JP2008036648A - Method for joining member to be joined, and joined structure of member to be joined - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摩擦撹拌接合方法を用いる被接合材の接合方法及び被接合材の接合構造に関し、更に詳しくは、厚肉の被接合材でも摩擦撹拌接合を利用して未接合部分を残すことなく確実に接合することができる被接合材の接合方法及び被接合材の接合構造に関するものである。 The present invention relates to a method for joining materials to be joined using a friction stir welding method and a joining structure for materials to be joined, and more specifically, without leaving an unjoined part using friction stir welding even for thick materials to be joined. The present invention relates to a method for joining materials to be joined and a joining structure for materials to be joined.
被接合材を接合する技術として摩擦撹拌接合技術が注目されている。摩擦撹拌接合技術は、被接合材を溶融させることなく固相接合できるため、接合部における強度低下を防止することができる利点がある。しかし、被接合材の肉厚が所定の厚みを超えると、摩擦撹拌接合の及ばない部分があり、摩擦撹拌接合では被接合材同士を接合できないことがあった。つまり、摩擦撹拌接合できる被接合材の厚みは、摩擦撹拌接合するツールによって決まり、摩擦撹拌接合できる肉厚が例えば10mmが限界であれば、それ以上の厚みの被接合材を接合することができなかった。尚、摩擦撹拌接合とは、突起部を有するツールを高速回転させながら被接合材と接触させ、被接合材に摩擦熱を付与して材料を可塑化、粘性化により流動化して固相接合することをいう。 The friction stir welding technique has attracted attention as a technique for joining materials to be joined. The friction stir welding technique is advantageous in that it can prevent a decrease in strength at the joint because solid-phase joining can be performed without melting the materials to be joined. However, when the thickness of the materials to be joined exceeds a predetermined thickness, there are portions where the friction stir welding does not reach, and the materials to be joined may not be joined by friction stir welding. In other words, the thickness of the material to be joined by friction stir welding is determined by the tool to be friction stir welded. If the thickness capable of friction stir welding is, for example, 10 mm, the thickness of the material to be joined can be increased. There wasn't. Friction stir welding means that a tool having a protrusion is brought into contact with a material to be joined while rotating at high speed, and frictional heat is applied to the material to be joined, and the material is fluidized by plasticization and viscosity to be solid-phase joined. That means.
そこで、このような不都合を解消する技術として、特許文献1において厚肉の被接合材の摩擦撹拌接合方法及びその接合構造が提案された。この技術では、肉厚の被接合材同士の接合端に沿って段部を形成し、上記段部により形成される複数の端面同士を隣接させた状態で、互いに面接触する最外側の端面同士間に沿って摩擦撹拌接合を施すと共に、上記端面の少なくとも一側面で且つ各段部の内側端面間に形成される凹溝内に、被接合材と同種金属又は摩擦撹拌接合可能な金属からなる接続板を装入し、上記接続板と上記各被接合材の各内側端面間に沿って摩擦撹拌接合をそれぞれに施すようにしている。 Therefore, as a technique for solving such inconvenience, Patent Document 1 proposes a friction stir welding method for thick materials to be joined and a joining structure thereof. In this technique, stepped portions are formed along the joining ends of the thick materials to be joined, and the outermost end surfaces in surface contact with each other in a state where a plurality of end surfaces formed by the stepped portions are adjacent to each other. The friction stir welding is performed along the gap, and the same kind of metal as the material to be joined or a metal capable of friction stir welding is formed in a concave groove formed on at least one side of the end face and between the inner end faces of each stepped portion. A connecting plate is inserted, and friction stir welding is performed along each of the connecting plate and each inner end face of each of the materials to be joined.
つまり、一回の摩擦撹拌接合できない厚肉の被接合材の場合には、各被接合材の接合面に摩擦撹拌接合できる肉厚を残して段部を設け、段部以外の接合面同士を面接触させる。そして、面接触した部分を摩擦撹拌接合して被接合材を接合する。この接合によって各被接合材の一面に凹溝が形成される。この凹溝内に接続板を装入した後、各被接合材の凹溝の壁面と接続板の両側面とをそれぞれ摩擦撹拌接合する。その結果、各被接合材が接続板を介して完全に接合される。 In other words, in the case of thick materials to be joined that cannot be subjected to a single friction stir welding, stepped portions are provided on the joining surfaces of the materials to be joined, leaving a thickness that allows friction stir welding, and joining surfaces other than the stepped portions are connected to each other. Make surface contact. Then, the surface contact portions are friction stir welded to join the materials to be joined. By this joining, a concave groove is formed on one surface of each material to be joined. After inserting the connection plate into the groove, the wall surface of the groove of each material to be joined and both side surfaces of the connection plate are friction stir welded. As a result, each material to be joined is completely joined via the connection plate.
