JP2013059811A - 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.
例えば、図20の(a)に示すように、一対の金属部材101,101の端面同士を突き合わせて形成された突合部Jに対して摩擦攪拌を行う場合、突合部Jの裏側に裏当材102を配置し、回転ツールGを用いて突合部Jに沿って摩擦攪拌を行う。
For example, as shown in FIG. 20A, when friction stir is performed on the abutting portion J formed by abutting the end surfaces of the pair of
しかしながら、従来の接合方法によると、図20の(b)に示すように、接合部において金属部材101,101が収縮するため、接合された金属部材101同士が水平にならずに歪んでしまい、製品の質が低下するという問題があった。また、例えば、金属部材101,101間に形成された溝部103に図示しない継手部材を挿入する場合には、溝部103の底部が水平にならないため、継手部材を精度よく配置することができないという問題があった。また、金属部材101,101の収縮に起因して、塑性化領域Wの裏側に切欠き(Kissing Bond)Eが形成される慮りがあった。これにより、接合部における引張強度が低下するとともに、水密性及び気密性の低下をも招来していた。
However, according to the conventional joining method, as shown in FIG. 20 (b), the
また同様に、図20の(c)に示すように、金属部材105の側面と、金属部材105の端面を突き合わせて垂直に接合する場合、突合部Jに対して金属部材105,105の外側から摩擦攪拌を行うと、金属部材105,105の収縮により、一方の金属部材105が反ってしまうという問題があった。また、金属部材105,105の接合部の内側(入隅部)には、切欠きEが形成されるという問題があった。
Similarly, as shown in FIG. 20C, when the side surface of the
ここで、例えば、金属部材101,101の裏側又は金属部材105,105の内側から摩擦攪拌を行えば、かかる問題は解消される。しかし、例えば、筒状構造体の内側から摩擦攪拌をする場合や、図20の(c)のように入隅部を摩擦攪拌する場合など、接合する金属部材同士の突き合わせの形態によっては、摩擦攪拌装置の取り合い等により回転ツールを適切に可動させることが困難となるという問題があった。
Here, for example, if friction stirring is performed from the back side 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を容易に接合するとともに、接合部の強度や、気密性及び水密性を高め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 aims to provide a joining method capable of easily joining the abutting portions between a pair of metal members and improving the strength, air tightness, and water tightness of the joined portions. And
このような課題を解決する本発明に係る接合方法は、一方の金属部材の側面と他方の金属部材の端面とを突き合わせてなる突合部の接合方法であって、前記突合部に対して前記金属部材同士の外面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を行って前記外面側に塑性化領域を形成した後、前記突合部に対して前記金属部材同士の入隅部からTIG溶接又はMIG溶接による肉盛溶接を行って、前記突合部に沿って溶接金属を形成する溶接工程を含むことを特徴とする。 A joining method according to the present invention that solves such a problem is a joining method of a butting portion formed by abutting a side surface of one metal member and an end surface of the other metal member, and the metal is bonded to the butting portion. After performing a friction stir process in which friction stir is performed from the outer surface side of the members to form a plasticized region on the outer surface side, meat by TIG welding or MIG welding from the corner of the metal members to the abutting portion It includes a welding step of performing weld welding to form a weld metal along the butt portion.
かかる接合方法によれば、一対の金属部材同士の一方の面から摩擦攪拌を行なった後、他方の面からは溶接を行うため、接合部の引張強度を高めるとともに、仮に切欠きが形成されたとしても溶接金属で密閉することができるため、水密性及び気密性を高めることができる。また、溶接によれば、比較的容易に接合作業を行うことができる。また、一方の金属部材が接合の際に沿ってしまったとしても、溶接によって当該反りを是正することができる。 According to this joining method, after performing frictional stirring from one surface of the pair of metal members, welding is performed from the other surface, so that the tensile strength of the joint is increased and a notch is temporarily formed. However, since it can be sealed with a weld metal, water tightness and air tightness can be improved. Moreover, according to welding, joining work can be performed comparatively easily. Moreover, even if one of the metal members is along the joint, the warpage can be corrected by welding.
また、本発明に係る接合方法は、複数の金属部材を接合して構成され複数の壁部材によって囲まれた構造体において、一方の金属部材の側面と他方の金属部材の端面とを突き合わせてなる突合部の接合方法であって、前記突合部に対して前記金属部材同士の外面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を行って前記外面側に塑性化領域を形成した後、前記突合部に対して前記金属部材同士の入隅部からTIG溶接又はMIG溶接による肉盛溶接を行って、前記突合部に沿って溶接金属を形成する溶接工程を含むことを特徴とする。 Moreover, the joining method according to the present invention is a structure in which a plurality of metal members are joined and surrounded by a plurality of wall members, and a side surface of one metal member and an end surface of the other metal member are abutted against each other. A joining method of the abutting portion, wherein after the friction stir process is performed on the abutting portion from the outer surface side of the metal members to form a plasticized region on the outer surface side, A welding step of performing weld welding by TIG welding or MIG welding from the corners of the metal members to form a weld metal along the abutting portion.
かかる接合方法によれば、金属部材同士の外面側から摩擦攪拌を行なった後、金属部材同士の入隅部からは溶接を行うため、接合部の引張強度を高めるとともに、仮に切欠きが形成されたとしても溶接金属で密閉することができるため、水密性及び気密性を高めることができる。また、溶接によれば、構造体の内側から比較的容易に接合作業を行うことができる。また、一方の金属部材が接合の際に沿ってしまったとしても、溶接によって当該反りを是正することができる。 According to such a joining method, after performing frictional stirring from the outer surface side of the metal members, welding is performed from the corners between the metal members, so that the tensile strength of the joint portion is increased and a notch is temporarily formed. Even if it is possible to seal with the weld metal, water tightness and air tightness can be improved. Moreover, according to welding, joining work can be performed comparatively easily from the inside of the structure. Moreover, even if one of the metal members is along the joint, the warpage can be corrected by welding.
また、本発明に係る接合方法は、円筒状を呈する筒状部材と筒状部材の端部を覆う蓋部材とを突き合わせて形成された構造体において、前記蓋部材の金属部材の一方の面と前記筒状部材の金属部材の端部とを突き合わせてなる突合部の接合方法であって、前記突合部に対して前記金属部材同士の外面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を行って前記外面側に塑性化領域を形成した後、前記突合部に対して前記金属部材同士の入隅部からTIG溶接又はMIG溶接による肉盛溶接を行って、前記突合部に沿って溶接金属を形成する溶接工程を含むことを特徴とする。 Further, the bonding method according to the present invention is a structure formed by abutting a cylindrical member that exhibits a cylindrical shape and a lid member that covers an end of the cylindrical member, and one surface of the metal member of the lid member; A method of joining a butt portion formed by abutting an end portion of a metal member of the cylindrical member, wherein the outer surface is subjected to a friction agitation step of performing agitation on the butt portion from the outer surface side of the metal members. After forming a plasticized region on the side, welding for forming weld metal along the abutting portion by performing overlay welding by TIG welding or MIG welding from the corners of the metal members to the abutting portion Including a process.
