JP2006088173A - Friction stir welding method for double skin shape - Google Patents

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JP2006088173A JP2004274241A JP2004274241A JP2006088173A JP 2006088173 A JP2006088173 A JP 2006088173A JP 2004274241 A JP2004274241 A JP 2004274241A JP 2004274241 A JP2004274241 A JP 2004274241A JP 2006088173 A JP2006088173 A JP 2006088173A
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Masaki Kumagai
正樹 熊谷
Sunao Tanaka
直 田中
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a friction stir welding method for a double skin shape for favorably preventing the occurrence of any non-welded portion or a kissing bond on an inner surface side of a hollow part and effectively suppressing the occurrence of burrs, thereby forming a sound welded part when performing the butt-welding of the double skin shape by the friction stir welding operation. <P>SOLUTION: Hollow shapes 20a, 20b of double skin structure having face plates 22, 24 facing each other are butted to each other at end faces of the face plates 22, 24 to form butted parts 28, 30, then the friction stir welding operation is implemented so as to satisfy the predetermined conditions by using a friction stir welding tool 18 in which first and second shoulder faces 12, 14 facing each other and a probe 16 are arranged in a coaxial and integrally rotatable manner. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ダブルスキン形材の摩擦撹拌接合方法に係り、特に、摩擦撹拌接合部の健全化を図ることにより、亀裂の発生を有利に防止乃至は抑制することの出来るダブルスキン形材の摩擦撹拌接合方法に関するものである。   The present invention relates to a friction stir welding method for a double skin shape material, and in particular, the friction of a double skin shape material that can advantageously prevent or suppress the occurrence of cracks by making the friction stir welding portion sound. The present invention relates to a stir welding method.

従来から、互いに対向して平行に位置する二つの面板がそれらの対向面間に延びる複数のリブにて一体的に連結されてなる、所謂ダブルスキン構造(二面構造)の中空形材が、様々な用途に用いられてきている。例えば、アルミニウム合金製のダブルスキン形材は、軽量であると共に形材の断面形状の最適化により高剛性且つ優れた平滑性を実現し得るといった特性を有しており、車両や航空機等の側面構体や床構体、或いは建物の屋根構体等に好適に用いられている。   Conventionally, a hollow shape member of a so-called double skin structure (two-sided structure), in which two face plates facing and parallel to each other are integrally connected by a plurality of ribs extending between the facing faces, It has been used for various purposes. For example, an aluminum alloy double skin profile is lightweight and has characteristics such as high rigidity and excellent smoothness by optimizing the cross-sectional shape of the profile. It is suitably used for structures, floor structures, roof structures of buildings, and the like.

しかしながら、そのような中空形材は、多くの場合、押出成形手法によって形成されることとなるところから、その幅寸法は、押出機の大きさに依存することとなって制限されてしまい、車両用構体等において要望される広幅の形材を、押出成形にて得ることが困難となっている。このため、かかる中空形材は、一般に、複数のものが、対応する面板の端面同士において突き合わされ、かかる突合せ部が接合されて、広幅の接合体(パネル)とされた上で、上記の如き各種の構体として、それぞれの用途において使用されている。   However, since such a hollow shape member is often formed by an extrusion molding method, its width dimension is limited depending on the size of the extruder, and the vehicle It has been difficult to obtain a wide profile desired in a structural body or the like by extrusion. For this reason, in general, a plurality of such hollow shapes are abutted at the end faces of the corresponding face plates, and the abutting portions are joined to form a wide joined body (panel). It is used in various applications as various structures.

そして、近年では、そのような複数の中空形材の突合せ接合手法の一種として、アーク溶接(TIG、MIG等)等とは異なって、溶融溶接特有のブローホールや凝固割れ等の接合欠陥の発生が有利に回避され得る摩擦撹拌接合手法が、一部で適用されてきているのである。   In recent years, as a kind of butt joining method for a plurality of hollow shapes, unlike arc welding (TIG, MIG, etc.), joint defects such as blow holes and solidification cracks, which are peculiar to fusion welding, are generated. Friction stir welding techniques that can be advantageously avoided have been applied in part.

しかしながら、図1に示される如き、ロッド状の工具本体2の先端にピン状の硬質プローブ4を同心的に設けた構造の、一般的な摩擦撹拌接合工具(ピン型工具6)を用い、これを、ダブルスキンパネル等の中空形材の突合せ部に、高速回転させながら差し込んで、摩擦撹拌接合すると、工具による押圧力によって、接合部が曲がったり、座屈する等といった問題を生じる虞があった。そこで、そのような座屈等の発生を防止するために、突合せ部の裏側の面、つまり、中空形材の中空部内には、硬質の裏当て部材を配設する必要があったのであるが、その場合において、かかる裏当て部材の形状が、中空部の形状によって制限されたり、中空部内への裏当て部材の挿入操作や、接合後の抜き取り操作等が必要となって、接合作業が煩雑となる等の問題が内在している。   However, as shown in FIG. 1, a general friction stir welding tool (pin type tool 6) having a structure in which a pin-like hard probe 4 is provided concentrically at the tip of a rod-like tool body 2 is used. When the friction stir welding is inserted into the abutting portion of a hollow shape material such as a double skin panel while rotating at high speed, there is a risk that the joint will be bent or buckled by the pressing force of the tool. . Therefore, in order to prevent the occurrence of such buckling and the like, it was necessary to dispose a hard backing member on the back side surface of the butted portion, that is, in the hollow portion of the hollow shape member. In that case, the shape of the backing member is limited by the shape of the hollow portion, or the operation of inserting the backing member into the hollow portion or the extraction operation after joining is necessary, which makes the joining work complicated. The problem of becoming is inherent.

また、それに加えて、ピン型工具6を用いて摩擦撹拌接合を行う場合には、一般に、接合される中空形材の面板の厚さよりも所定寸法短い長さのプローブ4を有する工具が用いられるところから、プローブ4が貫通位置せしめられない部分で、メタルが充分に撹拌され得ず、そのために、接合部の裏面(中空部の内面)側に、未接合部乃至はキッシングボンド(kissing bond)が残存する場合があり、これによって、疲労強度が低下せしめられる虞があったのである。また、そのような接合不良は、中空形材の内側に形成されるところから、その検出が困難であるといった問題もあった。   In addition, when performing friction stir welding using the pin-type tool 6, a tool having a probe 4 having a length shorter by a predetermined dimension than the thickness of the face plate of the hollow shape material to be joined is generally used. Therefore, the metal cannot be sufficiently stirred in the portion where the probe 4 cannot be positioned, and for this reason, an unbonded portion or a kissing bond is formed on the back surface (inner surface of the hollow portion) side of the bonded portion. May remain, which may reduce the fatigue strength. In addition, such a bonding failure has a problem that it is difficult to detect it because it is formed inside the hollow member.

