JP2009125773A - 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. Friction stir welding is a process of rotating a rotating tool along the abutting portion between metal members, and plastically flowing the metal at the abutting portion by 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.
従来、回転ツールの攪拌ピン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。
従来の接合方法は、例えば、図24の(a)及び(b)に示すように、本体部101の縁部に本体部101よりも肉厚の小さい段部102を備える第一金属部材110a及び第二金属部材110bを段部102同士で突き合わせる突合工程と、段部同士の突合部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具備するものである。かかる接合方法によれば、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好適に接合することができる。
Conventionally, when the thickness of the metal member is larger than that of the stirring pin of the rotary tool, there is known a joining method in which frictional stirring is performed stepwise through a joint member between metal members having step portions having different thicknesses. It has been.
For example, as shown in FIGS. 24A and 24B, the conventional joining method includes a
また、前記した従来の接合方法において、金属部材の側面間の気密性及び水密性を高める場合には、継手部材Uの下面と凹部103の底面との突合部Jcを摩擦攪拌することが好ましい。即ち、図24の(b)に示すように、前記摩擦攪拌工程によって形成された塑性化領域Wの深さWaを継手部材Uの厚みUaよりも大きく設定するとともに、回転ツールGを複数回往復させて突合部Jcを全面に亘って摩擦攪拌する。これにより、金属部材の両側面間の水密性及び気密性を高めることができる。
Further, in the above-described conventional joining method, it is preferable to friction stir the abutting portion Jc between the lower surface of the joint member U and the bottom surface of the
かかる従来の接合方法によると、継手部材Uの底面積が大きいほど、回転ツールGの移動距離が大きくなるため、作業が煩雑になるという問題があった。また、前記した摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域Wの深さWaよりも、継手部材Uの厚みUaが大きい場合は、突合部Ja,Jb,Jcに未塑性化領域が発生してしまうため、金属部材の両側面間の水密性及び気密性を高めることが困難であった。 According to such a conventional joining method, there is a problem that the larger the bottom area of the joint member U, the longer the moving distance of the rotary tool G, and the more complicated the operation. In addition, when the thickness Ua of the joint member U is larger than the depth Wa of the plasticized region W formed in the friction stir process described above, unplasticized regions are generated in the abutting portions Ja, Jb, and Jc. For this reason, it has been difficult to improve water tightness and air tightness between both side surfaces of the metal member.
このような観点から、本発明は、継手部材を介して金属部材同士を接合する方法であって、金属部材の側面間に露出する未塑性化領域を容易に密閉して金属部材の気密性及び水密性を高める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 of joining metal members together via a joint member, and easily seals an unplasticized region exposed between the side surfaces of the metal member, It is an object of the present invention to provide a bonding method that improves water tightness.
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一対の金属部材の前記段部同士を突き合わせ、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配置する継手部材配置工程と、一方の前記金属部材の本体部と前記継手部材との突合部及び他方の前記金属部材の本体部と前記継手部材との突合部に対して表面から摩擦攪拌を行う表面本接合工程と、前記段部同士の突合部に対して裏面から摩擦攪拌を行う裏面本接合工程と、一対の前記金属部材と前記継手部材との突合部に対して側面から溶接を行う溶接接合工程と、を含み、前記溶接接合工程は、前記表面本接合工程で形成された表面側塑性化領域と、前記裏面本接合工程で形成された裏面側塑性化領域との間の未塑性化領域を溶接金属で覆うことを特徴とする。 The joining method according to the present invention that solves such a problem is a method in which the stepped portions of a pair of metal members each having a stepped portion having a thickness smaller than that of the main body portion are abutted to each other on the edge portion of the main body portion. A joining step of forming a recess in the recess, a joint member arranging step of placing a joint member in the recess, a joining portion of the body portion of the one metal member and the joint member, and a body portion of the other metal member and the A front surface main joining step in which friction agitation is performed from the front surface with respect to the abutting portion with the joint member, a back surface main joining step in which friction agitation is performed from the back surface with respect to the abutting portion between the stepped portions, a pair of the metal members and the above A welding joint process for welding from the side surface to the abutting portion with the joint member, and the welding joint process includes a surface side plasticizing region formed in the front surface main joining process and a back surface main joining process. Between the formed back side plasticization region Wherein the covering non-plasticized region in the weld metal.
また、本発明は、端面に凹溝を有する一対の金属部材同士を前記端面で突き合わせるとともに、前記凹溝によって形成された中空部に継手部材を挿入する継手部材挿入工程と、一対の前記金属部材の突合部に対して表面から摩擦攪拌を行う表面本接合工程と、一対の前記金属部材の突合部に対して裏面から摩擦攪拌を行う裏面本接合工程と、一対の前記金属部材と前記継手部材との突合部に対して側面から溶接を行う溶接接合工程と、を含み、前記溶接接合工程は、前記表面本接合工程で形成された表面側塑性化領域と、前記裏面本接合工程で形成された裏面側塑性化領域との間の未塑性化領域を溶接金属で覆うことを特徴とする。 The present invention also includes a joint member insertion step of inserting a joint member into a hollow portion formed by the concave groove while abutting a pair of metal members having a concave groove on an end surface with the end surface, and a pair of the metal A front surface main joining step in which friction agitation is performed from the front surface to the abutting portion of the member, a back surface main joining step in which friction agitation is performed from the rear surface to the abutting portion of the pair of metal members, and the pair of metal members and the joint A welding joint process for welding from the side to the abutting portion with the member, wherein the welding joint process is formed by the surface side plasticization region formed by the front surface main joining process and the back side main joining process. An unplasticized region between the formed back side plasticized region is covered with a weld metal.
かかる接合方法によれば、一対の金属部材の側面に露出する突合部に対して側面から溶接を行って溶接金属と表面側塑性化領域及び裏面側塑性化領域とを重複させることにより、突合部を隙間なく容易に密閉することができる。これにより、一対の金属部材の側面間の気密性及び水密性を高めることができる。 According to such a joining method, welding is performed from the side surface to the abutting portions exposed on the side surfaces of the pair of metal members, and the weld metal is overlapped with the front side plasticizing region and the back side plasticizing region, thereby the abutting portion. Can be easily sealed without a gap. Thereby, the airtightness between the side surfaces of a pair of metal members and watertightness can be improved.
また、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域は、前記継手部材に接触することが好ましい。かかる接合方法によれば、金属部材の側面に露出する突合部を確実に密閉することができる。 Moreover, it is preferable that the said surface side plasticization area | region and the said back surface side plasticization area | region contact the said joint member. According to this joining method, the abutting portion exposed on the side surface of the metal member can be reliably sealed.
また、本発明は、前記溶接接合工程の前に、一対の前記金属部材と前記継手部材との突合部に沿って側部凹溝を形成する側部凹溝形成工程を含み、前記溶接接合工程の際に、前記側部凹溝に前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことが好ましい。 In addition, the present invention includes a side groove forming step of forming a side groove along the abutting portion between a pair of the metal member and the joint member before the welding joining step, and the welding joining step In this case, it is preferable to include a weld metal filling step of filling the side groove with the weld metal.
かかる接合方法によれば、側部凹溝に溶接金属を充填することで溶接の作業性を高めることができる。 According to this joining method, the workability of welding can be improved by filling the side groove with the weld metal.
また、本発明は、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域内に形成される前記側部凹溝の幅は、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の幅よりも小さいことが好ましい。かかる接合方法によれば、溶接金属を充填する範囲を小さくすることができるため、作業効率を高めることができる。 Further, according to the present invention, the width of the side groove formed in the front side plasticization region and the back side plasticization region is larger than the width of the front side plasticization region and the back side plasticization region. Small is preferable. According to such a joining method, since the range in which the weld metal is filled can be reduced, work efficiency can be improved.
また、本発明は、前記溶接接合工程の後に、前記溶接金属のうち前記金属部材の側面から突出した部分を切除する切除工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、金属部材の側面を平滑に形成することができる。 Moreover, it is preferable that this invention includes the excision process of excising the part which protruded from the side surface of the said metal member among the said weld metals after the said welding joining process. According to this joining method, the side surface of the metal member can be formed smoothly.
また、本発明は、前記摩擦攪拌で用いる回転ツールの挿入予定位置に、予め下穴を形成する下穴形成工程を含むことが好ましい。かかる接合工程によれば、回転ツールを押し込む際の圧入抵抗を低減することができる。これにより、摩擦攪拌接合の精度を高めるとともに、迅速に接合作業を行うことができる。 Moreover, it is preferable that this invention includes the pilot hole formation process which forms a pilot hole previously in the insertion insertion position of the rotary tool used by the said friction stirring. According to such a joining process, it is possible to reduce press-fit resistance when the rotary tool is pushed in. Thereby, while improving the precision of friction stir welding, a joining operation can be performed rapidly.
本発明に係る接合方法によれば、継手部材を介設して金属部材同士を接合する場合において、金属部材の側面間に露出する未塑性化領域を容易に密閉して金属部材の気密性及び水密性を高めることができる。 According to the joining method according to the present invention, when joining metal members with a joint member interposed therebetween, the non-plasticized region exposed between the side surfaces of the metal members can be easily sealed, Water tightness can be increased.
