JP2018039017A - Joining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属部材同士を摩擦攪拌で接合する接合方法に関する。 The present invention relates to a joining method for joining metal members together by friction stirring.
例えば、特許文献1には、第一金属部材の表面と第二金属部材の裏面を重ね合わせて重合部を形成した後、第二金属部材の表面から当該重合部に対して溶接(アーク溶接、レーザー溶接等)を行う技術が開示されている。 For example, in Patent Document 1, after superposing a surface of a first metal member and a back surface of a second metal member to form a superposed portion, welding (arc welding, from the surface of the second metal member to the superposed portion is performed. Technology for performing laser welding or the like is disclosed.
従来の接合方法であると、溶接の際の入熱によって第一金属部材及び第二金属部材が変形し、第一金属部材と第二金属部材との間に隙間が生じて接合精度が低下するおそれがある。特に、第一金属部材及び第二金属部材の厚さが薄い場合は大きく変形するため、接合精度がより低下するおそれがある。 In the conventional joining method, the first metal member and the second metal member are deformed by heat input during welding, and a gap is generated between the first metal member and the second metal member, thereby lowering the joining accuracy. There is a fear. In particular, when the thickness of the first metal member and the second metal member is thin, the first metal member and the second metal member are greatly deformed, so that the joining accuracy may be further reduced.
そこで、本発明は、接合精度を高めることができる接合方法を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the joining method which can improve a joining precision.
前記課題を解決するために、本発明は、板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合わせ工程と、前記第二金属部材の端面と前記第一金属部材の表面とで構成される第一内隅及び前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで構成される第二内隅に回転ツールの攪拌ピンを挿入して前記重合部を摩擦攪拌接合する内隅接合工程と、前記第一金属部材の裏面及び前記第二金属部材の表面のいずれか一方から前記重合部に沿ってMIG溶接、TIG溶接又はレーザー溶接を行って前記重合部を接合する第一本接合工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an overlaying step of superposing a front surface of a plate-like first metal member and a back surface of a plate-like second metal member to form a superposition part, and the second metal Agitation of the rotary tool at the first inner corner composed of the end surface of the member and the surface of the first metal member and the second inner corner composed of the end surface of the first metal member and the back surface of the second metal member An inner corner joining step of inserting a pin to friction stir weld the overlapped portion, and MIG welding and TIG welding along the overlapped portion from either the back surface of the first metal member or the front surface of the second metal member Or a first main joining step of joining the overlapping portions by laser welding.
また、本発明は、板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合わせ工程と、前記第二金属部材の端面と前記第一金属部材の表面とで構成される第一内隅及び前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで構成される第二内隅に回転ツールの攪拌ピンを挿入して前記重合部を摩擦攪拌接合する内隅接合工程と、前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の表面に電極を押し当てて、前記重合部に対して抵抗スポット溶接を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする。 Further, the present invention provides an overlapping step of overlapping the surface of the plate-shaped first metal member and the back surface of the plate-shaped second metal member to form a superposed portion, the end surface of the second metal member, and the first The stirring pin of the rotary tool is inserted into the first inner corner composed of the surface of one metal member and the second inner corner composed of the end surface of the first metal member and the back surface of the second metal member, and An inner corner joining step of friction stir welding the overlapped portion, and a main joining step of pressing the electrode against the back surface of the first metal member and the surface of the second metal member to perform resistance spot welding to the overlapped portion. , Including.
かかる接合方法によれば、内隅接合工程を摩擦攪拌接合で行うことで熱歪を抑えつつ、第一金属部材と第二金属部材とを仮止めすることができる。これにより、第一本接合工程又は本接合工程の際に第一金属部材と第二金属部材とが離間することを防ぐことができるため、接合精度を高めることができる。 According to such a joining method, the first metal member and the second metal member can be temporarily fixed while suppressing thermal distortion by performing the inner corner joining step by friction stir welding. Thereby, since it can prevent that a 1st metal member and a 2nd metal member separate in the case of a 1st main joining process or a main joining process, joining precision can be improved.
また、前記第一本接合工程では、前記重合部に沿って1パスで連続してMIG溶接、TIG溶接又はレーザー溶接を行うことが好ましい。
また、前記第一本接合工程では、前記重合部に沿って断続的に間をあけてMIG溶接、TIG溶接又はレーザー溶接を行うことが好ましい。
In the first main joining step, it is preferable to perform MIG welding, TIG welding, or laser welding continuously in one pass along the overlapping portion.