一方、特許文献1〜3には、摩擦撹拌接合工具として、上記したピン型工具6とは異なる構造を有する、ボビン型工具(糸巻き型工具)が明らかにされている。かかるボビン型工具は、図2に示されているように、接合対象である金属板の両面を挟持するように対向配置された一対のショルダ面12,14と、それら一対のショルダ面12,14の間に同軸的に設けられたプローブ16とを有して構成されている。そして、そのような一対のショルダ面12,14にて、金属板を挟むように両面側から押圧し、それらショルダ面12,14及びプローブ16を一体的に高速回転せしめることにより、それぞれの面で、摩擦熱を発生せしめることが出来るようになっている。このため、かかるボビン型工具を用いて摩擦撹拌接合を行えば、中空内部側の面も確実に接合することが可能となり、以て、上述せる如きキッシングボンド等の接合不良の発生を、極めて有利に防止することが出来る。また、一対のショルダ面12,14において、相互の押圧力を受ける(支持する)ようになっているため、裏当て部材が不要となるといった利点も享受され得るのである。   On the other hand, Patent Documents 1 to 3 disclose a bobbin type tool (pound type tool) having a structure different from that of the pin type tool 6 described above as a friction stir welding tool. As shown in FIG. 2, the bobbin type tool includes a pair of shoulder surfaces 12 and 14 disposed so as to sandwich both surfaces of a metal plate to be joined, and the pair of shoulder surfaces 12 and 14. And a probe 16 provided coaxially therebetween. Then, such a pair of shoulder surfaces 12 and 14 are pressed from both sides so as to sandwich the metal plate, and the shoulder surfaces 12 and 14 and the probe 16 are integrally rotated at a high speed, so that , Frictional heat can be generated. For this reason, if friction stir welding is performed using such a bobbin type tool, it is possible to reliably join the surface on the hollow inner side, and thus it is extremely advantageous to cause the occurrence of poor bonding such as the above-mentioned kissing bond. Can be prevented. Further, since the pair of shoulder surfaces 12 and 14 receive (support) the mutual pressing force, an advantage that a backing member is not required can be enjoyed.

ところが、そのような摩擦撹拌接合工具(ボビン型工具)18を用いて、ダブルスキンパネル等の中空形材の接合を実施したときに、中空部外面側の接合部に加えて、中空形材の中空部内面側にも、接合部の延びる方向における両側(面板とショルダ面14との接触部位で、接合部形成方向の両側)に、接合方向に延出するバリが突出するように形成され、そして、このバリによって形成された鋭いエッジ部が起点となって、亀裂が生じ易いといった問題が惹起されることが、明らかとなった。なお、そのような亀裂の発生を防止するためには、接合後において、バリを取り除く研磨加工等を実施すれば良いのであるが、中空部の内面側に形成されたバリを取り除くことは、非常に困難であったのである。また、そのようなバリの発生に基づいて、摩擦撹拌接合部において撹拌流動せしめられる材料の量が減少することによって、摩擦撹拌接合操作の進行方向において、材料の欠損部が発生して、それが接合部欠陥として現れる問題も内在しているのである。   However, when such a friction stir welding tool (bobbin type tool) 18 is used to join a hollow shape material such as a double skin panel, in addition to the joint portion on the outer surface side of the hollow portion, Also formed on the inner surface side of the hollow portion so that burrs extending in the joining direction protrude on both sides in the direction in which the joining portion extends (on the contact portion between the face plate and the shoulder surface 14 and on both sides in the joining portion forming direction), And it became clear that the problem that the sharp edge part formed by this burr | flash started as a starting point and a crack tends to arise is caused. In order to prevent the occurrence of such cracks, it is only necessary to carry out polishing or the like to remove burrs after joining. However, removing burrs formed on the inner surface side of the hollow portion is extremely difficult. It was difficult. Further, based on the occurrence of such burrs, the amount of material that is stirred and flown in the friction stir welding portion decreases, so that a defective portion of the material is generated in the direction of progress of the friction stir welding operation. The problem that appears as a joint defect is also inherent.

米国特許6199745号明細書US Pat. No. 6,1997,745 特表平7−505090号公報JP 7-505090 Gazette 特開2004−42115号公報JP 2004-42115 A

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、ダブルスキン形材を摩擦撹拌接合操作にて突き合わせ接合するに際して、中空部内面側における未接合部乃至はキッシングボンドの発生を有利に防止すると共に、バリの発生をも効果的に抑制して、健全な接合部を形成し得る、ダブルスキン形材の摩擦撹拌接合方法を提供することにある。   Here, the present invention has been made in the background of such circumstances, and the problem to be solved is that when the double skin shape material is butt-joined by friction stir welding operation, on the inner surface side of the hollow portion To provide a friction stir welding method for a double skin shape material that can advantageously prevent the occurrence of unbonded portions or kissing bonds and effectively suppress the occurrence of burrs to form a sound joint portion. It is in.

そして、本発明者らは、そのような課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、ボビン型工具を用いて、所定の条件を満たすように摩擦撹拌接合を行うことによって、未接合部乃至はキッシングボンド等の接合不良が防止され、更には、バリの発生も有利に抑制され得ることを見出したのである。   And, as a result of intensive studies to solve such problems, the present inventors have performed friction stir welding using a bobbin type tool so as to satisfy a predetermined condition, so that unjoined portions or It has been found that bonding failures such as kissing bonds can be prevented, and furthermore, the occurrence of burrs can be advantageously suppressed.

従って、本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであって、その要旨とするところは、互いに対向して平行に位置する二枚の面板が、それら対向面間に延びる複数のリブにて一体的に連結されてなるダブルスキン構造の中空形材の二つを、対応する面板の端面同士において突き合わせて、少なくとも一つの突合せ部を形成せしめた後、該突合せ部を摩擦撹拌接合する方法であって、摩擦撹拌接合工具として、前記突合せ部の一方の側の面に接して回転せしめられる第一のショルダ面と、該突合せ部を貫通するように位置させられて回転せしめられるプローブと、該突合せ部の他方の側の面に接して回転せしめられる第二のショルダ面とが同軸的に配設されてなる構造のものを用いると共に、該第一及び第二のショルダ面の直径:Dと、該プローブの直径:dと、該突合せ部の板厚:Ttとが、下記式(I)を満たすようにして、該プローブを、該第一及び第二のショルダ面と共に回転駆動させつつ、該突合せ部に対して相対移動せしめることにより、該突合せ部を摩擦撹拌接合するようにしたことを特徴とするダブルスキン形材の摩擦撹拌接合方法にある。

Figure 2006088173
Therefore, the present invention has been completed based on such knowledge, and the gist of the present invention is that two face plates that face each other and are parallel to each other have a plurality of ribs extending between the facing faces. And by joining two hollow skins of a double skin structure that are integrally connected to each other at the end faces of the corresponding face plates to form at least one butted portion, and then friction-stir-joining the butted portion And, as a friction stir welding tool, a first shoulder surface that is rotated in contact with the surface on one side of the abutting portion, and a probe that is positioned to penetrate the abutting portion and rotated. A structure in which a second shoulder surface rotated in contact with the surface on the other side of the abutting portion is coaxially disposed is used, and the diameters of the first and second shoulder surfaces are: D When While rotating the probe together with the first and second shoulder surfaces so that the diameter d of the probe and the plate thickness Tt of the butting portion satisfy the following formula (I), A friction stir welding method for a double skin shape member characterized in that the abutting portion is friction stir welded by being moved relative to the butted portion.
Figure 2006088173

