JP2022052051A - Method of joining dissimilar metals - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、互いに種類が異なる2つの金属部材を摩擦攪拌接合により接合する異種金属の接合方法に関するものである。
The present invention relates to a method for joining dissimilar metals by joining two metal members of different types by friction stir welding.
摩擦攪拌接合は、部材の接合技術のひとつである。円筒状の回転工具を用い、上記回転工具を回転させながら、部材同士の接合部に押し付けて挿入することによって接合する。上記回転工具を貫入させる際に発生する摩擦熱で部材を軟化させ、上記回転工具の回転力で接合部の周辺を塑性流動させることにより、複数の部材を一体化する。 Friction stir welding is one of the joining techniques for members. Using a cylindrical rotary tool, the rotary tool is rotated and pressed against the joint between the members to be inserted for joining. A plurality of members are integrated by softening the member by the frictional heat generated when the rotary tool is penetrated and plastically flowing the periphery of the joint portion by the rotational force of the rotary tool.
このような摩擦攪拌接合は、たとえばアーク溶接と比較すると、部材の溶融を伴わないため、接合部の熱影響を抑制でき、騒音や粉塵の発生が少ないという利点がある。また、電子ビーム溶接と比較すると、接合環境に真空を必要としないため、装置の小型化が図れるという利点がある。 Compared with arc welding, for example, such friction stir welding has the advantage that the heat effect of the joint can be suppressed and noise and dust are less generated because the member does not melt. Further, as compared with electron beam welding, there is an advantage that the device can be miniaturized because a vacuum is not required for the joining environment.
例えば、2枚のアルミニウム板の端面を突き合わせて接合する場合、接合線の真上から回転工具を挿入し、上記接合線に沿って回転工具を移動させることで、2枚の板材を接合することが行われる。 For example, when joining by butting the end faces of two aluminum plates, a rotary tool is inserted from directly above the joining line and the rotary tool is moved along the joining line to join the two plates. Is done.
このような摩擦攪拌接合に関する先行技術文献として、出願人は下記の特許文献1および2を把握している。 As prior art documents relating to such friction stir welding, the applicant is aware of Patent Documents 1 and 2 below.
上記特許文献1は、アルミニウム合金製の板材を摩擦接合法で接合する技術に関するものであり、下記の記載がある。
[0014]
以下本発明を図1~図3により説明する。図1において、板10,20はそれぞれ突き合わせられている第1の部材、第2の部材である。板10,20の材質は、アルミ合金である。板10,20の裏面は架台(図示せず)に載っている。
[0015]
この状態で、まず、突き合わせ部の上面に、上方から、肉盛り材30を接触させた状態で押し付けながら回転させ、更に回転させながら、突き合わせ部に沿って相対的に移動させる。肉盛り材30は丸棒であり、その材質は板10,20と同様なアルミ合金材である。これによって、肉盛り材30の移動に伴って突き合わせ部の上面に肉盛りビード35が接合される。
[0023]
次に、図4~図6に示すように、肉盛りビード35に対してその上方から回転工具50の中心ピン51を挿入し、部材10,20を摩擦攪拌接合する。摩擦攪拌接合時、回転工具50の中心ピン51の上部に設けられている大径部の底面53は肉盛りビード35に接触する。
[0025]
次に、必要により(上面が機器の外面になるような場合、又は表面が平滑な面が必要な場合)、摩擦攪拌接合ビード55の部材10,20の表面から出ている部分を切削によって除く。
The above-mentioned Patent Document 1 relates to a technique for joining aluminum alloy plates by a friction joining method, and has the following description.
[0014]
Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. In FIG. 1, the
[0015]
In this state, first, the
[0023]
Next, as shown in FIGS. 4 to 6, the
[0025]
Next, if necessary (when the upper surface is the outer surface of the device or when a smooth surface is required), the portion protruding from the surface of the
上記特許文献2は、摩擦攪拌加工用裏当て治具に関するものであり、下記の記載がある。
[0023]
以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は本発明の摩擦攪拌加工方法として摩擦攪拌接合方法の一例を説明するための斜視図である。図1において、10は裏当て治具であって、この裏当て治具10としては、セメント成形体が用いられる。
[0028]
上述の裏当て治具10を用いて、本発明の摩擦攪拌加工方法として、摩擦攪拌接合(FSW)を行う方法を説明する。
図1において、先ず、裏当て治具10の上の所望の位置に、表面平滑な薄層体20を配置する。表面平滑な薄層体20としては、スチール箔、アルミニウム箔、チタン箔、銅箔などの金属箔、金属や金属酸化物などのセラミック溶射膜が好適に使用されるが、これ等に限定されない。これ等の表面平滑な薄層体20の厚みは、裏当て治具10の表面に沿いやすくするために0.05~1mm程度が好ましい。なお、上記金属箔は、金属リボンあるいは金属シートと呼ばれることもある。
[0031]
その後、板状の被接合材31と32の接合線33の一端に、高速回転する接合用回転工具40(径の大きいショルダ部42とその先端にプローブ41を有する硬い工具鋼からなるツール40)のプローブ41を高速回転させながら強い力で押し当て挿入し、ショルダ部42による圧力を付加し摩擦熱を発生させながらツール40を接合線33に沿って他端に移動させ、摩擦熱によりツール近傍を可塑化して固相状態で接合する。尚ツールは被接合材の接合部の近傍の表面の略法線方向から挿入されかつ略法線方向を保った状態で移動される。
The above-mentioned Patent Document 2 relates to a backing jig for friction stir processing, and has the following description.
[0023]
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view for explaining an example of a friction stir welding method as the friction stir welding method of the present invention. In FIG. 1,
[0028]
A method of performing friction stir welding (FSW) as the friction stir welding method of the present invention using the above-mentioned
In FIG. 1, first, a
[0031]
After that, a
上記特許文献1は、同種の金属(アルミ合金同士)を接合する技術に関するものである。2枚の金属板を突き合せた境界と回転工具の回転軸を一致させ、突き合せた2枚の金属板材の双方に塑性流動を生じさせて接合する方法を開示する。 The above-mentioned Patent Document 1 relates to a technique for joining the same kind of metal (aluminum alloys). Disclosed is a method in which the boundary where two metal plates are butted and the rotation axis of a rotary tool are aligned with each other, and plastic flow is generated in both of the two metal plates that are butted together to be joined.
ところが、上記特許文献1の技術によって異種金属を接合しようとすると、接合部分では、2種類の金属が互いに相手側に流動し、不均一に混在した領域となる。異種金属が混在した領域では、混在した異種金属が介在物として作用するおそれがある。また、このような領域は、激しい塑性流動で金属が飛散等することによるボイドが生じやすい。したがって、接合部全体にわたって接合強度の低下を引き起こす可能性がある。しかも、超音波によるボイドの非破壊検査をしようとしても、混在する異種金属がノイズとなってしまい、まともな検査結果が得られない。このような介在物やボイドが存在すると、接合部の経時劣化が助長されるおそれがあり、長期的な信頼性が求められる接合技術においては致命的な課題である。 However, when an attempt is made to join dissimilar metals by the technique of Patent Document 1, two kinds of metals flow to each other on the opposite side in the joining portion, and the region becomes a non-uniformly mixed region. In regions where dissimilar metals are mixed, the mixed dissimilar metals may act as inclusions. Further, in such a region, voids are likely to occur due to metal scattering or the like due to vigorous plastic flow. Therefore, it may cause a decrease in joint strength over the entire joint. Moreover, even if an attempt is made to perform a non-destructive inspection of voids by ultrasonic waves, the mixed dissimilar metals become noise, and a decent inspection result cannot be obtained. The presence of such inclusions and voids may promote deterioration of the joint portion over time, which is a fatal problem in the joining technology that requires long-term reliability.
加えて、異種金属では、硬度が一致しないことが多く、塑性流動時の粘性も異なっている。このため、硬度や粘性が異なる金属同士の境界に回転工具を挿入して移動させると、移動方向に直交した方向に力が生じ、回転工具に多大な負荷がかかってしまう。また、塑性流動時の粘性が高い方の金属が、回転工具に付着するといった問題も生じる。 In addition, the hardnesses of dissimilar metals often do not match, and the viscosities during plastic flow are also different. Therefore, when the rotary tool is inserted and moved at the boundary between metals having different hardness and viscosity, a force is generated in the direction orthogonal to the moving direction, and a large load is applied to the rotary tool. In addition, there is a problem that the metal having a higher viscosity during plastic flow adheres to the rotary tool.
