JP2009101402A - 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は、摩擦攪拌接合(FSW=Friction Stir Welding)が知られている。この摩擦攪拌接合は、回転ツールを回転させつつ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)を突設したものが一般的である。 As a method of joining metal members, friction stir welding (FSW = Friction Stir Welding) is known. In this friction stir welding, the metal members are fixed to each other by causing the metal at the abutting portion to flow plastically by frictional heat between the rotating tool and the metal member by moving the rotating tool along the abutting portion between the metal members while rotating the rotating tool. Phase joining is performed. In general, a rotating tool is provided with a stirring pin (probe) protruding from the lower end surface of a shoulder portion having a cylindrical shape.
ここで、回転ツールの攪拌ピンの長さに対して金属部材の肉厚が大きい場合には、金属部材の厚みに応じて攪拌ピンの長さを大きくすることで、突合部の深さ方向の全長に亘って隙間なく接合することができる。しかしながら、回転ツールは、金属部材内に攪拌ピンを埋没させて高速で回転しながら移動するため、攪拌ピンの長さを大きくすると、摩擦攪拌装置の駆動手段及び攪拌ピンに作用する負荷が増大し、装置の短寿命化を招来するという問題がある。 Here, when the thickness of the metal member is larger than the length of the stirring pin of the rotary tool, by increasing the length of the stirring pin according to the thickness of the metal member, It can join without a gap over the entire length. However, since the rotary tool moves while rotating at a high speed with the stirring pin embedded in the metal member, increasing the length of the stirring pin increases the load acting on the drive means of the friction stirrer and the stirring pin. There is a problem that the life of the apparatus is shortened.
そこで、回転ツールの攪拌ピンの長さに対して金属部材の肉厚が大きい場合には、厚みの異なる段部を備えた一対の金属部材の間に継手部材を介して段階的に摩擦攪拌を行う接合方法が知られている。
前記した従来の接合方法に用いられる金属部材は、図12に示すように、第一金属部材110a及び第二金属部材110bの本体部101の縁部に、本体部101よりも肉厚の小さい段部102が形成されている。そして、従来の接合方法は、第一金属部材110a及び第二金属部材110bの段部102同士を突き合わせる突合工程と、段部102,102同士の突合部Jdに対して摩擦攪拌を行う段部摩擦攪拌工程と、突合工程で形成された凹部103に継手部材Uを配置する継手部材配置工程と、第一金属部材110aと継手部材Uとの突合部Ja及び第二金属部材110bと継手部材Uとの突合部Jbに対して摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、を備えるものである。この接合方法によれば、金属部材の肉厚が大きい部材であっても金属部材同士を接合することができる。
Therefore, when the thickness of the metal member is larger than the length of the stirring pin of the rotary tool, frictional stirring is performed stepwise through a joint member between a pair of metal members having step portions having different thicknesses. The joining method to perform is known.
As shown in FIG. 12, the metal member used in the conventional joining method described above is a step having a thickness smaller than that of the
しかしながら、前記した従来の接合方法では、金属部材110a,110bの肉厚が大きくなるにつれて、金属部材110a,110bに設ける段部や継手部材を増やさなければならず接合作業が煩雑になってしまうという問題がある。また、金属部材110a,110bの接合箇所に段部や継手部材が増えることで、接合箇所が複雑で大きくなるため、接合箇所の強度が低くなってしまうという問題がある。
However, in the conventional joining method described above, as the thickness of the
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、金属部材同士を容易に接合することができるとともに、接合箇所の強度を高めることができる接合方法を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a joining method that can solve the above-described problems and can easily join metal members together and increase the strength of the joining portion.
前記課題を解決するため、本発明は、第一金属部材の側面と第二金属部材の端面とを突き合わせてなる被接合金属部材に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、第二金属部材の端面の側面側に形成された溝部内に充填部材を挿入する充填部材挿入工程と、第一金属部材と第二金属部材との突合部に対して被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、第一本接合工程の後に、突合部に対して被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、溝部内から充填部材を除去する充填部材除去工程と、突合部に対して被接合金属部材の側面から溶接を行うことで、溝部内に溶接金属を充填する溶接接合工程と、を含むことを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is a joining method in which friction agitation is performed on a metal member to be joined formed by abutting the side surface of the first metal member and the end surface of the second metal member. The filling member insertion step of inserting the filling member into the groove portion formed on the side surface side of the end surface, and the friction stir from the surface of the bonded metal member to the abutting portion of the first metal member and the second metal member After the first main joining step, after the first main joining step, a second main joining step in which friction agitation is performed from the back surface of the metal member to be joined to the abutting portion, and a filling member removing step in which the filling member is removed from the groove portion. And a welding joining step of filling the groove portion with the weld metal by welding the abutting portion from the side surface of the metal member to be joined.
本発明の他の構成としては、第一金属部材及び第二金属部材の端面同士を突き合わせてなる被接合金属部材に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、第一金属部材及び第二金属部材の少なくとも一方の端面の側面側に形成された溝部内に充填部材を挿入する充填部材挿入工程と、第一金属部材と第二金属部材との突合部に対して被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、第一本接合工程の後に、突合部に対して被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、溝部内から充填部材を除去する充填部材除去工程と、突合部に対して被接合金属部材の側面から溶接を行うことで、溝部内に溶接金属を充填する溶接接合工程と、を含むことを特徴としている。 As another structure of this invention, it is the joining method which carries out friction stirring with respect to the to-be-joined metal member formed by abutting the end surfaces of a 1st metal member and a 2nd metal member, Comprising: 1st metal member and 2nd metal A filling member inserting step of inserting a filling member into a groove formed on a side surface of at least one end face of the member, and a surface of the metal member to be joined with respect to the abutting portion between the first metal member and the second metal member The first main joining step for performing friction stirring, the second main joining step for performing friction stirring from the back surface of the metal member to be joined to the abutting portion after the first main joining step, and removing the filling member from the inside of the groove portion. It is characterized by including a filling member removing step and a welding joining step of filling the weld metal in the groove portion by welding the butt portion from the side surface of the metal member to be joined.
前記した各構成では、溶接接合工程において、被接合金属部材の側面に露出する突合部に対して、溶接接合を行うことで、比較的容易に被接合金属部材を接合することができる。また、金属部材の端面の側面側に形成された溝部内に溶接金属を充填することで、被接合金属部材の奥まで溶接を行うことができ、溶接範囲が広くなるため、接合箇所の強度を高めることができる。
また、第一本接合工程及び第二本接合工程では、溝部内に充填部材を挿入した状態で、突合部に摩擦攪拌が行われるため、溝部よりも表面側及び裏面側で塑性化された金属が、摩擦攪拌を行うための工具からの押圧によって溝部内に移動するのを防ぐことができる。これにより、摩擦攪拌の際に溝部が変形して潰れてしまうのを防ぐことができる。
In each structure mentioned above, a to-be-joined metal member can be joined comparatively easily by performing welding joining with respect to the butt | matching part exposed to the side surface of a to-be-joined metal member in a welding joining process. In addition, by filling the groove formed on the side surface of the end face of the metal member with the weld metal, welding can be performed to the depth of the metal member to be joined, and the welding range is widened. Can be increased.