In the first main joining step, it is preferable to perform MIG welding, TIG welding, or laser welding intermittently along the overlapped portion.
また、前記第一金属部材の裏面及び前記第二金属部材の表面のいずれか他方から前記重合部に沿ってMIG溶接、TIG溶接又はレーザー溶接を行って前記重合部を接合する第二本接合工程と、を含むことが好ましい。 Moreover, the 2nd main joining process which joins the said superposition | polymerization part by performing MIG welding, TIG welding, or laser welding along the said superposition | polymerization part from either one of the back surface of said 1st metal member and the surface of the said 2nd metal member And preferably.
かかる接合方法によれば、接合強度を高めることができる。 According to such a joining method, the joining strength can be increased.
また、前記第二本接合工程では、前記重合部に沿って1パスで連続してMIG溶接、TIG溶接又はレーザー溶接を行うことが好ましい。
また、前記第二本接合工程では、前記重合部に沿って断続的に間をあけてMIG溶接、TIG溶接又はレーザー溶接を行うことが好ましい。
In the second main joining step, it is preferable to perform MIG welding, TIG welding, or laser welding continuously in one pass along the overlapping portion.
Further, in the second main joining step, it is preferable to perform MIG welding, TIG welding, or laser welding at intervals along the overlapped portion.
また、前記内隅接合工程では、前記重合部に沿って1パスで連続して摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。
また、前記内隅接合工程では、前記重合部に沿って断続的に間をあけて摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。
In the inner corner joining step, it is preferable to perform friction stir welding continuously in one pass along the overlapping portion.
Further, in the inner corner joining step, it is preferable to perform friction stir welding with intermittent intervals along the overlapping portion.
本発明に係る接合方法によれば、接合精度を高めることができる。 According to the joining method according to the present invention, the joining accuracy can be increased.
[第一実施形態]
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1に示すように、本実施形態に係る接合方法では、第一金属部材1と第二金属部材2を重ね合わせて接合する。本実施形態に係る接合方法では、重ね合わせ工程と、内隅接合工程と、第一本接合工程と、第二本接合工程と、を行う。なお、下記の説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面という意味である。
[First embodiment]
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, in the joining method according to the present embodiment, the first metal member 1 and the
重ね合わせ工程は、図1に示すように、第一金属部材1と第二金属部材2とを重ね合わせる工程である。第一金属部材1及び第二金属部材2は、金属製の板状部材である。第一金属部材1及び第二金属部材2の材料は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、 マグネシウム、マグネシウム合金等から適宜選択すればよい。第一金属部材1及び第二金属部材2の板厚は同等になっている。第一金属部材1及び第二金属部材2の板厚は適宜設定すればよい。
The superimposing step is a step of superposing the first metal member 1 and the
重ね合わせ工程では、第一金属部材1の表面1bの一部と、第二金属部材2の裏面2cの一部とを重ね合わせて重合部J1を形成する。第二金属部材2の端面2aと第一金属部材1の表面1bとで第一内隅が形成される。また、第一金属部材1の端面1aと第二金属部材2の裏面2cとで第二内隅が形成される。重ね合わされた第一金属部材1及び第二金属部材2は、治具で架台(図示省略)に固定する。
In the overlapping step, a part of the
内隅接合工程は、図2及び図3に示すように、第一内隅及び第二内隅から摩擦攪拌を行って、重合部J1を接合する工程である。まず、内隅接合工程では、図2に示すように、接合用回転ツールFを用いて第一内隅を摩擦攪拌接合する。接合用回転ツールFは、連結部F1と、攪拌ピンF2とで構成されている。接合用回転ツールFは、特許請求の範囲の「回転ツール」に相当する。接合用回転ツールFは、例えば工具鋼で形成されている。連結部F1は、摩擦攪拌装置の回転軸(図示省略)に連結される部位である。連結部F1は円柱状を呈している。 As shown in FIGS. 2 and 3, the inner corner joining step is a step of joining the overlapping portion J1 by performing frictional stirring from the first inner corner and the second inner corner. First, in the inner corner joining step, as shown in FIG. 2, the first inner corner is friction stir welded using the joining rotary tool F. The joining rotary tool F includes a connecting portion F1 and a stirring pin F2. The joining rotary tool F corresponds to a “rotary tool” in the claims. The joining rotary tool F is made of, for example, tool steel. The connecting part F1 is a part connected to a rotating shaft (not shown) of the friction stirrer. The connecting portion F1 has a cylindrical shape.
