JP2015145013A - Friction stir welding method and friction stir welding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摩擦撹拌接合方法及び摩擦攪拌接合装置にかかり、特に、被接合部材に形成された穴の内側から摩擦攪拌接合する場合や、積層した板材をスポット的に摩擦攪拌接合する場合に好適な摩擦撹拌接合方法及び摩擦攪拌接合装置に関する。 The present invention relates to a friction stir welding method and a friction stir welding apparatus, and is particularly suitable for friction stir welding from the inside of a hole formed in a member to be joined, or when spotting friction stir welding of stacked plate materials. The present invention relates to a friction stir welding method and a friction stir welding apparatus.
摩擦攪拌プロセス(FSP:Friction Stir Processing)を利用した接合技術、または、摩擦攪拌接合技術(FSW:Friction Stir Welding)は、先端に突起(ピンまたはプローブ)を有する円筒状の接合ツールを所定の回転数で回転させながら二つの材料間の接合部に押付け、接合ツールの突起と材料との間に発生する摩擦熱により材料を軟化させて、接合ツールの突起を材料中に圧入させ、接合ツールの回転力によって接合ツールの突起周辺の材料を塑性流動させて練り混ぜることで二つの材料間の接合部を一体化させる接合技術である。 Joining technology using Friction Stir Processing (FSP) or Friction Stir Welding (FSW: Friction Stir Welding) rotates a cylindrical joining tool with a protrusion (pin or probe) at the tip. The material is softened by the frictional heat generated between the projection of the welding tool and the material, and the projection of the welding tool is pressed into the material. This is a joining technique that unifies the joint between two materials by plastically flowing and kneading the material around the projection of the joining tool by rotational force.
FSP接合技術では、接合部は金属の融点に達することなく、金属の軟化温度付近での金属原子の攪拌によって金属接合できる。接合する金属は同種でも異種金属でも接合できる。さらに、FSP接合技術は、金属の軟化温度付近における攪拌接合であるために、接合歪が小さく、凝固冷却の過程が不要である。すなわち、FSP接合技術においては、接合界面は摩擦熱による金属の軟化現象と、接合ツールの回転の動的エネルギーによって接合されることから、金属の融点までの温度上昇〜凝固、冷却の過程(溶融凝固過程)を経ない。このために、接合界面は結晶の粗大化がなく、金属間化合物を生ずることなく、接合界面に微細な金属組織が得られる。そして、FSP接合技術は、接合ツールのみで接合でき、また接合部が溶接等に比べ高温とならないために、熱歪応力が生じないことから、最近では、自動車部品の接合を含めて金属継ぎ手の接合に多く用いられている。 In the FSP bonding technique, the bonded portion can be metal-bonded by stirring metal atoms around the softening temperature of the metal without reaching the melting point of the metal. The metals to be joined can be the same or different metals. Furthermore, since the FSP joining technique is a stir welding in the vicinity of the softening temperature of the metal, the joining strain is small and a solidification cooling process is unnecessary. That is, in the FSP joining technology, the joining interface is joined by the metal softening phenomenon caused by frictional heat and the dynamic energy of the rotation of the joining tool. It does not go through the coagulation process. For this reason, there is no coarsening of the crystal at the bonding interface, and a fine metal structure is obtained at the bonding interface without generating an intermetallic compound. FSP joining technology can be joined only with a joining tool, and since the joint is not heated as compared with welding or the like, no thermal strain stress is generated, so recently, metal joints including joining of automobile parts are included. It is often used for joining.
FSP接合技術には、二つの金属板の突合せ面(接合線)に沿って突起を有する接合ツールを回転させながら移動させて接合を行う接合方法や、突起を有する接合ツールを重ね合せた金属板の一方から押し付けてスポット的に接合する方法などがある。 FSP joining technology includes a joining method in which joining is performed by rotating a joining tool having projections along the abutting surfaces (joining lines) of two metal plates, and a metal plate in which joining tools having projections are superimposed. There is a method of pressing from one side and joining in a spot manner.
FSP接合技術では、接合ツールと被接合部材との摩擦を前提とするものであるため、接合ツールの先端部(被接合部材と摩擦接触部分)の摩耗は避けられず、摩耗が進行した場合、接合ツールを交換する必要がある。接合ツールは耐摩耗性の材料で製作されているため比較的に高価であり、また、接合ツールの交換は作業性低下の原因となる。 FSP joining technology is premised on the friction between the joining tool and the member to be joined, so the wear of the tip of the joining tool (the part to be joined and the friction contact part) is inevitable, The welding tool needs to be replaced. Since the joining tool is made of a wear-resistant material, it is relatively expensive, and the replacement of the joining tool causes a reduction in workability.
従来、接合ツールの摩耗への対策として、例えば、特許文献1や特許文献2に記載の技術がある。
特許文献1には、接合ツールを、被接合部材に没入する接合工具と、この接合工具を先端部に着脱自在に装着する工具ホルダとに分けて構成し、接合工具のみを耐摩耗性材料で製作して交換するようにすることで、摩擦攪拌接合に費やすコストを低減することが開示されている。
特許文献2には、摩擦攪拌加工装置に、摩擦攪拌加工により摩耗等したツールの先端部を砥石により研削するツール再生機構を具備させることにより、摩擦攪拌加工に際して、ツールが摩耗等しても、その摩耗等の前の形状に復元し再生することで、ツール交換頻度を少なくできるようにすることが開示されている。
Conventionally, as countermeasures against wear of a welding tool, for example, there are techniques described in
In
In
特許文献1や特許文献2も含め、従来、接合ツール(または加工ツール)が摩耗した場合、接合ツールを交換(一部交換)、または、再生するようにしている。
本発明者らは、これまでの摩擦攪拌接合技術における接合ツールを見直し、これまでの接合ツールとは異なる新たな概念に基づく接合ツールを想到するに至った。そして、本発明者らは、新たな概念に基づく接合ツールを用いることにより、これまでの接合ツールでは適用が困難な多様な接合部品や多様な接合部位に摩擦攪拌接合を適用できることを見出した。
Conventionally, including the
The present inventors have reviewed the welding tool in the conventional friction stir welding technique and have come up with a welding tool based on a new concept different from the conventional welding tool. Then, the present inventors have found that by using a joining tool based on a new concept, friction stir welding can be applied to various joining parts and various joining sites that are difficult to apply with conventional joining tools.
本発明の目的は、接合ツールの摩耗などを特に考慮することがない新たな概念に基づく接合ツールを用いて多様な接合部品や多様な接合部位の摩擦攪拌接合を行う際に接合性の向上又は接合後の外観を向上させることが可能な摩擦撹拌接合方法及び摩擦攪拌接合装置を提供することにある。 An object of the present invention is to improve the joining property when performing friction stir welding of various joining parts and various joining parts using a joining tool based on a new concept that does not particularly consider the wear of the joining tool. An object of the present invention is to provide a friction stir welding method and a friction stir welding apparatus capable of improving the appearance after joining.
本発明は、接合ツールを、被接合部材に対して摺動接触して被接合部材を摩擦攪拌する接合補助材と、回転駆動され、かつ、接合補助材と分離可能に連結され、摩擦攪拌接合工程中には接合補助材と連結して接合補助材と共に回転する摩擦攪拌接合ツール本体とから構成し、摩擦攪拌接合工程中に接合補助材と被接合部材の摺動面における接合補助材の加圧力を、接合補助材の変形を利用して発生または調整するようにし、摩擦攪拌接合工程終了後には、接合補助材を摩擦攪拌接合ツール本体から分離することを特徴とする。被接合部材を回転させて被接合部材と接合補助材を摺動接触させる場合には、摩擦攪拌接合ツール本体は回転しないように保持され、摩擦攪拌接合の際には、接合補助材と連結して接合補助材の回転を阻止する。接合補助材の変形は、例えば、摩擦攪拌接合ツール本体(接合補助材)を下降させることにより摩擦攪拌接合ツール本体(接合補助材)と被接合部材との間に相対的変位を生じさせて発生させる。 The present invention relates to a joining tool, which is slidably contacted with a member to be joined and friction stirs the member to be joined, is rotationally driven and is detachably connected to the joining aid, and friction stir welding. The friction stir welding tool main body is connected to the joining aid and rotates together with the joining aid during the process, and the joining aid is added to the sliding surfaces of the joining aid and the joined member during the friction stir welding process. The pressure is generated or adjusted using deformation of the joining auxiliary material, and after the friction stir welding process is completed, the joining auxiliary material is separated from the friction stir welding tool body. When the member to be joined is rotated and the member to be joined and the joining auxiliary material are brought into sliding contact with each other, the friction stir welding tool body is held so as not to rotate. To prevent rotation of the joining aid. The deformation of the joining auxiliary material occurs, for example, by causing a relative displacement between the friction stir welding tool main body (joining auxiliary material) and the member to be joined by lowering the friction stir welding tool main body (joining auxiliary material). Let
本発明によれば、接合ツールの摩耗などを特に考慮することなく摩擦攪拌接合を行うことが可能となる。すなわち、本発明は、言い換えれば、接合補助材を一つの摩擦攪拌接合で使い切りの接合ツール構成部材としたものであるので、接合ツールの摩耗などを特に考慮する必要がない。
また、接合部品や接合部位に応じて接合補助材を適宜の形態とすることにより多様な接合部品や多様な接合部位に摩擦攪拌接合を適用できる。そして、例えば、被接合部材を穴の内部から摩擦攪拌接合する場合に、接合補助材と被接合部材との摺動面における接合補助材の加圧力を接合補助材の変形を利用して発生または調整するようにしているので、適切な加圧力の下に摩擦攪拌接合を行うことができ、接合性を向上させることができる。また、例えば、積層した板材をスポット的に摩擦攪拌接合する場合に、接合補助材を摩擦撹拌接合ツール本体に比して大きな円盤状とし、この円盤状の接合補助材の変形を利用して、被接合部材と接合補助材との摺動面における加圧力を発生または調整することにより、被接合部材に局所的に加圧力が作用しないので、被接合部材の局所的な変形を抑えて摩擦攪拌接合を行うことができ、接合後の外観を向上させることができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, it is possible to perform friction stir welding without particularly considering wear of the welding tool. In other words, the present invention, in other words, uses the joining auxiliary material as a single-piece joining tool constituent member in one friction stir welding, so there is no need to consider the wear of the joining tool in particular.