かかる接合方法によれば、突合部の外面側に対して摩擦攪拌を行った後、入隅部からは溶接を行うため、接合部の引張強度を高めるとともに、気密性及び水密性を高めることができる。また、円筒状の構造物であっても容易に接合作業を行うことができる。 According to such a joining method, after the friction stir is performed on the outer surface side of the abutting portion, welding is performed from the corner, so that the tensile strength of the joined portion is increased, and the air tightness and water tightness are enhanced. it can. Moreover, even if it is a cylindrical structure, joining work can be performed easily.
また、前記摩擦攪拌工程において形成された塑性化領域と、前記溶接工程において形成された溶接金属とが接触することが好ましい。かかる接合方法によれば、接合部の水密性及び気密性をより高めることができる。 Moreover, it is preferable that the plasticization area | region formed in the said friction stirring process and the weld metal formed in the said welding process contact. According to this joining method, the water tightness and air tightness of the joint can be further improved.
また、前記溶接工程前に、前記入隅部に現れる突合部に沿って凹部を形成する凹部形成工程と、当該凹部に溶接金属を充填する溶接金属充填工程とを含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、溶接の作業性を高めることができる。 Moreover, it is preferable to include the recessed part formation process which forms a recessed part along the abutting part which appears in the said entrance corner part, and the welding metal filling process which fills the said recessed part with a weld metal before the said welding process. According to this joining method, the workability of welding can be improved.
また、本発明は、前記摩擦攪拌工程において、大型の回転ツールによって本接合を行う本接合工程を行う前に、小型の回転ツールによって仮接合を行う仮接合工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、本接合を行う際の突合部の目開きを防止することができる。 Moreover, it is preferable that the present invention includes a temporary joining step of performing temporary joining with a small rotating tool before performing the main joining step of performing main joining with a large rotating tool in the friction stirring step. According to this joining method, it is possible to prevent the opening of the abutting portion when performing the main joining.
また、本発明は、前記摩擦攪拌工程において、前記突合部の両側に一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、前記タブ材と前記金属部材との突合部に沿って摩擦攪拌を行うタブ材仮接合工程とを含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、タブ材を用いることで、回転ツールの挿入位置、離脱位置の設定が容易になる。 Further, the present invention provides a tab for arranging a tab material on both sides of the abutting portion in the friction agitating step, and a tab for agitating the friction along the abutting portion between the tab material and the metal member. It is preferable to include a temporary material joining step. According to such a joining method, the setting of the insertion position and the separation position of the rotary tool is facilitated by using the tab material.
また、本発明は、前記摩擦攪拌工程において、摩擦攪拌を行う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 the present invention includes a pilot hole forming step in which a pilot hole is formed in advance at a position where a rotary tool that performs friction stirring is to be inserted in the friction stirring step. 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は、一対の金属部材同士の突合部を容易に接合するとともに、接合部の強度や、気密性及び水密性を高めることができる。 The joining method according to the present invention can easily join the abutting portions of a pair of metal members, and can increase the strength, air tightness, and water tightness of the joined portions.
[第一実施形態]
本発明に係る接合方法について図面を説明して詳細に説明する。本実施形態に係る接合方法については、図1に示すように、4つの壁部材H1,H2,H3,H4によって囲まれて形成された筒状を呈する構造物1を例にして説明する。
[First embodiment]
The joining method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the joining method according to the present embodiment will be described taking as an example a
本実施形態に係る構造物1は、図1及び図2に示すように、内部に断面視略矩形の中空部を備え、外観視直方体を呈する筒状体である。構造物1は、構造物1の四隅を構成する角部材R1,R2,R3,R4と、角部材R1,R2,R3,R4の間にそれぞれ介設される平板11,12,13,14とからなり、各部材の側面同士が接合されている。角部材R1〜R4及び平板11〜14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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
壁部材H1は、離間して配置された角部材R1,R4と、角部材R1,R4の間に配置された平板11とで構成されている。また、壁部材H2は、離間して配置された角部材R1,R2と、角部材R1,R2の間に配置された平板12とで構成されている。また、壁部材H3は、離間して配置された角部材R2,R3と、角部材R2,R3の間に配置された平板13とで構成されている。また、壁部材H4は、離間して配置された角部材R3,R4と、角部材R3,R4の間に配置された平板14とで構成されている。
The wall member H1 includes corner members R1 and R4 that are spaced apart from each other and a
角部材R4の一方の側面と平板11の他方の側面との突合部J1及び角部材R1の他方の側面と平板11の一方の側面との突合部J2は、壁部材H1の外側及び内側から摩擦攪拌されており、摩擦攪拌により形成された各塑性化領域の先端側が重複して形成されている。
また同様に、角部材R1の一方の側面と平板12の他方の側面との突合部J3及び角部材R2の他方の側面と平板12の一方の側面との突合部J4、角部材R2の一方の側面と平板13の他方の側面との突合部J5及び角部材R3の他方の側面と平板13の一方の側面との突合部J6は、各壁部材の外側及び内側から摩擦攪拌されており、摩擦攪拌により形成された各塑性化領域の先端側が重複して形成されている。
The abutting portion J1 between one side surface of the corner member R4 and the other side surface of the
Similarly, the abutting portion J3 between one side surface of the corner member R1 and the other side surface of the
一方、角部材R3の一方の側面と平板14の他方の側面との突合部J7及び角部材R4の他方の側面と平板14の一方の側面との突合部J8は、壁部材H4の外側から摩擦攪拌された後、内側から溶接が行なわれていることを特徴とする。
以下、本実施形態の接合方法について説明する。なお、壁部材H1,H2,H3からなる断面視U字状の中間部材については、従来の摩擦攪拌接合と略同等であるから、簡単に説明する。
On the other hand, the abutting portion J7 between one side surface of the corner member R3 and the other side surface of the
Hereinafter, the joining method of this embodiment will be described. Note that the intermediate member having a U-shaped cross-sectional view made up of the wall members H1, H2, and H3 is substantially the same as the conventional friction stir welding, and will be described briefly.
本実施形態に係る接合方法は、(1)中間部材接合工程、(2)突合工程、(3)溝部形成工程、(4)溝部仮接合工程、(5)溝部本接合工程、(6)溶接工程、(7)継手部材挿入工程、(8)外側仮接合工程、(9)外側本接合工程を主に含むものである。 The joining method according to this embodiment includes (1) an intermediate member joining step, (2) a butting step, (3) a groove portion forming step, (4) a groove portion temporary joining step, (5) a groove portion main joining step, and (6) welding. The process mainly includes a process, (7) a joint member insertion process, (8) an outer temporary joining process, and (9) an outer main joining process.