また、上記特許文献1のように、2枚の金属板を摩擦攪拌接合する場合、基盤上に設置した各金属板を冶具で固定して行う。このとき、金属板の底面まで回転工具を深く挿入すると、その先端が基盤の表面近くまで達し、その結果、金属板が基盤に接合されてしまうという問題がある。このため、回転工具は基盤の表面から僅かに離れたところまでしか挿入できない。そうすると、両金属板の基盤付近では塑性流動が不充分となり、突合せ境界の接合が不十分な未接合領域が生じてしまう。このような未接合領域は、その厚さ分だけ切削すれば除去できるが、後加工に余分な工程が必要で、材料ロスも大きい。上記特許文献2の裏当て治具10は、このような未接合領域の発生を防止できない。
Further, in the case of friction stir welding of two metal plates as in Patent Document 1, each metal plate installed on the substrate is fixed with a jig. At this time, if the rotary tool is deeply inserted to the bottom surface of the metal plate, the tip thereof reaches near the surface of the base material, and as a result, the metal plate is joined to the base material. For this reason, the rotary tool can only be inserted slightly away from the surface of the board. Then, the plastic flow becomes insufficient in the vicinity of the bases of both metal plates, and an unjoined region where the butt boundary is insufficiently joined is generated. Such an unbonded region can be removed by cutting by the thickness thereof, but an extra process is required for post-processing and material loss is large. The
本発明は、上記課題を解決するため、つぎの目的をもってなされたものである。
互いに種類が異なる2つの金属部材を、摩擦攪拌接合法によって良好に接合できる異種金属の接合方法を提供するものである。
The present invention has been made with the following object in order to solve the above problems.
It provides a method for joining dissimilar metals that can satisfactorily join two metal members of different types by a friction stir welding method.
請求項1記載の異種金属の接合方法は、上記目的を達成するため、下記の構成を採用した。
互いに種類が異なる第1の金属部材と第2の金属部材を、実質的に隙間ができないように隣接して配置し、
軸回転する回転工具を、上記回転工具の外周縁が上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の境界と略一致するよう、上記第1の金属部材に対してその表側から挿入し、
その状態で上記回転工具を上記境界に沿って移動させることにより、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材を摩擦攪拌によって接合する異種金属の接合方法であって、
上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の裏側に対面させて、上記摩擦攪拌で流動する金属を押さえるための裏側押圧工具を存在させ、
上記裏側押圧工具を、上記回転工具の移動に同期させて上記境界に沿って移動させる。
The method for joining dissimilar metals according to claim 1 employs the following configuration in order to achieve the above object.
The first metal member and the second metal member of different types are arranged adjacent to each other so that there is substantially no gap.
An axially rotating rotary tool is inserted into the first metal member from the front side so that the outer peripheral edge of the rotary tool substantially coincides with the boundary between the first metal member and the second metal member.
A method for joining dissimilar metals by frictionally stirring the first metal member and the second metal member by moving the rotary tool along the boundary in that state.
There is a back side pressing tool for holding the metal flowing by the friction stir welding so as to face the back side of the first metal member and the second metal member.
The back side pressing tool is moved along the boundary in synchronization with the movement of the rotary tool.
請求項2記載の異種金属の接合方法は、請求項1記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記第1の金属部材に対して上記表側から挿入した上記回転工具を、その先端が上記裏側に到達するように挿入する。
As the method for joining dissimilar metals according to claim 2, the following configuration is adopted in addition to the configuration according to claim 1.
The rotary tool inserted from the front side into the first metal member is inserted so that the tip thereof reaches the back side.
請求項3記載の異種金属の接合方法は、請求項2記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記裏側押圧工具は、上記回転工具の先端との干渉を防止するための干渉防止空間が設けられている。
As the method for joining dissimilar metals according to
The back side pressing tool is provided with an interference prevention space for preventing interference with the tip of the rotary tool.
請求項4記載の異種金属の接合方法は、請求項1~3のいずれか一項に記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記裏側押圧工具は、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の裏側に対面して上記境界を跨ぐ領域に、上記裏側押圧工具の移動方向の後方に向かって徐々に上記裏側との隙間が小さくなる裏側斜面が設けられている。
As the method for joining dissimilar metals according to claim 4, in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 3, the following configuration is adopted.
The back side pressing tool is gradually placed in a region facing the back side of the first metal member and the second metal member and straddling the boundary with the back side toward the rear in the moving direction of the back side pressing tool. There is a back slope that reduces the gap.
請求項5記載の異種金属の接合方法は、請求項1~4のいずれか一項に記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記裏側押圧工具は、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の裏側に対面する上記境界の両側に、上記摩擦攪拌で流動する金属を堰き止めるための裏側堤状部が設けられている。
As the method for joining dissimilar metals according to claim 5, in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 4, the following configuration is adopted.
The back side pressing tool is provided with back side bank-like portions for blocking the metal flowing by friction stir welding on both sides of the boundary facing the back side of the first metal member and the second metal member. There is.
請求項6記載の異種金属の接合方法は、請求項1~5のいずれか一項に記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の表側に対面させて、上記摩擦攪拌で流動する金属を押さえるための表側押圧工具を存在させ、
上記表側押圧工具を、上記回転工具の移動に同期させて上記境界に沿って移動させる。
As the method for joining dissimilar metals according to claim 6, in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 5, the following configuration is adopted.
There is a front side pressing tool for holding the metal flowing by the friction stir welding so that the first metal member and the front side of the second metal member face each other.
The front pressing tool is moved along the boundary in synchronization with the movement of the rotating tool.
請求項7記載の異種金属の接合方法は、請求項6記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記表側押圧工具は、上記回転工具を貫通挿入させる貫通部が設けられている。
As the method for joining dissimilar metals according to claim 7, the following configuration is adopted in addition to the configuration according to claim 6.
The front side pressing tool is provided with a penetrating portion through which the rotating tool is inserted.
請求項8記載の異種金属の接合方法は、請求項6または7記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記表側押圧工具は、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の表側に対面して上記境界を跨ぐ領域に、上記表側押圧工具の移動方向の後方に向かって徐々に上記表側との隙間が小さくなる表側斜面が設けられている。
As the method for joining dissimilar metals according to claim 8, in addition to the configuration according to claim 6 or 7, the following configuration is adopted.
The front side pressing tool is gradually placed in a region facing the front side of the first metal member and the second metal member and straddling the boundary with the front side toward the rear in the moving direction of the front side pressing tool. A front slope with a small gap is provided.
請求項9記載の異種金属の接合方法は、請求項6~8のいずれか一項に記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記表側押圧工具は、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の表側に対面する上記境界の両側に、上記摩擦攪拌で流動する金属を堰き止めるための表側堤状部が設けられている。
As the method for joining dissimilar metals according to claim 9, in addition to the configuration according to any one of claims 6 to 8, the following configuration is adopted.
The front side pressing tool is provided with front side bank-shaped portions for blocking the metal flowing by friction stir welding on both sides of the boundary facing the front side of the first metal member and the second metal member. There is.
請求項10記載の異種金属の接合方法は、上記目的を達成するため、下記の構成を採用した。
互いに種類が異なる第1の金属部材と第2の金属部材を、実質的に隙間ができないように隣接して配置し、
軸回転する回転工具を、上記回転工具の外周縁が上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の境界と略一致するよう、上記第1の金属部材に対してその表側から挿入し、
その状態で上記回転工具を上記境界に沿って移動させることにより、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材を摩擦攪拌によって接合する異種金属の接合方法であって、
上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の表側に対面させて、上記摩擦攪拌で流動する金属を押さえるための表側押圧工具を存在させ、
上記表側押圧工具を、上記回転工具の移動に同期させて上記境界に沿って移動させる。
The method for joining dissimilar metals according to
The first metal member and the second metal member of different types are arranged adjacent to each other so that there is substantially no gap.
An axially rotating rotary tool is inserted into the first metal member from the front side so that the outer peripheral edge of the rotary tool substantially coincides with the boundary between the first metal member and the second metal member.
A method for joining dissimilar metals by frictionally stirring the first metal member and the second metal member by moving the rotary tool along the boundary in that state.
