JP2016203223A - Friction pressure-welding method and conjugate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摩擦圧接(摩擦溶接)方法に係り、特に管状部材の摩擦圧接方法及びそれにより得られた接合体に関する。 The present invention relates to a friction welding (friction welding) method, and more particularly to a friction welding method for a tubular member and a joined body obtained thereby.
管状部材を摩擦圧接する方法としては、例えば、特許文献1や特許文献2に記載の方法がある。
特許文献1では、相対的に小さい肉厚に形成された肉薄パイプと、相対的に大きい肉厚に形成され、肉薄パイプの肉厚よりも小さい肉厚に形成された肉薄パイプに対する接合面を有する肉厚パイプとを準備し、肉薄パイプと肉厚パイプとを摩擦圧接法により接合することにより、接合部分において優れた耐久信頼性が得られるパイプの接合方法を提案している。
As a method of friction welding the tubular member, for example, there are methods described in
In
特許文献2では、2つの接合部材の互いの端面を摩擦圧接によって接合した接合体は、2つの接合部材のうち少なくとも一方に形成され、2つの接合部材の接合面に開口する中空部と、中空部の内周面であって接合面から軸方向に離間した位置に環状に形成される溝部とを備え、接合面の内周側に生じるビードを除去することなく接合体の耐久性の低下を抑制している。
In
特許文献1及び2も含め、従来、摩擦圧接においては、接合面から発生するバリについての対策が種々提案されている。すなわち、摩擦圧接時には、接合部材の端面部の母材が塑性流動によって接合面の外周側及び内周側に排出されてバリが形成される。
特許文献1では、肉厚パイプは肉薄パイプの肉厚よりも小さい肉厚に形成された接合面を有するため、接合工程で生じるバリが肉厚パイプ側から受ける力を小さく抑えることができ、これにより、肉薄パイプ側へと向かうシャープエッジ形状のバリが形成されることを抑制でき、接合部分において、優れた耐久信頼性を得ることができるとされている。
特許文献2では、中空部の内周面であって接合面から軸方向に離間した位置に環状に形成される溝部を備えることによって、バリの根元部に発生する応力を小さくすることができ、バリを除去しなくても耐久性の低下を抑制できるとされている。
Conventionally, including
In
In
ところで、摩擦圧接においては、接合部材の端部が変形し、接合部から押し出される母材の量によってより代が決まる。良好な接合面を得るには接合部から押し出される母材の量(バリの量)をある程度多くする必要がある。より代は、摩擦圧接の際に損耗した接合部材であり、縮み代とも言う。通常、両接合部材に同じ程度の縮み代が発生する。しかしながら、本発明者らの検討によれば、一方の接合部材に多くの縮み代を確保できない場合がある。従来の摩擦圧接では、このような課題について配慮されていなかった。 By the way, in friction welding, the end portion of the joining member is deformed, and the allowance is further determined by the amount of the base material pushed out from the joining portion. In order to obtain a good joint surface, it is necessary to increase the amount of the base material pushed out from the joint (the amount of burrs) to some extent. The margin is a joining member that has been worn out during friction welding, and is also referred to as a shrinkage margin. Usually, the same amount of shrinkage occurs in both joining members. However, according to the study by the present inventors, there is a case where a lot of shrinkage allowance cannot be secured for one joining member. In the conventional friction welding, such a problem has not been considered.
本発明の目的は、一方の接合部材に多くの縮み代を確保しなくても良好な接合面を得るために接合部から押し出される母材の量(バリの量)を確保することが可能な摩擦圧接方法及び接合体を提供することにある。 The object of the present invention is to secure the amount of the base material (the amount of burrs) pushed out from the joint portion in order to obtain a good joint surface without securing a large shrinkage allowance for one joint member. It is an object to provide a friction welding method and a joined body.
本発明は、環状の接合部端面を有する第一の接合部材と環状の接合部端面を有する第二の接合部材を摩擦圧接する摩擦圧接方法であって、接合部端面近傍における外周に環状に形成された凹部を有する第一の接合部材と、第一の接合部材の接合部端面の肉厚と実質的に同じ肉厚の接合部端面を有する第二の接合部材とを準備し、第一の接合部材と第二の接合部材を摩擦圧接し、第一の接合部材及び第二の接合部材の準備段階における接合部端面における肉厚よりも摩擦圧接による接合部の肉厚が薄くなるように摩擦圧接による接合部の外周の切削加工を行うことを特徴とする。 The present invention is a friction welding method in which a first joining member having an annular joint end face and a second joining member having an annular joint end face are friction welded and formed annularly on the outer periphery in the vicinity of the joint end face Preparing a first joining member having a recessed portion and a second joining member having a joint end face having substantially the same thickness as the thickness of the joint end face of the first joining member, Friction welding the joining member and the second joining member so that the thickness of the joint by friction welding is thinner than the thickness at the joint end face in the preparation stage of the first joining member and the second joining member. The outer periphery of the joint is cut by pressure welding.
