JP2018134669A - 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、第一金属部材と第二金属部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法が開示されている。当該接合方法では、第一金属部材と第二金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成した後に、回転ツールの攪拌ピンのみを第一金属部材と第二金属部材に接触させた状態で突合せ部に対して摩擦攪拌を行うというものである。 For example, Patent Document 1 discloses a joining method in which a first metal member and a second metal member are joined by friction stirring. In the joining method, after the first metal member and the second metal member are butted together to form a butted portion, only the stirring pin of the rotary tool is brought into contact with the first metal member and the second metal member. On the other hand, friction stirring is performed.
前記した従来の接合方法では、塑性流動化した金属を回転ツールのショルダ部で押さえないため、塑性流動化した金属が外部に漏れ出して接合部が金属不足になるという問題がある。 In the conventional joining method described above, since the plastic fluidized metal is not pressed by the shoulder portion of the rotary tool, there is a problem that the plastic fluidized metal leaks to the outside and the joint becomes insufficient.
そこで、本発明は、接合部の金属不足を防ぐ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 prevent the metal shortage of a junction part.
前記課題を解決するための第一の発明は、攪拌ピンを備えた本接合用回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法であって、前記第一金属部材及び前記第二金属部材は、二枚の縦板の基端部に第一横板が接続されるとともに、二枚の前記縦板の先端部に第二横板が接続された角筒状に形成されており、前記第一金属部材の一方の外側面と、前記第二金属部材の他方の外側面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、基端側の前記突合せ部を覆うように、前記第一金属部材及び前記第二金属部材に補助部材を配置する補助部材配置工程と、前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材、前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、基端側の前記突合せ部に沿って前記本接合用回転ツールを移動させて、前記補助部材、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材及び前記第二金属部材から除去する除去工程と、を含むことを特徴とする。 A first invention for solving the above-described problem is a joining method in which a first metal member and a second metal member are joined by friction stirring using a main welding rotary tool provided with a stirring pin. The one metal member and the second metal member have corners in which the first horizontal plate is connected to the base ends of the two vertical plates and the second horizontal plate is connected to the distal ends of the two vertical plates. A butting step, which is formed in a cylindrical shape, butts one outer surface of the first metal member and the other outer surface of the second metal member to form a butting portion; and the butting portion on the base end side An auxiliary member disposing step of disposing an auxiliary member on the first metal member and the second metal member so as to cover, and the stirring pin is inserted from the surface side of the auxiliary member, and only the stirring pin is inserted into the auxiliary member The base end side in contact with the first metal member and the second metal member A main joining step of moving the main welding rotary tool along the abutting portion to perform friction stir welding of the auxiliary member, the first metal member, and the second metal member, and the auxiliary in which a burr is formed. Removing the member from the first metal member and the second metal member.
前記課題を解決するための第二の発明は、攪拌ピンを備えた本接合用回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法であって、前記第一金属部材及び前記第二金属部材は、二枚の縦板の基端部に第一横板が接続されるとともに、二枚の前記縦板の先端部に第二横板が接続された角筒状に形成されており、前記第一金属部材の一方の外側面と、前記第二金属部材の他方の外側面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、基端側の前記突合せ部に沿って、前記第一金属部材又は前記第二金属部材に補助部材を配置する補助部材配置工程と、前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材、前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、基端側の前記突合せ部に沿って前記本接合用回転ツールを移動させて、前記補助部材、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材又は前記第二金属部材から除去する除去工程と、を含むことを特徴とする。 A second invention for solving the above-described problem is a joining method in which the first metal member and the second metal member are joined by friction stirring using the main rotating tool having a stirring pin. The one metal member and the second metal member have corners in which the first horizontal plate is connected to the base ends of the two vertical plates and the second horizontal plate is connected to the distal ends of the two vertical plates. A butting step, which is formed in a cylindrical shape, butts one outer surface of the first metal member and the other outer surface of the second metal member to form a butting portion; and the butting portion on the base end side Auxiliary member arranging step of arranging an auxiliary member on the first metal member or the second metal member, and inserting the stirring pin from the surface side of the auxiliary member, and only the stirring pin is the auxiliary member, In front of the proximal end side in contact with the first metal member and the second metal member. A main joining step in which the rotating tool for main joining is moved along the butting portion to perform friction stir welding of the auxiliary member, the first metal member, and the second metal member, and the auxiliary member in which burrs are formed. Removing from the first metal member or the second metal member.
第一の発明及び第二の発明における接合方法によれば、第一金属部材と第二金属部材とが接合されるとともに、第一金属部材及び第二金属部材に加えて、補助部材も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部の金属不足を防ぐことができる。
また、摩擦攪拌接合で発生するバリを補助部材ごと金属部材から除去することができるため、バリを除去する工程が容易となる。
According to the joining method in the first invention and the second invention, the first metal member and the second metal member are joined, and in addition to the first metal member and the second metal member, the auxiliary member also frictions simultaneously. By stirring and joining, metal shortage at the joint can be prevented.