Moreover, friction stir welding can be applied to various joining parts and various joining parts by making a joining auxiliary material into a suitable form according to joining parts and joining parts. For example, when the member to be joined is friction stir welded from the inside of the hole, the pressure of the joining auxiliary material on the sliding surface between the joining auxiliary member and the member to be joined is generated using the deformation of the joining auxiliary material. Since the adjustment is performed, friction stir welding can be performed under an appropriate pressure, and the bondability can be improved. In addition, for example, when spot-stirring the laminated plate materials, the joining auxiliary material is made into a large disk shape as compared to the friction stir welding tool body, and using the deformation of this disk-shaped joining auxiliary material, By generating or adjusting the pressing force on the sliding surface between the member to be joined and the joining auxiliary material, the pressing force does not act locally on the member to be joined, so that local deformation of the member to be joined is suppressed and friction stirring is performed. Bonding can be performed, and the appearance after bonding can be improved.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
先ず、本発明を想到するに至った経緯について説明する。
摩擦撹拌接合は、車輌や橋梁などの比較的大きな構造物の接合手段として実用化が進んでいるが、今後は、機器・装置(特に電子部品搭載装置など)の部品など、小型・薄肉の被接合部材の接合や多様な形状の接合にも採用が進むと見られる。
摩擦攪拌接合ツールは被接合部材に対して直接回転摺動するため摩耗を伴う。さらには、摩擦撹拌接合ツールと被接合部材を直接回転摺動させると、摩擦撹拌接合ツール表面への被接合部材の材料の付着堆積(固着または凝着)が生じる。これらによって、連続して摩擦攪拌接合する時には接合性(接合力など)や接合精度が低下する。このため、連続して接合する場合には、摩擦攪拌接合ツールの交換やメンテナンス作業(接合ツール表面の堆積物除去作業など)を行う必要がある。摩擦攪拌接合ツールの交換やメンテナンス作業は生産性(作業効率)の大幅悪化をもたらす。また、摩擦攪拌接合ツールは比較的に高額なツールであり、また、摩擦攪拌接合ツールは特殊化・高額化する傾向にあり、摩擦攪拌接合ツールの消費は接合作業の高コスト化につながる。
First, the background to the idea of the present invention will be described.
Friction stir welding has been put to practical use as a means of joining relatively large structures such as vehicles and bridges, but in the future, small and thin parts such as parts of equipment and devices (especially electronic device mounting devices) will be used. Adoption is expected to progress in joining of joining members and joining of various shapes.
Since the friction stir welding tool rotates and slides directly with respect to the member to be joined, it involves wear. Furthermore, when the friction stir welding tool and the member to be joined are directly rotated and slid, adhesion and deposition (adhesion or adhesion) of the material of the member to be joined to the surface of the friction stir welding tool occurs. As a result, when continuous friction stir welding is performed, bondability (bonding force and the like) and bonding accuracy are reduced. For this reason, in the case of continuous joining, it is necessary to replace the friction stir welding tool or perform maintenance work (such as deposit removal work on the surface of the welding tool). Replacing and maintaining the friction stir welding tool will greatly reduce productivity (working efficiency). In addition, the friction stir welding tool is a relatively expensive tool, and the friction stir welding tool tends to be specialized and expensive, and the consumption of the friction stir welding tool leads to higher cost of the joining work.
これらの課題は、比較的大きな被接合部材の接合や、被接合部材に対して高強度なツール材質を選択可能な場合には、摩擦攪拌接合ツールの摩耗やツール表面への異物付着の影響は小さく、大きな問題とはならない。 These issues are the effects of wear of the friction stir welding tool and adhesion of foreign matter to the tool surface when a relatively large workpiece can be joined or a high-strength tool material can be selected for the workpiece. Small and not a big problem.
しかし、小型化した被接合部材や多様化した接合部位を摩擦攪拌接合する場合には、重要な課題となる。たとえば、機器・装置の部品などの小型化した被接合部材を多数接合する場合には、多数の部品(被接合部材)に対して均一な摩擦攪拌接合を行う必要があるが、摩擦攪拌接合ツールが摩耗した場合や摩擦攪拌接合ツールへ被接合部材の材料が凝着した場合にはそれが難しくなる。接合毎に摩擦攪拌接合ツールを交換すれば多数の部品に対して均一な摩擦攪拌接合を行えるが、機器・装置の部品などの小型化した被接合材を対象とする場合には、接合作業の高コスト化につながる。また、たとえば、高強度な被接合部材のためツール材質に相対的に十分な強度を持たせることが困難な場合には、摩擦攪拌接合ツールの摩耗などについて接合毎の対応(交換やメンテナンス)を考慮する必要がある。 However, it becomes an important issue when friction stir welding is performed on miniaturized members to be joined or diversified joining sites. For example, when joining a large number of miniaturized members to be joined such as parts of equipment / devices, it is necessary to perform uniform friction stir welding on a large number of parts (members to be joined). It becomes difficult to wear when the material of the member to be joined adheres to the friction stir welding tool. If the friction stir welding tool is replaced for each joint, uniform friction stir welding can be performed on a large number of parts. This leads to higher costs. In addition, for example, when it is difficult to give the tool material relatively sufficient strength due to the high-strength members to be joined, the wear of the friction stir welding tool should be dealt with for each joint (exchange and maintenance). It is necessary to consider.
そこで、本発明者らは、種々検討し、これまでの摩擦攪拌接合ツールとは異なる新たな概念に基づく摩擦攪拌接合ツールを想到するに至った。 Therefore, the present inventors have made various studies and arrived at a friction stir welding tool based on a new concept different from the conventional friction stir welding tools.
摩擦撹拌接合のメリットとして、基本的に摩擦攪拌接合ツール(先端に突起を有する円筒状の接合ツール)とそれを駆動する手段があれば、追加部品、補助材を用いずに、異種金属接合を含む各種金属の接合が可能であることが挙げられる。接合ツールを、被接合部材に没入する接合工具と、この接合工具を先端部に着脱自在に装着する工具ホルダとに分けて構成し、接合工具のみを耐摩耗性材料で製作して交換するようにしたものも提案されているが、基本的には、接合ツールとその駆動手段の他には、追加部品、補助材は不要である。 As a merit of friction stir welding, if there is basically a friction stir welding tool (cylindrical welding tool with a protrusion at the tip) and means for driving it, dissimilar metal joining can be performed without using additional parts and auxiliary materials. It is mentioned that various metals including it can be joined. The joining tool is divided into a joining tool that immerses in the member to be joined and a tool holder that is detachably attached to the tip, and only the joining tool is manufactured and replaced with wear-resistant material. However, in addition to the joining tool and its driving means, additional parts and auxiliary materials are basically unnecessary.
本発明者らは、追加部品や補助材が不要という摩擦攪拌接合のメリットに反するが、接合補助材を用いて摩擦撹拌接合を行うことを検討した。そして、本発明者らは、接合補助材を、被接合部材に対して回転摺動接触して被接合部材を摩擦攪拌する摩擦攪拌接合ツールの構成部材として、摩擦攪拌接合ツール本体により回転駆動されるようにし、しかも、摩擦攪拌接合後には摩擦攪拌接合ツール本体から分離、即ち、一つの摩擦攪拌接合で使い切りの部材とすることにより、接合ツールの摩耗などを特に考慮することなく摩擦攪拌接合を行うことが可能となることを見出した。 Although the present inventors are contrary to the merit of friction stir welding in which an additional part and an auxiliary material are not required, the inventors investigated performing friction stir welding using a welding auxiliary material. Then, the present inventors are driven to rotate by the friction stir welding tool body as a constituent member of the friction stir welding tool that frictionally stirs the member to be joined by rotating and sliding contact with the member to be joined. In addition, after the friction stir welding, the friction stir welding is separated from the main body of the friction stir welding, that is, the friction stir welding is performed without considering the wear of the welding tool, etc. I found out that it was possible to do.
この摩擦攪拌接合においては、接合補助材が被接合部材と回転摺動接触して摩擦熱を発生し、被接合部材同士および被接合部材と接合補助材の両者の材料による摩擦撹拌層を形成して、被接合部材同士が接合される。摩擦攪拌接合ツール本体は被接合部材とは摺動接触しない。言い換えれば、摩擦攪拌接合ツール本体と被接合部材との間に接合補助材を介在させている。摩擦攪拌接合ツール本体は、接合補助材へ回転運動と加圧力を伝達するレンチやドライバーと同じ役割が主体となり、基本的に摩耗を考慮する必要がなく、劣化による交換を考慮する必要がない。この摩擦攪拌接合ツール本体は、回転・圧力伝達工具として、可能な限り標準化・汎用化して構成される。 In this friction stir welding, the joining auxiliary material rotates and makes sliding contact with the members to be joined to generate frictional heat, and a friction stirring layer is formed by the materials of the members to be joined and both the members to be joined and the joining aid material. Thus, the members to be joined are joined together. The friction stir welding tool body does not make sliding contact with the member to be joined. In other words, a joining auxiliary material is interposed between the friction stir welding tool main body and the member to be joined. The friction stir welding tool main body mainly plays the same role as a wrench or driver that transmits rotational motion and pressure to the welding auxiliary material, and basically does not need to consider wear, and does not need to consider replacement due to deterioration. This friction stir welding tool body is configured as standardized and generalized as much as possible as a rotation / pressure transmission tool.
接合補助材は、被接合部材を摩擦攪拌させることができれば良いので、被接合部材と同じ材質や同程度の硬度を有するものでも良く、高い耐摩耗性を有する必要がない。また、摩擦攪拌接合ツール本体も高い耐摩耗性を有する必要がなく、高価な材質を用いたり加工を施したりする必要がない。したがって、摩擦攪拌接合ツールを低コストで構成できる。 Since the joining auxiliary material only needs to be able to friction stir the member to be joined, it may be the same material as the member to be joined and the same degree of hardness, and does not need to have high wear resistance. Further, the friction stir welding tool main body does not need to have high wear resistance, and it is not necessary to use an expensive material or perform processing. Therefore, the friction stir welding tool can be configured at a low cost.
また、接合補助材としては、摩擦攪拌接合ツール本体と接合補助材の嵌合状態を確保することができ、そして、摩擦攪拌接合ツール本体へ固着し難い、あるいは、摩擦攪拌接合ツール本体から容易に脱離させやすいものとすることが望ましい。 In addition, as a joining aid, it is possible to ensure the fitting state of the friction stir welding tool body and the joining aid material, and it is difficult to adhere to the friction stir welding tool body or easily from the friction stir welding tool body. It is desirable to make it easy to desorb.
