JP2009208101A - 接合方法 - Google Patents
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Abstract
【手段】一対の金属部材同士を突き合わせて形成された突合部J1に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、突合部J1に対して金属部材の表面Aから摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、第一摩擦攪拌工程で用いた大型回転ツールGを用いて、第一摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域W1に対して、表面Aから第一摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程、を含むことを特徴とする。
【選択図】図5
Description
例えば、特許文献1には、一対の金属部材同士の突合部に対して、ショルダの径の大きさや攪拌ピンの長さの異なる二種類の回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う接合方法が記載されている。かかる従来の接合方法は、一方の回転ツールによって形成された塑性化領域に対して、一方の回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて再度摩擦攪拌を行うことにより、一方の回転ツールによって形成された塑性化領域の欠陥等を補修することができる。
本発明を実施するための最良の形態として、一対の金属部材同士の突合部に攪拌ピン(プローブ)を挿入して、その攪拌ピンを回転させながら、突合部に摩擦攪拌を行い、金属部材同士を接合する接合方法について説明する。本実施形態では、図1に示すように、一対の金属部材1a,1bを直線状に繋ぎ合せる場合を例示する。
まず、接合される金属部材1a,1bを詳細に説明するとともに、この金属部材1a,1bを接合する際に用いられる第一タブ材2と第二タブ材3を詳細に説明する。
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。
図1を参照して突合工程を説明する。突合工程は、接合すべき被接合金属部材1や当て部材(第一タブ材2及び第二タブ材3)を準備する工程であり、本実施形態では、接合すべき金属部材1a,1bを突き合せる突合工程と、被接合金属部材1の突合部J1の両側に第一タブ材2と第二タブ材3を配置するタブ材配置工程と、第一タブ材2と第二タブ材3を溶接により被接合金属部材1に仮接合する溶接工程とを具備している。
第一仮接合工程は、第一本接合工程に先立って行われる工程であり、本実施形態では、表面A側において、被接合金属部材1と第一タブ材2との突合部J2を接合する第一タブ材仮接合工程と、被接合金属部材1の突合部J1を仮接合する仮接合工程と、被接合金属部材1と第二タブ材3との突合部J3を接合する第二タブ材仮接合工程と、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置に下穴を形成する下穴形成工程とを具備している。
まず、第一タブ材2の適所に設けた開始位置SP1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を開始位置SP1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、摩擦攪拌される被接合金属部材1等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、500〜2000(rpm)の範囲内において設定される。
攪拌ピンF2の全体が第一タブ材2に入り込み、かつ、ショルダ部F1の下端面F11の全面が第一タブ材2の表面22に接触したら、図3に示すように、小型回転ツールFを回転させつつ第一タブ材仮接合工程の始点s2に向けて相対移動させる。
第一本接合工程では、被接合金属部材1の表面Aから突合部J1に沿って、大型回転ツールGを連続して一往復させて摩擦攪拌を行う。即ち、第一本接合工程は、図4の(a)及び(b)に示すように、第二タブ材3に設定された開始位置SM1から第一タブ材2に設定された折返し位置OM1まで摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、折返し位置OM1で大型回転ツールGを押し込む押込み工程と、折返し位置OM1から第二タブ材3に設定された終了位置EM1まで摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程を含むものである。
押込み工程における大型回転ツールGの押込み量は、本実施形態においては、第一塑性化領域W1の表面W1AからQ2押し込む。本実施形態においては、押込み量は、Q1>Q2に設定している。押込み量は、本実施形態においては前記したように設定したが、被接合金属部材1の厚みや組成等に応じて適宜設定すればよく、少なくとも、第一塑性化領域W1の表面W1Aよりも下方にショルダ部G1の下端が位置するように設定すればよい。
しかしながら、本実施形態によれば第一再摩擦攪拌工程を行うため、仮に当該トンネル状の空洞欠陥が発生したとしても、当該空洞欠陥を充填することができる。なお、突合部J1は、第一摩擦攪拌工程によって既に塑性化されているため、第一再摩擦攪拌工程においては、トンネル状の空洞欠陥が形成される可能性は少ない。
また、本実施形態においては、一対のタブ材を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、一のタブ材のみを用いて、当該タブ材に開始位置及び終了位置を設定するとともに、突合部J1上に折返し位置を設定して摩擦攪拌を行ってもよい。
また、本実施形態においては折返し位置OM1で大型回転ツールGを所定量押し込んだが、第一再摩擦攪拌工程中に連続的に押し下げても構わない。
第二仮接合工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材1の裏面Bから小型回転ツールFを用いて突合部J2,J1,J3に対して仮接合を行う。第二仮接合工程は、第一本接合工程が終了したら、被接合金属部材1の表裏を逆にして、摩擦攪拌装置に固定する。第二仮接合工程は、裏面Bに対する仮接合である点を除いては、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。なお、第二仮接合工程は、省略してもよい。
第二本接合工程では、被接合金属部材1の裏面Bから突合部J1に沿って、大型の回転ツールGを連続して一往復させて摩擦攪拌を行う。即ち、第二本接合工程は、図6の(a)乃至(c)に示すように、第一タブ材2に設定された開始位置SM2から第二タブ材3に設定された折返し位置OM2まで摩擦攪拌を行う第二摩擦攪拌工程と、折返し位置OM2で大型回転ツールGを押し込む押込み工程と、折返し位置OM2から第一タブ材2に設定された終了位置EM2まで摩擦攪拌を行う第二再摩擦攪拌工程を含むものである。
押込み工程における大型回転ツールGの押込み量は、本実施形態においては、第三塑性化領域W3の表面W3AからQ2押し込む。本実施形態においては、押込み量は、Q1>Q2に設定している。押込み量は、本実施形態においては前記したように設定したが、被接合金属部材1の厚みや組成等に応じて適宜設定すればよく、少なくとも、第三塑性化領域W3の表面W3Aよりも下方にショルダ部G1の下端が位置するように設定すればよい。
