JP2009136881A - 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 projecting a stirring pin (probe) on the lower end surface of a cylindrical shoulder.
ここで図22及び図23は、一対の金属部材に摩擦攪拌接合を施した従来の接合方法を示した斜視図である。図22に示すように、接合すべき金属部材101,101の肉厚が図示しない回転ツールの攪拌ピンの長さよりも大きい場合には、金属部材101の表面102側から摩擦攪拌接合を行った後に、裏面103側からも摩擦攪拌接合を行う場合がある。
即ち、従来の接合方法は、金属部材101,101の突合部104(二点鎖線)に沿って表面102及び裏面103の両側から摩擦攪拌接合を行い、摩擦攪拌接合によって形成された塑性化領域105,106の厚さ方向の中央部分が接触するように接合するものである。これにより、突合部104においては、隙間なく接合することができる。
Here, FIGS. 22 and 23 are perspective views showing a conventional joining method in which friction stir welding is performed on a pair of metal members. As shown in FIG. 22, when the thickness of the
That is, in the conventional joining method, the friction stir welding is performed from both sides of the
しかしながら、図23に示すように、接合すべき金属部材111,111の肉厚が大きい場合、表面102及び裏面103から摩擦攪拌接合を行っても突合部104(二点鎖線)の中央部に未接合部が生じてしまう可能性がある。即ち、図示しない回転ツールの攪拌ピンの長さに対して、金属部材111の肉厚が非常に大きい場合、金属部材111の表面102及び裏面103から摩擦攪拌を行ったとしても、塑性化領域105,106の厚さ方向の中央部分を接触させることができないため、突合部114の中央部に隙間(未接合部)119が生じてしまう。このように、一方の側面107から他方の側面108に連続する隙間119が生じてしまうと、側面107及び側面108間における水密性及び気密性が低下するという問題があった。
However, as shown in FIG. 23, when the thickness of the
ここで、金属部材111の厚みに応じて回転ツールの攪拌ピンの長さを大きくすれば、表面102及び裏面103から摩擦攪拌接合を行うことで金属部材111同士を隙間なく接合することは可能である。しかし、回転ツールは、金属部材111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った。
Here, if the length of the stirring pin of the rotary tool is increased according to the thickness of the
このような観点から、本発明は、一対の金属部材同士の突合部に対して金属部材の表面側及び裏面側から摩擦攪拌を行う工程を含む接合方法であって、一対の金属部材の両側面間の気密性及び水密性を向上させることが可能な接合方法を提供することを課題とする。 From such a viewpoint, the present invention is a joining method including a step of performing frictional stirring from the front surface side and the back surface side of the metal member with respect to the abutting portion between the pair of metal members, and both side surfaces of the pair of metal members It is an object of the present invention to provide a joining method capable of improving the air tightness and water tightness between them.
このような課題を解決する本発明に係る接合方法は、第一金属部材の端面と第二金属部材の端面とを突き合わせる突合工程と、前記突合工程で形成された被接合金属部材の突合部に対して表面、裏面及び側面から溶接を行う溶接接合工程と、前記溶接接合工程の後に、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、を含み、前記第一本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌するとともに、前記第二本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌することを特徴とする。 The joining method according to the present invention that solves such a problem includes a butting step of butting the end surface of the first metal member and the end surface of the second metal member, and a butting portion of the metal member to be joined formed in the butting step. Welding first step for performing friction stir from the surface of the metal member to be joined to the butted portion after the welding and joining step, welding from the front surface, back surface and side surface, After the first main joining step, the 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 formed in the welding joining step in the first main joining step. Friction stir of the weld metal formed and the metal member to be joined, and friction stir of the weld metal formed in the weld joint step and the metal member to be joined in the second main joining step. To do.
かかる接合方法によれば、被接合金属部材の突合部の表面、裏面及び側面から溶接を行って突合部を密閉するとともに、第一本接合工程及び第二本接合工程で溶接金属と被接合金属部材との界面を摩擦攪拌することで、被接合金属部材の水密性及び気密性をより高めることができる。 According to such a joining method, welding is performed from the front, back and side surfaces of the butt portion of the metal member to be joined to seal the butt portion, and the weld metal and the metal to be joined in the first main joining step and the second main joining step. By friction-stirring the interface with the member, the watertightness and airtightness of the metal member to be joined can be further increased.
また、本発明に係る溶接接合工程は、前記被接合金属部材の側面において、前記突合部に沿って形成された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。
また、本発明に係る溶接接合工程は、前記被接合金属部材の表面及び裏面の少なくとも一方において、前記突合部に沿って形成された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。
Moreover, it is preferable that the welding joining process which concerns on this invention includes the welding metal filling process filled with the said weld metal to the ditch | groove formed along the said abutting part in the side surface of the said to-be-joined metal member.
Moreover, the welding joining process which concerns on this invention includes the welding metal filling process which fills the said grooved metal in the groove formed along the said abutting part in at least one of the surface of the said to-be-joined metal member, and a back surface. Is preferred.
かかる接合方法によれば、凹溝を設けて溶接金属を充填させることにより、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 providing the concave groove and filling the weld metal.
また、本発明は、前記第一本接合工程で形成された塑性化領域及び前記第二本接合工程で形成された塑性化領域の深さは、前記被接合金属部材の表面及び裏面に形成された前記凹溝の深さよりも大きいことが好ましい。 Further, in the present invention, the depth of the plasticized region formed in the first main joining step and the depth of the plasticized region formed in the second main joining step are formed on the front surface and the back surface of the metal member to be joined. It is preferable that the depth is larger than the depth of the concave groove.
かかる接合方法によれば、凹溝と溶接金属とが接触する界面が摩擦攪拌されるため、より気密性及び水密性を高めることができる。 According to such a joining method, since the interface where the concave groove and the weld metal are in contact with each other is frictionally stirred, airtightness and watertightness can be further improved.
また、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る突合工程と、前記突合工程で形成された被接合金属部材の突合部に対して表面、裏面及び側面から溶接を行う溶接接合工程と、前記溶接接合工程の後に、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、を含み、前記第一本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌するとともに、前記第二本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌することを特徴とする。 In addition, the present invention provides a butting process of abutting the side surface of the first metal member and the end surface of the second metal member, and the front surface, the back surface, and the side surface with respect to the butting portion of the metal member to be bonded formed in the butting process. A welding joint process for performing welding, a first main joining process for performing friction stir from the surface of the metal member to be joined to the butted portion after the welding joining process, and after the first main joining process, 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 in the first main joining step, the weld metal formed in the weld joining step and the metal to be joined The member is frictionally stirred, and in the second main joining step, the weld metal formed in the welding joining step and the metal member to be joined are frictionally stirred.
かかる接合方法によれば、被接合金属部材の突合部の表面、裏面及び側面から溶接を行って突合部を密閉するとともに、第一本接合工程及び第二本接合工程で溶接金属と被接合金属部材との界面を摩擦攪拌することで、被接合金属部材の水密性及び気密性をより高めることができる。 According to such a joining method, welding is performed from the front, back and side surfaces of the butt portion of the metal member to be joined to seal the butt portion, and the weld metal and the metal to be joined in the first main joining step and the second main joining step. By friction-stirring the interface with the member, the watertightness and airtightness of the metal member to be joined can be further increased.