Further, in the first main joining step and the second main joining step, the friction stir is performed on the abutting portion in a state where the filling member is inserted in the groove portion, so that the metal plasticized on the front surface side and the back surface side from the groove portion. However, it can prevent moving into a groove part by the press from the tool for performing friction stirring. Thereby, it can prevent that a groove part deform | transforms and collapses in the case of friction stirring.
前記した接合方法において、充填部材除去工程の後に、溝部を被接合金属部材の表面側及び裏面側に拡張し、摩擦攪拌により被接合金属部材の表面側及び裏面側に形成された塑性化領域に溝部を接触させる溝部拡張工程を行うことが望ましい。 In the joining method described above, after the filling member removing step, the groove portion is expanded to the front side and the back side of the metal member to be joined, and the plasticized regions formed on the front side and the back side of the metal member to be joined by friction stirring. It is desirable to perform a groove expanding step for contacting the groove.
この構成では、被接合金属部材の表面側及び裏面側に形成された塑性化領域に溝部を接触させることで、溶接接合工程において溝部内に充填される溶接金属が塑性化領域に接触することになり、被接合金属部材の側面において突合部が密閉されるため、被接合金属部材の接合箇所の気密性及び水密性を高めることができる。 In this configuration, by bringing the groove portion into contact with the plasticized regions formed on the front surface side and the back surface side of the metal member to be joined, the weld metal filled in the groove portion in the welding joining process comes into contact with the plasticized region. Thus, since the abutting portion is hermetically sealed on the side surface of the metal member to be bonded, the airtightness and watertightness of the bonded portion of the metal member to be bonded can be improved.
前記した接合方法において、溝部は、端面の側縁部に沿って形成されており、軸断面が三角形状であることが望ましい。 In the joining method described above, the groove is preferably formed along the side edge of the end face, and the axial cross section is preferably triangular.
この構成では、溝部の軸断面を三角形状とすることで、溝部は金属部材の内部から外部に向かうにつれて広がるように形成されるため、溝部内に挿入された充填部材を引き出し易くなる。 In this configuration, since the groove section is formed so as to expand from the inside to the outside of the metal member by making the axial section of the groove section a triangular shape, the filling member inserted into the groove section can be easily pulled out.
前記した接合方法において、第一本接合工程及び第二本接合工程の前に、突合部を仮接合する仮接合工程を行うことが望ましい。 In the above-described bonding method, it is desirable to perform a temporary bonding step of temporarily bonding the butt portion before the first main bonding step and the second main bonding step.
ここで、第一本接合工程及び第二本接合工程を行うときには、接合される各金属部材の突合部に摩擦攪拌を行うための工具を押し込むため、金属部材同士を引き離そうとする力が作用し、突合部に目開きが発生する場合がある。しかし、前記した構成では、第一本接合工程及び第二本接合工程を行う前に、突合部を仮接合することで、第一本接合工程及び第二接合工程を好適に行うことができる。 Here, when performing the first main joining step and the second main joining step, a force for pulling apart the metal members acts to push a tool for friction stirring into the abutting portion of each metal member to be joined. In some cases, an opening may occur at the abutting portion. However, in the above-described configuration, the first main bonding step and the second bonding step can be suitably performed by temporarily bonding the abutting portions before performing the first main bonding step and the second main bonding step.
本発明の接合方法によれば、比較的容易に被接合金属部材を接合することができるとともに、接合箇所の強度を高めることができる。
また、溝部内に充填部材を挿入した状態で、突合部に摩擦攪拌を行うことで、摩擦攪拌の際に溝部が変形して潰れてしまうのを防ぐことができる。
According to the joining method of the present invention, the metal members to be joined can be joined relatively easily, and the strength of the joining portion can be increased.
Further, by performing frictional stirring on the abutting portion in a state where the filling member is inserted in the groove portion, it is possible to prevent the groove portion from being deformed and crushed during friction stirring.
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、各実施形態の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
In the description of each embodiment, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
[第一実施形態]
第一実施形態の接合方法は、図1に示すように、第一金属部材1aの側面14aと第二金属部材1bの端面11bとを突き合わせてなるL字型の被接合金属部材1の突合部J1に対して、被接合金属部材1の表面A及び裏面Bから摩擦攪拌接合を行った後に、被接合金属部材1の第一側面C及び第二側面Dから溶接接合を行うものである。
[First embodiment]
As shown in FIG. 1, the joining method of the first embodiment is a butt portion of an L-shaped joined
第一実施形態の接合方法は、(1)突合工程、(2)充填部材挿入工程、(3)第一本接合工程、(4)第二本接合工程、(5)充填部材除去工程、(6)溝部拡張工程、(7)溶接接合工程を含むものである。以下、各工程について詳細に説明する。なお、本実施形態における上下左右前後は、図1の矢印に従う。 The joining method of the first embodiment includes (1) a butt process, (2) a filling member insertion process, (3) a first main joining process, (4) a second main joining process, (5) a filling member removal process, 6) It includes a groove expanding step and (7) a welding joining step. Hereinafter, each step will be described in detail. Note that the vertical and horizontal directions in the present embodiment follow the arrows in FIG.