攪拌ピンF2は、連結部F1から垂下しており、連結部F1と同軸になっている。攪拌ピンF2は連結部F1から離間するにつれて先細りの円錐台形状になっている。攪拌ピンF2の外周面には螺旋溝が刻設されている。本実施形態では、接合用回転ツールFを右回転させるため、螺旋溝は、基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。 The stirring pin F2 hangs down from the connecting portion F1 and is coaxial with the connecting portion F1. The stirring pin F2 has a tapered truncated cone shape as it is separated from the connecting portion F1. A spiral groove is formed on the outer peripheral surface of the stirring pin F2. In the present embodiment, the spiral groove is formed in a counterclockwise direction from the proximal end toward the distal end in order to rotate the joining rotary tool F to the right.
なお、接合用回転ツールFを左回転させる場合は、螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成することが好ましい。螺旋溝をこのように設定することで、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝によって攪拌ピンF2の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材(第一金属部材1及び第二金属部材2)の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。なお、螺旋溝は省略してもよい。 In addition, when rotating the rotation tool F for joining counterclockwise, it is preferable to form a spiral groove clockwise as it goes to a front-end | tip from a base end. By setting the spiral groove in this way, the metal plastically fluidized during friction stirring is guided to the tip side of the stirring pin F2 by the spiral groove. Thereby, the quantity of the metal which overflows to the exterior of a to-be-joined metal member (the 1st metal member 1 and the 2nd metal member 2) can be decreased. The spiral groove may be omitted.
接合用回転ツールFは、マシニングセンタ等の摩擦攪拌装置に取り付けてもよいが、本実施形態では先端にスピンドルユニット等の回転手段を備えたアームロボットに取り付けられている。アームロボットに取り付けることにより、接合用回転ツールFの回転中心軸を容易に傾斜させることができる。 The joining rotary tool F may be attached to a friction stirrer such as a machining center. In this embodiment, the joining rotary tool F is attached to an arm robot having a rotating means such as a spindle unit at the tip. By attaching to the arm robot, the rotation center axis of the rotation tool for welding F can be easily inclined.
内隅接合工程では、図2に示すように、第一内隅から右回転する攪拌ピンF2を挿入して、第一内隅(重合部J1)に沿って接合用回転ツールFを相対移動させる。内隅接合工程では、接合用回転ツールFの回転中心軸を第一金属部材1の表面1bから30°〜60°の範囲で傾斜させつつ相対移動させる。また、内隅接合工程では、攪拌ピンF2のみを第一金属部材1及び第二金属部材2に接触させ、攪拌ピンF2の基端側を露出させた状態で摩擦攪拌を行う。本実施形態では、端面2aが接合用回転ツールFの左側に位置するように進行方向を設定している。接合用回転ツールFの移動軌跡には、塑性化領域W1が形成される。第一内隅を接合する際には、本実施形態では、重合部J1に対して1パスで連続して摩擦攪拌接合を行う。
In the inner corner joining step, as shown in FIG. 2, a stirring pin F2 that rotates clockwise from the first inner corner is inserted, and the joining rotary tool F is relatively moved along the first inner corner (overlapping portion J1). . In the inner corner joining step, the rotation center axis of the joining rotary tool F is relatively moved while being inclined from the
また、内隅接合工程では、図3に示すように、第一金属部材1及び第二金属部材2をうら返し、第一金属部材1の端面1aと第二金属部材2の裏面2cとで構成された第二内隅に右回転する攪拌ピンF2を挿入して、第二内隅(重合部J1)に沿って接合用回転ツールFを相対移動させる。本実施形態では、端面1aが接合用回転ツールFの左側に位置するように進行方向を設定している。接合用回転ツールFの移動軌跡には、塑性化領域W2が形成される。第二内隅を接合する際には、本実施形態では、重合部J1に対して1パスで連続して摩擦攪拌接合を行う。なお、内隅接合工程では、重合部J1に対して間をあけて断続的に摩擦攪拌接合を行ってもよい。