また、本発明に係る溶接接合工程は、前記第二金属部材の端面の側面側に前記突合部に沿って形成された凹溝に、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。
また、本発明に係る溶接接合工程は、前記被接合金属部材の表面及び裏面の少なくとも一方において、前記突合部に沿って形成された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。
Moreover, it is preferable that the welding joining process which concerns on this invention includes the welding metal filling process which fills the said welding metal to the ditch | groove formed along the said abutting part in the side surface side of the end surface of said 2nd metal member. .
Moreover, the welding joining process which concerns on this invention includes the welding metal filling process which fills the said grooved metal in the groove formed along the said abutting part in at least one of the surface of the said to-be-joined metal member, and a back surface. Is preferred.
かかる接合方法によれば、凹溝を設けて溶接金属を充填させることにより、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 providing the concave groove and filling the weld metal.
また、本発明に係る第一本接合工程で形成された塑性化領域及び前記第二本接合工程で形成された塑性化領域の深さは、前記被接合金属部材の表面及び裏面に形成された前記凹溝の深さよりも大きいことが好ましい。 In addition, the depth of the plasticized region formed in the first main joining step and the plasticized region formed in the second main joining step according to the present invention are formed on the front surface and the back surface of the metal member to be joined. It is preferable that the depth is larger than the depth of the concave groove.
かかる接合方法によれば、凹溝の底面と溶接金属とが接触する界面が摩擦攪拌されるため、より気密性及び水密性を高めることができる。 According to such a joining method, the interface where the bottom surface of the groove and the weld metal are in contact with each other is friction-stirred, so that airtightness and watertightness can be further 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被接合金属部材の表面、裏面及び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、被接合金属部材の各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 protruded from the surface of the to-be-joined metal member, the back surface, and the side surface among the said weld metals after the said welding joining process. According to this joining method, each surface of the metal member to be joined 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ことが好ましい。かかる接合方法によれば、回転ツールを挿入予定位置に押し込む際に生じる挿入抵抗を低減することができるともに、回転ツールが下穴に案内されるため、精度よく迅速に摩擦攪拌接合を行うことができる。 In the present invention, it is preferable that a pilot hole is formed in advance at a planned insertion position of the rotary tool used in the friction stirring. According to such a joining method, it is possible to reduce the insertion resistance that occurs when the rotary tool is pushed into the planned insertion position, and it is possible to perform the friction stir welding accurately and quickly because the rotary tool is guided to the pilot hole. it can.
本発明に係る接合方法は、一対の金属部材同士の突合部を金属部材の表面側及び裏面側から摩擦攪拌を行うとともに一対の金属部材の両側面間の気密性及び水密性を向上させることができる。 In the joining method according to the present invention, the abutting portions between a pair of metal members are subjected to friction stirring from the front side and the back side of the metal members, and the air tightness and water tightness between both side surfaces of the pair of metal members can be improved. it can.
[第一実施形態]
本発明に係る接合方法は、図1に示すように、第一金属部材1a及び第二金属部材1bを突き合わせてなる被接合金属部材1の突合部J1に対して表面A、裏面B、第一側面C及び第二側面Dから溶接を行うとともに、表面A及び裏面Bから摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
まず、本実施形態に係る接合方法の被接合金属部材1を詳細に説明する。本実施形態における上下左右前後は、図1の矢印に従う。
[First embodiment]
As shown in FIG. 1, the joining method according to the present invention includes a front surface A, a back surface B, and a first surface with respect to an abutting portion J1 of a to-
First, the
被接合金属部材1は、図2の(a)及び(b)に示すように、本実施形態では、断面視矩形の第一金属部材1a及び第二金属部材1bからなり、それぞれの端面11a,11bを突き合わせることで突合部J1が形成される。第一金属部材1a及び第二金属部材1bは、本実施形態では、同一組成の金属材料であって、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。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。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
第一金属部材1aの表面12aの端面11a側には、一方の側面14aから他方の側面15aに連続する凹溝K1aが形成されている。また、第一金属部材1aの裏面13aの端面11a側には、一方の側面14aから他方の側面15aに連続する凹溝K2aが形成されている。凹溝K1a及び凹溝K2aは、断面視矩形を呈し、所定の深さ(図1の上下方向高さ)及び幅(図1の前後方向長さ)で形成されている。
On the
一方、第二金属部材1bの表面12bの端面11b側には、一方の側面14bから他方の側面15bに連続する凹溝K1bが形成されている。また、第二金属部材1bの裏面13bの端面11b側には、一方の側面14bから他方の側面15bに連続する凹溝K2bが形成されている。凹溝K2a及び凹溝K2bは、断面視矩形を呈し、所定の深さ及び幅で形成されている。
On the other hand, a concave groove K1b that continues from one
図2の(b)に示すように、凹溝K1aと凹溝K1bが突き合わされることにより、凹溝K1が形成される。また、凹溝K2aと凹溝K2bが突き合わされることにより、凹溝K2(図示省略)が形成される。凹溝K1及び凹溝K2は、後記する溶接金属充填工程において、溶接金属が充填される部分である。 As shown in FIG. 2B, the concave groove K1 is formed by abutting the concave groove K1a and the concave groove K1b. Also, the concave groove K2 (not shown) is formed by abutting the concave groove K2a and the concave groove K2b. The concave groove K1 and the concave groove K2 are portions that are filled with weld metal in a weld metal filling step described later.
次に、本実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法は、(1)突合工程、(2)溶接接合工程、(3)第一本接合工程、(4)第二本接合工程を含むものである。 Next, the joining method according to this embodiment will be described. The joining method according to the present embodiment includes (1) a butt process, (2) a welding joint process, (3) a first main joining process, and (4) a second main joining process.
