JP2018030167A - 摩擦攪拌接合用回転ツール - Google Patents
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Abstract
Description
被接合部材を押圧しながら軸回転する摩擦攪拌接合用ツールであって、
前記摩擦攪拌用ツールは、
回転軸と略同軸の円筒状の中空部を有する筒形状の固定用のショルダ部と、
該ショルダ部の中空部に入れ子状に挿通され、その下端が前記ショルダ部の下端から突出する中実円筒形状のプローブとを備え、
前記固定用ショルダ部は、被接合部材方向に移動可能であり且つ回転方向に固定であり、
前記プローブは、接合方向に移動可能であり且つ軸回転可能である、ことを特徴とします。
該プローブンの上端から回転軸方向に貫通する測定用チャンネルを、好ましくは複数設け、複数の場合は各測定用チャンネルはそれぞれ回転軸方向の深さ距離を異にし、
それぞれの前記測定用チャンネルには、その下端近傍の温度及び/又は振動を測定する測定手段が配設される、ことが好ましい。
前記中心プローブを回転軸周りに回転させ、前記中心プローブ及び前記ショルダ部を軸線方向に移動させ前記被接合部材を押圧し、押圧した状態で被接合部材上を移動させる機構を有する装置本体部と連結される、ことが好ましい。
図1は、本発明の回転ツールに用いる摩擦攪拌接合装置本体A(以下、「装置本体A」とも称する)の斜視図を示している。また、図2は摩擦攪拌接合対象となる被接合部材6と回転ツール4との関係を示した略斜視図である。
本発明の実施形態を説明する前提として、以下、この装置本体Aの構成および接合工程を概説する。装置本体Aは、概ねツールホルダ把持部40と、被接合部材設置面41と、ワークステージ42と、ヘッド支台43と、ヘッド44と、操作盤45と、を備えて構成される。
図3には、ツールホルダ把持部40に把持されるツールホルダ2及び回転ツール4を示す略模式図が示されている。
本回転ツール4によって入熱による塑性流動を制御し易い点について説明する。
図6は、摩擦攪拌接合中の回転ツール4の各部材の寸法が示されており、(a)は回転軸に沿った略断面図、(b)は中心プローブ3とその周囲の塑性流動を起こした領域を示す略上視図である。
図4(a)(b)に示すように各部材の寸法は下記の通りである。
D:ショルダ部5の外径
d:中心プローブ3の代表外径
Hp:中心プローブ3の回転軸方向の長さ
h:板厚(被接合部材6a、6bが重なって接合される場合は上側部材の板厚)
δ:中心プローブ3と被接合部材6とによって塑性流動が生じる長さ
β:中心プローブ3のテーパ角
尚、δは所定温度時の塑性流動が生じる長さ(ここでは高温引張耐力が50MPaになったときの温度T*)を示しており、中心プローブ3は被接合部材6の板厚方向裏側近傍まで埋入されるため、ここでは Hp≒h として近似する。
Q= Qw+Qp+QL・・・(式1)
Qw:被接合部材6に付与された入熱
Qp:中心プローブ3に付与された入熱
QL:その他治具に逃げた入熱
で表される。
Qw=(2/3)πηωτ0(1−T*/Tm)((D/2)3−(d/2)3)(1+tan β)+(d/2)3+3(d/2)2Hp)・・・(式2)
で表される。
ここで図7の被接合部材の高温引張耐力と温度との関係のグラフ図に示すように、
T*:σy=50MPaのときの温度
Tm:σ0=0MPaのときの温度
また、τ0は、τ0=σyo/√3・・・(式3)
ω:中心プローブ3の回転角速度
η:熱効率(=Qw/Q・・・式(4))
で表される。
また、中心プローブ3は略円筒であり、式2のtan βの項を tan β≒0 と近似することができる。
その結果、式3も代入して式2は、
Qw=(1/2)πηω(σyo/√3)(1−T*/Tm)dHp・・・(式5)
と近似される。
Qw=δρdπ・Hp・Cp・T*
ρ:密度
Cp:比熱
で表され、これと式5より
δ=(1/2ρCp)ηω(σyo/√3)(1/T*−1/Tm)d・・・(式6)
となる。
このときT*,Tm,σyo は材料定数であり、
式1と式4から η=Qw/(Qw+Qp+QL)であり、Qp,QLも実験条件で決定されるため
δは、中心プローブ3の回転数R(=ω/2π)と、dの一次関数で算出されることがわかる。
δ≧v/R の場合(図6(a)参照)には、
中心プローブ3の移動速度vが塑性流動領域の形成より遅いため十分な接合状態を確保できていることがわかる。
δ<v/R の場合(図6(b)参照)には、中心プローブ3の移動速度vが、塑性流動域よりも速く進むため塑性流動が追い付かないため欠陥が生じることとなる。
v:中心プローブ3の移動速度
tanβ=β≒0.05≒0(βが小さいとき)
3 中心プローブ
4 回転ツール
5 ショルダ部
6 被接合部材
9 熱電対
26 測定用チャンネル
28 下端チャンネル
30 中間チャンネル
40 ツールホルダ把持部
41 被接合部材設置面
42 ワークステージ
43 ヘッド支台
44 ヘッド
45 操作盤
A 摩擦攪拌接合装置本体
S1〜S5 工程
Claims (6)
- 被接合部材を押圧しながら軸回転する摩擦攪拌接合用ツールであって、
前記摩擦攪拌接合用ツールは、
回転軸と略同軸の円筒状の中空部を有する筒形状の固定用ショルダ部と、
該ショルダ部の中空部に入れ子状に挿通され、その下端が前記ショルダ部の下端から突出する中実円筒形状のプローブとを備え、
前記固定用ショルダ部は、被接合部材方向に移動可能であり且つ回転方向に固定であり、
前記プローブは、接合方向に移動可能であり且つ軸回転可能であり、
前記プローブは、少なくとも
該プローブの上端から回転軸方向に貫通する測定用チャンネルを設け、
該測定用チャンネルには、その下端近傍の温度及び/又は振動を測定する測定手段が配設される、記載の摩擦攪拌接合用回転ツール - 前記測定用チャンネルは、
それぞれ回転軸方向の深さ距離を異にする複数を設け、
それぞれの前記測定用チャンネルには、その下端近傍の温度及び/又は振動を測定する測定手段が配設される、請求項1に記載の摩擦攪拌接合用回転ツール - 前記測定用チャンネルは、さらに前記ショルダ部を貫通して設け、
それぞれの前記測定用チャンネルには、その下端近傍の温度及び/又は振動を測定する測定手段が配設される、請求項1に記載の摩擦攪拌接合用回転ツール - 前記摩擦攪拌接合用ツールはその上方で、