Further, in the inner corner joining step, as shown in FIG. 3, the first metal member 1 and the
第一本接合工程は、図4に示すように、第一金属部材1の裏面1c及び第二金属部材2の表面2bのいずれか一方から重合部J1に沿ってMIG溶接、TIG溶接又はレーザー溶接を行って重合部J1を接合する工程である。本実施形態の第一本接合工程では、第一金属部材1の裏面1cに溶接トーチHを近接させつつ、端面1aと平行に溶接トーチHを相対移動させ、レーザー溶接により重合部J1を接合する。溶接トーチHの移動軌跡には、溶接痕W3が形成される。
As shown in FIG. 4, the first main joining step includes MIG welding, TIG welding, or laser welding from one of the
第二本接合工程は、図5に示すように、第一金属部材1の裏面1c及び第二金属部材2の表面2bのいずれか他方から重合部J1に沿ってMIG溶接、TIG溶接又はレーザー溶接を行って重合部J1を接合する工程である。本実施形態の第二本接合工程では、第二金属部材2の表面2bに溶接トーチHを近接させつつ、端面2aと平行に溶接トーチHを相対移動させ、レーザー溶接により重合部J1を接合する。溶接トーチHの移動軌跡には、溶接痕W4が形成される。第二本接合工程では、溶接痕W4が溶接痕W3と重複するように移動ルートを設定する。
As shown in FIG. 5, the second main joining step includes MIG welding, TIG welding, or laser welding from the other side of the
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、内隅接合工程を摩擦攪拌接合で行うことで第一金属部材1及び第二金属部材2の熱歪を抑えつつ、第一金属部材1と第二金属部材2とを仮止めすることができる。これにより、第一本接合工程又は第二本接合工程の際に第一金属部材1と第二金属部材2とが熱歪によって変形し、離間することを防ぐことができるため、接合精度を高めることができる。
According to the joining method according to the present embodiment described above, the inner corner joining step is performed by friction stir welding, and the first metal member 1 and the
また、第一本接合工程及び第二本接合工程を行うことにより、被接合金属部材の両側から重合部J1を接合できるため、接合強度を高めることができる。また、溶接痕W3,W4が互いに接触しないようにレーザー溶接を行ってもよいが、溶接痕W3,W4を重複させることで、接合強度をより高めることができる。 Moreover, since the superposition | polymerization part J1 can be joined from the both sides of a to-be-joined metal member by performing a 1st main joining process and a 2nd main joining process, joining strength can be raised. Laser welding may be performed so that the welding marks W3 and W4 do not come into contact with each other, but the bonding strength can be further increased by overlapping the welding marks W3 and W4.
[変形例]
次に、第一実施形態に係る接合方法の変形例について説明する。図6に示すように、変形例では、重ね合わせ工程と、内隅接合工程と、第一本接合工程と、を行う。重ね合わせ工程は、前記した第一実施形態と同一である。
[Modification]
Next, a modification of the joining method according to the first embodiment will be described. As shown in FIG. 6, in the modification, an overlapping process, an inner corner joining process, and a first main joining process are performed. The overlapping process is the same as that in the first embodiment described above.
内隅接合工程では、図6に示すように、第一内隅及び第二内隅に対して断続的に摩擦攪拌接合を行う。接合用回転ツールFの移動軌跡には、塑性化領域W1,W2がそれぞれ断続的に形成される。第一本接合工程では、溶接トーチHを用いてレーザースポット溶接を行い、重合部J1を接合する。第一本接合工程によって、溶接痕W3は断続的に形成される。 In the inner corner joining step, as shown in FIG. 6, friction stir welding is intermittently performed on the first inner corner and the second inner corner. Plasticizing regions W1 and W2 are intermittently formed on the movement trajectory of the welding rotary tool F, respectively. In the first main joining step, laser spot welding is performed using the welding torch H to join the overlapping portion J1. By the first main joining process, the welding mark W3 is intermittently formed.
