JP2016516583A - Friction surface stirring treatment - Google Patents
Friction surface stirring treatment Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016516583A JP2016516583A JP2016500870A JP2016500870A JP2016516583A JP 2016516583 A JP2016516583 A JP 2016516583A JP 2016500870 A JP2016500870 A JP 2016500870A JP 2016500870 A JP2016500870 A JP 2016500870A JP 2016516583 A JP2016516583 A JP 2016516583A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fss
- metal object
- metal
- friction
- agitation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
- B23K20/1275—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding involving metallurgical change
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F3/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by special physical methods, e.g. treatment with neutrons
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Protection Of Pipes Against Damage, Friction, And Corrosion (AREA)
Abstract
摩擦表面撹拌(FSS)処理と称し得る処理を、金属物体の表面に対して用いる方法を説明する。FSS処理は、摩擦撹拌溶接接合から離れた位置にある、金属物体の表面の一部、または全体に行われる。表面にFSS処理を実施すると、物体上に耐食性の機械的変換「皮膜」が形成される。この「皮膜」は、FSS処理が施された物体の材料の厚さの分だけ形成される。一例示的用途において、本処理を、後に管になる金属帯片に施すことができ、これにより、「皮膜された」表面が管の内側に存在することになり、海水等の腐食性の流体に対して強い耐性が得られる。A method of using a process that can be referred to as a friction surface stirring (FSS) process on the surface of a metal object will be described. The FSS treatment is performed on a part of or the entire surface of the metal object at a position away from the friction stir weld joint. When the surface is subjected to FSS treatment, a corrosion-resistant mechanical transformation “film” is formed on the object. This “film” is formed by the thickness of the material of the object subjected to the FSS process. In one exemplary application, the treatment can be applied to a metal strip that will later become a tube, so that a “coated” surface exists inside the tube, and corrosive fluids such as seawater. Strong resistance is obtained.
Description
[技術分野]
本開示は、耐食性の金属物体に関し、金属物体の耐食性を強化するための摩擦表面撹拌(friction surface stirring:FSS)の使用に関する。
[背景技術]
ほとんどの金属は、耐海水用金属であっても、塩水、汽水、及び淡水環境を含む水環境では腐食の形跡が現れる。腐食は低温の深海水において特に顕著である。時が経つにつれて、腐食は、水環境に晒されている金属物体の長期間運転を維持するのに弊害をもたらすおそれがある。
[Technical field]
The present disclosure relates to corrosion resistant metal objects, and relates to the use of friction surface stirring (FSS) to enhance the corrosion resistance of metal objects.
[Background technology]
Most metals, even seawater resistant metals, show signs of corrosion in water environments including salt water, brackish water, and fresh water environments. Corrosion is particularly noticeable in low temperature deep seawater. Over time, corrosion can be detrimental to maintaining the long-term operation of metal objects that are exposed to the water environment.
摩擦撹拌溶接(friction stir welding:FSW)を使用して、2つの金属製物体を溶接接合部で接合することが知られている。この物体を水環境に晒していると、FSW接合箇所では、腐食が全く発生していないか、またはわずかしか発生していないが、一方、基部となる合金におけるFSW接合部以外の箇所では、金属物体上にかなりの腐食が発生していることが観察されてきた。
[発明の概要]
摩擦表面撹拌(friction surface stirring:FSS)処理と称し得る処理を、金属物体の表面に対して用いる方法を説明する。FSSは、FSW溶接接合から離れた位置にある、金属物体の表面の一部または全体に行われる。表面にFSS処理を実施すると、物体上に耐食性の機械的変換(mechanical conversion)「皮膜」が形成される。この機械的変換「皮膜」は、FSS処理が施された物体の材料の厚さの分だけ形成される。機械的変換「皮膜」は、金属物体の厚さの一部であっても全部であってもよい。
It is known to join two metal objects at a weld joint using friction stir welding (FSW). When this object is exposed to the water environment, there is no or little corrosion at the FSW joints, while metal is not present at the parts other than the FSW joints in the base alloy. It has been observed that considerable corrosion has occurred on the object.
[Summary of Invention]
A method of using a process that can be called a friction surface stirring (FSS) process on the surface of a metal object will be described. FSS is performed on part or all of the surface of the metal object at a location remote from the FSW weld joint. When the surface is subjected to FSS treatment, a corrosion-resistant mechanical conversion “film” is formed on the object. This mechanical conversion “film” is formed by the thickness of the material of the object subjected to the FSS treatment. The mechanical transformation “film” may be part or all of the thickness of the metal object.
FSSは、回転工具を用いて金属材料を軟化あるいは可塑化する点において、FSWに類似している。しかし、FSSは、2つの物体の間の接合部ではなく、金属物体の表面上に行われる。FSS処理はFSW溶接接合の形成に用いる従来のFSW工具が使用可能であり、また、FSSの対象であるより広い表面に対して使用するために、従来のFSW工具の寸法を拡大することも可能である。 FSS is similar to FSW in that it uses a rotating tool to soften or plasticize metallic materials. However, FSS is performed on the surface of the metal object, not the junction between the two objects. The FSS process can be used with conventional FSW tools used to form FSW weld joints, and the dimensions of conventional FSW tools can be expanded for use on wider surfaces subject to FSS. It is.