しかしながら、特許文献1に記載の厚肉の被接合材の摩擦撹拌接合方法では、摩擦撹拌接合の及ばない部分に段部を設け、各被接合材の接合面を接触させることにより段部間に凹溝を形成し、凹溝の底面に形成される境界線に沿って摩擦撹拌接合した後、この凹溝内に接続板を装入し、接続板の両側面に沿ってそれぞれ摩擦撹拌接合しているため、接合面に摩擦撹拌接合が及ばない部分には凹溝となる段部を設け、凹溝内に接続板を装入して凹溝の両壁面と接続板の両側面を摩擦撹拌接合しなくてはならない。更に、凹溝の底面と接続板の下面との間に摩擦撹拌接合の及ばない未接合部分が存在するため、被接合材の接合構造の機械的強度が低下する虞がある。肉厚が更に厚い場合には、接合面に摩擦撹拌接合できる部分を残し、接合面のそれ以外の部分には幅が徐々に広くなる凹溝を複数段に渡って設け、各段部からなるそれぞれの凹溝内に接続板をそれぞれ装入し、その都度摩擦撹拌接合するため、その度毎に接続板と被接合材との間に上述のような未接合部分が残り、上段の凹溝ほど幅が広くなって未接合領域が多くなり被接合材の接合構造の機械的強度の低下が益々顕著になる。 However, in the friction stir welding method for thick-walled workpieces described in Patent Document 1, a step portion is provided in a portion that does not reach the friction stir welding, and the joining surfaces of the respective workpieces are brought into contact with each other to provide a gap between the step portions. After forming a concave groove and performing friction stir welding along the boundary line formed on the bottom surface of the concave groove, a connecting plate is inserted into the concave groove, and friction stir welding is performed along both side surfaces of the connecting plate. Therefore, a step that becomes a groove is provided in the part where friction stir welding does not reach the joint surface, and a connecting plate is inserted into the groove to friction stir the both wall surfaces of the groove and both sides of the connection plate. Must be joined. Furthermore, since there exists an unjoined portion that does not reach the friction stir welding between the bottom surface of the concave groove and the lower surface of the connecting plate, the mechanical strength of the joining structure of the materials to be joined may be reduced. If the wall thickness is even thicker, leave a part that can be friction stir welded on the joint surface, and provide the groove on the other part of the joint surface in multiple steps, with the groove gradually widening. Since each connecting plate is inserted into each concave groove and friction stir welding is performed each time, an unjoined portion as described above remains between the connecting plate and the material to be joined each time. As the width increases, the unbonded area increases, and the mechanical strength of the bonded structure of the materials to be bonded decreases more and more significantly.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、摩擦撹拌接合が及ばない厚肉の被接合材同士であっても摩擦撹拌接合を施すことにより被接合材同士の摩擦撹拌接合の及ばない部分に未接合部分を残すことなく確実に接合することができ、その接合構造の機械的強度を低下させる虞のない被接合材の接合方法及び被接合材の接合構造を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem. Even when the materials to be joined are not thick enough to be subjected to friction stir welding, the friction stir welding between the materials to be joined can be achieved by applying the friction stir welding. An object of the present invention is to provide a bonding method for a material to be bonded and a bonding structure for a material to be bonded, which can be reliably bonded without leaving an unbonded portion in a non-bonded portion, and which does not reduce the mechanical strength of the bonding structure. It is said.
本発明の請求項1に記載の被接合材の接合方法は、厚肉で接合面に摩擦撹拌接合の及ばない部分を有する被接合材同士を、それぞれの上記接合面を介して接合する被接合材の接合方法であって、上記各被接合材それぞれの上記接合面間にろう材を介在させる工程と、上記ろう材を介して上記各被接合材の接合面同士を接触させる工程と、上記各被接合材の一方の面側から上記各被接合材の境界線に沿って上記各被接合材を摩擦撹拌接合すると共に上記接合面の摩擦撹拌接合の及ばない部分では上記摩擦撹拌接合の余熱を利用して上記各被接合材を上記ろう材を介して接合する工程と、を備えたことを特徴とするものである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for joining materials to be joined, in which the materials to be joined having thick portions that do not reach friction stir welding on the joining surfaces are joined via the joining surfaces. A method for joining materials, a step of interposing a brazing material between the joining surfaces of each of the materials to be joined, a step of bringing the joining surfaces of the materials to be joined together through the brazing material, and the above Friction stir welding of each of the materials to be bonded along the boundary line of each of the materials to be bonded from one surface side of each of the materials to be bonded, and residual heat of the friction stir welding at a portion of the bonding surface that does not reach the friction stir welding And joining each of the materials to be joined via the brazing material.
また、本発明の請求項2に記載の被接合材の接合方法は、請求項1に記載の発明において、上記各被接合材の他方の面側から上記各被接合材の境界線に沿って摩擦撹拌接合する工程を備えたことを特徴とするものである。 Moreover, the joining method of the to-be-joined material of Claim 2 of this invention is along the boundary line of each said to-be-joined material in the invention of Claim 1 from the other surface side of each to-be-joined material. It comprises a step of friction stir welding.
