JP2013018044A - Moving method of friction stir welding tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は摩擦撹拌接合工具の移動方法に関し、バリの発生を抑制することができるように工夫したものである。 The present invention relates to a method of moving a friction stir welding tool, and is devised so that the generation of burrs can be suppressed.
摩擦撹拌接合（ＦＳＷ：Friction Stir Welding）は、回転ロッドの先端面にピンを備えた摩擦撹拌接合工具を回転させながら、ピンを被接合材に押し込み、回転している摩擦撹拌接合工具を接合線に沿って移動させていくことにより、摩擦熱によって軟化した材料を撹拌（塑性流動化）して接合する接合方法である。 Friction Stir Welding (FSW: Friction Stir Welding) is a method of rotating a friction stir welding tool equipped with a pin on the end face of a rotating rod, pushing the pin into the material to be joined, and connecting the rotating friction stir welding tool to the joining line. This is a joining method in which the material softened by frictional heat is agitated (plastic fluidized) and joined by being moved along.
ここで、図５を参照して、摩擦撹拌接合による突合せ接合の手法を概説する。
図５(ａ)に示すように、円柱状の回転ロッド１１の先端面（ショルダ面）の中心にピン１２を備えた摩擦撹拌接合工具１０を回転させ、図５（ｂ）に示すように、摩擦撹拌接合工具１０を回転させつつピン１２を被接合材１に挿入し、図５（ｃ）に示すように、ピン１２を被接合材（金属板）１に挿入した状態で摩擦撹拌接合工具１０を回転させつつ接合線に沿い移動し、最後に図５（ｃ）に示すように、ピン１２を被接合材１から引き抜く。
なお、図５において、αは接合領域、βはバリ、ｅｈはエンドホールである。
Here, with reference to FIG. 5, the method of butt welding by friction stir welding will be outlined.
As shown in FIG. 5A, the friction
In FIG. 5, α is a junction region, β is a burr, and eh is an end hole.
この摩擦撹拌接合は、通常の溶融溶接とは異なり、固相での接合が行われるため、金属組織が微細化し機械的特性に優れているという利点を有している。 This friction stir welding has an advantage that the metal structure is miniaturized and has excellent mechanical properties because the solid-phase joining is performed unlike ordinary fusion welding.
かかる摩擦撹拌接合は、アルミニウムなどの軽金属材料の接合に利用されているが、近年では、ステンレス鋼などの鋼材のような、高強度材の接合にも適用されてきている。 Such friction stir welding is used for joining light metal materials such as aluminum, but in recent years, it has also been applied to joining high-strength materials such as steel materials such as stainless steel.
また摩擦撹拌接合は、上述したような、大気中における突合せ接合（継手）や重ね合わせ接合（継手）等に適用できる他、液体ナトリウムなどのような液体金属中に存在する金属板に発生した亀裂などを補修する場合にも適用されている。
つまり、液体ナトリウムなどのような液体金属中に存在する金属板に亀裂が発生した場合には、亀裂位置から離れた所からＦＳＷ接合を開始し、亀裂部分を通過するように摩擦撹拌接合工具を移動させていき、亀裂部分を通過したら摩擦撹拌接合工具を引き抜く。このようにすれば、亀裂部分が接合領域となって接合されることにより補修ができる。
In addition, friction stir welding can be applied to butt joints (joints) and lap joints (joints) in the atmosphere as described above, as well as cracks that have occurred in metal plates that exist in liquid metals such as liquid sodium. It is also applied when repairing.
That is, when a crack occurs in a metal plate existing in a liquid metal such as liquid sodium, FSW welding is started from a position away from the crack position, and a friction stir welding tool is used so as to pass through the crack portion. Move it and pull out the friction stir welding tool after passing through the crack. If it does in this way, a repair can be performed by joining a crack part as a joining field.
ＦＳＷ施工をした場合には、条件によってはバリ（図５参照）が発生する。バリは、ピンの差し込み量が大きい場合や、入熱量が大きい場合に、材料の撹拌状況等によって発生する。 When FSW construction is performed, burrs (see FIG. 5) may occur depending on conditions. A burr is generated depending on a material stirring state or the like when the amount of pin insertion is large or the amount of heat input is large.
発生したバリは、美観を損なうと共に、疲労強度が低下する等の理由から、通常では、グラインダ等で除去される。接合される材料がアルミニウムなどの軽金属の場合には、グラインダ等でバリは、比較的容易に除去することができる。 The generated burrs are usually removed by a grinder or the like for reasons such as deteriorating the appearance and reducing fatigue strength. If the material to be joined is a light metal such as aluminum, burrs can be removed relatively easily with a grinder or the like.
なお、液体ナトリウムなどのような液体金属中に存在する金属板を、ＦＳＷにより補修したことによりバリが発生した場合、このバリが外れて液体ナトリウム中に浮遊してしまうと、機器障害の原因となる可能性がある。このため、液体ナトリウムなどのような液体金属中に存在する金属板をＦＳＷにより補修する場合には、なるべくバリが発生しないようにすることが要望されていた。 In addition, when a burr is generated by repairing a metal plate existing in a liquid metal such as liquid sodium with FSW, if this burr comes off and floats in liquid sodium, it may cause equipment failure. There is a possibility. For this reason, when repairing the metal plate which exists in liquid metals, such as liquid sodium, by FSW, it was requested that a burr | flash should not generate | occur | produce as much as possible.
