JP2008188664A - Joining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摩擦攪拌を利用した金属部材の接合方法に関する。 The present invention relates to a method for joining metal members using friction stirring.
金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合(FSW=Friction Stir Welding)が知られている。摩擦攪拌接合は、回転させた回転ツールを金属部材同士の突合部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。なお、回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部の下端面に攪拌ピン(プローブ)を突設してなるものが一般的である。 Friction stir welding (FSW = Friction Stir Welding) is known as a method for joining metal members. In friction stir welding, the rotated rotating tool is moved along the abutting portion between the metal members, and the metal at the abutting portion is plastically flowed by the frictional heat between the rotating tool and the metal member, so that the metal members are solid-phased. It is what is joined. In general, the rotating tool is formed by protruding a stirring pin (probe) on the lower end surface of a cylindrical shoulder portion.
摩擦攪拌を利用して肉厚の大きい金属部材同士を接合する場合には、肉厚に見合った大型の回転ツールを利用する必要があるが、特許文献1乃至特許文献3に開示されているように、金属部材の本体部の縁部に段部を形成しておけば、小型の回転ツールを使用しても、肉厚の大きな金属部材同士を接合することが可能となる。なお、特許文献1乃至特許文献3においては、段部同士を摩擦攪拌接合するだけでなく、段部同士を突き合せることで形成された凹部に継手部材を挿入し、この継手部材と金属部材の本体部とを摩擦攪拌接合することで、金属部材同士を接合している。
When joining metal members having large thicknesses using friction stirring, it is necessary to use a large rotary tool corresponding to the thickness, but as disclosed in
ところで、特許文献1乃至特許文献3においては、継手部材と金属部材とを接合する際にタブ材を利用していないが、タブ材を利用する場合には、タブ材を摩擦攪拌接合により金属部材や継手部材に固定しておくことが考えられる(特許文献4参照。)。また、特許文献1乃至特許文献3においては、継手部材と金属部材の仮接合(仮付け)を行っていないが、仮接合を行う場合には、摩擦攪拌接合を利用することが考えられる(特許文献5参照。)。
By the way, in
金属部材と継手部材とを仮接合するために行われる摩擦攪拌接合やタブ材を継手部材等に固定しておくための摩擦攪拌接合などは、本接合の前に行われる予備的な作業にすぎないことから、効率化・迅速化が望まれるところであるが、特許文献1乃至特許文献3の技術に特許文献4や特許文献5の技術を適用しただけでは、予備的な摩擦攪拌接合の効率化・迅速化を図ることができない。
Friction stir welding performed to temporarily join the metal member and the joint member, and friction stir welding to fix the tab material to the joint member, etc. are only preliminary work performed before the main joining. Therefore, efficiency and speedup are desired. However, by simply applying the techniques of Patent Documents 4 and 5 to the techniques of
このような観点から、本発明は、継手部材を利用して金属部材同士を接合する方法であって、金属部材と継手部材とを本接合する前に行われる予備的な摩擦攪拌接合を効率よく行うことが可能な接合方法を提供することを課題とする。 From such a viewpoint, the present invention is a method for joining metal members using a joint member, and efficiently performs preliminary friction stir welding performed before the metal member and the joint member are joined together. It is an object to provide a bonding method that can be performed.
このような課題を解決する本発明に係る接合方法は、本体部の縁部に前記本体部よりも肉厚の小さい段部を備える二つの金属部材の前記段部同士を突き合せ、前記本体部間に凹部を形成する突合工程と、前記凹部に継手部材を挿入し、前記継手部材を前記両本体部に突き合せるととともに、前記継手部材を挟むように一対のタブ材を配置し、前記各タブ材を前記継手部材に突き合せる継手部材配置工程と、仮接合用回転ツールを用いて、一方の前記タブ材と前記継手部材との突合部、一方の前記金属部材の前記本体部と前記継手部材との突合部、他方の前記タブ材と前記継手部材との突合部および他方の前記金属部材の前記本体部と前記継手部材との突合部に対して摩擦攪拌を行う継手仮接合工程と、前記仮接合用回転ツールよりも大型の本接合用回転ツールを用いて、一方の前記金属部材の前記本体部と前記継手部材との突合部および他方の前記金属部材の前記本体部と前記継手部材との突合部に対して摩擦攪拌を行う継手本接合工程と、を含む接合方法であって、前記継手仮接合工程では、摩擦攪拌の開始位置および終了位置を一方の前記タブ材に設け、前記開始位置に挿入した前記仮接合用回転ツールを途中で離脱させることなく前記終了位置まで相対移動させることを特徴とする。 In the joining method according to the present invention for solving such a problem, the stepped portions of two metal members each having a stepped portion having a thickness smaller than that of the main body portion at the edge portion of the main body portion are brought into contact with each other. An abutting step for forming a recess therebetween, a joint member is inserted into the recess, the joint member is butted against the two main body portions, and a pair of tab members are disposed so as to sandwich the joint member, Using a joint member arranging step for abutting the tab material to the joint member, and a rotary tool for temporary joining, the abutting portion between the one tab material and the joint member, the main body portion and the joint of the one metal member A joint provisional joining step in which friction agitation is performed on the abutting portion with the member, the abutting portion between the other tab member and the joint member, and the abutting portion between the main body portion of the other metal member and the joint member; A book larger than the rotary tool for temporary joining A joint that performs friction stirring on the abutting portion between the main body portion of one of the metal members and the joint member and the abutting portion of the main body portion of the other metal member and the joint member using a rotating tool for combination. A joining method including a main joining step, wherein in the joint temporary joining step, a friction stirring start position and an end position are provided in one of the tab members, and the temporary joining rotary tool inserted into the start position is provided. Relative movement is made to the end position without being separated on the way.
要するに本発明は、各タブ材と継手部材との突合部および継手部材と各本体部との突合部に対して連続して摩擦攪拌を行い、開始位置および終了位置以外で仮接合用回転ツールを抜き差ししないようにしたところに特徴がある。このようにすると、仮接合用回転ツールの挿入作業および離脱作業が、それぞれ一度だけになるので、予備的な摩擦攪拌接合の効率化・迅速化を図ることが可能となる。 In short, the present invention continuously stirs the abutting portions of the tab members and the joint members and the abutting portions of the joint members and the main body portions, and sets the rotary tool for temporary joining at positions other than the start position and the end position. The feature is that it is not inserted and removed. In this way, since the insertion work and the removal work of the temporary joining rotary tool are each performed once, it is possible to improve the efficiency and speed of the preliminary friction stir welding.
なお、前記継手部材配置工程において、一方の前記金属部材の前記本体部および他方の前記金属部材の前記本体部にも前記各タブ材を突き合せた場合には、前記継手仮接合工程において、前記各タブ材と前記各金属部材の前記本体部との突合部に対しても摩擦攪拌を行うことが望ましい。 In the joint member arranging step, when the tab members are also abutted against the main body portion of one of the metal members and the main body portion of the other metal member, It is desirable that the friction stir is performed also on the abutting portion between each tab member and the main body portion of each metal member.
ところで、摩擦攪拌に用いる回転ツールを右回転させた場合には、回転ツールの進行方向の左側に微細な接合欠陥が発生する虞があり、左回転させた場合には、回転ツールの進行方向の右側に微細な接合欠陥が発生する虞があることから、前記仮接合用回転ツールを右回転させた場合には、前記各タブ材と前記継手部材との突合部に対して摩擦攪拌を行う際に、前記仮接合用回転ツールの進行方向の左側に前記タブ材を位置させるとよく、前記仮接合用回転ツールを左回転させた場合には、前記各タブ材と前記継手部材との突合部に対して摩擦攪拌を行う際に、前記仮接合用回転ツールの進行方向の右側に前記タブ材を位置させるとよい。このようにすると、継手部材側に接合欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。 By the way, when the rotating tool used for friction stirring is rotated to the right, there is a risk that a fine bonding defect may occur on the left side of the rotating tool's traveling direction. Since there is a possibility that a fine bonding defect may occur on the right side, when the rotary tool for temporary bonding is rotated to the right, when the friction stir is performed on the abutting portion between each tab member and the joint member In addition, the tab material may be positioned on the left side in the advancing direction of the temporary joining rotary tool. When the temporary joining rotary tool is rotated counterclockwise, the abutment portion between each tab material and the joint member. When the friction stir is performed, the tab material may be positioned on the right side in the traveling direction of the temporary bonding rotary tool. If it does in this way, since it becomes difficult to generate | occur | produce a joint defect on the joint member side, it becomes possible to obtain a high quality joined body.
本発明に係る接合方法によれば、本接合の前に行なわれる予備的な摩擦攪拌接合の効率化・迅速化を図ることが可能となる。 According to the joining method according to the present invention, it is possible to improve the efficiency and speed of the preliminary friction stir welding performed before the main joining.
[ 第一の実施形態 ]
第一の実施形態に係る接合方法は、図1に示す金属部材10,10を直線状に繋ぎ合せる接合方法であって、(1)突合工程、(2)第一の段部接合工程、(3)継手部材配置工程、(4)継手仮接合工程、(5)継手本接合工程、(6)一体化工程、(7)第一の補修工程、(8)第二の補修工程、(9)第二の段部接合工程を含むものである。なお、本実施形態では、金属部材10の一面側から(2)〜(8)の各工程を実行する場合を例示する。
[First embodiment]
The joining method according to the first embodiment is a joining method in which the
まず、金属部材10の構成を詳細に説明する。金属部材10は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。本実施形態では、一方の金属部材10および他方の金属部材10を、同一組成の金属材料で形成している。
First, the configuration of the
図1の(a)に示すように、金属部材10は、本体部1Aと、本体部1Aの縁部に形成された段部1Bとを備えて構成されている。なお、以下の説明においては、本体部1Aの側面11,14のうち、段部1Bの表面16から立ち上がる側面11を「立上側面11」と称し、その他の側面14を露出側面14と称することとする。また、段部1Bの側面15,18(図1の(d)参照)のうち、他の段部1Bに突き合わされる側面15を「突合側面15」と称し、その他の側面18を「露出側面18」と称することとする。
As shown to (a) of FIG. 1, the
本体部1Aの立上側面11は、本実施形態では、段部1Bの表面16から垂直に立ち上がっており(図1の(c)参照)、かつ、段部1Bの突合側面15と平行である(図1の(b)参照)。
In the present embodiment, the rising
段部1Bは、本体部1Aよりも肉厚の小さい部位であり、本体部1Aの表面12を面削若しくは切除することにより形成される。図1の(c)に示すように、段部1Bの表面16は、本体部1Aの表面12から一段下がったところに位置しているが、段部1Bの裏面17は、本体部1Aの裏面13と面一になっている。また、段部1Bの突合側面15は、段部1Bの表面16に対して垂直になっている。段部1Bの奥行き寸法(本体部1Aの立上側面11から段部1Bの突合側面15までの距離)は、後記する本接合用回転ツールB(図2の(b)参照)のショルダ部B1の半径(=Y1/2)よりも大きくなっている。段部1Bの肉厚tBの大きさに特に制限はないが、本実施形態では、本体部1Aの肉厚tAの2/3に設定されている。
The
(1)突合工程 :
突合工程は、金属部材10,10の段部1B,1B同士を突き合せ、本体部1A,1A間に凹部100を形成する工程である。突合工程では、図1の(c)に示すように、一方の金属部材10の段部1Bの突合側面15に他方の金属部材10の段部1Bの突合側面15を密着させるとともに、一方の金属部材10の段部1Bの表面(上面)16と他方の金属部材10の段部1Bの表面(上面)16を面一にし、さらに、一方の金属部材10の段部1Bの裏面17と他方の金属部材10の裏面17を面一にする。なお、段部1B,1B同士を突き合せると、一方の本体部1Aの立上側面11と他方の本体部1Aの立上側面11とが、後記する本接合用回転ツールB(図2の(b)参照)のショルダ部B1の外径Y1よりも大きな間隔をあけて対向することになる。
(1) Matching process:
The abutting step is a step in which the
(2)第一の段部接合工程 :
第一の段部接合工程は、段部1B,1Bの突合部J20を表面16側から接合する工程である。本実施形態に係る第一の段部接合工程には、図1の(b)に示す段部1B,1Bとタブ材30との突合部J10、段部1B,1Bの突合部J20および段部1B,1Bとタブ材40との突合部J30を仮接合する段部仮接合工程と、仮接合された状態の突合部J20を本格的に接合する段部本接合工程と、が含まれている。
(2) First step joining process:
The first step portion joining step is a step of joining the abutting portions J20 of the
タブ材30,40は、突合部J20を挟むように配置されるものであり、図1の(a)および(b)に示すように、それぞれ、段部1B,1Bの露出側面18,18を覆い隠すことができる寸法・形状を備えている。本実施形態に係るタブ材30,40は、段部1B,1Bの露出側面18,18だけでなく、本体部1A,1Aの露出側面14,14にも突き合わされる。タブ材30,40は、それぞれ、段部1Bの厚さ寸法と同一の厚さ寸法を備えていて(図1の(d)参照)、段部1Bの表面16および裏面17と面一になるように配置され、かかる状態で溶接により本体部1A,1Aの露出側面14,14に接合される。タブ材30,40の材質に特に制限はないが、本実施形態では、金属部材10と同一組成の金属材料で形成している。
The
段部仮接合工程および段部本接合工程における接合法に特に制限はないが、本実施形態では、摩擦攪拌接合を実施する場合を例示する。 Although there is no restriction | limiting in particular in the joining method in a step part temporary joining process and a step part main joining process, In this embodiment, the case where a friction stir welding is implemented is illustrated.