本発明によれば、第2の接合部材に多くの縮み代を確保しなくても、接合部から押し出される母材の量(バリの量)を確保することが可能となり、良好な接合面を得ることができる。
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 ensure the amount of base material (the amount of burrs) pushed out from the joined portion without securing a large amount of shrinkage in the second joining member, and a good joining surface can be obtained. Can be obtained.
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.
図1〜図5を用いて本発明の摩擦圧接方法の基本概念を説明する。
管状の接合部材を摩擦圧接する場合は、通常、両接合部材に同じ程度の縮み代が発生する。これは両接合部材の接合部端面における肉厚が同じ程度であるからである。しかしながら、後述の実施例における高圧センサのように、一方の接合部材に多くの縮み代を確保できない場合がある(高圧センサの場合、ダイアフラムの構成部材に多くの縮み代を確保することが困難)。一方で、摩擦圧接において、良好な接合面を得るには、金属表面の酸化被膜や汚れ、接合部材端面の凹凸などを接合部から十分に除去するために多くの母材金属を排出させるようにすることが望ましい。また、接合部における結晶粒を十分に微細化するためにするために、高温・高加圧することが必要であるが、高温・高加圧すれば多くの母材金属が接合部から排出される。言い換えれば、良好な接合面を得るには、高温・高加圧が必要であるが、一方の接合部材に縮み代を多く確保できない場合には、良好な接合面を得るために高温・高加圧することが難しいことを意味する。
The basic concept of the friction welding method of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the case of friction welding the tubular joining members, the same amount of shrinkage is usually generated in both joining members. This is because the thickness at the joint end face of both joint members is the same. However, there are cases where a large amount of shrinkage cannot be ensured for one joining member, as in the case of the high pressure sensor described later (in the case of a high pressure sensor, it is difficult to ensure a large amount of shrinkage for the constituent members of the diaphragm). . On the other hand, in friction welding, in order to obtain a good joint surface, a large amount of base metal is discharged in order to sufficiently remove the oxide film and dirt on the metal surface, unevenness on the end face of the joint member, etc. from the joint. It is desirable to do. Moreover, in order to sufficiently refine the crystal grains in the joint, it is necessary to apply high temperature and high pressure, but if the high temperature and high pressure are applied, a large amount of base metal is discharged from the joint. . In other words, in order to obtain a good joint surface, high temperature and high pressure are required. However, if a large amount of shrinkage cannot be secured for one joint member, high temperature and high pressure are required to obtain a good joint surface. It is difficult to press.
そこで、先ず、図1に示すように、縮み代を多く確保できない接合部材を接合部材2とすると、接合部材2が接合される他方の接合部材1における接合部近傍の外周に環状の凹部を形成する。接合部材1の端面における肉厚t1と接合部材2の端面における肉厚t2は実質的に同じ肉厚を有するように接合部材1,2を形成しておく。この肉厚t1,t2は摩擦圧接工程後の後加工工程(切削工程)で得られる接合部の最終的な肉厚t5よりも大きく設定される。
Therefore, as shown in FIG. 1, when a joining member that cannot secure a large amount of shrinkage is assumed to be the joining
上述のように形成した接合部材1と接合部材2とを摩擦圧接する。図1の実施例では、接合部材1側を回転・加圧側としているが、接合部材2側を回転・加圧するようにしても良い。また、一方の接合部材側を回転させ、他方の接合部材側を外部から加圧しても良い。
The joining
通常の摩擦圧接と同様に、P0圧力(予熱圧力)で接合部材を摩擦接触させ(予熱工程)、その後、P0圧力より大きいP1圧力(摩擦圧力)で接合部材を摩擦圧接して所望の加熱状態とする(摩擦発熱工程)。そして、接合に適した所望の加熱状態になった時に接合部材1を回転保持している保持部の主軸にブレーキをかけて回転を急停止させ、P1圧力よりもさらに高いP2圧力(アプセット圧力)で加圧し摩擦圧接を行う(アプセット工程)。図2はアプセット工程が開始される状態を示す。図2に示すように、摩擦発熱工程でもある程度の母材が接合部から排出されてバリ4が形成されている。
As with normal friction welding, the joining member is frictionally contacted with P0 pressure (preheating pressure) (preheating process), and then the joining member is friction welded with P1 pressure (friction pressure) larger than P0 pressure to obtain a desired heating state. (Friction heat generation process). Then, when the desired heating state suitable for joining is reached, the main shaft of the holding portion that holds the joining
アップセット工程を完了すると、図3に示すように多くの母材が接合部から内周側と外周側に押し出される(排出される)。 When the upset process is completed, as shown in FIG. 3, many base materials are pushed out (discharged) from the joint portion to the inner peripheral side and the outer peripheral side.