[第一実施形態]
本発明に係る接合方法の最良の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、第一実施形態に係る接合方法を示した全体斜視図である。第一実施形態に係る接合方法は、図1に示すように、第一金属部材10aと、第二金属部材10bと、第一金属部材10aと第二金属部材10bの間に介設される継手部材20とを有する被接合金属部材Hの突合部に対して表面A、裏面Bから摩擦攪拌するとともに、第一側面C及び第二側面Dのそれぞれに露出する突合部に対しては溶接を行うものである。以下、各工程について詳細に説明する。また、本説明における上下左右前後は、図1の矢印に従う。
[First embodiment]
The best embodiment of the joining method according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall perspective view showing a joining method according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the joining method according to the first embodiment includes a
本実施形態に係る接合方法は、(1)突合工程、(2)第一段部仮接合工程、(3)第一段部本接合工程、(4)継手部材配置工程、(5)表面仮接合工程、(6)表面本接合工程、(7)裏面本接合工程、(8)溶接接合工程を含むものである。 The joining method according to the present embodiment includes (1) a joining step, (2) a first step temporary joining step, (3) a first step main joining step, (4) a joint member arranging step, and (5) a temporary surface. It includes a joining step, (6) front surface main joining step, (7) back surface main joining step, and (8) welding joining step.
まず、図2等を用いて2つの金属部材である第一金属部材10a及び第二金属部材10bについて説明する。
第一金属部材10a及び第二金属部材10b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。第一金属部材10a及び第二金属部材10bは、略同等の形状からなる部材であって、肉厚部分である本体部Qと、本体部Qの端部に肉薄に形成された段部Rとを備えて構成されている。以下の説明においては、本体部Qの側面11,14のうち、段部R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Rの側面15,18(図2の(d)参照)のうち、他の段部R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。本体部Qの立上側面11は、本実施形態では、段部Rの表面16から垂直に立ち上がっており(図2の(c)参照)、かつ、段部Rの突合側面15と平行である(図2の(b)参照)。
First, the
The
段部Rは、本体部Qよりも肉厚の小さい部位であり、本体部Q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2の(c)に示すように、段部Rの表面16は、本体部Q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Rの裏面17は、本体部Qの裏面13と面一になっている。また、段部Rの突合側面15は、段部Rの表面16に対して垂直になっている。段部Rの奥行き寸法(本体部Qの立上側面11から段部Rの突合側面15までの距離)は、後記する大型回転ツールG(図3の(b)参照)のショルダ部G1の半径(=Y1/2)よりも大きくなっている。段部R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Qの肉厚tAの2/3に設定されている。
なお、第一金属部材10a及び第二金属部材10bを単に金属部材10ともいう。
The step portion R is a portion having a smaller thickness than the main body portion Q, and is formed by chamfering or cutting the
The
(1)突合工程
突合工程は、図2に示すように、第一金属部材10a及び第二金属部材10bの段部R,R同士を突き合せ、本体部Q,Q間に凹部100を形成する工程である。突合工程では、第一金属部材10aの段部Rの突合側面15に第二金属部材10bの段部Rの突合側面15を密着させるとともに、第一金属部材10aの段部Rの表面(上面)16と第二金属部材10bの段部Rの表面(上面)16を面一にし、さらに、第一金属部材10aの段部Rの裏面17と第二金属部材10bの段部Rの裏面17を面一にする。第一金属部材10a及び第二金属部材10bの段部R同士を突き合わせることにより、突合部J20が形成されている。
なお、段部R,R同士を突き合せると、一方の本体部Qの立上側面11と他方の本体部Qの立上側面11とが、後記する大型回転ツールG(図3の(b)参照)のショルダ部G1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) Abutting process As shown in FIG. 2, the abutting process abuts the step portions R and R of the
When the stepped portions R, R are brought into contact with each other, the rising
(2)第一段部仮接合工程
第一段部仮接合工程では、図4に示すように、段部Rと一方のタブ材30との突合部J10、段部R,R同士の突合部J20及び段部Rと他方のタブ材40との突合部J30を表面側から仮接合する。まず、タブ材と回転ツールについて説明する。
(2) First Step Temporary Joining Process In the first step temporary joining step, as shown in FIG. 4, the abutting portion J10 between the stepped portion R and one
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2の(a)乃至(d)に示すように、それぞれ、段部R,R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R,Rの露出側面18,18だけでなく、本体部Q,Q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Rの厚さ寸法と同一の厚さ寸法を備えていて(図2の(d)参照)、段部Rの表面16及び裏面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Q,Q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。タブ材30と金属部材10との突合部には、突合部J10が形成され、タブ材40と金属部材10との突合部には、突合部J30が形成されている。
The
まず、図3を参照して、小型の回転ツールF(以下、「小型回転ツールF」という。)及び小型回転ツールFよりも比較的大型の回転ツールG(以下、「大型回転ツールG」という。)を詳細に説明する。 First, referring to FIG. 3, a small rotating tool F (hereinafter referred to as “small rotating tool F”) and a rotating tool G that is relatively larger than the small rotating tool F (hereinafter referred to as “large rotating tool G”). Will be described in detail.
図3の(a)に示す小型回転ツールF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。小型回転ツールF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、大型回転ツールG(図3の(b)参照)よりも小型にする。このようにすると、大型回転ツールG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、小型回転ツールFの移動速度(送り速度)を大型回転ツールG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 small rotary tool F shown in FIG. 3A is made of a metal material harder than 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、大型回転ツール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 a large rotating 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が大型回転ツール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よりも小さくなっている。また、攪拌ピンF2の長さLAも、大型回転ツールGの攪拌ピンG2の長さLBよりも小さくなっている。 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, than the maximum outer diameter of the maximum outer diameter of the stirring pin G2 of (upper diameter) X 2 is large rotating tool G (upper end diameter) Y 2 It is small, and is smaller than the minimum outer diameter minimum outer diameter (bottom diameter) X 3 is the stirring pin G2 (lower diameter) Y 3. Also, the length L A of the stirring pin F2, is smaller than the length L B of the stirring pin G2 of the large rotating tool G.
図3の(b)に示す大型回転ツールG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 large rotary tool G shown in FIG. 3B is made of a metal material harder than the
ショルダ部G1の下端面G11は、小型回転ツール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。攪拌ピンG2の長さLBは、段部Rの肉厚tB(図2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 G11 of the shoulder portion G1 is formed in a concave shape like the small 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. The length L B of the stirring pin G2 is desirably set to be not less than 1/2 and not more than 3/4 of the thickness t B (see FIG. 2C) of the stepped portion R, and more preferably 1.01 ≦ 2L B / t B ≦ 1.10 is preferably set so as to satisfy the relationship.
第一段部仮接合工程では、図4に示すように、一の小型回転ツール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J10,J20,J30に対して表面16側から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に挿入した小型回転ツールFの攪拌ピンF2(図3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。第一段部仮接合工程を行うことで、後に行う第一段部本接合工程におけるタブ材と金属部材10との目開きを防止することができる。
なお、第一段部仮接合工程は、第一実施形態にいては図4に示すような軌跡となったが、これに限定されるものではなく、他の軌跡であってもよい。
In the first step temporary joining step, as shown in FIG. 4, one small rotating tool F is moved so as to form a one-stroke writing movement trajectory (bead), and the abutting portions J10, J20, and J30 are moved. Friction stirring is continuously performed from the
In addition, although the 1st step part temporary joining process became a locus | trajectory as shown in FIG. 4 in 1st embodiment, it is not limited to this and another locus | trajectory may be sufficient.
(3)第一段部本接合工程
第一段部本接合工程では、大型回転ツールGを使用し、仮接合された状態の突合部J20に対して段部Rの表面16側から摩擦攪拌を行う。具体的には、図5の(a)及び(b)に示すように、開始位置SM1に大型回転ツールGの攪拌ピンG2を挿入(圧入)し、挿入した攪拌ピンG2を途中で離脱させることなく終了位置EM1まで移動させる。
(3) First step main joining step In the first step main joining step, a large rotary tool G is used, and friction stir is performed from the
大型回転ツール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第一段部塑性化領域W1が形成されることになる。この第一段部塑性化領域W1に形成される可能性がある接合欠陥を補修したい場合には、必要に応じて、第一段部塑性化領域W1に対して摩擦攪拌や溶接を行ってもよい。 When the large rotary tool 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 hardened again, and the first step portion. A plasticized region W1 will be formed. If it is desired to repair a bonding defect that may be formed in the first step plasticization region W1, friction stir or welding may be performed on the first step plasticization region W1 as necessary. Good.
前記した第一段部仮接合工程、第一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Rの表面16(凹部100の底面)を面削して平滑にする。これにより、後記する継手部材配置工程において、凹部100の底面と継手部材20とを密接させることができる。
When the first step temporary joining step and the first step main joining step are completed, burrs generated by friction stirring are removed and the
(4)継手部材配置工程
継手部材配置工程は、図6の(a)及び(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Q,Q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。
(4) Joint member arranging step In the joint member arranging step, as shown in FIGS. 6A and 6B, 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Q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R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Qの立上側面11に当接し(図7の(a)及び(b)参照)、露出側面22が本体部Qの露出側面14及び段部Rの露出側面18(図2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Qの表面(上面)12とが面一になる(図7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Q,Q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Q,Q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6の(b)に示すように、それぞれ、本体部Qの表面12及び継手部材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R,R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Q,Q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R,R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Q,Qの露出側面14,14に接合される。
なお、第一金属部材10a及び第二金属部材10bに継手部材20を配置して形成された部材を以下、被接合金属部材Hともいう。また、図1に示すように、被接合金属部材Hの表面を表面A、裏面を裏面B、一方の側面を第一側面C、他方の側面を第二側面Dとする。
Further, the
A member formed by disposing the
(5)表面仮接合工程
表面仮接合工程では、被接合金属部材Hの表面Aに露出する突合部に対して、表面A側から予備的に摩擦攪拌を行う。表面仮接合工程は、図8に示すように、小型回転ツールF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)、第一金属部材10aの本体部Q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)及び第二金属部材10bの本体部Q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。
(5) Surface Temporary Bonding Step In the surface temporary bonding step, friction agitation is preliminarily performed from the surface A side against the abutting portion exposed on the surface A of the metal member H to be bonded. As shown in FIG. 8, the temporary surface joining step uses a small rotary tool F to abut the joint portion J1 between the
表面仮接合工程では、摩擦攪拌の開始位置SP及び終了位置EPを第一タブ材1に設け、開始位置SPに挿入した小型回転ツールFを途中で離脱させることなく終了位置EPまで相対移動させる。つまり、継手仮接合工程では、一の小型回転ツール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J1〜J4に対して連続して摩擦攪拌を行う。
In the surface temporary joining step, the friction stir start position S P and the end position E P are provided in the
表面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。
第一タブ材1の適所に設けた開始位置SPの直上に小型回転ツールFを位置させ、続いて、小型回転ツールFを右回転させつつ下降させて攪拌ピンF2(図3の(a)参照)を開始位置SPに押し付ける。小型回転ツール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 surface temporary joining step will be described in more detail.