(1)突合工程
突合工程では、第一金属部材1aの端面11aと第二金属部材1bの端面11bとを突き合わせて被接合金属部材1を形成する。即ち、突合工程では、図2の(a)及び(b)に示すように、第一金属部材1aの表面12aと第二金属部材1bの表面12bとを面一にするとともに、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の一方の側面14aと第二金属部材1bの一方の側面14bを面一にするとともに、第一金属部材1aの他方の側面15aと第二金属部材1bの他方の側面15bとを面一にする。
(1) Butting process In the butting process, the
第一金属部材1aと第二金属部材1bの突合部分には突合部J1が形成されている。また、第一金属部材1a及び第二金属部材1bの対向する凹溝が突き合わされることにより、被接合金属部材1の表面側に凹溝K1が、裏面側に凹溝K2が形成される。
ここで、被接合金属部材1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。
An abutting portion J1 is formed at the abutting portion of the
Here, the surface of the
(2)溶接接合工程
溶接接合工程では、被接合金属部材1の表面A、裏面B、第一側面C及び第二側面Dに露出する突合部J1に沿って溶接を行う。本実施形態における溶接接合工程は、凹溝K1に溶接金属T1を充填する第一溶接金属充填工程と、溶接金属T1のうち被接合金属部材1の表面Aから突出した部分を切除する第一切除工程と、凹溝K2に溶接金属T2を充填する第二溶接金属充填工程と、溶接金属T2のうち被接合金属部材1の裏面Bから突出した部分を切除する第二切除工程と、第一側面Cにおいて、突合部J1に沿って凹溝K3を形成する第三凹溝形成工程と、第二側面Dにおいて、突合部J1に沿って凹溝K4を形成する第四凹溝形成工程と、凹溝K3に溶接金属T3を充填する第三溶接金属充填工程と、溶接金属T3のうち被接合金属部材1の第一側面Cから突出した部分を切除する第三切除工程と、凹溝K4に溶接金属T4を充填する第四溶接金属充填工程と、溶接金属T4のうち被接合金属部材1の第二側面Dから突出した部分を切除する第四切除工程と、を含む。
(2) Welding and joining process In the welding and joining process, welding is performed along the abutting portion J1 exposed on the front surface A, the back surface B, the first side surface C, and the second side surface D of the
第一溶接金属充填工程では、図3の(a)に示すように、被接合金属部材1の表面Aに形成された凹溝K1に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は例えば、MIG溶接又はTIG溶接を行って、凹溝K1に溶接金属T1を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属T1が表面Aよりも上方に突出するように行うのが好ましい。図2の(b)に示すように、溶接金属T1のうち、表面Aよりも上方に突出する部分を肉盛部T1’とする。
In the first weld metal filling step, as shown in FIG. 3A, build-up welding is performed on the concave groove K <b> 1 formed on the surface A of the bonded
第一切除工程では、表面Aから突出した肉盛部T1’を公知の切削具を用いて切除する工程である。第一切除工程によれば、表面Aを平滑に成形することができるとともに、後記する第一本接合工程の際の大型回転ツールGの移動をスムーズに行うことができる。なお、溶接金属T1が第一側面C及び第二側面Dよりも突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。 The first excision step is a step of excising the built-up portion T1 'protruding from the surface A using a known cutting tool. According to the first excision step, the surface A can be formed smoothly, and the large rotary tool G can be smoothly moved during the first main joining step described later. In addition, when the weld metal T1 protrudes from the first side surface C and the second side surface D, it is preferable to cut off the protruding portion.
第二溶接金属充填工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材1の裏面Bに形成された凹溝K2(図4参照)に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えばMIG溶接又はTIG溶接を行って、凹溝K2に溶接金属T2(図4参照)を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属T2が裏面Bよりも突出するように行うのが好ましい。溶接金属T2のうち、裏面Bよりも突出する部分を肉盛部とする。
In the second weld metal filling step, although not specifically shown, overlay welding is performed on the concave groove K2 (see FIG. 4) formed on the back surface B of the
第二切除工程では、裏面Bから突出した肉盛部を公知の切削具を用いて切除する工程である。第二切除工程によれば、裏面Bを平滑に成形することができるとともに、後記する第二本接合工程の際の大型回転ツールGの移動をスムーズに行うことができる。なお、溶接金属T2が第一側面C及び第二側面Dよりも突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。 The second excision step is a step of excising the built-up portion protruding from the back surface B using a known cutting tool. According to the second excision step, the back surface B can be formed smoothly, and the large rotary tool G can be smoothly moved during the second main joining step described later. In addition, when the weld metal T2 protrudes from the first side surface C and the second side surface D, it is preferable to cut off the protruding portion.
第三凹溝形成工程では、図5に示すように、第一側面Cに突合部J1に沿って公知のエンドミルなどを用いて凹溝K3を形成する。凹溝K3は、断面視矩形であって、表面Aから裏面Bに亘って連続的に形成されている。凹溝K3は、凹溝K1と略同等の深さ及び幅で形成されている。また、凹溝K3の底面には、突合部J1のうち、未溶接領域が露出している。 In the third groove forming step, as shown in FIG. 5, the groove K3 is formed on the first side surface C along the abutting portion J1 using a known end mill or the like. The concave groove K3 is rectangular in a sectional view and is continuously formed from the front surface A to the back surface B. The concave groove K3 is formed with a depth and width substantially equal to the concave groove K1. Moreover, the unwelded area | region is exposed in the bottom face of the ditch | groove K3 among the butt | matching parts J1.
第四凹溝形成工程では、図5に示すように、第二側面Dに突合部J1に沿って公知のエンドミルなどを用いて凹溝K4を形成する。凹溝K4は、断面視矩形であって、表面Aから裏面Bに亘って連続的に形成されている。凹溝K4は、凹溝K1と略同等の深さ及び幅で形成されている。また、凹溝K4の底面には、突合部J1のうち、未溶接領域が露出している。 In the fourth concave groove forming step, as shown in FIG. 5, the concave groove K4 is formed on the second side surface D along the abutting portion J1 using a known end mill or the like. The concave groove K4 is rectangular in a sectional view and is continuously formed from the front surface A to the back surface B. The concave groove K4 is formed with a depth and width substantially equal to the concave groove K1. Moreover, the unwelded area | region is exposed to the bottom face of the ditch | groove K4 among the butt | matching parts J1.
第三溶接金属充填工程では、図6の(a)に示すように、被接合金属部材1の第一側面Cに形成された凹溝K3に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えば、MIG溶接又はTIG溶接を行って、凹溝K3に溶接金属T3を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属T3が第一側面Cよりも突出するように行うのが好ましい。図6の(b)に示すように、溶接金属T3のうち、第一側面Cよりも突出する部分を肉盛部T3’とする。
In the third weld metal filling step, as shown in FIG. 6A, overlay welding is performed on the groove K3 formed in the first side surface C of the
第三切除工程では、第一側面Cから突出した肉盛部T3’を公知の切削具を用いて切除する工程である。第三切除工程によれば、第一側面Cを平滑に成形することができる。これにより、後記するタブ材配置工程において、被接合金属部材1の第一側面Cにタブ材を好適に当接させることができる。なお、溶接金属T3が表面A及び裏面Bよりも外側に突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
The third excision step is a step of excising the built-up portion T3 'protruding from the first side surface C using a known cutting tool. According to the third cutting step, the first side surface C can be formed smoothly. Thereby, in the tab material arrangement | positioning process mentioned later, a tab material can be suitably made to contact | abut to the 1st side surface C of the to-
第四溶接金属充填工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材1の第二側面Dに形成された凹溝K4(図5参照)に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えば、MIG溶接又はTIG溶接を行って、凹溝K4に溶接金属T4を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属T4(図7参照)が第二側面Dよりも突出するように行うのが好ましい。溶接金属T4のうち、第二側面Dよりも突出する部分を肉盛部とする。
In the fourth weld metal filling step, although not specifically shown, overlay welding is performed on the concave groove K4 (see FIG. 5) formed on the second side face D of the
第四切除工程では、第二側面Dから突出した肉盛部を公知の切削具を用いて切除する工程である。第四切除工程によれば、第二側面Dを平滑に成形することができる。これにより、後記するタブ材配置工程において、被接合金属部材1の第二側面Dにタブ材を好適に当接させることができる。なお、溶接金属T4が表面A及び裏面Bよりも外側に突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
The fourth excision step is a step of excising the built-up portion protruding from the second side surface D using a known cutting tool. According to the fourth excision step, the second side face D can be formed smoothly. Thereby, in the tab material arrangement | positioning process mentioned later, a tab material can be suitably contact | abutted to the 2nd side surface D of the to-
なお、溶接接合工程は、本実施形態においては、前記したように行ったが、工程順序及び溶接の形態は適宜変更してもよい。例えば、本実施形態においては、第一金属部材1a及び第二金属部材1bに予め凹溝を形成したが、第一金属部材1aと第二金属部材1bとを突き合わせてから凹溝を切り欠いて形成してもよい。
また、第一金属部材1a及び第二金属部材1bの側面にも予め凹溝を形成してから、第一金属部材1aと第二金属部材1bとを突き合わせた後、溶接金属を充填してもよい。また、本実施形態においては、凹溝K1〜K4を形成したが、必ずしも設ける必要はない。また、凹溝K1〜凹溝K4の形状は、本実施形態においては断面視矩形であるが、他の形状であってもよい。また、凹溝K1〜凹溝K4の形状は、例えば、被接合金属部材1の中央側に拡開して、溶接長が長くなるように形成してもよい。
In addition, although the welding joining process was performed as mentioned above in this embodiment, you may change a process order and the form of welding suitably. For example, in the present embodiment, the
Moreover, after forming a ditch | groove previously also in the side surface of the
(3)第一本接合工程
第一本接合工程では、被接合金属部材1の表面Aから大型回転ツールGを用いて摩擦攪拌を行う。第一本接合工程は、本実施形態においては、被接合金属部材1に一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、被接合金属部材1とタブ材を仮接合する仮接合工程と、大型回転ツールGの挿入予定位置に下穴を形成する下穴形成工程と、被接合金属部材1の突合部J1に沿って摩擦攪拌を行う第一本接合工程を含むものである。
ここで、第一本接合工程で用いるタブ材と回転ツールについて詳細に説明する。
(3) First Main Joining Step In the first main joining step, friction stirring is performed from the surface A of the
Here, the tab material and the rotary tool used in the first main joining process will be described in detail.