また、本発明の請求項3に記載の被接合材の接合方法は、厚肉で接合面に摩擦撹拌接合の及ばない部分を有する被接合材同士を、それぞれの上記接合面を介して接合する被接合材の接合方法であって、上記各被接合材の上記接合面それぞれの少なくとも上下いずれか一方に段部を設ける工程と、上記各被接合材それぞれの上記段部以外の接合面に第1のろう材を介在させる工程と、上記第1のろう材を介して上記各被接合材の上記段部以外の接合面同士を接触させると共に上記各段部によって溝を形成する工程と、上記溝において形成される上記各被接合材の境界線に沿って上記各被接合材を摩擦撹拌接合すると共に上記摩擦撹拌接合の及ばない部分を上記摩擦撹拌接合の余熱を利用して上記第1のろう材を介して接合する工程と、上記溝の底面に第2のろう材を敷設する工程と、上記溝に上記補完材を嵌め込んで上記溝を埋める工程と、少なくとも上記補完材両側面と上記各被接合材との境界線に沿って上記各被接合材と上記補完材とを摩擦撹拌接合すると共に上記溝の底面では上記摩擦撹拌接合の余熱を利用して上記各被接合材と上記補完材とをそれぞれ上記第2のろう材を介して接合する工程と、を備えたことを特徴とするものである。 Moreover, the joining method of the to-be-joined material of Claim 3 of this invention joins the to-be-joined materials which have a part which does not reach friction stir welding on the joining surface through each said joining surface. A bonding method for a material to be bonded, the step of providing a step on at least one of the upper and lower sides of each of the bonding surfaces of each of the bonded materials, and a bonding surface other than the step of each of the bonded materials A step of interposing one brazing material, a step of bringing the bonding surfaces other than the stepped portions of the respective bonded materials into contact with each other via the first brazing material, and forming a groove by the stepped portions, Friction stir welding is performed on each of the materials to be bonded along a boundary line of each of the materials to be bonded formed in the groove, and a portion that does not reach the friction stir welding is used for the first heat using the residual heat of the friction stir welding. The step of joining via the brazing material and the groove A step of laying a second brazing material on the surface; a step of fitting the complementary material into the groove to fill the groove; and at least along a boundary line between the side surfaces of the complementary material and the bonded materials. Friction stir welding is performed for each material to be joined and the complementary material, and at the bottom surface of the groove, each of the materials to be joined and the complementary material are respectively connected via the second brazing material using the residual heat of the friction stir welding. And a joining step.
また、本発明の請求項4に記載の被接合材の接合方法は、請求項3に記載の発明において、上記各被接合材の接合面の少なくとも上下いずれか一方に複数の段部を階段状に設ける工程と、上記各被接合材それぞれの接合面を第1のろう材を介して接触させて形成された複数段の溝内に第2ろう材を介して補完材を順次嵌め込んでそれぞれの上記溝を埋めて、上記各補完材の少なくとも両側面と上記各被接合材をそれぞれ摩擦撹拌接合する工程と、を有することを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for joining a material to be joined according to the invention according to the third aspect, wherein a plurality of step portions are formed in a stepped manner on at least one of the upper and lower sides of the joining surface of each of the materials to be joined. And a step of providing a complementary material sequentially through a second brazing material in a plurality of grooves formed by bringing the joining surfaces of the materials to be joined into contact with each other through the first brazing material. And a step of friction stir welding the at least both side surfaces of each of the complementary materials and each of the materials to be joined to each other.
また、本発明の請求項5に記載の被接合材の接合構造は、厚肉で接合面に摩擦撹拌接合の及ばない部分を有する被接合材同士が、それぞれの上記接合面を介して接合された被接合材の接合構造であって、上記各被接合材の接合部は、上記各被接合材の境界線に沿って上記摩擦撹拌接合によって形成された第1の接合部と、第1の接合部以外の上記摩擦撹拌接合の及ばない部分が上記摩擦撹拌接合の余熱を利用した第1のろう材を介して接合された第2の接合部と、を有することを特徴とするものである。 Moreover, the joining structure of the to-be-joined material of Claim 5 of this invention is joined to each to-be-joined material which has a part which does not reach friction stir welding on a joining surface through each said joining surface. In the joining structure of the materials to be joined, the joining portion of each of the materials to be joined includes a first joining portion formed by the friction stir welding along the boundary line of each of the materials to be joined, A portion other than the joint portion where the friction stir welding does not reach has a second joint portion joined via a first brazing material using the residual heat of the friction stir welding. .
また、本発明の請求項6に記載の被接合材の接合構造は、請求項5に記載の発明において、上記第1の接合部は、上記各被接合材の上下両面から内側に向けて上下2箇所に形成され、上記第2の接合部は、上下2箇所の上記第1の接合部の間に連続して形成されていることを特徴とするものである。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a bonded structure for a material to be bonded according to the fifth aspect, in which the first bonding portion is vertically moved from the upper and lower surfaces of each bonded material toward the inside. It is formed in two places, and the second joint portion is formed continuously between the first joint portions in the upper and lower two places.