Is positioned a small rotary tool F immediately above the start position S P provided in place of the
攪拌ピンF2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F2の周囲にある金属が塑性流動化し、攪拌ピンF2が第一タブ材1に挿入される。攪拌ピンF2の全体が第一タブ材1に入り込み、かつ、ショルダ部F1の下端面F11(図3の(a)参照)の全面が第一タブ材1の表面に接触したら、小型回転ツールF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 F2 comes into contact with the surface of the
小型回転ツール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、小型回転ツール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、小型回転ツールFの方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。
The moving speed (feeding speed) of the small rotary tool F is set according to the size and shape of the agitating pin F2, the material and thickness of the
小型回転ツールF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で小型回転ツールF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小型回転ツールF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 small rotary tool F is relatively moved and frictional stirring is continuously performed up to the temporary joining starting point p1, the small rotating tool F is not detached from the temporary joining starting point p1 and is directly moved to the first intersection c1 which is one end of the abutting portion J1. The friction stir 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、小型回転ツールFの攪拌ピンF2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Q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。
Note that when the stirring pin F2 of the small rotary tool F enters the abutting portion J1, a force acts to separate the
第一交点c1まで小型回転ツールFを相対移動させたら、第一交点c1で小型回転ツールFを離脱させずにそのまま第一タブ材1と第一金属部材10aの本体部Q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。
When the small rotary tool F is relatively moved to the first intersection c1, the abutting portion J5 between the
第一中間点m1まで小型回転ツールFを相対移動させたら、第一中間点m1で小型回転ツールF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、小型回転ツールF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に小型回転ツールF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 small rotary tool F is relatively moved to the first intermediate point m1, the small rotary tool F is allowed to enter the
第一交点c1に小型回転ツールFを戻したら、第一交点c1で小型回転ツールF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に小型回転ツールFを戻したら、一方の金属部材10の本体部Q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小型回転ツール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。
When the small rotary tool F is returned to the first intersection c1, the small rotary tool F is directly moved into the abutting portion J2 at the first intersecting point c1, and the abutting portion J2 is frictionally agitated with respect to the abutting portion J2. The relative movement is made to the second intersection c2 which is the other end. That is, when the small rotary tool F is returned to the first intersection c1, a route for friction stirring is set on the joint (boundary line) between the main body portion Q of one
第二交点c2まで小型回転ツールFを相対移動させたら、第二交点c2で小型回転ツールF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と第一金属部材10aの本体部Q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 small rotary tool F is relatively moved to the second intersection c2, the small rotary tool F is allowed to enter the
第二中間点m2まで小型回転ツールFを相対移動させたら、第二中間点m2で小型回転ツールF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Q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小型回転ツールF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 small rotary tool F is relatively moved to the second intermediate point m2, the small rotary tool F is not moved at the second intermediate point m2 and is moved relative to the second intersection c2 which is also one end of the abutting portion J3. Friction stirring is performed on the abutting portion J6. That is, the friction stir is also applied to the abutting portion J6 by relatively moving the small rotary tool F along the friction stir route provided on the joint (boundary line) between the
第二交点c2まで小型回転ツールFを相対移動させたら、第二交点c2で小型回転ツールF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Q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小型回転ツールF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。
When the small rotary tool F is relatively moved to the second intersection c2, the small rotary tool F is moved relative to the third intersection c3 which is the other end of the abutting portion J3 without detaching the small rotary tool F at the second intersection c2. Friction stirring is performed on the part 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まで小型回転ツールFを相対移動させたら、第三交点c3で小型回転ツールFを離脱させずにそのまま第二タブ材2と第二金属部材10bの本体部Q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Q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小型回転ツールF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。
When the small rotary tool F is relatively moved to the third intersection c3, the abutting portion J7 between the
第三中間点m3まで小型回転ツールFを相対移動させたら、第三中間点m3で小型回転ツールF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、小型回転ツールF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 small rotary tool F is relatively moved to the third intermediate point m3, the small rotary tool F is directly moved into the
第三交点c3に小型回転ツールFを戻したら、第三交点c3で小型回転ツールF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に小型回転ツールFを戻したら、他方の金属部材10の本体部Q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小型回転ツールF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 small rotary tool F is returned to the third intersection c3, the small rotary tool F is inserted into the abutting portion J4 as it is without detaching at the third intersection c3, and the abutting portion J4 of the abutting portion J4 is subjected to friction stirring. The relative movement is made to the fourth intersection point c4 which is the other end. That is, when the small rotary tool F is returned to the third intersection c3, a friction stirring route is set on the joint (boundary line) between the main body portion Q of the
第四交点c4まで小型回転ツールFを相対移動させたら、第四交点c4で小型回転ツールF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Q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 small rotary tool F is relatively moved to the fourth intersection c4, the small rotary tool F is allowed to enter the
第四中間点m4まで小型回転ツールFを相対移動させたら、第四中間点m4で小型回転ツールF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Q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小型回転ツールF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 small rotary tool F is relatively moved to the fourth intermediate point m4, the small rotary tool F is not moved at the fourth intermediate point m4 and is moved relative to the fourth intersection c4 which is also the other end of the abutting portion J4. Then, friction stirring is performed on the abutting portion J8. That is, the friction stir is also applied to the abutting portion J8 by relatively moving the small rotary tool F 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まで小型回転ツールFを相対移動させたら、第四交点c4で小型回転ツールF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Q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小型回転ツールF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 small rotary tool F is relatively moved from the fourth intermediate point m4 to the fourth intersection point c4, the small rotary tool F is not detached at the fourth intersection point c4 and is directed toward the temporary joining end point p2 provided in the middle of the abutting portion J1. The friction stir 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まで小型回転ツールFを相対移動させたら、仮接合終点p2で小型回転ツールF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EPまで相対移動させる。
When the small rotary tool F is relatively moved to the temporary joining end point p2, the small rotary tool F is allowed to enter the
小型回転ツールFが終了位置EPに達したら、小型回転ツールFを回転させつつ上昇させて攪拌ピンF2(図3の(a)参照)を終了位置EPから離脱させる。 When small rotary tool F reaches the end position E P, it is detached small rotary tool stirring is raised while rotating the F pin F2 (shown in FIG. 3 (a) refer) from the end position E P.
なお、小型回転ツールFを右回転させた場合には、小型回転ツールF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及びタブ材1,2と本体部Qとの突合部J5〜J8に沿って摩擦攪拌を行う際には、小型回転ツールF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、小型回転ツールFを右回転させた場合には、小型回転ツールF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。
In addition, when the small rotary tool F is rotated to the right, there is a possibility that a minute joining defect may occur on the left side in the traveling direction of the small rotary tool F. Therefore, the abutting portion between the
ちなみに、小型回転ツールFを左回転させた場合には、小型回転ツールF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及びタブ材1,2と本体部Qとの突合部J5〜J8に沿って摩擦攪拌を行う際には、小型回転ツールF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、小型回転ツールFを左回転させた場合には、小型回転ツールF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 small rotary tool F is rotated counterclockwise, there is a possibility that a fine joint defect may occur on the right side in the traveling direction of the small rotary tool F. Therefore, the butt portion between the
なお、本実施形態においては、表面仮接合工程のルートを前記したように設定したが、このルートに限定されるものではない。また、必ずしも一筆書きの要領で摩擦攪拌しなければならないものではない。 In the present embodiment, the route of the surface temporary bonding step is set as described above, but the route is not limited to this route. In addition, it is not always necessary to friction stir in the manner of a single stroke.
また、表面仮接合工程が終了したら、下穴形成工程を行うのが好ましい。下穴形成工程は具体的な図示はしないが、表面本接合工程における摩擦攪拌の開始位置SM2に下穴を形成する。下穴は、大型回転ツールGの攪拌ピンG2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。下穴の形態に特に制限はないが、例えば、円筒状が好ましい。 Moreover, it is preferable to perform a pilot hole formation process after the surface temporary bonding process is completed. Although the lower hole forming step are not specifically shown, to form a prepared hole to the start position S M2 of the friction stir in the surface main bonding step. The pilot hole is provided for the purpose of reducing the insertion resistance (press-fit resistance) of the stirring pin G2 of the large rotary tool G. Although there is no restriction | limiting in particular in the form of a pilot hole, For example, a cylindrical shape is preferable.
(6)表面本接合工程
表面本接合工程では、被接合金属部材Hの表面Aに露出する突合部に対して、表面A側から本格的に摩擦攪拌を行う。即ち、表面本接合工程は、小型回転ツールFよりも大型の大型回転ツールG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。本実施形態においては、突合部J2に対して行う摩擦攪拌を第一表面本接合工程、突合部J4に対して行う摩擦攪拌を第二表面本接合工程とする。
(6) Surface Main Bonding Step In the surface main bonding step, frictional stirring is performed in earnest from the surface A side against the abutting portion exposed on the surface A of the metal member H to be bonded. That is, the front surface main joining step is a step of performing frictional stirring on the abutting portions J2 and J4 using the large rotating tool G larger than the small rotating tool F. In the present embodiment, the friction stirring performed on the abutting part J2 is referred to as a first surface main joining process, and the friction agitation performed on the abutting part J4 is referred to as a second surface main joining process.