当該変形例のように、内隅接合工程を間をあけて断続的に行ってもよい。また、第一本接合工程においても、間をあけて断続的に行ってもよい。これにより、入熱量を低減することができるため、第一金属部材1及び第二金属部材2の熱歪をより抑制することができる。これにより、接合精度をより高めることができる。また、当該変形例のように第二本接合工程は省略してもよい。
As in the modification, the inner corner joining step may be intermittently performed with a gap. In the first main bonding process, the process may be performed intermittently with a gap. Thereby, since heat input can be reduced, the thermal distortion of the 1st metal member 1 and the
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法では、重ね合わせ工程と、内隅接合工程と、本接合工程と、を行う。重ね合わせ工程は、前記した第一実施形態と同一である。また、内隅接合工程は、前記した変形例と同一である。
[Second Embodiment]
Next, the joining method according to the second embodiment of the present invention will be described. In the bonding method according to the present embodiment, an overlapping process, an inner corner bonding process, and a main bonding process are performed. The overlapping process is the same as that in the first embodiment described above. Further, the inner corner joining step is the same as the above-described modification.
本接合工程は、図7に示すように、第一金属部材1の裏面1cと第二金属部材2の表面2bに電極U1,U2をそれぞれ押し当てて、重合部J1に対して抵抗スポット溶接を行う工程である。本接合工程では、図8に示すように、間をあけて溶接痕W3が形成される。
As shown in FIG. 7, in this joining step, the electrodes U1 and U2 are pressed against the
第二実施形態に係る接合方法によっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、第二実施形態に係る本接合工程によれば、抵抗スポット溶接によって断続的に溶接を行うことにより、入熱量を低減することができるため、第一金属部材1及び第二金属部材2の熱歪をより抑制することができる。これにより、接合精度をより高めることができる。
Also by the joining method according to the second embodiment, substantially the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Moreover, according to the main joining process which concerns on 2nd embodiment, since heat input can be reduced by welding intermittently by resistance spot welding, the 1st metal member 1 and the
以上本発明の実施形態及び変形例について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、第二実施形態においては、内隅接合工程を間をあけて断続的に行ったが、第一実施形態のように連続して行ってもよい。 Although the embodiments and modifications of the present invention have been described above, design changes can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, in the second embodiment, the inner corner joining step is intermittently performed at intervals, but may be continuously performed as in the first embodiment.
1 第一金属部材
1a 端面
1b 表面
1c 裏面
2 第二金属部材
2a 端面
2b 表面
2c 裏面
F 接合用回転ツール(回転ツール)
F1 連結部
F2 攪拌ピン
J1 重合部
W1 塑性化領域
W2 塑性化領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
F1 connecting portion F2 stirring pin J1 overlapping portion W1 plasticizing region W2 plasticizing region
Claims (9)
前記第二金属部材の端面と前記第一金属部材の表面とで構成される第一内隅及び前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで構成される第二内隅に回転ツールの攪拌ピンを挿入して前記重合部を摩擦攪拌接合する内隅接合工程と、
前記第一金属部材の裏面及び前記第二金属部材の表面のいずれか一方から前記重合部に沿ってMIG溶接、TIG溶接又はレーザー溶接を行って前記重合部を接合する第一本接合工程と、を含むことを特徴とする接合方法。 An overlapping step of overlapping the surface of the plate-shaped first metal member and the back surface of the plate-shaped second metal member to form a superposed portion;
In a first inner corner composed of the end surface of the second metal member and the surface of the first metal member, and a second inner corner composed of the end surface of the first metal member and the back surface of the second metal member. An inner corner joining step of inserting a stirring pin of a rotating tool and friction stir welding the overlapped portion,
A first main joining step of joining the overlapped portion by performing MIG welding, TIG welding or laser welding along the overlapped portion from either one of the back surface of the first metal member and the surface of the second metal member; A bonding method comprising:
前記第二金属部材の端面と前記第一金属部材の表面とで構成される第一内隅及び前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで構成される第二内隅に回転ツールの攪拌ピンを挿入して前記重合部を摩擦攪拌接合する内隅接合工程と、
前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の表面に電極を押し当てて、前記重合部に対して抵抗スポット溶接を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする接合方法。 An overlapping step of overlapping the surface of the plate-shaped first metal member and the back surface of the plate-shaped second metal member to form a superposed portion;
In a first inner corner composed of the end surface of the second metal member and the surface of the first metal member, and a second inner corner composed of the end surface of the first metal member and the back surface of the second metal member. An inner corner joining step of inserting a stirring pin of a rotating tool and friction stir welding the overlapped portion,
And a main joining step in which an electrode is pressed against the back surface of the first metal member and the surface of the second metal member, and resistance spot welding is performed on the overlapped portion.
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