Moreover, since the burr | flash generate | occur | produced by friction stir welding can be removed from a metal member with an auxiliary member, the process of removing a burr | flash becomes easy.
前記補助部材配置工程の前に、基端側の前記突合せ部に仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを挿入してスポットで摩擦攪拌接合を行う仮接合工程を含むことが好ましい。
前記補助部材配置工程の前に、先端側の前記突合せ部に仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを挿入してスポットで摩擦攪拌接合を行う仮接合工程を含むことが好ましい。
Prior to the auxiliary member arranging step, it is preferable to include a temporary joining step in which only the stirring pin of the rotary tool for temporary joining is inserted into the abutting portion on the base end side and the friction stir welding is performed with a spot.
Prior to the auxiliary member arranging step, it is preferable to include a temporary joining step in which only the stirring pin of the rotary tool for temporary joining is inserted into the abutting portion on the distal end side and the friction stir welding is performed with a spot.
かかる接合方法によれば、攪拌ピンのみを金属部材に接触させた状態で突合せ部のスポット仮付けを行うことにより、摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減することができる。また、従来のように突合せ部の全長に対して仮接合を行う場合に比べて工程時間を短くすることができる。 According to this joining method, it is possible to reduce the load acting on the friction stirrer by performing spot spotting of the butt portion in a state where only the stirring pin is in contact with the metal member. Moreover, the process time can be shortened compared with the case where temporary joining is performed on the entire length of the butt portion as in the prior art.
また、前記仮接合用回転ツール及び前記本接合用回転ツールは同一の回転ツールであることが好ましい。かかる接合方法によれば、回転ツールの交換を行う必要が無いため、作業効率を高めることができる。 Moreover, it is preferable that the said temporary rotating tool for temporary joining and the said rotational tool for main joining are the same rotating tools. According to such a joining method, since it is not necessary to replace the rotating tool, the working efficiency can be improved.
前記補助部材配置工程の前に、基端側の前記突合せ部を溶接によるスポットで接合する仮接合工程を含むことが好ましい。また、前記溶接は、MIG溶接、TIG溶接又はレーザー溶接を用いることができる。
前記補助部材配置工程の前に、先端側の前記突合せ部を溶接によるスポットで接合する仮接合工程を含むことが好ましい。また、前記溶接は、MIG溶接、TIG溶接又はレーザー溶接を用いることができる。
It is preferable to include the temporary joining process of joining the said butt | matching part of a base end side with the spot by welding before the said auxiliary member arrangement | positioning process. Moreover, MIG welding, TIG welding, or laser welding can be used for the said welding.
Before the auxiliary member arranging step, it is preferable to include a temporary joining step of joining the butt portion on the tip side with a spot by welding. Moreover, MIG welding, TIG welding, or laser welding can be used for the said welding.
かかる接合方法によれば、従来のように突合せ部の全長に対して仮接合を行う場合に比べて工程時間を短くすることができる。 According to this joining method, process time can be shortened compared with the case where temporary joining is performed with respect to the full length of the butt | matching part conventionally.
本発明に係る接合方法によれば、接合部の金属不足を防ぐことができる。 According to the joining method according to the present invention, metal shortage at the joint can be prevented.
[第一実施形態]
本発明の第一実施形態に係る接合方法について、図1〜図10を参照して詳細に説明する。第一実施形態では、角筒状の二つの金属板(第一金属部材と第二金属部材)を接合する。第一実施形態に係る接合方法では、突合せ工程と、第一仮接合工程と、第二仮接合工程と、補助部材配置工程と、本接合工程と、除去工程と、を行う。なお、以下の説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面という意味である。
[First embodiment]
The joining method according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the first embodiment, two rectangular metal plates (first metal member and second metal member) are joined. In the joining method according to the first embodiment, a butt process, a first provisional joining process, a second provisional joining process, an auxiliary member arranging process, a main joining process, and a removing process are performed. In the following description, “front surface” means a surface opposite to the “back surface”.