また、大型回転ツールGを第一摩擦攪拌工程(第二摩擦攪拌工程)で形成された塑性化領域の表面より押し込んで、被接合金属部材1を押圧しながら第一再摩擦攪拌工程(第二再摩擦攪拌工程)を行うため、第一摩擦攪拌工程(第二摩擦攪拌工程)で空洞欠陥等が形成されていたとしても確実に補修を行うことができる。
また、本実施形態によれば、各タブ材と被接合金属部材1の突合部J2及び突合部J3をそれぞれ二度ずつ横切るため、一回目に横切った際に、被接合金属部材1の内部に酸化皮膜を巻き込んだとしても、二度目に横切った際に当該酸化皮膜を摩擦攪拌するため、被接合金属部材1の気密性及び水密性を高めることができる。
本発明に係る第二実施形態は、被接合金属部材1’の表面A側のみから摩擦攪拌を行い、被接合金属部材1’の裏面に裏当部材10を配置する点で第一実施形態と相違する。
突合工程は、被接合金属部材1’の両端に第一タブ材2及び第二タブ材3を配置するとともに、被接合金属部材1’の裏面に裏当部材10を配置する。裏当部材10は、本実施形態においては、突合部J1の長手方向の全長に亘って配置される板状部材であって、被接合金属部材1’と略同等の組成からなる。
大型回転ツールGが折返し位置OM11に達したら、大型回転ツールGを下方に向けて押し下げる押込み工程を行う。押込み量は、第一塑性化領域W1’の表面W1A’からQ2に設定している。そして、押込み工程での押込み量Q2を保った状態で、終了位置EM11に向けて大型回転ツールGを相対移動させて第一再摩擦攪拌工程に移行する。
また、本実施形態では、金属部材として板状の被接合金属部材1を例に説明したが、その形状や寸法に特に制限はない。第三実施形態に係る接合方法は、金属部材に中空部を備えている点で第一実施形態と相違する。まず、一対の中空部材41,51について詳細に説明する。
突合工程では、中空部材41,51の側面同士を突き合わせて治具で固定する。即ち、中空部材41,51は、図8の(c)に示すように、図示しない台座上に載せられ、側面47,57の脇に配置される治具91,92で上側の面42,52を押さえられ、治具93とこの治具93の反対側に位置する図示しない同一治具とによって側面47,57を押さえられて固定される。また、中空部材41,51の開口端部側には、タブ材2Aを下から支持する治具94が設置される。
押込み工程では、タブ材2Aに設定した折返し位置で大型回転ツールGを所定量押し込む。そして、図9の(b)に示すように、押込み工程での押し込み量を保ったまま突合部J1(第一塑性化領域W1’’)に沿って第一再摩擦攪拌工程を行う。第一摩擦攪拌工程、押込み工程及び第一再摩擦攪拌工程は、第一実施形態と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
1a 金属部材
1b 金属部材
2 第一タブ材
3 第二タブ材
41,51 中空部材
42,52 面
42a,52a 溝
42b,52b 面
43a,43b 面
53a,53b 面
43c,53c 溝
60A,60B 接合体
J1 突合部
F 小型回転ツール
G 大型回転ツール
P1 下穴
W 塑性化領域
SM 開始位置
OM 折返し位置
EM 終了位置
Claims (9)
- 一対の金属部材同士を突き合わせて形成された突合部に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、
前記突合部に対して前記金属部材の一方の面側から摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、
前記第一摩擦攪拌工程で用いた回転ツールと同じ回転ツールを用いて、前記第一摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域に対して、前記金属部材の一方の面側から前記第一摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程、を含むことを特徴とする接合方法。 - 一対の金属部材同士を突き合わせて形成された突合部に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、
前記突合部に対して前記金属部材の一方の面側から摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、
前記第一摩擦攪拌工程で用いた回転ツールと同じ回転ツールを用いて、前記第一摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域に対して、前記金属部材の一方の面側から前記第一摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程と、
前記突合部に対して前記金属部材の他方の面側から摩擦攪拌を行う第二摩擦攪拌工程と、
前記第二摩擦攪拌工程で用いた回転ツールと同じ回転ツールを用いて、前記第二摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域に対して、前記金属部材の他方の面側から前記第二摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第二再摩擦攪拌工程、を含み、
前記第一再摩擦攪拌工程及び前記第二再摩擦攪拌工程によって形成された塑性化領域同士が重複することを特徴とする接合方法。 - 前記第一摩擦攪拌工程及び前記第一再摩擦攪拌工程を連続的に行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の接合方法。
- 前記第二摩擦攪拌工程及び前記第二再摩擦攪拌工程を連続的に行うことを特徴とする請求項2に記載の接合方法。
- 前記突合部の両端に一対のタブ材を配置して、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を一方のタブ材に設定し、摩擦攪拌の折返し位置を他方のタブ材に設定することを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の接合方法。
- 前記第一摩擦攪拌工程を行う前に、
前記第一摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて、前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の接合方法。 - 前記第二摩擦攪拌工程を行う前に、
前記第二摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて、前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項2乃至請求項6のいずれか一項に記載の接合方法。 - 請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の接合方法において、
前記金属部材を中空部材としたことを特徴とする接合方法。 - 請求項8に記載の接合方法において、
前記中空部材の突合面に凹部を成形し、前記中空部材同士の突合部に前記凹部による隙間を形成することを特徴とする接合方法。
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