また、本発明の請求項7に記載の被接合材の接合構造は、請求項5または請求項6に記載の発明において、上記各被接合材それぞれの上記接合面の少なくとも上下いずれか一方に少なくとも一つの段部が形成されていると共に、互いに対向する上記各段部からなる溝の底面に敷設された第2のろう材を介して補完材が嵌め込まれており、且つ、上記各被接合材と上記補完材の接合部は、少なくとも上記各被接合材と上記補完材の両側面との境界線に沿って上記各被接合材と上記補完材がそれぞれ摩擦撹拌接合により形成された第3の接合部と、上記各被接合材と上記補完材の下面とが上記摩擦撹拌接合の余熱を利用した上記第2のろう材を介して接合された第4の接合部と、を有することを特徴とするものである。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a joining structure for a material to be joined according to the invention according to the fifth or sixth aspect, wherein at least one of the joining surfaces of each of the materials to be joined is at least above or below the joining surface. One step portion is formed, and a complementary material is fitted through a second brazing material laid on the bottom surface of the groove composed of the respective step portions facing each other, and each of the materials to be joined And the joint portion of the complementary material is a third part in which each of the material to be joined and the complementary material is formed by friction stir welding along at least a boundary line between each of the materials to be joined and both side surfaces of the complementary material. A bonding portion; and a fourth bonding portion in which each of the materials to be bonded and the lower surface of the complementary material are bonded via the second brazing material using the residual heat of the friction stir welding. It is what.
また、本発明の請求項8に記載の被接合材の接合構造は、請求項5または請求項6に記載の発明において、上記各被接合材の接合面の少なくとも上下いずれか一方に複数の段部が階段状にそれぞれ形成されていると共に、互いに対向する各段部からなる上下複数の溝内に第2ろう材を介して補完材が重なるようにそれぞれ嵌め込まれており、且つ、上記各被接合材と上記各補完材との接合部は、少なくとも上記各被接合材と上記各補完材の両側面との境界線に沿って上記各被接合材と上記各他材がそれぞれ摩擦撹拌接合により形成された第3の接合部と、上記各被接合材と上記各補完材の下面とが上記摩擦撹拌接合の余熱を利用して上記第2のろう材によってそれぞれ接合された第4の接合部と、を有することを特徴とするものである。 Moreover, the joining structure of the to-be-joined material of Claim 8 of this invention WHEREIN: The invention in Claim 5 or Claim 6 WHEREIN: At least one of the upper and lower sides of the joining surface of each said to-be-joined material has several steps | paragraphs. Each part is formed in a staircase shape, and is inserted into a plurality of upper and lower grooves made up of stepped parts facing each other so that the supplementary material overlaps with the second brazing material interposed therebetween, and The joining portion between the joining material and each complementary material is formed by friction stir welding between each of the joined materials and each of the other materials along at least a boundary line between each of the joined materials and the both side surfaces of the complementary materials. The 4th junction part by which the formed 3rd joined part, each said joined material, and the lower surface of each said complementary material were joined by said 2nd brazing material using the residual heat of said friction stir welding, respectively. It is characterized by having.
本発明によれば、摩擦撹拌接合が及ばない厚肉の被接合材同士であっても摩擦撹拌接合を施すことにより被接合材同士の摩擦撹拌接合の及ばない部分に未接合部分を残すことなく確実に接合することができ、その接合構造の機械的強度を低下させる虞のない被接合材の接合方法及び被接合材の接合構造を提供することができる。 According to the present invention, even if the materials to be welded are not thick enough to be subjected to friction stir welding, by performing the friction stir welding, there is no unjoined part left in the portion where the friction stir welding between the materials to be joined does not reach. It is possible to provide a bonding method for a material to be bonded and a bonding structure for a material to be bonded, which can be surely bonded and have no fear of reducing the mechanical strength of the bonding structure.
以下、図1〜図5に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。各図中、図1は本発明の被接合材の接合構造の一実施形態を示す斜視図、図2の(a)〜(c)はそれぞれ本発明の被接合材の接合方法の一実施形態の要部を工程順に示す斜視図、図3は本発明の被接合材の他の実施形態によって作製された被接合材の接合構造を示す斜視図、図4の(a)〜(c)はそれぞれ本発明の被接合材の接合方法の更に他の実施形態の要部を工程順に示す斜視図、図5は本発明の被接合材の更に他の実施形態によって作製された被接合材の接合構造を示す斜視図である。 Hereinafter, the present invention will be described based on the embodiment shown in FIGS. In each figure, FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the joining structure of the material to be joined according to the present invention, and FIGS. 2A to 2C are each an embodiment of the joining method of the material to be joined according to the present invention. The perspective view which shows the principal part of this invention in order of a process, FIG. 3 is a perspective view which shows the joining structure of the to-be-joined material produced by other embodiment of the to-be-joined material of this invention, (a)-(c) of FIG. The perspective view which shows the principal part of further another embodiment of the joining method of the to-be-joined material of this invention in order of a process, FIG. 5 is joining of the to-be-joined material produced by other embodiment of the to-be-joined material of this invention. It is a perspective view which shows a structure.