すなわち、このような本発明に従うダブルスキン形材の摩擦撹拌接合方法によれば、摩擦撹拌接合工具として、突合せ部の両側の面にて摩擦熱をそれぞれ発生せしめることが可能な構造の、所謂ボビン型工具が採用されていると共に、かかる摩擦撹拌接合工具の第一及び第二のショルダ面の直径:Dと、被接合材の組織を入り交じり合わせて撹拌するプローブの直径:dと、突合せ部の板厚:Ttとが、前記式(I)を満たすようにして、摩擦撹拌接合操作が行われるようになっているところから、突合せ部の中空部側(内側)においても、充分な可塑化が実現されて、未接合部乃至はキッシングボンド等の発生が効果的に防止され得る共に、撹拌接合部のメタルが、摩擦撹拌接合工具のショルダ面の縁部から外に湧き出して、バリが発生するようなことも、極めて有利に抑制され得ることとなるのである。このため、接合部における欠陥の発生が効果的に抑制乃至は阻止され得ることとなって、接合材に対するプレス加工等の後加工時に、亀裂が発生するようなことも顕著に防止され得ることとなる。   That is, according to the friction stir welding method for a double skin profile according to the present invention, a so-called bobbin having a structure capable of generating frictional heat on both surfaces of the butt portion as a friction stir welding tool. In addition to the use of a mold tool, the diameter of the first and second shoulder surfaces of the friction stir welding tool: D, the diameter of the probe that mixes and stirs the structure of the material to be joined: d, and the butt section Since the friction stir welding operation is performed so that the thickness of Tt satisfies the above formula (I), sufficient plasticization can be achieved even on the hollow portion side (inside) of the butt portion. As a result, the occurrence of unbonded parts or kissing bonds can be effectively prevented, and the metal of the stir welded part springs out from the edge of the shoulder surface of the friction stir welding tool, and burrs are generated. Occur It as also is the so that the can be very advantageously suppressed. For this reason, the occurrence of defects in the joint can be effectively suppressed or prevented, and cracks can be remarkably prevented during post-processing such as press working on the joint material. Become.

また、上述せる如き構造の摩擦撹拌接合工具にあっては、第一のショルダ面と第二のショルダ面との間で、突合せ部を挟んで、それらのショルダ面にて互いの押圧力を受けるようになっているため、裏当て部材が不要となり、従って中空部内への裏当て部材の挿入操作や抜き取り操作等の面倒な作業も必要でなくなり、作業の簡略化が図られ得るといった利点も享受され得るのである   Further, in the friction stir welding tool having the structure as described above, the butted portion is sandwiched between the first shoulder surface and the second shoulder surface, and the mutual pressing force is received on those shoulder surfaces. Therefore, there is no need for a backing member, and therefore there is no need for troublesome operations such as inserting and removing the backing member into the hollow portion, and the advantage that the work can be simplified is also enjoyed. Can be done

従って、本発明によれば、例えば、車両や航空機等の側面構体や床構体、建物の屋根構体等の、目的とするダブルスキン形材の接合体を、健全な構造と、充分な接合強度をもって、容易に得ることが出来るのである。   Therefore, according to the present invention, for example, a target double-skin shape joined body such as a side structure or a floor structure of a vehicle or an aircraft, a roof structure of a building, etc. has a sound structure and sufficient bonding strength. It can be easily obtained.

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。   Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

先ず、図3には、本発明手法に従って、二つのダブルスキン構造の中空形材を摩擦撹拌接合して、広幅パネルを得る一工程例が、概略的に示されている。かかる図3から明らかなように、ここでは、摩擦撹拌接合される二つのダブルスキン形材20a,20bのそれぞれが、横断面形態において、概略的に示されている。かかるダブルスキン形材20a,20bは、互いに上下方向に対向して、平行に位置せしめられた、平板形態を呈する上面板22と下面板24とを有し、かかる上下面板22,24が、それらの対向面間に延びる複数のリブ26(ここでは、一つのみを示す)にて一体的に連結されてなる構造(二面構造)を有している。   First, FIG. 3 schematically shows an example of a process for obtaining a wide panel by friction stir welding of two double skin structure hollow members according to the method of the present invention. As is apparent from FIG. 3, here, each of the two double skin profiles 20a, 20b to be friction stir welded is schematically shown in cross-sectional form. The double skin members 20a and 20b have an upper surface plate 22 and a lower surface plate 24, which are opposed to each other in the vertical direction and are positioned in parallel, and have a flat plate shape. A plurality of ribs 26 (only one is shown here) extending between the opposing surfaces are integrally connected (two-sided structure).

なお、かかるダブルスキン形材20a,20bの材質としては、例えば、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなるアルミニウム部材、銅若しくは銅合金からなる銅部材、マグネシウム若しくはマグネシウム合金からなるマグネシウム部材等の金属部材等の、摩擦撹拌接合可能な公知の材料を挙げることが出来る。そして、その中でも、アルミニウム合金を採用する場合には、時効処理によって強度を高めることが可能な、Al−Cu−Mg系(2000系)、Al−Mg−Si系(6000系)、Al−Zn−Mg系(7000系)の熱処理型Al合金が、特に好適に用いられ得るのである。また、ダブルスキン形材20a,20bの形成手法も、何等限定されるものではなく、公知の各種の方法に従って形成され得るものであるが、一般に、押出成形操作によって得られる押出形材が有利に用いられることとなる。   Examples of the material of the double skin shape members 20a and 20b include metal members such as aluminum members made of aluminum or aluminum alloys, copper members made of copper or copper alloys, magnesium members made of magnesium or magnesium alloys, and the like. The well-known material which can be friction stir welded can be mentioned. Among these, when an aluminum alloy is employed, the strength can be increased by aging treatment, Al—Cu—Mg (2000), Al—Mg—Si (6000), Al—Zn. An Mg-based (7000-based) heat-treatable Al alloy can be used particularly preferably. Further, the formation method of the double skin shape members 20a and 20b is not limited in any way, and can be formed according to various known methods. Generally, an extrusion shape material obtained by an extrusion molding operation is advantageous. Will be used.

そして、本実施形態においては、そのような二つのダブルスキン形材20a,20bに対する摩擦撹拌接合操作の実施に際して、先ず、それら二つのダブルスキン形材20a,20bが、幅方向(図3中、左右方向)に並べられて、それぞれの上面板22,22が幅方向の端面同士において突き合わされると共に、それぞれの下面板24,24も幅方向の端面同士において突き合わされることとなる。これによって、かかる二つのダブルスキン形材20a,20bの上面板22,22及び下面板24,24のそれぞれの表面が面一とされると共に、二つのダブルスキン形材20a,20bの間に、上面板22同士が突き合わされてなる上側突合せ部28と、下面板24同士が突き合わされてなる下側突合せ部30とが、上下面板22,24の対向方向たる上下方向に、上下面板22,24の対向面間の距離に応じた距離を隔てて、形成される。また、それら二つのダブルスキン形材20a,20bが突き合わされることによって、上下面板22,24及びリブ26,26にて囲まれ、長さ方向(図3中、紙面に垂直な方向)に延出する中空部32が形成される。   In the present embodiment, when the friction stir welding operation is performed on the two double skin shapes 20a and 20b, first, the two double skin shapes 20a and 20b are arranged in the width direction (in FIG. 3, The upper surface plates 22 and 22 are abutted at the end surfaces in the width direction, and the lower surface plates 24 and 24 are also abutted at the end surfaces in the width direction. Accordingly, the surfaces of the upper surface plates 22 and 22 and the lower surface plates 24 and 24 of the two double skin shape members 20a and 20b are flush with each other, and between the two double skin shape members 20a and 20b, The upper abutting portion 28 formed by abutting the upper surface plates 22 and the lower abutting portion 30 formed by abutting the lower surface plates 24 are arranged in the vertical direction that is the opposing direction of the upper and lower surface plates 22, 24. Are formed at a distance corresponding to the distance between the opposing surfaces. Further, the two double skin members 20a and 20b are abutted to each other, so that they are surrounded by the upper and lower surface plates 22 and 24 and the ribs 26 and 26, and extend in the length direction (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 3). A hollow portion 32 is formed.