(1)突合工程
突合工程は、図2に示すように、第一金属部材1aの側面14aと第二金属部材1bの端面11bとを突き合わせる工程である。
第一金属部材1a及び第二金属部材1bは、図2(a)に示すように、断面視矩形の金属部材であって、略同等の形状となっている。第一金属部材1a及び第二金属部材1bは、例えば、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である。
(1) Butting process As shown in FIG. 2, the butting process is a process of butting the
As shown in FIG. 2A, the
第二金属部材1bの端面11bの両側面14b,15b側において高さ方向の中央部には、端面11bと側面14bとの角部、及び端面11bと側面15bとの角部を切り欠いた溝部K,Kが形成されている。溝部Kは、端面11bの側縁部に沿って形成されており、その軸断面は直角二等辺三角形となっている。
In the central portion in the height direction on both
突合工程では、図2(b)に示すように、第一金属部材1aの側面14aと第二金属部材1bの端面11bとを突き合わせるとともに、第一金属部材1aの表面12aと第二金属部材1bの表面12bとを面一にし、第一金属部材1aの裏面13aと第二金属部材1bの裏面13bとを面一にする。また、第一金属部材1aの端面11aと第二金属部材1bの側面15bとを面一にする。そして、第一金属部材1aの側面14aと第二金属部材1bの端面11aとの突合せ面には、突合部J1が形成されている。
In the abutting process, as shown in FIG. 2B, the
なお、第一金属部材1aと第二金属部材1bとを突き合わせて形成された部材を以下、被接合金属部材1とする。また、被接合金属部材1の表面を表面A、裏面を裏面Bとし、被接合金属部材1のうち、第一金属部材1aの側面14aと第二金属部材1bの側面14bとで構成される面を第一側面Cとする。また、被接合金属部材1のうち、第一金属部材1aの端面11aと第二金属部材1bの側面15bとで構成される面を第二側面Dとする。また、第一金属部材1aの側面14aと第二金属部材1bの側面14bとで構成される角部を入り隅部Rとする。
The member formed by abutting the
なお、本実施形態では、第二金属部材1bに対して溝部K,Kを予め形成しているが、例えば、第一金属部材1a及び第二金属部材1bを突き合わせた後に、切削具を用いて切削して溝部Kを形成してもよい。
また、第一金属部材1a及び第二金属部材1bの形状・寸法に特に制限はないが、少なくとも突合部J1における厚さ寸法を同一にすることが望ましい。
In addition, in this embodiment, although the groove parts K and K are previously formed with respect to the
Moreover, although there is no restriction | limiting in particular in the shape and dimension of the
(2)充填部材挿入工程
充填部材挿入工程は、図3(a)に示すように、第二金属部材1bの溝部K,Kに充填部材K1,K1を挿入する工程である。
充填部材K1は、溝部K内に嵌り合うように、軸断面が直角二等辺三角形に形成された柱状の金属部材である。図3(b)に示すように、充填部材K1が各溝部K,Kに挿入され、各溝部K,Kが埋められることで、第二金属部材1bの端面11bが矩形な平面となる。なお、本実施形態では、充填部材K1に被接合金属部材1と同等の素材を用いているが、その材料は限定されるものではない。
(2) Filling member insertion step The filling member insertion step is a step of inserting the filling members K1, K1 into the grooves K, K of the
The filling member K1 is a columnar metal member whose axial cross section is formed into a right isosceles triangle so as to fit in the groove K. As shown in FIG. 3B, the
(3)第一本接合工程
第一本接合工程は、突合部J1に対して被接合金属部材1の表面Aから摩擦攪拌接合を行う工程である。
第一本接合工程は、被接合金属部材1にタブ材2,3を配置して仮接合するタブ材配置工程と、表面A側において被接合金属部材1と第一タブ材2との突合部J2を接合する第一タブ材接合工程と、被接合金属部材1の突合部J1を仮接合する仮接合工程と、被接合金属部材1と第二タブ材3との突合部J3を接合する第二タブ材接合工程と、突合部J1に対して摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含むものである。
(3) 1st main joining process A 1st main joining process is a process of performing friction stir welding from the surface A of the to-
The first main joining step includes a tab material arranging step in which the tab materials 2 and 3 are arranged on the
タブ材配置工程は、図3(b)に示すように、被接合金属部材1の突合部J1に沿って一対のタブ材2,3を配置する工程である。タブ材2,3は、後記する本接合工程において、回転ツールを押圧させる開始位置、及び回転ツールを離脱させる終了位置を設定するものである。
A tab material arrangement | positioning process is a process of arrange | positioning a pair of tab materials 2 and 3 along the abutting part J1 of the to-
第一タブ材2及び第二タブ材3は、直方体の金属部材であり、本実施形態では被接合金属部材1と同等の素材を用いている。第一タブ材2及び第二タブ材3の表面及び裏面は、被接合金属部材1の表面A及び裏面Bと面一に形成されている。
第一タブ材2は、被接合金属部材1の第二側面Dにおいて、突合部J1に沿って、当接配置されている。また、第二タブ材3は、被接合金属部材1の入り隅部Rに当接して配置されている。
第一タブ材2と被接合金属部材1、及び第二タブ材3と被接合金属部材1とは、それぞれ入り隅部において溶接により仮接合されている。これにより、後記する本接合工程において、第一タブ材2及び第二タブ材3と被接合金属部材1との目開きを防止することができる。
The first tab member 2 and the second tab member 3 are rectangular parallelepiped metal members, and in this embodiment, the same material as that of the bonded
The first tab member 2 is disposed in contact with the second side surface D of the
The 1st tab material 2 and the to-
次に、図4を参照して、仮接合工程に用いる回転ツールF(以下、「仮接合用回転ツールF」という)及び本接合工程に用いる回転ツールG(以下、「本接合用回転ツールG」という)を詳細に説明する。 Next, referring to FIG. 4, a rotary tool F used for the temporary joining process (hereinafter referred to as “temporary joining rotary tool F”) and a rotary tool G used for the main joining process (hereinafter referred to as “main joining rotary tool G”). Will be described in detail.
図4(a)に示す仮接合用回転ツールFは、工具鋼など被接合金属部材1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F1と、このショルダ部F1の下端面F11に突設された攪拌ピン(プローブ)F2とを備えて構成されている。
仮接合用回転ツールFの寸法・形状は、被接合金属部材1の材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、後記する第一の本接合工程で用いる本接合用回転ツールG(図4(b)参照)よりも小型にする。このようにすると、本接合よりも小さな負荷で仮接合を行うことができるので、仮接合時に摩擦攪拌装置に掛かる負荷を低減することができ、さらには、仮接合用回転ツールFの移動速度(送り速度)を本接合用回転ツールGの移動速度よりも高速にすることもできるので、仮接合に要する作業時間やコストを低減することができる。
The rotating tool F for temporary joining shown in FIG. 4A is made of a metal material harder than the
The size and shape of the temporary bonding rotary tool F may be set according to the material and thickness of the
ショルダ部F1の下端面F11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F1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Gのショルダ部G1の外径Y1よりも小さくなっている。 The lower end surface F11 of the shoulder portion F1 is a portion that plays a role of pressing the plastic fluidized metal and preventing scattering to the surroundings, 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 F1, in this embodiment, is smaller than the outer diameter Y 1 of the shoulder portion G1 of the joining rotation tool G.
攪拌ピンF2は、ショルダ部F1の下端面F11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F2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F2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Gの攪拌ピンG2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G2の最小外径(下端径)Y3よりも小さい。攪拌ピンF2の長さL2は、本接合用回転ツールGの攪拌ピンG2の長さL1よりも小さくすることが望ましい。
The stirring pin F2 hangs down from the center of the lower end surface F11 of the shoulder portion F1, 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 F2.
There is no particular limitation on the size of the outer diameter of the stirring pin F2, in the present embodiment, the maximum outer diameter (upper diameter) X 2 is the maximum outer diameter of the stirring pin G2 of the rotary tool G for the joint (upper end diameter) Y 2 smaller than, and the minimum outer diameter (bottom diameter) X 3 is smaller than the minimum outer diameter (bottom diameter) Y 3 of the stirring pin G2. The length L 2 of the stirring pin F2 is desirably smaller than the length L 1 of the stirring pin G2 of the joining rotation tool G.