(1)中間部材接合工程
中間部材接合工程は、構造物1の中間部材である中間部材20を形成する工程である。中間部材20は、本実施形態では図3の(b)に示すように、構造物1から平板14のみ取り除いた部材をいい、断面視略U字状を呈する。中間部材20は、対向する一対の壁部材H1と、壁部材H3と、壁部材H1と壁部材H3の間に介設される平板12とを有する。中間部材接合工程は、壁部材H1、壁部材H3を形成した後、平板12と壁部材H1及び壁部材H3とを接合する工程をいう。
(1) Intermediate member joining step The intermediate member joining step is a step of forming the
壁部材H1は、角部材R4、角部材R1及び角部材R4と角部材R1の間に介設された平板11で構成される。角部材R4の一方の側面と平板11の他方の側面との突合部J1は、突合部J1の長手方向の全長に亘って、外側(壁部材H1の外側)及び内側(壁部材H1の内側)から摩擦攪拌によって接合されている。また、突合部J1に形成された塑性化領域W1,W1の先端側は、重複している。これにより、突合部J1の隙間を全て摩擦攪拌することができるため、気密性及び水密性を高めることができる。同様に、角部材R1の他方の側面と平板11の一方の側面との突合部J2は、突合部J2の長手方向の全長に亘って、外側及び内側から摩擦攪拌が行われており、塑性化領域W2,W2の先端側が重複している。
The wall member H1 includes a corner member R4, a corner member R1, and a
壁部材H3は、角部材R2、角部材R3及び角部材R2と角部材R3の間に介設された平板13で構成される。角部材R2の一方の側面と平板13の他方の側面との突合部J5は、突合部J5の長手方向の全長に亘って、外側(壁部材H3の外側)及び内側(壁部材H3の内側)から摩擦攪拌によって接合されている。また、突合部J5に形成された塑性化領域W5,W5の先端側は、重複している。これにより、突合部J5の隙間を全て摩擦攪拌することができるため、気密性及び水密性を高めることができる。同様に、角部材R3の他方の側面と平板13の一方の側面との突合部J6は、突合部J6の長手方向の全長に亘って、外側及び内側から摩擦攪拌が行われており、塑性化領域W6,W6の先端側が重複している。
The wall member H3 includes a corner member R2, a corner member R3, and a
平板12は、図3の(b)に示すように、壁部材H1の角部材R1と、壁部材H3の角部材R2との間に介設される。平板12の他方の側面と角部材R1の一方の側面との突合部J3は、突合部J3の長手方向の全長に亘って、平板12(壁部材H2)の外側及び内側から摩擦攪拌によって接合されている。突合部J3に形成された塑性化領域W3,W3の先端側は、重複している。これにより、突合部J3の隙間を全て摩擦攪拌することができるため、気密性及び水密性を高めることができる。同様に、角部材R2の他方の側面と平板12の一方の側面との突合部J4は、突合部J4の長手方向の全長に亘って、壁部材H2の外側及び内側から摩擦攪拌が行われており、塑性化領域W4,W4の先端側が重複している。
As shown in FIG. 3B, the
中間部材20の一部には、平板14が挿入される開口部21が形成されている。
なお、中間部材20は、本実施形態においては、前記したように形成したが、これに限定されるものではない。本実施形態においては、中間部材20の外側及び内側の両側から摩擦攪拌を行ったが、どちらか一方の側から溶接を行って各突合部を摩擦攪拌してもよい。
An
The
(2)突合工程
突合工程では、図4に示すように、中間部材20の開口部21(図3の(b)参照)に平板14を挿入する。平板14の幅は、開口部21の幅と略同等に形成されている。即ち、開口部21に平板14を挿入すると、開口部21に現れる一対の側面R3b,R4aと平板14の両側面14a,14bとが突き合わされる。図4に示すように、平板14の他方の側面14aと角部材R3の一方の側面R3bとの突き合わせ面には突合部J7が形成されている。一方、平板14の一方の側面14bと角部材R4の他方の側面R4aとの突き合わせ面には突合部J8が形成されている。
なお、平板14と角部材R4とが突き合わされて形成された金属部材を以下、被接合金属部材Nともいう。また、被接合金属部材Nの外側の面を外側面A、内側の面を内側面B、一方の端面を第一端面C、他方の端面を第二端面Dともいう。
(2) Butting process In the butting process, as shown in FIG. 4, the
The metal member formed by abutting the
突合工程の際、図4及び図5の(a)に示すように、中間部材20の内側に裏当台25を配置するのが好ましい。裏当台25は、中間部材20の内側から平板14を支持する部材である。裏当台25は、離間して配置された第一裏当材25a,第二裏当材25bと、第一裏当材25a及び第二裏当材25bの間に立設された縦部材25c,25cとからなる。第一裏当材25aの外側の面から第二裏当材25bの外側の面までの距離は、平板12の内側の面から平板14の内側の面(図2参照)までの距離と略同等に形成されている。裏当台25は、本実施形態においては、突合部J7,J8ごとに一つずつ設ける。
In the abutting process, it is preferable to arrange a
なお、以下に記載する(3)溝部形成工程、(4)溝部仮接合工程、(5)溝部本接合工程、(6)溶接工程、(7)継手部材挿入工程、(8)外側仮接合工程、(9)外側本接合工程は、突合部J7及び突合部J8に対して行なう工程であるが、作業内容は両突合部ともに略同等であるため、突合部J8を例にして説明する。 In addition, (3) groove part formation process described below, (4) groove part temporary joining process, (5) groove part main joining process, (6) welding process, (7) joint member insertion process, (8) outer temporary joining process (9) The outer main joining step is a step performed on the abutting portion J7 and the abutting portion J8. Since the work contents are substantially the same for both abutting portions, the abutting portion J8 will be described as an example.
(3)溝部形成工程
溝部形成工程では、突合部J8に対して被接合金属部材Nの外側面Aに溝部Kを形成する。溝部形成工程は、図5の(b)に示すように、公知のエンドミル等を用いて突合部J8に沿って所定の幅、深さで切り欠いて溝部K形成する。溝部Kは、本実施形態においては、断面視矩形で形成するが他の形状であってもよい。
(3) Groove part formation process In a groove part formation process, the groove part K is formed in the outer surface A of the to-be-joined metal member N with respect to the abutting part J8. In the groove portion forming step, as shown in FIG. 5B, a groove portion K is formed by notching a predetermined width and depth along the abutting portion J8 using a known end mill or the like. In this embodiment, the groove portion K is formed in a rectangular shape in cross section, but may have other shapes.