次いで、それら二つのダブルスキン形材20a,20bが、上下方向や水平方向に相対的に移動することがないように、図示しない固定治具によって、固定、拘束された後、それら二つのダブルスキン形材20a,20b間に形成された上側突合せ部28及び下側突合せ部30のうちの何れか一方、或いは、両方が、同時に、摩擦撹拌接合されるのであるが、ここでは、上側突合せ部28及び下側突合せ部30が、所定の摩擦撹拌接合工具18を用いて、同時に、それぞれ接合されることとなる。なお、以下においては、上側突合せ部28及び下側突合せ部30のうち、上側突合せ部28の接合に関して詳述するが、下側突合せ部30も上側突合せ部28と同様に、その接合が行われ得ることが、理解されるべきである。   Then, after the two double skin members 20a and 20b are fixed and restrained by a fixing jig (not shown) so that they do not move relative to each other in the vertical direction or the horizontal direction, the two double skins Either one or both of the upper butting portion 28 and the lower butting portion 30 formed between the shape members 20a and 20b are simultaneously friction stir welded. Here, the upper butting portion 28 is used. And the lower butt | matching part 30 will respectively be joined simultaneously using the predetermined friction stir welding tool 18. FIG. In the following, the joining of the upper abutting portion 28 of the upper abutting portion 28 and the lower abutting portion 30 will be described in detail, but the lower abutting portion 30 is joined similarly to the upper abutting portion 28. It should be understood that

ここにおいて、本実施形態において採用される摩擦撹拌接合工具18は、図3に示される如く、二つの回転部材34,36を有している。そして、それら二つの回転部材34,36のうち、第一の回転部材34は、全体として、略円筒形状を有しており、その先端面が、水平方向に広がる平坦な円環面からなる、第一のショルダ面12とされている。また、第二の回転部材36は、全体として、略円柱形状を有しており、その先端部の外周面には、径方向に所定寸法突出し、且つ周方向に連続して延びる外フランジ部38が、一体的に形成されており、かかる外フランジ部38の第一のショルダ面12側の面が、該第一のショルダ面12と同一の外径及び内径を有する、水平方向に広がる平坦な円環面からなる第二のショルダ面14とされている。   Here, the friction stir welding tool 18 employed in the present embodiment has two rotating members 34 and 36 as shown in FIG. Of the two rotating members 34 and 36, the first rotating member 34 has a substantially cylindrical shape as a whole, and the tip end surface thereof is a flat annular surface extending in the horizontal direction. The first shoulder surface 12 is used. The second rotating member 36 has a substantially cylindrical shape as a whole, and an outer flange portion 38 that protrudes by a predetermined dimension in the radial direction and extends continuously in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the tip portion thereof. However, the surface of the outer flange portion 38 on the first shoulder surface 12 side is a flat surface extending in the horizontal direction and having the same outer diameter and inner diameter as the first shoulder surface 12. The second shoulder surface 14 is an annular surface.

そして、第二の回転部材36が、その外フランジ部38の形成部位を含む先端部側部分を、円筒状の第一の回転部材34における内孔40の開口部から外方に突出させた状態で、かかる内孔40内に、同軸的に且つ軸方向(上下方向)に相対移動可能に挿入、配置されており、以て、第一及び第二の回転部材34,36のそれぞれのショルダ面12,14が、上下方向に所定距離を隔てて、対向して、平行に位置せしめられている。また、第一の回転部材34の先端部から外方に所定長さだけ突出せしめられた、第二の回転部材36の外フランジ部38を除く先端部部位、つまり、第一及び第二のショルダ面12,14間の部位が、プローブ16とされているのである。また、それら第一及び第二のショルダ面12,14、プローブ16は、接合されるべきダブルスキン形材20a,20bの材質よりも硬い材料にて形成されており、そのため、それらが高速回転せしめられて、ダブルスキン形材20a,20bに接触せしめられても、殆ど損耗することのない非消耗型の部材とされている。   And the 2nd rotation member 36 has made the front end part side part including the formation part of the outer flange part 38 protrude outward from the opening part of the inner hole 40 in the cylindrical 1st rotation member 34 In the inner hole 40, the shoulder surfaces of the first and second rotating members 34 and 36 are inserted and arranged coaxially and axially (in the vertical direction) so as to be relatively movable. 12 and 14 are opposed to each other at a predetermined distance in the vertical direction and are positioned in parallel. Further, the tip portion excluding the outer flange portion 38 of the second rotating member 36 that is protruded outward from the tip portion of the first rotating member 34 by a predetermined length, that is, the first and second shoulders. A portion between the surfaces 12 and 14 is a probe 16. The first and second shoulder surfaces 12 and 14 and the probe 16 are formed of a material harder than the material of the double skin shape members 20a and 20b to be joined. Therefore, they are rotated at a high speed. Thus, even if it is brought into contact with the double skin members 20a and 20b, it is a non-consumable member that hardly wears.

なお、図示されてはいないものの、ここでは、第一及び第二の回転部材34,36が、それぞれの基部側部位において、互いに同期せしめられた別個のモータ等に連結されて、一体回転せしめられ得るようになっている。更に、それら各回転部材34,36の基部側部位は、公知の油圧機構により突出/引込作動せしめられる別個の油圧シリンダにも、各々連結されて、それら各油圧シリンダの突出/引込作動に伴って、下方/上方に相対移動せしめられると共に、各油圧シリンダが、所定の作動位置で停止せしめられることによって、各回転部材34,36が、任意の移動位置にて、上下方向の相対移動が停止せしめられるようになっている。換言すれば、第二の回転部材36の外フランジ部38が、第一の回転部材34と一体回転可能な状態で、第一の回転部材34に対して、接近/離隔移動可能とされ、また、それら相互の離間距離が、任意に調整し得るように構成されているのである。   Although not shown in the figure, here, the first and second rotating members 34 and 36 are connected to separate motors or the like synchronized with each other at their respective base portions, and are integrally rotated. To get. Further, the base side portions of the respective rotary members 34 and 36 are respectively connected to separate hydraulic cylinders that are protruded / retracted by a known hydraulic mechanism, and the protrusions / retracts of the respective hydraulic cylinders are performed. As a result, the hydraulic cylinders are stopped at a predetermined operating position, so that the rotating members 34 and 36 stop the relative movement in the vertical direction at an arbitrary moving position. It is supposed to be. In other words, the outer flange portion 38 of the second rotating member 36 can move toward and away from the first rotating member 34 in a state where the outer flange portion 38 can rotate integrally with the first rotating member 34. The distance between them can be arbitrarily adjusted.

これによって、第一の回転部材34のショルダ面12、第二の回転部材36のショルダ面14、及びプローブ16が、一体回転可能とされていると共に、プローブ16の長さ(第一及び第二のショルダ面12,14間の距離)が任意に調整され、所望とする長さに維持されるようになっている。   Thus, the shoulder surface 12 of the first rotating member 34, the shoulder surface 14 of the second rotating member 36, and the probe 16 can be integrally rotated, and the length of the probe 16 (first and second). The distance between the shoulder surfaces 12 and 14 is arbitrarily adjusted to maintain a desired length.