第一タブ材2及び第二タブ材3は、図7の(a)及び(b)に示すように、被接合金属部材1の突合部J1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1に添設され、第一側面C及び第二側面Dにそれぞれ現れる溶接金属T3,T4を覆い隠す。第一タブ材2及び第二タブ材3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1と同一組成の金属材料で形成している。また、第一タブ材2及び第二タブ材3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J1における被接合金属部材1の厚さ寸法と同一にしている。
As shown in FIGS. 7A and 7B, the
次に、図8を参照して、摩擦攪拌に用いる小型の回転ツールF(以下、「小型回転ツールF」という。)及び大型の回転ツールG(以下、「大型回転ツールG」という。)を詳細に説明する。 Next, referring to FIG. 8, a small rotating tool F (hereinafter referred to as “small rotating tool F”) and a large rotating tool G (hereinafter referred to as “large rotating tool G”) used for friction stirring. This will be described in detail.
図8の(a)に示す小型回転ツール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F1と、このショルダ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、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、後記する第一本接合工程で用いる大型回転ツールG(図8の(b)参照)よりも小型にする。このようにすると、小さな負荷で接合を行うことが可能となるので、接合時に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、比較的複雑な経路であってもスムーズに摩擦攪拌することができる。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、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. 8A is made of a metal material harder than the
ショルダ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G1の外径Y1よりも小さくなっている。 The lower end surface F11 of the shoulder 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 F1, in this embodiment, is smaller than the outer diameter Y 1 of the shoulder G1 of large rotating tools G.
攪拌ピンF2は、ショルダ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よりも小さい。攪拌ピンF2の長さLAは、大型回転ツールGの攪拌ピンG2の長さLB(図8の(b)参照)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 F1, and is formed in 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 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 A of the stirring pin F2 is desirably smaller than the length L B of the stirring pin G2 of the large rotary tool G (see FIG. 8B).
図8の(b)に示す大型回転ツール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G1と、このショルダ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。
A large rotary tool G shown in FIG. 8B is made of a metal material harder than the
ショルダ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 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 G1, and in the present embodiment, is formed in a tapered truncated cone shape. In addition, a stirring blade engraved in a spiral shape is formed on the peripheral surface of the stirring pin G2.
タブ材配置工程は、図7の(a)及び(b)に示すように、被接合金属部材1の第一側面C及び第二側面Dに一対のタブ材を配置する。即ち、第一タブ材2は、第一側面Cの突合部J1(溶接金属T3)に沿って当接配置する。一方、第二タブ材3は、第二側面Dの突合部J1(溶接金属T4)に沿って当接配置する。第一タブ材2と被接合金属部材1の入隅部2a,2bに溶接を施して第一タブ材2と被接合金属部材1とを仮接合する。これにより、後記する仮接合工程の際の目開きを防止することができる。また、同様に、第二 タブ材3と被接合金属部材1とを溶接によって仮接合する。
In the tab material arranging step, as shown in FIGS. 7A and 7B, a pair of tab materials are arranged on the first side surface C and the second side surface D of the bonded
仮接合工程では、図9に示すように、小型回転ツールFを用いて被接合金属部材1と第一タブ材2及び第二タブ材3とを摩擦攪拌により仮接合する。仮接合工程は、被接合金属部材1と第二タブ材3との突合部J3に沿って摩擦攪拌を行う第一仮接合工程と、被接合金属部材1と第二タブ材3との突合部J2に沿って摩擦攪拌を行う第二仮接合工程を含むものである。
In the temporary joining step, as shown in FIG. 9, the metal member to be joined 1, the
第一仮接合工程では、第二タブ材3の任意の点に設定した開始位置SP1に小型回転ツールFを右回転させて押し込み(押圧)、突合部J3上の始点s3に向かって小型回転ツールFを相対移動させる。始点s3に達したら小型回転ツールFを離脱させずに、突合部J3に沿って小型回転ツールFを移動させる。小型回転ツールFが突合部J3上の終点e3に達したら、小型回転ツールFを第二タブ材3側に入り込ませ、終了位置EP1で小型回転ツールFを離脱させる。このように、一筆書きの要領で小型回転ツールFを移動させることで、効率よく仮接合を行うことができる。
In the first temporary joining step, the small rotary tool F is rotated clockwise to the start position SP1 set at an arbitrary point of the
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空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールFの進行方向の右側に被接合金属部材1が位置するように始点s3と終点e3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可能となる。
In addition, when the small rotary tool F is rotated to the right, there is a possibility that a fine cavity defect may occur on the left side in the traveling direction of the small rotating tool F. It is desirable to set the positions of the start point s3 and the end point e3 so that 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空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツール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二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。具体的には、図示は省略するが、小型回転ツールFを右回転させた場合の終点e3の位置に始点を設け、小型回転ツールFを右回転させた場合の始点s3の位置に終点を設ければよい。
Incidentally, when the small rotary tool F is rotated counterclockwise, there is a possibility that a fine cavity defect may occur on the right side in the traveling direction of the small rotating tool F. It is desirable to set the positions of the start point and end point of the second tab material joining step so that the
なお、小型回転ツールFの攪拌ピンF2が突合部J3に入り込むと、被接合金属部材1と第二タブ材3を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材1と第二タブ材3により形成された入隅部3a,3bを溶接により仮接合しているので、被接合金属部材1と第二タブ材3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 small rotary tool F enters the abutting portion J3, a force for separating the
第二仮接合工程は、図9に示すように、第一タブ材2と被接合金属部材1との突合部J2を小型回転ツールFを用いて仮接合する。第二仮接合工程は、第一仮接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
In the second temporary joining step, as shown in FIG. 9, the abutting portion J2 between the
下穴形成工程では、図8の(b)に示すように、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置SM1に下穴P1を形成する工程である。下穴形成工程においては、第一タブ材2の表面に設定されたSM1に下穴P1を形成する。 Under the hole forming step, as shown in FIG. 8 (b) is a step of forming a prepared hole P1 at the start position S M1 of the friction stir in the single bonding step. In the prepared hole forming step to form a prepared hole P1 to S M1 that is set on the first tab member second surface.