ここで、バリ発生を低減したり、発生したバリを除去したりする従来手法を説明する。
特許文献１（特開２０００−３３４５７８）に示す技術では、回転ロッド（円柱状の工具本体）の外周部に、バリ取りカッタを一体的に備えている。
このため、摩擦撹拌接合工具が回転して発生したバリは、回転するバリ取りカッタにより切削されチップとして除去される。
Here, a conventional method for reducing the generation of burrs or removing the generated burrs will be described.
In the technique shown in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-334578), a deburring cutter is integrally provided on the outer peripheral portion of a rotating rod (columnar tool body).
For this reason, burrs generated by the rotation of the friction stir welding tool are cut by the rotating deburring cutter and removed as chips.
特許文献２（特開２００２−２２４８５９）や特許文献３（特許第３２８３４３９号）に示す技術では、回転ロッドの先端面（ショルダ面）に、ピンに対して同心状となっている円環状の溝（メタル溜り部）を形成している。しかも、円環状の溝（メタル溜り部）は、回転ロッドの先端面（ショルダ面）の外周縁とピンの外周面との間の位置に形成されている。
このため、摩擦撹拌接合工具が回転・移動することにより生じた塑性流動化したメタルはメタル溜り部に入り、バリの発生を抑制することができる。
In the techniques shown in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-224859) and Patent Document 3 (Japanese Patent No. 3283439), an annular groove concentric with the pin on the tip surface (shoulder surface) of the rotating rod. (Metal reservoir) is formed. Moreover, the annular groove (metal reservoir) is formed at a position between the outer peripheral edge of the tip surface (shoulder surface) of the rotating rod and the outer peripheral surface of the pin.
For this reason, the plastic fluidized metal generated by the rotation and movement of the friction stir welding tool enters the metal reservoir and can suppress the generation of burrs.
特許文献４（特開２００５−２３１５７６）に示す技術では、被接合材のうちバリが発生する部分に予め（接合前に）円弧を有する突起を形成しておく。そして摩擦撹拌接合をすると突起にバリが形成される。
このため、接合後にバリを突起と共に切除すると、バリが切除されるとともに突起の一部が切除される一方で、突起の円弧部分が残る。このように円弧部分が残るため、切除部分がなめらかとなる。
In the technique disclosed in Patent Document 4 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-231576), a protrusion having an arc is formed in advance (before joining) on a portion where a burr is generated in a material to be joined. When friction stir welding is performed, burrs are formed on the protrusions.
For this reason, when the burr is cut off together with the protrusion after joining, the burr is cut off and a part of the protrusion is cut off, while the arc portion of the protrusion remains. Since the arc portion remains in this way, the cut portion becomes smooth.
なお特許文献５（特開２００５―９５９５１）に示す技術では、ＦＳＷ重ね合わせ継手接合において、疲労強度を向上するために、ＦＳＷ開始部と接合起点との位置を異ならせたり、ＦＳＷ終端部と接合終点との位置を異ならせたりしている。 In the technique shown in Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-95951), in the FSW lap joint joint, in order to improve fatigue strength, the positions of the FSW start part and the joint starting point are made different, or the FSW terminal part and the joint are joined. The position is different from the end point.
しかし、被接合材が鋼等の高強度材である場合には、接合で生じたバリが強固であるため、バリを除去することは難しい。
また、スタート部では、接合工具を被接合材に挿入していくことにより特に多くのバリが発生するが、このスタート部で発生したバリを除去することは、従来方法では困難であった。
However, when the material to be joined is a high-strength material such as steel, it is difficult to remove the burrs because the burrs generated by the joining are strong.
Further, in the start portion, a large number of burrs are generated by inserting the joining tool into the material to be joined. However, it has been difficult to remove the burrs generated in the start portion by the conventional method.
また、液体金属（ナトリウム）中、水中等の特殊環境で摩擦撹拌接合をする場合には、狭隘環境等で視認性が悪いことが多く、バリの除去、切削したバリの回収等が非常に困難である。 Also, when friction stir welding is performed in a special environment such as liquid metal (sodium) or underwater, visibility is often poor in a narrow environment, etc., and it is very difficult to remove burrs and collect cut burrs. It is.
更に、亀裂補修のように発生位置が特定できない場合には、通常の接合継手のように、継手形状による対策（特許文献４に示すような対策）は難しい。 Furthermore, when the occurrence position cannot be specified as in crack repair, it is difficult to take countermeasures based on the joint shape (measures shown in Patent Document 4) like ordinary joints.
本発明は、上記従来技術に鑑み、バリの発生を効果的に抑制することができる、摩擦撹拌接合工具の移動方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method of moving a friction stir welding tool that can effectively suppress the occurrence of burrs in view of the above-described conventional technology.
上記課題を解決する本発明の構成は、
回転ロッドの先端面にピンを備えた摩擦撹拌接合工具を回転させながら被接合材の接合開始点に前記ピンを挿入してから、前記ピンを前記被接合材に挿入した状態で前記摩擦撹拌接合工具を回転しつつ接合線に沿い移動させ、前記ピンが接合終了点に達したら前記ピンを前記被接合材から引き抜く摩擦撹拌接合工具の移動方法において、
前記ピンを前記接合開始点に挿入したら、前記接合開始点から前記接合終了点に向かうのとは反対方向にある後退点にまで、前記摩擦撹拌接合工具を移動させ、その後、前記後退点から前記接合開始点に戻ってから前記接合線に沿い前記接合終了点に向かって前記摩擦撹拌接合工具を移動させ、
しかも、前記接合開始点から前記後退点までの距離は、前記回転ロッドの直径の１／２から１／１になっていることを特徴とする。
The configuration of the present invention for solving the above problems is as follows.