突合せ工程は、図1に示すように、角筒状の第一金属部材10と第二金属部材20とを突き合わせる工程である。
第一金属部材10及び第二金属部材20は、アルミニウム合金製の板状部材からなる。第一金属部材10及び第二金属部材20の材料は、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の摩擦攪拌可能な金属から適宜選択される。
第一実施形態の第一金属部材10と第二金属部材20とは、二つの角筒状の形材を並べて配置したものである。
As shown in FIG. 1, the butting process is a process in which the square metal
The
The
第一金属部材10は、軸断面が四角形の環状に形成された形材である。第一金属部材10は、二枚の縦板11,11と、両縦板11,11の基端部に接続された第一横板12と、両縦板11,11の先端部に接続された第二横板13と、によって構成されている。
すなわち、第一金属部材10は、一方の縦板11の内側面の先端部及び基端部に第一横板12及び第二横板13が直角に接続されるとともに、他方の縦板11の内側面の先端部及び基端部に第一横板12及び第二横板13が直角に接続されている。
縦板11と第一横板12及び第二横板13との接続部には、図2に示すように、直角に屈曲した角部15が形成されている。角部15の外側の頂部には、円弧状に湾曲した曲面が形成されている。
なお、第一実施形態の第一金属部材10では、二枚の縦板11,11の高さと、第一横板12及び第二横板13の横幅とが同じ長さに形成されているが異なる長さに形成してもよい。
The
That is, the
As shown in FIG. 2, a
In addition, in the
第二金属部材20は、図1に示すように、軸断面が四角形の環状に形成された形材であり、第一金属部材10と同じ形状の角筒状の部材である。第二金属部材20は、二枚の縦板21,21と、両縦板21,21の基端部に接続された第一横板22と、両縦板21,21の先端部に接続された第二横板23と、によって構成されている。
なお、第二金属部材20は、第一金属部材10と同様に、二枚の縦板21,21の高さと、第一横板22及び第二横板23の横幅とを異なる長さに形成してもよい。
As shown in FIG. 1, the
In addition, the
突合せ工程では、図2に示すように、第一金属部材10の一方の縦板11の外側面11a(図2における左側の縦板11の左側面)と、第二金属部材20の他方の縦板21の外側面21a(図2における右側の縦板21の右側面)と、を面接触させて突き合わせる。
このとき、第一金属部材10の第一横板12の裏面12a(図2における第一横板12の下面)と、第二金属部材20の第一横板22の裏面22a(図2における第一横板22の下面)とを面一とする。
また、第一金属部材10の第二横板13の表面13a(図2における第二横板13の上面)と、第二金属部材20の第二横板23の表面23a(図2における第二横板23の上面)とを面一とする。
In the butting process, as shown in FIG. 2, the
At this time, the
Further, the
突合せ工程によって、第一金属部材10の一方の外側面11aと、第二金属部材20の他方の外側面21aとが突き合わされると、第一金属部材10の基端側の角部15と、第二金属部材20の基端側の角部25とによって、基端側の突合せ部J1が形成される。
また、第一金属部材10の先端側の角部15と、第二金属部材20の先端側の角部25とによって、先端側の突合せ部J2が形成される。
第一金属部材10の角部15と第二金属部材20の角部25とは、逆向きに湾曲しているため、第一金属部材10の角部15と第二金属部材20の角部25との間には、略V字形状の隙間Sが形成される。
When one
Further, the leading end side butting portion J2 is formed by the leading end
Since the
第一仮接合工程は、図3に示すように、回転ツールF(仮接合用回転ツール)を用いて先端側の突合せ部J2に対して仮接合を行う工程である。
回転ツールFは、例えば工具鋼で形成されている。回転ツールFは、連結部F1と攪拌ピンF2とを備えている。連結部F1は、摩擦攪拌装置の回転軸に連結される部位である。連結部F1は円柱状を呈する。
As shown in FIG. 3, the first temporary joining step is a step of performing temporary joining to the abutting portion J <b> 2 on the distal end side using the rotary tool F (temporary joining rotary tool).
The rotary tool F is made of, for example, tool steel. The rotary tool F includes a connecting portion F1 and a stirring pin F2. The connecting part F1 is a part connected to the rotating shaft of the friction stirrer. The connecting part F1 has a cylindrical shape.
攪拌ピンF2は、連結部F1から延在しており、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。第一実施形態では、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。
なお、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。
The stirring pin F2 extends from the connecting portion F1 and is coaxial with the connecting portion F1. The stirring pin F2 is tapered 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 first embodiment, in order to rotate the rotary tool F to the right, the spiral groove is formed counterclockwise as it goes from the proximal end to the distal end.
In addition, when rotating the rotation tool F counterclockwise, it is preferable to form the spiral groove clockwise as it goes from the proximal end to the distal end.
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10、第二金属部材20及び補助部材30)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。
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 outside the to-be-joined metal member (the
第一仮接合工程では、回転させた回転ツールFの攪拌ピンF2のみを先端側の突合せ部J2に接触させてスポット仮付けを行う。第一仮接合工程では、所定の間隔をあけて攪拌ピンF2のみを先端側の突合せ部J2に浅く押し込んでいく。攪拌ピンF2の押し込み跡には、塑性化領域W0が形成される。
回転ツールFは、先端にスピンドルユニット等の回転駆動手段を備えたアームロボット(図示せず)に取り付けられることが好ましい。これにより、容易にスポット仮付けを行うことができる。
In the first temporary joining step, spot tacking is performed by bringing only the stirring pin F2 of the rotated rotary tool F into contact with the abutting portion J2 on the distal end side. In the first temporary joining step, only the stirring pin F2 is shallowly pushed into the abutting portion J2 on the tip side with a predetermined interval. A plasticized region W0 is formed in the trace of pushing of the stirring pin F2.
The rotary tool F is preferably attached to an arm robot (not shown) provided with a rotation drive means such as a spindle unit at the tip. Thereby, spot tacking can be performed easily.