There is a front side pressing tool for holding the metal flowing by the friction stir welding so that the first metal member and the front side of the second metal member face each other.
The front pressing tool is moved along the boundary in synchronization with the movement of the rotating tool.
請求項11記載の異種金属の接合方法は、請求項10記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記表側押圧工具は、上記回転工具を貫通挿入させる貫通部が設けられている。
As the method for joining dissimilar metals according to claim 11, in addition to the configuration according to
The front side pressing tool is provided with a penetrating portion through which the rotating tool is inserted.
請求項12記載の異種金属の接合方法は、請求項10または11記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記表側押圧工具は、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の表側に対面して上記境界を跨ぐ領域に、上記表側押圧工具の移動方向の後方に向かって徐々に上記表側との隙間が小さくなる表側斜面が設けられている。
As the method for joining dissimilar metals according to claim 12, in addition to the configuration according to claim 10 or 11, the following configuration is adopted.
The front side pressing tool is gradually placed in a region facing the front side of the first metal member and the second metal member and straddling the boundary with the front side toward the rear in the moving direction of the front side pressing tool. A front slope with a small gap is provided.
請求項13記載の異種金属の接合方法は、請求項10~12のいずれか一項に記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記表側押圧工具は、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の表側に対面する上記境界の両側に、上記摩擦攪拌で流動する金属を堰き止めるための表側堤状部が設けられている。
As the method for joining dissimilar metals according to claim 13, in addition to the configuration according to any one of
The front side pressing tool is provided with front side bank-shaped portions for blocking the metal flowing by friction stir welding on both sides of the boundary facing the front side of the first metal member and the second metal member. There is.
請求項14記載の異種金属の接合方法は、請求項1~13のいずれか一項に記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記回転工具を挿入する上記第1の金属部材を、上記第2の金属部材よりも硬度が低い金属とする。
As the method for joining dissimilar metals according to claim 14, in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 13, the following configuration is adopted.
The first metal member into which the rotary tool is inserted is a metal having a hardness lower than that of the second metal member.
請求項15記載の異種金属の接合方法は、請求項1~13のいずれか一項に記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記回転工具を挿入する上記第1の金属部材を、上記第2の金属部材よりも融点が低い金属とする。
As the method for joining dissimilar metals according to claim 15, in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 13, the following configuration is adopted.
The first metal member into which the rotary tool is inserted is a metal having a melting point lower than that of the second metal member.
請求項16記載の異種金属の接合方法は、請求項1~15のいずれか一項に記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
裏側押圧工具の干渉防止空間もしくは裏側斜面もしくは表側押圧工具の表側斜面の少なくともいずれかの一つ以上に第1の金属部材と同種金属の金属部材をあらかじめ配置しておく。
As the method for joining dissimilar metals according to claim 16, in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 15, the following configuration is adopted.
A metal member of the same metal as the first metal member is arranged in advance in at least one of the interference prevention space of the back pressing tool, the back slope, and the front slope of the front pressing tool.
請求項1記載の異種金属の接合方法は、第1の金属部材と上記第2の金属部材を摩擦攪拌によって接合する。まず、互いに種類が異なる第1の金属部材と第2の金属部材を、実質的に隙間ができないように隣接して配置する。ついで、軸回転する回転工具を、上記回転工具の外周縁が上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の境界と略一致するよう、上記第1の金属部材に対してその表側から挿入する。つぎに、その状態で上記回転工具を上記境界に沿って移動させることにより、上記異種金属を接合する。
また、本発明は、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の裏側に対面させて、上記摩擦攪拌で流動する金属を押さえるための裏側押圧工具を存在させる。そして、上記裏側押圧工具を、上記回転工具の移動に同期させて上記境界に沿って移動させる。
上記第1の金属部材に対して上記回転工具を挿入することにより、上記第1の金属部材だけに塑性流動が生じ、第2の金属部材では塑性流動がほとんど起こらない。このとき、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の裏側に対面させた上記裏側押圧工具を、上記回転工具の移動に同期させて上記境界に沿って移動させる。これにより、激しい塑性流動で金属が飛散等したとしても、上記摩擦攪拌で流動する金属が裏側押圧工具が押さえるため、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、2種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。したがって、超音波による非破壊検査が適用でき、接合部の信頼性が確保できる。
また、両金属部材の裏側近傍まで回転工具を深く挿入したとしても、上記摩擦攪拌で流動する金属が裏側押圧工具が押さえるため、従来問題となった未接合領域がほとんど生じない。したがって、切削による後加工が不要となり、材料ロスも少ない。
また、回転工具を第1の金属部材の側にだけ挿入することにより、従来問題であった回転工具にかかる垂直方向の力を大きく緩和し、工具の劣化を防止できる。さらに、塑性流動時の粘性が小さい金属だけに回転工具を挿入できるため、回転工具への金属の付着も抑制される。したがって、回転工具に付着した金属を除去する、回転工具を交換する等のメンテナンスの頻度を減らすことができる。
本発明の異種金属の接合方法によれば、互いに種類が異なる2つの金属部材を、摩擦攪拌接合法によって良好に接合することができる。
In the method for joining dissimilar metals according to claim 1, the first metal member and the second metal member are joined by friction stir welding. First, the first metal member and the second metal member of different types are arranged adjacent to each other so that there is substantially no gap. Then, the rotary tool that rotates around the axis is inserted into the first metal member from the front side so that the outer peripheral edge of the rotary tool substantially coincides with the boundary between the first metal member and the second metal member. do. Next, the dissimilar metals are joined by moving the rotary tool along the boundary in that state.
Further, in the present invention, there is a back side pressing tool for holding the metal flowing by friction stir welding so as to face the back side of the first metal member and the second metal member. Then, the back side pressing tool is moved along the boundary in synchronization with the movement of the rotary tool.
By inserting the rotary tool into the first metal member, plastic flow occurs only in the first metal member, and plastic flow hardly occurs in the second metal member. At this time, the back side pressing tool facing the back side of the first metal member and the second metal member is moved along the boundary in synchronization with the movement of the rotary tool. As a result, even if the metal is scattered due to the violent plastic flow, the metal flowing by the friction stir is pressed by the back side pressing tool, and as a result, the generation of voids can be significantly reduced. Therefore, it is possible to obtain an extremely good bonding state with few defects such as a mixture of two types of metals and voids. Therefore, non-destructive inspection by ultrasonic waves can be applied, and the reliability of the joint can be ensured.
Further, even if the rotary tool is deeply inserted close to the back side of both metal members, the metal flowing by the friction stir is pressed by the back side pressing tool, so that the unbonded region, which has been a problem in the past, hardly occurs. Therefore, post-processing by cutting becomes unnecessary, and material loss is small.
Further, by inserting the rotary tool only on the side of the first metal member, the vertical force applied to the rotary tool, which has been a problem in the past, can be greatly alleviated, and deterioration of the tool can be prevented. Further, since the rotary tool can be inserted only into the metal having a small viscosity during plastic flow, the adhesion of the metal to the rotary tool is suppressed. Therefore, it is possible to reduce the frequency of maintenance such as removing the metal adhering to the rotary tool and replacing the rotary tool.
According to the method for joining dissimilar metals of the present invention, two metal members of different types can be satisfactorily joined by a friction stir welding method.
請求項2記載の異種金属の接合方法は、上記第1の金属部材に対して上記表側から挿入した上記回転工具を、その先端が上記裏側に到達するように挿入する。
上記裏側に到達した上記回転工具の先端によって流動する金属を、裏側押圧工具が押さえるため、従来問題となった未接合領域がほとんど生じない。したがって、切削による後加工が不要となり、材料ロスも少ない。
The method for joining dissimilar metals according to claim 2 is to insert the rotary tool inserted from the front side into the first metal member so that the tip thereof reaches the back side.
Since the back side pressing tool presses the metal flowing by the tip of the rotary tool that has reached the back side, the unbonded region, which has been a problem in the past, hardly occurs. Therefore, post-processing by cutting becomes unnecessary, and material loss is small.
請求項3記載の異種金属の接合方法は、上記裏側押圧工具は、上記回転工具の先端との干渉を防止するための干渉防止空間が設けられている。
上記裏側に到達した上記回転工具の先端が上記裏側押圧工具に干渉するのが防止され、上記回転工具や上記裏側押圧工具の損傷を防止できる。
In the method of joining dissimilar metals according to
It is possible to prevent the tip of the rotary tool that has reached the back side from interfering with the back side pressing tool, and prevent damage to the rotating tool and the back side pressing tool.