まず、図2を参照して、段部仮接合工程に用いる回転ツールA(以下、「仮接合用回転ツールA」という。)および段部本接合工程に用いる回転ツールB(以下、「本接合用回転ツールB」という。)を詳細に説明する。 First, referring to FIG. 2, a rotary tool A (hereinafter referred to as “temporary joining rotary tool A”) used in the step temporary joining step and a rotary tool B (hereinafter referred to as “main joining”) used in the step temporary joining step. Rotating tool B ") will be described in detail.
図2の(a)に示す仮接合用回転ツールAは、工具鋼など金属部材10よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部A1と、このショルダ部A1の下端面A11に突設された攪拌ピン(プローブ)A2とを備えて構成されている。仮接合用回転ツールAの寸法・形状は、金属部材10の材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、本接合用回転ツールB(図2の(b)参照)よりも小型にする。このようにすると、本接合用回転ツールBを用いる場合よりも小さな負荷で摩擦攪拌接合を行うことが可能となるので、摩擦攪拌装置に掛かる負荷を低減することが可能となり、さらには、仮接合用回転ツールAの移動速度(送り速度)を本接合用回転ツールBの移動速度よりも高速にすることも可能になるので、摩擦攪拌接合に要する作業時間やコストを低減することが可能となる。
A rotating tool A for temporary joining shown in FIG. 2A is made of a metal material harder than the
ショルダ部A1の下端面A11は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位であり、本実施形態では、凹面状に成形されている。ショルダ部A1の外径X1の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、本接合用回転ツールBのショルダ部B1の外径Y1よりも小さくなっている。 The lower end surface A11 of the shoulder portion A1 is a part that plays a role of preventing plastic scattering by pressing the plastic fluidized metal, and is formed in a concave shape in this embodiment. There is no particular limitation on the size of the outer diameter X 1 of the shoulder portion A1, in the present embodiment, is smaller than the outer diameter Y 1 of the shoulder portion B1 of the joining rotation tool B.
攪拌ピンA2は、ショルダ部A1の下端面A11の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンA2の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。攪拌ピンA2の外径の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、最大外径(上端径)X2が本接合用回転ツールBの攪拌ピンB2の最大外径(上端径)Y2よりも小さく、かつ、最小外径(下端径)X3が攪拌ピンB2の最小外径(下端径)Y3よりも小さくなっている。また、攪拌ピンA2の長さLAも、本接合用回転ツールBの攪拌ピンB2の長さLBよりも小さくなっている。 The stirring pin A2 hangs down from the center of the lower end surface A11 of the shoulder portion A1, and is formed into a tapered truncated cone shape in this embodiment. In addition, a stirring blade engraved in a spiral shape is formed on the peripheral surface of the stirring pin A2. There is no particular limitation on the size of the outer diameter of the stirring pin A2, in the present embodiment, the maximum outer diameter of the maximum outer diameter (upper diameter) X 2 is stirring pin B2 rotary tool B for the joint (upper end diameter) Y less than 2, and the minimum outer diameter (bottom diameter) X 3 is smaller than the minimum outer diameter (bottom diameter) Y 3 of the stirring pin B2. The length L A of the stirring pin A2 is also smaller than the length L B of the stirring pin B2 of the main rotating tool B for joining.
図2の(b)に示す本接合用回転ツールBは、工具鋼など金属部材10よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部B1と、このショルダ部B1の下端面B11に突設された攪拌ピン(プローブ)B2とを備えて構成されている。
The main rotating tool B shown in FIG. 2B is made of a metal material harder than the
ショルダ部B1の下端面B11は、仮接合用回転ツールAと同様に、凹面状に成形されている。攪拌ピンB2は、ショルダ部B1の下端面B11の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンB2の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。攪拌ピンB2の長さLBは、段部1Bの肉厚tB(図1の(c)参照)の1/2以上3/4以下となるように設定することが望ましく、より好適には、1.01≦2LB/tB≦1.10という関係を満たすように設定することが望ましい。
The lower end surface B11 of the shoulder B1 is formed in a concave shape like the temporary joining rotary tool A. The stirring pin B2 hangs down from the center of the lower end surface B11 of the shoulder portion B1, and in the present embodiment, is formed in a tapered truncated cone shape. Further, on the peripheral surface of the stirring pin B2, a stirring blade engraved in a spiral shape is formed. The length L B of the stirring pin B2, it is desirable to set to be 1/2 or more 3/4 of the thickness t B of the stepped
段部仮接合工程では、図3に示すように、一の仮接合用回転ツールAを一筆書きの移動軌跡(ビード)を形成するように移動させて、突合部J10,J20,J30に対して連続して摩擦攪拌を行う。すなわち、摩擦攪拌の開始位置SPに挿入した仮接合用回転ツールAの攪拌ピンA2(図2の(a)参照)を途中で離脱させることなく終了位置EPまで移動させる。 In the step temporary joining step, as shown in FIG. 3, one temporary joining rotary tool A is moved so as to form a one-stroke movement trajectory (bead), and the mating parts J10, J20, J30 are moved. Friction stirring is performed continuously. That is, the stirring pin A2 (see FIG. 2A) of the temporary joining rotary tool A inserted at the friction stirring start position SP is moved to the end position E P without being removed halfway.
段部本接合工程では、図2の(b)に示す本接合用回転ツールBを使用し、仮接合された状態の突合部J20に対して段部1Bの表面(上面)16側から摩擦攪拌を行う。具体的には、図4の(a)および(b)に示すように、開始位置SMに本接合用回転ツールBの攪拌ピンB2を挿入(圧入)し、挿入した攪拌ピンB2を途中で離脱させることなく終了位置EMまで移動させる。
In the step main joining process, the main welding rotating tool B shown in FIG. 2B is used, and friction stir from the surface (upper surface) 16 side of the stepped
本接合用回転ツールBを移動させると、その攪拌ピンB2の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンB2から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して塑性化領域W1が形成されることになるが、この塑性化領域W1に含まれている可能性がある接合欠陥を低減したい場合には、必要に応じて、塑性化領域W1に対して摩擦攪拌を行う。 When the rotating tool B for main joining is moved, the metal around the stirring pin B2 is plastically fluidized at the same time, and the plastic fluidized metal is hardened again and plasticized at a position away from the stirring pin B2. Although the region W1 is formed, if it is desired to reduce the bonding defects that may be included in the plasticized region W1, friction stir is performed on the plasticized region W1 as necessary. .
前記した段部仮接合工程や段部本接合工程が終了したら、摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに、段部1Bの表面16(凹部100の底面)を面削して平滑にする。
When the step temporary joining step and the step main joining step are completed, burrs generated by friction stirring are removed, and the surface 16 (bottom surface of the recess 100) of the
(3)継手部材配置工程 :
継手部材配置工程は、図5の(a)および(b)に示すように、凹部100に継手部材20を挿入し、継手部材20を両本体部1A,1Aに突き合せるとともに、継手部材20を挟むように一対のタブ材1,2を配置し、各タブ材1,2を継手部材20に突き合せる工程である。
(3) Joint member placement process:
In the joint member arranging step, as shown in FIGS. 5A and 5B, the
なお、以下の説明においては、継手部材20の側面21,22のうち、凹部100の側面(すなわち、本体部1Aの立上側面11)に対峙する側面21を「突合側面21」と称し、その他の側面22を「露出側面22」と称することとする。また、タブ材1,2を区別する場合には、タブ材1を「第一タブ材1」と称し、タブ材2を「第二タブ材2」と称することとする。
In the following description, of the side surfaces 21 and 22 of the
継手部材20は、凹部100の底面(すなわち、段部1Bの表面16)に載置されるものである。本実施形態に係る継手部材20は、凹部100と実質的に同一の平面形状(本実施形態では、長方形)を具備する板状部材からなり、凹部100に挿入すると、突合側面21が本体部1Aの立上側面11に当接し(図6の(a)および(b)参照)、露出側面22が本体部1Aの露出側面14および段部1Bの露出側面18(図1の(a)参照)と面一になる。継手部材20の肉厚の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、凹部100の深さと同一に設定されており、継手部材20を凹部100に挿入すると、継手部材20の表面(上面)23と本体部1Aの表面(上面)12とが面一になる(図6の(b)参照)。なお、継手部材20の材質に特に制限はないが、本実施形態では、金属部材10と同一組成の金属材料で形成している。
The
タブ材1,2は、それぞれ、継手部材20の露出側面22側に現れる本体部1A,1Aと継手部材20の継ぎ目(境界線)を覆い隠すことができる寸法・形状を備えている。本実施形態に係るタブ材1,2は、継手部材20の露出側面22だけでなく、本体部1A,1Aの露出側面14,14にも突き合わされる。
The
また、タブ材1,2は、図5の(b)に示すように、それぞれ、本体部1Aの表面12および継手部材20の表面23と面一になるように設置される。なお、本実施形態では、第一タブ材1は、段部1B,1Bを接合する際に使用したタブ材30の表面(上面)に載置されるとともに、溶接により本体部1A,1Aの露出側面14,14に接合される。同様に、第二タブ材2は、段部1B,1Bを接合する際に使用したタブ材40の表面(上面)に載置されるとともに、溶接により本体部1A,1Aの露出側面14,14に接合される。
Further, as shown in FIG. 5B, the
(4)継手仮接合工程 :
継手仮接合工程は、図7に示すように、仮接合用回転ツールAを用いて、第一タブ材1と継手部材20との突合部J1(第四交点c4〜第一交点c1)、一方の金属部材10の本体部1Aと継手部材20との突合部J2(第一交点c1〜第二交点c2)、第二タブ材2と継手部材20との突合部J3(第二交点c2〜第三交点c3)および他方の金属部材10の本体部1Aと継手部材20との突合部J4(第三交点c3〜第四交点c4)に対して摩擦攪拌を行う工程である。
(4) Joint temporary joining process:
In the joint temporary joining step, as shown in FIG. 7, using the temporary joining rotary tool A, the abutting portion J1 (fourth intersection c4 to first intersection c1) between the
継手仮接合工程では、摩擦攪拌の開始位置S1および終了位置E1を第一タブ材1に設け、開始位置S1に挿入した仮接合用回転ツールAを途中で離脱させることなく終了位置E1まで相対移動させる。つまり、継手仮接合工程では、一の仮接合用回転ツールAを一筆書きの移動軌跡(ビード)を形成するように移動させて、突合部J1〜J4に対して連続して摩擦攪拌を行う。
In the joint temporary joining step, the friction stirring start position S 1 and the end position E 1 are provided in the
継手仮接合工程における摩擦攪拌の手順をより詳細に説明する。
まず、第一タブ材1の適所に設けた開始位置S1の直上に仮接合用回転ツールAを位置させ、続いて、仮接合用回転ツールAを右回転させつつ下降させて攪拌ピンA2(図2の(a)参照)を開始位置S1に押し付ける。仮接合用回転ツールAの回転速度は、攪拌ピンA2の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材10等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、500〜2000(rpm)の範囲内において設定される。
The procedure of friction stirring in the joint temporary joining process will be described in more detail.