表面本接合工程では、図9に示すように、摩擦攪拌の開始位置SM2及び終了位置EM2を第一タブ材1に設け、開始位置SM2に挿入した大型回転ツールGを途中で離脱させることなく終了位置EM2まで相対移動させる。つまり、表面本接合工程では、一の大型回転ツールG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、第一表面本接合工程及び第二表面本接合工程を連続して行う。
In the surface main joining step, as shown in FIG. 9, the friction stir starting position S M2 and the end position E M2 are provided in the
表面本接合工程をより詳細に説明する。表面本接合工程では、まず、開始位置SM2に形成した図示せぬ下穴の直上に大型回転ツールGを位置させ、続いて、大型回転ツールGを右回転させつつ下降させて攪拌ピンG2(図3の(b)参照)の先端を図示せぬ下穴に挿入する。 The surface main bonding process will be described in more detail. The surface main bonding step, first, the start position S M2 is positioned a large rotating tool G immediately above the lower hole (not shown) formed in, followed by large rotating tool G right rotate is lowered while stirring pin G2 ( The tip of (see (b) of FIG. 3) is inserted into a pilot hole (not shown).
攪拌ピンG2の全体が第一タブ材1に入り込み、かつ、ショルダ部G1の下端面G11(図3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)に向けて大型回転ツールGを相対移動させ、さらに、突合部J2に突入し、第一表面本接合工程を行う。大型回転ツール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第一表面側塑性化領域W2が形成される。
When the entire stirring pin G2 enters the
大型回転ツール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。
The moving speed (feeding speed) of the large rotary tool G is set according to the size and shape of the stirring pin G2, the material and thickness of the
金属部材10及び継手部材20への入熱量が過大になる虞がある場合には、大型回転ツールG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、表面仮接合工程を実行して金属部材10(本体部Q)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 the amount of heat input to the
突合部J2に大型回転ツールGを突入させたら、本体部Q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大型回転ツールG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 large rotary tool G enters the abutting portion J2, a route for friction stirring is set on the joint between the main body portion Q and the
突合部J2の他端(第二交点c2)まで大型回転ツールGを相対移動させたら、大型回転ツールG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 large rotary tool G is relatively moved to the other end (second intersection point c2) of the abutting portion J2, the large rotary tool G is allowed to enter the
突合部J4の一端(第三交点c3)まで大型回転ツールGを相対移動させたら、第三交点c3で大型回転ツールG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の一端まで大型回転ツールGを相対移動させたら、他方の金属部材10の本体部Q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大型回転ツールGを相対移動させることで、突合部J4に対して第二表面本接合工程を行う。
When the large rotary tool G is relatively moved to one end (third intersection c3) of the abutting portion J4, the large rotating tool G is directly plunged into the abutting portion J4 at the third intersection c3 without being separated from the abutting portion J4. Relatively moving to the fourth intersection c4, which is the other end of the abutting portion J4, while performing frictional stirring. That is, when the large rotary tool G is relatively moved to one end of the abutting portion J4, a route for friction stirring is set on the joint (boundary line) between the main body portion Q of the
突合部J4の他端(第四交点c4)まで大型回転ツールGを相対移動させたら、大型回転ツールG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EM2まで相対移動させる。
When the large rotary tool G is relatively moved to the other end (fourth intersection c4) of the abutting portion J4, the large rotary tool G is plunged into the
なお、表面本接合工程においては、開始位置SM2から終了位置EM2まで大型回転ツールGを右回転させて、一筆書きの要領で摩擦攪拌を行ったが、これに限定されるものではない。例えば、大型回転ツールGを左回転させてもよいし、一筆書きの要領ではなく、第一タブ材1又は第二タブ材2のどちらか一方で大型回転ツールGを一旦離脱させて、突合部J2又はJ4のそれぞれの摩擦攪拌を行ってもよい。
In the surface main joining process, the large rotary tool G is rotated clockwise from the start position S M2 to the end position E M2 and the friction stir is performed in the manner of one stroke writing, but is not limited thereto. For example, the large rotary tool G may be rotated counterclockwise, or the large rotary tool G is temporarily detached from either the
(7)裏面本接合工程
裏面本接合工程では、段部R,Rの突合部J20を被接合金属部材Hの裏面B側(裏面17側(図7の(b)参照))から摩擦攪拌を行う。図10に示すように、前記した表面本接合工程が終了したら、被接合金属部材Hを図示しない摩擦攪拌装置の拘束から解いて、被接合金属部材Hの裏面Bが上方に向くように、再度設置する。
(7) Back surface main joining step In the back surface main joining step, friction stir is applied to the abutting portion J20 of the stepped portions R and R from the back surface B side (the
裏面本接合工程は、第一タブ材1に設定した開始位置SM2から、第二タブ材2に設定した終了位置EM2まで突合部J20に沿って大型回転ツールGを離脱させることなく摩擦攪拌を行う工程である。裏面本接合工程によって、被接合金属部材Hの裏面Bには、裏面側塑性化領域W4が形成されている。図1に示すように、裏面側塑性化領域W4は、第一段部塑性化領域W1と重複している。これにより、第一金属部材10aの段部Rと第二金属部材10bの段部Rが突き合わされた突合部J20が深さ方向の全長に亘って密閉される。これにより、被接合金属部材Hの側面間の気密性及び水密性を高めることができる。
The back surface main joining step is friction stir without detaching the large rotary tool G along the abutting portion J20 from the start position SM2 set for the
なお、裏面本接合工程は、本実施形態においては、表面本接合の後に行ったが、これに限定されるものではなく、例えば、第一段部本接合工程の後に行ってもよい。裏面本接合工程が終了したら、被接合金属部材Hから全てのタブ材を切除する。 In addition, in this embodiment, although the back surface main joining process was performed after front surface main joining, it is not limited to this, For example, you may perform after a 1st step part main joining process. When the back surface main joining process is completed, all the tab members are cut from the metal member H to be joined.
(8)溶接接合工程
溶接接合工程では、図11及び図12に示すように、被接合金属部材Hの第一側面C及び第二側面D側に露出する突合部に対して溶接を行う。即ち、第一側面Cは、図11に示すように、裏面本接合工程を終えると、突合部J2及び突合部J4の下部が大型回転ツールGによっても摩擦攪拌されないため、未塑性化領域として残存する。また、継手部材20の下面と、凹部100の底面との突合部J21も、未塑性化領域として残存する。したがって、溶接接合工程では、これらの未塑性化領域に対して溶接を行って、溶接金属によって未塑性化領域を密閉する。本実施形態における溶接接合工程は、第一側面Cを溶接する第一溶接接合工程と、第二側面Dを溶接する第二溶接接合工程とを含むものである。
(8) Welding and joining process In the welding and joining process, as shown in FIGS. 11 and 12, welding is performed on the abutting portions exposed on the first side face C and the second side face D side of the metal member H to be joined. That is, as shown in FIG. 11, the first side surface C remains as an unplasticized region after the back surface main joining process is completed, because the lower portions of the butted portion J2 and the butted portion J4 are not frictionally stirred by the large rotating tool G. To do. Further, the abutting portion J21 between the lower surface of the
第一溶接接合工程は、第一側面Cに側部凹溝Kを形成する側部凹溝形成工程、側部凹溝Kに肉盛溶接を行う溶接金属充填工程、溶接金属充填工程で充填された溶接金属Tのうち、第一側面Cから突出した部分を切除する切除工程を含むものである。 The first welding joining step is filled with a side groove forming step for forming the side groove K on the first side surface C, a weld metal filling step for performing overlay welding on the side groove K, and a weld metal filling step. This includes a cutting step of cutting a portion protruding from the first side surface C of the weld metal T.
側部凹溝形成工程は、図11に示すように、継手部材20と第一金属部材10aとの突合部J2、継手部材20と第二金属部材10bとの突合部J4、継手部材20と凹部100の底面との突合部J21及び段部R,R同士の突合部J20に亘って凹溝を形成する工程である。側部凹溝Kは、公知のエンドミルを用いて各突合部に沿って連続して形成する。側部凹溝Kの形状は限定されるものではないが、本実施形態においては、断面視半円形状に形成する。また、側部凹溝Kの幅Kbは、第一表面側塑性化領域W2の幅W2bよりも小さく形成されている。このように、側部凹溝Kを小さく形成することで、側部凹溝Kの形成作業及び後記する溶接金属充填工程の作業効率を高めることができる。
As shown in FIG. 11, the side groove forming step includes a joint portion J2 between the
なお、本実施形態においては、突合部J2、突合部J4、突合部J20及び突合部J21の全長に亘って側部凹溝Kを形成したが、これに限定されるものではなく、少なくとも、これらの突合部のうち未塑性化領域に側部凹溝Kを形成すればよい。また、仮に、第一表面側塑性化領域W2、第二表面側塑性化領域W3、第一段部塑性化領域W1及び裏面側塑性化領域W4に空洞欠陥や酸化皮膜が露出している場合には、これらの欠陥を含むように側部凹溝Kを形成するのが好ましい。これにより、後記する溶接金属充填工程で、溶接金属によって当該空洞欠陥や酸化皮膜を密閉することができる。 In addition, in this embodiment, although the side part ditch | groove K was formed over the full length of the abutting part J2, the abutting part J4, the abutting part J20, and the abutting part J21, it is not limited to this, At least these A side groove K may be formed in the unplasticized region of the butt portion. Also, if a cavity defect or an oxide film is exposed in the first surface side plasticized region W2, the second surface side plasticized region W3, the first step plasticized region W1, and the back side plasticized region W4. The side grooves K are preferably formed so as to include these defects. Thereby, the said cavity defect and an oxide film can be sealed with a weld metal at the weld metal filling process mentioned later.
