を右回り回転して摩擦撹拌接合するものである。それは、図1(a)に示すように、溝3のループ状の接合部S1の外周を左回り方向に接合する場合には、ツール59を右回転させながら接合することで、上記角部のシール接合部の品質が向上することを見出した故である。逆に、ループ状の接合部S1の外周を、右回り方向に接合する場合には、ツール59を左回り回転させればよい。
In addition, in the above, the reason why the
図2は本発明の実施例2に係る摩擦撹拌接合法を示す斜視図であり、被接合材の一方である平板9に、被接合材の他方であるリブ10、11、12の左面を接合する例を示しており、例えば、接合開始点x(図中○印で示す)から、ア、イ、ウ、エ、オ矢印で示す順にツールを途中引き抜くことなく、連続して最短距離(図中、イ、エに沿う点線部)を移動させ、複数の接合部S1、S2、S3の摩擦攪拌接合作業が終了した後、ツールを接合最終端部y(黒丸印)位置にて引き抜くことで、3箇所の接合部S1、S2、S3の接合が完了する。
FIG. 2 is a perspective view showing the friction stir welding method according to the second embodiment of the present invention, in which the left surfaces of the
図3は本発明の実施例3に係る摩擦撹拌接合法を示す斜視図であり、被接合材である各々の平板13、15、17を相互に接合する例を示しており、ツールは接合開始点xから、ア、イ、ウ矢印に示す方向順に、最短距離(図中、イ矢印に沿う点線部)をたどって、全接合作業の終了の位置である接合最終端部y(黒丸印)まで移動し、ここでツールを引き抜くことで、接合部S1とS2との接合が完了する。
FIG. 3 is a perspective view showing a friction stir welding method according to a third embodiment of the present invention, showing an example in which the respective
以上説明したように、摩擦攪拌接合装置のツールがあたかも一筆書きのように、途中引き抜くことなく最短距離を移動して接合を行うことにより、接合開始点および接合最終端部(ツール引き抜き点)を最小限の各々1ヶ所にすることができる。
その結果、接合開始点におけるプローブ挿入のための時間が最少になり接合作業の効率アップとなる。また、接合最終端部(ツール引き抜き点)も1ヶ所のみとなるので、その手入れも最少の時間を要するのみとなる。
さらに、捨て肉部を取付けたり、捨て肉部の切断などの工程も不要であり作業の効率化を図ることが出来る。
As described above, the tool of the friction stir welding apparatus moves the shortest distance without performing halfway drawing as if it were a single stroke, so that the joining start point and the joining end point (tool withdrawal point) can be determined. A minimum of 1 each can be provided.
As a result, the time for probe insertion at the joining start point is minimized and the efficiency of joining work is increased. In addition, since there is only one joint final end (tool extraction point), the maintenance takes only a minimum time.
Further, it is not necessary to attach a discarded meat portion or to cut the discarded meat portion, so that work efficiency can be improved.
本発明は上記実施例に限定されるものではなく必要に応じ、適宜設計変更し得るものである。また、上記実施例における各構成要素には、当業者が容易に想定できるものや、実質的に同一のものが含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified as necessary. In addition, each component in the embodiment includes those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same.
1 上プレート(被接合材)
2 下プレート(被接合材)
S1、S2 接合部
59 ツール
1 Upper plate (material to be joined)
2 Lower plate (material to be joined)
S1,
Claims (1)
In a friction stir welding method in which a rotating tool is inserted into a material to be joined such as a metal material and moved along the joint, when a plurality of joints exist independently in the material to be joined. The friction stir welding method, wherein the tool is inserted into the material to be joined and is continuously moved to another joining portion.
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WO2011086602A1 (en) * | 2010-01-15 | 2011-07-21 | 三菱重工業株式会社 | Method for producing joint member and friction stir welding apparatus |
-
2004
- 2004-07-16 JP JP2004210472A patent/JP2006026701A/en active Pending
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WO2011086602A1 (en) * | 2010-01-15 | 2011-07-21 | 三菱重工業株式会社 | Method for producing joint member and friction stir welding apparatus |
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