First, it positions the rotating tool A for temporary bonding directly on the start position S 1 provided in place of the
攪拌ピンA2が第一タブ材1の表面に接触すると、摩擦熱によって攪拌ピンA2の周囲にある金属が塑性流動化し、攪拌ピンA2が第一タブ材1に挿入される。攪拌ピンA2の全体が第一タブ材1に入り込み、かつ、ショルダ部A1の下端面A11(図2の(a)参照)の全面が第一タブ材1の表面に接触したら、仮接合用回転ツールAを回転させつつ突合部J1の中央部(第一交点c1と第四交点c4との中間)に設けた仮接合起点p1に向けて相対移動させる。
When the stirring pin A2 contacts the surface of the
仮接合用回転ツールAの移動速度(送り速度)は、攪拌ピンA2の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材10等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、100〜1000(mm/分)の範囲内において設定される。なお、仮接合用回転ツールAを移動させる際には、ショルダ部A1の軸線を鉛直線に対して進行方向の後ろ側へ僅かに傾斜させてもよいが、傾斜させずに鉛直にすると、仮接合用回転ツールAの方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。仮接合用回転ツールAを移動させると、その攪拌ピンA2の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンA2から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化する。
The moving speed (feeding speed) of the temporary bonding rotary tool A is set according to the size and shape of the stirring pin A2, the material and thickness of the
仮接合用回転ツールAを相対移動させて仮接合起点p1まで連続して摩擦攪拌を行ったら、仮接合起点p1で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま突合部J1の一端である第一交点c1に向けて相対移動させ、突合部J1の一部に対して摩擦攪拌を行う。つまり、第一タブ材1と継手部材20の継ぎ目(境界線)上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って仮接合用回転ツールAを相対移動させることで、突合部J1に対して摩擦攪拌を行う。
When the frictional stirring is continuously performed up to the temporary joining starting point p1 by relatively moving the temporary joining rotating tool A, the temporary joining rotating tool A is not detached from the temporary joining starting point p1 and is directly one end of the abutting portion J1. Relative movement is performed toward one intersection c1, and friction stirring is performed on a part of the abutting portion J1. That is, the friction stir route is set on the joint (boundary line) between the
なお、仮接合用回転ツールAの攪拌ピンA2が突合部J1に入り込むと、第一タブ材1と継手部材20を引き離そうとする力が作用するが、第一タブ材1を本体部1Aに溶接しているので、第一タブ材1と金属部材10との間に目開きが発生することがない。
In addition, when the stirring pin A2 of the rotary tool A for temporary joining enters the abutting portion J1, a force acts to separate the
第一交点c1まで仮接合用回転ツールAを相対移動させたら、第一交点c1で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま第一タブ材1と一方の金属部材10の本体部1Aとの突合部J5に設けた第一中間点m1に向けて相対移動させ、突合部J5に対して摩擦攪拌を行う。つまり、突合部J1の一端である第一交点c1まで連続して摩擦攪拌を行ったら、第一交点c1で摩擦攪拌を終了させずに、第一タブ材1と本体部1Aとの継ぎ目(境界線)上に設けた摩擦攪拌のルートに沿って仮接合用回転ツールAを相対移動させることで、突合部J5に対しても摩擦攪拌を行う。なお、第一交点c1は、直線状の摩擦攪拌のルート(仮接合起点p1〜第一中間点m1)の途中に位置しているので、第一交点c1の前後で仮接合用回転ツールAの移動速度を落とす必要はない。
When the temporary joining rotary tool A is relatively moved to the first intersection c1, the
第一中間点m1まで仮接合用回転ツールAを相対移動させたら、第一中間点m1で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま第一タブ材1に突入させ、第一タブ材1に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部J2の一端でもある第一交点c1まで相対移動させる。つまり、仮接合用回転ツールAを第一中間点m1から第一交点c1に戻すための摩擦攪拌のルートを第一タブ材1に設定する。このようにすると、第一中間点m1から第一交点c1に仮接合用回転ツールAを戻す際に、金属部材10や継手部材20に接合欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。
When the temporary joining rotary tool A is relatively moved to the first intermediate point m1, the temporary joining rotary tool A is allowed to enter the
なお、突合部J1,J5に沿って設けた摩擦攪拌のルート(移動軌跡)と、第一タブ1に設けた摩擦攪拌のルート(移動軌跡)のうち、突合部J1,J5に沿う部分との離隔距離d1は、仮接合用回転ツールAのショルダ部A1の外径X1(図2の(a)参照)以上確保することが望ましい。このようにすると、第一中間点m1から第一交点c1に仮接合用回転ツールAを戻す際に、仮接合用回転ツールAの金属部材10側に接合欠陥が発生したとしても、当該接合欠陥が金属部材10や継手部材20に及び難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。
The friction stir route (movement trajectory) provided along the abutting portions J1 and J5 and the friction stir route (movement trajectory) provided on the
第一交点c1に仮接合用回転ツールAを戻したら、第一交点c1で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま突合部J2に突入させ、突合部J2に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部J2の他端である第二交点c2まで相対移動させる。つまり、第一交点c1に仮接合用回転ツールAを戻したら、一方の金属部材10の本体部1Aと継手部材20の継ぎ目(境界線)上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って仮接合用回転ツールAを相対移動させることで、突合部J2に対して摩擦攪拌を行う。なお、第一交点c1の前後で仮接合用回転ツールAの移動速度を落とす必要はない。
When the temporary joining rotary tool A is returned to the first intersection c1, the temporary joining rotary tool A is plunged directly into the abutting portion J2 at the first intersecting point c1, and friction stirring is performed on the abutting portion J2. The relative movement is made to the second intersection point c2, which is the other end of the abutting portion J2. That is, when the temporary joining rotary tool A is returned to the first intersection c1, a friction stir route is set on the joint (boundary line) between the
第二交点c2まで仮接合用回転ツールAを相対移動させたら、第二交点c2で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま第二タブ材2に突入させ、第二タブ材2に対して摩擦攪拌を行いつつ、第二タブ材2と一方の金属部材10の本体部1Aとの突合部J6に設けた第二中間点m2まで相対移動させる。つまり、第二交点c2から第二中間点m2に至る摩擦攪拌のルートを第二タブ材2に設定する。
When the temporary joining rotary tool A is relatively moved to the second intersection point c2, the temporary joining rotational tool A is not moved away from the second intersection point c2 and is plunged into the
第二中間点m2まで仮接合用回転ツールAを相対移動させたら、第二中間点m2で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま突合部J3の一端でもある第二交点c2に向けて相対移動させ、突合部J6に対して摩擦攪拌を行う。つまり、第二タブ材2と本体部1Aとの継ぎ目(境界線)上に設けた摩擦攪拌のルートに沿って仮接合用回転ツールAを相対移動させることで、突合部J6に対しても摩擦攪拌を行う。
When the temporary joining rotary tool A is relatively moved to the second intermediate point m2, the temporary joining rotary tool A is not detached at the second intermediate point m2 and is directed toward the second intersection c2 which is also one end of the abutting portion J3. Relative movement is performed, and friction agitation is performed on the abutting portion J6. In other words, the rotary tool A for temporary joining is relatively moved along the friction stir route provided on the joint (boundary line) between the
第二交点c2まで仮接合用回転ツールAを相対移動させたら、第二交点c2で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま突合部J3の他端である第三交点c3に向けて相対移動させ、突合部J3に対して摩擦攪拌を行う。つまり、第二交点c2まで連続して摩擦攪拌を行ったら、第二交点c2で摩擦攪拌を終了させずに、第二タブ材2と本体部1Aとの継ぎ目(境界線)上に設けた摩擦攪拌のルートに沿って仮接合用回転ツールAを相対移動させることで、突合部J3に対して摩擦攪拌を行う。なお、第二交点c2は、直線状の摩擦攪拌のルート(第二中間点m2〜第三中間点m3)の途中に位置しているので、第二交点c2の前後で仮接合用回転ツールAの移動速度を落とす必要はない。
When the temporary joining rotary tool A is relatively moved to the second intersection c2, the temporary joining rotary tool A is not detached at the second intersection c2 and is moved toward the third intersection c3 which is the other end of the abutting portion J3. The friction stir is performed on the abutting portion J3. That is, when the friction stir is continuously performed up to the second intersection c2, the friction provided on the joint (boundary line) between the
第三交点c3まで仮接合用回転ツールAを相対移動させたら、第三交点c3で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま第二タブ材2と他方の金属部材10の本体部1Aとの突合部J7に設けた第三中間点m3に向けて相対移動させ、突合部J7に対して摩擦攪拌を行う。つまり、突合部J3の他端である第三交点c3まで連続して摩擦攪拌を行ったら、第三交点c3で摩擦攪拌を終了させずに、第二タブ材2と本体部1Aとの継ぎ目(境界線)上に設けた摩擦攪拌のルートに沿って仮接合用回転ツールAを相対移動させることで、突合部J7に対しても摩擦攪拌を行う。なお、第三交点c3は、直線状の摩擦攪拌のルート(第二中間点m2〜第三中間点m3)の途中に位置しているので、第三交点c3の前後で仮接合用回転ツールAの移動速度を落とす必要はない。
When the temporary joining rotary tool A is relatively moved to the third intersection c3, the
第三中間点m3まで仮接合用回転ツールAを相対移動させたら、第三中間点m3で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま第二タブ材2に突入させ、第二タブ材2に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部J4の一端でもある第三交点c3まで相対移動させる。つまり、仮接合用回転ツールAを第三中間点m3から第三交点c3に戻すための摩擦攪拌のルートを第二タブ材2に設定する。
When the temporary joining rotary tool A is relatively moved to the third intermediate point m3, the temporary joining rotary tool A is allowed to enter the
第三交点c3に仮接合用回転ツールAを戻したら、第三交点c3で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま突合部J4に突入させ、突合部J4に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部J4の他端である第四交点c4まで相対移動させる。つまり、第三交点c3に仮接合用回転ツールAを戻したら、他方の金属部材10の本体部1Aと継手部材20の継ぎ目(境界線)上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って仮接合用回転ツールAを相対移動させることで、突合部J4に対して摩擦攪拌を行う。なお、第三交点c3の前後で仮接合用回転ツールAの移動速度を落とす必要はない。
When the temporary joining rotary tool A is returned to the third intersection point c3, the temporary joining rotary tool A is allowed to enter the abutting portion J4 at the third intersection point c3 without detachment, and friction agitation is performed on the abutting portion J4. The relative movement is made to the fourth intersection c4 which is the other end of the abutting portion J4. That is, when the temporary joining rotary tool A is returned to the third intersection c3, a friction stirring route is set on the joint (boundary line) between the
第四交点c4まで仮接合用回転ツールAを相対移動させたら、第四交点c4で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま第一タブ材1に突入させ、第一タブ材1に対して摩擦攪拌を行いつつ、第一タブ材1と他方の金属部材10の本体部1Aとの突合部J8に設けた第四中間点m4まで相対移動させる。つまり、第四交点c4から第四中間点m4に至る摩擦攪拌のルートを第一タブ材1に設定する。
When the temporary joining rotary tool A is relatively moved to the fourth intersection c4, the temporary joining rotary tool A is plunged into the
第四中間点m4まで仮接合用回転ツールAを相対移動させたら、第四中間点m4で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま突合部J4の他端でもある第四交点c4に向けて相対移動させ、突合部J8に対して摩擦攪拌を行う。つまり、第一タブ材1と本体部1Aとの継ぎ目(境界線)上に設けた摩擦攪拌のルートに沿って仮接合用回転ツールAを相対移動させることで、突合部J8に対しても摩擦攪拌を行う。