(4)溝部仮接合工程
溝部仮接合工程では、図6に示すように、溝部Kの底面に現れる突合部J8に対して小型の回転ツールを用いて仮接合を行なう。溝部仮接合工程は、一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、突合部J8に対して仮接合を行なう溝部仮接合工程と、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を含むものである。
ここで、図7を参照して、各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。
(4) Groove Portion Temporary Bonding Step In the groove portion temporary bonding step, temporary bonding is performed using a small rotary tool to the abutting portion J8 that appears on the bottom surface of the groove portion K, as shown in FIG. The groove portion temporary joining step includes a tab material arranging step for placing a pair of tab members, a groove portion temporarily joining step for temporarily joining the abutting portion J8, and a lower hole for forming a pilot hole at a position where the large rotary tool G is to be inserted. It includes a hole forming step.
Here, referring to FIG. 7, a small rotating tool F (hereinafter referred to as “small rotating tool F”) used for each friction stirring and a rotating tool G (hereinafter referred to as “small rotating tool F”) that is relatively larger than the small rotating tool F. The large rotary tool G ”) will be described in detail.
図7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N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、被接合金属部材N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7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。 The small rotary tool F shown in FIG. 7A is made of a metal material harder than the metal member N to be joined, such as tool steel, and protrudes into a shoulder portion F1 having a cylindrical shape and a lower end surface F11 of the shoulder portion F1. A stirring pin (probe) F2 is provided. The size and shape of the small rotary tool F may be set according to the material and thickness of the metal member N to be joined, but at least smaller than the large rotary tool G (see FIG. 7B). . In this way, it is possible to perform friction stir welding with a smaller load than when the large rotary tool G is used, so it is possible to reduce the load applied to the friction stirrer, and further to the small rotary tool F. Since the moving speed (feeding speed) can be made higher than the moving speed of the large rotary tool G, the working time and cost required for the friction stir welding can be reduced.
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は、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. 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7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N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。
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。
A large rotary tool G shown in FIG. 7B is made of a metal material harder than the metal member N to be joined, such as tool steel, and projects into a shoulder portion G1 having a cylindrical shape and a lower end surface G11 of the shoulder portion G1. It comprises a stirring pin (probe) G2 provided.
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.
タブ材配置工程では、J8の両端面に一対のタブ材を配置する。第一タブ材31及び第二タブ材32は、図6及び図8に示すように、突合部J8を挟むように配置されるものであり、それぞれ第一端面C及び第二端面Dに現れる突合部J8を覆うことができる寸法・形状を備えている。第一タブ材31及び第二タブ材32は、本実施形態においては、裏当台25の第一裏当材25aに配置されている。第一タブ材31及び第二タブ材32の表面は、溝部Kの底面と略同等に形成されている。第一タブ材31及び第二タブ材32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。なお、第一タブ材31及び第二タブ材32と被接合金属部材Nとの突き合わせ面に、公知の離型剤を塗布しておくことが好ましい。これにより、後にタブ材を切除するときに容易に切除することができる。
In the tab material arranging step, a pair of tab materials are arranged on both end faces of J8. As shown in FIGS. 6 and 8, the
溝部仮接合工程では、溝部Kの底面に現れる突合部J8に沿って小型回転ツールFを用いて摩擦攪拌を行う。即ち、図8に示すように、第一タブ材31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(図7参照)を開始位置SP1に押し付ける。攪拌ピンF2の全体が第一タブ材31に入り込み、かつ、ショルダ部F1の下端面F11の全面が第二タブ材32の表面に接触したら、小型回転ツールFを回転させつつ溝部仮接合工程の始点s1に向けて相対移動させる。小型回転ツールFが始点s1に達したら、始点s1で小型回転ツールFを離脱させずに溝部仮接合工程の終点e1まで移動させる。小型回転ツールFが終点e1まで達したら小型回転ツールFを離脱させずに終了位置EP1まで移動させ、終了位置EP1で小型回転ツールFを離脱させる。
In the groove part temporary joining step, friction agitation is performed using the small rotary tool F along the abutting part J8 appearing on the bottom surface of the groove part K. That is, as shown in FIG. 8, is positioned a small rotary tool F immediately above the start position S P1 provided in place of the
なお、小型回転ツールFの攪拌ピンF2が突合部J8に入り込むと、被接合金属部材Nと第一タブ材31及び第二タブ材32を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材Nと第一タブ材31及び第二タブ材32により形成された入隅部を溶接により仮接合しているので、被接合金属部材Nと第一タブ材31及び第二タブ材32との間の目開きを防止することができる。溝部仮接合工程の終了位置EP1は、後記する溝部本接合工程の開始位置SM1となる。
Note that, when the stirring pin F2 of the small rotary tool F enters the abutting portion J8, a force acts to separate the bonded metal member N from the
下穴形成工程では、図7の(b)に示すように、後記する溝部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。即ち、本実施形態に係る下穴形成工程においては、第二タブ材32の表面に設定されたSM1に下穴P1を形成する。
In the pilot hole forming step, as shown in FIG. 7B, the pilot hole P <b> 1 is formed at the friction stirring start position in the groove main joining step described later. That is, in the prepared hole forming step according to the present embodiment, the S M1 that is set on 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、小型回転ツールFの攪拌ピンF2を離脱させたときに形成される抜き穴n1を図示せぬドリルなどで拡径することで形成される。抜き穴n1を利用すれば、下穴P1の形成工程を簡略化することが可能となるので、作業時間を短縮することが可能となる。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32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31に形成してもよく、好適には、本実施形態の如く溝部Kの底面に現れる継ぎ目(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 rotating tool G. In this embodiment, when the stirring pin F2 of the small rotating tool F is detached. The formed hole n1 is formed by expanding the diameter with a drill (not shown) or the like. If the punched hole n1 is used, the process for forming the pilot hole P1 can be simplified, and the working time can be shortened. 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
(5)溝部本接合工程
溝部本接合工程は、溝部Kの底面に現れる突合部J8を本格的に接合する工程である。本実施形態に係る溝部本接合工程では、大型回転ツールGを使用し、仮接合された状態の突合部J8に対して被接合金属部材Nの外側面A側から摩擦攪拌を行う。
(5) Groove part main joining process The groove part main joining process is a process of joining the abutting part J8 appearing on the bottom surface of the groove part K in earnest. In the groove main joining step according to the present embodiment, a large rotating tool G is used, and friction stir is performed from the outer surface A side of the metal member N to be joined to the abutting portion J8 in a temporarily joined state.
溝部本接合工程では、図9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。即ち、溝部本接合工程では、下穴P1から摩擦攪拌を開始し、終了位置EM1まで連続して摩擦攪拌を行う。
なお、本実施形態では、第二タブ材32に摩擦攪拌の開始位置SM1を設け、第一タブ材31に終了位置EM1を設けているが、開始位置SM1と終了位置EM1の位置を限定する趣旨ではない。
The groove main bonding step, as shown in FIG. 9, the stirring pin G2 of the large rotating tool G insert (pressed) into the starting position S M1, to the end position E M1 without disengaging the stirring pin G2 that inserted in the middle Move. That is, in the groove main joining process, friction stirring is started from the pilot hole P1, and friction stirring is continuously performed up to the end position E M1 .