多数の部品に対して連続して摩擦攪拌接合を行うとき、接合ツールを、被接合部材に没入する接合工具と、この接合工具を先端部に着脱自在に装着する工具ホルダとに分けて構成し、接合工具のみを耐摩耗性材料で製作して交換することが考えられるが、この場合は、摩擦撹拌接合開始前に接合工具を工具ホルダに確実に装着する必要があり、また、摩擦攪拌接合終了の際に接合工具を工具ホルダにしっかりと装着しながら被接合部材から分離されるものである。すなわち、接合工具を工具ホルダに対して確実に装着及び脱離する必要があり、接合工具の交換作業に時間を要する。一方、本発明の場合、予め、接合補助材を被接合部材に取り付けて置くことや、摩擦攪拌接合終了後には、接合補助材は摩擦攪拌接合ツール本体と分離されるものであるので、摩擦撹拌工程中に摩擦攪拌接合ツール本体と接合補助材の嵌合状態が確保されればよく、接合工具の交換作業と比して、接合補助材の供給作業は容易である。すなわち、多数の部品に対して連続して摩擦攪拌接合を行う場合、単に、摩擦攪拌接合ツール本体を接合補助材に嵌合させるだけで良いので、接合ツールの交換作業に対応する作業を省略することができる。また、本発明では、摩擦攪拌接合ツール本体は、被接合部材と直接摺動接触しないので、従来のような、接合ツールの表面から堆積物の除去を行うメンテナンス作業が不要である。したがって、本発明では、多数の部品に対して連続して摩擦攪拌接合を行う場合の生産性を大幅に改善することが可能となる。 When performing continuous friction stir welding on a large number of parts, the welding tool is divided into a welding tool that immerses in the member to be joined and a tool holder that detachably attaches this welding tool to the tip. However, it is conceivable to manufacture and replace only the welding tool with a wear-resistant material. In this case, it is necessary to securely attach the welding tool to the tool holder before starting the friction stir welding. At the time of completion, the welding tool is firmly attached to the tool holder and separated from the member to be joined. That is, it is necessary to securely attach and detach the joining tool to / from the tool holder, and it takes time to replace the joining tool. On the other hand, in the case of the present invention, since the joining auxiliary material is attached to the member to be joined in advance or after the friction stir welding is completed, the joining auxiliary material is separated from the friction stir welding tool body. It is only necessary to secure a fitting state between the friction stir welding tool main body and the joining auxiliary material during the process, and the joining work of supplying the joining auxiliary material is easier than the replacement work of the joining tool. That is, when performing friction stir welding continuously on a large number of parts, the friction stir welding tool main body only needs to be fitted to the welding auxiliary material, and the work corresponding to the welding tool replacement work is omitted. be able to. Further, in the present invention, the friction stir welding tool main body does not slide directly into contact with the member to be joined, so that the maintenance work for removing deposits from the surface of the joining tool as in the prior art is unnecessary. Therefore, in the present invention, it is possible to greatly improve the productivity when performing friction stir welding on a large number of parts continuously.
また、本発明において、接合補助材と被接合部材との間でも摩擦攪拌が生じるが、接合補助材を摩擦撹拌接合後も被接合部材に残す場合でも、被接合部材同士間の主たる接合は、被接合部材同士が接合補助材により摩擦攪拌されることにより行われる。接合補助材と被接合部材とが摩擦攪拌することによって被接合部材同士の主たる連結・固定が行われているものではなく、接合補助材と被接合部材との摩擦攪拌は被接合部材同士の摩擦攪拌接合をサポートするものである。 Further, in the present invention, friction stirrer occurs even between the joining auxiliary material and the member to be joined, but even when the joining auxiliary material is left on the member to be joined after the friction stir welding, the main joining between the members to be joined is as follows. This is done by friction-stirring the members to be joined together with a joining auxiliary material. The main joining / fixing of the members to be joined is not performed by the friction stir between the joining auxiliary material and the member to be joined, and the friction stirring between the joining auxiliary material and the member to be joined is not the friction between the members to be joined. Supports stir welding.
また、多数の部品に対して連続して摩擦攪拌接合を行う場合、本発明では、接合補助材は被接合部材と摩擦攪拌されるものであり、接合補助材は一つの摩擦攪拌接合に使い切りの部材であるので、従来の接合ツールのように、表面への被接合部材の固着を配慮する必要がなく、そして、多数の部品における摩擦攪拌接合の接合性を均一なものとすることができる。 Further, when friction stir welding is continuously performed on a large number of parts, in the present invention, the joining auxiliary material is friction stir with the member to be joined, and the joining auxiliary material is used up for one friction stir welding. Since it is a member, it is not necessary to consider the adherence of the member to be joined to the surface as in a conventional joining tool, and the joining properties of friction stir welding in a large number of parts can be made uniform.
上述のように、本発明の接合ツールは接合補助材を接合ツールの構成部材とした新たな概念のものである。そして、本発明者らは、接合補助材が摩擦撹拌接合ツール本体と分離されるものであること、そして、使い切りの部材であることに着目し、接合補助材を接合部品や接合部位に応じて適宜の形態とすることにより多様な接合部品や多様な接合部位に摩擦攪拌接合を適用できることを見出した。 As described above, the joining tool of the present invention has a new concept in which the joining auxiliary material is a constituent member of the joining tool. Then, the present inventors pay attention to the fact that the joining auxiliary material is separated from the friction stir welding tool main body, and that it is a single-use member. It has been found that friction stir welding can be applied to various joining parts and various joining sites by adopting an appropriate form.
すなわち、本発明では、摩擦攪拌接合ツール本体が接合補助材に分離可能に連結され、接合補助材に対して回転力と加圧力を与えられるようになっていれば良く、また、接合補助材は被接合部材に予め取り付けて置くこともでき、そして、摩擦攪拌接合後は、摩擦攪拌接合ツール本体から分離され、被接合部材と接合したまま一体化しておくこともできるものであることから、従来対応できなった様々な形態の摩擦攪拌接合を実現することができる。例えば、従来の接合ツールでは接合ツールを配置することが困難な管状部品の穴の内側の摩擦撹拌接合も容易に実現できる。すなわち、接合補助材を管状部品の穴の形状に対応したものとして穴の内側に配置して、摩擦撹拌接合ツール本体を接合補助材に嵌合させて接合補助材を回転駆動することにより、接合補助材と管状部品の内側が摺動接触し管状部品の内側を摩擦撹拌することができる。このように、本発明では、接合補助材の形態、配置、材料などは、被接合部材の小型化・薄肉化、接合部位の多様化などへ対応して適宜決定または選択が可能であり、これにより様々な形態の摩擦攪拌接合を実現できる。特に、小型、小スペースや、薄板、微細構造になるほど、摩擦攪拌接合ツールの大きさや形状、接合時の荷重などの影響が問題となることから、接合補助材の形態などを適宜決定、選択できることは大きな利点である。 That is, in the present invention, the friction stir welding tool main body may be detachably connected to the joining auxiliary material so that a rotational force and a pressing force can be applied to the joining auxiliary material. Since it can be attached to the member to be joined in advance, and after the friction stir welding, it can be separated from the friction stir welding tool body and can be integrated with the member to be joined. Various forms of friction stir welding that cannot be achieved can be realized. For example, friction stir welding inside a hole in a tubular part, where it is difficult to place the welding tool with a conventional welding tool, can be easily realized. That is, the joining auxiliary material is arranged inside the hole as corresponding to the shape of the hole of the tubular part, the friction stir welding tool main body is fitted to the joining auxiliary material, and the joining auxiliary material is driven to rotate. The auxiliary material and the inside of the tubular part are in sliding contact, and the inside of the tubular part can be frictionally stirred. As described above, in the present invention, the form, arrangement, material, and the like of the joining auxiliary material can be appropriately determined or selected in response to downsizing / thinning of the members to be joined, diversification of joining parts, and the like. Thus, various forms of friction stir welding can be realized. In particular, the smaller the size, the smaller the space, the thinner the plate, and the finer the structure, the greater the influence of the size and shape of the friction stir welding tool, the load during welding, etc. Is a great advantage.
しかしながら、本発明者らは、これらの摩擦攪拌接合においては、従来の摩擦攪拌接合では余り問題とならない課題が生じることを見出した。すなわち、被接合部材の小型化、薄肉化、さらには、形状・接合部位の多様化、接合後の形状の制限、スペース・環境の制限などにより、摩擦撹拌層の生成が不十分となり、そして、接合力が不足する、あるいは被接合部材が破断するなどの課題が生じ得ることを見出した。また、本発明者らは、摩擦撹拌接合を行う際に生じ小型化、薄肉化した被接合部材などでは外観の悪化の原因となる摩擦撹拌接合工程時の被接合部材の変形を、接合補助材を有効に活用することにより抑制し接合後の外観を向上させることができることを見出した。 However, the present inventors have found that in these friction stir welding, there is a problem that is not a problem in the conventional friction stir welding. In other words, due to the downsizing and thinning of the members to be joined, further diversification of shapes and joining parts, restrictions on the shape after joining, restrictions on space and environment, etc., the generation of the friction stir layer becomes insufficient, and It has been found that problems such as insufficient bonding force or breakage of a member to be bonded can occur. In addition, the present inventors have introduced a joining auxiliary material at the time of the friction stir welding process, which is caused when the friction stir welding is performed and causes a deterioration in the appearance of a member to be joined which is reduced in size and thickness. It has been found that the appearance after bonding can be improved by effectively utilizing.
そして、本発明者らは、摩擦撹拌接合工程中の接合補助材の変形あるいは消耗を利用して、被接合部材の受圧方向、受圧分布(局所加圧)などを変化させることにより、接合性や接合後外観を向上することができること見出した。 Then, the present inventors use the deformation or wear of the joining auxiliary material during the friction stir welding process to change the pressure receiving direction of the members to be joined, the pressure receiving distribution (local pressure), etc. It has been found that the appearance after bonding can be improved.