溶接金属充填工程では、図12に示すように、側部凹溝KにTIG溶接又はMIG溶接などの肉盛溶接を行って、側部凹溝Kに溶接金属Tを充填させる。肉盛溶接は、側部凹溝Kに第一側面Cの表面から溶接金属Tが突出する程度に行う。このように、溶接金属充填工程を行うことで、突合部J2、突合部J4及び突合部J21の未塑性化領域を確実に密閉することができる。また、第一表面側塑性化領域W2、第二表面側塑性化領域W3、第一段部塑性化領域W1及び裏面側塑性化領域W4に、空洞欠陥や酸化皮膜が露出している場合には、これらの欠陥も密閉して気密性及び水密性を高めることができる。なお、図12の(b)に示すように、溶接金属Tのうち、第一側面Cから突出する部分を肉盛部T’とする。 In the weld metal filling step, as shown in FIG. 12, build-up welding such as TIG welding or MIG welding is performed on the side groove K to fill the side groove K with the weld metal T. Overlay welding is performed to such an extent that the weld metal T protrudes from the surface of the first side surface C into the side groove K. In this way, by performing the weld metal filling step, the unplasticized regions of the butt portion J2, the butt portion J4, and the butt portion J21 can be reliably sealed. Further, when a cavity defect or an oxide film is exposed in the first surface side plasticized region W2, the second surface side plasticized region W3, the first step plasticized region W1, and the back surface plasticized region W4. These defects can be sealed to improve airtightness and watertightness. Note that, as shown in FIG. 12B, the portion of the weld metal T that protrudes from the first side surface C is defined as a build-up portion T ′.
切除工程は、図12の(b)に示すように、肉盛部T’を切除する。切除工程は、公知の切削具等を用いて行う。切除工程を行うことで、第一側面Cを平滑に形成することができる。なお、本実施形態のように、溶接金属充填工程によって、溶接金属Tが表面Aよりも上方又は裏面Bよりも下方に形成される場合には、溶接金属Tのうち表面A又は裏面Bよりも突出した部分を切削することが好ましい。 In the cutting process, as shown in FIG. 12B, the built-up portion T ′ is cut. The cutting process is performed using a known cutting tool or the like. By performing the cutting step, the first side surface C can be formed smoothly. In addition, like this embodiment, when the weld metal T is formed above the surface A or below the back surface B by the weld metal filling step, the weld metal T is more than the front surface A or the back surface B. It is preferable to cut the protruding portion.
第二溶接接合工程は、第二側面Dに側部凹溝Kを形成する側部凹溝形成工程、側部凹溝Kに肉盛溶接を行う溶接金属充填工程、溶接金属充填工程で形成された溶接金属Tのうち、第二側面Dから突出した部分を切除する切除工程を含むものである。
第二溶接接合工程は、第一溶接接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
The second welding joining step is formed by a side groove forming step for forming the side groove K on the second side surface D, a weld metal filling step for performing overlay welding on the side groove K, and a weld metal filling step. The cutting process which cuts out the part which protruded from the 2nd side D among the weld metal T which was further included is included.
Since the second welding joining process is substantially the same as the first welding joining process, detailed description is omitted.
以上説明した第一実施形態に係る接合方法によれば、被接合金属部材Hの側面に露出する突合部J2、突合部J4、突合部J20及び突合部J21に溶接を行って、溶接金属Tと、第一表面側塑性化領域W2、第二表面側塑性化領域W3及び裏面側塑性化領域W4とを重複させる。これにより、被接合金属部材Hの側面に露出する未塑性化領域を確実に密閉することができ、被接合金属部材Hの側面間の気密性及び水密性を高めることができる。また、従来は被接合金属部材Hの厚みが大きくなると、作業が煩雑になるという問題があったが、本実施形態に係る溶接接合工程によれば、被接合金属部材Hの厚みによらずに容易に未塑性化領域を密閉することが出来る。
また、第一段部塑性化領域W1と裏面側塑性化領域W4とを重複させることで、段部R,Rの突合部J20を確実に密閉することができる。
According to the joining method according to the first embodiment described above, welding is performed on the abutting portion J2, the abutting portion J4, the abutting portion J20, and the abutting portion J21 exposed on the side surface of the metal member H to be joined. The first surface side plasticizing region W2, the second surface side plasticizing region W3, and the back surface side plasticizing region W4 are overlapped. Thereby, the unplasticized region exposed on the side surface of the metal member H to be bonded can be reliably sealed, and the airtightness and watertightness between the side surfaces of the metal member H to be bonded can be improved. Further, conventionally, there has been a problem that the work becomes complicated when the thickness of the metal member H to be joined becomes large, but according to the welding joint process according to the present embodiment, regardless of the thickness of the metal member H to be joined. The unplasticized region can be easily sealed.
Further, by overlapping the first step plasticization region W1 and the back surface plasticization region W4, the abutting portion J20 of the step portions R and R can be reliably sealed.
なお、本発明は、上記した形態に限定されずに本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜変更が可能である。例えば、図11を参照するように、継手部材20の厚みよりも第一表面側塑性化領域W2及び第二表面側塑性化領域W3の深さを大きくすることにより、突合部J2及び突合部J4の全長に亘って摩擦攪拌を行ってもよい。また、第一段部塑性化領域W1と裏面側塑性化領域W4との間に未塑性化領域が形成される場合は、溶接接合工程を行って当該未塑性化領域を密閉すればよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described form and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. For example, as shown in FIG. 11, the depths of the first surface side plasticized region W2 and the second surface side plasticized region W3 are made larger than the thickness of the
[第二実施形態]
本発明の第二実施形態に係る接合方法は、凹溝を備えた第一金属部材及び第二金属部材を突き合わせて形成された中空部に継手部材を挿入する点で第一実施形態と相違する。
図13は、第二実施形態に係る接合方法を示した全体斜視図である。第二実施形態に係る接合方法は、図13に示すように、第一金属部材50aと、第二金属部材50bと、第一金属部材50aと第二金属部材50bの間に介設される継手部材70とを有する被接合金属部材Nの表面A、裏面Bの突合部に対して摩擦攪拌を行うとともに、第一側面C及び第二側面Dに露出する突合部に対して溶接を行うことを特徴とする。
[Second Embodiment]
The joining method according to the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the joint member is inserted into the hollow portion formed by abutting the first metal member and the second metal member provided with the concave groove. .
FIG. 13 is an overall perspective view showing a joining method according to the second embodiment. As shown in FIG. 13, the joining method according to the second embodiment includes a
まず、本実施形態に係る接合方法の被接合金属部材Nを詳細に説明するとともに、この被接合金属部材Nを接合する際に用いられるタブ材を詳細に説明する。 First, the metal member N to be bonded of the bonding method according to the present embodiment will be described in detail, and the tab material used when bonding the metal member N to be bonded will be described in detail.
被接合金属部材Nは、図14の(a)及び(b)に示すように、本実施形態では、端部に凹溝90a,90bが形成された一対の第一金属部材50a及び第二金属部材50bと、第一金属部材50aと第二金属部材50bとを突き合わせて形成した中空部に挿入される継手部材70とを有する。
As shown in FIGS. 14A and 14B, the metal member N to be bonded is a pair of
第一金属部材50aは、断面視矩形を呈する金属部材である。第一金属部材50aの端面61aには、一方の側面64aから他方の側面65aに向かって連続する断面台形の凹溝90aが形成されている。凹溝90aは、第一金属部材50aの高さ方向の略中央に形成されている。
第二金属部材50bは、第一金属部材50aと略同等の形状からなる金属部材である。第二金属部材50bに形成された凹溝90bは、第一金属部材50aの凹溝90aと対向して配置されており、第一金属部材50a及び第二金属部材50bとを突き合わせることにより、中空部91(図14の(b)参照)が形成される。
The
The
第一金属部材50a及び第二金属部材50bは、本実施形態では、同一組成の金属材料からなり、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からなる。
In the present embodiment, the
継手部材70は、本実施形態においては、第一金属部材50aと同等の材料からなり、一対の凹溝90a、90bによって形成された中空部91に挿入される部材である。継手部材70は、本実施形態においては、断面視六角形を呈する部材であって、継手部材70の長手方向の両端面は、第一金属部材50a及び第二金属部材50bの両側面と面一となるように形成されている。継手部材70のうち、第一金属部材50aと接触する側の台形断面形状は、長辺がp1、短辺がp2で形成されている。また、長辺から短辺までの距離はp3で形成されている。一方、第一金属部材50aの凹溝90aの断面形状は、長辺がq1、短辺がq2で形成されている。また、長辺から短辺までの距離はq3で形成されている。継手部材70のうち、第一金属部材50aと接触する側の台形断面形状と、第一金属部材50aの凹溝90aとの関係は、p1≒q1、p2≒q2、p3≒q3で形成されている。即ち、継手部材70は、図14の(b)に示すように、一対の凹溝90a,90bによって形成された中空部91に略隙間がないように挿入される。
In this embodiment, the
なお、継手部材70は、本実施形態においては断面視六角形に形成されているが、これに限定されるものではなく、断面視矩形、断面視円形等であってもよい。また、継手部材70の形状に合わせて、第一金属部材50a及び第二金属部材50bの凹溝90a,90bの形状を適宜変更してもよい。
In addition, in this embodiment, although the
ここで、図13に示すように、被接合金属部材Nの表面を表面A、裏面を裏面B、一方の側面を第一側面C、他方の側面を第二側面Dとする。また、図14の(a)及び(b)に示すように、第一金属部材50aの端面61aと第二金属部材50bの端面61bとが突き合わされた部分を突合部J51とする。また、継手部材70と第一金属部材50a及び第二金属部材50bとが突き合わされた部分を突合部J71とする。
Here, as shown in FIG. 13, the surface of the metal member N to be bonded is the front surface A, the back surface is the back surface B, one side surface is the first side surface C, and the other side surface is the second side surface D. Moreover, as shown to (a) and (b) of FIG. 14, the part where the
第一タブ材52および第二タブ材53は、図15の(a)及び(b)に示すように、被接合金属部材Nの突合部J51を挟むように配置されるものであって、それぞれ被接合金属部材Nに添設され、第一側面C及び第二側面Dに現れる第一金属部材50aと第二金属部材50bの継ぎ目(境界線)を覆い隠す。第一タブ材52及び第二タブ材53の材質に特に制限はないが、本実施形態では、被接合金属部材Nと同一組成の金属材料で形成している。また、第一タブ材52及び第二タブ材53の形状・寸法にも特に制限はないが、本実施形態では、その厚さ寸法を突合部J51における被接合金属部材Nの厚さ寸法と同一にしている。
As shown in FIGS. 15A and 15B, the
以下、第二実施形態に係る接合方法を詳細に説明する。本実施形態に係る接合方法は、(1)継手部材挿入工程、(2)表面仮接合工程、(3)表面本接合工程、(4)裏面仮接合工程、(5)裏面本接合工程、(6)溶接接合工程を含むものである。 Hereinafter, the joining method according to the second embodiment will be described in detail. The joining method according to the present embodiment includes (1) a joint member inserting step, (2) a front surface temporary joining step, (3) a front surface main joining step, (4) a back surface temporary joining step, (5) a back surface main joining step, ( 6) Includes a welding process.