The friction stir welding is performed in a state where the pin is inserted into the material to be welded after the pin is inserted into the joining start point of the material to be joined while rotating the friction stir welding tool provided with the pin on the tip surface of the rotating rod. In the moving method of the friction stir welding tool for moving the tool along the joining line while rotating, and pulling out the pin from the workpiece when the pin reaches the joining end point,
When the pin is inserted into the joining start point, the friction stir welding tool is moved from the joining start point to a retreat point in a direction opposite to the joining end point, and then from the retreat point to the retreat point. Move the friction stir welding tool along the joining line to the joining end point after returning to the joining start point,
Moreover, the distance from the joining start point to the retreat point is ½ to 1/1 of the diameter of the rotating rod.
また本発明の構成は、
回転ロッドの先端面にピンを備えた摩擦撹拌接合工具を回転させながら被接合材の接合開始点に前記ピンを挿入してから、前記ピンを前記被接合材に挿入した状態で前記摩擦撹拌接合工具を回転しつつ接合線に沿い移動させ、前記ピンが接合終了点に達したら前記ピンを前記被接合材から引き抜く摩擦撹拌接合工具の移動方法において、
前記ピンを前記接合開始点に挿入することにより前記回転ロッドの周囲に沿う環状の領域に形成されたバリを除去・抑制するために、前記ピンを前記接合開始点に挿入した後に、前記環状の領域に沿い前記ピンが移動するように前記摩擦撹拌接合工具を移動させ、その後、前記接合線に沿い前記接合終了点に向かって前記摩擦撹拌接合工具を移動させることを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
The friction stir welding is performed in a state where the pin is inserted into the material to be welded after the pin is inserted into the joining start point of the material to be joined while rotating the friction stir welding tool provided with the pin on the tip surface of the rotating rod. In the moving method of the friction stir welding tool for moving the tool along the joining line while rotating, and pulling out the pin from the workpiece when the pin reaches the joining end point,
In order to remove and suppress burrs formed in an annular region along the periphery of the rotating rod by inserting the pin into the joining start point, the annular member is inserted into the joining start point, The friction stir welding tool is moved so that the pin moves along a region, and then the friction stir welding tool is moved toward the welding end point along the welding line.
また本発明の構成は、
回転ロッドの先端面にピンを備えた摩擦撹拌接合工具を回転させながら被接合材の接合開始点に前記ピンを挿入してから、前記ピンを前記被接合材に挿入した状態で前記摩擦撹拌接合工具を回転しつつ接合線に沿い移動させ、前記ピンが接合終了点に達したら前記ピンを前記被接合材から引き抜く摩擦撹拌接合工具の移動方法において、
前記ピンを前記接合開始点に挿入することにより前記回転ロッドの周囲に沿う環状の領域に形成されたバリを除去・抑制するために、前記ピンを前記接合開始点に挿入した後に、前記環状の領域の複数箇所を直線的に通過して前記ピンが移動するように、前記接合線に平行な方向の移動と前記接合線に直交する方向の移動を組み合わせて前記摩擦撹拌接合工具を移動させ、その後、前記接合線に沿い前記接合終了点に向かって前記摩擦撹拌接合工具を移動させることを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
The friction stir welding is performed in a state where the pin is inserted into the material to be welded after the pin is inserted into the joining start point of the material to be joined while rotating the friction stir welding tool provided with the pin on the tip surface of the rotating rod. In the moving method of the friction stir welding tool for moving the tool along the joining line while rotating, and pulling out the pin from the workpiece when the pin reaches the joining end point,
In order to remove and suppress burrs formed in an annular region along the periphery of the rotating rod by inserting the pin into the joining start point, the annular member is inserted into the joining start point, The friction stir welding tool is moved by combining movement in a direction parallel to the welding line and movement in a direction perpendicular to the welding line so that the pin moves linearly through a plurality of locations in the region, Thereafter, the friction stir welding tool is moved along the joining line toward the joining end point.
また本発明の構成は、
回転ロッドの先端面にピンを備えた摩擦撹拌接合工具を回転させながら被接合材の接合開始点に前記ピンを挿入してから、前記ピンを前記被接合材に挿入した状態で前記摩擦撹拌接合工具を回転しつつ接合線に沿い移動させ、前記ピンが接合終了点に達したら前記ピンを前記被接合材から引き抜く摩擦撹拌接合工具の移動方法において、
前記摩擦撹拌接合工具を前記接合線に沿い移動させる際に、前記ピンが、前記接合線に平行な方向に前進してから、前記接合線に直交する方向に左横進行し、再び前記接合線に平行な方向に前進してから、前記接合線に直交する方向に右横進行するという一連の進行動作を繰り返し行い、
しかも、１回あたりの前記接合線に平行な方向に前進する距離は、前記回転ロッドの直径の１／２から３／４になり、
且つ、１回あたりの前記接合線に直交する方向に左進行する距離、及び、１回あたりの前記接合線に直交する方向に右進行する距離は、前記回転ロッドの直径の１／２から３／４になるように、前記摩擦撹拌接合工具を移動させることを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
The friction stir welding is performed in a state where the pin is inserted into the material to be welded after the pin is inserted into the joining start point of the material to be joined while rotating the friction stir welding tool provided with the pin on the tip surface of the rotating rod. In the moving method of the friction stir welding tool for moving the tool along the joining line while rotating, and pulling out the pin from the workpiece when the pin reaches the joining end point,
When the friction stir welding tool is moved along the joining line, the pin advances in a direction parallel to the joining line, and then moves leftward in a direction perpendicular to the joining line, and again the joining line. A series of advancing operations of advancing in the direction parallel to the right and then proceeding to the right in the direction perpendicular to the joint line,
Moreover, the distance traveled in the direction parallel to the joining line per time is 1/2 to 3/4 of the diameter of the rotating rod,
The distance traveled to the left in the direction perpendicular to the joint line and the distance traveled to the right in the direction orthogonal to the joint line per time is 1/2 to 3 of the diameter of the rotating rod. The friction stir welding tool is moved so as to be / 4.