図4(b)に示す本接合用回転ツールGは、工具鋼など被接合金属部材1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G1と、このショルダ部G1の下端面G11に突設された攪拌ピン(プローブ)G2とを備えて構成されている。
The rotating tool G for main joining shown in FIG. 4B is made of a metal material harder than the
ショルダ部G1の下端面G11は、仮接合用回転ツールFと同様に、凹面状に成形されている。攪拌ピンG2は、ショルダ部G1の下端面G11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G2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。 The lower end surface G11 of the shoulder portion G1 is formed in a concave shape like the temporary joining rotary tool F. The stirring pin G2 hangs down from the center of the lower end surface G11 of the shoulder portion G1, 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 G2.
なお、本実施形態では、図9に示すように、本接合用回転ツールGを用いて、第一金属部材1aと第二金属部材1bとの突合部J1を表面A側及び裏面B側から摩擦攪拌した際に、摩擦攪拌により形成された塑性化領域W1,W2が溝部Kに達しないように、本接合用回転ツールGの攪拌ピンG2の長さL1(図4(b)参照)が設定されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, friction is applied to the abutting portion J1 between the
第一タブ材接合工程、仮接合工程、及び第二タブ材接合工程では、図6に示すように、仮接合用回転ツールF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,J1,J3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Fの攪拌ピンF2(図4(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。なお、本実施形態では、第一タブ材2に摩擦攪拌の開始位置SPを設け、第二タブ材3に終了位置EPを設けているが、開始位置SPと終了位置EPの位置を限定する趣旨ではない。 In the first tab material joining process, the temporary joining process, and the second tab material joining process, as shown in FIG. 6, the temporary joining rotary tool F is moved so as to form a one-stroke writing movement trajectory (bead). The friction stir is continuously performed on the abutting portions J2, J1, and J3. That is, the stirring pin F2 (see FIG. 4 (a)) of the temporary welding rotary tool F inserted at the friction stirring start position SP is moved to the end position E P without being removed halfway. In the present embodiment, the start position S P output friction stir First tab member 2 is provided, although the end position E P provided on the second tab member 3, the position of the start position S P and the end position E P It is not intended to limit.
まず、第一タブ材接合工程の前に、図5(a)に示すように、第一タブ材2の適所に設けた開始位置SPの直上に仮接合用回転ツールFを位置させ、続いて、仮接合用回転ツールFを右回転させつつ下降させて攪拌ピンF2を開始位置SPに押し付ける。
仮接合用回転ツールFの回転速度は、攪拌ピンF2の寸法・形状、摩擦攪拌される被接合金属部材1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、500〜2000rpmの範囲内に設定される。
First, before the first tab member joining process, as shown in FIG. 5 (a), to position the rotary tool F for temporary bonding directly on the start position S P provided in place of the first tab member 2, followed by Te presses the stirring pin F2 at the start position S P is lowered while the right rotating the rotary tool F for temporary joining.
The rotational speed of the rotary tool F for temporary joining is set according to the size and shape of the stirring pin F2, the material and thickness of the
攪拌ピンF2が第一タブ材2の表面に接触すると、摩擦熱によって攪拌ピンF2の周囲にある金属が塑性流動化し、図5(b)に示すように、攪拌ピンF2が第一タブ材2に挿入される。 When the stirring pin F2 comes into contact with the surface of the first tab member 2, the metal around the stirring pin F2 is plastically fluidized by frictional heat, and the stirring pin F2 is moved to the first tab member 2 as shown in FIG. Inserted into.
攪拌ピンF2全体が第一タブ材2に入り込み、かつ、ショルダ部F1の下端面F11の全面が第一タブ材2の表面に接触したら、図6に示すように、仮接合用回転ツールFを回転させつつ第一タブ材接合工程の始点s2に向けて相対移動させる。 When the entire stirring pin F2 enters the first tab member 2 and the entire lower end surface F11 of the shoulder portion F1 contacts the surface of the first tab member 2, as shown in FIG. While rotating, relative movement is made toward the starting point s2 of the first tab material joining step.
仮接合用回転ツールFの移動速度(送り速度)は、攪拌ピンF2の寸法・形状、摩擦攪拌される被接合金属部材1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、100〜1000mm/分の範囲内に設定される。仮接合用回転ツールFの移動時の回転速度は、挿入時の回転速度と同じか、それよりも低速に設定する。
なお、仮接合用回転ツールFを移動させる際には、ショルダ部F1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F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Fを移動させると、その攪拌ピンF2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F2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 joining rotary tool F is set according to the size and shape of the stirring pin F2, the material and thickness of the
Note that when the temporary welding rotary tool F is moved, the axis of the shoulder portion F1 may be slightly inclined to the rear side in the traveling direction with respect to the vertical line. The direction of the joining rotary tool F can be easily changed, and complicated movement is possible.
When the rotary tool F for temporary joining is moved, the metal around the stirring pin F2 is sequentially plastically fluidized, and the plastic fluidized metal is hardened again at a position away from the stirring pin F2.
仮接合用回転ツールFを相対移動させて第一タブ材接合工程の始点s2まで連続して摩擦攪拌を行ったら、第一タブ材接合工程の始点s2で仮接合用回転ツールFを離脱させずに、そのまま第一タブ材接合工程に移行する。 When the frictional stirring is continuously performed up to the starting point s2 of the first tab material joining step by relatively moving the temporary tool for rotating F, the temporary joining rotary tool F is not detached at the starting point s2 of the first tab material joining step. Then, the process proceeds to the first tab material joining process as it is.