When the temporary joining rotary tool A is relatively moved to the fourth intermediate point m4, the temporary joining rotary tool A is not detached at the fourth intermediate point m4 and is directed to the fourth intersection c4 which is also the other end of the abutting portion J4. The friction stir is performed on the abutting portion J8. In other words, the temporary joining rotary tool A is relatively moved along the friction stir route provided on the joint (boundary line) between the
第四中間点m4から第四交点c4まで仮接合用回転ツールAを相対移動させたら、第四交点c4で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま突合部J1の中間に設けた仮接合終点p2に向けて相対移動させ、突合部J1に対して摩擦攪拌を行う。つまり、突合部J1の他端である第四交点c4まで連続して摩擦攪拌を行ったら、第四交点c4で摩擦攪拌を終了させずに、第二タブ材2と本体部1Aとの継ぎ目(境界線)上に設けた摩擦攪拌のルートに沿って仮接合用回転ツールAを相対移動させることで、突合部J1に対して摩擦攪拌を行う。なお、第四交点c4は、直線状の摩擦攪拌のルート(第四中間点m4〜仮接合終点p2)の途中に位置しているので、第四交点c4の前後で仮接合用回転ツールAの移動速度を落とす必要はない。
When the temporary joining rotary tool A is relatively moved from the fourth intermediate point m4 to the fourth intersection c4, the temporary joining is provided in the middle of the abutting portion J1 as it is without detaching the temporary joining rotary tool A at the fourth intersection c4. Relative movement is performed toward the end point p2, and friction agitation is performed on the abutting portion J1. That is, when the friction stir is continuously performed up to the fourth intersection point c4 which is the other end of the abutting portion J1, the joint between the
仮接合終点p2まで仮接合用回転ツールAを相対移動させたら、仮接合終点p2で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま第一タブ材1に突入させ、第一タブ材1に対して摩擦攪拌を行いつつ摩擦攪拌の終了位置E1まで相対移動させる。なお、本実施形態では、仮接合終点p2を仮接合起点p1と同じ位置に設けているが、仮接合起点p1と仮接合終点p2を離間させてもよい。仮接合起点p1と仮接合終点p2を離間させる場合には、仮接合終点p2を仮接合起点p1よりも第一交点c1側に設け、第四交点c4から仮接合終点p2に至る際に、仮接合起点p1よりも第一交点c1側に形成された塑性化領域(ビード)に対して再び摩擦攪拌を行うことが望ましいが、仮接合終点p2を仮接合起点p1よりも第四交点c4側に設け、仮接合起点p1と仮接合終点p2との間に未接合の部位を残置しても差し支えない。
When the temporary joining rotary tool A is relatively moved to the temporary joining end point p2, the temporary joining end tool p2 is plunged into the
仮接合用回転ツールAが終了位置E1に達したら、仮接合用回転ツールAを回転させつつ上昇させて攪拌ピンA2(図2の(a)参照)を終了位置E1から離脱させる。 Once the temporary joining rotation tool A reaches the end position E 1, disengaging the rotating tool A for temporary joining is raised while rotating stirring pin A2 (see FIG. 2 (a)) from the end position E 1.
なお、仮接合用回転ツールAを右回転させた場合には、仮接合用回転ツールAの進行方向の左側に微細な接合欠陥が発生する虞があるので、タブ材1,2と継手部材20との突合部J1,J3およびタブ材1,2と本体部1Aとの突合部J5〜J8に沿って摩擦攪拌を行う際には、仮接合用回転ツールAの進行方向の左側にタブ材1,2が位置するように摩擦攪拌のルートを設定することが望ましい。つまり、仮接合用回転ツールAを右回転させた場合には、仮接合用回転ツールが継手部材20の外縁に沿って右回りに移動するように仮接合起点p1から仮接合終点p2に至る摩擦攪拌のルートを設定することが望ましい。このようにすると、継手部材20側に接合欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。
When the temporary joining rotary tool A is rotated to the right, there is a possibility that a fine joining defect may occur on the left side in the traveling direction of the temporary joining rotary tool A. Therefore, the
ちなみに、仮接合用回転ツールAを左回転させた場合には、仮接合用回転ツールAの進行方向の右側に微細な接合欠陥が発生する虞があるので、タブ材1,2と継手部材20との突合部J1,J3およびタブ材1,2と本体部1Aとの突合部J5〜J8に沿って摩擦攪拌を行う際には、仮接合用回転ツールAの進行方向の右側にタブ材1,2が位置するように摩擦攪拌のルートを設定することが望ましい。つまり、仮接合用回転ツールAを左回転させた場合には、仮接合用回転ツールが継手部材20の外縁(外周)に沿って左回りに移動するように仮接合起点p1から仮接合終点p2に至る摩擦攪拌のルートを設定することが望ましい。
Incidentally, when the temporary joining rotary tool A is rotated counterclockwise, there is a possibility that a fine joining defect may occur on the right side in the advancing direction of the temporary joining rotary tool A. Therefore, the
(5)継手本接合工程 :
継手本接合工程は、仮接合用回転ツールAよりも大型の本接合用回転ツールBを用いて、突合部J2,J4に対して摩擦攪拌を行う工程である。
(5) Joint final joining process:
The joint main joining step is a step of performing frictional stirring on the abutting portions J2 and J4 by using the main joining rotating tool B larger than the temporary joining rotating tool A.
継手本接合工程では、図8に示すように、摩擦攪拌の開始位置S2および終了位置E2を第一タブ材1に設け、開始位置S2に挿入した本接合用回転ツールBを途中で離脱させることなく終了位置E2まで相対移動させる。つまり、継手本接合工程では、一の本接合用回転ツールBを一筆書きの移動軌跡(ビード)を形成するように移動させて、突合部J2,J4に対して連続して摩擦攪拌を行う。
Fitting in this bonding process, as shown in FIG. 8, it provided the starting position S 2 and the end position E 2 of the friction stir in the
継手本接合工程をより詳細に説明する。継手本接合工程では、まず、開始位置S2に形成した図示せぬ下穴の直上に本接合用回転ツールBを位置させ、続いて、本接合用回転ツールBを右回転させつつ下降させて攪拌ピンB2(図2の(b)参照)の先端を図示せぬ下穴に挿入する。本接合用回転ツールBの回転速度は、攪拌ピンB2の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材10等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであり、多くの場合、70〜700(rpm)の範囲内において設定される。
The joint main joining process will be described in more detail. Fitting in this bonding step, first, to position the main bonding rotating tool B immediately above the lower hole (not shown) formed at the start position S 2, followed by is lowered while the present joining rotation tool B is rotated clockwise The tip of the stirring pin B2 (see FIG. 2B) is inserted into a pilot hole (not shown). The rotational speed of the main rotating tool B is set according to the size and shape of the stirring pin B2, the material of the
攪拌ピンB2の全体が第一タブ材1に入り込み、かつ、ショルダ部B1の下端面B11(図2の(b)参照)の全面が第一タブ材1の表面に接触したら、摩擦攪拌を行いながら突合部J2の一端(第一交点c1)に向けて本接合用回転ツールBを相対移動させ、さらに、突合部J2に突入させる。本接合用回転ツールBを移動させると、その攪拌ピンB2の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンB2から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して塑性化領域W2が形成される。
When the entire stirring pin B2 enters the
本接合用回転ツールBの移動速度(送り速度)は、攪拌ピンB2の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材10等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、30〜300(mm/分)の範囲内において設定される。なお、本接合用回転ツールBを移動させる際には、ショルダ部B1(図2の(b)参照)の軸線を鉛直線に対して進行方向の後ろ側へ僅かに傾斜させてもよいが、傾斜させずに鉛直にすると、本接合用回転ツールBの方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。
The moving speed (feeding speed) of the rotating tool B for welding is set in accordance with the size and shape of the stirring pin B2, the material and thickness of the
金属部材10および継手部材20への入熱量が過大になる虞がある場合には、本接合用回転ツールBの周囲に水を供給するなどして冷却することが望ましい。なお、突合部J2等に冷却水が入り込むと、接合面に酸化皮膜を発生させる虞があるが、本実施形態においては、継手仮接合工程を実行して金属部材10(本体部1A)と継手部材20の目地を閉塞しているので、突合部J2等に冷却水が入り込み難く、したがって、接合部の品質を劣化させる虞がない。
When there is a possibility that the amount of heat input to the
突合部J2に本接合用回転ツールBを突入させたら、本体部1Aと継手部材20の継ぎ目上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って本接合用回転ツールBを相対移動させることで、突合部J2の一端(第一交点c1)から他端(第二交点c2)まで連続して摩擦攪拌を行う。
When the main welding rotary tool B is inserted into the abutting portion J2, a friction stir route is set on the joint between the
突合部J2の他端(第二交点c2)まで本接合用回転ツールBを相対移動させたら、本接合用回転ツールBを離脱させずにそのまま第二タブ材2に突入させ、第二タブ材2に対して摩擦攪拌を行いつつ、突合部J4の一端(第三交点c3)まで相対移動させる。つまり、第二交点c2から第三交点c3に至る摩擦攪拌のルートを第二タブ材2に設定する。
When the main welding rotary tool B is relatively moved to the other end (second intersection c2) of the abutting portion J2, the main rotating tool B is not released but is allowed to enter the
なお、第二タブ2に設けた摩擦攪拌のルート(移動軌跡)のうち、突合部J3に沿う部分との離隔距離d2は、本接合用回転ツールBのショルダ部B1の外径Y1(図2の(b)参照)以上確保することが望ましい。このようにすると、本接合用回転ツールBを突合部J4の一端(第三交点c3)に移動させる際に、本接合用回転ツールBの継手部材20側に接合欠陥が発生したとしても、当該接合欠陥が継手部材20に及び難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。
Of the friction stir route (movement trajectory) provided on the
突合部J4の一端(第三交点c3)まで本接合用回転ツールBを相対移動させたら、第三交点c3で本接合用回転ツールBを離脱させずにそのまま突合部J4に突入させ、突合部J4に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部J4の他端である第四交点c4まで相対移動させる。つまり、突合部J4の一端まで本接合用回転ツールBを相対移動させたら、他方の金属部材10の本体部1Aと継手部材20の継ぎ目(境界線)上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って本接合用回転ツールBを相対移動させることで、突合部J4に対して摩擦攪拌を行う。
When the main welding rotary tool B is relatively moved to one end (third intersection c3) of the abutting portion J4, the main joining rotating tool B is not separated from the main joining rotary tool B at the third intersection c3, and is directly entered into the abutting portion J4. J4 is relatively moved to the fourth intersection c4 which is the other end of the abutting portion J4 while performing frictional stirring. That is, when the rotary tool B for welding is relatively moved to one end of the abutting portion J4, a route of friction stirring is set on the joint (boundary line) between the
突合部J4の他端(第四交点c4)まで本接合用回転ツールBを相対移動させたら、本接合用回転ツールBを離脱させずにそのまま第一タブ材1に突入させ、第一タブ材1に対して摩擦攪拌を行いつつ終了位置E2まで相対移動させる。
When the main joining rotary tool B is relatively moved to the other end (fourth intersection c4) of the abutting portion J4, the main joining rotary tool B is not released and is allowed to enter the
本接合用回転ツールBが終了位置E2に達したら、本接合用回転ツールBを離脱させずにそのまま後記する一体化工程に移行する。なお、本接合用回転ツールBが終了位置E2に達した時点で、攪拌ピンB2を終了位置E2から離脱させても差し支えない。 When the joining rotation tool B reaches the end position E 2, the process proceeds to directly below integrated process without leaving the main bonding rotating tool B. Incidentally, no problem at the time this joining rotation tool B has reached the end position E 2, even if disengage the stirring pin B2 from the end position E 2.