本発明の摩擦撹拌接合工具によれば、摩擦撹拌接合工具の移動経路を工夫することにより、摩擦撹拌接合に伴うバリの発生を抑制することができる。 According to the friction stir welding tool of the present invention, the generation of burrs associated with friction stir welding can be suppressed by devising the movement path of the friction stir welding tool.
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき詳細に説明する。
なお、以下の各実施例では、図５に示した摩擦撹拌接合工具１０を用いて摩擦撹拌接合する際における、摩擦撹拌接合工具１０の移動方法について工夫したものである。
前述したように、摩擦撹拌接合工具１０は、円柱状の回転ロッド１１の先端面であるショルダ面に、ピン１２を一体的に備えて構成されている。ピン１２は、回転ロッド１１と同軸となって、ショルダ面の中心から突出している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on examples.
In the following embodiments, the moving method of the friction
As described above, the friction
本発明の実施例１に係る、摩擦撹拌接合工具１０の移動方法を、図１Ａ〜図１Ｅを参照して順に説明する。なお摩擦撹拌接合工具１０は、図示しない移動装置により移動される。
実施例１では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向（図１Ａ参照）に沿い移動する移動装置により、摩擦撹拌接合工具１０を移動する。
A method for moving the friction
In Example 1, the friction
図１Ａは、液体ナトリウムなどのような液体金属中に存在する被接合材である金属板１０１を示す平面図である。この金属板１０１には亀裂Ｋが発生している。そこで、摩擦撹拌接合により亀裂Ｋを接合して補修をするため、金属板１０１上に接合開始点Ｐ１と接合終了点Ｐ２を設定する。接合開始点Ｐ１と接合終了点Ｐ２とを結ぶラインが接合線Ｌであり、接合線Ｌが亀裂Ｋの発生位置を通過している。
FIG. 1A is a plan view showing a
なお、Ｐ３は後退点であり、接合開始点Ｐ１から見て、接合終了点Ｐ２に向かうのとは反対方向に設定した点である。本例では、接合開始点Ｐ１と後退点Ｐ３との距離は、摩擦撹拌接合工具１０の回転ロッド１１の直径の１／２であるが、回転ロッド１１の直径の１／２から１／１の範囲の長さにしてもよい。
In addition, P3 is a retreat point, and is a point set in the opposite direction to the joining end point P2 when viewed from the joining start point P1. In this example, the distance between the joining start point P1 and the retreat point P3 is ½ of the diameter of the
図１Ｂに示すように、摩擦撹拌接合工具１０を回転させながらピン１２を接合開始点Ｐ１に挿入する。このときには、摩擦撹拌接合工具１０はＸＹ平面内での水平移動をしておらず、回転しながら金属板１０１に押し込まれてピン１２が金属板１０１に挿入されていくだけであるため、大量のバリβが発生する。つまり、回転ロッド１１の周囲に沿う環状の領域Ｒに、大量のバリβが形成される。
As shown in FIG. 1B, the
なお、ピン１２が金属板１０１に挿入された後に、ピン１２を金属板１０１に挿入した状態のままで摩擦撹拌接合工具１０を回転させつつＸＹ平面内で水平に移動させていく際にもバリβは発生するが、その量は、水平移動なくピン１２を接合開始点Ｐ１に挿入するときに発生するバリβに比べて、かなり少ない。
It should be noted that after the
実施例１では、水平移動なくピン１２を接合開始点Ｐ１に挿入したときに発生したバリβの量を最終的に少なく（抑制）するため、図１Ｃに示すように、ピン１２を金属板１０１に挿入した状態のままで摩擦撹拌接合工具１０を回転させつつ、接合開始点Ｐ１から後退点Ｐ３にまで移動させる。その後、図１Ｄに示すように、ピン１２を金属板１０１に挿入した状態のままで摩擦撹拌接合工具１０を回転させつつ、後退点Ｐ３から接合開始点Ｐ１にまで移動させる。なお、αは接合領域である。
In Example 1, in order to finally reduce (suppress) the amount of burr β generated when the
ピン１２を金属板１０１に挿入した状態のままで摩擦撹拌接合工具１０を回転させつつ移動させていく際に発生するバリβは、前述したように比較的少ない。ピン１２を接合開始点Ｐ１に挿入するときに大量に発生したバリβは、摩擦撹拌接合工具１０が回転しつつ、接合開始点Ｐ１→後退点Ｐ３→接合開始点Ｐ１と移動することにより、摩擦撹拌接合工具１０内に再び巻き込まれるため、残存するバリβが少なくなる。
As described above, the burr β generated when the friction
図１Ｅに示すように、ピン１２を金属板１０１に挿入した状態のままで摩擦撹拌接合工具１０を回転させつつ、接合線Ｌに沿い接合開始点Ｐ１から接合終了点Ｐ２に向かって移動させていくと、亀裂Ｋは接合されて接合領域αとなって補修される。
As shown in FIG. 1E, while the friction
ピン１２が接合終了点Ｐ２に達したら、回転している摩擦撹拌接合工具１０を引き上げてピン１２を金属板１０１から引き抜く。
When the
このように、回転しているピン１２を接合開始点Ｐ１に挿入した後、摩擦撹拌接合工具１０を回転しつつ、接合開始点Ｐ１→後退点Ｐ３→接合開始点Ｐ１と移動させる動作を採用することにより、ピン１２を接合開始点Ｐ１に挿入したときに大量に発生したバリβが大幅に減少して残存するバリβが少なくなる。