(1)継手部材挿入工程
継手部材挿入工程では、図14に示すように、第一金属部材50aの端面61aと、第二金属部材50bの端面61bとを密着させるとともに、凹溝90a、90bで形成された中空部91に継手部材70を挿入する。
継手部材挿入工程では、第一金属部材50aの表面62aと第二金属部材50bの表面62bを面一にし、さらに、第一金属部材50aの裏面63aと第二金属部材50bの裏面63bを面一にする。また、同様に、第一金属部材50aの側面64aと第二金属部材50bの側面64bを面一にし、第一金属部材50aの側面65aと第二金属部材50bの側面65bを面一にする。また、継手部材70の両端面は、第一金属部材50a及び第二金属部材50bの両側面と面一に形成する。
(1) Joint member inserting step In the joint member inserting step, as shown in FIG. 14, the
In the joint member inserting step, the
(2)表面仮接合工程
表面仮接合工程は、被接合金属部材Nにタブ材を配置するタブ材配置工程と、被接合金属部材Nの表面Aに露出する突合部J52、突合部J51及び突合部J53を表面側から仮接合する表面仮接合工程とを含んでいる。
(2) Surface Temporary Bonding Step The surface temporary bonding step includes a tab material arranging step of arranging a tab material on the metal member N to be joined, a butt portion J52, a butt portion J51, and a butt exposed on the surface A of the metal member N to be joined. A temporary surface bonding step of temporarily bonding the portion J53 from the surface side.
タブ材配置工程では、図15の(a)及び(b)に示すように、突合部J51の第二側面D側に第一タブ材52を配置して、その当接面を第二側面Dに当接させる。さらに、突合部J51の第一側面Cに第二タブ材53を配置して、その当接面を第一側面Cに当接させる。このとき、第一タブ材52の表面と第二タブ材53の表面を被接合金属部材Nの表面Aと面一にするとともに、第一タブ材52の裏面と第二タブ材53の裏面を被接合金属部材Nの裏面Bと面一にする。第一タブ材52と被接合金属部材Nとの突き合わせ面には、突合部J52が形成され、第二タブ材53と被接合金属部材Nとの突き合わせ面には、突合部J53が形成されている。
In the tab material arranging step, as shown in FIGS. 15A and 15B, the
また、タブ材配置工程では、図15の(b)に示すように、被接合金属部材Nと第一タブ材52とにより形成された入り隅部52a,52bを溶接して被接合金属部材Nと第一タブ材52とを仮接合する。さらに、被接合金属部材Nと第二タブ材53とにより形成された入り隅部53a,53bを溶接して被接合金属部材Nと第二タブ材53とを仮接合する。なお、入り隅部52a,52b及び53a,53bの全長に亘って連続して溶接を施してもよいし、断続して溶接を施してもよい。
Further, in the tab material arranging step, as shown in FIG. 15B, the
表面仮接合工程では、図16に示すように、一の小型回転ツール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J52,J51及びJ53に対して表面A側から連続して摩擦攪拌を行う。即ち、摩擦攪拌の開始位置SPに挿入した小型回転ツールFの攪拌ピンF2(図3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。
なお、第一段部仮接合工程は、第一実施形態にいては図17に示すような軌跡となったが、これに限定されるものではなく、他の軌跡であってもよい。また、必ずしも連続的に行う必要はない。表面仮接合工程を行うことで、後に行う表面本接合工程におけるタブ材と被接合金属部材Nとの目開きを防止することができる。
In the surface temporary joining step, as shown in FIG. 16, one small rotating tool F is moved so as to form a one-stroke writing trajectory (bead), and the surface A side with respect to the abutting portions J52, J51, and J53. Friction stir is performed continuously. That is moved to the end position E P without disengaging the stirring pin F2 small rotary tool F which is inserted into the start position S P output friction stir (see (a) in FIG. 3) in the middle.
In addition, although the 1st step part temporary joining process became a locus | trajectory as shown in FIG. 17 in 1st embodiment, it is not limited to this, Another locus | trajectory may be sufficient. Moreover, it does not necessarily need to be performed continuously. By performing the surface temporary bonding step, it is possible to prevent the opening of the tab material and the metal member N to be bonded in the surface main bonding step to be performed later.
なお、表面仮接合工程が終了したら、下穴形成工程を行うのが好ましい。下穴形成工程は、図17(a)に示すように、表面本接合工程における摩擦攪拌の開始位置SM11に下穴P1を形成する。下穴P1は、大型回転ツールGの攪拌ピンG2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り、本実施形態では、小型回転ツールFの攪拌ピンF2(図5の(a)参照)を離脱させたときに形成される抜き穴を図示せぬドリルなどで拡径することで形成される。下穴P1の形態に特に制限はないが、本実施形態では、円筒状としている。なお、本実施形態では、第二タブ材53に下穴P1を形成しているが、下穴P1の位置に特に制限はなく、第一タブ材52に形成してもよいし、好適には、本実施形態の如く被接合金属部材Nの表面A側に現れる被接合金属部材Nの継ぎ目(境界線)の延長線上に形成することが望ましい。
In addition, it is preferable to perform a pilot hole formation process after the surface temporary joining process is complete | finished. Prepared hole forming step, as shown in FIG. 17 (a), to form a prepared hole P1 at the start position S M11 of the friction stir in the surface main bonding step. The pilot hole P1 is provided for the purpose of reducing the insertion resistance (press-fit resistance) of the stirring pin G2 of the large rotary tool G. In this embodiment, the stirring pin F2 (see (a of FIG. ) See)) is formed by expanding the diameter of the punched hole formed with a drill (not shown). Although there is no restriction | limiting in particular in the form of the pilot hole P1, In this embodiment, it is cylindrical. In the present embodiment, the pilot hole P1 is formed in the
(3)表面本接合工程
表面本接合工程は、被接合金属部材Nの表面A側における突合部J51を本格的に接合する工程である。本実施形態に係る表面本接合工程では、図3の(b)に示す大型回転ツールGを使用し、仮接合された状態の突合部J51に対して被接合金属部材Nの表面A側から摩擦攪拌を行う。
(3) Surface Main Bonding Step The surface main bonding step is a step of fully bonding the abutting portion J51 on the surface A side of the metal member N to be bonded. In the surface main joining process according to the present embodiment, a large rotating tool G shown in FIG. 3B is used, and friction is caused from the surface A side of the metal member N to be joined against the abutting portion J51 in a temporarily joined state. Stir.
表面本接合工程では、図17の(a)〜(c)に示すように、開始位置SM11に形成した下穴P1に大型回転ツールGの攪拌ピンG2を挿入(圧入)し、挿入した攪拌ピンG2を途中で離脱させることなく終了位置EM11まで移動させる。即ち、表面本接合工程では、下穴P1から摩擦攪拌を開始し、終了位置EM11まで連続して摩擦攪拌を行う。 In the surface main joining step, as shown in FIGS. 17A to 17C, the stirring pin G2 of the large rotary tool G is inserted (press-fitted) into the prepared hole P1 formed at the start position SM11 , and the inserted stirring is performed. The pin G2 is moved to the end position E M11 without being removed on the way. That is, in the surface main joining process, the friction stirring is started from the pilot hole P1, and the friction stirring is continuously performed up to the end position EM11 .
図17の(a)〜(c)を参照して表面本接合工程をより詳細に説明する。
まず、図17の(a)に示すように、下穴P1(開始位置SM11)の直上に大型回転ツールGを位置させ、続いて、大型回転ツールGを右回転させつつ下降させて攪拌ピンG2の先端を下穴P1に挿入する。攪拌ピンG2を下穴P1に入り込ませると、攪拌ピンG2の周面(側面)が下穴P1の穴壁に当接し、穴壁から金属が塑性流動化する。
The surface main bonding process will be described in more detail with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 17A, the large rotary tool G is positioned immediately above the pilot hole P1 (start position S M11 ), and then the large rotary tool G is moved downward while rotating to the right and the stirring pin Insert the tip of G2 into the pilot hole P1. When the stirring pin G2 enters the pilot hole P1, the peripheral surface (side surface) of the stirring pin G2 comes into contact with the hole wall of the pilot hole P1, and the metal fluidizes plastically from the hole wall.