(6)一体化工程 :
一体化工程は、図9の(b)に示すように、本体部1A,1Aで挟まれた領域に対して継手部材20の上面側から摩擦攪拌を行い、継手部材20の上面から段部1B,1Bの少なくとも上部までを塑性流動化させる工程である。一体化工程を経ると、段部1B,1Bと継手部材20とが摩擦攪拌接合されて一体になる。
(6) Integration process:
In the integration step, as shown in FIG. 9B, friction stirring is performed from the upper surface side of the
一体化工程では、図9の(a)に示すように、継手部材20の全体に塑性化領域が形成されるように、継手部材20を複数回横断(あるいは縦断)する摩擦攪拌のルートを設定する。本実施形態では、一筆書きの移動軌跡(ビード)を形成するように、摩擦攪拌の開始位置S3(本実施形態では、継手本接合工程の終了位置E2)に挿入した本接合用回転ツールBを途中で離脱させることなく終了位置E3まで相対移動させる。
In the integration step, as shown in FIG. 9A, a route of friction agitation is set for traversing the joint member 20 a plurality of times (or longitudinally) so that a plasticized region is formed in the entire
一体化工程をより詳細に説明する。一体化工程では、まず、本接合用回転ツールBを継手部材20に突入させ、段部1Bの上部および継手部材20に対して摩擦攪拌を行いつつ(図9の(b)参照)、突合部J4(図5参照)に沿って継手部材20の第二タブ材2側の縁部まで相対移動させる。
The integration process will be described in more detail. In the integration step, first, the main rotating tool B is inserted into the
なお、継手部材20を最初に横断させる際の摩擦攪拌のルート(一回目の横断ルート)は、図9の(b)に示すように、継手本接合工程により突合部J4に形成された移動軌跡(塑性化領域W2)の一部が再び摩擦攪拌されるように設定することが望ましい。つまり、一回目の横断ルートと突合部J4との離隔距離d3は、本接合用回転ツールBのショルダ部B1の外径Y1(図2の(b)参照)よりも小さくすることが望ましい。
Note that the friction stir route (first traverse route) when traversing the
継手部材20の第二タブ材2側の縁部まで本接合用回転ツールBを相対移動させたら、図9の(a)に示すように、本接合用回転ツールBを離脱させずにそのまま第二タブ材2に突入させ、第二タブ材2に対して摩擦攪拌を行いつつ本接合用回転ツールBをUターンさせる。
When the main welding rotary tool B is relatively moved to the edge of the
次に、本接合用回転ツールBを再び継手部材20に突入させ、段部1Bの上部および継手部材20に対して摩擦攪拌を行いつつ(図9の(b)参照)、突合部J4に沿って継手部材20の第一タブ材1側の縁部まで相対移動させ、さらに、本接合用回転ツールBを離脱させずにそのまま第一タブ材1に突入させ、第一タブ材1に対して摩擦攪拌を行いつつ本接合用回転ツールBをUターンさせる。その後、継手部材20の横断と第一タブ材1または第二タブ材2でのUターンを繰り返し、継手部材20の全部に対して摩擦攪拌を行う。
Next, the rotary tool B for main joining is again plunged into the
なお、図9の(b)に示すように、本接合用回転ツールBをUターンさせた後の摩擦攪拌のルート(二回目以降の横断ルート)は、Uターンさせる前に形成された塑性化領域W3の一部が再び摩擦攪拌されるように設定することが望ましい。つまり、継手部材20をn回(nは2以上の自然数)以上横断させる場合には、n回目の横断ルートと(n−1)回目の横断ルートとの離隔距離d3’を、本接合用回転ツールBのショルダ部B1の外径Y1(図2の(b)参照)よりも小さくすることが望ましい。また、継手部材20を最後に横断させる際の摩擦攪拌のルートは、継手本接合工程により突合部J2に形成された移動軌跡(塑性化領域W2)の一部が再び摩擦攪拌されるように設定することが望ましい。
As shown in FIG. 9 (b), the friction stir route (second and subsequent crossing routes) after the U-turn of the main rotating tool B for welding is the plasticization formed before the U-turn. It is desirable to set so that a part of the region W3 is frictionally stirred again. That is, when the
両本体部1A,1Aで挟まれた領域に対する摩擦攪拌が終了したら、図9の(a)に示すように、本接合用回転ツールBを第一タブ材1(場合によっては第二タブ材2でもよい)に設けた終了位置E3まで相対移動させたうえで、第一タブ材1から離脱させる。
When the frictional stirring for the region sandwiched between the two
なお、本実施形態では、第一タブ材1または第二タブ材2において本接合用回転ツールBをUターンさせているが、継手部材20の縁部において本接合用回転ツールBをUターンさせてもよい。つまり、第一タブ材1または第二タブ材2に本接合用回転ツールBを突入させずに、Uターンさせてもよい。
In this embodiment, the main welding rotary tool B is U-turned in the
(7)第一の補修工程 :
第一の補修工程は、図10に示すように、継手本接合工程および一体化工程により継手部材20に形成された塑性化領域W2,W3に対して摩擦攪拌を行う工程であり、本接合用回転ツールBの移動方向に沿って形成された接合欠陥や本接合用回転ツールBが第一タブ材1と継手部材20との境界を横切る際に巻き込んだ酸化皮膜を分断することを主たる目的としている。
(7) First repair process:
As shown in FIG. 10, the first repairing step is a step of performing frictional stirring on the plasticized regions W2 and W3 formed in the
第一の補修工程では、継手部材20の上面側から塑性化領域W2,W3に挿入した補修用回転ツールCを、継手部材20の露出側面22(図5の(a)参照)に沿う方向に相対移動させることで、塑性化領域W2,W3に対して摩擦攪拌を行う。第一の補修工程では、摩擦攪拌の開始位置S4および終了位置E4を第一タブ材1に設け、開始位置S4に挿入した補修用回転ツールCを途中で離脱させることなく終了位置E4まで相対移動させる。
In the first repair process, the repair rotary tool C inserted into the plasticized regions W2 and W3 from the upper surface side of the
なお、第一の補修工程では、本接合用回転ツールBよりも小型の補修用回転ツールCを用いて摩擦攪拌を行う。このようにすると、塑性化領域が必要以上に広がることを防止することが可能となる。 In the first repair process, friction stirring is performed using a repair rotary tool C smaller than the main joining rotary tool B. If it does in this way, it will become possible to prevent that a plasticization area | region spreads more than necessary.
補修用回転ツールCは、仮接合用回転ツールAと同様に、工具鋼など金属部材10よりも硬質の金属材料からなり、図10の(b)に示すように、円柱状を呈するショルダ部と、このショルダ部の下端面に突設された攪拌ピン(プローブ)とを備えて構成されている。なお、図2の(b)に示す本接合用回転ツールBによる接合欠陥は、攪拌ピンB2の上端から1/3までの範囲に形成されることが多いので、補修用回転ツールCの攪拌ピンの長さは、本接合用回転ツールBの攪拌ピンB2の長さLB(図2の(b)参照)の1/3以上とすることが望ましいが、1/2よりも大きくなると、塑性化領域が必要以上に広がる虞があるので、1/2以下とすることが望ましい。なお、攪拌ピンの最大外径(上端径)および最小外径(下端径)の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、それぞれ、本接合用回転ツールBの攪拌ピンB2の最大外径(上端径)Y2および最小外径(下端径)Y3よりも小さくなっている。
The repair rotary tool C is made of a metal material harder than the
第一の補修工程における摩擦攪拌の手順をより詳細に説明する。
まず、図10の(a)に示すように、第一タブ材1に設けた開始位置S4の直上に補修用回転ツールCを位置させ、続いて、補修用回転ツールCを右回転させつつ下降させて攪拌ピンを開始位置S4に押し付ける。補修用回転ツールCを挿入する際に、金属表面の酸化皮膜を巻き込む虞があるが、摩擦攪拌の開始位置S4を第一タブ材1に設けておけば、最終製品となる金属部材10や継手部材20に酸化皮膜が混入し難くなる。なお、補修用回転ツールCの回転速度は、攪拌ピンの寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材10等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、500〜2000(rpm)の範囲内において設定される。
The procedure of friction stirring in the first repair process will be described in more detail.