FSS工具は数多くの撹拌行路において使用可能である。例えば、FSS工具は、金属物体上を1方向に撹拌する直線行路に沿って、または金属物体上を2方向(つまり前後方向)に撹拌する直線行路に沿って移動可能である。別の実施形態では、FSS工具は、中心で始動し、らせん状に外側へと動作していくことも可能である。別の実施形態では、FSS工具は、金属物体上で正方形状または矩形状に移動し、外側または内側に向かって動作していくことも可能である。他の移動行路も可能である。 FSS tools can be used in a number of stirring paths. For example, the FSS tool is movable along a straight path that stirs in one direction on a metal object or along a straight path that stirs in two directions (ie, the front-rear direction) on a metal object. In another embodiment, the FSS tool may start at the center and move outward in a spiral. In another embodiment, the FSS tool can move square or rectangular on the metal object and move outward or inward. Other travel paths are possible.
FSSは、金属物体への機械加工工程の前でも後でも実施可能である。金属物体はいかなる形状や寸法を有していてもよく、板形、棒形、ロッド形、管形、あるいは他の形状でもよい。FSSは任意の表面形状、例えば平面や平坦面、曲面、または平面と曲面の混合面に対して実施可能である。 FSS can be performed either before or after the machining process on the metal object. The metal object may have any shape and size, and may be a plate shape, a rod shape, a rod shape, a tube shape, or other shapes. The FSS can be performed on any surface shape, for example, a flat surface, a flat surface, a curved surface, or a mixed surface of a flat surface and a curved surface.
FSSの対象となる物体は合金で形成可能であり、この合金には、アルミニウム合金(2000系、3000系、5000系、6000系、及び7000系のアルミニウム合金)、特に耐海水用アルミニウム合金(5000系及び6000系)、チタン合金、ステンレス鋼等の合金鋼等が含まれるが、これらに限定されない。 The object to be subject to FSS can be formed of an alloy, which includes aluminum alloys (2000 series, 3000 series, 5000 series, 6000 series, and 7000 series aluminum alloys), particularly seawater resistant aluminum alloys (5000). And 6000 series), titanium alloys, alloy steels such as stainless steel, and the like, but are not limited thereto.
得られた機械的変換「皮膜」は、従来の耐食性変換(anti−corrosion conversion)皮膜よりも大幅に厚く、例えば5〜10倍厚い。このFSS皮膜は従来の化学変換(chemical conversion)皮膜よりも厚いが、FSS皮膜撹拌区域の周囲かつ下側にある母材と一体となっている。母材とFSS皮膜は、それぞれの熱特性が同一ではないが非常に類似している。したがって、FSS皮膜は従来の表面皮膜に対して利点を有する、つまり、従来の皮膜プロセスが通常抱える層間剥離の問題がなく、海水環境や他の腐食が起こりやすい環境での耐用年数が、FSS皮膜が厚いほど顕著に長くなる。FSSによる機械的変換「皮膜」は、異なる皮膜材料を使用しないので、環境に優しい。FSS処理は析出物の大部分を溶解もしくは最小限に抑えるので、FSSによる機械的変換「皮膜」は含有する析出物が少なくて小さく、粒界もなめらかになって、金属物体の熱性能や他の材料特性に影響を与えない。 The resulting mechanical conversion “coating” is significantly thicker than conventional anti-corrosion conversion coatings, for example 5-10 times thicker. The FSS film is thicker than a conventional chemical conversion film, but is integrated with a base material around and under the FSS film agitation zone. The base material and the FSS coating are very similar, although their thermal properties are not identical. Therefore, the FSS film has an advantage over the conventional surface film, that is, there is no problem of delamination usually associated with the conventional film process, and the service life in the seawater environment and other environments where corrosion is likely to occur is FSS film. The thicker the film, the longer it becomes. The mechanical transformation “film” by FSS is environmentally friendly because it does not use different film materials. FSS treatment dissolves or minimizes most of the precipitates, so the mechanical conversion “film” by FSS is small and contains small precipitates, and the grain boundaries are smooth, and the thermal performance of metal objects and others Does not affect the material properties.
ある例示的な用途において、FSS処理は、塩水、汽水、及び淡水を含む水中での使用を目的とする物体に対して使用可能である。例えば、金属物体は、海洋熱エネルギー変換プラント、海水淡水化プラント、または船舶において使用する物体であり得るが、これらに限定されない。このような目的での使用中の物体の配置は、水面下であったり、水上であったり、水面より上方ではあるが水に晒された状態(つまり水しぶき、塩水噴霧、または他の海洋層環境)であったり、あるいはこれらを組み合わせた状態であり得る。FSS処理は、金属物体の使用時に水環境及び/または海洋環境に晒される一部領域または全体領域に対して使用可能である。 In certain exemplary applications, FSS treatment can be used on objects intended for use in water, including salt water, brackish water, and fresh water. For example, the metal object can be, but is not limited to, an object for use in an ocean thermal energy conversion plant, seawater desalination plant, or ship. The placement of objects in use for such purposes may be underwater, above water, or above water but exposed to water (ie, spray, salt spray, or other marine environment) ) Or a combination of these. FSS treatment can be used for some or all areas that are exposed to water and / or marine environments when using metal objects.