第1の実施形態
まず、本実施形態の被接合材の接合構造について説明する。本実施形態の被接合材の接合構造10は、例えば図1に示すように、被接合材(例えば、銅、アルミニウム等の金属材料からなる)11、11の一方の面(同図では上面)から被接合材11、11の境界線に沿って摩擦撹拌接合によって形成された第1の接合部12と、第1の接合部12の摩擦撹拌接合時に発生する余熱により溶融したろう材13を介して接合された第2の接合部14と、を有している。そして、第2の接合部14は、第1の接合部12から連続して被接合材11、11の他方の面(同図では下面)まで到達している。第2の接合部14の深さLは、摩擦撹拌接合の余熱でろう材13が溶融する深さであれば良い。左右の被接合材11、11は、摩擦撹拌接合により互いに接合できる金属材料であれば特に制限されず、また、これらの被接合材11、11は、互いに同一の金属材料であっても異なる金属材料であっても良い。また、ろう材13は、被接合材11、11を接合できるものであれば特に制限されない。本実施形態では、被接合材11として例えば銅金属が用いられ、ろう材13として例えば銀ろうが用いられている。
1st Embodiment First, the joining structure of the to-be-joined material of this embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 1, for example, the joining
即ち、本実施形態の被接合材の接合構造10では、被接合材11、11は、基本的に摩擦撹拌接合により第1の接合部12として接合されている。被接合材11、11の摩擦撹拌接合の及ばない部分は、ろう材13を介して第2の接合部14として接合されている。ろう材13は、摩擦撹拌接合時に発生する余熱により溶融し、その後固化して第2の接合部14を形成する。従って、被接合材11、11は、一回の摩擦撹拌接合により第1の接合部12を形成して接合され、摩擦撹拌接合の及ばない部分が摩擦撹拌接合時の余熱により溶融したろう材13が固化して第2の接合部14として接合されている。
That is, in the bonded
次に、本発明の被接合材の接合方法の一実施形態を用いて、図1に示す被接合材の接合構造10を得る手順について図2の(a)〜(c)を参照しながら説明する。
Next, a procedure for obtaining the bonded
本実施形態の被接合材の接合方法では、まず図2の(a)に示すように2枚の被接合材11、11を、それぞれの接合面11A、11Aが互いに対向するように左右に配置し、また、それぞれの接合面11A、11Aの間に、例えば箔状のろう材13(例えば、銀ろう材)を配置する。箔状のろう材13は、同図に示すように、大きさが接合面11Aと実質的に同じ面積に形成されている。本実施形態では、ろう材13は、被接合材11の接合面11Aの全領域を覆う大きさであるが、摩擦撹拌接合の及ばない領域のみ覆う大きさであっても良い。
In the joining method of the materials to be joined according to the present embodiment, first, as shown in FIG. 2A, the two materials to be joined 11 and 11 are arranged on the left and right so that the joining
次いで、図2の(a)に矢印で示すように左右の被接合材11、11を移動させて、同図の(b)に示すように左右の被接合材11、11で箔状のろう材13を挟持した後、被接合材11、11の境界線の一端部(同図では手前の端部)、即ち、ろう材13の手前の端部に摩擦撹拌接合用のツール20を配置する。ツール20は、円柱状のツール本体21と、ツール本本体21の先端面に形成されたプローブ22と、を有し、ツール本体21とプローブ22がそれぞれに軸芯を共有して構成されている。また、図示してないが、プローブ22の周面には例えば溝が螺旋状に形成され、プローブ22によって流動化した被接合材11を撹拌するようにしてある。また、ツール本体21の肩部は、プローブ22が被接合材11内に進入して回転する時に被接合材11が外部へ排出されるのを防止する機能を有している。
Next, the left and
而して、ツール20を高速回転させながら被接合材11、11の境界線の手前端部に所定の荷重で押圧すると、図2の(c)に示すようにプローブ22と被接合材11、11との摩擦熱で被接合材11、11を流動化する。これにより、ツール20のプローブ22が境界端部内に進入し、その摩擦熱で流動化した被接合材11、11を撹拌しながら被接合材11、11同士を固溶接合する。このツール20を境界線の手前端部からその奥側の端部まで移動させることにより、被接合材11、11の上面側にその境界線を中心にした摩擦撹拌接合による第1の接合部12を上面側に形成することができる。この際、ツール本体21の肩部で第1の接合部12から金属材料が飛散するのを防止する。また、摩擦撹拌接合時の摩擦熱が左右の被接合材11、11の境界線の下面側まで伝達され、この摩擦熱で各被接合材11、11により挟持されたろう材13が溶融し、ろう材13を介して被接合材11、11を接合して第2の接合部14を形成する。これにより、左右の被接合材11、11は、未接合部分を残すことなく第1、第2の接合部12、14として完全に接合される。