例えば、被接合部材を穴の内部から摩擦攪拌接合する場合に、被接合部材と接合補助材との摺動面に働く加圧力を確保するために、接合補助材の外径を被接合部材の穴の内径よりも大きくすると、摩擦撹拌接合ツール本体による回転駆動開始時に必要なトルクが大きくなりすぎるために、接合補助材の外径を大きくすることが難しくなり、その結果、十分な加圧力を得ることが難しくなる可能性がある。 For example, when the member to be joined is friction stir welded from the inside of the hole, the outer diameter of the member to be joined is set to be equal to that of the member to be joined in order to ensure the pressure applied to the sliding surface between the member to be joined and the joining aid. If it is larger than the inner diameter of the hole, the torque required at the start of rotational drive by the friction stir welding tool body becomes too large, making it difficult to increase the outer diameter of the welding aid. It can be difficult to get.
そこで、本発明では、接合ツールの加圧力(例えば接合ツールの下降方向の力)を、接合ツールの構成部材である接合補助材を介して、即ち、接合補助材の変形を利用して、異なる力ベクトルに変換して、接合ツールによる被接合部材の受圧方向を変化させて、被接合部材と接合補助材との摺動面に働く加圧力を確保し、接合補助材により被接合部材を摩擦撹拌接合する。このように、接合補助材と被接合部材との摺動面における接合補助材の加圧力を接合補助材の変形を利用して発生または調整するようにしているので、適切な加圧力の下に摩擦攪拌接合を行うことができ、接合性を向上させることができる(さらに詳細は、実施例1〜実施例6参照)。 Therefore, in the present invention, the pressure applied to the welding tool (for example, the force in the downward direction of the welding tool) is different via the welding auxiliary material that is a constituent member of the welding tool, that is, using the deformation of the welding auxiliary material. It is converted into force vector, and the pressure receiving direction of the member to be joined by the joining tool is changed to secure the pressure acting on the sliding surface between the member to be joined and the joining auxiliary material, and the member to be joined is rubbed by the joining auxiliary material. Stir and join. As described above, since the pressure of the joining auxiliary material on the sliding surface between the joining auxiliary material and the member to be joined is generated or adjusted by using the deformation of the joining auxiliary material, Friction stir welding can be performed and the bondability can be improved (see Examples 1 to 6 for further details).
また、例えば、積層した板材をスポット的に摩擦攪拌接合する場合に、従来の接合ツールでは、被接合部材に局所的に加圧力が作用し、被接合部材の局所的な変形が発生し、摩擦撹拌接合後の外観が悪化する場合がある。 In addition, for example, when spot-stirring friction stir welding of laminated plate materials, a conventional welding tool locally applies pressure to the members to be joined, causing local deformation of the members to be joined and causing friction. The appearance after stir welding may deteriorate.
そこで、本発明では、例えば、接合補助材を摩擦撹拌接合ツール本体に比して大きな円盤状とし、接合ツールの加圧力(接合ツールの下降方向の力)を、接合ツールの構成部材である円盤状の接合補助材を介して、即ち、円盤状の接合補助材の変形を利用して、異なる力ベクトルに変換して、接合ツールによる被接合部材の受圧方向、受圧分布を変化させる。このように、円盤状の接合補助材の変形を利用して、被接合部材と接合補助材との摺動面における加圧力を発生または調整することにより、被接合部材に局所的に加圧力が作用しないので、被接合部材の局所的な変形を抑えて摩擦攪拌接合を行うことができ、接合後の外観を向上させることができる(さらに詳細は、実施例7〜実施例9参照)。 Therefore, in the present invention, for example, the welding auxiliary material is formed into a large disk shape as compared with the friction stir welding tool body, and the pressure of the welding tool (the force in the downward direction of the welding tool) is used as a disk that is a constituent member of the welding tool. The pressure receiving direction and the pressure distribution of the members to be joined by the joining tool are changed by converting the force vector into a different force vector through the use of the joining aid material in a shape, that is, using the deformation of the disk-like joining aid material. In this way, by using the deformation of the disk-shaped joining auxiliary material, by generating or adjusting the pressing force on the sliding surface between the joined member and the joining auxiliary material, the pressurized force is locally applied to the joined member. Since it does not act, friction stir welding can be performed while suppressing local deformation of the members to be joined, and the appearance after joining can be improved (see Examples 7 to 9 for further details).
なお、上述したように、本発明では、接合補助材を一つの摩擦攪拌接合で使い切りの接合ツール構成部材としたものである。ここで、接合補助材と表現したのは、この摩擦攪拌接合ツールの構成部材が、所謂、使い切りのツールと異なり、上述したように摩擦撹拌工程中に変形することにより、被接合部材の接合性を高める効果を有し、また接合後の外観を整えることにもなり得るものであり、一つの摩擦攪拌接合毎に供給される接合改善部品と捉えることができるからである。 In addition, as above-mentioned, in this invention, the joining auxiliary | assistant material is used as the joining tool structural member used up by one friction stir welding. Here, the term “joining auxiliary material” means that the constituent members of the friction stir welding tool are different from the so-called single-use tool, and are deformed during the friction stirring step as described above, so that the joining property of the members to be joined is reduced. This is because it can be regarded as a joint improving component supplied for each friction stir welding.
図1A〜図1Dを用いて本実施例(実施例1)を説明する。図1Aは本実施例の摩擦撹拌完了時点での断面図であり、図1B〜図1Dは本実施例における接合工程における接合部の挙動を説明するための拡大断面図である。なお、図面では分かりやすいように変形を大きく記載しているが、実際には、接合補助材の変形は僅かである。 The present embodiment (embodiment 1) will be described with reference to FIGS. 1A to 1D. FIG. 1A is a cross-sectional view at the time of completion of friction agitation in the present embodiment, and FIGS. 1B to 1D are enlarged cross-sectional views for explaining the behavior of the joint portion in the joining step in the present embodiment. In addition, although deformation | transformation is largely described so that it may be easy to understand in drawing, in reality, the deformation | transformation of a joining auxiliary material is slight.
本実施例は、厚板の積層板(2枚)の被接合部材3を穴の内部から摩擦攪拌接合する場合に適用したものである。なお、本実施例は二つの配管状の被接合部材3を内壁面側から摩擦攪拌接合する場合にも適用できる。
The present embodiment is applied to the case where the members to be joined 3 of the thick laminated plates (two sheets) are subjected to friction stir welding from the inside of the hole. In addition, a present Example is applicable also when carrying out the friction stir welding of the two pipe-shaped to-
本実施例では、円盤状の接合補助材1を予め二つの被接合部材3の間に形成した空間に嵌合挟持させておき、摩擦撹拌接合ツール本体2により接合補助材を回転させ、接合補助材1と被接合部材3とを回転摺動させるようにしたものである。本実施例では被接合部材3の接合面を接合補助材で摩擦撹拌接合するとともに、接合補助材自体が被接合部材と外周側面、上面、下面の三つの面で摩擦撹拌接合することから、強固な接合を実現できる。このように、接合補助材を用いることにより、従来技術からは想起できない形態の摩擦撹拌接合が可能となるが、このような形態の摩擦撹拌接合の場合、摺動面での加圧力は、二つの被接合部材3の間に形成した空間に接合補助材を嵌合挟持させる際の嵌合度合による。しかし、単に嵌合させるだけでは摺動面で十分な加圧力が得られない可能性がある。また、過度な力で嵌合させた場合には、加圧力が大きくなりすぎて加圧力に抗うための大きな回転力が必要となり、そのような回転力を与えることが実質的に難しくなる可能性がある。特に、接合補助材の三つの面で被接合部材と接することから回転力の課題は重要である。
In this embodiment, the disk-shaped joining
そこで、本実施例では、摺動面での加圧力不足による接合力不足、あるいは逆に加圧力に抗った回転力を伝達することの困難性に対応するために、接合補助材1を、接合工程中、摩擦撹拌接合ツール本体2の加圧力などにより歪ませながら摩擦撹拌接合するようにしたものである(図1A)。このようにすることで、被接合部材との嵌合部において接合補助材が傾斜するようになることから、それぞれの接触面(側面、上面、下面)において部分的に加圧力が発生する。すなわち、接合ツールの加圧力(接合ツールの下降方向の力)を、接合ツールの構成部材である接合補助材1を介して、即ち、接合補助材1の変形を利用して、異なる力ベクトルに変換して、被接合部材3と接合補助材1との摺動面に働く加圧力を確保している。したがって、接合補助材は被接合部材に対して加圧力を発生させながら回転摺動することになるので、効果的に摩擦撹拌接合を行うことができ、強固な接合を実現できる。
Therefore, in this embodiment, in order to cope with the lack of joining force due to lack of pressure on the sliding surface, or the difficulty of transmitting rotational force against the pressure, the joining
本実施例において、接合補助材1は穴付き円盤状であり、図1Bに示すように、円盤状の接合補助材1を予め二つの被接合部材3の間に形成した空間に嵌合挟持させておき、その後、摩擦撹拌接合ツール本体2を降下させて接合補助材の穴と嵌合させる。回転力を確実に伝達させるために接合補助材1内面と摩擦撹拌接合ツール本体2の外面との接触面に凹凸を形成するようにしても良い。なお、接合補助材1は必ずしも穴付きである必要はない。単なる円盤状の部材とし、その中央部に摩擦撹拌接合ツール本体との嵌合部(凹部または凸部)を形成したものでも良い。摩擦撹拌接合ツール本体2を接合補助材1との連結を完了した後に、摩擦撹拌接合ツール本体2を回転させる。これにより、接合補助材1と被接合部材3とは回転摺動する。また、回転初期に大きな力を必要とするので、変形による加圧力は回転させてから発生させた方が良い。摩擦撹拌接合ツール本体2が所定の回転数になってから、図1Cに示すように、摩擦撹拌接合ツール本体2をさらに下降させる。これにより、図1Cに示すように、接合補助材1は外周よりも内側において下方向の力を受け、中央が窪む方向のたわみが発生する。また、回転摺動により摩擦熱が発生しているので、接合補助材1は変形しやすくなっている。これらにより、接合補助材が変形して、側面について注目すれば、水平方向への加圧力が発生する。これにより、接合補助材1の側面と被接合部材3の内周壁とが部分的に高い加圧力を発生しながら回転摺動する。また、接合補助材1の上下面にも局所的加圧部を発生する。これにより、接合補助材の上下面と被接合部材とが部分的に高い加圧力を発生しながら回転摺動する。これらにより、図1Dに示すように、接合補助材1で部分的に高い加圧力を発生させながら被接合部材3の接合面に摩擦撹拌層4が形成され、また、接合補助材自体が外周側面、上面、下面の三つの面で被接合部材との間で部分的に高い加圧力を発生させながら摩擦撹拌層4が形成される。すなわち、加圧力不足を生じることなく摩擦撹拌層4が形成され、強固な接合を実現できる。このようにして形成された接合面は、円盤状の接合補助材の上面、下面、外周面となり、わずかな隙間に局所応力が発生しても破断し難く、また、他の面の接合にも影響しないので接合信頼性が非常に高い。また、本実施例では、接合補助材を変形させて加圧力を調整できるようになっているので、加圧力を得るために過度な力で接合補助材を被接合部材に嵌合させておく必要がなく、実質的に準備することが困難な大きな回転力も必要がない。
In this embodiment, the joining
なお、本実施例および後述の実施例の摩擦撹拌接合方法を実施する際に用いる摩擦撹拌接合装置の一例を図11に示す。図11は摩擦撹拌接合装置の概略構成を説明する図である。
摩擦撹拌接合装置は、接合ツール(摩擦撹拌接合ツール本体)回転用モータ10、接合ツール(摩擦撹拌接合ツール本体)押圧用モータ(またはエアシリンダ)20、接合ツール(摩擦撹拌接合ツール本体)支持用アーム30、被接合部材を固定する固定治具40、固定治具をx−y方向に移動させるワークテーブル50、接合ツール(摩擦撹拌接合ツール本体)保持部60とから概略構成される。なお、これらの装置を駆動制御する制御装置(図示省略)が設けられる。また、図11においては、接合補助材の図示を省略している。接合補助材は、予め被接合部材3に取り付けたり、摩擦撹拌接合ツール本体2の先端に嵌合させたりしておく。
In addition, an example of the friction stir welding apparatus used when implementing the friction stir welding method of a present Example and the below-mentioned Example is shown in FIG. FIG. 11 is a diagram illustrating a schematic configuration of the friction stir welding apparatus.