第二仮接合工程は、図4に示すように、回転ツールF(仮接合用回転ツール)を用いて基端側の突合せ部J1に対して仮接合を行う工程である。
第二仮接合工程では、第一金属部材10及び第二金属部材20をひっくり返して上下反転させ、回転させた回転ツールFによって基端側の突合せ部J1にスポット仮付けを行う。第二仮接合工程では、第一仮接合工程と同様に、所定の間隔をあけて攪拌ピンF2のみを基端側の突合せ部J1に浅く押し込んでいくことにより、塑性化領域W0が形成される。
As shown in FIG. 4, the second temporary joining step is a step of temporarily joining the base end side butt portion J <b> 1 using the rotating tool F (temporary joining rotating tool).
In the second temporary bonding step, the
補助部材配置工程は、図5に示すように、基端側の突合せ部J1を覆うように、第一金属部材10及び第二金属部材20に補助部材30を配置する工程である。
補助部材30は金属製の板状部材である。補助部材30は摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、第一実施形態では、第一金属部材10及び第二金属部材20と同じ材料になっている。
補助部材30の板厚は、後記する本接合工程後に、塑性化領域Wが金属不足にならないとともに、基端側の突合せ部J1の隙間Sが金属によって埋まるように適宜設定する。第一実施形態では、補助部材30の板厚は第一金属部材10及び第二金属部材20の板厚よりも薄く設定している。
As shown in FIG. 5, the auxiliary member arranging step is a step of arranging the
The
The plate thickness of the
補助部材配置工程では、図6に示すように、補助部材30の裏面30bと、第一金属部材10の第一横板12の裏面12a及び第二金属部材20の第一横板22の裏面22aとを面接触させる。これにより、補助部材30によって基端側の突合せ部J1が覆われる。
また、第一金属部材10、第二金属部材20及び補助部材30を治具(図示せず)によって架台(図示せず)に移動不能に拘束する。なお、第一実施形態では、補助部材30は板状としているが、他の形状であってもよい。
In the auxiliary member arranging step, as shown in FIG. 6, the
Moreover, the
本接合工程は、図7に示すように、回転ツールF(本接合用回転ツール)を用いて基端側の突合せ部J1に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。本接合工程では、図8に示すように、右回転させた回転ツールFを補助部材30の表面30aから挿入し、基端側の突合せ部J1に達するように、攪拌ピンF2の挿入深さを設定する。
本接合工程では、攪拌ピンF2のみを補助部材30、第一金属部材10及び第二金属部材20に接触させ、攪拌ピンF2の基端側は露出させた状態で摩擦攪拌接合を行う。
As shown in FIG. 7, the main joining step is a step of performing friction stir welding with respect to the butt end portion J <b> 1 on the base end side using the rotary tool F (main welding rotary tool). In the main joining step, as shown in FIG. 8, the rotating tool F rotated to the right is inserted from the
In the main joining step, friction stir welding is performed in a state where only the stirring pin F2 is brought into contact with the
そして、図7に示すように、基端側の突合せ部J1に沿って回転ツールFを移動させる。これにより、基端側の突合せ部J1において、補助部材30、第一金属部材10及び第二金属部材20が摩擦攪拌接合される。回転ツールFの移動軌跡には、塑性化領域Wが形成される。
本接合工程後には、図9に示すように、補助部材30は、塑性化領域Wによって第一金属部材10側と第二金属部材20側とに分断される。また、分断された補助部材30,30の端部にはバリV,Vが形成されている。
Then, as shown in FIG. 7, the rotary tool F is moved along the base end-side butting portion J1. Thereby, the
After the main joining step, as shown in FIG. 9, the
除去工程は、図10に示すように、補助部材30を第一金属部材10及び第二金属部材20から除去する工程である。除去工程では、例えば手作業により、補助部材30を第一金属部材10及び第二金属部材20から離間する方向に折り曲げて、補助部材30を第一金属部材10及び第二金属部材20から除去する。これにより、第一金属部材10の第一横板12と、第二金属部材20の第一横板22とが平面状に接合される。
The removal step is a step of removing the
以上説明した第一実施形態に係る接合方法によれば、図8に示すように、第一金属部材10と第二金属部材20とが接合されるとともに、第一金属部材10及び第二金属部材20に加えて、補助部材30も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部(塑性化領域W)の金属不足を防ぐことができる。
また、回転ツールFの攪拌ピンF2のみを補助部材30、第一金属部材10及び第二金属部材20に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うことにより、摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減することができる。
また、第一実施形態に係る接合方法では、図3、図4及び図7に示すように、本接合工程及び仮接合工程において、回転ツールFの攪拌ピンF2のみを金属部材に接触させて摩擦攪拌しているため、入熱量を少なくすることができ、第一金属部材10及び第二金属部材20の熱歪みを小さくすることができる。
According to the joining method which concerns on 1st embodiment demonstrated above, as shown in FIG. 8, while the
Further, by performing friction stir welding with only the stirring pin F2 of the rotary tool F in contact with the
In the joining method according to the first embodiment, as shown in FIGS. 3, 4, and 7, in the main joining step and the temporary joining step, only the stirring pin F <b> 2 of the rotary tool F is brought into contact with the metal member to cause friction. Since stirring is performed, the amount of heat input can be reduced, and the thermal strain of the
また、第一実施形態に係る接合方法では、図8に示すように、基端側の突合せ部J1に補助部材30を配置し、補助部材30、第一金属部材10及び第二金属部材20を同時に摩擦攪拌接合しているため、塑性流動化した金属によって、第一金属部材10及び第二金属部材20の角部15,25同士の間の隙間S(図6参照)を埋めることができる。
Moreover, in the joining method which concerns on 1st embodiment, as shown in FIG. 8, the