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、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、第一タブ材2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、第二タブ材3に形成してもよいし、突合部J2,J3に形成してもよいが、好適には、本実施形態の如く被接合金属部材1の表面A側に現れる被接合金属部材1の継ぎ目(境界線)の延長線上に形成することが望ましい。
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, and is formed by expanding the diameter with a drill (not shown) in the present embodiment. . Although there is no restriction | limiting in particular in the form of the pilot hole P1, In this embodiment, it is cylindrical. In addition, in this embodiment, although the pilot hole P1 is formed in the
第一本接合工程では、図10に示すように、大型回転ツールGを用いて、被接合金属部材1の表面A側から突合部J1(溶接金属T1)に沿って摩擦攪拌を行う。第一本接合工程は、大型回転ツールGを第一タブ材2に設定した開始位置SM1に押し込み、大型回転ツールGを離脱させずに相対移動させ、第二タブ材3に設定した終了位置EM1まで摩擦攪拌を行う。第一本接合工程によって、被接合金属部材1の突合部J1に沿って表面側塑性化領域W1が形成されている。
In the first main joining step, as shown in FIG. 10, friction stirring is performed from the surface A side of the
ここで、図11を用いて、表面側塑性化領域W1(大型回転ツールG)と凹溝K1との関係について説明する。図11は、図10のIII−III線断面図である。表面側塑性化領域W1の幅Wa(ショルダG1の外径Y1と略同等)は、凹溝K1の幅KLよりも大きく形成されている。また、表面側塑性化領域W1の深さW1bは、凹溝K1の深さKDよりも大きく形成されている。つまり、凹溝K1の底面及び両側面と溶接金属T1との界面が摩擦攪拌されているため、被接合金属部材1の水密性及び気密性を高めることができる。
Here, the relationship between the surface side plasticizing region W1 (large rotating tool G) and the groove K1 will be described with reference to FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. The width Wa of the surface plasticized region W1 (outer diameter Y 1 substantially equal to the shoulder G1) is larger than the width K L of the groove K1. The depth W1b surface side plasticized region W1 is larger than the depth K D of the groove K1. That is, since the interface between the bottom surface and both side surfaces of the groove K1 and the weld metal T1 is friction-stirred, the watertightness and airtightness of the
ここで、表面側塑性化領域W1の先端と凹溝K1の底面とが少なくとも接触していれば気密性及び水密性を高めることができるが、本実施形態のように、凹溝K1の底面及び両側面と溶接金属T1との界面の全体を摩擦攪拌することが好ましい。また、本実施形態においては、表面Aから攪拌ピンG2の下端までの距離G2bは、凹溝K1の深さKDよりも大きく形成されている。これにより、より確実に凹溝K1と溶接金属T1との界面を摩擦攪拌することができる。 Here, if at least the tip of the surface side plasticizing region W1 and the bottom surface of the groove K1 are in contact with each other, the airtightness and watertightness can be improved. However, as in the present embodiment, the bottom surface of the groove K1 and It is preferable to frictionally stir the entire interface between both side surfaces and the weld metal T1. In the present embodiment, the distance G2b from the surface A to the lower end of the stirring pin G2 is larger than the depth K D of the groove K1. Thereby, the friction stir of the interface of the ditch K1 and weld metal T1 can be carried out more certainly.
(4)第二本接合工程
第二本接合工程では、被接合金属部材1の裏面Bにおいて大型回転ツールGを用いて突合部J1に沿って摩擦攪拌を行う。第二本接合工程は、第一本接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。第二本接合工程が終了したら、被接合金属部材1から一対のタブ材を切除する。
(4) Second Main Joining Step In the second main joining step, friction agitation is performed along the abutting portion J1 using the large rotary tool G on the back surface B of the
以上説明したように、本実施形態に係る接合方法によれば、被接合金属部材1の突合部J1の表面A、裏面B、第一側面C及び第二側面Dから溶接を行って突合部J1を密閉し、被接合金属部材1の水密性及び気密性を高めることができる。また、突合部J1に対して摩擦攪拌を行うことで被接合金属部材1の接合強度を高めることができる。
As described above, according to the joining method according to the present embodiment, welding is performed from the front surface A, the back surface B, the first side surface C, and the second side surface D of the butted portion J1 of the
また、凹溝K1に溶接金属T1を充填した後に、摩擦攪拌を行うことで凹溝K1と溶接金属T1との界面を確実に密閉することができる。 Moreover, after filling the groove K1 with the weld metal T1, the interface between the groove K1 and the weld metal T1 can be reliably sealed by performing frictional stirring.
[第二実施形態]
第二実施形態に係る接合方法は、第一金属部材と第二金属部材が略直角(平面視L字状)に接合される点で第一実施形態と相違する。
本実施形態に係る接合方法は、第一金属部材10aの側面と第二金属部材10bの端面とを突き合わせてなる被接合金属部材10の突合部J11に対して表面A、裏面B、第一側面C及び第二側面Dから溶接を行うとともに、表面A及び裏面Bから摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
[Second Embodiment]
The joining method according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the first metal member and the second metal member are joined at a substantially right angle (L-shape in plan view).
In the joining method according to the present embodiment, the front surface A, the back surface B, and the first side surface with respect to the abutting portion J11 of the joined
被接合金属部材10は、図12及び図13に示すように、断面視矩形の第一金属部材10aの側面44aと、断面視矩形の第二金属部材10bの端面11bとを突き合わせて形成される。被接合金属部材10の突き合わせ面には、突合部J11(図12参照)が形成されている。第一金属部材10a及び第二金属部材10bは、本実施形態では、同一組成の金属材料であって、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。第一金属部材10a及び第二金属部材10bの形状・寸法に特に制限はないが、少なくとも突合部J11における厚さ寸法を同一にすることが望ましい。
As shown in FIGS. 12 and 13, the bonded
第二金属部材10bの表面12bの端面11b側には、一方の側面14bから他方の側面15bに連続する凹溝K11bが形成されている。また、第二金属部材1bの裏面13bの端面11b側には、一方の側面14bから他方の側面15bに連続する凹溝K12bが形成されている。凹溝K11b及び凹溝K12bは、断面視矩形を呈し、所定の深さ及び幅で形成されている。
On the
次に、本実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法は、(1)突合工程、(2)溶接接合工程、(3)第一本接合工程、(4)第二本接合工程、を含むものである。 Next, the joining method according to this embodiment will be described. The joining method according to the present embodiment includes (1) a butting process, (2) a welding joining process, (3) a first regular joining process, and (4) a second regular joining process.