本実施例では、摩擦発熱工程において、接合部材1の接合部の温度が接合部材2の接合部の温度よりも高温に加熱される。すなわち、接合部材1の接合部近傍に凹部3を形成しているので、摩擦発熱で生成した熱の伝熱路の断面積が、接合部材2よりも小さくなり、接合部材1側の接合部の温度がより高温に加熱される。また、接合部材1の接合部の内周側が外周側よりも高温となる。すなわち、接合部材1側及びその内周側がより軟化した状態となる。
In the present embodiment, in the frictional heat generation step, the temperature of the bonding portion of the
このため、図3に示すように、アップセット工程において、接合部から排出される母材金属の量は、接合部材1の方が多く、また、接合部材1の内周側の方が多くなる。4-1は第1の接合部材側バリを示し、4-2は第2の接合部材側バリを示している。このアップセット工程においては、接合部から排出される母材金属は、接合部材1から多く排出され、接合部材2から少なくても、良好な接合面を得るのに十分な量の母材金属が排出される。また、摩擦圧接の際に排出される母材金属(バリ)は、より代(縮み代)に対応するが、本実施例では、図3から分かるように、接合部材2側から排出される母材金属(バリ)の量が少ない。言い換えれば、接合部材2の摩擦圧接における縮み代を小さくすることができる。そして、このことは一方の接合部材の縮み代を小さくても、良好な接合面を得るために必要な高温・高加圧で摩擦圧接することができることを意味する。
For this reason, as shown in FIG. 3, in the upset process, the amount of the base metal discharged from the joining portion is larger in the joining
また、摩擦発熱工程で、接合部材1の接合部を容易に高温に加熱することができるので、良好な接合面を得るのに好適である。
Moreover, since the joining part of the joining
アップセット工程が完了した後、図4に示すように切削工程を行う。切削工程では、凹部3が形成されていた領域を含めて凹部3の肉厚t3程度の肉厚t5まで接合部外周の切削加工を行い、切削加工部5を得る。また、接合部材1,2の内周側のバリ取り加工を行う。図5に切削加工部5における接合部断面の模式図を示す。図5(a)は図4のV-(a)を示し、図5(b)は図4のV-(b)を示す。本発明者らの実験によれば、図5に示すように良好な接合面6が得られることを確認している。
After the upset process is completed, a cutting process is performed as shown in FIG. In the cutting process, the outer periphery of the joint is cut to a thickness t5 that is approximately the thickness t3 of the
接合部材の接合部に最終的に切削除去される部分を設けて摩擦圧接を行っているので(図4に示す最終的な接合部の肉厚よりも大きな肉厚を有する接合部材同士を摩擦圧接しているので)、接合部の外周に生じる圧力不足な箇所に起因する欠陥を最終的な接合部の外周に残すことがなく、接合面6全域において良好な接合状態となる。
Since the portion to be finally removed by cutting is provided in the joint portion of the joining member, the friction welding is performed (the joining members having a thickness larger than the thickness of the final joining portion shown in FIG. Therefore, defects resulting from the insufficient pressure generated on the outer periphery of the joint portion are not left on the outer periphery of the final joint portion, and a good joint state is obtained over the entire
また、図5に示すように、本実施例の摩擦圧接方法によれば、接合面6が斜めに形成される。一般的に摩擦圧接の接合部の強度は母材金属よりも高いが、本実施例では、接合面6が斜めに形成(外周側が接合部材1側よりで内周側が接合部材2より側になるように斜めに形成)されることによってこの強固な部分の面積が増加するので、接合部材同士を接合した接合体の強度を高めることができる。
Moreover, as shown in FIG. 5, according to the friction welding method of a present Example, the
次に、本発明の摩擦圧接方法を高圧センサの製造に適用した場合について、図6〜図9を用いて説明する。 Next, the case where the friction welding method of the present invention is applied to the manufacture of a high-pressure sensor will be described with reference to FIGS.
