JP2023107059A - Friction stir joining method and friction stir joining device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摩擦攪拌接合方法及び摩擦攪拌接合装置に関するものであり、特に、板材と中空材とを摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合方法及び摩擦攪拌接合装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a friction stir welding method and a friction stir welding apparatus, and more particularly to a friction stir welding method and a friction stir welding apparatus for friction stir welding a plate material and a hollow material.
自動車等の車両機器では、燃費改善、CO2削減効果や操舵性の向上などから軽量化が求められており、アルミニウムや鋼の押出材等からなる中空材の使用が検討されており、中空材と他の部材との接合が必要となる。このような中空材を用いた、金属同士又は金属と樹脂などの非金属の接合方法として、摩擦攪拌接合法(Friction Stir Welding:FSW)が知られている。本接合法は、鋼など高強度な材料で作られた攪拌ピンを回転させながら、アルミニウムなど軟質材の接合部に押し込むことで、被接合母材同士の一部を塑性流動させて接合する手段である。摩擦攪拌接合法は、軟質な母材に向いているため、産業的にはアルミニウム材同士の接合に多く用いられてきたが、最近は攪拌ピンの高強度化開発が進み、鋼材同士の接合にも用いることができるようになっている。また最近では、同種の金属同士のみならず、例えば、特許文献1に示す、アルミニウムと鉄のような異種金属間の摩擦攪拌接合法、又は、特許文献2に示す、金属と樹脂のような金属と非金属間の摩擦攪拌接合法も注目されている。 Vehicle equipment such as automobiles is required to be lighter in order to improve fuel efficiency, reduce CO2 emissions, and improve steering performance. and other members are required. Friction Stir Welding (FSW) is known as a method for joining metals or metals and nonmetals such as resins using such hollow materials. In this joining method, a stirring pin made of a high-strength material such as steel is rotated and pushed into the joining part of a soft material such as aluminum, thereby partially plastically flowing and joining the base materials to be joined. is. Since the friction stir welding method is suitable for soft base materials, it has been widely used industrially for joining aluminum materials. can also be used. Recently, not only metals of the same kind but also metals of the same kind, for example, a friction stir welding method between dissimilar metals such as aluminum and iron shown in Patent Document 1, or a metal and a metal such as resin shown in Patent Document 2 The friction stir welding method between metals and non-metals is also attracting attention.
ここで特許文献3には、中空材の周壁部の周面同士を当接させ、中空材の内部から各中空材の当接する周壁部に当接方向の圧力を付与しつつ、周面同士を突合せ接合する中空材の摩擦攪拌接合法が記載されている。また、特許文献4には、表板と裏板との間が複数の連結板によって連結されたアルミニウム製の中空形材を、表板同士、及び裏板同士で突き合わせ、その突き合わせ部に表板及び裏板間を連結する連結部を設けて、突き合わせ部を摩擦攪拌接合する接合方法が記載されている。さらに特許文献5には、一対のH形部材のそれぞれから相手側のH形部材に向かって延びる一対の腕部同士を突き合せ、回転ツールによって摩擦熱を付与されながら押圧される被加工物の裏面に、回転ツールの押圧力を受圧する流体内包体を配設し、摩擦攪拌接合により型材を製造する方法が記載されている。 Here, in Patent Document 3, the peripheral surfaces of the peripheral wall portions of the hollow members are brought into contact with each other, and pressure is applied from the inside of the hollow members in the contact direction to the peripheral wall portions of the hollow members that contact each other. A friction stir welding method for butt-joining hollow members is described. Further, in Patent Document 4, an aluminum hollow shape in which a front plate and a back plate are connected by a plurality of connection plates is butted against each other and between the back plates, and the front plate is attached to the butted portion. and a connecting portion for connecting between the back plates, and a joining method in which the butted portions are friction stir welded. Furthermore, in Patent Document 5, a pair of arm portions extending from each of a pair of H-shaped members toward the other H-shaped member are butted against each other, and a workpiece is pressed while being given frictional heat by a rotating tool. A method of manufacturing a mold material by friction stir welding is described, in which a fluid encapsulating body for receiving the pressing force of a rotating tool is arranged on the back surface.