請求項4記載の異種金属の接合方法は、上記裏側押圧工具は、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の裏側に対面して上記境界を跨ぐ領域に、上記裏側押圧工具の移動方向の後方に向かって徐々に上記裏側との隙間が小さくなる裏側斜面が設けられている。
上記裏側押圧工具が、上記回転工具の移動に同期して上記境界に沿って移動するときに、上記裏側に到達した上記回転工具の先端によって流動する金属が、上記裏側斜面により、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の裏側に向かって押し戻される。このため、金属の飛散を防止してボイドの発生を大幅に減少させる。また、従来問題となった未接合領域がほとんど生じず、切削による後加工が不要となり、材料ロスも少ない。
In the method for joining dissimilar metals according to claim 4, the back side pressing tool moves the back side pressing tool to a region facing the back side of the first metal member and the second metal member and straddling the boundary. A back slope is provided in which the gap between the back side and the back side gradually decreases toward the rear in the direction.
When the back side pressing tool moves along the boundary in synchronization with the movement of the rotary tool, the metal flowing by the tip of the rotary tool that reaches the back side is caused by the back slope of the first. It is pushed back toward the back side of the metal member and the second metal member. Therefore, the scattering of metal is prevented and the generation of voids is greatly reduced. In addition, there is almost no unjoined region, which has been a problem in the past, post-processing by cutting is not required, and material loss is small.
請求項5記載の異種金属の接合方法は、上記裏側押圧工具は、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の裏側に対面する上記境界の両側に、上記摩擦攪拌で流動する金属を堰き止めるための裏側堤状部が設けられている。
上記裏側に到達した上記回転工具の先端によって流動する金属を上記裏側堤状部が堰き止めることにより、金属の飛散を防止してボイドの発生を大幅に減少させる。
In the method for joining dissimilar metals according to claim 5, the back side pressing tool uses the metal flowing by friction stirring on both sides of the boundary facing the back side of the first metal member and the second metal member. There is a backside bank for damming.
The backside bank-shaped portion blocks the metal flowing by the tip of the rotary tool that has reached the backside, thereby preventing the metal from scattering and significantly reducing the generation of voids.
請求項6記載の異種金属の接合方法は、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の表側に対面させて、上記摩擦攪拌で流動する金属を押さえるための表側押圧工具を存在させる。そして、上記表側押圧工具を、上記回転工具の移動に同期させて上記境界に沿って移動させる。
上記摩擦攪拌で流動する金属が表側押圧工具が押さえるため、ボイドの発生を大幅に減少させることができる。
In the method of joining dissimilar metals according to claim 6, the first metal member and the second metal member face each other, and a front side pressing tool for holding the metal flowing by frictional stirring exists. Then, the front side pressing tool is moved along the boundary in synchronization with the movement of the rotary tool.
Since the metal flowing by the friction stir is pressed by the front pressing tool, the generation of voids can be significantly reduced.
請求項7記載の異種金属の接合方法は、上記表側押圧工具は、上記回転工具を貫通挿入させる貫通部が設けられている。
上記回転工具の周囲の領域に生じる金属の流動を上記表側押圧工具で押えることにより、ボイドの発生を大幅に減少させることができる。
In the method for joining dissimilar metals according to claim 7, the front-side pressing tool is provided with a penetrating portion through which the rotating tool is inserted.
By pressing the flow of metal generated in the region around the rotary tool with the front pressing tool, the generation of voids can be significantly reduced.
請求項8記載の異種金属の接合方法は、上記表側押圧工具は、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の表側に対面して上記境界を跨ぐ領域に、上記表側押圧工具の移動方向の後方に向かって徐々に上記表側との隙間が小さくなる表側斜面が設けられている。
上記表側押圧工具が、上記回転工具の移動に同期して上記境界に沿って移動するときに、上記回転工具の挿入で流動する金属が、上記表側斜面により、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の表側に向かって押し戻される。このため、金属の飛散を防止してボイドの発生を大幅に減少させる。
In the method for joining dissimilar metals according to claim 8, the front-side pressing tool moves the front-side pressing tool to a region facing the front side of the first metal member and the second metal member and straddling the boundary. A front side slope is provided in which the gap between the front side and the front side gradually decreases toward the rear in the direction.
When the front-side pressing tool moves along the boundary in synchronization with the movement of the rotary tool, the metal flowing due to the insertion of the rotary tool becomes the first metal member and the first metal member due to the front-side slope. It is pushed back toward the front side of the metal member of 2. Therefore, the scattering of metal is prevented and the generation of voids is greatly reduced.
請求項9記載の異種金属の接合方法は、上記表側押圧工具は、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の表側に対面する上記境界の両側に、上記摩擦攪拌で流動する金属を堰き止めるための表側堤状部が設けられている。
上記回転工具の挿入で流動する金属を上記表側堤状部が堰き止めることにより、金属の飛散を防止してボイドの発生を大幅に減少させる。
In the method for joining dissimilar metals according to claim 9, the front-side pressing tool uses the metal flowing by friction stirring on both sides of the boundary facing the front side of the first metal member and the second metal member. A front side bank-like part is provided for damming.
The front side bank-shaped portion blocks the metal that flows when the rotary tool is inserted, thereby preventing the metal from scattering and significantly reducing the generation of voids.
請求項10記載の異種金属の接合方法は、第1の金属部材と上記第2の金属部材を摩擦攪拌によって接合する。まず、互いに種類が異なる第1の金属部材と第2の金属部材を、実質的に隙間ができないように隣接して配置する。ついで、軸回転する回転工具を、上記回転工具の外周縁が上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の境界と略一致するよう、上記第1の金属部材に対してその表側から挿入する。つぎに、その状態で上記回転工具を上記境界に沿って移動させることにより、上記異種金属を接合する。
本発明は、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の表側に対面させて、上記摩擦攪拌で流動する金属を押さえるための表側押圧工具を存在させる。そして、上記表側押圧工具を、上記回転工具の移動に同期させて上記境界に沿って移動させる。
上記第1の金属部材に対して上記回転工具を挿入することにより、上記第1の金属部材だけに塑性流動が生じ、第2の金属部材では塑性流動がほとんど起こらない。このとき、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の表側に対面させた上記表側押圧工具を、上記回転工具の移動に同期させて上記境界に沿って移動させる。これにより、激しい塑性流動で金属が飛散等したとしても、上記摩擦攪拌で流動する金属が表側押圧工具が押さえるため、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、2種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。したがって、超音波による非破壊検査が適用でき、接合部の信頼性が確保できる。
また、回転工具を第1の金属部材の側にだけ挿入することにより、従来問題であった回転工具にかかる垂直方向の力を大きく緩和し、工具の劣化を防止できる。さらに、塑性流動時の粘性が小さい金属だけに回転工具を挿入できるため、回転工具への金属の付着も抑制される。したがって、回転工具に付着した金属を除去する、回転工具を交換する等のメンテナンスの頻度を減らすことができる。
本発明の異種金属の接合方法によれば、互いに種類が異なる2つの金属部材を、摩擦攪拌接合法によって良好に接合することができる。
The method for joining dissimilar metals according to
In the present invention, there is a front side pressing tool for holding the metal flowing by friction stir welding by facing the first metal member and the front side of the second metal member. Then, the front side pressing tool is moved along the boundary in synchronization with the movement of the rotary tool.
By inserting the rotary tool into the first metal member, plastic flow occurs only in the first metal member, and plastic flow hardly occurs in the second metal member. At this time, the front-side pressing tool facing the front side of the first metal member and the second metal member is moved along the boundary in synchronization with the movement of the rotary tool. As a result, even if the metal is scattered due to the violent plastic flow, the metal flowing by the friction stir is pressed by the front pressing tool, and as a result, the generation of voids can be significantly reduced. Therefore, it is possible to obtain an extremely good bonding state with few defects such as a mixture of two types of metals and voids. Therefore, non-destructive inspection by ultrasonic waves can be applied, and the reliability of the joint can be ensured.