第一タブ材接合工程では、被接合金属部材1と第一タブ材2との突合部J2に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、被接合金属部材1と第一タブ材2の継ぎ目(境界線)上に摩擦攪拌のルートを設定し、このルートに沿って仮接合用回転ツールF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、本実施形態では、仮接合用回転ツールFを途中で離脱させることなく第一タブ材接合工程の始点s2から終点e2まで連続して摩擦攪拌を行う。
In the first tab material joining step, friction agitation is performed on the abutting portion J2 between the
なお、仮接合用回転ツールFを右回転させた場合には、仮接合用回転ツールFの進行方向の左側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、仮接合用回転ツールFの進行方向の右側に被接合金属部材1が位置するように第一タブ材接合工程の始点s2と終点e2の位置を設定することが望ましい。このようにすると、被接合金属部材1側に空洞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できる。
In addition, when the rotary tool F for temporary joining is rotated to the right, there is a possibility that a fine cavity defect may be generated on the left side of the traveling direction of the temporary tool F for temporary joining. It is desirable to set the positions of the start point s2 and the end point e2 of the first tab material joining step so that the
ちなみに、仮接合用回転ツールFを左回転させた場合には、仮接合用回転ツールFの進行方向の右側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、仮接合用回転ツールFの進行方向の左側に被接合金属部材1が位置するように、第一タブ材接合工程の始点と終点の位置を設定することが望ましい。
Incidentally, when the temporary bonding rotary tool F is rotated counterclockwise, a fine cavity defect may occur on the right side of the moving direction of the temporary bonding rotary tool F. It is desirable to set the positions of the start point and the end point of the first tab material joining process so that the
なお、仮接合用回転ツールFの攪拌ピンF2が突合部J2に入り込むと、被接合金属部材1と第一タブ材2を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材1と第一タブ材2により形成された各入隅部を溶接により仮接合しているので、被接合金属部材1と第一タブ材2との間に目開きが発生することがない。
In addition, when the stirring pin F2 of the rotary tool F for temporary joining enters the abutting portion J2, a force for separating the
仮接合用回転ツールFが第一タブ材接合工程の終点e2に達したら、終点e2で摩擦攪拌を終了させずに仮接合工程の始点s1まで連続して摩擦攪拌を行い、そのまま仮接合工程に移行する。すなわち、第一タブ材接合工程の終点e2から仮接合工程の始点s1まで仮接合用回転ツールFを離脱させずに摩擦攪拌を継続し、さらに、始点s1で仮接合用回転ツールFを離脱させることなく仮接合工程に移行する。このようにすると、第一タブ材接合工程の終点e2での仮接合用回転ツールFの離脱作業が不要となり、さらに、仮接合工程の始点s1での仮接合用回転ツールFの挿入作業が不要となることから、予備的な接合作業の効率化・迅速化を図ることができる。 When the rotary tool F for temporary joining reaches the end point e2 of the first tab material joining process, the friction stir is continuously performed to the start point s1 of the temporary joining process without ending the friction stirring at the end point e2, and the temporary joining process is performed as it is. Transition. That is, the frictional stirring is continued without detaching the temporary welding rotary tool F from the end point e2 of the first tab material joining process to the starting point s1 of the temporary joining process, and further, the temporary joining rotary tool F is detached at the start point s1. It moves to a temporary joining process without it. If it does in this way, the separation | elimination work of the rotary tool F for temporary joining in the end point e2 of a 1st tab material joining process becomes unnecessary, and also the insertion work of the rotational tool F for temporary joining in the start point s1 of a temporary joining process is unnecessary. Therefore, the efficiency and speed of the preliminary joining work can be improved.
本実施形態では、第一タブ材接合工程の終点e2から仮接合工程の始点s1に至る摩擦攪拌のルートを第一タブ材2に設定し、仮接合用回転ツールFを第一タブ材接合工程の終点e2から仮接合工程の始点s1に移動させる際の移動軌跡を第一タブ材2に形成する。このようにすると、第一タブ材接合工程の終点e2から仮接合工程の始点s1に至る工程中において、被接合金属部材1に空洞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できる。
In this embodiment, the friction stir route from the end point e2 of the first tab material joining step to the start point s1 of the temporary joining step is set to the first tab material 2, and the temporary joining rotary tool F is set to the first tab material joining step. The first tab member 2 is formed with a movement locus when moving from the end point e2 to the start point s1 of the temporary joining step. If it does in this way, since the cavity defect becomes difficult to generate | occur | produce in the to-
仮接合工程では、第一金属部材1aと第二金属部材1bとの突合部J1に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、第一金属部材1a及び第二金属部材1bの継ぎ目上に設定された摩擦攪拌のルートに沿って、仮接合用回転ツールFを始点s1から終点e1まで連続して移動させることで、突合部J1の全長に亘って摩擦攪拌を行う。
In the temporary joining step, friction agitation is performed on the abutting portion J1 between the
仮接合用回転ツールFが仮接合工程の終点e1に達したら、終点e1で摩擦攪拌を終了させずに、そのまま第二タブ材接合工程に移行する。すなわち、第二タブ材接合工程の始点s3でもある仮接合工程の終点e1で仮接合用回転ツールFを離脱させることなく第二タブ材接合工程に移行する。 When the rotary tool F for temporary joining reaches the end point e1 of the temporary joining process, the friction stirring is not finished at the end point e1, and the process proceeds to the second tab material joining process as it is. That is, the process proceeds to the second tab material joining step without detaching the temporary joining rotary tool F at the end point e1 of the temporary joining step, which is also the starting point s3 of the second tab material joining step.
第二タブ材接合工程では、被接合金属部材1と第二タブ材3との突合部J3に対して摩擦攪拌を行う。本実施形態では、第二タブ材接合工程の始点s3が、突合部J3の中間に位置しているので、第二タブ材接合工程の始点s3から終点e3に至る摩擦攪拌のルートに折返し点m3を設けている。そして、仮接合用回転ツールF(図4(b)参照)を始点s3から折返し点m3に移動させた後に、仮接合用回転ツールFを折返し点m3から終点e3に移動させることで、第二タブ材接合工程の始点s3から終点e3まで連続して摩擦攪拌を行う。なお、始点s3から折返し点m3に至る摩擦攪拌のルート及び折返し点m3から終点e3に至る摩擦攪拌のルートは、それぞれ被接合金属部材1と第二タブ材3との継ぎ目上に設定する。
In the second tab material joining step, friction agitation is performed on the abutting portion J3 between the
仮接合用回転ツールFが第二タブ材接合工程の終点e3に達したら、終点e3で摩擦攪拌を終了させずに、第二タブ材3に設けた終了位置EPまで連続して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、第一金属部材1aと第二金属部材1bとの継ぎ目(境界線)の延長線上に終了位置EPを設けている。
Once the temporary joining rotation tool F reaches the end point e3 of the second tab member joining step, without terminating the friction stir at the end point e3, the friction stir continuously until the end position E P provided on the second tab member 3 Do. In the present embodiment, the end position E P is provided on the extended line of the joint (boundary line) between the
仮接合用回転ツールFが終了位置EPに達したら、仮接合用回転ツールFを回転させつつ上昇させて攪拌ピンF2を終了位置EPから離脱させる。
なお、攪拌ピンF2を終了位置EPから離脱させたときに形成される抜き穴をドリルなどで拡径することで、第二タブ材3に設定されたSMに下穴を形成してもよい。この下穴は、本接合用回転ツールGの攪拌ピンG2(図4(b)参照)の挿入抵抗(圧入抵抗)を低減する目的で設けられるものである。
Once the temporary joining rotation tool F reaches the end position E P, it is raised while rotating the rotary tool F for temporary joining disengaging the stirring pin F2 from the end position E P with.
Incidentally, a drain hole which is formed when is disengaged stirring pin F2 from the end position E P By expanded like a drill, be formed prepared hole to S M which are set in the second tab member 3 Good. This pilot hole is provided for the purpose of reducing the insertion resistance (press-fit resistance) of the stirring pin G2 (see FIG. 4B) of the welding rotary tool G.