FSS処理をFSWとともに用いることによって、単一の金属材料で構成された水中用構造を作成することができる。例えば、海洋熱エネルギー変換(OTEC)システムにおいて、シェル式、プレート式、多管式等を含む熱交換器の全体をアルミニウム合金で構成することが可能であり、これにより異種金属の使用や電池対となる物質の使用を排除できる。 By using FSS treatment together with FSW, it is possible to create an underwater structure composed of a single metal material. For example, in an ocean thermal energy conversion (OTEC) system, the entire heat exchanger including a shell type, a plate type, a multi-pipe type, etc. can be composed of an aluminum alloy. Can be eliminated.
一実施形態において、摩擦表面撹拌処理は、摩擦撹拌溶接工具を使用して、金属物体の接合のない表面やFSW接合された表面の少なくとも一部を摩擦表面撹拌することを含む。この実施形態は、本明細書に含まれる従属請求項のいずれかの項と任意に組み合わせて使用可能であり、従属請求項同士も任意に組み合わせて使用可能である。 In one embodiment, the friction surface agitation process includes friction surface agitation using a friction agitation welding tool on at least a portion of the metal object unbonded or FSW bonded surface. This embodiment can be used in any combination with any one of the dependent claims included in this specification, and can be used in any combination with the dependent claims.
別の実施形態では、処理は、摩擦撹拌溶接工具を用いて金属物体の接合のない表面を摩擦表面撹拌することを含む。この実施形態は、本明細書に含まれる従属請求項のいずれかの項と任意に組み合わせて使用可能であり、従属請求項同士も任意に組み合わせて使用可能である。 In another embodiment, the treatment includes friction surface agitation of a non-bonded surface of a metal object using a friction agitation welding tool. This embodiment can be used in any combination with any one of the dependent claims included in this specification, and can be used in any combination with the dependent claims.
別の実施形態では、金属物体の耐食性を向上させる方法は、摩擦撹拌溶接工具を用いて、金属物体の接合のない表面またはFSW接合された表面を少なくとも部分的に摩擦表面撹拌することによって、機械的変換皮膜を形成することを含む。この実施形態は、本明細書に含まれる従属請求項のいずれかの項と任意に組み合わせて使用可能であり、従属請求項同士も任意に組み合わせて使用可能である。 In another embodiment, a method for improving the corrosion resistance of a metal object includes using a friction stir welding tool to at least partially frictional surface agitate a non-bonded or FSW bonded surface of a metal object. Forming a mechanical conversion coating. This embodiment can be used in any combination with any one of the dependent claims included in this specification, and can be used in any combination with the dependent claims.
[発明の詳細な説明]
以下の説明では、金属物体の表面にFSS処理を適用する方法を説明している。FSSは、金属物体の表面の一部または全体に対し、物体の厚さの一部または全体にかけて行われる。金属物体には、FSW溶接接合が1つ以上あっても、FSW溶接接合がなくてもよい。表面にFSS処理を行うと、以後は単に「皮膜」と称される耐食性の機械的変換「皮膜」が物体に形成される。「皮膜」は、FSS処理された物体の材料の厚さ分だけ形成され、この厚さはFSS処理に使用される回転工具の侵入度によって決まる。
Detailed Description of the Invention
In the following description, a method for applying FSS treatment to the surface of a metal object is described. The FSS is performed over a part or the whole of the thickness of the object with respect to a part or the whole of the surface of the metal object. The metal object may have one or more FSW weld joints or no FSW weld joints. When the surface is subjected to FSS treatment, a corrosion-resistant mechanical transformation “film”, hereinafter simply referred to as “film”, is formed on the object. The “film” is formed by the thickness of the material of the FSS-treated object, and this thickness is determined by the penetration degree of the rotary tool used for the FSS process.
FSS処理は、回転工具を用いて金属材料を軟化あるいは可塑化する点において、FSWに類似している。しかし、FSSは、FSWのように2つの物体の間の接合部ではなく、金属物体の表面上に行われるものであり、2つの物体を一体に接合するために使用するものではない。 FSS treatment is similar to FSW in that it uses a rotating tool to soften or plasticize a metal material. However, FSS is performed on the surface of a metal object, not a joint between two objects like FSW, and is not used to join two objects together.