Thus, when the
以上説明したように本実施形態によれば、厚肉で接合面11Aに摩擦撹拌接合の及ばない部分を有する被接合材11、11同士を、それぞれの接合面11A、11Aを介して接合する際に、左右の被接合材11、11それぞれの接合面11A、11A間にろう材13を介在させる工程と、ろう材13を介して各被接合材11、11の接合面11A、11A同士を接触させる工程と、各被接合材11、11の上面から各被接合材11、11の境界線に沿って各被接合材11、11を摩擦撹拌接合すると共に接合面11A、11Aの摩擦撹拌接合の及ばない部分では摩擦撹拌接合の余熱を利用して各被接合材11、11をろう材13を介して接合する工程と、を備えているため、各被接合材11、11の接合部は、各被接合材11、11の境界線に沿って摩擦撹拌接合によって形成された第1の接合部12と、第1の接合部12以外の摩擦撹拌接合の及ばない部分が摩擦撹拌接合の余熱を利用したろう材13を介して接合された第2の接合部14と、を有する被接合材の接合構造10を得ることができる。この被接合材の接合構造10は、摩擦撹拌接合が及ばない部分を有する厚肉の被接合材11、11同士であっても摩擦撹拌接合を施すだけで摩擦撹拌接合が及ばない部分までも被接合材11、11同士をろう材13を介して未接合部分を残すことなく完全に接合することができ、被接合材の接合構造10の機械的強度を低下させることなく、機械的強度を十分に確保することができる。
As described above, according to the present embodiment, when the materials to be joined 11 and 11 having thick portions that do not reach the friction stir welding on the joining
第2の実施形態
本実施形態においても第1の実施形態と同一または相当部分には同一符号を付して本実施形態を説明する。本実施形態の被接合材の接合構造10Aは、例えば図3に示すように、第1の実施形態よりも肉厚が厚く、一回の摩擦撹拌接合では接合できない被接合材11、11を接合する場合に適用される。
Second Embodiment Also in this embodiment, the same or corresponding parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and this embodiment will be described. For example, as illustrated in FIG. 3, the bonded
本実施形態の被接合材の接合構造10Aは、例えば図3に示すように、左右の被接合材11、11の上下両面から第1の接合部12、12が形成され、第1の接合部12、12の間に第2の接合部14が第1の接合部12、12と連続して形成されている以外は、第1の実施形態に準じて構成されている。即ち、第2の接合部14は、上下の第1の接合部12、12が摩擦撹拌接合によって形成される際に、それぞれの余熱でろう材13が溶融して被接合材11、11が接合されて、第1の接合部12、12と連続して形成されている。第2の接合部14の深さL1は、上下の第1の接合部12、12の摩擦撹拌接合時の余熱によってろう材13が溶融して接合面11A、11Aを接合できる範囲内の長さであれば良い。
For example, as shown in FIG. 3, the bonded
ろう材13は、上側の第1の接合部12が摩擦撹拌接合により形成される際に溶融して摩擦撹拌接合の及ばない上半分を接合し、下側の第1の接合部12が摩擦撹拌接合により形成される際に下半分が溶融して残りの半分を接合する。上下の第1の接合部12、12は、図3に示すように、上下のツール20を同期移動させて上下同時に摩擦撹拌接合しても良く、また、時間差をつけて別々のツール20によって摩擦撹拌接合しても良い。本実施形態の被接合材の接合構造10Aは、同図からも明らかなように被接合材11が第1の実施形態よりも更に厚い肉厚の場合に適用される。尚、図3において、一点鎖線で示した領域は摩擦撹拌接合によって形成される第1の接合部12の接合部を示している。
The
本実施形態においても第1の実施形態と同様の作用効果を期することができる他、第1の実施形態よりも被接合材11の肉厚が更に厚い場合でも被接合材11、11同士を確実に接合することができる。
In the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be expected, and even when the thickness of the material 11 to be joined is larger than that of the first embodiment, the
第3の実施形態
本実施形態においても第1の実施形態と同一または相当部分には同一符号を付して本実施形態を説明する。
Third Embodiment Also in this embodiment, the same or corresponding parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and this embodiment will be described.