First, as shown in (a) of FIG. 10, to position the repairing rotating tool C immediately above the start position S 4 provided on the
補修用回転ツールCを開始位置S4に挿入したら、第一タブ材1に対して摩擦攪拌を行いつつ一方の本体部1Aに設けた補修起点q1まで相対移動させる。補修起点q1まで連続して摩擦攪拌を行ったら、補修起点q1で補修用回転ツールCを離脱させずにそのまま他方の本体部1Aに設けた補修終点q2に向けて相対移動させる。
After inserting the repairing rotating tool C to start position S 4, it is moved relative to the repair origin q1 provided on one of the
また、補修起点q1から補修終点q2に至る摩擦攪拌のルートは、継手部材20(より詳細には、継手部材20が存在していた場所)に設け、露出側面22に沿う方向に補修用回転ツールCを相対移動させる際に、補修用回転ツールCのショルダ部を露出側面22から離間させるとよい。つまり、補修起点q1から補修終点q2に至る摩擦攪拌のルートと突合部J1との離隔距離d4を、補修用回転ツールCのショルダ部の外径の半分以上確保するとよい。このようにすると、継手部材20(図10の(b)参照)の露出側面22に形成されていた酸化皮膜が継手部材20側に巻き込まれ難くなるので、接合部の品質を向上させることが可能となる。なお、本接合用回転ツールBが第一タブ材1と継手部材20とを横切る際に巻き込んだ酸化皮膜の分断を確実なものとするためには、離隔距離d4を、補修用回転ツールCのショルダ部の外径以下、より好適には、3/4以下とすることが望ましい。
Further, the friction stir route from the repair start point q1 to the repair end point q2 is provided in the joint member 20 (more specifically, the place where the
補修終点q2まで連続して摩擦攪拌を行ったら、補修終点q2で補修用回転ツールCを離脱させずにそのまま第一タブ材1に向かって相対移動させ、終了位置E4に達したら、第一タブ材1から離脱させる。補修用回転ツールCを離脱させると、抜き穴が形成されることになるが、第一タブ材1に摩擦攪拌の終了位置E4を設けておけば、最終製品となる金属部材10や継手部材20に抜き穴が形成されることを防ぐことができる。
After performing friction stir continuously until repair end point q2, After repair end point q2 the repairing rotating tool C toward the
なお、本実施形態のように、補修起点q1および補修終点q2を塑性化領域W2,W3の外側に設けると、露出側面22の全域に亘って摩擦攪拌が施されることになる。つまり、開始位置S4に挿入した補修用回転ツールCを一方の本体部1Aまで相対移動させた後に、露出側面22(すなわち、継手部材20と第一タブ材1との境界面)に沿って他方の本体部1Aまで相対移動させ、その後、終了位置E4まで相対移動させると、露出側面22に開口するような接合欠陥をより一層高い確実性をもって閉塞することが可能となる。
In addition, when the repair start point q1 and the repair end point q2 are provided outside the plasticized regions W2 and W3 as in the present embodiment, friction agitation is performed over the entire exposed
また、本実施形態のように、補修用回転ツールCを右回転させた場合には、補修用回転ツールCの進行方向の左側に微細な接合欠陥が発生する虞があるので、露出側面22に沿う方向に補修用回転ツールCを相対移動させる際の進行方向の左側に第一タブ材1が位置するように、摩擦攪拌のルート(すなわち、開始位置S4、補修起点q1、補修終点q2、終了位置E4)を設定するとよい。このようにすると、最終製品となる継手部材20側に接合欠陥が発生し難くなるので、接合部の品質をより一層向上させることが可能となる。
Further, when the repair rotary tool C is rotated to the right as in the present embodiment, there is a possibility that a fine bonding defect may occur on the left side in the traveling direction of the repair rotary tool C. The friction stir route (ie, start position S 4 , repair
ちなみに、補修用回転ツールCを左回転させた場合には、補修用回転ツールCの進行方向の右側に微細な接合欠陥が発生する虞があるので、露出側面22に沿う方向に補修用回転ツールCを相対移動させる際の進行方向の右側に第一タブ材1が位置するように、摩擦攪拌のルートを設定するとよい。
Incidentally, if the repair rotary tool C is rotated counterclockwise, there is a possibility that a fine joint defect may occur on the right side of the traveling direction of the repair rotary tool C. The route of friction stirring may be set so that the
(8)第二の補修工程 :
第二の補修工程は、第一の補修工程と同様に、継手本接合工程および一体化工程により継手部材20に形成された塑性化領域W2,W3に対して摩擦攪拌を行う工程であるが、本接合用回転ツールBの移動方向に沿って形成された接合欠陥や本接合用回転ツールB(図2の(b)参照)が第二タブ材2と継手部材20との境界を横切る際に巻き込んだ酸化皮膜を分断することを主たる目的としている。なお、第一の補修工程よりも先に第二の補修工程を行なっても勿論差し支えない。
(8) Second repair process:
The second repairing step is a step of performing frictional stirring on the plasticized regions W2 and W3 formed in the
第二の補修工程では、継手部材20の上面側から塑性化領域W2、W3に挿入した補修用回転ツールCを、継手部材20(図10の(b)参照)の露出側面22に沿う方向に相対移動させることで、塑性化領域W2,W3に対して摩擦攪拌を行う。第二の補修工程では、摩擦攪拌の開始位置S5および終了位置E5を第二タブ材2に設け、開始位置S5に挿入した補修用回転ツールCを途中で離脱させることなく終了位置E5まで相対移動させる。
In the second repair step, the repair rotary tool C inserted into the plasticizing regions W2 and W3 from the upper surface side of the
第二の補修工程が終了したら、継手本接合工程、一体化工程、第一の補修工程および第二の補修工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去する。 When the second repair process is completed, burrs generated by friction stir in the joint main joining process, the integration process, the first repair process, and the second repair process are removed.
(9)第二の段部接合工程 :
第二の段部接合工程は、段部1B,1Bの突合部J20を裏面17側から接合する工程である。段部1B,1Bの裏面17側を接合する場合には、図11に示すように、金属部材10,10を裏返し、裏面17を上にしたうえで、本接合用回転ツールBを使用して、突合部J20に対して金属部材10の裏面17側から摩擦攪拌を行う。第二の段部接合工程において突合部J20に対して摩擦攪拌を行う際には、第一の段部接合工程で形成された塑性化領域W1に本接合用回転ツールBの攪拌ピンB2を入り込ませつつ摩擦攪拌を行う。このようにすると、塑性化領域W1の深部が、攪拌ピンB2によって再び摩擦攪拌されることになるので、塑性化領域W1の深部に接合欠陥が連続的に形成されていたとしても、当該接合欠陥を分断して不連続にすることが可能となり、ひいては、接合部における気密性や水密性を向上させることが可能となる。
(9) Second step joining step:
A 2nd step part joining process is a process of joining the butt | matching part J20 of
第二の段部接合工程により段部1Bに形成された塑性化領域W4に含まれている可能性がある接合欠陥を低減したい場合には、必要に応じて、塑性化領域W4に対して摩擦攪拌を行う。
When it is desired to reduce the bonding defects that may be included in the plasticized region W4 formed in the stepped
第二の段部接合工程が終了したら、摩擦攪拌により発生したバリを除去し、さらに、タブ材1,2,30,40を切除する。
When the second step joining step is completed, burrs generated by friction stirring are removed, and the
なお、第二の段部接合工程は、前記した継手部材配置工程の前に行ってもよい。この場合には、第二の段部接合工程が終了した時点で、再度、金属部材10,10を裏返し、その後、継手部材配置工程以後の各工程を行なう。
In addition, you may perform a 2nd step part joining process before an above-described joint member arrangement | positioning process. In this case, when the second step joining process is completed, the
以上のような(1)〜(9)の工程を経ることで、肉厚が40(mm)を超えるような極厚の金属部材10,10を接合する場合であっても、接合部における気密性や水密性を向上させることが可能となる。
Even when the extremely
以上説明した第一の実施形態に係る接合方法によれば、図7を参照して説明した継手仮接合工程において、各タブ材1,2と継手部材20との突合部J1,J3および継手部材20と各本体部1Aとの突合部J2,J4に対して連続して摩擦攪拌を行い、開始位置S1および終了位置E1以外で仮接合用回転ツールBを抜き差ししないようにしたので、仮接合用回転ツールAの挿入作業および離脱作業が、それぞれ一度だけになり、ひいては、予備的な摩擦攪拌接合の効率化・迅速化を図ることが可能となる。
According to the joining method according to the first embodiment described above, in the joint temporary joining step described with reference to FIG. 7, the abutting portions J1 and J3 of the
なお、本実施形態では、継手仮接合工程において仮接合起点p1を突合部J1の中央部(第一交点c1と第四交点c4との中間)に設けた場合を例示したが、仮接合起点p1の位置を限定する趣旨ではない。例えば、図12の(a)に示す継手仮接合工程のように、仮接合用回転ツールAを右回転させた場合であれば、仮接合起点p1を第一交点c1に設けるとともに仮接合終点p2を第一中間点m1に設け、開始位置S1,第一交点c1(仮接合起点p1),第二交点c2,…,第四交点c4,第一交点c1,第一中間点m1(仮接合終点p2),終了位置E1の順で摩擦攪拌を行ってもよいし、図12の(b)に示す継手仮接合工程のように、仮接合起点p1を第四中間点m4に設けるとともに仮接合終点p2を第四交点c4に設け、開始位置S1,第四中間点m4(仮接合起点p1),第四交点c4,第一交点c1,…,第三交点c3,第四交点c4(仮接合終点p2),終了位置E1の順で摩擦攪拌を行ってもよい。 In the present embodiment, the provisional joining start point p1 is exemplified in the central part of the abutting portion J1 (intermediate between the first intersection point c1 and the fourth intersection point c4) in the joint provisional joining step. It is not intended to limit the position of. For example, if the temporary joining rotary tool A is rotated clockwise as in the joint temporary joining step shown in FIG. 12A, the temporary joining starting point p1 is provided at the first intersection c1 and the temporary joining end point p2 is provided. Are provided at the first intermediate point m1, the start position S 1 , the first intersection point c1 (temporary joining starting point p1), the second intersection point c2, ..., the fourth intersection point c4, the first intersection point c1, the first intermediate point m1 (temporary joining point) end point p2), may be carried out friction stir in the order of the end position E 1, as joint temporary bonding step shown in FIG. 12 (b), provisionally provided with a temporary bonding origin p1 fourth midpoint m4 The junction end point p2 is provided at the fourth intersection c4, the start position S 1 , the fourth intermediate point m4 (temporary junction start point p1), the fourth intersection c4, the first intersection c1,..., The third intersection c3, the fourth intersection c4 ( temporarily joined end point p2), it may be carried out friction stir in the order of the end position E 1.