ここで図1A〜1Dを参照して、FSSを施した金属物体10の一部を説明する。物体10は、平面状でも曲面状でもよい表面12を有している。FSS工具14は、表面12に対してFSSを行うために使用される。この例では、FSS工具14は、FSW溶接接合の形成に使用される従来のFSW工具と、構造及び動作が同じであってもよいし、あるいは、工具14は、FSSの対象となるより広い表面12に使用するために寸法を拡大している以外は、従来のFSW工具と類似していてもよい。
Here, a part of the
当業者であれば理解されるように、FSS工具14は高速で回転しながら、物体の表面に接触している。工具14は、金属材料を、工具の物体の表面12への侵入度によって決まる深さまで軟化あるいは可塑化する。工具が金属を通ると、工具はピン型工具(pin tool)の後にある金属を撹拌し、工具の肩部下で固化する。その結果得られる表面「皮膜」は、等軸微細粒を有する金属で構成される。FSS処理中に溶融は発生しないので、この工程はすべて固体の状態で行われている。
As will be appreciated by those skilled in the art, the
この例において、FSS工具14を、表面12に沿って、図1Bに矢印で示されている走行方向15に作動させて、FSS区域16(FSS区域16は図1B及び図1Dに点線で図示されている)を形成する。図1Cに示されているように、各行路が完了したら、工具14を矢印の方向にシフトさせて(または物体を工具に対してシフトさせて)新たなFSS行路を完成させる。この処理を、図1Dに示すように物体10の縁部を除く表面全体に、または表面領域の一部分だけに対して繰り返す。
In this example, the
FSSは、図1Aの物体にFSS工具を押し付けることによって始動し、物体の長軸に沿って「北方向」に直線移動させて、工具が物体の端部に到達する前に停止させる。その後、FSS工具は、直線移動して元の始動位置に戻ってきて、FSS区域が十分に重なることを確実に実現するのに足りる距離だけシフトすることができる。次に、FSS工具を再度、物体に沿って「北方向」に直線移動させ、その後に位置をシフトする工程を、物体全体に各FSS区域が重なり合うまで繰り返される。別の実施形態では、FSS工具は、負荷をかけて回転したままで、各行路の終点で停止してシフトする。その後、工具は物体に沿って「南方向」に直線移動を開始し、先に形成されたFSS区域と重なり合いながら進む。工具は、薄板の縁部を除いた全体にFSS処理が施されるまで、各行路の終点でシフトしながら前後方向に溶接を続けることができる。他の工具走行パターンも可能であり、このパターンには正方形状、矩形状、またはらせん状のパターンが含まれるが、これらに限定されない。 The FSS is started by pressing the FSS tool against the object of FIG. 1A, moving linearly “north” along the long axis of the object and stopping before the tool reaches the end of the object. The FSS tool can then move linearly and return to its original starting position and can be shifted by a distance sufficient to ensure that the FSS areas overlap sufficiently. Next, the process of linearly moving the FSS tool again "north" along the object and then shifting the position is repeated until each FSS area overlaps the entire object. In another embodiment, the FSS tool remains loaded and rotated and stops and shifts at the end of each path. Thereafter, the tool begins to move “southward” along the object and proceeds while overlapping the previously formed FSS area. The tool can continue welding in the front-rear direction while shifting at the end point of each path until the FSS process is applied to the whole except for the edge of the thin plate. Other tool travel patterns are possible and include, but are not limited to, square, rectangular, or helical patterns.
FSS処理は、いずれのFSW接合からも離れた位置にある表面12に対して使用されることに注目すべきである。図1A〜1Dに示された例では、物体10はいずれのFSW接合も含んでいない。
It should be noted that the FSS process is used for the
図2は、従来のFSW処理によってFSW溶接区域もしくは接合20に沿って1つに接合された、元来は別々の2つの部分18a,18bによって物体10’が作成されている実施形態を図示したものである。この実施形態において、工具14を表面12’の各領域を端から端まで移動させることによって、FSW区域20から離れた位置にFSS区域(複数のFSS区域)16を形成する。
FIG. 2 illustrates an embodiment in which the
図3A〜3Cは、FSSによって処理された物体30の断面図を示したものであり、図3AではFSS行路を1つ、図3Bでは行路を複数示している。FSS工具14の侵入度によって、その結果得られる「皮膜」の深さが決定される。図3Bを参照にすると、FSS工具14の複数の行路は、得られる撹拌区域(または摩擦撹拌処理(friction stir processed:FSP)区域)が物体30の全体にわたって均一な深さ「D」を有し、その結果FSS「皮膜」32を形成するのに十分な量だけ重なりあっていることが分かる。FSS「皮膜」32は、従来の耐食性変換皮膜よりも大幅に厚い、例えば5〜10倍厚い耐食性の防護壁となる。
3A to 3C show cross-sectional views of the
FSSの実施後、物体の表面に対して、必要に応じて例えば機械加工、フライカッティング、砂磨き研磨、研削、及び/または艶出し研磨を行って、表面を平滑化することができる。一実施形態において、図3Cは、重なり合った撹拌区域の上面を機械加工可能であり、例えばミルビット、フライカッター、ルーター等の適切な切削装置を用いて厚さの一部を機械加工で除去することが可能であることを図示したものである。クレバス腐食の懸念がない場合は、この機械加工工程は省くことができる。 After performing the FSS, the surface of the object can be smoothed by, for example, machining, fly cutting, sand polishing, grinding, and / or polishing as necessary. In one embodiment, FIG. 3C can machine the top surface of the overlapped agitation zone, such as machining away a portion of the thickness using a suitable cutting device such as a mill bit, fly cutter, router, etc. It is illustrated that is possible. If there is no concern of crevasse corrosion, this machining step can be omitted.