前記プローブを回転軸周りに回転させ、前記プローブ及び前記ショルダ部を軸線方向に移動させ前記被接合部材を押圧し、押圧した状態で被接合部材上を移動させる機構を有する装置本体部と連結される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の摩擦攪拌接合用ツール。 - 前記被接合部材は、その少なくとも一方が難接合材で形成される又はそれぞれ異なる材質で形成される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の摩擦攪拌接合用ツール。
- 前記プローブの直径は、前記被接合部材の板厚の2倍乃至3倍である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の摩擦攪拌接合用ツール。
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Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004538156A (ja) * | 2001-08-11 | 2004-12-24 | エーアーデーエス・ドイッチェランド・ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 摩擦溶接に用いる摩擦攪拌工具 |
JP2007083257A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 複動式回転工具を用いた摩擦攪拌接合方法 |
US20090255980A1 (en) * | 2008-04-15 | 2009-10-15 | Lockheed Martin Corporation | Control systems for friction stir welding of titanium alloys and other high temperature materials |
JP2009537325A (ja) * | 2006-05-15 | 2009-10-29 | ザ ウェルディング インスティテュート | 摩擦撹拌方法及び該方法による一組のワークピースの接合 |
JP2012139696A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 回転ツール |
JP2012218001A (ja) * | 2011-04-05 | 2012-11-12 | Furukawa-Sky Aluminum Corp | 摩擦攪拌接合方法 |
US20140326392A1 (en) * | 2011-06-15 | 2014-11-06 | Eads Deutschland Gmbh | Welding Tool Comprising a Rotating Probe, Welding Method and Workpiece |
JP5883978B1 (ja) * | 2015-08-06 | 2016-03-15 | 株式会社日立パワーソリューションズ | 摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合制御方法 |
WO2016111336A1 (ja) * | 2015-01-07 | 2016-07-14 | 株式会社山本金属製作所 | 摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合に用いる回転ツール |
-
2016
- 2016-08-26 JP JP2016166328A patent/JP2018030167A/ja active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004538156A (ja) * | 2001-08-11 | 2004-12-24 | エーアーデーエス・ドイッチェランド・ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 摩擦溶接に用いる摩擦攪拌工具 |
JP2007083257A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 複動式回転工具を用いた摩擦攪拌接合方法 |
JP2009537325A (ja) * | 2006-05-15 | 2009-10-29 | ザ ウェルディング インスティテュート | 摩擦撹拌方法及び該方法による一組のワークピースの接合 |
US20090255980A1 (en) * | 2008-04-15 | 2009-10-15 | Lockheed Martin Corporation | Control systems for friction stir welding of titanium alloys and other high temperature materials |
JP2012139696A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 回転ツール |
JP2012218001A (ja) * | 2011-04-05 | 2012-11-12 | Furukawa-Sky Aluminum Corp | 摩擦攪拌接合方法 |
US20140326392A1 (en) * | 2011-06-15 | 2014-11-06 | Eads Deutschland Gmbh | Welding Tool Comprising a Rotating Probe, Welding Method and Workpiece |
WO2016111336A1 (ja) * | 2015-01-07 | 2016-07-14 | 株式会社山本金属製作所 | 摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合に用いる回転ツール |
JP5883978B1 (ja) * | 2015-08-06 | 2016-03-15 | 株式会社日立パワーソリューションズ | 摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合制御方法 |
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