Further, by inserting the rotary tool only on the side of the first metal member, the vertical force applied to the rotary tool, which has been a problem in the past, can be greatly alleviated, and deterioration of the tool can be prevented. Further, since the rotary tool can be inserted only into the metal having a small viscosity during plastic flow, the adhesion of the metal to the rotary tool is suppressed. Therefore, it is possible to reduce the frequency of maintenance such as removing the metal adhering to the rotary tool and replacing the rotary tool.
According to the method for joining dissimilar metals of the present invention, two metal members of different types can be satisfactorily joined by a friction stir welding method.
請求項11記載の異種金属の接合方法は、上記表側押圧工具は、上記回転工具を貫通挿入させる貫通部が設けられている。
上記回転工具の周囲の領域に生じる金属の流動を上記表側押圧工具で押えることにより、ボイドの発生を大幅に減少させることができる。
In the method for joining dissimilar metals according to claim 11, the front-side pressing tool is provided with a penetrating portion through which the rotating tool is inserted.
By pressing the flow of metal generated in the region around the rotary tool with the front pressing tool, the generation of voids can be significantly reduced.
請求項12記載の異種金属の接合方法は、上記表側押圧工具は、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の表側に対面して上記境界を跨ぐ領域に、上記表側押圧工具の移動方向の後方に向かって徐々に上記表側との隙間が小さくなる表側斜面が設けられている。
上記表側押圧工具が、上記回転工具の移動に同期して上記境界に沿って移動するときに、上記回転工具の挿入で流動する金属が、上記表側斜面により、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の表側に向かって押し戻される。このため、金属の飛散を防止してボイドの発生を大幅に減少させる。
In the method for joining dissimilar metals according to claim 12, the front-side pressing tool moves the front-side pressing tool to a region facing the front side of the first metal member and the second metal member and straddling the boundary. A front side slope is provided in which the gap between the front side and the front side gradually decreases toward the rear in the direction.
When the front-side pressing tool moves along the boundary in synchronization with the movement of the rotary tool, the metal flowing due to the insertion of the rotary tool becomes the first metal member and the first metal member due to the front-side slope. It is pushed back toward the front side of the metal member of 2. Therefore, the scattering of metal is prevented and the generation of voids is greatly reduced.
請求項13記載の異種金属の接合方法は、上記表側押圧工具は、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の表側に対面する上記境界の両側に、上記摩擦攪拌で流動する金属を堰き止めるための表側堤状部が設けられている。
上記回転工具の挿入で流動する金属を上記表側堤状部が堰き止めることにより、金属の飛散を防止してボイドの発生を大幅に減少させる。
In the method of joining dissimilar metals according to claim 13, the front-side pressing tool uses the metal flowing by friction stirring on both sides of the boundary facing the front side of the first metal member and the second metal member. A front side bank-like part is provided for damming.
The front side bank-shaped portion blocks the metal that flows when the rotary tool is inserted, thereby preventing the metal from scattering and significantly reducing the generation of voids.
請求項14記載の異種金属の接合方法は、上記回転工具を挿入する上記第1の金属部材を、上記第2の金属部材よりも硬度が低い金属とする。
塑性流動時の粘性が小さい第1の金属部材だけに回転工具を挿入するため、回転工具への金属の付着が抑制され、回転工具のメンテナンスの頻度を減らすことができる。また、塑性流動を生じさせるために必要なエネルギーが小さくて済むため、動力の節減に有利である。
In the method for joining dissimilar metals according to claim 14, the first metal member into which the rotary tool is inserted is a metal having a hardness lower than that of the second metal member.
Since the rotary tool is inserted only into the first metal member having a low viscosity during plastic flow, the adhesion of metal to the rotary tool can be suppressed, and the frequency of maintenance of the rotary tool can be reduced. In addition, the energy required to generate the plastic flow is small, which is advantageous in saving power.
請求項15記載の異種金属の接合方法は、上記回転工具を挿入する上記第1の金属部材を、上記第2の金属部材よりも融点が低い金属とする。
仮に、回転工具を挿入する第1の金属部材のほうが融点が高ければ、第1の金属部材が塑性流動するまで高温になったころに相手材である第2の金属部材が溶融しはじめ、接合不良や欠陥が生じるおそれがある。上記回転工具を挿入する第1の金属部材を、第2の金属部材よりも融点が低い金属とすることにより、上記のような不都合の発生を防止できる。
In the method for joining dissimilar metals according to claim 15, the first metal member into which the rotary tool is inserted is a metal having a melting point lower than that of the second metal member.
If the melting point of the first metal member into which the rotary tool is inserted is higher, the second metal member, which is the mating material, begins to melt and joins when the temperature rises until the first metal member plastically flows. Defects and defects may occur. By using a metal having a melting point lower than that of the second metal member as the first metal member into which the rotary tool is inserted, it is possible to prevent the above-mentioned inconvenience from occurring.
請求項16記載の異種金属の接合方法は、裏側押圧工具の干渉防止空間もしくは裏側斜面もしくは表側押圧工具の表側斜面の少なくともいずれかの一つ以上に、第1の金属部材と同種金属の金属部材をあらかじめ配置しておく。
上記構成により、上記の各箇所が空間になっている場合に比べ、第1の金属部材がそこに充填される必要が無いので、減肉を避けることができる。
The method for joining dissimilar metals according to claim 16 is a metal member of the same metal as the first metal member in at least one of the interference prevention space of the back pressing tool, the back slope, and the front slope of the front pressing tool. Is arranged in advance.
With the above configuration, as compared with the case where each of the above-mentioned portions is a space, it is not necessary to fill the first metal member therein, so that wall thinning can be avoided.
ここで、本発明において、「表側」「裏側」は、単に、相対立する位置関係を示すものであり、地上空間における「上側」「下側」に対応するものではない。
Here, in the present invention, the "front side" and "back side" simply indicate the relative positional relationship, and do not correspond to the "upper side" and "lower side" in the ground space.
つぎに、本発明を実施するための形態を説明する。 Next, a mode for carrying out the present invention will be described.
図1および図2は、本発明の異種金属の接合方法の実施形態を説明する図である。
図1(A)は分解斜視図、図1(B)は下から見た状態である。
図2(A)は上から見た図、図2(B)は工具の進行方向に見た断面図、図2(C)は工具の進行方向と直交する方向に見た断面図である。
1 and 2 are diagrams illustrating an embodiment of the method for joining dissimilar metals of the present invention.
FIG. 1 (A) is an exploded perspective view, and FIG. 1 (B) is a state seen from below.
2A is a top view, FIG. 2B is a cross-sectional view seen in the traveling direction of the tool, and FIG. 2C is a cross-sectional view seen in a direction orthogonal to the traveling direction of the tool.