また、第一実施形態に係る接合方法では、図9に示すように、本接合工程によって補助部材30にバリV,Vが形成されるが、図10に示すように、除去工程において、バリVを補助部材30ごと取り除くことができる。これにより、バリVを除去する工程を容易に行うことができる。
補助部材30は、除去装置等を用いて除去してもよいが、第一実施形態では、手作業で容易に補助部材30を取り除くことができる。
Further, in the joining method according to the first embodiment, as shown in FIG. 9, burrs V and V are formed in the
The
また、第一実施形態に係る接合方法では、仮接合工程を行うため、本接合工程を行う際の基端側の突合せ部J1及び先端側の突合せ部J2の目開きを防ぐことができる。第一実施形態では、先端側の突合せ部J2も仮接合することで目開きをより確実に防ぐことができる。
また、第一実施形態に係る接合方法では、図3及び図4に示すように、回転ツールFの攪拌ピンF2のみを金属部材に接触させた状態で基端側の突合せ部J1及び基端側の突合せ部J2のスポット仮付けを行うことにより、摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減することができる。また、従来のように突合せ部の全長に対して仮接合を行う場合に比べて工程時間を短くすることができる。
Further, in the joining method according to the first embodiment, since the temporary joining process is performed, it is possible to prevent the opening of the butt end portion J1 on the base end side and the butt end portion J2 on the distal end side when performing the main joining step. In the first embodiment, it is possible to prevent the opening more reliably by temporarily joining the butting portion J2 on the distal end side.
Moreover, in the joining method according to the first embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the base end side butting portion J1 and the base end side in a state where only the stirring pin F2 of the rotary tool F is in contact with the metal member. By carrying out spot tacking of the butting portion J2, the load acting on the friction stirrer can be reduced. Moreover, the process time can be shortened compared with the case where temporary joining is performed on the entire length of the butt portion as in the prior art.
また、第一実施形態では、第一仮接合工程及び第二仮接工程を行う回転ツールF(仮接合用回転ツール)と、本接合工程を行う回転ツールF(本接合用回転ツール)は同一の回転ツールを用いている。これにより、各工程で回転ツールの交換を行う必要が無いため作業効率を高めることができる。 Moreover, in 1st embodiment, the rotation tool F (rotary tool for temporary joining) which performs a 1st temporary joining process and a 2nd temporary joining process, and the rotational tool F (main joining rotational tool) which performs a main joining process are the same. The rotation tool is used. Thereby, since it is not necessary to replace | exchange a rotating tool at each process, work efficiency can be improved.
以上本発明の第一実施形態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、仮接合用回転ツール又は本接合用回転ツールに、ショルダ部及び攪拌ピンを備えた回転ツールを用いてもよい。また、仮接合工程と、本接合工程とで異なる回転ツールを用いてもよい。
While the first embodiment of the present invention has been described above, design changes can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
For example, you may use the rotary tool provided with the shoulder part and the stirring pin for the rotary tool for temporary joining or the rotary tool for main joining. Further, different rotary tools may be used in the temporary joining step and the main joining step.
また、第一実施形態では、図2に示すように、第一金属部材10の角部15と第二金属部材20の角部25が丸面取りされており、基端側の突合せ部J1及び先端側の突合せ部J2に隙間Sを設ける構成としたが、隙間Sが無いように構成してもよい。
In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the
また、第一実施形態の第一仮接合工程では、図3に示すように、回転ツールFを用いて先端側の突合せ部J2に対して仮接合を行っているが、図11に示すように、先端側の突合せ部J2に対して溶接で仮接合を行ってもよい。このとき、溶接の種類は特に制限されないが、例えば、MIG溶接、TIG溶接等のアーク溶接やレーザー溶接で行うことができる。そして、溶接トーチHを先端側の突合せ部J2に近接させつつ、所定の間隔をあけてスポット仮付けを行う。このようにして、スポット仮付けを行った部分には、溶接痕W2が形成される。 Further, in the first temporary joining step of the first embodiment, as shown in FIG. 3, the rotary tool F is used to temporarily join the abutting portion J2 on the distal end side, but as shown in FIG. The temporary joining may be performed by welding on the butted portion J2 on the distal end side. At this time, the type of welding is not particularly limited, but for example, arc welding such as MIG welding or TIG welding or laser welding can be used. Then, spot welding is performed at a predetermined interval while bringing the welding torch H close to the abutting portion J2 on the front end side. In this way, a welding mark W2 is formed in the spot spot-attached portion.