The friction stir welding apparatus includes a welding tool (friction stir welding tool main body) rotating
なお、上述の実施例では、接合補助材を変形させるために、摩擦撹拌接合ツール本体を下降させているが、接合補助材の変形を得るには、被接合部材と接合補助材との回転軸方向の相対的変位があれば良いので、被接合部材3を上昇させるようにしても良い。
In the above-described embodiment, the friction stir welding tool main body is lowered in order to deform the joining auxiliary material. However, in order to obtain the deformation of the joining auxiliary material, the rotation shaft between the member to be joined and the joining auxiliary material is used. Since there is only a relative displacement in the direction, the
また、本実施例では、摩擦攪拌接合ツール本体2および接合補助材1を回転させているが、摩擦攪拌接合ツール本体2および接合補助材1を固定し、被接合部材3を回転させるようにしても良い。被接合部材3と接合補助材1を摺動接触させる場合には、摩擦攪拌接合ツール本体2は回転しないように保持され、摩擦攪拌接合の際には、接合補助材1と連結して接合補助材1の回転を阻止する。
In this embodiment, the friction stir welding tool
また、本実施例では、被接合部材に形成された穴の内側から摩擦撹拌接合する場合について説明したが、たとえば、被接合部材が管状部材の場合、外側から摩擦撹拌接合する場合にも適用できる。この場合、接合補助材の内径が管状部材の外径以上であり、接合補助材の外周部に摩擦撹拌接合ツール本体の加圧力を加えれば、接合補助材の変形により、接合補助材と被接合部材の摺動面に加圧力を確保することができる。 In the present embodiment, the case where the friction stir welding is performed from the inside of the hole formed in the member to be joined has been described. However, for example, when the member to be joined is a tubular member, the present invention can also be applied to the case where the friction stir welding is performed from the outside. . In this case, the inner diameter of the joining auxiliary material is equal to or larger than the outer diameter of the tubular member, and if the pressure of the friction stir welding tool body is applied to the outer peripheral portion of the joining auxiliary material, the joining auxiliary material and the object to be joined are deformed by the deformation of the joining auxiliary material. A pressing force can be secured on the sliding surface of the member.
図2A〜図2Bを用いて実施例2を説明する。本実施例は、実施例1の構成に加えて、図2Aに示すように、摩擦撹拌接合ツール本体2の被接合部材3挿入部外周に被接合部材の穴の内径よりの若干外径が小さい環状のカッター2Aを設けたものである。カッター2Aは、摩擦撹拌接合ツール本体2の下降動作とは独立に下降動作するように構成されている。被接合部材3の摩擦撹拌接合終了後に図2Bに示すように、カッター2Aを加圧降下して、被接合部材3の穴内部に残る接合補助材1の円盤部1Gを切断除去する。被接合部材3には接合補助材1の外径部1Fが一体化して残る。このように接合補助材1の円盤部1Gを切断除去することで、摩擦撹拌接合と同じ工程内において被接合部材3の穴を比較的スムースな円管路に成形することも可能である。
A second embodiment will be described with reference to FIGS. 2A to 2B. In the present embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, as shown in FIG. 2A, the outer diameter of the inserted portion of the bonded
図3A〜図3Cを用いて実施例3を説明する。図3Aは本実施例で用いられる接合補助材の一例を示す図であり、図3B〜図3Cは実施例3における接合方法の工程説明図である。本実施例も、厚板の積層板(2枚)の被接合部材3を穴の内部から摩擦攪拌接合する場合に適用したものである。なお、本実施例も二つの配管状の被接合部材3を内壁面側から摩擦攪拌接合する場合にも適用できる。
A third embodiment will be described with reference to FIGS. 3A to 3C. FIG. 3A is a diagram illustrating an example of a bonding auxiliary material used in the present embodiment, and FIGS. 3B to 3C are process explanatory diagrams of the bonding method according to the third embodiment. This embodiment is also applied to the case where the members to be joined 3 of thick laminated plates (two sheets) are subjected to friction stir welding from the inside of the hole. The present embodiment can also be applied to the case where two pipe-
厚板の積層板や配管の接合などで穴の内部から内壁面を摩擦撹拌接合する時には、摩擦撹拌接合ツール本体の回転運動、下降運動では得難い内壁面方向(摩擦撹拌接合ツール本体(接合補助材)の下降と垂直方向)への加圧力印加が望ましい。 When the inner wall surface is friction stir welded from the inside of a hole, such as by joining thick plates or pipes, the inner wall surface direction (friction stir welding tool body (joint aid It is desirable to apply pressure in the vertical direction).
本実施例は、接合補助材に摩擦撹拌接合ツール本体の下降圧力に応じて外周方向に変形しようとする形状的手段(構造的手段)を設けることにより、摩擦撹拌接合時に、接合補助材は外周(回転軸に対し垂直)方向への変形が生じ、被接合部材の内壁と接合補助材の外周面に十分な加圧力を発生させることが可能となるようにしたものである。すなわち、本実施例においても、接合ツールの下降方向の力を、接合ツールの構成部材である接合補助材1を介して、異なる力ベクトルに変換して、被接合部材3と接合補助材1との摺動面に働く加圧力を確保している。
In this embodiment, the joining aid is provided with a shape means (structural means) for deforming in the outer circumferential direction in accordance with the descending pressure of the friction stir welding tool body. Deformation in the direction (perpendicular to the rotation axis) occurs, and it is possible to generate sufficient pressure on the inner wall of the member to be joined and the outer peripheral surface of the joining auxiliary material. That is, also in the present embodiment, the force in the descending direction of the joining tool is converted into different force vectors via the joining
図3Aに示すように、接合補助材1は、長い(高い)すり割り(片側が開放している複数のスリット)1Bを設けたすり割り付き円筒形部分1Aを有し、すり割り付き円筒形部分1Aの内壁は先端が小径になるテーパ面となっている。すり割り付き円筒形部分1Aの外壁も内壁と同様に先端が小径になるテーパ面となっており、すり割り付き円筒形部分1Aはテーパ管(すり割り部肉厚一定、外壁も内壁と同じ角度のテーパ付き)として形成されている。なお、図3A(a)は接合補助材の概略断面図であり、図3A(b)は接合補助材を下方から見た図である。また、接合補助材1は、図3Bに示すように、すり割り付き円筒形部分1Aの内壁がテーパ面となっている点は図3Aと同じであるが、すり割り付き円筒形部分1Aの外壁が直管(すり割り部肉厚変化)として形成することもできる。
As shown in FIG. 3A, the joining
図3B及び図3Cに基づいて本実施例における接合方法を後者の接合補助材(すり割り部肉厚変化)を用いた場合を例として説明する。
接合補助材1は、図3Bに示すように、外形直管・内形テーパ管のすり割り付き円筒形部分1Aと、その上部に形成された穴あき円盤部1Cから構成されている。被接合部材3に予め形成された穴は、穴径が接合補助材1(すり割り付き円筒形部分1A)外径と同じか若干大きい。また、接合補助材1のすり割り付き円筒形部分1Aは、被接合部材3の穴の中に予め設置され、穴あき円盤部1Cの庇(鍔)1Hで被接合部材3の上面に支持される。接合補助材1のすり割り付き円筒形部分1Aの先端が被接合部材3の接合面を若干越える程度の付近となるのが好ましい。
Based on FIG. 3B and FIG. 3C, the joining method in a present Example is demonstrated by taking the case where the latter joining auxiliary material (slot part thickness change) is used as an example.