また、本実施形態では、継手仮接合工程においてタブ材1,2と本体部1Aとの突合部J5〜J8に対しても連続して摩擦攪拌を行う場合を例示したが、突合部J5〜J8に対する摩擦攪拌を省略してもよい。この場合には、各交点c1〜c4において仮接合用回転ツールAの進行方向を変更し、継手部材20の外縁に沿って連続して摩擦攪拌を行えばよい。
Moreover, in this embodiment, although the case where friction stirring was continuously performed also with respect to the abutting part J5-J8 of the
また、第一の実施形態に係る接合方法によれば、継手本接合工程および一体化工程により継手部材20と段部1Bとの一体化を図った後に、第一の補修工程および第二の補修工程を行なっているので、継手本接合工程や一体化工程により形成された塑性化領域の中に、露出側面22に開口するような接合欠陥が形成されていたとしても、当該接合欠陥を高い確実性をもって閉塞することが可能となる。つまり、本実施形態に係る接合方法によれば、接合部の美観や気密性・水密性を低下させるような接合欠陥が形成され難くなる。また、継手本接合工程や一体化工程により形成された塑性化領域には、継手部材20の露出側面22に形成されていた酸化皮膜が巻き込まれている虞があるが、本発明によれば、このような酸化皮膜も第一の補修工程および第二の補修工程における摩擦攪拌によって分断することが可能となるので、接合欠陥が発生し難くなる。
Further, according to the joining method according to the first embodiment, after the
[ 第二の実施形態 ]
前記した第一の実施形態では、金属部材10,10を直線状に繋ぎ合せる場合を例示したが、金属部材10,10をL字状やT字状に繋ぎ合せる場合にも前記した手法を適用することができる。なお、以下では、金属部材10,10をL字状に繋ぎ合せる場合を例示する。
[Second embodiment]
In the first embodiment described above, the case where the
第二の実施形態に係る接合方法は、図13に示す金属部材10,10をL字状に繋ぎ合せる接合方法であって、(1)突合工程、(2)第一の段部接合工程、(3)継手部材配置工程、(4)継手仮接合工程、(5)継手本接合工程、(6)一体化工程、(7)第一の補修工程、(8)第二の補修工程、(9)第二の段部接合工程を含むものである。なお、本実施形態では、金属部材10の一面側から(2)〜(8)の各工程を実行する場合を例示する
The joining method according to the second embodiment is a joining method in which the
(1)突合工程 :
突合工程は、図13の(a)に示すように、金属部材10,10の段部1B,1B同士を突き合せ、本体部1A,1A間に凹部100を形成する工程である。本実施形態では、接合すべき金属部材10,10をL字状に配置し、図13の(b)に示すように、一方の金属部材10の段部1Bの突合側面15に他方の金属部材10の段部1Bの突合側面15を密着させる。
(1) Matching process:
As shown in FIG. 13A, the abutting step is a step in which the
(2)第一の段部接合工程 :
第一の段部接合工程は、段部1B,1Bの突合部J20を接合する工程である。本実施形態では、段部1B,1Bとタブ材30との突合部J10、段部1B,1Bの突合部J20および段部1B,1Bとタブ材40との突合部J30を仮接合する段部仮接合工程と、仮接合された状態の突合部J20を本格的に接合する段部本接合工程と、を具備している。
(2) First step joining process:
A 1st step part joining process is a process of joining the butt | matching part J20 of
タブ材30,40は、段部1B,1Bの突合部J20を挟むように配置されるものであり、それぞれ、段部1B,1Bの露出側面18,18を覆い隠すことができる寸法・形状を備えている。本実施形態に係るタブ材30,40は、段部1B,1Bの露出側面18,18だけでなく、本体部1A,1Aの露出側面14,14にも突き合わされる。なお、タブ材40は、金属部材10,10により形成された入隅部(金属部材10,10の内側の側面により形成された角部)に配置する。
The
段部仮接合工程では、図14に示すように、一の仮接合用回転ツールAを一筆書きの移動軌跡(ビード)を形成するように移動させて、突合部J10,J20,J30に対して連続して摩擦攪拌を行う。すなわち、摩擦攪拌の開始位置SPに挿入した仮接合用回転ツールAの攪拌ピンを途中で離脱させることなく終了位置EPまで移動させる。 In the step temporary joining step, as shown in FIG. 14, one temporary joining rotary tool A is moved so as to form a one-stroke writing trajectory (bead), and with respect to the abutting portions J10, J20, and J30. Friction stirring is performed continuously. That is moved to the end position E P without disengaging the stirring pin start position S P to the inserted rotating temporary welding tool A friction stir halfway.
段部本接合工程では、図15に示すように、本接合用回転ツールBを使用し、仮接合された状態の突合部J20に対して段部1Bの表面16側から摩擦攪拌を行う。具体的には、開始位置SMに本接合用回転ツールBの攪拌ピンB2を挿入(圧入)し、挿入した攪拌ピンB2を途中で離脱させることなく終了位置EMまで移動させる。なお、段部本接合工程において形成された塑性化領域W1に含まれている可能性がある接合欠陥を低減したい場合には、必要に応じて、塑性化領域W1に対して摩擦攪拌を行う。
In the step main joining step, as shown in FIG. 15, the rotary tool B for main joining is used, and friction agitation is performed from the
前記した段部仮接合工程や段部本接合工程が終了したら、摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに、段部1Bの表面16を面削して平滑にする。
When the stepped temporary joining step and the stepped main joining step are completed, burrs generated by friction stirring are removed, and the
(3)継手部材配置工程 :
継手部材配置工程は、図16の(a)および(b)に示すように、凹部100に継手部材20を挿入し、継手部材20の側面21を両本体部1A,1Aに突き合せるとともに、継手部材20を挟むように一対のタブ材1,2を配置し、各タブ材1,2を継手部材20に突き合せる工程である。
(3) Joint member placement process:
In the joint member arranging step, as shown in FIGS. 16A and 16B, the
継手部材20は、凹部100と実質的に同一の平面形状を具備する板状部材からなり、凹部100に挿入されたときに、突合側面21が凹部100の側面(すなわち、本体部1Aの立上側面11)に当接し、露出側面22が本体部1Aの露出側面14および段部1Bの露出側面18(図13参照)と面一になる。また、継手部材20の肉厚の大きさが、凹部100の深さと同一に設定されており、継手部材20の表面23と本体部1Aの表面12とが面一になる。
The
タブ材1,2は、それぞれ、継手部材20の露出側面22側に現れる本体部1A,1Aと継手部材20の継ぎ目(境界線)を覆い隠すことができる寸法・形状を備えている。本実施形態に係るタブ材1,2は、継手部材20の露出側面22だけでなく、本体部1A,1Aの露出側面14,14にも突き合わされる。
The
(4)継手仮接合工程 :
継手仮接合工程では、図17に示すように、摩擦攪拌の開始位置S1および終了位置E1を第一タブ材1に設け、開始位置S1に挿入した仮接合用回転ツールAを途中で離脱させることなく終了位置E1まで相対移動させる。つまり、継手仮接合工程では、一の仮接合用回転ツールAを一筆書きの移動軌跡(ビード)を形成するように移動させて、突合部J1〜J4に対して連続して摩擦攪拌を行う。
(4) Joint temporary joining process:
The joint provisional bonding step, as shown in FIG. 17, provided the starting position S 1 and the end position E 1 of the friction stir in the
仮接合用回転ツールAを右回転させた場合の継手仮接合工程をより詳細に説明する。開始位置S1に仮接合用回転ツールAを挿入したら、摩擦攪拌を行いつつ突合部J1の中央部(第一交点c1と第四交点c4との中間)に設けた仮接合起点p1に向けて相対移動させる。 The joint temporary joining process when the temporary joining rotary tool A is rotated to the right will be described in more detail. When the start position S 1 in inserting the rotating tool A for temporary bonding, toward the temporary bonding origin p1 provided on the (intermediate the first intersection point c1 and the fourth intersection point c4) the central portion of the butting portion J1 while performing friction stir Move relative.
仮接合起点p1まで連続して摩擦攪拌を行ったら、仮接合起点p1で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま突合部J1の一端である第一交点c1に向けて相対移動させ、突合部J1の一部に対して摩擦攪拌を行う。 When frictional stirring is continuously performed up to the temporary joining starting point p1, the temporary joining starting tool p1 is moved relative to the first intersection c1 that is one end of the abutting portion J1 without detaching the temporary joining rotating tool A, and the abutting is performed. Friction stirring is performed on a part of the part J1.
第一交点c1まで連続して摩擦攪拌を行ったら、第一交点c1で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま突合部J2に突入させ、突合部J2に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部J2の他端である第二交点c2まで相対移動させる。なお、本実施形態では、突合部J2の平面形状がL字形を呈しているので、突合部J2の途中にある屈折点b1で仮接合用回転ツールAの方向を転換させる。 When the friction stir is continuously performed up to the first intersection c1, the temporary joining rotary tool A is not separated from the first intersection c1 and is directly entered into the abutting portion J2, and the abutting is performed while the friction agitating is performed on the abutting portion J2. The relative movement is made to the second intersection c2, which is the other end of the part J2. In addition, in this embodiment, since the planar shape of the abutting part J2 is exhibiting L shape, the direction of the rotary tool A for temporary joining is changed in the refraction point b1 in the middle of the abutting part J2.
突合部J3の一端でもある第二交点c2まで連続して摩擦攪拌を行ったら、第二交点c2で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま突合部J3に突入させ、突合部J3に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部J3の他端である第三交点c3まで相対移動させる。なお、本実施形態では、突合部J3の平面形状がL字形を呈しているので、突合部J3の途中にある屈折点b2で仮接合用回転ツールAの方向を転換させる。 When the friction stir is continuously performed up to the second intersection c2, which is also one end of the abutting portion J3, the temporary joining rotary tool A is not detached at the second intersection c2 and is directly plunged into the abutting portion J3. Then, the frictional stirring is performed and the relative movement is made to the third intersection point c3 which is the other end of the abutting portion J3. In addition, in this embodiment, since the planar shape of the abutting part J3 is exhibiting L shape, the direction of the rotary tool A for temporary joining is changed in the refraction point b2 in the middle of the abutting part J3.
突合部J4の一端でもある第三交点c3まで連続して摩擦攪拌を行ったら、第三交点c3で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま突合部J4に突入させ、突合部J4に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部J4の他端である第四交点c4まで相対移動させる。 When the friction stir is continuously performed up to the third intersection c3 that is also one end of the abutting portion J4, the temporary joining rotary tool A is not separated from the temporary intersection J3 at the third intersection c3. Then, the frictional stirring is performed and the relative movement is made to the fourth intersection point c4 which is the other end of the abutting portion J4.
第四交点c4まで連続して摩擦攪拌を行ったら、第四交点c4で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま突合部J1に突入させ、突合部J1に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部J1の中間に設けた仮接合終点p2に向けて相対移動させる。 When the friction stir is continuously performed up to the fourth intersection c4, the temporary joining rotary tool A is not released at the fourth intersection c4, but is directly entered into the abutting portion J1, and the abutting is performed while friction agitating the abutting portion J1. Relative movement is made toward the temporary joining end point p2 provided in the middle of the part J1.
仮接合終点p2まで連続して摩擦攪拌を行ったら、仮接合終点p2で仮接合用回転ツールAを離脱させずにそのまま第一タブ材1に突入させ、第一タブ材1に対して摩擦攪拌を行いつつ摩擦攪拌の終了位置E1まで相対移動させる。
When the frictional stirring is continuously performed up to the temporary joining end point p2, the temporary joining end tool p2 is plunged into the
仮接合用回転ツールAが終了位置E1に達したら、仮接合用回転ツールAを回転させつつ上昇させて攪拌ピンを終了位置E1から離脱させる。 Once the temporary joining rotation tool A reaches the end position E 1, disengaging the stirring pin from the end position E 1 is raised while rotating the rotating tool A for temporary joining.
なお、仮接合用回転ツールAを左回転させた場合には、摩擦攪拌のルートを前記したものと反対にすればよい。すなわち、仮接合起点p1、第四交点c4、第三交点c3、第二交点c2、第一交点c1、仮接合終点p2の順に摩擦攪拌を行えばよい。 When the temporary joining rotary tool A is rotated counterclockwise, the friction stirring route may be reversed from that described above. That is, the friction stir may be performed in the order of the temporary joining starting point p1, the fourth intersection c4, the third intersection c3, the second intersection c2, the first intersection c1, and the temporary joining end point p2.