しかしながら、特許文献3及び4に記載の技術は、回転ツールの押圧力を受圧可能な連結部材を備える中空材を、該連結部材の近傍で突合せて配置し、回転ツールの押圧力を連結部材で受けながら摩擦攪拌接合する突合せ溶接に関するものであり、中空材の空隙部に対応する領域に、他の部材を重ね合わせて摩擦攪拌接合する重合わせ溶接に関しては言及されていない。
また、特許文献5も同様に、突合せ溶接に関するものであり、突合せ部の裏面側に配置した流体内包体によって回転ツールの押圧力を受けながら、突合せ部を摩擦攪拌接合している。しかし、流体内包体を突合せ部の位置に合わせて精度よく配置しなければならず、作業効率の観点から問題があった。
However, in the techniques described in Patent Documents 3 and 4, hollow members each having a connecting member capable of receiving the pressing force of the rotating tool are arranged in abutment in the vicinity of the connecting member, and the pressing force of the rotating tool is applied to the connecting member. It relates to butt welding in which friction stir welding is performed while receiving, and lap welding in which another member is superimposed on the region corresponding to the gap of the hollow material and friction stir welded is not mentioned.
Similarly, Patent Document 5 also relates to butt welding, in which friction stir welding is performed on the butt portion while receiving the pressing force of a rotating tool from a fluid encapsulating body disposed on the back side of the butt portion. However, the fluid encapsulant must be precisely arranged in accordance with the position of the abutting portion, which poses a problem from the viewpoint of work efficiency.
一方、空隙部を有する中空材の外表面に、他の部材を重ね合わせて摩擦攪拌接合する重合わせ溶接の場合、内部に空隙部を有する金属製の中空材の外表面上に、金属製の他の接合部材を重ね合わせ、接合ツールを回転させながら接合部材に押圧して摩擦攪拌接合により重合わせ溶接しようとすると、中空材の外表面が接合ツールの押圧力によって内表面側に向かって変形してしまい、これにより、接合部材及び中空材を軟化させるための十分な摩擦力が得られない結果、接合部の接合強度が低下したり接合できなくなるために、良好な摩擦攪拌接合部が得られないという問題があった。 On the other hand, in the case of lap welding in which another member is superimposed on the outer surface of a hollow material having a void and friction stir welding is performed, a metallic hollow material having an inner void is placed on the outer surface of the hollow metal. When another member to be joined is overlapped and the joining tool is rotated and pressed against the member to be lap-welded by friction stir welding, the outer surface of the hollow member is deformed toward the inner surface side by the pressing force of the welding tool. As a result, a sufficient frictional force for softening the joint member and the hollow material cannot be obtained, and as a result, the joint strength of the joint decreases or the joint becomes impossible, so that a good friction stir weld can be obtained. I had a problem that I couldn't
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属材料からなる板材と、板材と同種又は異種の材質からなり、かつ、板材が重ね合わされる外表面及び外表面とは反対側の面である内表面を有する閉断面の中空材とを重ね合わせて摩擦攪拌接合する際に、中空材の変形を抑制して、良好な摩擦攪拌接合部を得ることが可能な摩擦攪拌接合方法及び摩擦攪拌接合装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and its object is to provide a plate made of a metal material, an outer surface made of the same or different material as the plate, and an outer surface on which the plate is superimposed. Friction that can suppress deformation of the hollow material and obtain a good friction stir weld when overlapping and friction stir welding a hollow material with a closed cross section having an inner surface that is the opposite surface An object of the present invention is to provide a stir welding method and a friction stir welding apparatus.
したがって、本発明の上記目的は、摩擦攪拌接合方法に係る下記[1]の構成により達成される。 Therefore, the above object of the present invention is achieved by the following configuration [1] relating to the friction stir welding method.