また、第一仮接合工程の変形例と同様に、図12に示すように、第二仮接合工程においても、基端側の突合せ部J1に対して溶接で仮接合を行ってもよい。この場合も溶接の種類は特に制限されない。そして、溶接トーチHを基端側の突合せ部J1に近接させつつ、所定の間隔をあけてスポット仮付けを行う。 Similarly to the first temporary joining step, as shown in FIG. 12, in the second temporary joining step, temporary joining may be performed on the base end side butt portion J1 by welding. Also in this case, the type of welding is not particularly limited. Then, spot welding is performed with a predetermined interval while the welding torch H is brought close to the butt portion J1 on the base end side.
このように、仮接合工程において、図11及び図12に示すように、溶接で基端側の突合せ部J1及び先端側の突合せ部J2のスポット仮付けを行う場合には、仮付けを摩擦攪拌にて行う場合より、摩擦攪拌装置に作用する負担を軽減できる。また、従来のように基端側の突合せ部J1及び先端側の突合せ部J2の全長に対して仮接合を行う場合に比べて工程時間を短くすることができる。 Thus, in the temporary joining step, as shown in FIG. 11 and FIG. 12, in the case where spot tacking is performed on the butt end portion J1 and the butt end portion J2 on the proximal end side by welding, the tacking is performed by friction stirring. The load acting on the friction stirrer can be reduced as compared with the case where the friction stirrer is performed. In addition, the process time can be shortened as compared with the conventional case where temporary joining is performed on the entire length of the base end side butting portion J1 and the distal end side butting portion J2.
第一実施形態では、図7に示すように、基端側の突合せ部J1のみに補助部材30を配置して摩擦攪拌接合しているが、先端側の突合せ部J2も同様に補助部材30を配置して摩擦攪拌接合してもよい。
In the first embodiment, as shown in FIG. 7, 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の補助部材配置工程、本接合工程及び除去工程について、図13〜図15を参照して詳細に説明する。
第二実施形態に係る接合方法は、図13に示すように、補助部材配置工程において、補助部材30を第一金属部材10及び第二金属部材20に配置する割合が第一実施形態と相違する。第二実施形態に係る接合方法では、第一実施形態の接合方法と相違する点を中心に説明する。
[Second Embodiment]
Next, the auxiliary member arranging step, the main joining step, and the removing step of the joining method according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
As shown in FIG. 13, the joining method according to the second embodiment is different from the first embodiment in the ratio of arranging the
第二実施形態の補助部材配置工程では、図13に示すように、補助部材30の9割程度を第二金属部材20に配置し、補助部材30の残りの1割程度を第一金属部材10に配置する。つまり、基端側の突合せ部J1に対して補助部材30が僅かに第一金属部材10の第一横板12の裏面12aに突出するように配置する。
In the auxiliary member arranging step of the second embodiment, as shown in FIG. 13, about 90% of the
第二実施形態の本接合工程では、図14に示すように、回転ツールF(本接合用回転ツール)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。また、本接合工程では、図14の手前側から奥側に向けて回転ツールFを相対移動させる。
第二実施形態の本接合工程では、右回転させた回転ツールFの攪拌ピンF2のみを補助部材30、第一金属部材10及び第二金属部材20に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。これにより、基端側の突合せ部J1において、補助部材30、第一金属部材10及び第二金属部材20が摩擦攪拌接合されて塑性化領域Wが形成される。
In the main joining step of the second embodiment, as shown in FIG. 14, the spiral groove is formed counterclockwise from the proximal end toward the distal end in order to rotate the rotary tool F (main joining rotary tool) to the right. Yes. In the main joining process, the rotary tool F is relatively moved from the near side to the far side in FIG.