(5)継手本接合工程 :
継手本接合工程では、図18に示すように、摩擦攪拌の開始位置S2および終了位置E2を第一タブ材1に設け、開始位置S2に挿入した本接合用回転ツールBを途中で離脱させることなく終了位置E2まで相対移動させる。
(5) Joint final joining process:
Fitting in the bonding step, as shown in FIG. 18, it provided the starting position S 2 and the end position E 2 of the friction stir in the
継手本接合工程では、まず、本体部1Aと継手部材20の継ぎ目上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って本接合用回転ツールBを相対移動させることで、突合部J2の一端(第一交点c1)から他端(第二交点c2)まで連続して摩擦攪拌を行う。
In the joint main joining step, first, a friction stir route is set on the joint between the
突合部J2の他端(第二交点c2)まで連続して摩擦攪拌を行ったら、本接合用回転ツールBを離脱させずにそのまま第二タブ材2に突入させ、第二タブ材2に対して摩擦攪拌を行いつつ、突合部J4の一端(第三交点c3)まで相対移動させる。
When the friction stir is continuously performed up to the other end (second intersection c2) of the abutting portion J2, the main rotary tool B for welding is plunged into the
突合部J4の一端(第三交点c3)まで連続して摩擦攪拌を行ったら、第三交点c3で本接合用回転ツールBを離脱させずにそのまま突合部J4に突入させ、突合部J4に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部J4の他端である第四交点c4まで相対移動させる。 When friction stirring is continuously performed to one end (third intersection c3) of the abutting portion J4, the main joining rotary tool B is not separated from the abutting portion J4 at the third intersection c3. Then, the frictional stirring is performed and the relative movement is made to the fourth intersection point c4 which is the other end of the abutting portion J4.
突合部J4の他端(第四交点c4)まで連続して摩擦攪拌を行ったら、本接合用回転ツールBを離脱させずにそのまま第一タブ材1に突入させ、第一タブ材1に対して摩擦攪拌を行いつつ終了位置E2まで相対移動させる。本接合用回転ツールBが終了位置E2に達したら、本接合用回転ツールBを離脱させずにそのまま一体化工程に移行する。
When the friction stir is continuously performed up to the other end (fourth intersection c4) of the abutting portion J4, the main rotating tool B is not separated from the abutting portion J4 and is plunged into the
(6)一体化工程 :
一体化工程では、本体部1A,1Aで挟まれた領域に対して継手部材20の上面側から摩擦攪拌を行い、継手部材20の上面から段部1B,1B(図16参照)の少なくとも上部までを塑性流動化させる。
(6) Integration process:
In the integration step, friction stirring is performed from the upper surface side of the
図19に示すように、一体化工程では、継手部材20(図16参照)の全体に塑性化領域が形成されるように、継手部材20を複数回横断(あるいは縦断)する摩擦攪拌のルートを設定する。本実施形態では、一筆書きの移動軌跡(ビード)を形成するように、摩擦攪拌の開始位置S3(本実施形態では、継手本接合工程の終了位置E2)に挿入した本接合用回転ツールBを途中で離脱させることなく終了位置E3まで相対移動させている。 As shown in FIG. 19, in the integration step, a friction stir route for traversing the joint member 20 a plurality of times (or vertically) is formed so that a plasticized region is formed in the entire joint member 20 (see FIG. 16). Set. In the present embodiment, the main joining rotary tool inserted at the friction stirring start position S 3 (in the present embodiment, the end position E 2 of the joint main joining process) so as to form a one-stroke writing trajectory (bead). and it is relatively moved to the end position E 3 without disengaging prematurely B.
なお、継手部材20(図16参照)の第二タブ材2側の縁部まで本接合用回転ツールBを相対移動させたら、本接合用回転ツールBを離脱させずにそのまま第二タブ材2に突入させ、第二タブ材2に対して摩擦攪拌を行いつつ本接合用回転ツールBをUターンさせるか、あるいは、本接合用回転ツールBをそのまま本体部1Aに突入させ、本体部1Aに対して摩擦攪拌を行いつつ本接合用回転ツールBをUターンさせる。
If the main welding rotary tool B is relatively moved to the edge of the joint member 20 (see FIG. 16) on the
両本体部1A,1Aで挟まれた領域に対する摩擦攪拌が終了したら、本接合用回転ツールBを第一タブ材1に設けた終了位置E3まで相対移動させたうえで、第一タブ材1から離脱させる。なお、終了位置E3を第二タブ材2に設けても差し支えない。
When both the
(7)第一の補修工程 :
第一の補修工程では、図20に示すように、継手部材20(図16参照)の上面側から塑性化領域W2、W3に挿入した補修用回転ツールCを、継手部材20の露出側面22(図16参照)に沿う方向に相対移動させることで、塑性化領域W2,W3に対して摩擦攪拌を行う。第一の補修工程では、第一タブ材1に設けた開始位置S4に挿入した補修用回転ツールCを、一方の本体部1Aに設けた補修起点q1と他方の本体部1Aに設けた補修終点q2とを通過するように相対移動させ、第一タブ材1に設けた終了位置E4で離脱させる。
(7) First repair process:
In the first repair process, as shown in FIG. 20, the repair rotary tool C inserted into the plasticized regions W2 and W3 from the upper surface side of the joint member 20 (see FIG. 16) is exposed to the exposed side surface 22 ( Friction stirring is performed on the plasticized regions W2 and W3 by relative movement in a direction along the direction of FIG. In a first repair step, repairing provided with repairing rotating tool C inserted into the starting position S 4 provided on the
(8)第二の補修工程 :
第二の補修工程では、継手部材20(図16参照)の上面側から塑性化領域W2、W3に挿入した補修用回転ツールCを、継手部材20の露出側面22(図16参照)に沿う方向に相対移動させることで、塑性化領域W2,W3に対して摩擦攪拌を行う。第二の補修工程では、摩擦攪拌の開始位置S5および終了位置E5を第二タブ材2に設け、開始位置S5に挿入した補修用回転ツールCを途中で離脱させることなく終了位置E5まで相対移動させる。
(8) Second repair process:
In the second repair step, the repair rotary tool C inserted into the plasticizing regions W2 and W3 from the upper surface side of the joint member 20 (see FIG. 16) is moved along the exposed side surface 22 (see FIG. 16) of the
第二の補修工程が終了したら、継手本接合工程、一体化工程、第一の補修工程および第二の補修工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去する。 When the second repair process is completed, burrs generated by friction stir in the joint main joining process, the integration process, the first repair process, and the second repair process are removed.
(9)第二の段部接合工程 :
第二の段部接合工程は、段部1B,1Bの突合部J20を裏面側から接合する工程である。段部1B,1Bの裏面側を接合する場合には、図示は省略するが、金属部材10,10を裏返し、裏面を上にしたうえで、本接合用回転ツールBを使用して、突合部J20に対して金属部材10の裏面側から摩擦攪拌を行う。
(9) Second step joining step:
A 2nd step part joining process is a process of joining the butt | matching part J20 of
第二の段部接合工程により段部1Bに形成された塑性化領域に含まれている可能性がある接合欠陥を低減したい場合には、必要に応じて、塑性化領域に対して摩擦攪拌を行う。
If it is desired to reduce joint defects that may be included in the plasticized region formed in the stepped
第二の段部接合工程が終了したら、摩擦攪拌により発生したバリを除去し、さらに、タブ材1,2,30,40を切除する。
When the second step joining step is completed, burrs generated by friction stirring are removed, and the
以上のような(1)〜(9)の工程を経ることで、肉厚が40(mm)を超えるような極厚の金属部材10,10を接合する場合であっても、接合部における気密性や水密性を向上させることが可能となる。
Even when the extremely
以上説明した第二の実施形態に係る接合方法においても、図17を参照して説明した継手仮接合工程において、各タブ材1,2と継手部材20との突合部J1,J3および継手部材20と各本体部1Aとの突合部J2,J4に対して連続して摩擦攪拌を行い、開始位置S1および終了位置E1以外で仮接合用回転ツールAを抜き差ししないようにしたので、仮接合用回転ツールAの挿入作業および離脱作業が、それぞれ一度だけになり、ひいては、予備的な摩擦攪拌接合の効率化・迅速化を図ることが可能となる。
Also in the joining method according to the second embodiment described above, in the joint temporary joining step described with reference to FIG. 17, the abutting portions J1 and J3 of the
また、第二の実施形態に係る接合方法においても、継手本接合工程および一体化工程により継手部材20と段部1Bとの一体化を図った後に、第一の補修工程および第二の補修工程を行なっているので、継手本接合工程や一体化工程により形成された塑性化領域の中に、露出側面22に開口するような接合欠陥が形成されていたとしても、当該接合欠陥を高い確実性をもって閉塞することが可能となる。つまり、第二の実施形態に係る接合方法によれば、接合部の美観や気密性・水密性を低下させるような接合欠陥が形成され難くなる。また、継手本接合工程や一体化工程により形成された塑性化領域には、継手部材20の露出側面22に形成されていた酸化皮膜が巻き込まれている虞があるが、本発明によれば、このような酸化皮膜も第一の補修工程および第二の補修工程における摩擦攪拌によって分断することが可能となるので、接合欠陥が発生し難くなる。
Moreover, also in the joining method according to the second embodiment, the first repair process and the second repair process are performed after the
1,2 タブ材
10 金属部材
20 継手部材
100 凹部
J1〜J8 突合部
A 仮接合用回転ツール
A1 ショルダ部
A2 攪拌ピン
B 本接合用回転ツール
B1 ショルダ部
B2 攪拌ピン
C 補修用回転ツール
W1〜W4 塑性化領域
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記凹部に継手部材を挿入し、前記継手部材を前記両本体部に突き合せるととともに、前記継手部材を挟むように一対のタブ材を配置し、前記各タブ材を前記継手部材に突き合せる継手部材配置工程と、
仮接合用回転ツールを用いて、一方の前記タブ材と前記継手部材との突合部、一方の前記金属部材の前記本体部と前記継手部材との突合部、他方の前記タブ材と前記継手部材との突合部および他方の前記金属部材の前記本体部と前記継手部材との突合部に対して摩擦攪拌を行う継手仮接合工程と、
前記仮接合用回転ツールよりも大型の本接合用回転ツールを用いて、一方の前記金属部材の前記本体部と前記継手部材との突合部および他方の前記金属部材の前記本体部と前記継手部材との突合部に対して摩擦攪拌を行う継手本接合工程と、を含む接合方法であって、
前記継手仮接合工程では、摩擦攪拌の開始位置および終了位置を一方の前記タブ材に設け、前記開始位置に挿入した前記仮接合用回転ツールを途中で離脱させることなく前記終了位置まで相対移動させることを特徴とする接合方法。 A butting step of butting the stepped portions of two metal members having a stepped portion having a thickness smaller than that of the main body portion at the edge of the main body portion, and forming a recess between the main body portions,
A joint that inserts a joint member into the recess, abuts the joint member against the two main body portions, arranges a pair of tab members so as to sandwich the joint member, and abuts each tab member to the joint member A member placement step;
Using the rotary tool for temporary joining, a butt portion between one of the tab members and the joint member, a butt portion between the main body portion of the one metal member and the joint member, and the other tab member and the joint member A joint temporary joining step of performing frictional stirring on the butted portion and the butted portion of the main body portion of the other metal member and the joint member;
Using a main joining rotary tool larger than the temporary joining rotary tool, the abutting portion between the main body portion of the one metal member and the joint member, and the main body portion and the joint member of the other metal member. And a joint main joining step for performing friction stirring on the abutting portion with the joining method,
In the joint temporary joining step, a friction stirring start position and an end position are provided in one of the tab members, and the temporary joining rotary tool inserted in the start position is relatively moved to the end position without being detached halfway. The joining method characterized by the above-mentioned.
前記継手仮接合工程において、前記各タブ材と前記各金属部材の前記本体部との突合部に対しても摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項1に記載の接合方法。 In the joint member arrangement step, the tab members are abutted against the main body portion of one of the metal members and the main body portion of the other metal member,
2. The joining method according to claim 1, wherein in the joint temporary joining step, friction agitation is also performed on a butt portion between each tab member and the main body of each metal member.
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