しかも、摩擦撹拌接合工具１０を回転しつつ、接合開始点Ｐ１→後退点Ｐ３→接合開始点Ｐ１と移動させるようにプログラムを変更することは容易である。
Thus, after inserting the
Moreover, it is easy to change the program so that the friction
本発明の実施例２に係る、摩擦撹拌接合工具１０の移動方法を、図２Ａ〜図２Ｅを参照して順に説明する。なお摩擦撹拌接合工具１０は、図示しない移動装置により移動される。
実施例２では、金属板１０１の面内で、直線移動（Ｘ軸方向移動、Ｙ軸方向移動）することができるのみならず曲線移動することもできる移動装置により、摩擦撹拌接合工具１０を移動する。
A method for moving the friction
In the second embodiment, the friction
図２Ａは、液体ナトリウムなどのような液体金属中に存在する被接合材である金属板１０１を示す平面図である。この金属板１０１には亀裂Ｋが発生している。そこで、摩擦撹拌接合により亀裂Ｋを接合して補修をするため、金属板１０１上に接合開始点Ｐ１と接合終了点Ｐ２を設定する。接合開始点Ｐ１と接合終了点Ｐ２とを結ぶラインが接合線Ｌであり、接合線Ｌが亀裂Ｋの発生位置を通過している。
FIG. 2A is a plan view showing a
図２Ｂに示すように、摩擦撹拌接合工具１０を回転させながらピン１２を接合開始点Ｐ１に挿入する。このときには、摩擦撹拌接合工具１０は水平移動をしておらず、回転しながら金属板１０１に押し込まれてピン１２が金属板１０１に挿入されていくだけであるため、大量のバリβが発生する。つまり、回転ロッド１１の周囲に沿う環状の領域Ｒに、大量のバリβが環状に形成される。
As shown in FIG. 2B, the
なお、ピン１２が金属板１０１に挿入された後に、ピン１２を金属板１０１に挿入した状態のままで摩擦撹拌接合工具１０を回転させつつ平面内で水平に移動させていく際にもバリβは発生するが、その量は、水平移動なくピン１２を接合開始点Ｐ１に挿入するときに発生するバリβに比べて、かなり少ない。
In addition, when the
実施例２では、水平移動なくピン１２を接合開始点Ｐ１に挿入したときに発生したバリβを消失させるため、拡大図である図２Ｃに示すように、ピン１２を金属板１０１に挿入した状態のままで摩擦撹拌接合工具１０を回転させつつ、接合開始点Ｐ１から前進点Ｐ４にまで移動させる。本例では、接合開始点Ｐ１から前進点Ｐ４までの距離を、摩擦撹拌接合工具１０の回転ロッド１１の直径の１／２〜３／４にしている。つまり、接合開始点Ｐ１から見て、環状の領域Ｒに形成されたバリβよりも外周側に、前進点Ｐ４を設定している。
In Example 2, in order to eliminate the burr β generated when the
次に、拡大図である図２Ｄに示すように、ピン１２を金属板１０１に挿入した状態のままで摩擦撹拌接合工具１０を回転させつつ、前進点Ｐ４から移動開始して、環状の領域Ｒに形成されたバリβよりも外周側に設定した環状経路ｒに沿い移動させて、前進点Ｐ４に再び戻す。
Next, as shown in FIG. 2D, which is an enlarged view, while the
ピン１２を金属板１０１に挿入した状態のままで摩擦撹拌接合工具１０を回転させつつ環状経路ｒに沿い移動させていくと、ピン１２を接合開始点Ｐ１に挿入したときに大量に発生した環状のバリβは、摩擦撹拌接合工具１０内に再び巻き込まれて消失する。
If the friction
図２Ｅに示すように、ピン１２を金属板１０１に挿入した状態のままで摩擦撹拌接合工具１０を回転させつつ、接合線Ｌに沿い前進点Ｐ４から接合終了点Ｐ２に向かって移動させていくと、亀裂Ｋは接合されて接合領域αとなって補修される。
As shown in FIG. 2E, the friction
ピン１２が接合終了点Ｐ２に達したら、回転している摩擦撹拌接合工具１０を引き上げてピン１２を金属板１０１から引き抜く。
When the
このように、回転しているピン１２を接合開始点Ｐ１に挿入した後、摩擦撹拌接合工具１０を回転しつつ、前進点Ｐ４に進めてから、環状経路ｒに沿い移動させる動作を採用することにより、ピン１２を接合開始点Ｐ１に挿入したときに大量に発生したバリβを消失させることができ、全体としてバリβの発生を抑制することができる。
In this way, after inserting the
本発明の実施例３に係る、摩擦撹拌接合工具１０の移動方法を、図３Ａ〜図３Ｈを参照して順に説明する。なお摩擦撹拌接合工具１０は、図示しない移動装置により移動される。
実施例３では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向（図３Ａ参照）に沿い移動する移動装置により、摩擦撹拌接合工具１０を移動する。
A method of moving the friction
In Example 3, the friction
図３Ａは、液体ナトリウムなどのような液体金属中に存在する被接合材である金属板１０１を示す平面図である。この金属板１０１には亀裂Ｋが発生している。そこで、摩擦撹拌接合により亀裂Ｋを接合して補修をするため、金属板１０１上に接合開始点Ｐ１と接合終了点Ｐ２を設定する。
実施例３では、接合開始点Ｐ１は、接合線Ｌの始端位置ではなく、接合線Ｌの始端位置からずれている。接合線Ｌの終端位置は接合終了点Ｐ２となっており、接合線Ｌが亀裂Ｋの発生位置を通過している。
また、接合線Ｌの方向をＸ軸方向、接合線Ｌと直行する方向をＹ軸方向としている。
FIG. 3A is a plan view showing a
In Example 3, the joining start point P1 is not the starting end position of the joining line L, but is shifted from the starting end position of the joining line L. The end position of the joining line L is the joining end point P2, and the joining line L passes through the position where the crack K is generated.