In the main joining step of the second embodiment, friction stir welding is performed in a state where only the stirring pin F2 of the rotating tool F rotated to the right is in contact with the
第二実施形態では、回転ツールFを右回転させているため、第二金属部材20側は、接合用回転ツールFのフロー側(retreating side:回転ツールの外周における接線速度から回転ツールの移動速度が減算される側)である。一方、第一金属部材10側は、接合用回転ツールFのシアー側(advancing side:回転ツールの外周における接線速度に回転ツールの移動速度が加算される側)である。
In the second embodiment, since the rotary tool F is rotated to the right, the
接合用回転ツールFの回転速度が遅い場合には、フロー側に比べてシアー側の方が塑性流動材の温度が上昇しやすくなるため、塑性化領域W1外のシアー側(第一金属部材10側)にバリVが多く発生する傾向にある。
一方、接合用回転ツールFの回転速度が速い場合は、フロー側に比べてシアー側の方が塑性流動材の温度が上昇するものの、回転速度が速い分、塑性化領域W1外のフロー側(第二金属部材20側)にバリVが多く発生する傾向にある。
When the rotational speed of the rotating tool F for joining is slow, the temperature of the shear fluid side is more likely to rise on the shear side than on the flow side, so that the shear side (
On the other hand, when the rotational speed of the rotating tool for welding F is high, the temperature of the plastic fluidized material increases on the shear side compared to that on the flow side, but the flow side outside the plasticizing region W1 (the rotational speed is faster). Many burrs V tend to occur on the
第二実施形態では、接合用回転ツールFのフロー側が第二金属部材20側(接合中心よりも右側)となるように接合用回転ツールFの移動方向と回転方向を設定している。接合用回転ツールFの回転方向及び進行方向は前記したものに限定されるものではなく適宜設定すればよい。
In the second embodiment, the movement direction and the rotation direction of the bonding rotary tool F are set so that the flow side of the bonding rotary tool F is on the
第二実施形態では、接合用回転ツールFの回転速度を速く設定しているため、塑性化領域W1外のフロー側にバリVが多く発生する傾向にある。つまり、補助部材30側にバリVを集約させることができる。また、接合用回転ツールFの回転速度を速く設定することにより、接合用回転ツールFの移動速度(送り速度)を高めることができる。これにより、接合サイクルを短くすることができる。
なお、第二実施形態では、本接合工程において、第一金属部材10側に補助部材30が残存しないように、第一金属部材10と補助部材30との接触割合が調節されている。
In the second embodiment, since the rotation speed of the joining rotary tool F is set high, there is a tendency that many burrs V are generated on the flow side outside the plasticizing region W1. That is, the burrs V can be concentrated on the
In the second embodiment, in the main joining step, the contact ratio between the
第二実施形態の除去工程では、図15に示すように、補助部材30を第二金属部材20から除去することで、バリVを片側のみに残存する補助部材30ごと除去することができるため、バリVを除去する工程を容易に行うことができる。
また、回転ツールFの回転速度を速く設定することにより、回転ツールFの移動速度(送り速度)を高めることができる。これにより、接合サイクルを短くすることができる。
In the removing process of the second embodiment, as shown in FIG. 15, by removing the
Further, by setting the rotation speed of the rotary tool F faster, the moving speed (feed speed) of the rotary tool F can be increased. Thereby, a joining cycle can be shortened.
上記したように、本接合工程の際に、回転ツールFの進行方向のどちら側にバリVが発生するかは接合条件によって異なる。
接合条件とは、回転ツールFの回転速度、回転方向、移動方向、移動速度(送り速度)、攪拌ピンF2の傾斜角度、第一金属部材10、第二金属部材20及び補助部材30の材料、各部材の厚さ等の各要素と、これらの要素の組み合わせで決定される。
接合条件に応じて、バリVが発生する側又はバリVが多く発生する側に補助部材30を配置するようにすれば、バリVを除去する工程を容易に行うことができる。
As described above, which side of the traveling direction of the rotary tool F generates the burr V during the main joining process depends on the joining conditions.
The joining conditions include the rotational speed of the rotary tool F, the rotational direction, the moving direction, the moving speed (feeding speed), the inclination angle of the stirring pin F2, the materials of the
If the
以上本発明の第二実施形態について説明したが、第一実施形態と同様に、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、補助部材配置工程において、補助部材30の9割程度を第一金属部材10に配置し、補助部材30の残りの1割程度を第二金属部材20に配置してもよい。この場合には、本接合工程において、補助部材30にバリVが発生するように、各種の接合条件を設定し、除去工程では、補助部材30を第一金属部材10から除去することで、バリVを補助部材30ごと除去することができる。また、第一仮接合工程及び第二仮接合工程はいずれも省略してもよい。
The second embodiment of the present invention has been described above. However, similar to the first embodiment, the design can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the auxiliary member arrangement step, about 90% of the
[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態に係る接合方法の補助部材配置工程、本接合工程及び除去工程について、図16〜図18を参照して詳細に説明する。
第三実施形態に係る接合方法では、図16に示すように、補助部材工程において、補助部材30を第一金属部材10のみと面接触する点で第一実施形態と相違する。第三実施形態に係る接合方法では、第一実施形態の接合方法と相違する点を中心に説明する。
[Third embodiment]
Next, the auxiliary member arranging step, the main joining step, and the removing step of the joining method according to the third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
As shown in FIG. 16, the joining method according to the third embodiment differs from the first embodiment in that the
第三実施形態に係る接合方法では、図17に示すように、本接合工程において、回転ツールFを左回転させるため、攪拌ピンF2の螺旋溝は、基端から先端に向かうに従って右回りに形成されている。また、本接合工程では、図17の手前側から奥側に向けて回転ツールFを相対移動させる。 In the joining method according to the third embodiment, as shown in FIG. 17, in the main joining step, the rotating tool F is rotated counterclockwise, so that the spiral groove of the stirring pin F2 is formed clockwise as it goes from the proximal end to the distal end. Has been. In the main joining step, the rotary tool F is relatively moved from the near side to the far side in FIG.