〔概要〕
本実施形態の異種金属の接合方法は、互いに異種金属である第1の金属部材10と第2の金属部材20を摩擦攪拌接合によって接合するときに、回転工具30と裏側押圧工具40と表側押圧工具50を使用する。上記回転工具30は、上記第1の金属部材10側に挿入して移動させる。上記裏側押圧工具40は、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の裏側に対面させて上記回転工具30に同期して移動させる。上記表側押圧工具50は、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の表側に対面させて上記回転工具30に同期して移動させる。
〔Overview〕
In the method of joining dissimilar metals of the present embodiment, when the
上記上記回転工具30の移動により、第1の金属部材10に塑性流動が生じ、第1の金属部材10と第2の金属部材20が摩擦攪拌によって接合される。上記裏側押圧工具40により、上記摩擦攪拌で流動する裏側の金属を押さえ、上記表側押圧工具50により、上記摩擦攪拌で流動する表側の金属を押さえる。これにより、互いに種類が異なる第1の金属部材10と第2の金属部材20を摩擦攪拌接合によって良好に接合する。
The movement of the
〔基本工程〕
本実施形態の異種金属の接合方法は、第1の金属部材10と第2の金属部材20を摩擦攪拌接合によって接合する。第1の金属部材10と第2の金属部材20は、互いに種類が異なる異種金属である。上記第1の金属部材10と第2の金属部材20は、純金属でもよいし合金でもよい。図示した例は、上記第1の金属部材10と第2の金属部材20は、それぞれおなじ厚みに設定された長方形の板材である。
[Basic process]
In the method of joining dissimilar metals of the present embodiment, the
まず、上記第1の金属部材10と第2の金属部材20を、実質的に隙間ができないように隣接して配置する。図示した例では、それぞれ長方形の板材である第1の金属部材10と第2の金属部材20を、互いの長辺を突き合せるように配置する。上記第1の金属部材10と第2の金属部材20と突き合せたところに境界3が形成される。
First, the
ついで、軸回転する回転工具30を、上記回転工具30の外周縁が上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の境界3と略一致するよう、上記第1の金属部材10に対してその表側から挿入する。このとき、上記回転工具30は、上記第1の金属部材10の厚みを貫通して先端が裏面側に達する程度に挿入するのが好ましい。
Next, the
つぎに、その状態で上記回転工具30を上記境界3に沿って移動させる。このとき、上記境界3に沿って第1の金属部材10に塑性流動が生じ、上記第1の金属部材10と第2の金属部材20の上記境界3が、摩擦攪拌によって接合される。
Next, in that state, the
〔押圧動作〕
上述した基本工程に加え、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の裏側において、上記裏側押圧工具40により上記摩擦攪拌で流動する金属を押さえ、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の表側において、上記表側押圧工具50により上記摩擦攪拌で流動する金属を押さえる。上記裏側押圧工具40および上記表側押圧工具50については後述する。
[Pressing operation]
In addition to the above-mentioned basic steps, on the back side of the
〔金属部材の材質〕
上記回転工具30を挿入する第1の金属部材10を、第2の金属部材20よりも硬度が低い金属とするのが好ましい。このようにすることにより、塑性流動時の粘性が小さい第1の金属部材10だけに回転工具30を挿入するため、回転工具30への金属の付着が抑制される。また、塑性流動を生じさせるために必要なエネルギーが小さくて済む。
[Material of metal parts]
It is preferable that the
上記回転工具30を挿入する第1の金属部材10を、第2の金属部材20よりも融点が低い金属とするのが好ましい。このようにすることにより、接合不良や欠陥の発生を防止できる。仮に、回転工具30を挿入する第1の金属部材10のほうが融点が高ければ、第1の金属部材10が塑性流動するまで高温になったころに相手材である第2の金属部材20が溶融しはじめ、接合不良や欠陥が生じるおそれがある。上記回転工具30を挿入する第1の金属部材10を、第2の金属部材20よりも融点が低い金属とすることにより、上記のような不都合の発生を防止できるのである。
It is preferable that the
たとえば、上記第1の金属部材10としてアルミニウム系の材料を使用し、上記第2の金属部材20として銅系の材料を使用することができる。もちろん、本発明を、上記の組み合わせに限定する趣旨ではない。
For example, an aluminum-based material can be used as the
〔回転工具30〕
上記回転工具30は、大略円柱状であり、上記第1の金属部材10にその表面側から挿入される。上記回転工具30は、上記第1の金属部材10の厚みを貫通して先端が裏面側に達する程度の長さに設定される。上記回転工具30が上記第1の金属部材10に挿入されて移動することにより、上記第1の金属部材10に塑性流動が生じる。上記第1の金属部材10と第2の金属部材20の境界3の近傍で、上記第1の金属部材10に塑性流動を生じさせ、上記第1の金属部材10と第2の金属部材20が接合される。
[Rotating tool 30]
The
上記回転工具30の外周には、逆ねじ部を形成することができる。上記回転工具30は、右ねじのねじ込み方向に回転させながら軸方向に沿って下降させて上記第1の金属部材10に向かって侵入させる。このとき、上記逆ねじ部33が設けられることにより、回転工具30を金属に侵入させるときに攪拌作用が生じ、塑性流動を促進することができる。
A reverse screw portion can be formed on the outer circumference of the
上記回転工具30を上記第1の金属部材10にその表側から挿入するときに、回転する回転工具30の外周縁を上記境界3に略一致させる。上記外周縁は、第1の金属部材10に侵入させる回転工具30を回転させたときに、最も外側に形成される工具の回転軌跡である。
When the
ここで、回転工具30の外周縁を境界3に略一致させるとは、具体的には、回転工具30の外周縁が上記境界3から0.1mm程度離れた状態から、回転工具30の外周縁が上記境界3を超えて第2の金属部材20側に入り込む状態までの各状態である。これらの状態であれば、良好な接合を得ることができる。
Here, to make the outer peripheral edge of the
上記回転工具30を上記第1の金属部材10にその表側から挿入した状態で、上記回転工具30を上記境界3に沿って移動させる。移動方向は、上記境界3に沿うとともに、第1の金属部材10と第2の金属部材20を突き合せて面一となった上面に対して平行な方向である。
With the
〔裏側押圧工具40〕
図3は、裏側押圧工具40を説明する図である。(A)は平面図、(B)は横から見た図、(C)は底面図、(D)は移動方向から見た図、(E)は横から見た断面図である。
[Back side pressing tool 40]
FIG. 3 is a diagram illustrating the back
上記裏側押圧工具40は、大略ブロック状であり、図示しない移動テーブル上に設置されている。
The back
上記裏側押圧工具40は、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の裏側に対面させて存在させ、上記回転工具30の移動に同期させて上記境界3に沿って移動させる。これにより、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の裏側において、上記摩擦攪拌で流動する金属を押さえ、接合後の表面を平らにする。
The back
上記裏側押圧工具40は、上記回転工具30の先端との干渉を防止するための干渉防止空間41が設けられている。上記干渉防止空間41は、この例では、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の裏側に対面する面に形成された凹部である。
The back
このようにすることにより、上記第1の金属部材10に対して上記回転工具30を上記表側から挿入して先端を上記裏側に到達させたときに、上記回転工具30の先端と上記裏側押圧工具40との干渉が防止される。
By doing so, when the
上記裏側押圧工具40は、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の裏側に対面して上記境界3を跨ぐ領域に、裏側斜面42が設けられている。上記裏側斜面42は、上記裏側押圧工具40の移動方向の後方に向かって徐々に上記裏側との隙間が小さくなるように設けられている。これにより、上記裏側押圧工具40を、上記回転工具30に同期させて移動させたときに塑性流動する金属を、上記裏側斜面42が徐々に押さえるようになっている。
The back
上記裏側押圧工具40は、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の裏側に対面する上記境界3の両側に、裏側堤状部43が設けられている。上記裏側堤状部43は、上記裏側押圧工具40を、上記回転工具30に同期させて移動させたときに上記摩擦攪拌で流動する金属を堰き止める。
The back
上記裏側堤状部43と上記裏側斜面42とのあいだの段差は、上記裏側押圧工具40の移動方向の前方が大きく、後方に向かって徐々に小さくなり、最終的には面一になる。
The step between the back side bank-shaped
〔表側押圧工具50〕
図4は、表側押圧工具50を説明する図である。(A)は平面図、(B)は横から見た図、(C)は底面図、(D)は移動方向から見た図、(E)は横から見た断面図である。
[Front side pressing tool 50]
FIG. 4 is a diagram illustrating the front
上記表側押圧工具50は、大略ブロック状であり、図示しない移動テーブル上に設置されている。
The front
上記表側押圧工具50は、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の表側に対面させて存在させ、上記回転工具30の移動に同期させて上記境界3に沿って移動させる。これにより、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の表側において、上記摩擦攪拌で流動する金属を押さえ、接合後の表面を平らにする。
The front
上記表側押圧工具50は、上記回転工具30を貫通挿入させる貫通部51が設けられている。上記貫通部51は、この例では、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の表側に対面する面に開口する貫通穴である。
The front
このようにすることにより、上記回転工具30の周辺で塑性流動する金属を有効に押さえることができる。
By doing so, the metal that plastically flows around the
上記表側押圧工具50は、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の表側に対面して上記境界3を跨ぐ領域に、表側斜面52が設けられている。上記表側斜面52は、上記表側押圧工具50の移動方向の後方に向かって徐々に上記表側との隙間が小さくなるように設けられている。これにより、上記表側押圧工具50を、上記回転工具30に同期させて移動させたときに塑性流動する金属を、上記表側斜面52が徐々に押さえるようになっている。
The front
上記表側押圧工具50は、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の裏側に対面する上記境界3の両側に、表側堤状部53が設けられている。上記表側堤状部53は、上記表側押圧工具50を、上記回転工具30に同期させて移動させたときに上記摩擦攪拌で流動する金属を堰き止める。
The front
上記表側堤状部53と上記表側斜面52とのあいだの段差は、上記表側押圧工具50の移動方向の前方が大きく、後方に向かって徐々に小さくなり、最終的には面一になる。
The step between the front bank-shaped
〔実施状態〕
図5は、上記実施形態の異種金属の接合方法を実施する状態を説明する図である。
[Implementation status]
FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which the method for joining dissimilar metals according to the above embodiment is carried out.