The direction of the joining line L is the X-axis direction, and the direction orthogonal to the joining line L is the Y-axis direction.
図３Ｂに示すように、摩擦撹拌接合工具１０を回転させながらピン１２を接合開始点Ｐ１に挿入する。このときには、摩擦撹拌接合工具１０は水平移動をしておらず、回転しながら金属板１０１に押し込まれてピン１２が金属板１０１に挿入されていくだけであるため、大量のバリβが発生する。つまり、回転ロッド１１の周囲に沿う環状の領域Ｒに、大量のバリβが環状に形成される。
As shown in FIG. 3B, the
実施例３では、水平移動なくピン１２を接合開始点Ｐ１に挿入したときに発生したバリβを消失させるため、拡大図である図３Ｃ〜図３Ｇに示すように、ピン１２を金属板１０１に挿入した状態のままで摩擦撹拌接合工具１０を回転させつつ、接合開始位置Ｐ１から位置Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５の順で移動させる。
In Example 3, in order to eliminate the burr β generated when the
さらに詳述すると、ピン１２を金属板１０１に挿入した状態のままで摩擦撹拌接合工具１０を回転させつつ、
（１）接合開始位置Ｐ１から位置Ｐ１１まで、回転ロッド１１の直径の１／２〜３／４の長さだけ＋Ｘ軸方向に移動させ（図３Ｃ参照）、
（２）位置Ｐ１１から位置Ｐ１２まで、回転ロッド１１の直径の１／２の長さだけ＋Ｙ軸方向に移動させ（図３Ｄ参照）、
（３）位置Ｐ１２から位置Ｐ１３まで、回転ロッド１１の直径の１．５倍の長さだけ−Ｘ軸方向に移動させ（図３Ｅ参照）、
（４）位置Ｐ１３から位置Ｐ１４まで、回転ロッド１１の直径の長さだけ−Ｙ軸方向に移動させ（図３Ｆ参照）、
（５）位置Ｐ１４から位置Ｐ１５まで、回転ロッド１１の直径の１．５倍の長さだけ＋Ｘ軸方向に移動させる（図３Ｇ参照）。
ちなみに、位置Ｐ１１と位置Ｐ１２との間の距離は、回転ロッド１１の直径の１／２から３／４の範囲の長さを採用することができ、位置Ｐ１２と位置Ｐ１３との間の距離は、回転ロッド１１の直径の１．５〜２．５倍の範囲の長さを採用することができる。
More specifically, while rotating the friction
(1) Move from the joining start position P1 to the position P11 by the length of 1/2 to 3/4 of the diameter of the
(2) Move from the position P11 to the position P12 in the + Y-axis direction by a length that is ½ of the diameter of the rotating rod 11 (see FIG. 3D).
(3) Move from the position P12 to the position P13 in the −X-axis direction by a length 1.5 times the diameter of the rotating rod 11 (see FIG. 3E).
(4) Move from the position P13 to the position P14 by the length of the diameter of the
(5) Move from the position P14 to the position P15 in the + X-axis direction by a length that is 1.5 times the diameter of the rotating rod 11 (see FIG. 3G).