[1] 金属材料からなる板材と、前記板材と同種又は異種の材質からなり、かつ、前記板材が重ね合わされる外表面及び前記外表面とは反対側の面である内表面を有する閉断面の中空材と、を接合する摩擦攪拌接合方法であって、
前記板材と前記中空材を重ね合わせる重ね合わせ工程と、
回転する接合ツールを用いて前記板材と前記中空材との間で摩擦攪拌接合部を形成する摩擦攪拌接合工程と、を備え、
前記摩擦攪拌接合工程において、前記内表面のうち前記摩擦攪拌接合部が形成される領域に対応する少なくとも一部の領域に、前記中空材の変形を抑制するための変形抑制機構を設ける、摩擦攪拌接合方法。
[1] A closed cross-section having a plate made of a metal material, an outer surface on which the plate is overlapped, and an inner surface opposite to the outer surface, which is made of the same or different material as the plate. A friction stir welding method for joining a hollow material,
a superposing step of superimposing the plate material and the hollow material;
a friction stir welding step of forming a friction stir weld between the plate material and the hollow material using a rotating welding tool,
In the friction stir welding step, a deformation suppression mechanism for suppressing deformation of the hollow member is provided on at least a part of the inner surface corresponding to the region where the friction stir weld is formed. Joining method.
また、本発明の上記目的は、摩擦攪拌接合装置に係る下記[2]の構成により達成される。 Further, the above object of the present invention is achieved by the following configuration [2] relating to a friction stir welding apparatus.
[2] 金属材料からなる板材と、前記板材と同種又は異種の材質からなり、かつ、前記板材が重ね合わされる外表面及び前記外表面とは反対側の面である内表面を有する閉断面の中空材と、を重ね合わせる重ね合わせ機構と、
回転する接合ツールを用いて前記板材と前記中空材との間で摩擦攪拌接合部を形成する摩擦攪拌接合機構と、
前記摩擦攪拌接合部の形成時において、前記内表面のうち前記摩擦攪拌接合部が形成される領域に対応する少なくとも一部の領域における、前記中空材の変形を抑制するための変形抑制機構と、を備える、摩擦攪拌接合装置。
[2] A closed cross-section having a plate made of a metal material, an outer surface on which the plate is overlapped, and an inner surface opposite to the outer surface, which is made of the same or different material as the plate. a stacking mechanism for stacking the hollow material;
a friction stir welding mechanism that forms a friction stir weld between the plate material and the hollow material using a rotating welding tool;
a deformation suppression mechanism for suppressing deformation of the hollow material in at least a partial region of the inner surface corresponding to the region where the friction stir weld is formed when the friction stir weld is formed; A friction stir welding apparatus.
本発明の摩擦攪拌接合方法及び摩擦攪拌接合装置によれば、金属材料からなる板材と、板材と同種又は異種の材質からなり、かつ、板材が重ね合わされる外表面及び外表面とは反対側の面である内表面を有する閉断面の中空材とを重ね合わせて摩擦攪拌接合する際に、中空材の変形を抑制するための変形抑制機構により中空材の変形を抑制して、良好な摩擦攪拌接合部を得ることが可能となる。 According to the friction stir welding method and the friction stir welding apparatus of the present invention, the plate material is made of a metal material, and the outer surface of the plate material is made of the same or different material as the plate material, and the outer surface on which the plate material is overlapped and the side opposite to the outer surface When a hollow material with a closed cross section having an inner surface that is a plane is superimposed and friction stir welded, deformation of the hollow material is suppressed by a deformation suppression mechanism for suppressing deformation of the hollow material, and good friction stir welding is performed. It becomes possible to obtain a joint.
以下、本発明に係る中空材の摩擦攪拌接合方法、及び該摩擦攪拌接合方法による重合わせ溶接を可能とする摩擦攪拌接合装置の各実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, each embodiment of a friction stir welding method for hollow materials according to the present invention and a friction stir welding apparatus that enables lap welding by the friction stir welding method will be described in detail based on the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る中空材の摩擦攪拌接合方法を示す説明図である。
本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金、銅、銅合金、鉄、鋼などの金属材料からなる板材30と、該板材30と同種又は異種の材質からなり、内部に空隙部21を有する中空材20とを、摩擦攪拌接合により接合する方法である。なお、本発明は、金属材料からなる板材30と摩擦攪拌接合が可能である限り、中空材20の材質は、板材と同種であってもよく、また異種であってもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 is an explanatory view showing a friction stir welding method for hollow materials according to a first embodiment of the present invention.