第三実施形態では、回転ツールFを左回転させているため、第一金属部材10側は、接合用回転ツールFのフロー側である。一方、第二金属部材20側は、接合用回転ツールFのシアー側である。
第三実施形態の本接合工程では、回転ツールFの回転速度を速く設定しているため、塑性化領域W1外のフロー側にバリVが多く発生する傾向にある。
In the third embodiment, since the rotary tool F is rotated counterclockwise, the
In the main joining process of the third embodiment, since the rotational speed of the rotary tool F is set to be high, a large number of burrs V tend to be generated on the flow side outside the plasticizing region W1.
そして、第三実施形態の除去工程では、図18に示すように、補助部材30を第一金属部材10から除去することで、バリVを補助部材30ごと除去することができる。つまり、第三実施形態によれば片側のみに残存する補助部材30及びバリVを除去するだけでよい。
And in the removal process of 3rd embodiment, the burr | flash V can be removed with the
以上本発明の第三実施形態について説明したが、第一実施形態と同様に、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、補助部材配置工程において、補助部材30を第二金属部材20のみと面接触するように配置してもよい。この場合には、本接合工程において、補助部材30にバリVが発生するように、各種の接合条件を設定し、除去工程では、補助部材30を第二金属部材20から除去することで、バリVを補助部材30ごと除去することができる。また、第一仮接合工程及び第二仮接合工程はいずれも省略してもよい。
The third embodiment of the present invention has been described above. However, similar to the first embodiment, the design can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the auxiliary member arranging step, the
10 第一金属部材
11 縦板
12 第一横板
13 第二横板
20 第二金属部材
21 縦板
22 第一横板
23 第二横板
30 補助部材
F 回転ツール
F1 連結部
F2 攪拌ピン
J1 基端側の突合せ部
J2 先端側の突合せ部
S 隙間
V バリ
W 塑性化領域
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記第一金属部材及び前記第二金属部材は、二枚の縦板の基端部に第一横板が接続されるとともに、二枚の前記縦板の先端部に第二横板が接続された角筒状に形成されており、
前記第一金属部材の一方の外側面と、前記第二金属部材の他方の外側面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
基端側の前記突合せ部を覆うように、前記第一金属部材及び前記第二金属部材に補助部材を配置する補助部材配置工程と、
前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材、前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、基端側の前記突合せ部に沿って前記本接合用回転ツールを移動させて、前記補助部材、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、
バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材及び前記第二金属部材から除去する除去工程と、を含むことを特徴とする接合方法。 A joining method in which the first metal member and the second metal member are joined by friction stirring using a main welding rotary tool provided with a stirring pin,
In the first metal member and the second metal member, a first horizontal plate is connected to a base end portion of two vertical plates, and a second horizontal plate is connected to a distal end portion of the two vertical plates. It is formed in a square tube shape,
A butting step of butting one outer surface of the first metal member and the other outer surface of the second metal member to form a butting portion;
An auxiliary member arranging step of arranging an auxiliary member on the first metal member and the second metal member so as to cover the butt portion on the base end side;
The stirrer pin is inserted from the surface side of the auxiliary member, and only the stirrer pin is in contact with the auxiliary member, the first metal member, and the second metal member, along the butted portion on the base end side. A main joining step of moving the main joining rotary tool and performing friction stir welding of the auxiliary member, the first metal member and the second metal member;
A removing step of removing the auxiliary member formed with burrs from the first metal member and the second metal member.
前記第一金属部材及び前記第二金属部材は、二枚の縦板の基端部に第一横板が接続されるとともに、二枚の前記縦板の先端部に第二横板が接続された角筒状に形成されており、
前記第一金属部材の一方の外側面と、前記第二金属部材の他方の外側面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
基端側の前記突合せ部に沿って、前記第一金属部材又は前記第二金属部材に補助部材を配置する補助部材配置工程と、
前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材、前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、基端側の前記突合せ部に沿って前記本接合用回転ツールを移動させて、前記補助部材、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、
バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材又は前記第二金属部材から除去する除去工程と、を含むことを特徴とする接合方法。 A joining method in which the first metal member and the second metal member are joined by friction stirring using a main welding rotary tool provided with a stirring pin,
In the first metal member and the second metal member, a first horizontal plate is connected to a base end portion of two vertical plates, and a second horizontal plate is connected to a distal end portion of the two vertical plates. It is formed in a square tube shape,
A butting step of butting one outer surface of the first metal member and the other outer surface of the second metal member to form a butting portion;
Auxiliary member arrangement step of arranging an auxiliary member on the first metal member or the second metal member along the butt portion on the base end side,
The stirrer pin is inserted from the surface side of the auxiliary member, and only the stirrer pin is in contact with the auxiliary member, the first metal member, and the second metal member, along the butted portion on the base end side. A main joining step of moving the main joining rotary tool and performing friction stir welding of the auxiliary member, the first metal member and the second metal member;
Removing the auxiliary member formed with burrs from the first metal member or the second metal member.
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