攪拌ピンG2の全体が第二タブ材53に入り込んだら、図17の(b)に示すように、摩擦攪拌を行いながら被接合金属部材Nの突合部J51の一端に向けて大型回転ツールGを相対移動させ、さらに、突合部J53を横切らせて突合部J51に突入させる。大型回転ツール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表面側塑性化領域W1’が形成される。
When the entire stirring pin G2 enters the
表面側塑性化領域W1’の深さWaは、本実施形態においては、被接合金属部材Nの表面Aから継手部材70の上端までの距離70aよりも大きくなるように形成するのが好ましい。即ち、表面側塑性化領域W1’を継手部材70に接触させることにより、突合部J51の深さ方向の全長に亘って摩擦攪拌を行うことができるため、より製品の質を高めることができる。
In the present embodiment, the depth Wa of the surface side plasticizing region W1 'is preferably formed to be larger than the
被接合金属部材Nへの入熱量が過大になる虞がある場合には、大型回転ツール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50a及び第二金属部材50b間に冷却水が入り込むと、接合面(端面61a,61b、図14参照)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、仮接合工程を実行して目地を閉塞しているので、被接合金属部材N間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。
When there is a possibility that the amount of heat input to the metal member N to be joined may be excessive, it is desirable to cool the large rotating tool G by supplying water from the surface A side. In addition, when cooling water enters between the
被接合金属部材Nの突合部J51では、被接合金属部材N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、当該ルートに沿って大型回転ツールGを相対移動させることで、突合部J51の一端から他端まで連続して摩擦攪拌を行う。突合部J51の他端まで大型回転ツールGを相対移動させたら、摩擦攪拌を行いながら突合部J52を横切らせ、そのまま終了位置EM11に向けて相対移動させる。大型回転ツールGが終了位置EM11に達したら、図17の(c)に示すように、大型回転ツールGを回転させつつ上昇させて攪拌ピンG2を終了位置EM11から離脱させる。 At the abutting portion J51 of the metal member N to be bonded, a route for friction stirring is set on the joint of the metal member N to be bonded (on the movement locus in the temporary bonding process), and the large rotary tool G is relatively moved along the route. Thus, friction stirring is continuously performed from one end to the other end of the abutting portion J51. When the large rotary tool G is relatively moved to the other end of the abutting portion J51, the abutting portion J52 is traversed while performing frictional stirring, and is relatively moved toward the end position E M11 . When the large rotary tool G reaches the end position E M11 , as shown in FIG. 17C, the large rotary tool G is raised while rotating, and the stirring pin G < b > 2 is detached from the end position E M11 .
(4)裏面仮接合工程
裏面仮接合工程では、図18に示すように、被接合金属部材Nの裏面B側において、被接合金属部材Nと第二タブ材53との突合部J53、被接合金属部材Nの突合部J51、被接合金属部材Nと第一タブ材52との突合部J52を仮接合する。
(4) Back surface temporary bonding step In the back surface temporary bonding step, as shown in FIG. 18, the abutting portion J53 between the metal member N to be bonded and the
裏面仮接合工程は、図18の(b)に示すように、一の小型回転ツール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J53,J51,J52の順で連続して摩擦攪拌を行う。即ち、摩擦攪拌の開始位置SPに挿入した小型回転ツールFの攪拌ピンF2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。終了位置EPは、後に行う裏面本接合工程の開始位置SM12となる。 As shown in FIG. 18B, the back surface temporary joining step is performed by moving one small rotary tool F so as to form a one-stroke writing trajectory (bead), and in the order of the abutting portions J53, J51, and J52. Continue friction stir at That is moved to the end position E P without disengaging the stirring pin F2 small rotary tool F which is inserted into the start position S P output friction stir halfway. End position E P is a starting position S M12 of the back main bonding step performed later.
なお、後記する裏面本接合工程を行う前に、大型回転ツールGの挿入予定位置に予め下穴を形成してもよい。即ち、図19の(a)に示すように、後記する裏面本接合工程の開始位置SM12に下穴P2を形成してもよい。 In addition, before performing the back surface main joining process described later, a pilot hole may be formed in advance at a position where the large rotary tool G is to be inserted. That is, as shown in (a) of FIG. 19, it may be formed prepared hole P2 to the starting position S M12 of the back main bonding step described later.
(5)裏面本接合工程
裏面本接合工程は、被接合金属部材Nの裏面Bに露出する突合部J51を本格的に接合する工程である。本実施形態に係る裏面本接合工程では、大型回転ツールGを使用し、仮接合された状態の突合部J52に対して被接合金属部材Nの裏面Bから摩擦攪拌を行う。
(5) Back side main joining step The back side main joining step is a step of fully joining the abutting portion J51 exposed on the back surface B of the metal member N to be joined. In the back surface main joining step according to the present embodiment, the large rotating tool G is used, and the friction stir is performed from the back surface B of the metal member N to be joined to the abutting portion J52 in a temporarily joined state.
裏面本接合工程は、図19の(a)及び(b)に示すように、第一タブ材52に設定された開始位置SM12に大型回転ツールGの攪拌ピンG2を挿入(圧入)し、挿入した攪拌ピンG2を途中で離脱させることなく終了位置EM12まで移動させる。裏面本接合工程では、下穴P2から摩擦攪拌を開始し、終了位置EM12まで連続して摩擦攪拌を行う。大型回転ツール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裏面側塑性化領域W2’が形成される。
In the backside main joining step, as shown in FIGS. 19A and 19B, the stirring pin G2 of the large rotary tool G is inserted (press-fitted) into the start position SM12 set in the
裏面側塑性化領域W2’の深さWaは、本実施形態においては、被接合金属部材Nの裏面Bから継手部材70の上端までの距離70aよりも大きくなるように形成するのが好ましい。即ち、裏面側塑性化領域W2’を継手部材70に接触させることにより、突合部J52の深さ方向の全長に亘って摩擦攪拌を行うことができるため、突合部J52を確実に密閉する事ができる。これにより製品の質をより高めることができる。
In the present embodiment, the depth Wa of the back surface plasticizing region W <b> 2 ′ is preferably formed to be larger than the
裏面本接合工程が終了したら、図20に示すように、被接合金属部材Nからタブ材を切除する。裏面本接合工程後の被接合金属部材Nの表面A及び裏面Bには、表面側塑性化領域W1’及び裏面側塑性化領域W2’が形成されている。表面側塑性化領域W1’及び裏面側塑性化領域W2’の最深部は、継手部材70の両端とそれぞれ接触している。継手部材70と第一金属部材50a及び第二金属部材50bとの突合部J71は、一部が摩擦攪拌されているが、他の部分は未塑性化領域となる。
When the back surface main joining process is completed, the tab material is cut out from the metal member N to be joined as shown in FIG. A front side plasticized region W1 'and a back side plasticized region W2' are formed on the front surface A and the back surface B of the metal member N to be bonded after the back main bonding step. The deepest portions of the front surface side plasticized region W1 'and the back surface side plasticized region W2' are in contact with both ends of the
(6)溶接接合工程
溶接接合工程は、被接合金属部材Nの第一側面C及び第二側面Dに露出する突合部J71に沿って、溶接を行う工程である。即ち、継手部材70と第一金属部材50aの凹溝90a(図14参照)及び継手部材70と第二金属部材50bの凹溝90bとの突合部J71を溶接金属で密閉する。溶接接合工程は、本実施形態においては、第一側面Cに溶接を行う第一溶接接合工程と、第二側面Dに溶接を行う第二溶接接合工程とを含んでいる。
(6) Welding and joining process The welding and joining process is a process of performing welding along the abutting portion J71 exposed on the first side face C and the second side face D of the metal member N to be joined. That is, the
第一溶接接合工程は、被接合金属部材Nの第一側面Cに側部凹溝Kを形成する側部凹溝形成工程、側部凹溝Kに肉盛溶接を行う溶接金属充填工程、溶接金属充填工程で形成された溶接金属Tのうち、第一側面Cから突出した部分を切除する切除工程を含むものである。 The first welding joining step includes a side groove forming step for forming the side groove K on the first side C of the metal member N to be joined, a weld metal filling step for performing overlay welding on the side groove K, welding. This includes a cutting step of cutting a portion protruding from the first side surface C of the weld metal T formed in the metal filling step.
側部凹溝形成工程では、図21に示すように、第一側面Cにおいて、突合部J51及び突合部J71に沿って所定の深さで側部凹溝Kを形成する。側部凹溝Kは、本実施形態においては、継手部材70の形状に沿って形成された第一凹溝部K1と、第一凹溝部K1から表面Aに連通する第二凹溝部K2と、第一凹溝部K1から裏面Bに連通する第三凹溝部K3とを有する。
第一凹溝部K1は、継手部材70の端面、第一金属部材50a及び第二金属部材50bの一部を公知のエンドミル等で切削して形成される。第一凹溝部K1は、継手部材70の端面の外周よりも大きく切削して第一凹溝部K1の底面に突合部J71が露出するように形成されている。第一凹溝部K1は、本実施形態においては、継手部材70の端面全部を切削しているが、少なくとも突合部J71に沿って凹溝が形成されていればよい。
In the side groove forming step, as shown in FIG. 21, the side groove K is formed with a predetermined depth along the abutting portion J51 and the abutting portion J71 on the first side face C. In this embodiment, the side groove K is a first groove K 1 formed along the shape of the
First notches section K 1, an end face of the
第二凹溝部K2と第三凹溝部K3は、突合部J51に沿って、第一凹溝部K1から表面A及び裏面Bに向かって連続して形成されている。第二凹溝部K2と第三凹溝部K3の幅Kbは、表面側塑性化領域W1’及び裏面側塑性化領域W2’の幅Wbよりも小さく形成されている。また、表面側塑性化領域W1’及び裏面側塑性化領域W2’にトンネル状の空洞欠陥や、酸化皮膜が巻き込まれている場合には、第二凹溝部K2と第三凹溝部K3を形成する際に、これらの欠陥部分を切削するのが好ましい。これにより、後記する溶接金属充填工程で当該欠陥部分を密閉することができる。 A second groove portion K 2 third groove portion K 3 along the butting portion J51, are formed continuously toward the surface A and back B from the first groove portion K 1. A second groove portion K 2 width Kb of the third groove portion K 3 is formed smaller than the width Wb of the surface plasticized region W1 'and the rear surface side plasticized region W2'. Further, on the surface side plasticized region W1 'and the rear surface side plasticized region W2' and the tunnel-shaped cavity defects, if the oxide film is caught in a second groove section K 2 of the third groove portion K 3 When forming, it is preferable to cut these defective portions. Thereby, the said defect part can be sealed in the welding metal filling process mentioned later.