In the present embodiment, the
図9を参照して溝部本接合工程をより詳細に説明する。
まず、開始位置SM1(下穴P1)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の全体が第二タブ材32に入り込み、かつ、ショルダ部G1の下端面G11の全面が第二タブ材32の表面に接触したら、摩擦攪拌を行いながら突合部J8の一端に向けて大型回転ツールGを相対移動させ、突合部J8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塑性化領域(以下、「溝部塑性化領域W8」という。)が形成される。
The groove main joining process will be described in more detail with reference to FIG.
First, the large rotary tool G is positioned immediately above the start position S M1 (the pilot hole P1), and then the large rotary tool G is lowered while rotating clockwise to insert the tip of the stirring pin G2 into the pilot hole P1. When the entire stirring pin G2 enters 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の周囲に溝部Kの底面(外側面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、角部材R4及び平板14の間に冷却水が入り込むと、接合面に酸化皮膜を発生させる虞があるが、本実施形態においては、溝部仮接合工程を実行して被接合金属部材N間の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 bottom surface (outside surface A side) of the groove K. . In addition, when cooling water enters between the corner member R4 and the
被接合金属部材Nの突合部J8では、被接合金属部材Nの継ぎ目上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J8の一端から他端まで連続して摩擦攪拌を行う。突合部J8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そのまま終了位置EM1に向けて相対移動させる。大型回転ツールGが終了位置EM1に達したら、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EM1から離脱させる。 In the abutting portion J8 of the metal member N to be bonded, a friction agitation route is set on the movement trajectory on the joint of the metal member N to be bonded, and the large rotary tool G is relatively moved along the route. Friction stirring is continuously performed from one end of J8 to the other end. When the large rotary tool G is relatively moved to the other end of the abutting portion J8, it is relatively moved toward the end position E M1 as it is while performing frictional stirring. When the large rotary tool G reaches the end position E M1 , the large rotary tool G is raised while rotating, and the stirring pin G2 is detached from the end position E M1 .
図10に示すように、溝部塑性化領域W8は、突合部J8の深さ方向の全長に亘って摩擦攪拌を行うことが好ましい。なお、溝部本接合工程が終了したら、溝部Kの底面に発生したバリ等を切削して底面を平滑に形成する。 As shown in FIG. 10, it is preferable that the groove plasticizing region W8 performs friction stirring over the entire length in the depth direction of the abutting portion J8. When the groove part main joining step is completed, the burrs and the like generated on the bottom surface of the groove part K are cut to form the bottom surface smoothly.
(6)溶接工程
溶接工程は、被接合金属部材Nの内側面B側から突合部J8に沿って溶接を行なう工程である。溶接工程では、図11に示すように、裏当台25を一旦取り外し、溝部塑性化領域W8の内側からTIG溶接又はMIG溶接などの肉盛溶接を行って、突合部J8に沿って溶接金属T1を形成する。肉盛溶接は、被接合金属部材Nの内側面Bから溶接金属T1が突出する程度に行う。溶接工程を行うことで、仮に溝部塑性化領域W8の内側に切欠き(Kissing Bond)が形成されている場合であっても、当該切欠きを密閉することができるため、接合強度、水密性及び気密性を高めることができる。また、溝部本接合工程によって接合部に収縮が起こり、角部材R4及び平板14が同一平面上に形成されない場合であっても、被接合金属部材Nの内側面B側からから溶接を行なうことで、当該収縮による変形を是正することができる。
(6) Welding process A welding process is a process of welding along the butt | matching part J8 from the inner surface B side of the to-be-joined metal member N. FIG. In the welding process, as shown in FIG. 11, the backing table 25 is temporarily removed, and overlay welding such as TIG welding or MIG welding is performed from the inside of the groove plasticizing region W8, and the weld metal T1 is formed along the abutting portion J8. Form. Overlay welding is performed to such an extent that the weld metal T1 protrudes from the inner surface B of the metal member N to be joined. Even if a notch (Kissing Bond) is formed inside the groove plasticizing region W8 by performing the welding process, the notch can be sealed, so that the bonding strength, water tightness and Airtightness can be increased. Further, even if the joint portion contracts by the groove main joining step and the corner member R4 and the
なお、溶接金属T1のうち、内側面Bから突出する部分T1’を切削することが好ましい。これにより、内側面Bを平滑に形成することができる。 In addition, it is preferable to cut part T1 'which protrudes from the inner surface B among the weld metal T1. Thereby, the inner surface B can be formed smoothly.
(7)継手部材挿入工程
継手部材挿入工程は、図12に示すように、溝部Kに継手部材Uを挿入する工程である。継手部材Uの幅、深さ及び長さは、溝部Kの幅、深さ及び長さとそれぞれ略同等の寸法で形成されるとともに、被接合金属部材Nと同等の組成からなる金属で形成されている。即ち、溝部Kに継手部材Uを挿入すると、継手部材Uの表面と被接合金属部材Nの外側面Aとが面一になるとともに、継手部材Uの両端面は、被接合金属部材Nの第一端面C及び第二端面Dと面一に形成される。継手部材挿入工程においては、前記した溶接工程によって被接合金属部材Nの歪みが是正されているため、溝部Kの底面が略水平に形成されている。これにより、継手部材Uを好適に挿入することができる。
(7) Joint member insertion step The joint member insertion step is a step of inserting the joint member U into the groove K as shown in FIG. The width, depth, and length of the joint member U are formed with a metal having a composition equivalent to that of the metal member N to be joined, and are formed with dimensions substantially equivalent to the width, depth, and length of the groove K, respectively. Yes. That is, when the joint member U is inserted into the groove K, the surface of the joint member U and the outer surface A of the metal member N to be joined are flush with each other, and both end surfaces of the joint member U It is formed flush with the one end face C and the second end face D. In the joint member inserting step, since the distortion of the metal member N to be joined is corrected by the above-described welding step, the bottom surface of the groove portion K is formed substantially horizontally. Thereby, the joint member U can be inserted suitably.