FSS処理は、いかなる形状の物体に対しても、またいかなる形状の物体表面に対しても実施可能である。図4は、中空の内部空間42及び内面44から外面46に延びる肉厚Tを有する、中空の円筒形物体または管40を図示したものである。外面46に対して深さDまでFSSを行うことによって、FSS「皮膜」48を形成する。FSSはまた、内面44に対しても同様に実施可能である。
The FSS process can be performed on any shape object and on any shape object surface. FIG. 4 illustrates a hollow cylindrical object or
FSS「皮膜」32は物体上において一様に一定の深さであってもよいし、皮膜の深さが変化してもよい。例えば、図5A及び図5Bを参照すると、物体50の側面図が図示されており、ここで物体50は、物体50の厚さ全体、つまり深さDにわたってFSSで処理されていて、このことはいくつかの用途においては有益である場合もある。一実施形態において、物体の厚さに相当するピンの長さを有する従来のFSW工具を用いて、厚さ全体に対するFSSを実現することができる。図5Bに図示されている別の実施形態では、FSS工具52は、上側肩部54と、下側肩部56と、肩部54,56の間で延びる自立ピン58とを有する、セルフリアクティングFSS工具である。ピン58は、厚さ全体に対するFSS処理が行えるように物体50の厚さにほぼ等しい距離だけ離れた位置にある肩部54,56の間で露出している。
The FSS “film” 32 may have a uniform and constant depth on the object, or the film depth may vary. For example, referring to FIGS. 5A and 5B, a side view of an
図6A〜6Cは、FSSを用いた管作成方法を図示したものである。図6Aから始まり、平板60は、例えばアルミニウム合金製であり、平板の深さ全体に対して完全にFSS処理が行われて、必要であれば上述のように機械加工される。図6Bに示すように、次に平板60を切断して帯片62a,62b,…62nを形成し、FSS処理されていない縁部64を除去する。図6Cを参照して、次に各帯片を丸めて管65を作成し、継ぎ目64’に沿ってその縁端同士を接合する。
6A to 6C illustrate a tube creation method using FSS. Starting from FIG. 6A, the
縁端の接合は、任意の適切な接合処理を用いて行うことができる。一実施形態において、縁端同士を、当該技術分野では既知である高周波抵抗溶接処理を用いて接合可能である。その結果が、内部表面と外部表面の両方がFSS処理された管65である。別の実施形態では、図7A〜7Bに示されるように、縁端同士を、FSW工具66を用いた従来のFSW処理を用いて接合することによって、内部表面と外部表面の両方において腐食を最小限に抑える、または排除する、全面的にFSS及びFSWを施した管68を作成可能である。別の実施形態では、縁端同士を、先の種類の処理、例えば電縫溶接やレーザー溶接といった溶接処理を用いて接合し、次に接合された縁端同士を継ぎ目に沿って下方へとFSWを施すことによって、内部表面と外部表面の両方において腐食を最小限に抑える、または排除する、全面的にFSS及びFSWを施した管を作成可能である。
Edge joining can be performed using any suitable joining process. In one embodiment, the edges can be joined using a high frequency resistance welding process known in the art. The result is a
図8A〜8Cは、上述の処理及び技術を用いて形成可能である、FSS処理された管の形状及び表面の例を図示したものである。これらの例は、図6A〜6C及び図7A〜7Bに説明されている処理を用いることによって、種々の異なる形状及び表面改質を有する管を作成可能であることを図示している。この表面改質は、帯片へと切断する前にも後にも追加することができる。また、表面改質は、得られる管の外面の一部または全体に対して、もしくは内面の一部または全体に対して行うことができる。しかし、表面改質は管に対する使用に限定されるのではなく、本明細書に記載されているFSS処理の対象となる任意の金属物体に対して与えることができる。 8A-8C illustrate examples of FSS-treated tube shapes and surfaces that can be formed using the processes and techniques described above. These examples illustrate that by using the process described in FIGS. 6A-6C and FIGS. 7A-7B, tubes having a variety of different shapes and surface modifications can be made. This surface modification can be added before or after cutting into strips. Further, the surface modification can be performed on a part or the whole of the outer surface of the obtained tube or a part or the whole of the inner surface. However, surface modification is not limited to use on tubes, but can be applied to any metal object that is subject to the FSS treatment described herein.
表面改質は、管または金属物体の熱伝達等の熱性能を高めることや、または他の任意の特性を向上させるためのものであり得る。表面改質は、任意の方法で形成可能であり、この方法には、機械加工、型打ち、化学エッチング等が含まれるが、これらに限定されない。 Surface modification can be for enhancing thermal performance, such as heat transfer of tubes or metal objects, or for improving any other property. The surface modification can be formed by any method, which includes but is not limited to machining, stamping, chemical etching, and the like.