As shown in FIG. 3B, the joining
図3Bに示すように、摩擦撹拌接合ツール本体2が下降して摩擦撹拌接合ツール本体2の突起2Bが接合補助材1の穴あき円盤部1Cに形成された溝1Kと嵌合する。これにより、摩擦撹拌接合ツール本体2の回転運動が接合補助材1に伝達され、接合補助材1が回転し、接合補助材1(すり割り付き円筒形部分1A)の外周と被接合部材3の内壁とが摺動し摩擦撹拌を始める。接合補助材1の温度上昇も伴い摩擦撹拌接合ツール本体2の加圧力で摩擦撹拌接合ツール本体2は接合補助材1のすり割り付き円筒形部分1Aのテーパ管内に進行しながら摩擦撹拌が進められる。接合補助材のすり割り付き円筒形部分1Aは摩擦撹拌接合ツール本体2に押されて外周方向に開く力が加わりながら、被接合部材3の内壁と摩擦撹拌していく(図3C)。すなわち、接合補助材1の外周方向へ働く加圧力を被接合部材3の内壁が受けながら被接合部材3は摩擦撹拌接合される。
As shown in FIG. 3B, the friction stir welding tool
本実施例では、摩擦撹拌接合ツール本体2は下降するが、接合補助材1は穴あき円盤部1Hの庇(鍔)で被接合部材3の上面に支持されるため下降しない。これを考慮した摩擦撹拌接合ツール本体2と接合補助材1(穴あき円盤部1C)の嵌合形状が望まれ、ここでは回転運動を伝達するために、摩擦撹拌接合ツール本体2の外壁に突起2Bを、接合補助材の穴あき円盤部1Cの内壁に溝1Kを設け、さらに、溝1Kの深さ(回転軸方向の深さ)を摩擦撹拌接合ツール本体2の突起2Bが下降できる深さとしている。
In this embodiment, the friction stir welding tool
なお、図3Aに示すような、内外形ともテーパ管のすり割り付き円筒形部分1Aを有する接合補助材1を用いる場合、被接合部材3の穴の接合部内壁は、接合補助材1のすり割り部付き円筒形部分1Aの外壁と同様のテーパのある内壁(縮小管)とする。また、摩擦撹拌接合ツール本体2の外形は、接合補助材1のすり割り部付き円筒形部分1Aの内壁と合わせたテーパ付き外形とする。接合工程では、接合補助材1を被接合部材3の穴のテーパ部に設置し、その後、摩擦撹拌接合ツール本体2を挿入する。接合補助材1には摩擦攪拌接合ツール本体2の回転力、加圧力が伝達可能な嵌合形状(レンチやドライバー形状など)が適宜形成されている。但し、加圧力は接合補助材1の頭部ではなく、すり割り付き円筒形部分1Aの内壁テーパ部にかかるようにする。摩擦撹拌接合ツール本体2を回転・加圧することで、接合補助材1が回転し被接合部材3と摺動する。摩擦撹拌接合ツール本体2の加圧力は、接合補助材1のすり割り付き円筒形部分1Aの内壁テーパ面にかかるので、そのテーパ面に沿って摩擦撹拌接合ツール本体2の外周テーパ面が下降する。接合補助材1は被接合部材3の内壁テーパ面により下降できないように固定されているので、摩擦撹拌接合ツール本体2が下降する力は接合補助材1のすり割り付き円筒形部分1Aを押し広げる力となる。すなわち、接合補助材1の外周方向へ働く加圧力となり、この加圧力は、被接合部材3の内壁と接合補助材1の外周での回転摺動と共に、摩擦撹拌接合のエネルギーとなり、摩擦撹拌接合の接合性を改善させることができる。
In addition, when using the joining auxiliary |
なお、実施例1と同様に本実施例においても、接合補助材1を変形させるために、被接合部材3を上昇させるようにしても良いし、接合補助材と被接合部材とを回転摺動接触させるために、摩擦攪拌接合ツール本体2および接合補助材1を固定し、被接合部材3を回転させるようにしても良い。
As in the first embodiment, in this embodiment, in order to deform the joining
図4A〜図4Bを用いて実施例4を説明する。図4A〜図4Bは実施例4における接合方法の工程説明図である。本実施例も、厚板の積層板(2枚)の被接合部材3を穴の内部から摩擦攪拌接合する場合に適用したものである。なお、本実施例も二つの配管状の被接合部材3を内壁面側から摩擦攪拌接合する場合にも適用できる。
A fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 4A to 4B. 4A to 4B are process explanatory views of the joining method in the fourth embodiment. This embodiment is also applied to the case where the members to be joined 3 of thick laminated plates (two sheets) are subjected to friction stir welding from the inside of the hole. The present embodiment can also be applied to the case where two pipe-
本実施例は、実施例3と同様に、接合補助材に摩擦撹拌接合ツール本体の下降圧力に応じて外周方向に変形しようとする形状的手段(構造的手段)を設けることにより、摩擦撹拌接合時に、接合補助材は外周(回転軸に対し垂直)方向への変形が生じ、被接合部材の内壁と接合補助材の外周面に十分な加圧力を発生させることが可能となるようにしたものである。 In the present embodiment, similar to the third embodiment, the friction stir welding is performed by providing a shape auxiliary means (structural means) for deforming in the outer peripheral direction in accordance with the descending pressure of the friction stir welding tool body on the joining auxiliary material. Sometimes, the auxiliary joining material is deformed in the direction of the outer periphery (perpendicular to the rotation axis), so that sufficient pressure can be generated on the inner wall of the joined member and the outer peripheral surface of the joining auxiliary material. It is.
本実施例の接合補助部材1は、図4Aに示すように、基本的に円管形状で構成されており、上端と下端に比べ中間部が外周方向に円弧状に膨らんだ樽型形状となっている。被接合部材3の穴には段差部3Aが形成されている。段差部3Aは接合部よりも下方の内壁に形成されている。接合補助材1の下端(下面)は、被接合部材3の段差部3Aに支持されている。そして、接合補助部材1の中間部が被接合部材の接合部付近に位置するようになっている。摩擦撹拌接合ツール本体2は、接合補助材1に回転運動と接合補助材1の上面への加圧力を伝達可能な形状となっている。摩擦撹拌接合ツール本体2が下降して接合補助材1と嵌合し、摩擦撹拌接合ツール本体2の回転運動が接合補助材1に伝達され、接合補助材1が回転して被接合部材3の内壁と摺動し、被接合部材3の摩擦撹拌が開始される(図4A)。摩擦撹拌接合ツール本体2には下降方向への加圧力が加えられているが、接合補助材1は下面が被接合部材の段差部3Aに抑えられているので下降できない。接合補助材1の温度上昇も伴い摩擦撹拌接合ツール本体2の加圧力で接合補助材1は圧縮変形する。この変形は、接合補助材1の中間部が外周方向に開く力となり、そして、被接合部材の内壁への加圧力となる。この加圧力と回転摺動により効果的に被接合部材を摩擦撹拌していく(図4B)。すなわち、接合補助材1の外周方向への加圧力を被接合部材の内壁が受けながら摩擦撹拌接合される。
As shown in FIG. 4A, the joining
なお、接合補助材1を図4Aのように樽型形状としなくても本実施例と同様な作用で内壁面方向への加圧力印加を得ることができる。例えば、接合補助材1を内外形とも基本的に円管(直管)形状とし、高さ方向の中間部が上端と下端に比べ薄肉となるように形成する。例えば、接合補助材の内壁の中間部に段差やテーパを部分的に形成し、薄肉部を形成する。なお、さらに接合補助材の外壁の中間部が若干外周方向に膨らむ形状とすることが好ましい。接合工程では、接合補助材1に摩擦撹拌接合ツール本体2が嵌合し、接合補助材1が回転・加圧される。この時、加圧力は接合補助材1が被接合部材3の穴の段差で押さえられているので、接合補助材1を圧縮する力となる。接合補助材1は、上述のように中間部が薄肉となっており、また、外側に変形しやすい形状となっているので、圧縮されると中間部が外周方向にさらに膨らむ形状となろうとする。すなわち、接合補助材1の外周方向への加圧力となり、この加圧力は、被接合部材3の内壁と接合補助材1の外周での回転摺動と共に、摩擦撹拌接合のエネルギーとなり、摩擦撹拌接合の接合性を改善させることができる。
In addition, even if the joining
なお、実施例1と同様に本実施例においても、接合補助材1を変形させるために、被接合部材3を上昇させるようにしても良いし、接合補助材と被接合部材とを回転摺動接触させるために、摩擦攪拌接合ツール本体2および接合補助材1を固定し、被接合部材3を回転させるようにしても良い。
As in the first embodiment, in this embodiment, in order to deform the joining
図5A〜図5Bを用いて実施例5を説明する。図5A〜図5Bは実施例5における接合方法の工程説明図である。本実施例は、二つの配管状の被接合部材3を内壁面側から摩擦攪拌接合する場合に適用したものである。なお、本実施例も厚板の積層板(2枚)の被接合部材3を穴の内部から摩擦攪拌接合する場合にも適用できる。
Example 5 will be described with reference to FIGS. 5A to 5B. 5A to 5B are process explanatory views of the joining method in the fifth embodiment. This embodiment is applied to the case where two pipe-
実施例4において被接合部材3の穴に形成される段差部3Aは、その段差部と接合補助材1の下面との接触面積により、接合補助材1の回転阻害と成り得る。すなわち、摩擦撹拌接合ツール本体2の下降方向の加圧力を十分に受けるには面積が大きいほど良いが、その加圧力が働く面(段差)と摺動しながら接合補助材を高速回転させる必要があり、面積拡大は回転力不足を生じる要因になる。
In the fourth embodiment, the stepped
この対策手段として、本実施例では、被接合部材1の穴には段差を形成せず、接合補助材1を、摩擦撹拌接合ツール本体2とは反対側から被接合部材1の穴に挿入された台座6に設置されるようにする。この台座6は、回転可能になっており、また、下降しないように別途支持されている。すなわち、本実施例では、接合補助材1の下端(摩擦撹拌接合ツール本体2による加圧面とは反対側の面)は、接合工程中に回転可能な受圧面に接している。これにより、接合補助材1の回転に合わせて台座6も回転し、回転阻害となることなく、下降方向への加圧力は受け止めて、接合補助材1の変形エネルギー(被接合部材の内壁に働く加圧力)の発生が可能となる。
As a countermeasure, in this embodiment, no step is formed in the hole of the
図5Aに示すように、本実施例では、接合補助材1はすり割り付きテーパ管で構成されており、被接合部材3の接合面付近もテーパ管となっている。そして、接合補助材1は回転可能で高さ方向の位置が固定された治具である台座6に乗せられている。そして、図5Bに示すように、摩擦攪拌接合ツール本体2を下降させることにより、すり割り部付き円筒形部分1Aにおいて外周方向の加圧力が発生する。この接合補助材に発生する加圧力と接合補助材の回転により摩擦撹拌接合が効果的に行われる。また、本実施例では、接合補助材1の下降抑制を庇部(鍔部)ではなく回転可能な台座で抑制しているので、庇部と被接合部材3の上面との間で摺動がなく、回転阻害とならない。
As shown in FIG. 5A, in this embodiment, the joining
なお、実施例1と同様に本実施例においても、接合補助材1を変形させるために、被接合部材3を上昇させるようにしても良いし、接合補助材と被接合部材とを回転摺動接触させるために、摩擦攪拌接合ツール本体2および接合補助材1を固定し、被接合部材3を回転させるようにしても良い。この場合、台座6も固定となる。
As in the first embodiment, in this embodiment, in order to deform the joining
図6A〜図6Bを用いて実施例6を説明する。図6A〜図6Bは実施例6における接合方法の工程説明図である。本実施例も、厚板の積層板(2枚)の被接合部材3を穴の内部から摩擦攪拌接合する場合に適用したものである。なお、本実施例も二つの配管状の被接合部材3を内壁面側から摩擦攪拌接合する場合にも適用できる。
Example 6 will be described with reference to FIGS. 6A to 6B. 6A to 6B are process explanatory views of the joining method in the sixth embodiment. This embodiment is also applied to the case where the members to be joined 3 of thick laminated plates (two sheets) are subjected to friction stir welding from the inside of the hole. The present embodiment can also be applied to the case where two pipe-
本実施例は、図6Aに示すように、実施例5と同様に、接合補助材1の下端は、接合工程中に回転可能な台座6(回転可能な受圧面)に接するようにしている。台座6は下降しないように(高さが維持できるように)別途支持されている。本実施例における接合補助材1は、実施例4と同じ樽型形状のものが用いられている。被接合部材3に形成された穴の内壁は、実施例4と異なり、段差が形成されておらず、円管状に形成されている。従って、接合補助材1は、被接合部材1の上面から穴に挿入され、その下端は、高さが固定された回転可能な台座6に載せられる。
In this embodiment, as shown in FIG. 6A, the lower end of the joining
図6Bに示すように、摩擦撹拌接合ツール本体2を回転させながら下降させると、接合補助材1は下降しないように台座6で支持されているので、実施例4と同様に、接合補助材1の中間部が外周方向に膨らみ、被接合部材3の穴の内壁に対して外周方向加圧力を働かせながら被接合部材3の摩擦撹拌接合を行う。本実施例では、接合補助材1の下降抑制を被接合部材に形成した段差部ではなく回転可能な台座で行うようにしている。従って、接合補助材1に変形を生じさせるために摩擦撹拌接合ツール本体2により接合補助材1に大きな加圧力を加えても、接合補助材1の下端は被接合部材と摺動接触していないので、回転阻害とならない。
As shown in FIG. 6B, when the friction stir
なお、実施例1と同様に本実施例においても、接合補助材1を変形させるために、被接合部材3を上昇させるようにしても良いし、接合補助材と被接合部材とを回転摺動接触させるために、摩擦攪拌接合ツール本体2および接合補助材1を固定し、被接合部材3を回転させるようにしても良い。この場合、台座6も固定となる。
As in the first embodiment, in this embodiment, in order to deform the joining
図7A〜図7Bに基づき実施例7を説明する。図7Aおよび図7Bは実施例7における接合方法の工程説明図である。本実施例は、積層した板材をスポット的に摩擦攪拌接合する方法に適用したものである。 A seventh embodiment will be described with reference to FIGS. 7A to 7B. 7A and 7B are process explanatory views of the joining method in Example 7. FIG. This embodiment is applied to a method of spot-stirring friction stir welding of laminated plate materials.