The friction stir welding method according to the present embodiment includes, for example, a
板材30と同種の場合における中空材20の材質としては、例えば、板材30がアルミニウムの場合は、中空材20としてアルミニウム又はアルミニウム合金が例として挙げられる。すなわち、ここでいう「同種」とは、完全な同一材料のみならず、主成分が共通する金属材料同士も含まれる。
When the
また、板材30と異種の場合における中空材20の材質としては、例えば、板材30がアルミニウムの場合は、中空材20として、アルミニウムと主成分が異なる金属材料である、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金、銅、銅合金、鉄、鋼が例として挙げられる。また、中空材20として、非金属の材料である、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン-アクリル酸コポリマー(EAA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、これらの樹脂に繊維を混ぜ込んだコンポジット、例えば炭素繊維強化プラスチック(CFRP)、ガラス繊維強化プラスチック(GFRP)などの樹脂材が例として挙げられる。
As for the material of the
中空材20は、断面略矩形の隔壁24に囲まれた閉断面である空隙部21を備え、管状に形成されている。隔壁24は、その外側に外表面22を有し、該外表面22の反対側(すなわち内側)に内表面23を有する。そして、中空材20の空隙部21に対応する領域において、中空材20の外表面22と板材30とが摩擦攪拌接合部31により接合される。
The
本実施形態の摩擦攪拌接合方法においては、中空材20の空隙部21の長手方向(すなわち、図1における紙面の表側及び裏側)両端の開口部を、不図示の蓋部材で閉鎖することで、空隙部21が密閉状態とされている。なお、蓋部材は、開口部において溶接されてもよく、また、蓋部材に設けた封止部材により封止されていてもよい。
In the friction stir welding method of the present embodiment, the openings at both ends in the longitudinal direction of the
次いで、中空材20の空隙部21に対応する領域の外表面22上に板材30を重ね合わせ、不図示の載置台上に載置した後、中空材20と板材30を、重ね合わせ機構である一対のクランプ45で押圧して、載置台上に固定する。
Next, the
そして、密閉状態とされた空隙部21内に、不図示の圧力流体供給機構から圧縮された水や油などの液体、又は空気などの気体からなる圧力流体Pを充填して、該圧力流体Pの押圧力により隔壁24を内側から外側に向かって押圧する。なお、本実施形態においては、圧力流体Pが変形抑制機構50を構成する。
Then, the
続いて、摩擦攪拌接合機構である接合ツール40を、回転させながら板材30に当接させる。接合ツール40は、ショルダー部41と、ショルダー部41の先端から突出する接合ピン42とを備える。そして、接合ピン42を回転させながら板材30に押圧することで、板材30を摩擦熱により軟化させて押し込む。続いて、板材30と中空材20の外表面22との間に摩擦攪拌接合部31を形成しながら、接合ピン42と板材30とを相対的に移動させ、板材30と中空材20とを点状又は線状に摩擦攪拌接合する。
Subsequently, the
ここで摩擦攪拌接合の際、板材30及び中空材20の外表面22には、接合ツール40の押圧により、図1中の下方に向かう押圧力が作用するが、この押圧力は、空隙部21内に充填された圧力流体Pの圧力により支持されるため、接合ツール40の押圧力によって板材30及び中空材20の外表面22が撓むことはなく、中空材20の変形が抑制される結果、接合ツール40と板材30との間で発生する摩擦力を、摩擦攪拌接合部31を形成するのに十分な大きさに確保することができる。
Here, during friction stir welding, a pressing force directed downward in FIG. Since it is supported by the pressure of the pressure fluid P filled inside, the
これにより、空隙部21に対応する領域の外表面22に、板材30を重ね合わせて摩擦攪拌接合する場合でも、接合ツール40の押圧力を、摩擦攪拌接合部31を形成するのに十分な大きさに確保して、接合部の接合強度を十分に確保できる。すなわち、空隙部21内に充填された圧力流体Pが、中空材20の変形を抑制する変形抑制機構50として作用し、中空材20の外表面22の変形が抑制される。また、変形抑制機構50が圧力流体Pであるため、空隙部21内の全ての部位に同じ大きさの力が作用する。これにより、板材30と中空材20との接合位置を選択する必要がなく、任意の位置で接合でき、作業効率が向上する。
As a result, even when the
なお、板材30と中空材20とを摩擦攪拌接合した後、空隙部21内から圧力流体Pを排出して圧力流体Pの押圧力を解除することにより、摩擦攪拌接合は終了する。
After friction stir welding the
(第2実施形態)
図2は、本発明の第2実施形態に係る中空材の摩擦攪拌接合方法を示す説明図である。
本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法は、第1実施形態で説明した空隙部21内に充填される圧力流体Pに替えて、変形抑制機構50として、例えば所望の強度を有する金属製の裏当て金51を用いる方法であり、中空材20の空隙部21内に裏当て金51が挿入された状態で摩擦攪拌接合される。
なお、第1実施形態と同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略するものとし、以降の各実施形態においても同様である。
(Second embodiment)
FIG. 2 is an explanatory view showing a friction stir welding method for hollow materials according to a second embodiment of the present invention.