図8Aは円筒形管80を示している。管80の外面にはまた、金属をFSS処理した後に機械加工された溝または起伏82が設けられている。
図8Bは、外面の一部または全面に溝86が機械加工されている台形管84を示している。この実施形態において、内面の一部または全面にも溝88が機械加工されている。
FIG. 8A shows a
FIG. 8B shows a
図8Cは、外面の一部または全面に溝92が機械加工されている矩形管90を示している。この実施形態において、内面の一部または全面にも溝94が機械加工されている。
図9A〜9Cは、FSS処理を行った管または他の金属物体の表面(内面及び/または外面)に設けることができる様々な表面仕上げ加工の例を図示したものである。図9A〜9Cは、任意の方法で形成可能な種々のエンボス加工による表面仕上げを図示したものであり、この任意の方法には、機械加工、型打ち、化学エッチング等が含まれるが、これらに限定されない。
FIG. 8C shows a
9A-9C illustrate examples of various surface finishes that can be provided on the surface (inner surface and / or outer surface) of a tube or other metal object that has been FSS treated. 9A-9C illustrate various embossed surface finishes that can be formed by any method, which includes machining, stamping, chemical etching, etc. It is not limited.
FSS処理は、海洋での用途や、水、特に塩水に遭遇する用途に使用される物体に特に有用である。用途例としては、海水淡水化プラント、またはOTECプラントにて使用される熱交換器、発電所システムの凝縮器、及び他の冷却用途及び液体−液体または液体−気体熱負荷交換用途が挙げられるが、これらに限定されない。FSS処理は、海軍または他の海洋用の船舶または航空機、地表、空中、もしくは海中で使用される構成要素、例えば船体、甲板、回転要素等にとって有益になり得る。 FSS treatment is particularly useful for objects used in marine applications and applications that encounter water, particularly salt water. Examples of applications include heat exchangers used in seawater desalination plants or OTEC plants, condensers in power plant systems, and other cooling applications and liquid-liquid or liquid-gas heat load exchange applications. However, it is not limited to these. FSS processing can be beneficial for components used for naval or other marine vessels or aircraft, ground, air, or sea, such as hulls, decks, rotating elements, and the like.
本出願に開示された各例は、あらゆる点において例示と見なされるべきであり、限定するためのものと解釈すべきではない。本発明の範囲は、上記の説明ではなく、添付請求項によって示されている。したがって、本請求項の均等物の範囲に入る全ての変更は、本発明に含まれることになる。 Each example disclosed in this application is to be considered exemplary in all respects and should not be construed as limiting. The scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description. Accordingly, all changes that come within the scope of equivalents of the claims are to be embraced by the invention.
Claims (19)
摩擦撹拌溶接工具を用いて、前記金属物体の接合のない表面の少なくとも一部を摩擦表面撹拌して、機械的変換皮膜を形成する、方法。 A method for improving the corrosion resistance of the surface of a metal object,
Using a friction stir welding tool, at least a part of the non-bonded surface of the metal object is friction surface agitated to form a mechanical conversion coating.
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201361777419P | 2013-03-12 | 2013-03-12 | |
US61/777,419 | 2013-03-12 | ||
US14/199,513 | 2014-03-06 | ||
US14/199,513 US20140261900A1 (en) | 2013-03-12 | 2014-03-06 | Friction surface stir process |
PCT/US2014/021869 WO2014164318A1 (en) | 2013-03-12 | 2014-03-07 | Friction surface stir process |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016516583A true JP2016516583A (en) | 2016-06-09 |
Family
ID=51522082
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016500870A Pending JP2016516583A (en) | 2013-03-12 | 2014-03-07 | Friction surface stirring treatment |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20140261900A1 (en) |
JP (1) | JP2016516583A (en) |
CN (1) | CN105209212A (en) |
AU (1) | AU2014249475A1 (en) |
DE (1) | DE112014001336T5 (en) |
PH (1) | PH12015501979A1 (en) |
SE (1) | SE1551305A1 (en) |
WO (1) | WO2014164318A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018502265A (en) * | 2014-10-23 | 2018-01-25 | リンデ アクチエンゲゼルシャフトLinde Aktiengesellschaft | Method for producing plate heat exchanger by two weldings and plate heat exchanger corresponding to the method |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SE1551304A1 (en) | 2013-03-12 | 2015-10-09 | Lockheed Corp | Process of friction stir welding on tube end joints and a product produced thereby |
US10279423B2 (en) * | 2016-08-17 | 2019-05-07 | The Boeing Company | Apparatuses and methods for fabricating metal matrix composite structures |
US11958126B2 (en) * | 2020-10-06 | 2024-04-16 | GE Precision Healthcare LLC | Containers for retaining anesthetic agent and manufacturing methods thereof |
JP7353329B2 (en) * | 2021-07-16 | 2023-09-29 | 本田技研工業株式会社 | Welding device and method for friction stir welding and resistance welding |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005021963A (en) * | 2003-07-02 | 2005-01-27 | Honda Motor Co Ltd | Friction stir joining |
JP2007107039A (en) * | 2005-10-13 | 2007-04-26 | Osaka Industrial Promotion Organization | Method for modifying alloy formed body and alloy formed body |
JP2010132941A (en) * | 2008-12-02 | 2010-06-17 | Toshiba Corp | Overlaying method for surface of structural object, structure and energy equipment |
JP2011214682A (en) * | 2010-04-01 | 2011-10-27 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | Abrasion-resistant valve seat |