(8)外側仮接合工程
外側仮接合工程では、図13及び図14に示すように、平板14と継手部材Uとの突合部J8a及び角部材R4と継手部材Uとの突合部J8bに沿って小型回転ツールFを用いて仮接合を行なう。本実施形態における外側仮接合工程は、一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、突合部J8a及び突合部J8bに対して小型回転ツールFを用いて仮接合を行なう外側仮接合工程と、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を含むものである。
(8) Outer temporary joining step In the outer temporary joining step, as shown in FIGS. 13 and 14, along the abutting portion J8a between the
タブ材配置工程は、図13及び図14に示すように、被接合金属部材Nの第一端面C及び第二端面Dに第一タブ材33及び第二タブ材34を配置する。第一タブ材33及び第二タブ材34は、突合部J8、突合部J8a及び突合部J8bを挟むように配置されるものであり、それぞれ第一端面C及び第二端面Dに現れる各突合部を覆うことができる寸法・形状を備えている。第一タブ材33及び第二タブ材34は、本実施形態においては、裏当台25の第一裏当材25aに配置されている。第一タブ材33及び第二タブ材34の表面は、被接合金属部材Nの外側面Aと略同等に形成されている。第一タブ材33及び第二タブ材34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。
In the tab material arranging step, as shown in FIGS. 13 and 14, the
外側仮接合工程では、被接合金属部材Nの外側面Aに現れる突合部J8a及び突合部J8bに沿って小型回転ツールFを用いて摩擦攪拌を行う。外側仮接合工程は、本実施形態においては、図14に示すように、第一タブ材33に設定された開始位置SP2から、第一タブ材33に設定された終了位置EP2まで一筆書きの要領で小型回転ツールFを相対移動させて摩擦攪拌を行う。
即ち、外側仮接合工程は、第一タブ材33と被接合金属部材Nとの突合部J33を接合する第一タブ材仮接合工程と、平板14と継手部材Uとの突合部J8aを接合する第一外側仮接合工程と、第二タブ材34と被接合金属部材Nとの突合部J34を接合する第二タブ材仮接合工程と、角部材R4と継手部材Uとの突合部J8bを接合する第二外側仮接合工程を含むものである。
In the outer temporary joining step, friction agitation is performed using the small rotating tool F along the abutting portion J8a and the abutting portion J8b that appear on the outer surface A of the metal member N to be joined. In the present embodiment, in the present embodiment, as shown in FIG. 14, one stroke is drawn from the start position S P2 set on the
That is, in the outer temporary joining step, the first tab material temporary joining step for joining the abutting portion J33 between the
第一タブ材仮接合工程は、第一タブ材33に設定した開始位置SP2に小型回転ツールFを押圧した後、小型回転ツールFを第一タブ材仮接合工程の始点s33に相対移動させる。小型回転ツールFが始点s33に達したら、突合部J33に沿って、第一タブ材仮接合工程の終点e33まで移動させる。小型回転ツールFが終点e33に達したら、小型回転ツールFを離脱させずに、一旦第一タブ材33に入り込ませ、第一外側仮接合工程の始点s14まで移動させる。
In the first tab material temporary joining step, the small rotary tool F is pressed to the start position SP2 set on 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Nが位置するように第一タブ材仮接合工程の始点s33と終点e33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N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 s33 and the end point e33 of the first tab member temporary joining step so that the member N is positioned. This makes it difficult for a cavity defect to occur on the metal member N side to be joined, so that a high-quality joined body can be obtained.
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Nが位置するように第一タブ材仮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e33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s33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 first tab material temporary joining step so that the member N is positioned. Specifically, although not shown, a starting point is provided at the position of the end point e33 when the small rotating tool F is rotated to the right, and an end point is provided at the position of the starting point s33 when the small rotating tool F is rotated to the right. Just do it.
小型回転ツールFが第一外側仮接合工程の始点s14に達したら、そのまま第一外側仮接合工程に移行して、突合部J8a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が第一外側仮接合工程の終点e14に達したら、一旦第二タブ材34に入りこませて、第二タブ材仮接合工程の始点s34まで移動させる。小型回転ツールFが始点s34に達したら、突合部J34に沿って第二タブ材仮接合工程の終点e34まで小型回転ツールFを移動させる。
When the small rotary tool F reaches the start point s14 of the first outer temporary joining step, the process proceeds to the first outer temporary joining step as it is, and the small rotary tool F is moved along the abutting portion J8a. When the small rotary tool F reaches the end point e14 of the first outer provisional joining process, it once enters the
小型回転ツールFが終点e34に達したら、小型回転ツールFを離脱させずに、第二外側仮接合工程の始点sR4まで移動させる。小型回転ツールFがsR4に達したら、突合部J8bに沿って小型回転ツールFを移動させて、そのまま第二外側仮接合工程に移行する。小型回転ツールFが第二外側仮接合工程の終点eR4に達したら、そのまま第一タブ材33に突入させ、終了位置EP2で小型回転ツールFを離脱させる。なお、終了位置EP2は、後記する外側本接合工程の開始位置SM2でもある。
When the small rotary tool F reaches the end point e34, the small rotary tool F is moved to the start point sR4 of the second outer temporary joining step without detaching. When the small rotary tool F reaches sR4, the small rotary tool F is moved along the abutting portion J8b, and the process proceeds to the second outer temporary joining step as it is. When small rotary tool F reaches the end point eR4 the second outer temporary bonding step, as it is plunged into the
外側仮接合工程が終了したら、終了位置EP2に形成された抜き穴(図示省略)を利用して下穴を形成する。下穴形成工程は、前記したものと略同等であるから説明を省略する。 When the outer temporary joining step is completed, a pilot hole is formed using a punched hole (not shown) formed at the end position EP2 . Since the pilot hole forming step is substantially the same as described above, the description thereof is omitted.
(9)外側本接合工程
外側本接合工程は、被接合金属部材Nの外側面Aに現れる突合部J8a及びJ8bを本格的に接合する工程である。本実施形態に係る外側本接合工程は、大型回転ツールGを使用し、仮接合された状態の突合部J8a及び突合部J8bに対して被接合金属部材Nの外側面A側から摩擦攪拌を行う。
(9) Outer Main Joining Step The outer main joining step is a step of fully joining the abutting portions J8a and J8b appearing on the outer surface A of the metal member N to be joined. In the outer main joining step according to the present embodiment, a large rotating tool G is used, and friction stir is performed from the outer surface A side of the metal member N to be joined to the abutting portion J8a and the abutting portion J8b in a temporarily joined state. .
外側本接合工程では、図15の(a)に示すように、開始位置SM2に大型回転ツールGの攪拌ピンG2を挿入し、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EM2まで移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材33に摩擦攪拌の開始位置SM2及び終了位置EM2を設けているが、開始位置SM2と終了位置EM2の位置を限定する趣旨ではない。
In the outer main joining step, as shown in FIG. 15A, the stirring pin G2 of the large rotary tool G is inserted into the start position SM2, and the end position E M2 is removed without removing the inserted stirring pin G2 halfway. To move. In the present embodiment, the
図15(a)及び(b)を参照して外側本接合工程をより詳細に説明する。
まず、図15(a)に示すように、下穴P1(開始位置SM2)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の先端を下穴に挿入する。攪拌ピンG2の全体が第一タブ材33に入り込み、かつ、ショルダ部G1の下端面G11の全面が第一タブ材33の表面に接触したら、摩擦攪拌を行いながら突合部J8bの一端に向けて大型回転ツールGを相対移動させ、突合部J8b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塑性化領域(以下、「外側塑性化領域W8’」という。)が形成される。
The outer main joining process will be described in more detail with reference to FIGS. 15 (a) and 15 (b).