Incidentally, the distance between the position P11 and the position P12 can adopt a length in the range of 1/2 to 3/4 of the diameter of the
ピン１２を金属板１０１に挿入した状態のままで摩擦撹拌接合工具１０を回転させつつ、接合開始点Ｐ１から位置Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５の順で移動させていくと、ピン１２を接合開始点Ｐ１に挿入したときに大量に発生した環状のバリβは、摩擦撹拌接合工具１０内に再び巻き込まれて消失する。
When the friction
図３Ｈに示すように、ピン１２を金属板１０１に挿入した状態のままで摩擦撹拌接合工具１０を回転させつつ、接合線Ｌに沿い位置Ｐ１５から接合終了点Ｐ２に向かって移動させていくと、亀裂Ｋは接合されて接合領域αとなって補修される。
As shown in FIG. 3H, when the friction
ピン１２が接合終了点Ｐ２に達したら、回転している摩擦撹拌接合工具１０を引き上げてピン１２を金属板１０１から引き抜く。
When the
このように、回転しているピン１２を接合開始点Ｐ１に挿入した後、摩擦撹拌接合工具１０を回転しつつ、接合開始点Ｐ１から位置Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５の順で移動させる動作を採用することにより、ピン１２を接合開始点Ｐ１に挿入したときに大量に発生したバリβを消失させることができ、全体としてバリβの発生を抑制することができる。
As described above, after the
なお、摩擦撹拌接合工具１０の移動方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向であるため、摩擦撹拌接合工具１０を、接合開始点Ｐ１から位置Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５の順で移動させるようにプログラムを変更することは容易である。
In addition, since the moving direction of the friction
本発明の実施例４に係る、摩擦撹拌接合工具１０の移動方法を、図４を参照して順に説明する。なお摩擦撹拌接合工具１０は、図示しない移動装置により移動される。
実施例４では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向（図４参照）に沿い移動する移動装置により、摩擦撹拌接合工具１０を移動する。
A method of moving the friction
In Example 4, the friction
図４は、液体ナトリウムなどのような液体金属中に存在する被接合材である金属板１０１を示す平面図である。この金属板１０１には亀裂Ｋが発生している。そこで、摩擦撹拌接合により亀裂Ｋを接合して補修をするため、金属板１０１上に接合開始点Ｐ１と接合終了点Ｐ２を設定する。
実施例４では、接合開始点Ｐ１は、接合線Ｌの始端位置ではなく、接合線Ｌの始端位置からずれている。接合線Ｌの終端位置は接合終了点Ｐ２となっており、接合線Ｌが亀裂Ｋの発生位置を通過している。なお、接合開始点P１は、接合線Ｌの始端位置からずれていない位置から開始してもよい。
また、接合線Ｌの方向をＸ軸方向、接合線Ｌと直行する方向をＹ軸方向としている
FIG. 4 is a plan view showing a
In Example 4, the joining start point P1 is not the starting end position of the joining line L, but is shifted from the starting end position of the joining line L. The end position of the joining line L is the joining end point P2, and the joining line L passes through the position where the crack K is generated. The joining start point P1 may be started from a position that is not deviated from the starting end position of the joining line L.
The direction of the joining line L is the X-axis direction, and the direction orthogonal to the joining line L is the Y-axis direction.
実施例４では、ピン１２を金属板１０１に挿入した状態のままで摩擦撹拌接合工具１０を回転させつつ移動させていくときに発生するバリを、なるべく抑制することができるように工夫したものである。
In Example 4, the burrs generated when the friction
具体的には、図４に実線の矢印で示すように、ピン１２を金属板１０１に挿入した状態のままで摩擦撹拌接合工具１０を回転しつつ接合線Ｌに沿い移動させる際に、ピン１２が、接合線Ｌに平行な＋Ｘ軸方向に前進してから、接合線Ｌに直交する＋Ｙ軸方向に左横進行し、再び接合線Ｌに平行な＋Ｘ軸方向に前進してから、接合線Ｌに直交する−Ｙ軸方向に右横進行するという一連の進行動作を繰り返し行う。
しかも、１回あたりの接合線Ｌに平行な方向に前進する距離は、回転ロッド１１の直径の１／２から３／４とし、且つ、１回あたりの接合線Ｌに直交する方向に左進行する距離、及び、１回あたりの接合線Ｌに直交する方向に右進行する距離は、回転ロッド１１の直径の１／２から３／４になるように、摩擦撹拌接合工具１０を移動させる。
Specifically, as shown by solid line arrows in FIG. 4, when the friction
In addition, the distance to advance in the direction parallel to the joining line L per time is set to 1/2 to 3/4 of the diameter of the
このように、摩擦撹拌接合工具１０をジグザグに横移動しつつ（オシレーションさせつつ）前進させることにより、摩擦撹拌接合工具１０を回転しつつ接合線Ｌに沿い移動させる際に発生したバリを、オシレーションする摩擦撹拌接合工具１０が巻き込んでいき、バリの発生を抑制することができる。
In this way, by moving the friction
１、１０１ 被接合材（金属板）
１０ 摩擦撹拌接合工具
１１ 回転ロッド
１２ ピン
Ｐ１ 接合開始点
Ｐ２ 接合終了点
Ｐ３ 後退点
Ｐ４ 前進点
Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５ 位置
Ｌ 接合線
Ｒ 環状の領域
ｒ 環状経路
α 接合領域
β バリ
ｅｈ エンドホール
1, 101 Joined material (metal plate)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ピンを前記接合開始点に挿入したら、前記接合開始点から前記接合終了点に向かうのとは反対方向にある後退点にまで、前記摩擦撹拌接合工具を移動させ、その後、前記後退点から前記接合開始点に戻ってから前記接合線に沿い前記接合終了点に向かって前記摩擦撹拌接合工具を移動させ、
しかも、前記接合開始点から前記後退点までの距離は、前記回転ロッドの直径の１／２から１／１になっていることを特徴とする摩擦撹拌接合工具の移動方法。 The friction stir welding is performed in a state where the pin is inserted into the material to be welded after the pin is inserted into the joining start point of the material to be joined while rotating the friction stir welding tool provided with the pin on the tip surface of the rotating rod. In the moving method of the friction stir welding tool for moving the tool along the joining line while rotating, and pulling out the pin from the workpiece when the pin reaches the joining end point,
When the pin is inserted into the joining start point, the friction stir welding tool is moved from the joining start point to a retreat point in a direction opposite to the joining end point, and then from the retreat point to the retreat point. Move the friction stir welding tool along the joining line to the joining end point after returning to the joining start point,
And the distance from the said joining start point to the said retraction point is 1/2 to 1/1 of the diameter of the said rotating rod, The moving method of the friction stir welding tool characterized by the above-mentioned.