In the friction stir welding method according to the present embodiment, instead of the pressure fluid P filled in the
The same reference numerals or equivalent reference numerals are given to the same parts as in the first embodiment to simplify or omit the description, and the same applies to the subsequent embodiments.
裏当て金51の厚さは、空隙部21の高さと略同一であって、空隙部21内にはほぼ隙間がなく、特に上下方向においてほぼ隙間がない状態で挿入されることが好ましい。すなわち、裏当て金51は、中空材20の内表面23にほぼ隙間なく当接して挿入されることが好ましい。ただし、裏当て金51を中空材20の空隙部21内に挿入及び抜去する関係上、裏当て金51の厚さは、空隙部21の高さよりも若干薄いことが好ましい。
The thickness of the backing
これにより、接合ツール40による押し込み力を裏当て金51で確実に支持することができ、中空材20の外表面22の変形が防止されて、摩擦攪拌接合に必要な摩擦熱を十分に確保することができる。なお、変形抑制機構50が裏当て金51であるため、第1実施形態で説明した圧力流体Pに比べ、より効果的に中空材20の外表面22の変形が防止しやすくなる。
As a result, the pressing force of the
なお、板材30と中空材20とを摩擦攪拌接合した後、裏当て金51を空隙部21から抜去することにより、摩擦攪拌接合は終了する。
After friction stir welding the
上述した内容以外のその他の部分については、第1実施形態の摩擦攪拌接合方法と同様であるため、説明を省略する。 Since the parts other than the contents described above are the same as those of the friction stir welding method of the first embodiment, description thereof is omitted.
(第3実施形態)
図3は、本発明の第3実施形態に係る中空材の摩擦攪拌接合方法を示す説明図である。
本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法は、変形抑制機構50として、裏当て金51と非金属チューブ52と圧力流体Pを備え、裏当て金51と、該裏当て金51の下方に配置された非金属チューブ52とが、ともに空隙部21に挿入される。
(Third embodiment)
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a friction stir welding method for hollow materials according to a third embodiment of the present invention.
The friction stir welding method according to the present embodiment includes a
本実施形態の摩擦攪拌接合方法では、中空材20の空隙部21に挿入される裏当て金51の厚さが、空隙部21の上下寸法よりかなり小さくなっている。また、空隙部21に挿入された裏当て金51の下方には、非金属チューブ52が配置される。非金属チューブ52は、ゴムや布などの非金属製の膨張可能なチューブであり、接合時には、非金属チューブ52内に、水や油などの液体、又は空気などの気体からなる圧力流体Pを供給し、非金属チューブ52を膨らませて裏当て金51を押し上げることで、中空材20の内表面23に隙間なく当接させ、接合ツール40による押し込み力を裏当て金51で支持する。これにより、接合ツール40の押し込み力による、中空材20の外表面22の変形を防止して、接合ツール40と板材30との摩擦力を、摩擦攪拌接合部31を形成するのに十分な大きさに確保する。
In the friction stir welding method of this embodiment, the thickness of the backing
なお、裏当て金51の厚さは、接合ツール40の押圧力により変形しない程度の剛性を有していればよく、裏当て金51は薄いほど取り扱いが容易になり好ましい。裏当て金51と非金属チューブ52とは、それぞれ独立していてもよいが、非金属チューブ52に裏当て金51が一体に固定されていてもよく、その方が取り扱い性に優れる。
Note that the thickness of the backing
本実施形態の摩擦攪拌接合方法によれば、裏当て金51は、膨張する非金属チューブ52により押し上げられて、中空材20の内表面23に当接するため、裏当て金51と内表面23との密着性が向上する。また、非金属チューブ52を用いない場合と比較して裏当て金51を薄く軽量化できるので、裏当て金51の空隙部21への設置が容易になる。
According to the friction stir welding method of the present embodiment, the backing