First, as shown in FIG. 15 (a), the large rotary tool G is positioned immediately above the pilot hole P1 (start position S M2 ), and then the large rotary tool G is moved downward while being rotated to the stirring pin G2. Insert the tip of the into the pilot hole. When the entire stirring pin G2 enters the
そして、形成された外側塑性化領域W8’が突合部J34及び突合部J33に接触しないように大型回転ツールGを往復(本実施形態では二往復)させて突合部J8b及び突合部J8aに沿って連続的に摩擦攪拌を行う。最後に、突合部J33を通過させて第一タブ材33に設定された終了位置EM2で大型回転ツールGを離脱させる。
図15の(b)に示すように、外側塑性化領域W8’の先端側は、溝部Kの底面に接触するように摩擦攪拌することが好ましい。かかる構成により、突合部J8a及び突合部J8b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。また、大型回転ツールGをずらしながら往復させることで、継手部材Uの下面と溝部Kの底面との界面を全面に亘って摩擦攪拌することができるため、水密性及び気密性をより高めることができる。
なお、外側塑性化領域W8’が突合部J34及び突合部J33に接触しないように大型回転ツールGを往復させることで、突合部J34及び突合部J33の酸化皮膜の巻き込みを防止することができる。
Then, the large rotary tool G is reciprocated (two reciprocations in the present embodiment) so that the formed outer plasticizing region W8 ′ does not contact the abutting portion J34 and the abutting portion J33, along the abutting portion J8b and the abutting portion J8a. Stir friction continuously. Finally, the large rotating tool G is detached at the end position E M2 set in the
As shown in FIG. 15B, it is preferable that the front end side of the outer plasticized region W8 ′ is frictionally stirred so as to be in contact with the bottom surface of the groove K. With this configuration, friction stirring can be performed over the entire length in the depth direction of the abutting portion J8a and the abutting portion J8b. Moreover, since the interface between the lower surface of the joint member U and the bottom surface of the groove portion K can be frictionally stirred over the entire surface by reciprocating the large rotary tool G, the water tightness and the air tightness can be further improved. it can.
In addition, it is possible to prevent the oxide film of the abutting portion J34 and the abutting portion J33 from being caught by reciprocating the large rotary tool G so that the outer plasticized region W8 ′ does not contact the abutting portion J34 and the abutting portion J33.
以上説明した本実施形態の接合方法によれば、図11に示すように、平板14と角部材R4の突合部J8に対して被接合金属部材N(壁部材H1)の外側から摩擦攪拌を行なった後、内側からは溶接を行うため、接合部の引張強度を高めるとともに、仮に溝部塑性化領域W8の先端側に切欠き(図20の(b)、(c)参照)が形成されたとしても溶接金属T1で密閉することができるため、水密性及び気密性を高めることができる。また、溶接によれば、本実施形態のように例えば四方を壁部材に囲まれた構造物1であっても、内側から比較的容易に接合作業を行うことができる。
According to the joining method of the present embodiment described above, as shown in FIG. 11, friction stirring is performed from the outside of the metal member N (wall member H1) to the abutting portion J8 of the
また、溝部塑性化領域W8と溶接金属T1が接触することにより、突合部J8の深さ方向の全長に亘って密閉することができる。また、溝部本接合工程及び外側本接合工程の各本接合を行う前に、溝部仮接合工程及び外側仮接合工程の各仮接合工程を行うことで、突合部を本接合する際の目開きを防止することができる。 Moreover, it can seal over the full length of the depth direction of the butt | matching part J8 when the groove part plasticization area | region W8 and the weld metal T1 contact. Moreover, before each main joining of a groove part main joining process and an outer side main joining process, by performing each temporary joining process of a groove part temporary joining process and an outer side temporary joining process, the opening at the time of main joining of a butt | matching part is carried out. Can be prevented.
なお、本発明に係る接合方法は、摩擦攪拌工程(溝部本接合工程)を行なった後に、溶接工程を行うものである。ここで仮に、溶接工程を先に行なうと、摩擦攪拌工程に比べて溶接工程の方が入熱量が大きくなるため、被接合金属部材の変形量が大きくなる慮りがある。そのため、摩擦攪拌工程を行なった後に、溶接工程を行なうのが好ましい。 In the joining method according to the present invention, the welding step is performed after the friction stirring step (groove portion joining step). Here, if the welding process is performed first, the amount of heat input in the welding process is larger than that in the friction stirring process, so that the deformation amount of the metal member to be joined may be increased. Therefore, it is preferable to perform a welding process after performing a friction stirring process.
以上本発明の実施形態について説明したが、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。他の実施形態の説明においては、第一実施形態と重複する説明は省略する。
例えば、溝部仮接合工程において、被接合金属部材Nと第一タブ材31及び第二タブ材32との突合部に対して、外側仮接合工程と同様の工程によって仮接合工程を行なってもよい。
また、例えば、第一実施形態においては、継手部材Uを用いて接合を行ったが、被接合金属部材Nの壁部材の厚みが大きい場合は、複数個の継手部材U及び溝部Kによって接合を行ってもよい。一方、被接合金属部材Nの厚みが小さい場合は、継手部材Uを用いずに、被接合金属部材Nの外側から摩擦攪拌を行なった後、内側から溶接を行えばよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, modifications can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention. In the description of the other embodiments, the description overlapping the first embodiment is omitted.
For example, in the groove portion temporary bonding step, the temporary bonding step may be performed on the abutting portion between the metal member N to be bonded, the
Further, for example, in the first embodiment, the joint member U is used for joining, but when the wall member of the metal member N to be joined has a large thickness, joining is performed using a plurality of joint members U and groove portions K. You may go. On the other hand, when the thickness of the metal member N to be joined is small, the joint member U is not used, and after the friction stirring is performed from the outside of the metal member N to be joined, welding is performed from the inside.
[第二実施形態]
また、例えば、図16に示すように、前記した溶接工程に先だって、溝部塑性化領域W8の先端側(被接合金属部材Nの内側面B)において、突合部J8に沿って凹部K’を形成する凹部形成工程と、凹部K’に溶接金属T2を充填する溶接金属充填工程を含んでもよい。かかる接合方法によれば、溶接を行う際の作業性を高めることができる。また、溶接金属T2のうち、被接合金属部材Nの内側面Bから突出する部分を切除することで、内側面Bを平滑に形成することができる。なお、本実施形態においては、凹部K’は断面視矩形に形成したが、他の形状であってもよい。
[Second Embodiment]
Further, for example, as shown in FIG. 16, prior to the above-described welding process, a concave portion K ′ is formed along the abutting portion J8 on the tip side of the groove plasticizing region W8 (inner side surface B of the metal member N to be joined). A recessed portion forming step, and a weld metal filling step of filling the recessed portion K ′ with the weld metal T2. According to this joining method, workability at the time of welding can be improved. Moreover, the inner surface B can be smoothly formed by cutting out the part which protrudes from the inner surface B of the to-be-joined metal member N among the weld metal T2. In the present embodiment, the recess K ′ is formed in a rectangular shape in cross section, but may have other shapes.