溶接金属充填工程では、図22に示すように、側部凹溝KにTIG溶接又はMIG溶接などの肉盛溶接を行って、側部凹溝Kに溶接金属T1を充填させる。肉盛溶接は、側部凹溝Kに第一側面Cの表面から溶接金属T1が突出する程度に行う。このように、溶接金属充填工程を行うことで、突合部J71の未塑性化領域を確実に密閉することができる。また、表面側塑性化領域W1’及び裏面側塑性化領域W2’に空洞欠陥や酸化皮膜が露出している場合には、それらの欠陥も密閉して気密性及び水密性を高めることができる。なお、図22の(b)に示すように、溶接金属T1のうち、第一側面Cから突出する部分を肉盛部T1’とする。 In the weld metal filling step, as shown in FIG. 22, build-up welding such as TIG welding or MIG welding is performed on the side groove K to fill the side groove K with the weld metal T1. Overlay welding is performed to such an extent that the weld metal T1 protrudes from the surface of the first side face C into the side groove K. Thus, the unplasticized area | region of the butt | joint part J71 can be reliably sealed by performing a weld metal filling process. Moreover, when a cavity defect and an oxide film are exposed in the surface side plasticization area | region W1 'and back surface side plasticization area | region W2', those defects can also be sealed and airtightness and watertightness can be improved. Note that, as shown in FIG. 22B, a portion of the weld metal T1 that protrudes from the first side surface C is referred to as a built-up portion T1 '.
切除工程は、図22の(b)に示すように、肉盛部T1’を切除する。切除工程は、公知の切削具等を用いて行う。切除工程を行うことで、第一側面Cを平滑に形成することができる。なお、本実施形態のように、溶接金属充填工程によって、溶接金属T1が表面A又は裏面Bよりも上方又は下方に形成される場合は、溶接金属T1のうちそれぞれの面よりも突出した部分を切除することが好ましい。 In the cutting process, as shown in FIG. 22B, the built-up portion T1 'is cut. The cutting process is performed using a known cutting tool or the like. By performing the cutting step, the first side surface C can be formed smoothly. In addition, like this embodiment, when the weld metal T1 is formed above or below the front surface A or the back surface B by the weld metal filling step, the portions of the weld metal T1 that protrude from the respective surfaces are It is preferable to excise.
第二溶接接合工程は、第二側面Dに側部凹溝Kを形成する側部凹溝形成工程、側部凹溝Kに肉盛溶接を行う溶接金属充填工程、溶接金属充填工程で形成された溶接金属T1のうち、第二側面Dから突出した部分を切除する切除工程を含むものである。
第二溶接接合工程は、第一溶接接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
The second welding joining step is formed by a side groove forming step for forming the side groove K on the second side surface D, a weld metal filling step for performing overlay welding on the side groove K, and a weld metal filling step. This includes a cutting step of cutting a portion protruding from the second side face D of the weld metal T1.
Since the second welding joining process is substantially the same as the first welding joining process, detailed description is omitted.
以上説明した第二実施形態に係る接合方法によれば、被接合金属部材Nの側面に露出する突合部J51及び突合部J71に溶接を行って溶接金属T1と、表面側塑性化領域W1’及び裏面側塑性化領域W2’とを重複させることにより、未塑性化領域を確実に密閉することができる。これにより、被接合金属部材Nの側面間の気密性及び水密性を高めることができる。 According to the joining method according to the second embodiment described above, welding is performed on the abutting portion J51 and the abutting portion J71 exposed on the side surface of the metal member N to be joined, and the weld metal T1, the surface side plasticized region W1 ′, and By overlapping the back side plasticized region W2 ′, the unplasticized region can be reliably sealed. Thereby, the airtightness and watertightness between the side surfaces of the to-be-joined metal member N can be improved.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜変更が可能である。
例えば、図23は、第二実施形態の変形例を示した斜視図である。第一実施形態及び第二実施形態においては、第一側面C及び第二側面Dに側部凹溝を設けて溶接接合工程を行ったが、これに限定されるものではない。例えば、図23に示すように、側部凹溝を設けずに、第一側面C及び第二側面Dに露出する突合部J71に対して直接溶接を行って溶接金属T2によって未塑性化領域を密閉してもよい。溶接金属T2と表面側塑性化領域W1’及び裏面側塑性化領域W2’とが重複することにより、被接合金属部材Nの側面に露出する未塑性化領域を確実に密閉することができる。なお、当該変形例において、溶接を行った後に、第一側面C及び第二側面Dの表面から溶接金属T2が突出する場合には、これらの突出部分を切除して第一側面C及び第二側面Dを平滑にすることが好ましい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can be changed suitably in the range which is not contrary to the meaning of this invention.
For example, FIG. 23 is a perspective view showing a modification of the second embodiment. In 1st embodiment and 2nd embodiment, although the side part ditch | groove was provided in the 1st side surface C and the 2nd side surface D, and the welding joining process was performed, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 23, an unplasticized region is formed by welding metal T2 by directly welding the abutting portion J71 exposed on the first side surface C and the second side surface D without providing the side groove. It may be sealed. By overlapping the weld metal T2 with the front side plasticization region W1 ′ and the back side plasticization region W2 ′, the unplasticization region exposed on the side surface of the metal member N to be bonded can be reliably sealed. In addition, in the said modification, when welding metal T2 protrudes from the surface of the 1st side surface C and the 2nd side surface D after welding, these protrusion parts are excised and the 1st side surface C and the 2nd side. It is preferable to smooth the side surface D.
また、第一実施形態及び第二実施形態においては、第一側面C及び第二側面Dの両方に溶接接合工程を行ったが、どちらか一方に行うだけでもよい。 Moreover, in 1st embodiment and 2nd embodiment, although the welding joining process was performed to both the 1st side surface C and the 2nd side surface D, you may perform only to either one.
10a 第一金属部材
10b 第二金属部材
20 継手部材
A 表面
B 裏面
C 第一側面
D 第二側面
F 小型回転ツール
G 大型回転ツール
H 被接合金属部材
J 突合部
K 凹溝
P 下穴
T 溶接金属
W 塑性化領域
10a
Claims (7)
前記凹部に継手部材を配置する継手部材配置工程と、
一方の前記金属部材の本体部と前記継手部材との突合部及び他方の前記金属部材の本体部と前記継手部材との突合部に対して表面から摩擦攪拌を行う表面本接合工程と、
前記段部同士の突合部に対して裏面から摩擦攪拌を行う裏面本接合工程と、
一対の前記金属部材と前記継手部材との突合部に対して側面から溶接を行う溶接接合工程と、を含み、
前記溶接接合工程は、前記表面本接合工程で形成された表面側塑性化領域と、前記裏面本接合工程で形成された裏面側塑性化領域との間の未塑性化領域を溶接金属で覆うことを特徴とする接合方法。 A butting step of abutting the stepped portions of a pair of metal members having a stepped portion having a thickness smaller than that of the main body portion at an edge of the main body portion, and forming a recess between the main body portions;
A joint member placement step of placing a joint member in the recess;
Surface main joining step of performing frictional stirring from the surface with respect to the abutting portion between the main body portion of the one metal member and the joint member and the abutting portion between the main body portion of the other metal member and the joint member;
A backside main joining step in which friction stir is performed from the backside against the abutting portions of the stepped portions;
A welding joining step of performing welding from the side surface on the abutting portion between the pair of metal members and the joint member,
In the welding joining step, the unplasticized region between the front side plasticizing region formed in the front surface main joining step and the back side plasticizing region formed in the back side main joining step is covered with a weld metal. The joining method characterized by this.
一対の前記金属部材の突合部に対して表面から摩擦攪拌を行う表面本接合工程と、
一対の前記金属部材の突合部に対して裏面から摩擦攪拌を行う裏面本接合工程と、
一対の前記金属部材と前記継手部材との突合部に対して側面から溶接を行う溶接接合工程と、を含み、
前記溶接接合工程は、前記表面本接合工程で形成された表面側塑性化領域と、前記裏面本接合工程で形成された裏面側塑性化領域との間の未塑性化領域を溶接金属で覆うことを特徴とする接合方法。 A joint member inserting step of abutting a pair of metal members having a concave groove on the end face with the end face, and inserting a joint member into the hollow portion formed by the concave groove;
Surface main joining step of performing frictional stirring from the surface to the abutting portion of the pair of metal members,
A backside main joining step in which friction agitation is performed from the backside against the abutting portions of the pair of metal members;
A welding joining step of performing welding from the side surface on the abutting portion between the pair of metal members and the joint member,
In the welding joining step, the unplasticized region between the front side plasticizing region formed in the front surface main joining step and the back side plasticizing region formed in the back side main joining step is covered with a weld metal. The joining method characterized by this.
前記溶接接合工程の際に、前記側部凹溝に前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の接合方法。 Before the welding and joining step, including a side groove forming step of forming a side groove along the abutting portion between the pair of the metal member and the joint member,
The joining method according to any one of claims 1 to 3, further comprising a weld metal filling step of filling the side groove with the weld metal in the welding joining step.
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