被接合部材3は積層された板材であり、その上に円盤状の接合補助材1が載置されている(図7A)。円盤状の接合補助材1の外径は、摩擦撹拌接合ツール本体2の外径(接合補助材1に対する加圧部の外径)より大きい。摩擦攪拌接合ツール本体2は回転しながら下降し、接合補助材3と接する。
The
ここで、摩擦撹拌接合ツール本体2から接合補助材1には、回転・加圧が伝達される嵌合が必要となる。接合補助材1にその嵌合形状を形成することも可能であるが、摩擦撹拌接合ツール本体2の接合補助材1との接触面に、図8(b)に示すような爪2Cを設けて回転伝達されるようにすると、接合補助材1は単純な円盤形状とすることができる。なお、図8(a)は摩擦撹拌接合ツール本体2の先端部の側面図であり、図8(b)は摩擦撹拌接合ツール本体2の先端部を下方から見た図である。摩擦撹拌接合ツール本体2の先端部にこのような回転伝達手段を形成すれば、摩擦撹拌接合ツール本体2と接合補助材1の接触面積が小さくなるので、摩擦熱の接合補助材1から摩擦撹拌接合ツール本体2、さらには摩擦撹拌接合ツール本体2を介して回転・加圧源となる装置への熱伝導が低減され、摩擦撹拌部の温度上昇が図れ、接合性が改善される。
Here, the friction stir welding tool
図7Aに示すように、接合補助材1は回転運動が与えられながら加圧され、摩擦撹拌が開始される。摩擦撹拌開始当初は接合補助材1が平板形状を維持して被接合部材3とその底面が全面接触して摺動する。このとき、摩擦撹拌接合ツール本体2が円盤状の接合補助材1に与える力ベクトルは、被接合部材3との接触面全体に略均一・同方向である。すなわち、円盤状の接合補助材1の硬度などによるが、円盤状の接合補助材1が被接合部材3に与える力ベクトルは、摩擦撹拌接合ツール本体の接合補助材への接触面の下面のみでなく、その周囲にも及ぶ。しかし、摩擦撹拌接合ツール本体2は接合補助材1の中心部を加圧するため、次第に接合補助材1はたわみ変形を起こし、中心部がくぼみながら被接合部材3に沈み込んでいく(図7B)。すなわち、摩擦撹拌接合ツール本体2の下面(中心部)から周囲に向けて、徐々に小さくなる力ベクトルに変換し、さらに、時間経過と共に円盤状の接合補助材は変形するので、周辺部の力ベクトルはさらに小さくなる。また、摩擦撹拌接合ツール本体外周の近辺では、力ベクトルの方向も斜めに変わっている。つまり、接合補助材1のたわみ変形に伴い、接合補助材1と被接合部材3の摺動面積、摩擦熱発生状態、加圧力が変化しながら、被接合部材3は軟化、塑性流動を起こして接合される(図7C)。その後、摩擦撹拌接合ツール本体2を回転したまま引き上げれば、接合補助材1は被接合部材3から離脱して、図7Dのように被接合部材3のみの積層板が得られる。また、摩擦撹拌接合ツール本体2の回転を停止した後に引き上げることで、接合補助材1を被接合部材3と一体化したまま残すことも可能である。接合補助材1と被接合部材3の一体化は、接合補助材と被接合部材の材質によっても設定可能であり、接合補助材1の材質、特に剛性(弾性)や厚さなどにより、被接合部材の接合状態を制御することも可能である。
As shown in FIG. 7A, the joining
本実施例では、まず広範囲に摩擦熱が発生し、接合補助材1のたわみに応じて次第に中央部が高い分散荷重となる。また、接合補助材1のたわみ変形は、摩擦撹拌接合ツール本体2の形状よりも緩やかな曲面となる被接合部材3との接触面をもたらす。従って、摩擦撹拌部は常にその周囲に摩擦熱による軟化部を伴い、急激な荷重(力のベクトル)変化点も無いので、被接合部材3の局所的な薄肉化や表面浮上り変形を低減した積層スポット摩擦撹拌接合が可能となる。
In this embodiment, first, frictional heat is generated in a wide range, and the central portion gradually becomes a high distributed load according to the deflection of the joining
なお、実施例1と同様に本実施例においても、接合補助材1を変形させるために、被接合部材3を上昇させるようにしても良いし、接合補助材と被接合部材とを回転摺動接触させるために、摩擦攪拌接合ツール本体2および接合補助材1を固定し、被接合部材3を回転させるようにしても良い。
As in the first embodiment, in this embodiment, in order to deform the joining
実施例7のバリエーションのひとつとなる実施例8を図9A〜図9Dに基づき説明する。本実施例と実施例7との構成上の差異は、接合補助材1の形状が単純円盤形ではなく皿形(略円錐台形あるいは半球形)としたことである。図9Aに示すように、この皿形の接合補助材1を伏せる方向で(中央部1Dに被接合部材平面との隙間を持つように)載置する。摩擦攪拌接合ツール本体2は回転しながら下降し接合補助材3と接することで、接合補助材1に回転運動が与えられながら被接合部材3を加圧する。摩擦撹拌開始当初は接合補助材1が皿形形状を維持して被接合部材3と接合補助材1の外周部1Eの底面が接触して摺動する。しかし、摩擦撹拌接合ツール本体2は接合補助材1の中央部1Dを加圧するため、次第に接合補助材1の中心部1Dがくぼみ、被接合部材3に接触・摺動する(図9C)。接合補助材1の全体のたわみ変形も伴い、図9Cのように中央部1Dに大きな荷重を受けて被接合部材3は軟化・塑性流動して接合する。つまり、まず外周部1Eから摩擦撹拌を開始し、最終的には中央部1Dが摩擦撹拌されて、被接合部材3は軟化、塑性流動を起こして接合される。
An eighth embodiment, which is one variation of the seventh embodiment, will be described with reference to FIGS. 9A to 9D. A difference in configuration between the present embodiment and the seventh embodiment is that the shape of the joining
本実施例では、実施例7よりさらに被接合部材3の局所的な薄肉化や表面浮上り変形を低減した積層スポット摩擦撹拌接合が可能となる。 In this embodiment, the laminated spot friction stir welding in which local thinning of the member to be joined 3 and surface lifting deformation are further reduced than in the seventh embodiment is possible.