かくして、上記の如き構造の摩擦撹拌接合工具18を用いて、二つのダブルスキン形材20a,20b間に形成された上側突合せ部28を摩擦撹拌接合する作業が、本発明に従って、例えば、以下の如くして、実施されることとなる。   Thus, using the friction stir welding tool 18 having the above-described structure, the operation of friction stir welding the upper butt portion 28 formed between the two double skin shape members 20a and 20b is performed according to the present invention, for example, as follows. In this way, it will be implemented.

すなわち、先ず、摩擦撹拌接合工具18の第二の回転部材36が、第一の回転部材34に対して上下方向に接近/離隔移動(相対移動)せしめられて、第一の回転部材34のショルダ面12と第二の回転部材36のショルダ面14との間の距離、つまりプローブ16の長さが、上側突合せ部28(上面板22)の板厚:Ttと同一とされ、その位置で、第二の回転部材36が、移動不能とされる(ショルダ面12,14間の距離の固定)。   That is, first, the second rotating member 36 of the friction stir welding tool 18 is moved up and down (relatively moved) in the vertical direction with respect to the first rotating member 34, and the shoulder of the first rotating member 34 is moved. The distance between the surface 12 and the shoulder surface 14 of the second rotating member 36, that is, the length of the probe 16 is the same as the plate thickness Tt of the upper abutting portion 28 (upper surface plate 22). The second rotating member 36 is made immovable (fixing the distance between the shoulder surfaces 12, 14).

次いで、第一及び第二の回転部材34,36が一体回転せしめられ、そして、その後に、或いはその前に、第二の回転部材36の下端部部位からなるプローブ16が、上側突合せ部28に対して、貫通するように位置せしめられるのであるが、これは、例えば、以下の(1)或いは(2)の二つの配置方法のうちの何れかによって、実施される。   Next, the first and second rotating members 34 and 36 are integrally rotated, and thereafter or before that, the probe 16 composed of the lower end portion of the second rotating member 36 is placed on the upper abutting portion 28. On the other hand, it is positioned so as to penetrate through, but this is performed, for example, by one of the following two arrangement methods (1) or (2).

すなわち、(1)の配置方法では、第一及び第二の回転部材34,36が一体回転せしめられた状態下で、プローブ16の側面が、上側突合せ部28の接合開始側の端面に各々当接せしめられて、プローブ16が、上側突合せ部28に沿って、その接合終了側に向かって押圧される。これにより、プローブ16が、上側突合せ部28の接合開始側端部にそれぞれ入り込まされて、上側突合せ部28内に、それを貫通するように、位置せしめられることとなる。   That is, in the arrangement method (1), the side surface of the probe 16 is brought into contact with the end surface of the upper butting portion 28 on the joining start side under the state where the first and second rotating members 34 and 36 are integrally rotated. The probe 16 is pressed and pressed along the upper abutting portion 28 toward the joining end side. As a result, the probes 16 are respectively inserted into the joining start side end portions of the upper abutting portion 28 and are positioned so as to penetrate through the upper abutting portion 28.

また、(2)の配置方法を実施する際には、先ず、図4に示されるように、上側突合せ部28の接合開始側の端部における対応部位に、予め、プローブ16が挿通可能な挿通孔42が、上下方向に貫通するように穿設される。この上側突合せ部28に穿設される挿通孔42は、二つのダブルスキン形材20a,20bの各上面板22の突合せ状態を解消したときに、図4に二点鎖線で示されるように、それら各上面板22の幅方向端部に対して、半円状の切欠として、形成されるものである。   When the arrangement method (2) is performed, first, as shown in FIG. 4, the probe 16 can be inserted in advance into the corresponding portion at the end of the upper butt portion 28 on the joining start side. The hole 42 is drilled so as to penetrate in the vertical direction. As shown by a two-dot chain line in FIG. 4, when the upper surface plate 22 of the two double skin shape members 20a, 20b is canceled, the insertion hole 42 formed in the upper butt portion 28 is removed. These are formed as semicircular cutouts on the widthwise ends of the upper surface plates 22.

そして、かかる挿通孔50がそれぞれ形成されたら、一旦、二つのダブルスキン形材20a,20bの突合せ状態が解消される(図4において、二点鎖線で示される状態とされる)。その後、第一及び第二の回転部材34,36の一体回転が停止せしめられた状態下で、上面板22の端面同士の間に、摩擦撹拌接合工具18のプローブ16が位置せしめられた後、再び、二つダブルスキン形材20a,20bが突き合わされる。これによって、プローブ16が、上側突合せ部28に設けられた挿通孔42内に挿通された状態とされ、以て、プローブ16が、上側突合せ部28内に、それらを貫通するように、それぞれ位置せしめられる。なお、この場合には、例えば、二つのダブルスキン形材20a,20bの再度の突合せ操作の後、第一及び第二の回転部材34,36が一体回転せしめられるようになる。   Then, once each of the insertion holes 50 is formed, the butted state of the two double skin shape members 20a and 20b is once canceled (a state indicated by a two-dot chain line in FIG. 4). Then, after the probe 16 of the friction stir welding tool 18 is positioned between the end faces of the upper surface plate 22 in a state where the integral rotation of the first and second rotating members 34 and 36 is stopped, Again, the two double skin profiles 20a, 20b are butted together. As a result, the probe 16 is inserted into the insertion hole 42 provided in the upper abutting portion 28, so that the probe 16 is positioned in the upper abutting portion 28 so as to pass through them. I'm damned. In this case, for example, the first and second rotating members 34 and 36 are integrally rotated after the re-matching operation of the two double skin shapes 20a and 20b.

従って、上述の如き(1)及び(2)の配置方法の何れか方法、或いはそれら以外の別の方法により、プローブ16が上側突合せ部28を貫通するように位置せしめられた状態下で、第一及び第二の回転部材治具34,36が一体回転せしめられることにより、第一の回転部材34のショルダ面12と第二の部材36のショルダ面14とが、一体回転せしめられつつ、上側突合せ部28の外面44と内面46とに接触せしめられるのである。   Therefore, in the state where the probe 16 is positioned so as to penetrate the upper abutting portion 28 by any one of the arrangement methods (1) and (2) as described above, or by another method other than these, As the first and second rotating member jigs 34 and 36 are integrally rotated, the shoulder surface 12 of the first rotating member 34 and the shoulder surface 14 of the second member 36 are integrally rotated while being rotated together. The outer surface 44 and the inner surface 46 of the butt 28 are brought into contact with each other.

これにより、突合せ部28とプローブ16及びショルダ面12,14との接触面において摩擦熱が発生され、その周囲が可塑化せしめられると共に、プローブ16の高速回転に伴う撹拌作用にて、両側の上面板20a,20bのそれぞれの端部部位の組織が入り交じり合うようになる。   As a result, frictional heat is generated at the contact surface between the butting portion 28 and the probe 16 and the shoulder surfaces 12 and 14, and the periphery thereof is plasticized. The tissues of the end portions of the face plates 20a and 20b come in and mix with each other.