本接合工程は、図7に示すように、被接合金属部材1の表面Aに露出する突合部J1に沿って摩擦攪拌を行う工程である。本実施形態の本接合工程では、摩擦攪拌の開始位置SMを第二タブ材3に設定し、終了位置EMを第一タブ材2に設定して、一筆書きの要領で摩擦攪拌を行う。
As shown in FIG. 7, the main joining step is a step of performing frictional stirring along the abutting portion J1 exposed on the surface A of the
図8(a)〜(c)を参照して本接合工程をより詳細に説明する。
まず、図8(a)に示すように、開始位置SMの直上に本接合用回転ツールGを位置させ、続いて、本接合用回転ツールGを右回転させつつ下降させて攪拌ピンG2の先端を第二タブ材3に挿入する。攪拌ピンG2を第二タブ材3に入り込ませると、攪拌ピンG2の周囲にある金属が塑性流動化する。
さらに、図8(b)に示すように、攪拌ピンG2の全体が第一タブ材2に入り込み、かつ、ショルダ部G1の下端面G11の全面が第二タブ材3の表面に接触したら、摩擦攪拌を行いながら被接合金属部材1の突合部J1の一端に向けて本接合用回転ツールGを相対移動させ、さらに、突合部J3を横切らせて突合部J1に突入させる。
本接合用回転ツールGを移動させると、その攪拌ピンG2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G2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。
The main joining process will be described in more detail with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 8 (a), to position the main bonding rotation tool G immediately above the start position S M, followed by the joining rotated while the tool G is rotated clockwise to descend the stirring pin G2 The tip is inserted into the second tab material 3. When the stirring pin G2 enters the second tab member 3, the metal around the stirring pin G2 is plastically fluidized.
Furthermore, as shown in FIG. 8B, if the entire stirring pin G2 enters the first tab member 2 and the entire lower end surface G11 of the shoulder portion G1 contacts the surface of the second tab member 3, friction will occur. While performing agitation, the main rotating tool G is relatively moved toward one end of the abutting portion J1 of the
When the rotary tool for welding G is moved, the metal around the stirring pin G2 is plastically fluidized at the same time, and at the position away from the stirring pin G2, the plastic fluidized metal is again hardened and plasticized. Region W1 is formed.
本接合用回転ツールGの移動速度(送り速度)は、攪拌ピンG2の寸法・形状、摩擦攪拌される被接合金属部材1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、30〜300mm/分の範囲内に設定される。
The moving speed (feeding speed) of the main rotating tool G for welding is set in accordance with the size and shape of the stirring pin G2, the material and thickness of the
被接合金属部材1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Gの周囲に表面A側から水を供給するなどして冷却することが望ましい。なお、第一金属部材1a(図6参照)と第二金属部材1bとの間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、本実施形態では、仮接合工程を実行して第一金属部材1aと第二金属部材1bとの間の目地を閉塞しているので、被接合金属部材1の接合部に冷却水が入り込み難く、接合部の品質を劣化させる虞がない。
If the amount of heat input to the
図7に示すように、突合部J1では、第一金属部材1aと第二金属部材1bとの継ぎ目上(仮接合工程における移動軌跡上)に摩擦攪拌のルートを設定し、このルートに沿って本接合用回転ツールGを相対移動させることで、突合部J1の一端から他端まで連続して摩擦攪拌を行う。
図8(c)に示すように、本接合用回転ツールGは、突合部J1の他端まで相対移動させたら、摩擦攪拌を行いながら突合部J2を横切らせ、そのまま終了位置EMに向けて相対移動させる。このようにして、本接合工程では突合部J1に沿って塑性化領域W1が形成される。
As shown in FIG. 7, in the abutting portion J1, a friction stir route is set on the joint between the
As shown in FIG. 8 (c), the rotary tool G for the joint, once moved relative to the other end of the butting portion J1, while friction stir not cross the butting portion J2, as it toward the end position E M Move relative. In this way, in the main joining step, the plasticized region W1 is formed along the abutting portion J1.
なお、本実施形態では、塑性化領域W1の深さが溝部Kに達しないように、本接合用回転ツールGの攪拌ピンG2の長さL1(図4(b)参照)が設定されているため、溝部K内に挿入された充填部材K1が塑性流動化することがない。
また、充填部材K1を挿入した状態で、突合部J1に摩擦攪拌を行うことで、溝部Kよりも表面A側及び裏面B側で塑性化された金属が、本接合用回転ツールGからの押圧によって溝部K内に移動するのを防ぐことができる。
In the present embodiment, the length L 1 (see FIG. 4B) of the stirring pin G2 of the main rotating tool G is set so that the depth of the plasticized region W1 does not reach the groove K. Therefore, the filling member K1 inserted into the groove K does not plastically flow.
In addition, the metal plasticized on the front surface A side and the back surface B side from the groove portion K by the friction stir to the abutting portion J1 with the filling member K1 inserted is pressed from the rotating tool G for main joining. Therefore, it is possible to prevent movement into the groove K.
本実施形態では、被接合金属部材1の表面A側に現れる第一金属部材1aと第二金属部材1bとの継ぎ目(境界線)の延長線上に摩擦攪拌の開始位置SMを設定しているので、本接合工程における摩擦攪拌のルートを一直線にすることができる。摩擦攪拌のルートを一直線にすると、本接合用回転ツールGの移動距離を最小限に抑えることができるので、第一本接合工程を効率良く行うことができ、さらには、本接合用回転ツールGの磨耗量を低減することができる。
In the present embodiment, the friction stirring start position SM is set on the extension line of the joint (boundary line) between the
本接合用回転ツールGが終了位置EMに達したら、本接合用回転ツールGを回転させつつ上昇させて攪拌ピンG2を終了位置EMから離脱させる。なお、終了位置EMにおいて攪拌ピンG2を上方に離脱させると、攪拌ピンG2と略同形の抜き穴Q1が不可避的に形成されることになるが、本実施形態では、そのまま残置する。 When the joining rotation tool G reaches the end position E M, this joining rotation tool G is raised while rotating disengaging the stirring pin G2 from the end position E M. Incidentally, when disengaging the stirring pin G2 upward in the end position E M, although vent holes Q1 of the stirring pin G2 and substantially the same shape is to be inevitably formed, in the present embodiment, as it is leaving.
本接合用回転ツールGの攪拌ピンG2を終了位置EMから離脱させるときの本接合用回転ツールGの回転速度(離脱時の回転速度)は、移動時の回転速度よりも高速にすることが望ましい。このようにすると、離脱時の回転速度を移動時の回転速度と同じにした場合に比べて、攪拌ピンG2の離脱抵抗が小さくなるので、終了位置EMにおける攪拌ピンG2の離脱作業を迅速に行うことができる。 Rotational speed of the joining rotation tool G (rotational speed at withdrawal) when disengaging the stirring pin G2 of the joining rotation tool G from the end position E M may be faster than the rotational speed at the time of movement desirable. In this way, as compared with the case where the same as the rotational speed at the time of moving the rotational speed at withdrawal, since detachment resistance of the stirring pin G2 decreases rapidly disengagement operations of the stirring pin G2 at the end position E M It can be carried out.