前記ピンを前記接合開始点に挿入することにより前記回転ロッドの周囲に沿う環状の領域に形成されたバリを除去・抑制するために、前記ピンを前記接合開始点に挿入した後に、前記環状の領域に沿い前記ピンが移動するように前記摩擦撹拌接合工具を移動させ、その後、前記接合線に沿い前記接合終了点に向かって前記摩擦撹拌接合工具を移動させることを特徴とする摩擦撹拌接合工具の移動方法。 The friction stir welding is performed in a state where the pin is inserted into the material to be welded after the pin is inserted into the joining start point of the material to be joined while rotating the friction stir welding tool provided with the pin on the tip surface of the rotating rod. In the moving method of the friction stir welding tool for moving the tool along the joining line while rotating, and pulling out the pin from the workpiece when the pin reaches the joining end point,
In order to remove and suppress burrs formed in an annular region along the periphery of the rotating rod by inserting the pin into the joining start point, the annular member is inserted into the joining start point, A friction stir welding tool that moves the friction stir welding tool so that the pin moves along a region, and then moves the friction stir welding tool along the joining line toward the joining end point. How to move.
前記ピンを前記接合開始点に挿入することにより前記回転ロッドの周囲に沿う環状の領域に形成されたバリを除去・抑制するために、前記ピンを前記接合開始点に挿入した後に、前記環状の領域の複数箇所を直線的に通過して前記ピンが移動するように、前記接合線に平行な方向の移動と前記接合線に直交する方向の移動を組み合わせて前記摩擦撹拌接合工具を移動させ、その後、前記接合線に沿い前記接合終了点に向かって前記摩擦撹拌接合工具を移動させることを特徴とする摩擦撹拌接合工具の移動方法。 The friction stir welding is performed in a state where the pin is inserted into the material to be welded after the pin is inserted into the joining start point of the material to be joined while rotating the friction stir welding tool provided with the pin on the tip surface of the rotating rod. In the moving method of the friction stir welding tool for moving the tool along the joining line while rotating, and pulling out the pin from the workpiece when the pin reaches the joining end point,
In order to remove and suppress burrs formed in an annular region along the periphery of the rotating rod by inserting the pin into the joining start point, the annular member is inserted into the joining start point, The friction stir welding tool is moved by combining movement in a direction parallel to the welding line and movement in a direction perpendicular to the welding line so that the pin moves linearly through a plurality of locations in the region, Thereafter, the friction stir welding tool is moved along the welding line toward the welding end point.
前記摩擦撹拌接合工具を前記接合線に沿い移動させる際に、前記ピンが、前記接合線に平行な方向に前進してから、前記接合線に直交する方向に左横進行し、再び前記接合線に平行な方向に前進してから、前記接合線に直交する方向に右横進行するという一連の進行動作を繰り返し行い、
しかも、１回あたりの前記接合線に平行な方向に前進する距離は、前記回転ロッドの直径の１／２から３／４になり、
且つ、１回あたりの前記接合線に直交する方向に左進行する距離、及び、１回あたりの前記接合線に直交する方向に右進行する距離は、前記回転ロッドの直径の１／２から３／４になるように、前記摩擦撹拌接合工具を移動させることを特徴とする摩擦撹拌接合工具の移動方法。 The friction stir welding is performed in a state where the pin is inserted into the material to be welded after the pin is inserted into the joining start point of the material to be joined while rotating the friction stir welding tool provided with the pin on the tip surface of the rotating rod. In the moving method of the friction stir welding tool for moving the tool along the joining line while rotating, and pulling out the pin from the workpiece when the pin reaches the joining end point,
When the friction stir welding tool is moved along the joining line, the pin advances in a direction parallel to the joining line, and then moves leftward in a direction perpendicular to the joining line, and again the joining line. A series of advancing operations of advancing in the direction parallel to the right and then proceeding to the right in the direction perpendicular to the joint line,
Moreover, the distance traveled in the direction parallel to the joining line per time is 1/2 to 3/4 of the diameter of the rotating rod,
The distance traveled to the left in the direction perpendicular to the joint line and the distance traveled to the right in the direction orthogonal to the joint line per time is 1/2 to 3 of the diameter of the rotating rod. The method of moving the friction stir welding tool, wherein the friction stir welding tool is moved so as to be / 4.
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|---|---|---|---|---|
| JP2019120310A (en) * | 2017-12-28 | 2019-07-22 | 本田技研工業株式会社 | Member joint structure for power transmission device |
| JP2020099913A (en) * | 2018-12-20 | 2020-07-02 | 株式会社東芝 | Crack repair method and crack repair apparatus |
| DE102017102664B4 (en) | 2017-02-10 | 2023-05-04 | Gunnar Retzlaff | Process for underwater repair of a steel structure |
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