そして、このような状態から、摩擦撹拌接合工具18が、上側突合せ部28に対して、それらに沿って(図4においては、矢印A方向に)相対的に一体移動させられることによって、上側突合せ部28が摩擦撹拌接合されることとなるのであるが、本発明においては、特に、下記式(I)を満たすように、摩擦撹拌接合が進められるのである。

Figure 2006088173
From such a state, the friction stir welding tool 18 is relatively moved integrally with the upper abutting portion 28 along the upper abutting portion 28 (in the direction of arrow A in FIG. 4). Although the portion 28 is friction stir welded, in the present invention, the friction stir welding is advanced so as to satisfy the following formula (I).
Figure 2006088173

なお、上記の式(I)において、Dは、摩擦撹拌接合工具18の第一及び第二のショルダ面12,14のそれぞれの直径を示し、また、dは、プローブ16の直径を示し、更に、Ttは、被接合部である上側突合せ部28(上面板22)の板厚を示している。   In the above formula (I), D indicates the diameter of each of the first and second shoulder surfaces 12 and 14 of the friction stir welding tool 18, d indicates the diameter of the probe 16, and , Tt indicate the plate thickness of the upper butt portion 28 (upper surface plate 22) which is a bonded portion.

ここで、上記式(I)における左側の不等式は、突合せ部の板厚と、プローブ16の半径(d/2)との関係を表す式であり、本発明においては、板厚が、プローブ16の半径と同じか、それよりも大きくなることが必要とされる。なぜならば、板厚が、プローブ16の半径よりも小さい場合、つまりプローブ16の径が、被接合部たる上側突合せ部28の板厚に対して大き過ぎるような場合には、健全な接合部が形成され得なくなるといった問題が生じることとなるからである。より具体的には、摩擦撹拌接合時において、摩擦撹拌接合工具18が突合せ部28に沿って相対的に移動せしめられる際に、板厚に対してプローブ16が太過ぎると、摩擦熱により可塑化された上側突合せ部28のメタルが、プローブ16の進行方向後方側に充分に回り込まなくなって、プローブ16の貫入によって形成された穴を埋めるように、メタルが行き渡らず、健全な接合部が形成され得なくなるのである。   Here, the inequality on the left side in the above formula (I) is an expression representing the relationship between the plate thickness of the butting portion and the radius (d / 2) of the probe 16. In the present invention, the plate thickness is the probe 16. Must be equal to or greater than the radius of. This is because when the plate thickness is smaller than the radius of the probe 16, that is, when the diameter of the probe 16 is too large with respect to the plate thickness of the upper butt portion 28, which is the bonded portion, This is because there arises a problem that it cannot be formed. More specifically, at the time of friction stir welding, when the friction stir welding tool 18 is moved relatively along the abutting portion 28, if the probe 16 is too thick relative to the plate thickness, plasticization is caused by frictional heat. The metal of the upper butt portion 28 thus made does not sufficiently wrap around the rear side in the traveling direction of the probe 16, and the metal does not spread so as to fill the hole formed by the penetration of the probe 16, and a healthy joint portion is formed. You won't get it.

一方、上記式(I)における右側の不等式は、下記式(II)から誘導される式であり、かかる式(II)の左辺は、軸心を含むプローブ16の断面の面積(S1 )を示す一方、かかる式(II)の右辺は、突合せ部28の外面44と内面46に対してそれぞれ接触せしめられる第一のショルダ面12と第二のショルダ面14の面積を合わせた面積(S2 )を示している。

Figure 2006088173
On the other hand, the inequality on the right side in the above formula (I) is an expression derived from the following formula (II), and the left side of the formula (II) represents the area (S 1 ) of the cross section of the probe 16 including the axis. On the other hand, the right side of the formula (II) is an area (S 2) obtained by combining the areas of the first shoulder surface 12 and the second shoulder surface 14 brought into contact with the outer surface 44 and the inner surface 46 of the butt 28, respectively. ).
Figure 2006088173

つまり、本実施形態においては、プローブ16の断面積(S1 )が、第一及び第二のショルダ面12,14の合計面積(S2 )と同じか、それよりも小さくなるようにして、摩擦撹拌接合を実施する必要があるのである。このようにして、上側突合せ部28を摩擦撹拌接合すると、プローブ16の貫入によって外面44側や内面46側に押出された撹拌接合部のメタルが、摩擦撹拌接合工具18の第一及び第二のショルダ面12,14からはみ出して、ショルダ面12,14のそれぞれの縁部から外に湧き出すようなことが極めて効果的に防止され、かかる面内で充分に押さえられることとなり、その結果、亀裂の発生原因となるようなバリの発生が効果的に抑制乃至は防止されるようになる。 That is, in the present embodiment, the cross-sectional area (S 1 ) of the probe 16 is equal to or smaller than the total area (S 2 ) of the first and second shoulder surfaces 12 and 14. It is necessary to perform friction stir welding. In this way, when the upper abutting portion 28 is friction stir welded, the metal of the stir joint pushed out by the penetration of the probe 16 to the outer surface 44 side or the inner surface 46 side is the first and second of the friction stir welding tool 18. Projecting from the shoulder surfaces 12 and 14 and springing out from the respective edges of the shoulder surfaces 12 and 14 is extremely effectively prevented and is sufficiently suppressed within the surfaces, resulting in cracks. As a result, the generation of burrs that can cause the occurrence of this is effectively suppressed or prevented.

なお、ショルダ面の直径:Dにあっては、前述せる如き式(I)を満たす範囲であれば、特に制限されるものでないものの、図3に示されるように、第二のショルダ面14が接触する中空部の内面46の、接合方向に直交する方向の平坦部の幅:Lよりも小さなものが採用されることとなる。また、ショルダ面の直径:Dとプローブの直径:dとの関係や、ショルダ面の直径:Dと板厚:Ttとの関係にあっても、何等限定されるものではないものの、健全な接合部をより一層有利に実現するためには、ぞれぞれ、下記式(III)又は下記(IV)を満たすことが、望ましい。
1.5d ≦ D ≦ 4d ・・・(III)
1.2Tt ≦ D ≦ 16Tt ・・・(IV)
The diameter D of the shoulder surface is not particularly limited as long as it satisfies the formula (I) as described above, but as shown in FIG. A width smaller than L of the flat portion in the direction orthogonal to the joining direction of the inner surface 46 of the hollow portion in contact is adopted. Further, although there is no limitation on the relationship between the diameter of the shoulder surface: D and the diameter of the probe: d and the relationship between the diameter of the shoulder surface: D and the plate thickness: Tt, it is not limited at all. In order to realize the parts more advantageously, it is desirable to satisfy the following formula (III) or the following (IV), respectively.
1.5d ≦ D ≦ 4d (III)
1.2 Tt ≦ D ≦ 16 Tt (IV)

また、本実施形態においては、第一の回転部材34のショルダ面12と第二の回転部材36のショルダ面14とが、回転状態下で、上側突合せ部28の外面44と内面46とにそれぞれ接触せしめられるようになっているところから、それらの接触面同士の間で生ずる摩擦熱により、上側突合せ部28の全体が充分に可塑化されて、上側突合せ部28全体(外面44側から内面46側まで)のメタルが、効果的に撹拌されることとなる。このため、接合部の外面44側のみならず、内面46側も充分な接合が施され、未接合部乃至はキッシングボンド等の接合不良の無い健全な接合部が、有利に形成されることとなる。   Further, in the present embodiment, the shoulder surface 12 of the first rotating member 34 and the shoulder surface 14 of the second rotating member 36 are respectively applied to the outer surface 44 and the inner surface 46 of the upper butt 28 in a rotating state. Since the contact is made, the entire upper butt 28 is sufficiently plasticized by the frictional heat generated between the contact surfaces, and the entire upper butt 28 (from the outer surface 44 side to the inner surface 46). Metal) is effectively agitated. For this reason, not only the outer surface 44 side but also the inner surface 46 side of the joint portion is sufficiently joined, and a healthy joint portion with no joint failure such as an unjoined portion or a kissing bond is advantageously formed. Become.