(1)突合工程
突合工程では、第一金属部材10aの側面44aと第二金属部材10bの端面11bとを突き合わせて被接合金属部材1を形成する。即ち、突合工程では、図12及び図13に示すように、第一金属部材10aの表面42aと第二金属部材10bの表面12bとを面一にするとともに、第一金属部材10aの裏面43aと第二金属部材10bの裏面13bとを面一にする。また、第一金属部材10aの端面45aと第二金属部材10bの他方の側面15bとを面一にする。
(1) Butting process In a butting process, the
図14に示すように、第一金属部材10aの一方の側面44aと、第二金属部材10bの凹溝K11bとが突き合わされて、底面と一対の側面からなる凹溝K11が形成されている。また、図13及び図15に示すように、第一金属部材10aの一方の側面44aと、第二金属部材10bの凹溝K12bとが突き合わされて、底面と一対の側面からなる凹溝K12が形成されている。また、第一金属部材10aの一方の側面44aと第二金属部材10bの一方の側面14bは略垂直を成し、入隅部Iが形成されている。
なお、被接合金属部材10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。
As shown in FIG. 14, one
In addition, let the surface of the to-
(2)溶接接合工程
溶接接合工程では、被接合金属部材1の表面A、裏面B、第一側面C及び第二側面Dに露出する突合部に沿って溶接を行う。本実施形態における溶接接合工程は、凹溝K11に溶接金属T11を充填する第一溶接金属充填工程と、溶接金属T11のうち被接合金属部材10の表面Aから突出した部分を切除する第一切除工程と、凹溝K12に溶接金属T12を充填する第二溶接金属充填工程と、溶接金属T12のうち被接合金属部材10の裏面Bから突出した部分を切除する第二切除工程と、第一側面Cにおいて、突合部J11に沿って凹溝K13を形成する第三凹溝形成工程と、第二側面Dにおいて、突合部J11に沿って凹溝K14を形成する第四凹溝形成工程と、凹溝K13に溶接金属T13を充填する第三溶接金属充填工程と、溶接金属T13のうち被接合金属部材10の第一側面Cから突出した部分を切除する第三切除工程と、凹溝K14に溶接金属T14を充填する第四溶接金属充填工程と、溶接金属T14のうち被接合金属部材10の第二側面Dから突出した部分を切除する第四切除工程と、を含む。
(2) Welding and joining step In the welding and joining step, welding is performed along the abutting portions exposed on the front surface A, the back surface B, the first side surface C, and the second side surface D of the
第一溶接金属充填工程では、図14の(a)に示すように、被接合金属部材1の表面Aに形成された凹溝K11に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は例えば、MIG溶接又はTIG溶接を行って、凹溝K11に溶接金属T11を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属T11が表面Aよりも上方に突出するように行うのが好ましい。図14の(b)に示すように、溶接金属T11のうち、表面Aよりも上方に突出する部分を肉盛部T11’とする。
In the first weld metal filling step, as shown in FIG. 14A, build-up welding is performed on the groove K11 formed on the surface A of the
第一切除工程では、図14の(b)に示すように、表面Aから突出した肉盛部T11’を公知の切削具を用いて切除する工程である。第一切除工程によれば、表面Aを平滑に成形することができるとともに、後記する第一本接合工程の際の大型回転ツールGの移動をスムーズに行うことができる。なお、溶接金属T11が第一側面C及び第二側面Dよりも突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。 In the first excision step, as shown in FIG. 14B, the build-up portion T11 'protruding from the surface A is excised using a known cutting tool. According to the first excision step, the surface A can be formed smoothly, and the large rotary tool G can be smoothly moved during the first main joining step described later. In addition, when the weld metal T11 protrudes from the first side surface C and the second side surface D, it is preferable to cut off the protruding portion.
第二溶接金属充填工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材1の裏面Bに形成された凹溝K12(図15参照)に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えばMIG溶接又はTIG溶接を行って、凹溝K12に溶接金属T12(図15参照)を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属T2が裏面Bよりも突出するように行うのが好ましい。溶接金属T12のうち、裏面Bよりも突出する部分を肉盛部とする。
In the second weld metal filling step, although not specifically shown, overlay welding is performed on the groove K12 (see FIG. 15) formed on the back surface B of the
第二切除工程では、裏面Bから突出した肉盛部を公知の切削具を用いて切除する工程である。第二切除工程によれば、裏面Bを平滑に成形することができるとともに、後記する第二本接合工程の際の大型回転ツールGの移動をスムーズに行うことができる。なお、溶接金属T12が第一側面C及び第二側面Dよりも突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。 The second excision step is a step of excising the built-up portion protruding from the back surface B using a known cutting tool. According to the second excision step, the back surface B can be formed smoothly, and the large rotary tool G can be smoothly moved during the second main joining step described later. In addition, when the weld metal T12 protrudes from the first side surface C and the second side surface D, it is preferable to cut off the protruding portion.
第三凹溝形成工程では、図15に示すように、第二金属部材10bの一方の側面14bの端面側において、突合部J1に沿って公知のエンドミルなどを用いて凹溝K13を形成する。凹溝K13は、断面視矩形であって、表面Aから裏面Bに亘って連続的に形成されている。凹溝K13は、凹溝K11と略同等の深さ及び幅で形成されている。また、凹溝K13の底面には、突合部J1のうち、未溶接領域が露出している。
In the third concave groove forming step, as shown in FIG. 15, the concave groove K13 is formed on the end surface side of one
第四凹溝形成工程では、図15に示すように、第二金属部材10bの他方の側面15bの端面側において、突合部J11に沿って公知のエンドミルなどを用いて凹溝K14を形成する。凹溝K14は、断面視矩形であって、表面Aから裏面Bに亘って連続的に形成されている。凹溝K14は、凹溝K11と略同等の深さ及び幅で形成されている。また、凹溝K14の底面には、突合部J11のうち、未溶接領域が露出している。
In the fourth concave groove forming step, as shown in FIG. 15, the concave groove K14 is formed along the abutting portion J11 on the end surface side of the
第三溶接金属充填工程では、図16の(a)に示すように、第二金属部材10bの一方の側面14b(被接合金属部材1の第一側面C)に形成された凹溝K13に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えば、MIG溶接又はTIG溶接を行って、凹溝K13に溶接金属T13を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属T13が第一側面Cよりも突出するように行うのが好ましい。図16の(b)に示すように、溶接金属T13のうち、第一側面Cよりも突出する部分を肉盛部T13’とする。
In the third weld metal filling step, as shown in FIG. 16 (a), the groove K13 formed on one
第三切除工程では、第一側面Cから突出した肉盛部T13’を公知の切削具を用いて切除する工程である。第三切除工程によれば、第一側面Cを平滑に成形することができる。これにより、後記するタブ材配置工程において、被接合金属部材10の第一側面Cにタブ材を好適に当接させることができる。なお、溶接金属T13が表面A及び裏面Bよりも外側に突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
The third excision step is a step of excising the built-up portion T13 'protruding from the first side surface C using a known cutting tool. According to the third cutting step, the first side surface C can be formed smoothly. Thereby, in the tab material arrangement | positioning process mentioned later, a tab material can be suitably contact | abutted to the 1st side surface C of the to-
第四溶接金属充填工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材1の第二側面Dに形成された凹溝K14(図16参照)に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えば、MIG溶接又はTIG溶接を行って、凹溝K14に溶接金属T14(図17参照)を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属T14が第二側面Dよりも突出するように行うのが好ましい。溶接金属T14のうち、第二側面Dよりも突出する部分を肉盛部とする。
In the fourth weld metal filling step, although not specifically shown, overlay welding is performed on the concave groove K14 (see FIG. 16) formed on the second side face D of the
第四切除工程では、第二側面Dから突出した肉盛部を公知の切削具を用いて切除する工程である。第四切除工程によれば、第二側面Dを平滑に成形することができる。これにより、後記するタブ材配置工程において、被接合金属部材10の第二側面Dにタブ材を好適に当接させることができる。なお、溶接金属T14が表面A及び裏面Bよりも外側に突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
(3)第一本接合工程
第一本接合工程では、被接合金属部材1の表面Aから大型回転ツールGを用いて摩擦攪拌を行う。第一本接合工程は、本実施形態においては、被接合金属部材10に一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、被接合金属部材10とタブ材を仮接合する仮接合工程と、大型回転ツールGの挿入予定位置に下穴を形成する下穴形成工程と、被接合金属部材10の突合部J1に沿って表面Aから摩擦攪拌を行う第一本接合工程を含むものである。
ここで、第一本接合工程で用いるタブ材について詳細に説明する。
The fourth excision step is a step of excising the built-up portion protruding from the second side surface D using a known cutting tool. According to the fourth excision step, the second side face D can be formed smoothly. Thereby, in the tab material arrangement | positioning process mentioned later, a tab material can be suitably made to contact | abut to the 2nd side surface D of the to-
(3) First Main Joining Step In the first main joining step, friction stirring is performed from the surface A of the
Here, the tab material used in the first main joining step will be described in detail.