JP2012533722A (en) * | 2009-07-16 | 2012-12-27 | ロッキード マーティン コーポレーション | Spiral tube bundle assembly device for heat exchanger |
Family Cites Families (33)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1805283A (en) * | 1927-11-05 | 1931-05-12 | Karl R Hammerstrom | Method of manufacturing hollow articles |
US6457629B1 (en) * | 1999-10-04 | 2002-10-01 | Solidica, Inc. | Object consolidation employing friction joining |
US6712916B2 (en) * | 2000-12-22 | 2004-03-30 | The Curators Of The University Of Missouri | Metal superplasticity enhancement and forming process |
JP2003048063A (en) * | 2001-08-01 | 2003-02-18 | Mazda Motor Corp | Surface treatment method, member applied with the surface treatment and intermediate member applied with the surface treatment |
US6866180B2 (en) * | 2003-02-18 | 2005-03-15 | Rockwell Scientific Licensing, Llc | Thick-section metal forming via friction stir processing |
JP4916879B2 (en) * | 2003-08-04 | 2012-04-18 | エスアイアイ・メガダイアモンド・インコーポレーテッド | Crack repair system and method using friction stir welding for materials including metal matrix composites, ferrous alloys, non-ferrous alloys, and superalloys |
US7448528B2 (en) * | 2003-08-12 | 2008-11-11 | The Boeing Company | Stir forming apparatus and method |
US20050070374A1 (en) * | 2003-09-29 | 2005-03-31 | Technology Licensing, Llc | Enhanced golf club performance via friction stir processing |
MXPA06010846A (en) * | 2004-03-24 | 2007-10-02 | Sii Megadiamond Inc | Solid state processing of materials through friction stir processing and friction stir mixing. |
US20060049234A1 (en) * | 2004-05-21 | 2006-03-09 | Flak Richard A | Friction stirring and its application to drill bits, oil field and mining tools, and components in other industrial applications |
US20100078224A1 (en) * | 2004-05-21 | 2010-04-01 | Smith International, Inc. | Ball hole welding using the friction stir welding (fsw) process |
US7225969B2 (en) * | 2004-12-10 | 2007-06-05 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Friction stir processing for surface properties |
US8875976B2 (en) * | 2005-09-26 | 2014-11-04 | Aeroprobe Corporation | System for continuous feeding of filler material for friction stir welding, processing and fabrication |
US8141768B2 (en) * | 2006-01-27 | 2012-03-27 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Application of high integrity welding and repair of metal components in oil and gas exploration, production and refining |
US20080102309A1 (en) * | 2006-10-27 | 2008-05-01 | Tuffile Charles D | Heating element sheaths |
CN101058877A (en) * | 2007-03-12 | 2007-10-24 | 兰州理工大学 | Method of preparing thin crystal layer on magnesium alloy surface |
US20080277036A1 (en) * | 2007-05-11 | 2008-11-13 | Luxfer Group Limited | Method for manufacturing tanks |
JP5149607B2 (en) * | 2007-12-13 | 2013-02-20 | 株式会社日立製作所 | Friction stirrer and friction stir process |
US8052034B2 (en) * | 2008-05-30 | 2011-11-08 | Vanderbilt University | Lateral position detection and control for friction stir systems |
JP5688568B2 (en) * | 2008-07-15 | 2015-03-25 | 山野井精機株式会社 | Protrusion forming method for forming protrusion on metal workpiece |
WO2010019735A2 (en) * | 2008-08-14 | 2010-02-18 | Smith International, Inc. | Methods of treating hardbanded joints of pipe using friction stir processing |
US20100322778A1 (en) * | 2009-06-19 | 2010-12-23 | Carroll Iii John T | Method and apparatus for improving turbocharger components |
US20110048958A1 (en) * | 2009-09-02 | 2011-03-03 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Methods of reducing surface roughness and improving oxide coating thickness uniformity for anodized aluminum-silicon alloys |
US20110076419A1 (en) * | 2009-09-28 | 2011-03-31 | Hitachi America, Ltd. | Method for developing fine grained, thermally stable metallic material |
US8220693B2 (en) * | 2009-11-09 | 2012-07-17 | GM Global Technology Operations LLC | Modified surfaces using friction stir processing |
CN102108454B (en) * | 2009-12-28 | 2013-09-04 | 中国科学院金属研究所 | Surface/block metal matrix composite and preparation method thereof |
GB2492031A (en) * | 2010-03-31 | 2012-12-19 | Smith International | Downhole tool having a friction stirred surface region |
US8603571B2 (en) * | 2011-05-23 | 2013-12-10 | GM Global Technology Operations LLC | Consumable tool friction stir processing of metal surfaces |
JP5767080B2 (en) * | 2011-06-21 | 2015-08-19 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Heat-resistant alloy member and manufacturing method thereof, repair method of heat-resistant alloy member |
JP5431426B2 (en) * | 2011-08-23 | 2014-03-05 | 株式会社日立製作所 | Ni-base alloy large member, Ni-base alloy welded structure using Ni-base alloy large member, and manufacturing method thereof |
CN102416413B (en) * | 2011-11-01 | 2013-12-11 | 哈尔滨工业大学 | Preparation method of large-diameter aluminum alloy tube |