加えて、本実施形態においては、一対のショルダ面12,14間で、互いの押圧力を受け合うようになっているところから、二つのダブルスキン形材20a,20bを突き合わて形成される中空部32の形状に応じて、裏当て治具を準備したり、かかる裏当て治具を中空部32内へ挿入したりする等の作業が何等必要とされず、接合作業の簡略化が、有利に図られ得るようになっている。   In addition, in the present embodiment, the two double-skin shape members 20a and 20b are abutted against each other from the place where the mutual pressing force is received between the pair of shoulder surfaces 12 and 14. Depending on the shape of the hollow portion 32, there is no need for any work such as preparing a backing jig or inserting the backing jig into the hollow portion 32, and simplifying the joining work, It can be advantageously achieved.

しかも、本実施形態においては、上面板22の上側突合せ部28の摩擦撹拌接合操作と同時に、下面板24の下側突合せ部30の摩擦撹拌接合操作も実施されるようになっているところから、二つのダブルスキン形材20a,20bの接合作業の作業時間の短縮化が有利に図られ得ると共に、接合後におけるダブルスキン形材20a,20bの各面板22,24の撓みの発生が効果的に回避され得て、最終的に得られる接合体に歪みが生じるようなことが有利に回避され得るようになっている。なお、二つの突合せ部28,30を順次に摩擦撹拌接合すると、先に形成される接合部が若干収縮して、面板が反り返り、次に実施する突合せ部の接合が困難となる傾向があるが、上側突合せ部28と下側突合せ部30とを、同時に且つ並行して接合すると、収縮のバランスが取れて、歪みの少ないダブルスキン構造の広幅パネルが得られるのである。   Moreover, in the present embodiment, since the friction stir welding operation of the lower butt portion 30 of the lower surface plate 24 is also performed simultaneously with the friction stir welding operation of the upper butt portion 28 of the upper surface plate 22, It is possible to advantageously shorten the working time of the joining work of the two double skin members 20a and 20b, and the occurrence of the bending of the face plates 22 and 24 of the double skin members 20a and 20b after joining is effective. It can be avoided, and it can be advantageously avoided that the finally obtained joined body is distorted. If the two butted portions 28 and 30 are sequentially friction stir welded, the previously formed joined portion slightly contracts, the face plate warps, and it becomes difficult to join the butted portion to be performed next. When the upper butt portion 28 and the lower butt portion 30 are joined simultaneously and in parallel, a wide panel having a double skin structure with a small balance of shrinkage can be obtained.

従って、本実施形態によれば、目的とするダブルスキン構造の広幅パネルを、バリや、キッシングボンド等の接合不良のない、健全で且つ充分な接合強度を有する接合部をもって、安定的に得ることが可能となるのである。そして、そのような接合製品は、車両や航空機等の側面構体や床構体、或いは建物の屋根構体等として、中でも、道路橋や歩道橋等の橋梁用床版として有利に用いられることとなる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to stably obtain a wide panel having a target double skin structure with a bonding portion having sound and sufficient bonding strength without bonding defects such as burrs and kissing bonds. Is possible. Such a joined product is advantageously used as a side structure or floor structure of a vehicle, an aircraft, or the like, or a roof structure of a building, especially as a bridge slab such as a road bridge or a footbridge.

以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。   The exemplary embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the embodiments are merely examples, and the present invention is limited in any way by specific descriptions according to such embodiments. It should be understood that it is not interpreted.

例えば、上記の実施形態では、ダブルスキン形材として、突き合わされる上下面板22,24の板厚が、幅方向及び長さ方向において、一定なものが採用されていたが、板厚がプローブの太さに比して薄過ぎるような場合には、前述せる如き式(I)を満足するように、突合せ部を形成する自由端の部位を厚く設計する、つまり、幅方向において上下面板の厚みを変えることも、勿論、可能である。また、上例では、リブ26が上下面板22,24に対して垂直に形成されていたが、所定の角度をもって傾斜した形態において形成されていても良く、公知の各種形状のダブルスキン形材を採用することが出来る。   For example, in the above embodiment, as the double skin profile, the upper and lower plates 22 and 24 to be abutted have a constant thickness in the width direction and the length direction. If it is too thin compared to the thickness, the portion of the free end forming the butt portion is designed to be thick so as to satisfy the formula (I) as described above, that is, the thickness of the upper and lower surface plates in the width direction. Of course, it is possible to change. In the above example, the ribs 26 are formed perpendicular to the upper and lower surface plates 22 and 24. However, the ribs 26 may be formed in a shape inclined at a predetermined angle. It can be adopted.

さらに、前記実施形態では、第一及び第二のショルダ面12,14が、何れも平坦面とされていたが、中心に向かって湾曲する凹面形状であっても良く、従来から公知の形状が、適宜に採用され得る。   Furthermore, in the said embodiment, although the 1st and 2nd shoulder surfaces 12 and 14 were all flat surfaces, the concave shape curved toward the center may be sufficient, and a conventionally well-known shape is used. Can be employed as appropriate.

その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、そして、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもないところである。   In addition, although not listed one by one, the present invention can be implemented in a mode with various changes, modifications, improvements, and the like based on the knowledge of those skilled in the art. It goes without saying that all are included in the scope of the present invention without departing from the spirit of the invention.

以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。   Hereinafter, representative examples of the present invention will be shown and the present invention will be clarified more specifically. However, the present invention is not limited by the description of such examples. It goes without saying.

先ず、接合されるべきダブルスキン形材として、アルミニウム合金(6N01−T5)からなり、上下面板の厚さ、全体の高さ、幅、長さが、それぞれ、下記表1に示される押出形材を、それぞれ、2つずつ準備した。また、摩擦撹拌接合装置として、図3に示される如き構造を有する鋼製の摩擦撹拌接合工具を二つ準備した。なお、第一及び第二のショルダ面の直径、プローブの直径を、それぞれ、下記表1に示した。   First, as a double skin shape material to be joined, it is made of an aluminum alloy (6N01-T5), and the thickness, overall height, width and length of the upper and lower surface plates are respectively shown in Table 1 below. Two each were prepared. Further, two friction stir welding tools made of steel having a structure as shown in FIG. 3 were prepared as friction stir welding apparatuses. The diameters of the first and second shoulder surfaces and the probe diameter are shown in Table 1 below.

Figure 2006088173
Figure 2006088173

そして、準備された二つのダブルスキン形材を幅方向において突き合わせて、各押出形材の二枚の面板の対向方向において対応する上側突合せ部と下側突合せ部とを、それぞれ形成せしめて、それら二つのダブルスキン形材を拘束、固定した。   Then, the prepared two double skin sections are butted in the width direction, and corresponding upper butting sections and lower butting sections are formed in the facing direction of the two face plates of each extruded section, respectively. Two double skin profiles were restrained and fixed.