[第三実施形態]
第三実施形態に係る接合方法は、図17に示すように、一方の第一金属部材1aの側面と他方の第二金属部材1bの端面とを突き合わせて突合部J10が形成されている点で、第一実施形態と相違する。
本実施形態に係る接合方法は、突合部J10に対して摩擦攪拌を行う外側本接合工程と、入隅部Iに対して溶接を行う溶接工程とを含むものである。
[Third embodiment]
As shown in FIG. 17, the joining method according to the third embodiment is such that a side face of one
The joining method according to the present embodiment includes an outer main joining process in which friction stirring is performed on the abutting portion J10 and a welding process in which welding is performed on the corner I.
本実施形態に係る溶接工程は、第一金属部材1a及び第二金属部材1bから形成された被接合金属部材N1の外側面Aから摩擦攪拌を行なった後、入隅部Iに対して、被接合金属部材N1の内側面B側から溶接を行う。即ち、溶接によって被接合金属部材Nの内側面に現れる突合部J10の全長に亘って溶接金属T3を形成する。これにより、仮に、入隅部Iに切欠きが形成されていたとしても、溶接によって当該切欠きを密閉することができるため、水密性及び気密性を高めることができる。また、図20の(c)に示すように、一方の金属が接合の際の収縮によって反ってしまったとしても、溶接によって当該反りを是正することができる。また、入隅部Iに対して接合を行う場合であっても、溶接によれば比較的容易に作業を行なうことができる。
In the welding process according to the present embodiment, the frictional stirring is performed from the outer surface A of the bonded metal member N1 formed from the
[第四実施形態]
第四実施形態に係る接合方法は、図18及び図19に示すように、円筒状を呈する筒状部材10aと、筒状部材10aの端部を覆う蓋部材10bとからな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、突合部J11に対して摩擦攪拌を行う外側本接合工程と、入隅部I’に対して溶接を行う溶接工程とを含むものである。
[Fourth embodiment]
As shown in FIGS. 18 and 19, the joining method according to the fourth embodiment is a first embodiment in that it includes a
本実施形態に係る構造物60は、筒状部材10aの端部と蓋部材10bの一方の面とを突き合わせて形成された突合部J11を備えている。外側本接合工程においては、図19の(a)に示すように、突合部J11に沿って大型回転ツールGによって右回転させながら、蓋部材10bの正面側からみて反時計回りに移動させて摩擦攪拌を行なう。
外側本接合工程を行なった後、図19の(b)に示すように、構造物60の内部の入隅部I’に対して溶接を行う。入隅部I’に対して溶接金属T3を形成することにより、接合部の強度を高めるとともに、気密性及び水密性を高めることができる。また、溶接工程によれば、本実施形態に係る円筒状の構造物60であっても比較的容易に接合作業を行うことができる。
The
After performing the outer main joining process, as shown in FIG. 19B, welding is performed on the corner I ′ inside the
なお、大型回転ツールGは、蓋部材10bの正面側からみて反時計回りに移動するのが好ましい。これにより、蓋部材10b側に欠陥ができる可能性が高いため、筒状部材10aの気密性及び水密性を高めることができる。また、本実施形態では、筒状部材10aと蓋部材10bとを接合しているが、一対の筒状部材10a同士を接合してもよい。
The large rotary tool G preferably moves counterclockwise as viewed from the front side of the
1 構造物
11〜14 平板
31 タブ材
32 タブ材
F 小型回転ツール
G 大型回転ツール
H1〜H4 壁部材
J 突合部
K’ 凹部
P1 下穴
R1〜R4 角部材
T 溶接金属
W 塑性化領域
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記突合部に対して前記金属部材同士の外面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を行って前記外面側に塑性化領域を形成した後、
前記突合部に対して前記金属部材同士の入隅部からTIG溶接又はMIG溶接による肉盛溶接を行って、前記突合部に沿って溶接金属を形成する溶接工程を含むことを特徴とする接合方法。 It is a joining method of a butt portion formed by abutting the side surface of one metal member and the end surface of the other metal member,
After forming a plasticized region on the outer surface side by performing a friction stirring step of performing friction stirring on the abutting portion from the outer surface side of the metal members,
A joining method comprising a welding step of performing weld welding by TIG welding or MIG welding from a corner of the metal members to the abutting portion, and forming a weld metal along the abutting portion. .
一方の金属部材の側面と他方の金属部材の端面とを突き合わせてなる突合部の接合方法であって、
前記突合部に対して前記金属部材同士の外面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を行って前記外面側に塑性化領域を形成した後、
前記突合部に対して前記金属部材同士の入隅部からTIG溶接又はMIG溶接による肉盛溶接を行って、前記突合部に沿って溶接金属を形成する溶接工程を含むことを特徴とする接合方法。 In a structure that is configured by joining a plurality of metal members and surrounded by a plurality of wall members,
It is a joining method of a butt portion formed by abutting the side surface of one metal member and the end surface of the other metal member,
After forming a plasticized region on the outer surface side by performing a friction stirring step of performing friction stirring on the abutting portion from the outer surface side of the metal members,
A joining method comprising a welding step of performing weld welding by TIG welding or MIG welding from a corner of the metal members to the abutting portion, and forming a weld metal along the abutting portion. .
前記蓋部材の金属部材の一方の面と前記筒状部材の金属部材の端部とを突き合わせてなる突合部の接合方法であって、
前記突合部に対して前記金属部材同士の外面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を行って前記外面側に塑性化領域を形成した後、
前記突合部に対して前記金属部材同士の入隅部からTIG溶接又はMIG溶接による肉盛溶接を行って、前記突合部に沿って溶接金属を形成する溶接工程を含むことを特徴とする接合方法。 In the structure formed by abutting a cylindrical member that exhibits a cylindrical shape and a lid member that covers an end of the cylindrical member,
It is a joining method of a butt portion formed by abutting one surface of a metal member of the lid member and an end portion of the metal member of the cylindrical member,
After forming a plasticized region on the outer surface side by performing a friction stirring step of performing friction stirring on the abutting portion from the outer surface side of the metal members,
A joining method comprising a welding step of performing weld welding by TIG welding or MIG welding from a corner of the metal members to the abutting portion, and forming a weld metal along the abutting portion. .
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