CN103121145B (en) * | 2013-02-07 | 2015-08-26 | 沈阳航空航天大学 | A kind of method preparing Ultra-fine Grained/nanocrystalline sheet material based on ultrasonic wave added Semi-solid Stirring friction processing technology |
CN103071917A (en) * | 2013-02-07 | 2013-05-01 | 沈阳航空航天大学 | Ultrasonic-assisted semisolid stirring friction processing process under controlled cooling environment |
-
2014
- 2014-03-06 US US14/199,513 patent/US20140261900A1/en not_active Abandoned
- 2014-03-07 SE SE1551305A patent/SE1551305A1/en not_active Application Discontinuation
- 2014-03-07 CN CN201480014693.8A patent/CN105209212A/en active Pending
- 2014-03-07 DE DE112014001336.6T patent/DE112014001336T5/en not_active Withdrawn
- 2014-03-07 WO PCT/US2014/021869 patent/WO2014164318A1/en active Application Filing
- 2014-03-07 JP JP2016500870A patent/JP2016516583A/en active Pending
- 2014-03-07 AU AU2014249475A patent/AU2014249475A1/en not_active Abandoned
-
2015
- 2015-09-07 PH PH12015501979A patent/PH12015501979A1/en unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005021963A (en) * | 2003-07-02 | 2005-01-27 | Honda Motor Co Ltd | Friction stir joining |
JP2007107039A (en) * | 2005-10-13 | 2007-04-26 | Osaka Industrial Promotion Organization | Method for modifying alloy formed body and alloy formed body |
JP2010132941A (en) * | 2008-12-02 | 2010-06-17 | Toshiba Corp | Overlaying method for surface of structural object, structure and energy equipment |
JP2012533722A (en) * | 2009-07-16 | 2012-12-27 | ロッキード マーティン コーポレーション | Spiral tube bundle assembly device for heat exchanger |
JP2011214682A (en) * | 2010-04-01 | 2011-10-27 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | Abrasion-resistant valve seat |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018502265A (en) * | 2014-10-23 | 2018-01-25 | リンデ アクチエンゲゼルシャフトLinde Aktiengesellschaft | Method for producing plate heat exchanger by two weldings and plate heat exchanger corresponding to the method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE112014001336T5 (en) | 2015-12-03 |
SE1551305A1 (en) | 2015-10-09 |
AU2014249475A1 (en) | 2015-10-01 |
US20140261900A1 (en) | 2014-09-18 |
PH12015501979A1 (en) | 2016-01-18 |
CN105209212A (en) | 2015-12-30 |
WO2014164318A1 (en) | 2014-10-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2016516583A (en) | Friction surface stirring treatment | |
Pankaj et al. | Experimental studies on controlling of process parameters in dissimilar friction stir welding of DH36 shipbuilding steel–AISI 1008 steel | |
US20210370433A1 (en) | Method for manufacturing liquid-cooling jacket and friction stir welding method | |
Ramesh et al. | Experimental erosion-corrosion analysis of friction stir welding of AA 5083 and AA 6061 for sub-sea applications | |
JP2014527467A (en) | Method and apparatus for friction stir welding of tube ends for heat exchangers | |
AU2005200826B1 (en) | Method of joining clad metals and vessel produced thereby | |
WO2017119232A1 (en) | Joining method and method of manufacturing liquid-cooled jacket | |
CN106825898A (en) | A kind of explosive welding processing method of stainless steel magnesium alloy composite board | |
US20120273487A1 (en) | Fluid vessel with abrasion and corrosion resistant interior cladding | |
KR101830037B1 (en) | Friction stir welding tool, friction stir welding device, and friction stir welding method | |
Ferreira et al. | A review of orbital friction stir welding | |
JP2011115847A (en) | Friction stir welding method and product produced by the method | |
US20180229327A1 (en) | Method for creating clad structures using resistance seam welding | |
JP5538079B2 (en) | Clad steel material joining method and structure | |
US20190030658A1 (en) | Method for manufacturing a valve | |
Hovanski et al. | Friction stir welding and processing IX | |
JP6310266B2 (en) | Manufacturing method of joined body | |
JP5963187B2 (en) | Anti-corrosion repair method for nozzle welds | |
Lim et al. | Characterization of multilayered multipass friction stir weld on ASTM A572 G50 steel | |
WO2018003449A1 (en) | Method for manufacturing heat transfer plate | |
Mahoney et al. | Friction stir welding of pipeline steels | |
JP6054533B2 (en) | System for the production of clad materials using resistance seam welding | |
JP6688755B2 (en) | Metal thin plate joining method and metal thin plate joining structure | |
JP2011115845A (en) | Friction stir welding method and friction stir welded product | |
Santos et al. | Development of ceramic backing for friction stir welding and processing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170203 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20171214 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20171226 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180821 |