図9は本実施例の摩擦圧接方法を実施する際に用いる摩擦圧接装置の一例を示す。図9は摩擦圧接装置の概略構成を説明する図である。
摩擦圧接装置は、接合部材回転用モータ10、接合部材押圧用モータ(またはエアシリンダ)20、接合部材支持用アーム30、接合部材固定治具40、接合部材固定治具をx−y方向に移動させるワークテーブル50、接合部材保持部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。本実施例では、接合部材保持部60に接合部材1を保持させ、接合部材固定治具40には接合部材2を保持させている。本実施例では、接合部材1に回転力と加圧力を加えるようにしているが、接合部材1には回転力のみを加え、接合部材2は加圧力を加えるように装置構成を変更するようにしても良い。
FIG. 9 shows an example of a friction welding apparatus used when the friction welding method of this embodiment is carried out. FIG. 9 is a diagram illustrating a schematic configuration of the friction welding apparatus.
The friction welding apparatus moves the joining
高圧センサは、図6に示すように、導圧管となる接合部材1と、ダイアフラムとなる接合部材2を摩擦圧接することにより形成される。本実施例では、導圧管とダイアフラムとして、SUS630が用いられている。導圧管とダイアフラムは高圧センサとしての所定の形状に形成されており、さらに、導圧管(接合部材)1の接合部近傍には凹部3が形成されている。すなわち、本実施例では、ダイアフラム(接合部材)2側の縮み代(変形量)を大きくすることができない。そして、上述の実施例と同様に、図7に示すように摩擦圧接を行い、図8に示すように切削加工を行う。本実施例によれば、ダイアフラム側の変形量を少なく抑えて、摩擦圧接接合部の接合面の全面に欠陥がない全面接合を実現できる。
As shown in FIG. 6, the high-pressure sensor is formed by friction welding 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・・・第1の接合部材、2・・・第2の接合部材、3・・・凹部、4・・・バリ、4-1・・・第1の接合部材側バリ、4-2・・・第2の接合部材側バリ、5・・・切削加工部、6・・・接合面、10・・・接合部材回転用モータ、20・・・接合部材押圧用モータ(またはエアシリンダ)、30・・・接合部材支持用アーム、40・・・接合部材固定治具、50・・・ワークテーブル、60・・・接合部材保持部。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
接合部端面近傍における外周に環状に形成された凹部を有する前記第一の接合部材と、前記第一の接合部材の接合部端面の肉厚と実質的に同じ肉厚の接合部端面を有する前記第二の接合部材とを準備し、
前記第一の接合部材と前記第二の接合部材を摩擦圧接し、
前記準備段階における前記第一の接合部材及び前記第二の接合部材の接合部端面における肉厚よりも摩擦圧接による接合部の肉厚が薄くなるように摩擦圧接による接合部の外周の切削加工を行うことを特徴とする摩擦圧接方法。 A friction welding method for friction welding a first joining member having an annular joint end face and a second joining member having an annular joint end face,
The first joint member having a concave portion formed annularly on the outer periphery in the vicinity of the joint end face, and the joint end face having a thickness substantially the same as the thickness of the joint end face of the first joint member Preparing a second joining member,
Friction welding the first joining member and the second joining member,
Cutting the outer periphery of the joint portion by friction welding so that the thickness of the joint portion by friction welding is thinner than the thickness at the joint end faces of the first and second joining members in the preparation stage. Friction welding method characterized by performing.
前記第一の接合部材に回転と圧力を加え、前記第二の接合部材を固定したことを特徴とする摩擦圧接方法。 The friction welding method according to claim 1,
A friction welding method, wherein rotation and pressure are applied to the first joining member to fix the second joining member.
前記第一の接合部材と前記第二の接合部材の接合部の接合面は、外周側が第一の接合部材側よりで内周側が第二の接合部材側よりとなるように斜めに形成されていることを特徴とする接合体。 A joined body friction welded by the friction welding method according to claim 1,
The joining surfaces of the joining portions of the first joining member and the second joining member are formed obliquely so that the outer peripheral side is closer to the first joining member side and the inner peripheral side is closer to the second joining member side. A joined body characterized by being.
前記接合体は高圧センサであり、前記第一の接合体は導圧管であり、前記第二の接合体はダイアフラムであることを特徴とする接合体。 In the joined body according to claim,
The joined body is a high-pressure sensor, the first joined body is a pressure guiding tube, and the second joined body is a diaphragm.
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