一方、各摩擦撹拌接合工具の第二の回転部材を第一の回転部材に対して相対移動させて、第一及び第二のショルダ面間の距離を、面板の板厚と同じとなるように調節した。その後、各摩擦撹拌接合工具を1000rpmの回転速度で回転させつつ、各プローブの側面を、上側及び下側突合せ部の接合開始側の端面にそれぞれ押し付けて、各プローブを、上側及び下側突合せ部にそれぞれ入り込ませた。このとき、各摩擦撹拌接合工具の第一のショルダ面が突合せ部の外面に接触し、第二のショルダ面が突合せ部の裏面(中空部内面)に接触するようにした。   On the other hand, the second rotating member of each friction stir welding tool is moved relative to the first rotating member so that the distance between the first and second shoulder surfaces is the same as the thickness of the face plate. Adjusted. Then, while rotating each friction stir welding tool at a rotational speed of 1000 rpm, the side surfaces of each probe are pressed against the end surfaces on the joining start side of the upper and lower abutting portions, respectively, and each probe is moved to the upper and lower abutting portions. Entered each. At this time, the first shoulder surface of each friction stir welding tool was in contact with the outer surface of the butting portion, and the second shoulder surface was in contact with the back surface (hollow portion inner surface) of the butting portion.

その後、各摩擦撹拌接合工具の第一及び第二回転部材を、回転速度:1000rpm、接合速度:500mm/分の条件で、突合せ部に沿って、水平に、且つ二つの摩擦撹拌接合工具を並行に移動させて、上側及び下側突合せ部を同時に摩擦撹拌接合し、目的とする広幅パネルを得た。   Thereafter, the first and second rotating members of each friction stir welding tool are horizontally aligned along the abutting portion and in parallel with the two friction stir welding tools under the conditions of rotational speed: 1000 rpm and welding speed: 500 mm / min. The upper and lower butt portions were simultaneously friction stir welded to obtain the desired wide panel.

そして、得られた広幅パネルを、接合方向に対して直角な方向で切断して、接合部の断面を視認により観察したところ、実施例1については、欠陥は、何等認められなかったのに対し、比較例1では、板厚がプローブの半径よりも小さく、突合せ部で面板が破れ、また、比較例2では、バリが形成されると共に、撹拌部の中央にトンネル状の穴が形成された。   And when the obtained wide panel was cut | disconnected in the direction orthogonal to a joining direction and the cross section of the junction part was observed visually, about Example 1, no defect was recognized. In Comparative Example 1, the plate thickness was smaller than the radius of the probe, the face plate was torn at the abutting part, and in Comparative Example 2, a burr was formed and a tunnel-like hole was formed in the center of the stirring part. .

更に、公知の手法により、広幅パネルの引張試験と静的4点曲げ試験とを行った結果、実施例1では、接合部から離れた面板部位で、破断したのに対し、比較例1及び比較例2においては、接合部で破断が起こり、強度も実施例1に比べて劣るものであった。   Furthermore, as a result of conducting a tensile test and a static four-point bending test of a wide panel by a known method, in Example 1, the fracture occurred at the face plate portion away from the joint, whereas Comparative Example 1 and Comparative Example In Example 2, fracture occurred at the joint and the strength was inferior to that of Example 1.

以上の結果からも明らかなように、本発明に従って、所定の条件を満たすようにして、摩擦撹拌接合を実施すれば、中空部側内面における未接合部乃至はキッシングボンドの発生を有利に防止することが出来ると共に、バリの発生をも有利に抑制することが出来、以て、接合強度の高い接合品を製造することが出来る。   As is clear from the above results, if friction stir welding is performed in accordance with the present invention so as to satisfy a predetermined condition, the occurrence of unbonded portions or kissing bonds on the inner surface of the hollow portion side is advantageously prevented. In addition, the generation of burrs can be advantageously suppressed, so that a bonded product with high bonding strength can be manufactured.

従来の摩擦撹拌接合工具を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the conventional friction stir welding tool. 本発明に従う構造を有する摩擦撹拌接合工具の一具体例を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows one specific example of the friction stir welding tool which has a structure according to this invention. 図2に示される摩擦撹拌接合工具を用いて、二つのダブルスキン形材を摩擦撹拌接合する際の一工程例を示す断面説明図である。FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view showing an example of a process when two double skin shaped members are friction stir welded using the friction stir welding tool shown in FIG. 2. 本発明に従って、二つのダブルスキン形材を摩擦撹拌接合する際の別の工程例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows another example of a process at the time of friction stir welding of two double skin shape members according to this invention.

符号の説明Explanation of symbols

12 第一のショルダ面 14 第二のショルダ面
16 プローブ 18 摩擦撹拌接合工具
20a,20b ダブルスキン形材 22 上面板
24 下面板 26 リブ
28 上側突合せ部 30 下側突合せ部
32 中空部 34 第一の回転部材
36 第二の回転部材 38 外フランジ部
40 内孔 42 挿通孔
44 外面 46 内面
12 First shoulder surface 14 Second shoulder surface 16 Probe 18 Friction stir welding tool 20a, 20b Double skin profile 22 Upper surface plate 24 Lower surface plate 26 Rib 28 Upper butt portion 30 Lower butt portion 32 Hollow portion 34 First Rotating member 36 Second rotating member 38 Outer flange portion 40 Inner hole 42 Insertion hole 44 Outer surface 46 Inner surface

Claims (1)

互いに対向して平行に位置する二枚の面板が、それら対向面間に延びる複数のリブにて一体的に連結されてなるダブルスキン構造の中空形材の二つを、対応する面板の端面同士において突き合わせて、少なくとも一つの突合せ部を形成せしめた後、該突合せ部を摩擦撹拌接合する方法であって、
摩擦撹拌接合工具として、前記突合せ部の一方の側の面に接して回転せしめられる第一のショルダ面と、該突合せ部を貫通するように位置させられて回転せしめられるプローブと、該突合せ部の他方の側の面に接して回転せしめられる第二のショルダ面とが同軸的に配設されてなる構造のものを用いると共に、該第一及び第二のショルダ面の直径:Dと、該プローブの直径:dと、該突合せ部の板厚:Ttとが、下記式(I)を満たすようにして、該プローブを、該第一及び第二のショルダ面と共に回転駆動させつつ、該突合せ部に対して相対移動せしめることにより、該突合せ部を摩擦撹拌接合するようにしたことを特徴とするダブルスキン形材の摩擦撹拌接合方法。
Figure 2006088173
Two face plates that are parallel to each other and are connected to each other by a plurality of ribs extending between the opposing faces are connected to each other by connecting two end faces of the corresponding face plates. In which at least one butt portion is formed, and then the butt portion is friction stir welded,
As a friction stir welding tool, a first shoulder surface that is rotated in contact with the surface on one side of the abutting portion, a probe that is positioned so as to penetrate the abutting portion and rotated, and a A structure in which a second shoulder surface rotated in contact with the surface on the other side is coaxially disposed is used, and the diameters of the first and second shoulder surfaces: D and the probe The butt portion is rotated while the probe is driven to rotate together with the first and second shoulder surfaces so that the diameter d of the butt and the plate thickness Tt of the butt portion satisfy the following formula (I): A friction stir welding method for a double skin shape material, characterized in that the abutting portion is friction stir welded by being moved relative to the surface.
Figure 2006088173
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