なお、本実施形態では、第一タブ材2に本接合工程の開始位置SMを設けたが、第二タブ材3に設けてもよい。また、本実施形態では、タブ材を用いて本接合工程を行ったが、タブ材は必ずしも設けなくてもよい。 In the present embodiment, although the start position S M of the main bonding step is provided on the first tab member 2 may be provided on the second tab member 3. Moreover, in this embodiment, although the main joining process was performed using the tab material, the tab material is not necessarily provided.
(4)第二本接合工程
第二本接合工程は、図9に示すように、突合部J1に対して被接合金属部材1の裏面Bから摩擦攪拌を行う工程である。
第二本接合工程は、第一本接合工程が終了したら、被接合金属部材1を図示せぬ摩擦攪拌装置から一旦取り外し、裏面Bを上方に向けて再度固定する。第二本接合工程は、タブ材配置工程が含まれないこと以外は第一本接合工程と同等であるため、詳細な説明は省略する。なお、第二本接合工程で形成された塑性化領域を塑性化領域W2とする。また、第二本接合工程が終了したら、被接合金属部材1からタブ材2,3を切削して除去する。
(4) Second Main Joining Process The second main joining process is a process in which friction agitation is performed from the back surface B of the joined
In the second main joining step, when the first main joining step is completed, the
(5)充填部材除去工程
充填部材除去工程は、各溝部K,K内から充填部材K1,K1を除去する工程である。
第二本接合工程の後に、被接合金属部材1からタブ材2,3(図3(b)参照)を除去すると、被接合金属部材1の第一側面C及び第二側面Dにそれぞれ充填部材K1,K1が露出した状態となる。
充填部材除去工程では、被接合金属部材1の第一側面C及び第二側面Dに露出した各充填部材K1,K1を各溝部K,K内から引き出して除去する。このとき、各溝部K,Kは、その軸断面が三角形状となっており、各溝部K,Kは第二金属部材1bの内部から外部に向かうにつれて広がるように形成されるため、溝部K内に挿入された充填部材K1を引き出し易くなっている。
(5) Filling member removal step The filling member removal step is a step of removing the filling members K1 and K1 from the inside of the grooves K and K.
When the tab members 2 and 3 (see FIG. 3B) are removed from the bonded
In the filling member removing step, the filling members K1, K1 exposed on the first side surface C and the second side surface D of the
(6)溝部拡張工程
溝部拡張工程は、各溝部K,Kを被接合金属部材1の表面A側及び裏面B側に拡張する工程である。
充填金属除去工程において各溝部K,K内から充填部材K1,K1(図9参照)を除去した後に、溝部拡張工程では、図10(a)に示すように、図示しない切削器具を用いて各溝部K,Kの表面A側(上端部)及び裏面B側(下端部)をそれぞれ切除することで、各溝部K,Kを表面A側及び裏面B側に拡張し、第一本接合工程及び第二本接合工程で形成された塑性化領域W1,W2に各溝部K,Kを接触させる。
(6) Groove part expansion process A groove part expansion process is a process of expanding each groove part K and K to the surface A side and the back surface B side of the to-
After the filling members K1 and K1 (see FIG. 9) are removed from the groove portions K and K in the filling metal removing step, in the groove portion expanding step, as shown in FIG. By cutting off the front surface A side (upper end portion) and the rear surface B side (lower end portion) of the groove portions K, K, the respective groove portions K, K are expanded to the front surface A side and the rear surface B side, The grooves K and K are brought into contact with the plasticized regions W1 and W2 formed in the second main joining process.
(7)溶接接合工程
溶接接合工程は、突合部J1に対して被接合金属部材1の第一側面C及び第二側面Dから溶接を行うことで、各溝部K,Kに溶接金属K2を充填する工程である。
溶接接合工程では、図10(b)に示すように、第一側面C及び第二側面Dから各溝部K,K内にTIG溶接又はMIG溶接等の肉盛溶接を行うことで、各溝部K,K内に溶接金属K2を充填させる。これにより、図1に示すように、第一金属部材1aの側面14aと第二金属部材1bの端面11bとが接合された被接合金属部材1が形成される。
(7) Welding and joining process In the welding and joining process, welding is performed from the first side face C and the second side face D of the
In the welding and joining step, as shown in FIG. 10 (b), each groove portion K is subjected to overlay welding such as TIG welding or MIG welding in the groove portions K and K from the first side surface C and the second side surface D. , K is filled with weld metal K2. Thereby, as shown in FIG. 1, the to-
なお、溶接接合工程は、TIG溶接又はMIG溶接に限定するものではなく、他の公知の溶接を行ってもよい。なお、溶接材料は、被接合金属部材1と異なっていてもよいが、本実施形態では同一の材料を用いている。
In addition, a welding joining process is not limited to TIG welding or MIG welding, You may perform other well-known welding. In addition, although the welding material may differ from the to-
以上のような第一実施形態の接合方法によれば、図1に示すように、溶接接合工程において、被接合金属部材1の第一側面C及び第二側面Dに露出する突合部J1に対して、溶接接合を行うことで、比較的容易に被接合金属部材1を接合することができる。また、第二金属部材1bの端面11bの各側面14b,15b(図2(a)参照)側に形成された各溝部K,K内に溶接金属を充填することで、被接合金属部材1の奥まで溶接を行うことができ、溶接面積が広くなるため、接合箇所の強度を高めることができる。
According to the joining method of the first embodiment as described above, as shown in FIG. 1, in the welding joining process, with respect to the abutting portion J1 exposed on the first side face C and the second side face D of the
また、第一本接合工程及び第二本接合工程において、充填部材K1を挿入した状態で、突合部J1に摩擦攪拌を行うことで、溝部Kよりも表面A側及び裏面B側で塑性化された金属が、本接合用回転ツールGからの押圧によって溝部K内に移動するのを防ぐことができるため、摩擦攪拌の際に溝部Kが変形して潰れてしまうことがない。 Further, in the first main joining step and the second main joining step, by performing frictional stirring on the abutting portion J1 with the filling member K1 inserted, plasticization is performed on the front surface A side and the rear surface B side from the groove portion K. Since the metal can be prevented from moving into the groove K due to the pressing from the main rotating tool G for joining, the groove K is not deformed and crushed during friction stirring.