なお、実施例1と同様に本実施例においても、接合補助材1を変形させるために、被接合部材3を上昇させるようにしても良いし、接合補助材と被接合部材とを回転摺動接触させるために、摩擦攪拌接合ツール本体2および接合補助材1を固定し、被接合部材3を回転させるようにしても良い。また、実施例7と同様に本実施例においても、接合補助材1を被接合部材3から脱離させるか、一体化させるかの選択が可能である。
As in the first embodiment, in this embodiment, in order to deform the joining
実施例7のもうひとつのバリエーションとなる実施例9を図10A〜図10Dに基づき説明する。本実施例と実施例7および8との構成上の差異は、図10Aに示すように、接合補助材1を開いた方向で(中央部1Dが被接合部材3の平面と接触し、外周部1Eは隙間を持つように)載置することと、接合補助材1の外径が摩擦撹拌接合ツール本体2の外径と略同じであること、そして、摩擦撹拌接合ツール本体2とは接合補助材1の外周部1Eが接触・受圧することである。
A ninth embodiment, which is another variation of the seventh embodiment, will be described with reference to FIGS. 10A to 10D. As shown in FIG. 10A, the structural difference between the present example and the examples 7 and 8 is that the joining
摩擦攪拌接合ツール本体2は回転しながら下降し接合補助材3と接することで、接合補助材1に回転運動が与えられながら被接合部材3を加圧する。図10Bに示すように、摩擦撹拌開始当初は接合補助材1が皿形形状を維持して被接合部材3とその中央部1Dの底面が接触して摺動し、その中央部1Dが被接合部材3に食い込みながら摩擦撹拌していく。しかし、摩擦撹拌接合ツール本体2は接合補助材1の外周部1Eを加圧するため、図10Cに示すように、次第に接合補助材1の外周部1Eがつぶれ、被接合部材3に接触・摺動する。そして、図10Dのように接合補助材1の外周部1Eに大きな荷重を受けて被接合部材は軟化・塑性流動して接合する。摩擦撹拌接合ツール本体2は、接合補助材1の外周部1Eと接し中央部1Dは逃げているので、外周部1Eに高い荷重がかかり、被接合部材3の摩擦撹拌部は中央部1Dに対応する箇所にも塑性流動する。つまり、まず中央部1Dに接する箇所から摩擦撹拌を開始し、最終的には外周部1Eに接する箇所が摩擦撹拌されて、被接合部材3は軟化、塑性流動を起こして接合される。従って、比較的平坦な接合面を得ることが可能となる。
The friction stir welding tool
なお、実施例1と同様に本実施例においても、接合補助材1を変形させるために、被接合部材3を上昇させるようにしても良いし、接合補助材と被接合部材とを回転摺動接触させるために、摩擦攪拌接合ツール本体2および接合補助材1を固定し、被接合部材3を回転させるようにしても良い。また、実施例7と同様に本実施例においても、接合補助材1を被接合部材3から脱離させるか、一体化させるかの選択が可能である。
As in the first embodiment, in this embodiment, in order to deform the joining
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加,削除,置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
1・・・接合補助材、1A・・・すり割り部付き円筒形部分、1B・・・すり割り、1C・・・穴あき円盤部、1D・・・中央部、1E・・・外周部、1F・・・被接合部材に残る接合補助材の外径部、1G・・・切断される接合補助材の円盤部、1H・・・庇(鍔)、1K・・・溝、2・・・摩擦撹拌接合ツール本体、2A・・・カッター、2B・・・突起、2C・・・爪、3・・・被接合部材、3A・・・段差部、4・・・摩擦攪拌層、6・・・回転台座、10・・・接合ツール回転用モータ、20・・・接合ツール押圧用モータ(またはエアシリンダ)、30・・・接合ツール支持用アーム、40・・・固定治具、50・・・ワークテーブル、60・・・接合ツール保持部。
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記摩擦攪拌接合工程中に前記接合補助材と前記被接合部材の摺動面における前記接合補助材の加圧力を、前記接合補助材の変形を利用して発生または調整するようにし、
摩擦攪拌接合工程終了後には、前記接合補助材を摩擦攪拌接合ツール本体から分離することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 A joining auxiliary material that slidingly contacts the member to be joined and friction stirs the member to be joined, and is rotationally driven and is detachably connected to the joining auxiliary material. A method of friction stir welding the members to be joined using a friction stir welding tool provided with a friction stir welding tool body connected to an auxiliary material and rotating together with the joining auxiliary material,
During the friction stir welding step, the pressure of the joining aid on the sliding surface of the joining aid and the member to be joined is generated or adjusted using deformation of the joining aid,
After completion of the friction stir welding process, the welding auxiliary material is separated from the friction stir welding tool body.
前記摩擦撹拌接合ツール本体を回転駆動するのに代えて、前記被接合部材を回転駆動し、
前記被接合部材を回転させて前記被接合部材と前記接合補助材を摺動接触させる場合には、前記摩擦攪拌接合ツール本体を回転しないように保持し、前記摩擦攪拌接合行程中は、前記接合補助材と連結して前記接合補助材の回転を阻止することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method according to claim 1,
Instead of rotationally driving the friction stir welding tool body, rotationally driving the member to be joined,
When the member to be joined is rotated to bring the member to be joined and the joining auxiliary material into sliding contact, the friction stir welding tool main body is held so as not to rotate, and during the friction stir welding process, the joining is performed. A friction stir welding method characterized in that it is connected to an auxiliary material to prevent rotation of the auxiliary bonding material.
前記接合補助材の変形は、前記摩擦攪拌接合ツールを下降させることにより前記摩擦攪拌接合ツールと前記被接合部材との間に相対的変位を生じさせて発生させることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method according to claim 1 or 2,
The friction stir welding method is characterized in that the deformation of the joining auxiliary material is caused by causing a relative displacement between the friction stir welding tool and the member to be joined by lowering the friction stir welding tool. .
前記接合補助材を予め前記被接合部材に取り付けてから前記摩擦攪拌接合ツール本体を前記接合補助材と連結して回転させるようにしたことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 In the friction stir welding method according to any one of claims 1 to 3,
A friction stir welding method, comprising: attaching the joining auxiliary material to the member to be joined in advance; and rotating the friction stir welding tool main body connected to the joining auxiliary material.
前記被接合部材は穴が形成され、該穴の内側に前記接合補助材を前記被接合部材により挟み込むように取り付け、
前記接合補助材は、円盤状あるいは穴付き円盤状であり、その中央付近が前記摩擦撹拌接合ツール本体により加圧され、該中央付近が窪む方向に全体がたわみ変形を生じながら前記被接合部材と摺動接触することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method according to any one of claims 4,
A hole is formed in the member to be joined, and the joining auxiliary material is attached inside the hole so as to be sandwiched by the member to be joined,
The joining auxiliary material has a disk shape or a disk shape with a hole, and the vicinity of the center is pressed by the friction stir welding tool body, and the member to be joined is deformed in the direction in which the vicinity of the center is depressed. Friction stir welding method characterized by sliding contact with.
前記被接合部材は穴が形成され、該穴の内側と前記接合補助材とが摺動接触するようにし、
前記接合補助材は、前記摩擦撹拌接合工程中に前記接合補助材の外周方向への変形が生じる構造的手段を有していることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method according to any one of claims 1 to 4,
A hole is formed in the member to be joined, and the inside of the hole and the joining auxiliary material are in sliding contact,
The method of friction stir welding, wherein the joining auxiliary material has a structural means that causes deformation in the outer peripheral direction of the joining auxiliary material during the friction stir welding step.
前記接合補助材は、すり割りを持つ環状部を有し、前記すり割りが形成された前記環状部の内壁をテーパ面とし、前記摩擦撹拌接合ツール本体を前記環状部に挿入することにより前記接合補助材が外周方向へ変形するように構成されていることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method according to claim 6,
The joining auxiliary material has an annular portion having a slit, and an inner wall of the annular portion in which the slit is formed has a tapered surface, and the joining is performed by inserting the friction stir welding tool body into the annular portion. A friction stir welding method, wherein the auxiliary material is configured to be deformed in the outer circumferential direction.
前記接合補助部材は、前記摩擦撹拌接合ツール本体に加圧され上下につぶれた時に前記接合補助材の略中央部が外周方向に膨らむ形状を有することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method according to claim 6,
The friction stir welding method according to claim 1, wherein the joining auxiliary member has a shape in which a substantially central portion of the joining aid material swells in an outer peripheral direction when the friction stir welding tool body is pressed and crushed up and down.
前記接合補助材の下端が、前記摩擦撹拌接合工程中に回転可能な受圧面に接していることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method according to any one of claims 1 to 8,
A friction stir welding method, wherein a lower end of the joining auxiliary material is in contact with a pressure-receiving surface that is rotatable during the friction stir welding step.
前記接合補助材は円盤状の接合補助材であり、前記摩擦撹拌接合ツール本体の前記接合補助材に対する加圧部の外径より大きい外径を有することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method according to any one of claims 1 to 4,
The friction stir welding method, wherein the joining auxiliary material is a disk-shaped joining auxiliary material, and has an outer diameter larger than an outer diameter of a pressurizing portion of the friction stir welding tool body with respect to the joining auxiliary material.
前記接合補助材は皿型であり、前記摩擦撹拌接合ツール本体による受圧で平坦円盤形に近づく変形を生じながら、前記被接合部材を摩擦撹拌することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method according to any one of claims 1 to 4,
The friction stir welding method according to claim 1, wherein the joining auxiliary material is dish-shaped, and the members to be joined are frictionally stirred while causing deformation to approach a flat disk shape by pressure received by the friction stir welding tool body.
前記皿形の接合補助材の凸面側が前記摩擦撹拌接合ツール本体側に、かつ、凹面側が前記被接合部材に対向するように配置したことを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method according to claim 11,
A friction stir welding method, wherein the dish-shaped joining auxiliary material is arranged so that a convex surface side thereof faces the friction stir welding tool main body side and a concave surface side faces the member to be joined.
前記皿形の接合補助材の凹面側が前記摩擦撹拌接合ツール本体側に、かつ、凸面側が前記被接合部材に対向するように配置したことを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method according to claim 11,
A friction stir welding method, wherein the dish-shaped joining auxiliary material is disposed such that a concave surface side thereof faces the friction stir welding tool main body side and a convex surface side faces the member to be joined.
前記接合補助材は、前記摩擦撹拌接合工程終了後に前記被接合部材から脱離させることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method according to any one of claims 1 to 4 and 6 to 13,
The friction stir welding method, wherein the joining auxiliary material is detached from the member to be joined after completion of the friction stir welding step.
前記接合補助材は、前記摩擦撹拌接合工程終了後は、前記被接合部材と一体化される、あるいは部分的に除去され残部が前記被接合部材と一体化されて残されることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method according to any one of claims 1 to 13,
After the friction stir welding process is completed, the joining auxiliary material is integrated with the member to be joined, or is partially removed, and the remaining part is left integrally with the member to be joined. Stir welding method.
前記接合補助材と前記摩擦攪拌接合ツール本体とを備えた摩擦撹拌接合ツールと、前記摩擦撹拌接合ツール本体を回転駆動する手段と、前記摩擦撹拌接合ツール本体の押圧力を調整し前記接合補助材を変形させる押圧手段とを有することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 A friction stir welding apparatus for performing the friction stir welding method according to any one of claims 1 to 4,
Friction stir welding tool comprising the welding aid and the friction stir welding tool body, means for rotationally driving the friction stir welding tool body, and adjusting the pressing force of the friction stir welding tool body to adjust the joining aid A friction stir welding apparatus, comprising: a pressing means for deforming the head.
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