本実施形態の被接合材の接合方法は、第2の実施形態と同様に第1の実施形態よりも肉厚が厚く、一回の摩擦撹拌接合では接合できない被接合材11、11を接合する場合に適用され、第2の実施形態に代わる接合構造を得ることができる。
The joining method of the to-be-joined materials of this embodiment joins the to-
本実施形態では、まず、図4の(a)、(b)に示すように接合面11Aの上端部に段部11Bが形成された被接合材11を2枚準備すると共に、被接合材11、11同士を接合する際に使用する補完材15を準備する。補完材15は、被接合材11と同一金属材料が好ましいが、被接合材11と異なる金属材料であっても良い。そして、2枚の被接合材11、11の接合面11A、11Aを互いに対向させ、第1のろう材13を介して接合面11A、11Aを接触させる。これにより図4の(a)に示すように左右の被接合材11、11それぞれの段部11B、11Bが対向し、溝11Cが形成される。溝11Cの幅方向の中心には第1のろう材13が線状になって現れ、被接合材11、11の境界線として形成される。
In the present embodiment, first, as shown in FIGS. 4A and 4B, two members to be bonded 11 each having a
次いで、図4の(a)に示すようにツール20を所定の回転数で回転させながら第1のろう材13の手前端部に所定の荷重で押圧し、溝11C内の第1のろう材13、つまり左右の被接合材11、11の境界線に沿ってツール20を所定の速度で移動させてプローブ21で被接合材11、11を摩擦撹拌接合して第1の接合部12を形成する。これにより、第1、第2の実施形態と同様に第1のろう材13が摩擦撹拌接合時の余熱で溶融して第2の接合部14を形成する。そして、左右の被接合材11、11の間には溝11Cが形成されている。溝11Cの底面に形成された第1の接合部12は表面が荒れているため、底面を切削するなどして平坦化する。
Next, as shown in FIG. 4 (a), the
引き続き、図4の(b)に示すように左右の被接合材11、11で形成された溝11Cの底面に、例えば箔状の第2のろう材13Aを敷設した後、溝11C内に補完材15を嵌め込んで、補完材15で溝11Cを埋める。そして、同図の(c)に示すようにツール20を用いて、補完材15の左右両側面と溝11Cの両壁面とを摩擦撹拌接合して第3の接合部16を形成する。この摩擦撹拌接合時の余熱で溝11Cの底面と補完材15との間に介在する第2のろう材13Aの両端部がそれぞれ溶融し、被接合材11、11の溝11Cの底面と補完材15の下面とを接合して第4の接合部17を形成する。摩擦撹拌接合時の余熱が第2のろう材13Aの幅方向中央部まで及ばない時には、ツール20を用いて同図の(c)に示すように補完材15の幅方向中心に沿って摩擦撹拌接合して、第2のろう材13Aの未溶融の部分を溶融させて、被接合材11、11と補完材15とを完全に接合する。
Subsequently, as shown in FIG. 4B, for example, a foil-like
上記操作により、左右の被接合材11、11同士は、第1、第2の接合部12、14を介して接合されており、また左右の被接合材11、11それぞれの接合面11A、11Aの上部に段部11B、11Bが形成されていると共に、互いに対向する各段部11B、11Bからなる溝11Cの底面に敷設された第2のろう材13Aを介して補完材15が嵌め込まれており、且つ、各被接合材11、11と補完材15の接合部は、各被接合材11、11と補完材15の両側面との境界線に沿って各被接合材11、11と補完材15がそれぞれ摩擦撹拌接合により形成された第3の接合部16と、各被接合材11、11と補完材15の下面とが摩擦撹拌接合の余熱を利用した第2のろう材13Aを介して接合された第4の接合部17と、を有するため、左右の被接合材11、11は、補完材15との間にも未接合部を残すことなく完全に接合されて一体化した被接合材の接合構造10Bを得ることができる。
By the above operation, the left and
以上説明したように本実施形態によれば、第1のろう材13だけでは被接合材11、11同士を接合できない肉厚を有する被接合材11の場合には、第1のろう材13を挟むように左右の被接合材11、11を配置すると共に左右の段部11B、11Bで溝11Cを形成した後、第1のろう材13に沿って摩擦撹拌接合することにより第1、第2の接合部12、14を形成し、更に溝11C内に第2のろう材13Aと補完材15とを順次配置し、補完材15の左右両側面に沿って摩擦撹拌接合することにより、被接合材11、11と補完材15とを第3、第4の接合部16、17によって接合することができ、被接合材の接合構造10Bの機械的強度を低下させることなく被接合材11、11を確実に接合することができる。
As described above, according to the present embodiment, in the case of the material to be joined 11 that cannot be joined to each other by the
第4の実施形態
本実施形態の被接合材の接合構造10Cは、例えば図5に示すように、第3の実施形態の被接合材の接合構造10Bの第1の接合部14を挟んで上下それぞれに第3、第4の接合部16、17が形成された構造からなり、接合構造が略上下対称に形成されている。この接合構造10Cは、第3の実施形態での被接合材11の肉厚よりも更に厚い場合に採用される。
4th Embodiment As shown in FIG. 5, for example, as shown in FIG. 5, the bonded structure 10C of the material to be bonded according to the present embodiment is vertically arranged with the
本実施形態の被接合材の接合構造10Cは、図5に示すように、被接合材11、11の境界の肉厚の中央部に形成された第2の接合部14と、第2の接合部14の上下端にそれぞれ形成された第1の接合部12、12と、上下の第1の接合部12、12の上端及び下端に第4の接合部17を介して連続して形成された第3の接合部16と、を有している。また、第3、第4の接合部、16、17は、被接合材11、11の段部で形成された溝内に嵌め込まれた補完材15を溝に対して接合している。第1、第3の接合部12、16は、それぞれ摩擦撹拌接合により形成されている。他の第2、第4の接合部14、17は、第1、第3の接合部12、14を摩擦撹拌接合する際の余熱を受けた第1、第2のろう材13、13Aによってそれぞれ形成されている。
As shown in FIG. 5, the bonded
本実施形態の被接合材の接合構造10Cを得るためには、例えば、第3の実施形態と同一の要領で被接合材11、11の上面側から第1、第2の接合部12、14を形成した後、被接合材11、11の上面に段部によって形成された溝内に補完材15を第2のろう材13Aを介して嵌め込み、然る後。補完材15を摩擦撹拌接合して第3、第4の接合部16、17を形成することにより、被接合材11、11の上面側半分を接合する。次いで、この被接合材11、11を反転した後、第3の実施形態と同一の要領で被接合材11、11の残り半分を接合して、本実施形態の被接合材の接合構造10Cを得る。
In order to obtain the bonded structure 10C of the material to be bonded according to the present embodiment, for example, the first and
本実施形態の被接合材の接合方法で得られた被接合材の接合構造10Cも未接合部分を残すことなく完全に接合することができ、被接合材の接合構造10Cの機械的強度が低下することがない。 The bonded structure 10C of the bonded material obtained by the bonding method of the bonded material of the present embodiment can also be completely bonded without leaving an unbonded portion, and the mechanical strength of the bonded structure 10C of the bonded material is lowered. There is nothing to do.