上記回転工具30を、たとえば1000~2000rpm程度で回転させる。上記回転工具30は、上記第1の金属部材10の厚みを貫通して先端が上記干渉防止空間41
に達するまで挿入される。この状態で、上記回転工具30、裏側押圧部材40および表側押圧部材50を、上記境界3に沿って移動させる。矢印で示す移動方向は、第1の金属部材10と第2の金属部材20を突き合せて面一となった表側面および裏側面に対して平行である。たとえば第1の金属部材10と第2の金属部材20の厚みが10mmであれば、移動速度は毎分150~250mm程度である。
The
It is inserted until it reaches. In this state, the
〔実施形態の効果〕
上記実施形態の異種金属の接合方法は、第1の金属部材10と上記第2の金属部材20を摩擦攪拌によって接合する。まず、互いに種類が異なる第1の金属部材10と第2の金属部材20を、実質的に隙間ができないように隣接して配置する。ついで、軸回転する回転工具30を、上記回転工具30の外周縁が上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の境界3と略一致するよう、上記第1の金属部材10に対してその表側から挿入する。つぎに、その状態で上記回転工具30を上記境界3に沿って移動させることにより、上記異種金属を接合する。
また、本実施形態は、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の裏側に対面させて、上記摩擦攪拌で流動する金属を押さえるための裏側押圧工具40を存在させる。そして、上記裏側押圧工具40を、上記回転工具30の移動に同期させて上記境界3に沿って移動させる。
上記第1の金属部材10に対して上記回転工具30を挿入することにより、上記第1の金属部材10だけに塑性流動が生じ、第2の金属部材20では塑性流動がほとんど起こらない。このとき、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の裏側に対面させた上記裏側押圧工具40を、上記回転工具30の移動に同期させて上記境界3に沿って移動させる。これにより、激しい塑性流動で金属が飛散等したとしても、上記摩擦攪拌で流動する金属が裏側押圧工具40が押さえるため、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、2種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。したがって、超音波による非破壊検査が適用でき、接合部の信頼性が確保できる。
また、両金属部材の裏側近傍まで回転工具30を深く挿入したとしても、上記摩擦攪拌で流動する金属が裏側押圧工具40が押さえるため、従来問題となった未接合領域がほとんど生じない。したがって、切削による後加工が不要となり、材料ロスも少ない。
また、回転工具30を第1の金属部材10の側にだけ挿入することにより、従来問題であった回転工具30にかかる垂直方向の力を大きく緩和し、工具の劣化を防止できる。さらに、塑性流動時の粘性が小さい金属だけに回転工具30を挿入できるため、回転工具30への金属の付着も抑制される。したがって、回転工具30に付着した金属を除去する、回転工具30を交換する等のメンテナンスの頻度を減らすことができる。
本実施形態の異種金属の接合方法によれば、互いに種類が異なる2つの金属部材を、摩擦攪拌接合法によって良好に接合することができる。
[Effect of Embodiment]
In the method of joining dissimilar metals according to the above embodiment, the
Further, in the present embodiment, there is a back
By inserting the
Further, even if the
Further, by inserting the
According to the method for joining dissimilar metals of the present embodiment, two metal members of different types can be satisfactorily joined by a friction stir welding method.
本実施形態の異種金属の接合方法は、上記第1の金属部材10に対して上記表側から挿入した上記回転工具30を、その先端が上記裏側に到達するように挿入する。
上記裏側に到達した上記回転工具30の先端によって流動する金属を、裏側押圧工具40が押さえるため、従来問題となった未接合領域がほとんど生じない。したがって、切削による後加工が不要となり、材料ロスも少ない。
In the method of joining dissimilar metals of the present embodiment, the
Since the back
本実施形態の異種金属の接合方法は、上記裏側押圧工具40は、上記回転工具30の先端との干渉を防止するための干渉防止空間41が設けられている。
上記裏側に到達した上記回転工具30の先端が上記裏側押圧工具40に干渉するのが防止され、上記回転工具30や上記裏側押圧工具40の損傷を防止できる。
In the method of joining dissimilar metals of the present embodiment, the back
It is possible to prevent the tip of the
本実施形態の異種金属の接合方法は、上記裏側押圧工具40は、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の裏側に対面して上記境界3を跨ぐ領域に、上記裏側押圧工具40の移動方向の後方に向かって徐々に上記裏側との隙間が小さくなる裏側斜面42が設けられている。
上記裏側押圧工具40が、上記回転工具30の移動に同期して上記境界3に沿って移動するときに、上記裏側に到達した上記回転工具30の先端によって流動する金属が、上記裏側斜面42により、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の裏側に向かって押し戻される。このため、金属の飛散を防止してボイドの発生を大幅に減少させる。また、従来問題となった未接合領域がほとんど生じず、切削による後加工が不要となり、材料ロスも少ない。
In the method of joining dissimilar metals of the present embodiment, the back
When the back
本実施形態の異種金属の接合方法は、上記裏側押圧工具40は、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の裏側に対面する上記境界3の両側に、上記摩擦攪拌で流動する金属を堰き止めるための裏側堤状部43が設けられている。
上記裏側に到達した上記回転工具30の先端によって流動する金属を上記裏側堤状部43が堰き止めることにより、金属の飛散を防止してボイドの発生を大幅に減少させる。
In the method of joining dissimilar metals of the present embodiment, the back
The backside bank-shaped
本実施形態の異種金属の接合方法は、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の表側に対面させて、上記摩擦攪拌で流動する金属を押さえるための表側押圧工具50を存在させる。そして、上記表側押圧工具50を、上記回転工具30の移動に同期させて上記境界3に沿って移動させる。
上記摩擦攪拌で流動する金属が表側押圧工具50が押さえるため、ボイドの発生を大幅に減少させることができる。
In the method of joining dissimilar metals of the present embodiment, there is a front
Since the metal flowing by the friction stir is pressed by the front
本実施形態の異種金属の接合方法は、上記表側押圧工具50は、上記回転工具30を貫通挿入させる貫通部51が設けられている。
上記回転工具30の周囲の領域に生じる金属の流動を上記表側押圧工具50で押えることにより、ボイドの発生を大幅に減少させることができる。
In the method of joining dissimilar metals of the present embodiment, the front
By pressing the flow of metal generated in the region around the
本実施形態の異種金属の接合方法は、上記表側押圧工具50は、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の表側に対面して上記境界3を跨ぐ領域に、上記表側押圧工具50の移動方向の後方に向かって徐々に上記表側との隙間が小さくなる表側斜面53が設けられている。
上記表側押圧工具50が、上記回転工具30の移動に同期して上記境界3に沿って移動するときに、上記回転工具30の挿入で流動する金属が、上記表側斜面53により、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の表側に向かって押し戻される。このため、金属の飛散を防止してボイドの発生を大幅に減少させる。
In the method of joining dissimilar metals of the present embodiment, the front
When the front-side
本実施形態の異種金属の接合方法は、上記表側押圧工具50は、上記第1の金属部材10と上記第2の金属部材20の表側に対面する上記境界3の両側に、上記摩擦攪拌で流動する金属を堰き止めるための表側堤状部53が設けられている。
上記回転工具30の挿入で流動する金属を上記表側堤状部53が堰き止めることにより、金属の飛散を防止してボイドの発生を大幅に減少させる。
In the method of joining dissimilar metals of the present embodiment, the front
The front side bank-shaped
本実施形態の異種金属の接合方法は、上記回転工具30を挿入する上記第1の金属部材10を、上記第2の金属部材20よりも硬度が低い金属とする。
塑性流動時の粘性が小さい第1の金属部材10だけに回転工具30を挿入するため、回転工具30への金属の付着が抑制され、回転工具30のメンテナンスの頻度を減らすことができる。また、塑性流動を生じさせるために必要なエネルギーが小さくて済むため、動力の節減に有利である。
In the method of joining dissimilar metals of the present embodiment, the
Since the
本実施形態の異種金属の接合方法は、上記回転工具30を挿入する上記第1の金属部材10を、上記第2の金属部材20よりも融点が低い金属とする。
仮に、回転工具30を挿入する第1の金属部材10のほうが融点が高ければ、第1の金属部材10が塑性流動するまで高温になったころに相手材である第2の金属部材20が溶融しはじめ、接合不良や欠陥が生じるおそれがある。上記回転工具30を挿入する第1の金属部材10を、第2の金属部材20よりも融点が低い金属とすることにより、上記のような不都合の発生を防止できる。
In the method of joining dissimilar metals of the present embodiment, the
If the melting point of the
〔変形例〕
上記実施形態の異種金属の接合方法において、上記裏側押圧工具40の干渉防止空間41もしくは裏側斜面42もしくは表側押圧工具50の表側斜面52の少なくともいずれかの一つ以上に、第1の金属部材10と同種金属の金属部材をあらかじめ配置しておくことができる。
このようにすることにより、上記の各箇所が空間になっている場合に比べ、第1の金属部材10がそこに充填される必要が無いので、減肉を避けることができる。
[Modification example]
In the method of joining dissimilar metals of the above embodiment, the
By doing so, it is not necessary to fill the
〔その他の変形例〕
以上は本発明の特に好ましい実施形態について説明したが、本発明は図示した実施形態に限定する趣旨ではなく、各種の態様に変形して実施することができ、本発明は各種の変形例を包含する趣旨である。
[Other variants]
Although the above has described a particularly preferable embodiment of the present invention, the present invention is not limited to the illustrated embodiment and can be modified into various embodiments, and the present invention includes various modified examples. The purpose is to do.