第一タブ材4および第二タブ材5は、図17に示すように、被接合金属部材10の突合部J11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10に添設され、第一側面C及び第二側面Dに現れる溶接金属T13,T14を覆い隠す。第一タブ材4及び第二タブ材5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10と同一組成の金属材料で形成している。また、第一タブ材4及び第二タブ材5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J11における被接合金属部材10の厚さ寸法と同一にしている。
As shown in FIG. 17, the
タブ材配置工程は、図17に示すように、被接合金属部材10の第一側面C及び第二側面Dに一対のタブ材を配置する。即ち、第一タブ材4は、第二側面Dの突合部J11(溶接金属T14)に沿って当接配置する。一方、第二タブ材5は、入隅部Iにおいて第一金属部材10a及び第二金属部材10b(溶接金属T13)に沿って当接配置する。第一タブ材4と被接合金属部材10の入隅部4a,4bに溶接を施して第一タブ材4と被接合金属部材10とを仮接合する。これにより、後記する仮接合工程の際の目開きを防止することができる。また、同様に、第二タブ材5と被接合金属部材10とを溶接によって仮接合する。
In the tab material arranging step, a pair of tab materials are arranged on the first side surface C and the second side surface D of the
仮接合工程では、図18に示すように、小型回転ツールFを用いて被接合金属部材10と第一タブ材4及び第二タブ材5を摩擦攪拌により仮接合する。仮接合工程は、被接合金属部材10と第一タブ材4との突合部J14に沿って摩擦攪拌を行う第一仮接合工程と、被接合金属部材10と第二タブ材5との突合部J15,J15に沿って摩擦攪拌を行う第二仮接合工程を含むものである。
In the temporary joining step, as shown in FIG. 18, the
第一仮接合工程は、第一タブ材4の任意の点に設定した開始位置SP3に小型回転ツールFを右回転させて押し込み(押圧)、突合部J14上の始点s4に向かって小型回転ツールFを相対移動させる。始点s4に達したら小型回転ツールFを離脱させずに、突合部J14に沿って小型回転ツールFを移動させる。小型回転ツールFが突合部J14上の終点e4に達したら、小型回転ツールFを第一タブ材4側に入り込ませ、終了位置EP3で小型回転ツールFを離脱させる。このように、一筆書きの要領で小型回転ツールFを移動させることで、効率よく仮接合を行うことができる。
In the first temporary joining step, the small rotary tool F is rotated to the right at the start position SP3 set at an arbitrary point of the
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空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールFの進行方向の右側に被接合金属部材10が位置するように始点s4と終点e4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10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可能となる。
In addition, when the small rotary tool F is rotated to the right, there is a possibility that a fine cavity defect may occur on the left side in the traveling direction of the small rotating tool F. It is desirable to set the positions of the start point s4 and the end point e4 so that 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空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールFの進行方向の左側に被接合金属部材10が位置するように第二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。具体的には、図示は省略するが、小型回転ツールFを右回転させた場合の終点e4の位置に始点を設け、小型回転ツールFを右回転させた場合の始点s4の位置に終点を設ければよい。
Incidentally, when the small rotary tool F is rotated counterclockwise, there is a possibility that a fine cavity defect may occur on the right side in the traveling direction of the small rotating tool F. It is desirable to set the positions of the start point and end point of the second tab material joining step so that the
なお、小型回転ツールFの攪拌ピンF2が突合部J14に入り込むと、被接合金属部材10と第一タブ材4を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材10と第一タブ材4により形成された入隅部4a,4bを溶接により仮接合しているので、被接合金属部材10と第一タブ材4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 small rotary tool F enters the abutting portion J14, a force for separating the bonded
第二仮接合工程は、図18示すように、第一タブ材4と被接合金属部材10との突合部J15,J15を小型回転ツールFを用いて仮接合する。第二タブ材5に任意に設定した開始位置SP4に小型回転ツールFを右回転させて押し込み(押圧)、突合部J15上の始点s5に向かって小型回転ツールFを相対移動させる。始点s5に達したら小型回転ツールFを離脱させずに、突合部J15に沿って小型回転ツールFを移動させる。小型回転ツールFが突合部J15上の変化点h5(入隅部I)に達したら、突合部J15の終点e5に向かって小型回転ツールFを移動させる。小型回転ツールFが終点e5に達したら、そのまま第二タブ材5の内部に突入させ、終了位置EP4で第二タブ材5から小型回転ツールFを離脱させる。このように、一筆書きの要領で小型回転ツールFを移動させることで、効率よく仮接合を行うことができる。
In the second temporary joining step, as shown in FIG. 18, the abutting portions J15 and J15 between the
下穴形成工程では、具体的な図示はないが、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置に下穴P1を形成する工程である。下穴形成工程においては、第一タブ材4の表面に設定されたSM2に下穴P1を形成する。
Although not specifically illustrated in the pilot hole forming step, the pilot hole P1 is formed at the friction stirring start position in the first main joining step. In the prepared hole forming step to form a prepared hole P1 to S M2 set in the surface of the
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、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、第一タブ材4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、第二タブ材5に形成してもよいし、突合部J14,J15に形成してもよいが、好適には、本実施形態の如く被接合金属部材10の表面A側に現れる被接合金属部材10の継ぎ目(境界線)の延長線上に形成することが望ましい。
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, and is formed by expanding the diameter with a drill (not shown) in the present embodiment. 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
第一本接合工程では、図19に示すように、大型回転ツールGを用いて、被接合金属部材10の表面A側から突合部J11に沿って摩擦攪拌を行う。第一本接合工程は、大型回転ツールGを第一タブ材4に設定した開始位置SM2に押し込み、大型回転ツールGを離脱させずに第二タブ材5に設定した終了位置EM2まで摩擦攪拌を行う。
即ち、大型回転ツールGを開始位置SM2に押し込んで、始点s6に向けて大型回転ツールGを相対移動させる。大型回転ツールGが始点s6に達したら、大型回転ツールGを離脱させずに終点e6に向かって突合部J11に沿って移動させる。大型回転ツールGがe6に達したら、第二タブ材5に設定された終了位置EM2まで大型回転ツールGを移動させて離脱させる。第一本接合工程によって、被接合金属部材10の突合部J11に沿って表面側塑性化領域W11が形成されている。
In the first main joining step, as shown in FIG. 19, friction stirring is performed from the surface A side of the
That, push the large rotating tool G to the starting position S M2, relatively moving large rotating tool G toward the start point s6. When the large rotary tool G reaches the start point s6, the large rotary tool G is moved along the abutting portion J11 toward the end point e6 without being detached. When the large rotary tool G reaches e6, the large rotary tool G is moved to the end position E M2 set on the
ここで、図20を用いて、表面側塑性化領域W11(大型回転ツールG)と凹溝K11との関係について説明する。図20は、図19のVI−VI線断面図である。表面側塑性化領域W11の幅Wa/2(ショルダG1の外径Y1/2と略同等)は、凹溝K11の幅KHよりも大きく形成されている。また、表面側塑性化領域W11の深さW11bは、凹溝K11の深さKNよりも大きく形成されている。つまり、凹溝K11の底面及び両側面と溶接金属T1との界面を摩擦攪拌することにより、被接合金属部材10の水密性及び気密性を高めることができる。ここで、表面側塑性化領域W11の末端と凹溝K11の底面とが少なくとも接触していれば気密性及び水密性を高めることができるが、本実施形態のように、凹溝K11の底面及び両側面と溶接金属T11との界面の全体を摩擦攪拌することが好ましい。また、本実施形態においては、表面Aから攪拌ピンG2の下端までの距離G2bは、凹溝K11の深さKNよりも大きく形成されている。これにより、より確実に、凹溝K11と溶接金属T11との界面を摩擦攪拌することができる。