また、溝部拡張工程において、被接合金属部材1の表面A側及び裏面B側に形成された塑性化領域W1,W2に各溝部K,Kを接触させることで、溶接接合工程において各溝部K,K内に充填された溶接金属K2,K2が塑性化領域W1,W2に接触することになり、被接合金属部材1の各側面C,Dにおいて突合部が密閉されるため、被接合金属部材1の接合箇所の気密性及び水密性を高めることができる。
Further, in the groove expanding step, each groove K, K is brought into contact with the plasticized regions W1, W2 formed on the front surface A side and the back surface B side of the
以上、本発明の第一実施形態について説明したが、本発明は前記第一実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に設計変更が可能である。
例えば、第一実施形態では、図2に示すように、第二金属部材1bに形成された溝部Kの軸断面を直角二等辺三角形としているが、その形状は限定されるものではなく、溝部Kの軸断面が四角形など他の形状であってもよい。
The first embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the first embodiment, and can be appropriately changed in design without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the axial cross section of the groove K formed in the
また、図10(a)に示すように、溝部拡張工程において、溝部Kを表面A側及び裏面B側に拡張し、第一本接合工程及び第二本接合工程で形成された塑性化領域W1,W2に溝部Kを接触させているが、溝部Kを表面A側及び裏面B側に拡張することなく、被接合金属部材1の各側面C,Dに露出した突合部J1において、表面Aから溝部Kまでの間、及び裏面Bから溝部Kまでの間に対して、TIG溶接又はMIG溶接等の肉盛溶接を行うことで、突合部J1を密閉してもよい。
Further, as shown in FIG. 10A, in the groove expanding step, the groove K is expanded to the front surface A side and the back surface B side, and the plasticized region W1 formed in the first main bonding step and the second main bonding step. , W2 is in contact with the groove K, but without extending the groove K to the front surface A side and the rear surface B side, from the surface A at the abutting portion J1 exposed on the side surfaces C, D of the
[第二実施形態]
第二実施形態の接合方法は、図11に示すように、第一金属部材1a及び第二金属部材1bの端面同士を突き合わせてなる被接合金属部材1´の突合部J10に対して、被接合金属部材1´の表面A及び裏面Bから摩擦攪拌接合を行った後に、被接合金属部材1´の第一側面C及び第二側面Dから溶接接合を行うものである。
[Second Embodiment]
As shown in FIG. 11, the joining method of the second embodiment is to be joined to the abutting portion J10 of the joined
第二実施形態の接合方法は、第一金属部材1a及び第二金属部材1bの端面同士を突き合わせる(1)突合工程と、第二金属部材1bの溝部K,Kに充填部材(図示せず)を挿入する充填部材挿入工程と、突合部J10に対して被接合金属部材1´の表面Aから摩擦攪拌接合を行う(3)第一本接合工程と、突合部J10に対して被接合金属部材1´の裏面Bから摩擦攪拌を行う(4)第二本接合工程と、各溝部K,K内から充填部材を除去する(5)充填部材除去工程と、各溝部K,Kを被接合金属部材1の表面A側及び裏面B側に拡張する(6)溝部拡張工程と、突合部J10に対して被接合金属部材1の各側面C,Dから溶接を行うことで、各溝部K,Kに溶接金属K2を充填する(7)溶接接合工程と、を含むものである。この第二実施形態の接合方法は、突合工程において第一金属部材1aと第二金属部材1bとの端面同士を突き合わせること以外は、前記第一実施形態の接合方法の各工程と同等であるため、各工程の説明は省略する。
In the joining method of the second embodiment, the end surfaces of the
なお、第二実施形態では、第一金属部材1aに溝部Kを形成してもよく、さらには、第二金属部材1bと第一金属部材1aとの両方に溝部Kを形成してもよい。第二金属部材1bと第一金属部材1aとの両方に溝部Kを形成した場合には、接合面積を広げることができるため、被接合金属部材1の接合箇所の強度を高めることができる。
In the second embodiment, the groove K may be formed in the
1 被接合金属部材(第一実施形態)
1´ 被接合金属部材(第二実施形態)
1a 第一金属部材
1b 第二金属部材
2 第一タブ材
3 第二タブ材
11b 第二金属部材の端面
14a 第一金属部材の側面
J1 突合部(第一実施形態)
J10 突合部(第二実施形態)
A 表面
B 裏面
C 第一側面
D 第二側面
K 溝部
K1 充填部材
K2 溶接金属
W1 塑性化領域
W2 塑性化領域
F 仮接合用回転ツール
G 本接合用回転ツール
1 Joined metal member (first embodiment)
1 'metal member to be joined (second embodiment)
DESCRIPTION OF
J10 butt part (second embodiment)
A surface B back surface C first side surface D second side surface K groove part K1 filling member K2 weld metal W1 plasticizing region W2 plasticizing region F temporary rotating tool G temporary rotating tool for main bonding
Claims (5)
前記第二金属部材の端面の側面側に形成された溝部内に充填部材を挿入する充填部材挿入工程と、
前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合部に対して前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、
前記第一本接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、
前記溝部内から前記充填部材を除去する充填部材除去工程と、
前記突合部に対して前記被接合金属部材の側面から溶接を行うことで、前記溝部内に溶接金属を充填する溶接接合工程と、
を含むことを特徴とする接合方法。 A joining method in which friction stir is performed on a metal member to be joined formed by abutting the side surface of the first metal member and the end surface of the second metal member,
A filling member insertion step of inserting the filling member into the groove formed on the side surface of the end surface of the second metal member;
A first main joining step in which friction agitation is performed from the surface of the metal member to be joined to the abutting portion between the first metal member and the second metal member;
After the first main joining step, a second main joining step in which friction agitation is performed from the back surface of the metal member to be joined to the abutting portion;
A filling member removing step of removing the filling member from the groove portion;
Welding and joining the weld metal in the groove by welding from the side surface of the metal member to be joined to the abutting portion;
A bonding method comprising:
前記第一金属部材及び前記第二金属部材の少なくとも一方の端面の側面側に形成された溝部内に充填部材を挿入する充填部材挿入工程と、
前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合部に対して前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、
前記第一本接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、
前記溝部内から前記充填部材を除去する充填部材除去工程と、
前記突合部に対して前記被接合金属部材の側面から溶接を行うことで、前記溝部内に溶接金属を充填する溶接接合工程と、
を含むことを特徴とする接合方法。 A joining method in which friction stir is performed on a metal member to be joined formed by abutting end surfaces of a first metal member and a second metal member,
A filling member insertion step of inserting a filling member into a groove formed on a side surface of at least one end face of the first metal member and the second metal member;
A first main joining step in which friction agitation is performed from the surface of the metal member to be joined to the abutting portion between the first metal member and the second metal member;
After the first main joining step, a second main joining step in which friction agitation is performed from the back surface of the metal member to be joined to the abutting portion;
A filling member removing step of removing the filling member from the groove portion;
Welding and joining the weld metal in the groove by welding from the side surface of the metal member to be joined to the abutting portion;
A bonding method comprising:
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