3:境界
10:第1の金属部材
20:第2の金属部材
30:回転工具
40:裏側押圧工具
41:干渉防止空間
42:裏側斜面
43:裏側堤状部
50:表側押圧工具
51:貫通部
52:表側斜面
53:表側堤状部
3: Boundary 10: First metal member 20: Second metal member 30: Rotating tool 40: Back side pressing tool 41: Interference prevention space 42: Back side slope 43: Back side bank-shaped part 50: Front side pressing tool 51: Penetration part 52: Front slope 53: Front bank
Claims (16)
軸回転する回転工具を、上記回転工具の外周縁が上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の境界と略一致するよう、上記第1の金属部材に対してその表側から挿入し、
その状態で上記回転工具を上記境界に沿って移動させることにより、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材を摩擦攪拌によって接合する異種金属の接合方法であって、
上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の裏側に対面させて、上記摩擦攪拌で流動する金属を押さえるための裏側押圧工具を存在させ、
上記裏側押圧工具を、上記回転工具の移動に同期させて上記境界に沿って移動させる
ことを特徴とする異種金属の接合方法。 The first metal member and the second metal member of different types are arranged adjacent to each other so that there is substantially no gap.
An axially rotating rotary tool is inserted into the first metal member from the front side so that the outer peripheral edge of the rotary tool substantially coincides with the boundary between the first metal member and the second metal member.
A method for joining dissimilar metals by frictionally stirring the first metal member and the second metal member by moving the rotary tool along the boundary in that state.
There is a back side pressing tool for holding the metal flowing by the friction stir welding so as to face the back side of the first metal member and the second metal member.
A method for joining dissimilar metals, which comprises moving the back pressing tool along the boundary in synchronization with the movement of the rotary tool.
請求項1記載の異種金属の接合方法。 The method for joining dissimilar metals according to claim 1, wherein the rotary tool inserted from the front side into the first metal member is inserted so that the tip thereof reaches the back side.
請求項2記載の異種金属の接合方法。 The method for joining dissimilar metals according to claim 2, wherein the back side pressing tool is provided with an interference prevention space for preventing interference with the tip of the rotary tool.
請求項1~3のいずれか一項に記載の異種金属の接合方法。 The back side pressing tool is gradually placed in a region facing the back side of the first metal member and the second metal member and straddling the boundary with the back side toward the rear in the moving direction of the back side pressing tool. The method for joining dissimilar metals according to any one of claims 1 to 3, wherein a back slope having a small gap is provided.
請求項1~4のいずれか一項に記載の異種金属の接合方法。 The back side pressing tool is provided with back side bank-like portions for blocking the metal flowing by friction stir welding on both sides of the boundary facing the back side of the first metal member and the second metal member. The method for joining dissimilar metals according to any one of claims 1 to 4.
上記表側押圧工具を、上記回転工具の移動に同期させて上記境界に沿って移動させる
請求項1~5のいずれか一項に記載の異種金属の接合方法。 There is a front side pressing tool for holding the metal flowing by the friction stir welding so that the first metal member and the front side of the second metal member face each other.
The method for joining dissimilar metals according to any one of claims 1 to 5, wherein the front pressing tool is moved along the boundary in synchronization with the movement of the rotary tool.
請求項6記載の異種金属の接合方法。 The method for joining dissimilar metals according to claim 6, wherein the front-side pressing tool is provided with a penetration portion through which the rotary tool is inserted.
請求項6または7記載の異種金属の接合方法。 The front-side pressing tool is gradually placed in a region facing the front side of the first metal member and the second metal member and straddling the boundary with the front side toward the rear in the moving direction of the front-side pressing tool. The method for joining dissimilar metals according to claim 6 or 7, wherein a front slope having a small gap is provided.
請求項6~8のいずれか一項に記載の異種金属の接合方法。 The front-side pressing tool is provided with front-side bank-shaped portions for blocking the metal flowing by friction stir welding on both sides of the boundary facing the front side of the first metal member and the second metal member. The method for joining dissimilar metals according to any one of claims 6 to 8.
軸回転する回転工具を、上記回転工具の外周縁が上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の境界と略一致するよう、上記第1の金属部材に対してその表側から挿入し、
その状態で上記回転工具を上記境界に沿って移動させることにより、上記第1の金属部材と上記第2の金属部材を摩擦攪拌によって接合する異種金属の接合方法であって、
上記第1の金属部材と上記第2の金属部材の表側に対面させて、上記摩擦攪拌で流動する金属を押さえるための表側押圧工具を存在させ、
上記表側押圧工具を、上記回転工具の移動に同期させて上記境界に沿って移動させる
ことを特徴とする異種金属の接合方法。 The first metal member and the second metal member of different types are arranged adjacent to each other so that there is substantially no gap.
An axially rotating rotary tool is inserted into the first metal member from the front side so that the outer peripheral edge of the rotary tool substantially coincides with the boundary between the first metal member and the second metal member.
A method for joining dissimilar metals by frictionally stirring the first metal member and the second metal member by moving the rotary tool along the boundary in that state.
There is a front side pressing tool for holding the metal flowing by the friction stir welding so that the first metal member and the front side of the second metal member face each other.
A method for joining dissimilar metals, which comprises moving the front pressing tool along the boundary in synchronization with the movement of the rotating tool.
請求項10記載の異種金属の接合方法。 The method for joining dissimilar metals according to claim 10, wherein the front-side pressing tool is provided with a penetration portion through which the rotary tool is inserted.
請求項10または11記載の異種金属の接合方法。 The front-side pressing tool is gradually placed in a region facing the front side of the first metal member and the second metal member and straddling the boundary with the front side toward the rear in the moving direction of the front-side pressing tool. The method for joining dissimilar metals according to claim 10 or 11, wherein a front slope having a small gap is provided.
請求項10~12のいずれか一項に記載の異種金属の接合方法。 The front-side pressing tool is provided with front-side bank-shaped portions for blocking the metal flowing by friction stir welding on both sides of the boundary facing the front side of the first metal member and the second metal member. The method for joining dissimilar metals according to any one of claims 10 to 12.
請求項1~13のいずれか一項に記載の記載の異種金属の接合方法。 The method for joining dissimilar metals according to any one of claims 1 to 13, wherein the first metal member into which the rotary tool is inserted is a metal having a hardness lower than that of the second metal member.
請求項1~13のいずれか一項に記載の記載の異種金属の接合方法。 The method for joining dissimilar metals according to any one of claims 1 to 13, wherein the first metal member into which the rotary tool is inserted is a metal having a melting point lower than that of the second metal member.
請求項1~15のいずれか一項記載の異種金属の接合方法。 2. The method for joining dissimilar metals according to any one of the above.
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