尚、本発明は上記各実施形態に何等制限されるものではなく、必要に応じて各構成要素を適宜設計変更することができる。例えば、上記各実施形態ではろう材として箔状のものを使用しているが、本発明のろう材は箔状に制限されるものではなく、ペースト状や線状等他の形態のろう材であっても良い。ろう材は銀以外の金属からなるろう材であっても良い。また、被接合材及び補完材は、摩擦撹拌接合できる金属材料であれば、特定の金属材料に制限されるものではない。また、被接合材の肉厚が厚くなれば、被接合材の接合面に複数の段部を設け、これら複数の段部からなる幅が異なる複数溝内にそれぞれの合った補完材を嵌め込み、第2のろう材を介して接合することができる。勿論、補完材で接合する部分以外は第1、第2の接合部によって被接合材を接合する。また、摩擦撹拌接合の余熱でろう材が溶融しない場合には、被接合材を加熱しても良い。また、上記実施形態では接合面全面と同一の面積でろう材を介在させた場合について説明したが、ろう材は摩擦撹拌接合の及ばない部分のみに介在させたものであっても良い。要は、摩擦撹拌接合の及ばない部分については、摩擦撹拌接合時の余熱で溶融するろう材を介して接合する被接合材の接合方法及び被接合材の接合構造であれば、本発明に包含される。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and each component can be appropriately changed in design as necessary. For example, in each of the above embodiments, a brazing material is used as the brazing material. However, the brazing material of the present invention is not limited to a foil shape, and other forms of brazing material such as a paste or a wire. There may be. The brazing material may be a brazing material made of a metal other than silver. Moreover, if a to-be-joined material and a complementary material are metal materials which can carry out friction stir welding, it will not be restrict | limited to a specific metal material. Further, if the thickness of the material to be joined is increased, a plurality of step portions are provided on the joining surface of the material to be joined, and the respective complementary materials are fitted into the plurality of grooves having different widths composed of the plurality of step portions, It can join via a 2nd brazing material. Of course, the materials to be joined are joined by the first and second joints except for the portion to be joined by the complementary material. Further, when the brazing material is not melted by the residual heat of friction stir welding, the material to be joined may be heated. Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where a brazing material was interposed in the same area as the whole joining surface, the brazing material may be interposed only in the part which does not reach friction stir welding. In short, as far as the friction stir welding does not reach, the joining method of the material to be joined and the joining structure of the material to be joined, which are joined via the brazing material that melts with the residual heat during friction stir welding, are included in the present invention. Is done.
本発明は、厚肉の被接合材を摩擦撹拌接合する場合に好適に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used when friction stir welding is performed on thick materials to be joined.
10、10A、10B 被接合材の接合構造
11 被接合材
11A 接合面
11B 段部
11C 溝
12 第1の接合部
13 ろう材、第1のろう材
13A 第2のろう材
14 第2の接合部
15 補完材
16 第3の接合部
17 第4の接合部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
9 A plurality of step portions are formed in a step shape on at least one of the upper and lower sides of the joining surface of each of the materials to be joined, and a second brazing material is interposed in a plurality of upper and lower grooves composed of the step portions facing each other. The complementary materials are respectively fitted so that they overlap each other, and the joint portion between each of the materials to be joined and each of the complementary materials is at least at the boundary line between each of the materials to be joined and both side surfaces of each of the complementary materials. Along with each of the above-mentioned materials to be joined and each of the above-mentioned other materials is formed by friction stir welding, and each of the materials to be joined and the lower surface of each of the complementary materials uses the residual heat of the friction stir welding And a fourth joint portion joined by the second brazing material, respectively. 7. The joining structure for joining materials according to claim 5.
9
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