Here, the relationship between the surface side plasticizing region W11 (large rotating tool G) and the groove K11 will be described with reference to FIG. 20 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. The width Wa / 2 (substantially equivalent to the outer diameter Y 1/2 of the shoulder G1) of the surface side plasticizing region W11 is formed to be larger than the width K H of the concave groove K11. The depth W11b surface side plasticized region W11 is larger than the depth K N of the groove K11. That is, the watertightness and airtightness of the
(4)第二本接合工程
第二本接合工程では、図21に示すように、被接合金属部材10の裏面Bにおいて大型回転ツールGを用いて摩擦攪拌を行う。即ち、第一タブ材4に設定された開始位置SM3から終了位置EM3まで大型回転ツールGを離脱させることなく、突合部J11に沿って摩擦攪拌を行う。第二本接合工程は、第一本接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。第二本接合工程が終了したら、被接合金属部材10から一対のタブ材を切除する。
(4) Second Main Joining Step In the second main joining step, as shown in FIG. 21, friction stirring is performed using the large rotary tool G on the back surface B of the
以上説明したように、本実施形態に係る接合方法によれば、被接合金属部材10の突合部J11の表面A、裏面B、第一側面C及び第二側面Dから溶接を行って突合部J11を密閉し、被接合金属部材10の水密性及び気密性を高めることができる。また、突合部J1に対して摩擦攪拌を行うことで被接合金属部材10の接合強度を高めることができる。
As described above, according to the joining method according to the present embodiment, welding is performed from the front surface A, the back surface B, the first side surface C, and the second side surface D of the abutting portion J11 of the
また、凹溝K11に溶接金属T11を充填した後に、第一本接合工程及び第二本接合工程にて摩擦攪拌を行うことで凹溝K11と溶接金属T11との界面を確実に密閉することができる。 In addition, after filling the groove K11 with the weld metal T11, the interface between the groove K11 and the weld metal T11 can be reliably sealed by performing frictional stirring in the first main joining step and the second main joining step. it can.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、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、溶接接合工程を行った後に、大型回転ツールGを用いて第一側面C及び第二側面Dに摩擦攪拌を行ってもよい。また、図2に示すように、第一金属部材1a、第二金属部材1bの凹溝K1a,K1b等は、各部材の表面及び裏面に形成されているが、予め側面に凹溝を形成してもよい。また、本実施形態における工程順はあくまで例示であって他の順序であってもよい。
また、表面側塑性化領域及び裏面側塑性化領域にトンネル状の空洞欠陥が発生した場合には、当該空洞欠陥を溶接によって密閉するのが好ましい。
The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. For example, after performing the welding joining process, friction stirring may be performed on the first side surface C and the second side surface D using the large rotary tool G. Further, as shown in FIG. 2, the concave grooves K1a, K1b and the like of the
Moreover, when a tunnel-like cavity defect occurs in the front surface side plasticized region and the back surface side plasticized region, it is preferable to seal the cavity defect by welding.
1 被接合金属部材
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
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
J 突合部
K 凹溝
P1 下穴
T 溶接金属
W 塑性化領域
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記突合工程で形成された被接合金属部材の突合部に対して表面、裏面及び側面から溶接を行う溶接接合工程と、
前記溶接接合工程の後に、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、を含み、
前記第一本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌するとともに、
前記第二本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌することを特徴とする接合方法。 A butting step of matching the end face of the first metal member and the end face of the second metal member;
A welding joining step of performing welding from the front surface, the back surface and the side surface to the abutting portion of the metal member to be joined formed in the abutting step;
After the welding and joining step, a first main joining step in which friction stir is performed from the surface of the metal member to be joined to the butt portion;
After the first main joining step, the second main joining step of performing friction stirring from the back surface of the metal member to be joined to the abutting portion,
In the first main joining process, while friction stir the weld metal formed in the welding joining process and the metal member to be joined,
In the second main joining step, the welding metal formed in the welding joining step and the metal member to be joined are frictionally stirred.
前記突合工程で形成された被接合金属部材の突合部に対して表面、裏面及び側面から溶接を行う溶接接合工程と、
前記溶接接合工程の後に、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、を含み、
前記第一本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌するとともに、
前記第二本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌することを特徴とする接合方法。 A butting step of abutting the side surface of the first metal member and the end surface of the second metal member;
A welding joining step of performing welding from the front surface, the back surface and the side surface to the abutting portion of the metal member to be joined formed in the abutting step;
After the welding and joining step, a first main joining step in which friction stir is performed from the surface of the metal member to be joined to the butt portion;
After the first main joining step, the second main joining step of performing friction stirring from the back surface of the metal member to be joined to the abutting portion,
In the first main joining process, while friction stir the weld metal formed in the welding joining process and the metal member to be joined,
In the second main joining step, the welding metal formed in the welding joining step and the metal member to be joined are frictionally stirred.
The joining method according to any one of claims 1 to 9, wherein a pilot hole is formed in advance at a planned insertion position of the rotary tool used in the friction stirring.
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