また、摩擦攪拌接合後には、非金属チューブ52から圧力流体Pを排出することで、裏当て金51を空隙部21から容易に引き抜くことができ、作業性が向上する。さらに、非金属チューブ52が変形することで、空隙部21の形状が複雑な形状であっても容易に対応することができる。
Further, after the friction stir welding, the pressure fluid P is discharged from the
なお、板材30と中空材20とを摩擦攪拌接合した後、非金属チューブ52から圧力流体Pを排出して圧力流体Pの押圧力を解除するとともに、裏当て金51及び非金属チューブ52を空隙部21から抜去することにより、摩擦攪拌接合は終了する。
After the
ところで、第3実施形態で説明した変形抑制機構50は、裏当て金51と非金属チューブ52と圧力流体Pを備えるものであったが、本発明の変形抑制機構50としては、必ずしも裏当て金51と非金属チューブ52の双方を用いる必要はなく、接合ツール40の押圧力によって板材30及び中空材20の外表面22が撓むのを抑制できるものであれば、裏当て金51を用いずに、非金属チューブ52と圧力流体Pのみで変形抑制機構50を構成してもよい。
By the way, the
上述した内容以外のその他の部分については、第1実施形態の摩擦攪拌接合方法と同様であるため、説明を省略する。 Since the parts other than the contents described above are the same as those of the friction stir welding method of the first embodiment, description thereof is omitted.
(第4実施形態)
図4は、本発明の第4実施形態に係る中空材の摩擦攪拌接合方法を示す説明図である。
本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法は、密閉状態とされた空隙部21内に、水や油などの液体、又は空気などの気体からなる圧力流体Pを充填して中空材20の変形を抑制する第1実施形態に係る接合方法と、空隙部21内に裏当て金51を挿入して中空材20の変形を抑制する第2実施形態に係る接合方法とを併用した方法である。
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is an explanatory view showing a friction stir welding method for hollow materials according to a fourth embodiment of the present invention.
In the friction stir welding method according to the present embodiment, the pressure fluid P, which is liquid such as water or oil, or gas such as air, is filled in the
具体的には、空隙部21の高さと略同じ厚さを有し、かつ空隙部21の幅より幅が狭い裏当て金51を、空隙部21内の接合予定位置の下方に挿入する。これにより、裏当て金51は、中空材20の内表面23にほぼ隙間なく当接する。ただし、裏当て金51の幅方向両側(すなわち、図4の紙面左右方向)には、2つの空隙部21が形成される。
Specifically, a backing
そして、第1実施形態で説明したのと同様に、空隙部21の長手方向両端の開口部を不図示の蓋部材で閉鎖して空隙部21を密閉状態とした後、空隙部21内に、不図示の圧力流体供給機構から圧縮された水や油などの液体、又は空気などの気体からなる圧力流体Pを充填して、裏当て金51が当接していない部分の内表面23を、圧力流体Pの押圧力で支持すると共に、接合ツール40で押圧される部分の下方を挿入された裏当て金51により支持する。これにより、圧力流体Pの充填のみによって中空材20の内表面23を支持する場合と比較して、より効果的に内表面23を支持することができる。その一方で、裏当て金51の挿入のみによって中空材20の内表面23を支持する場合と比較して、裏当て金51のサイズを小さくできるとともに、裏当て金51の空隙部21への設置が容易になる。
Then, in the same manner as described in the first embodiment, after the openings at both ends in the longitudinal direction of the
なお、板材30と中空材20とを摩擦攪拌接合した後、空隙部21内から圧力流体Pを排出して圧力流体Pの押圧力を解除するとともに、裏当て金51を空隙部21から抜去することにより、摩擦攪拌接合は終了する。
After the
上述した内容以外のその他の部分については、第1実施形態の摩擦攪拌接合方法と同様であるため、説明を省略する。 Since the parts other than the contents described above are the same as those of the friction stir welding method of the first embodiment, description thereof is omitted.
(第5実施形態)
図5は、本発明の第5実施形態に係る中空材の摩擦攪拌接合方法を示す説明図である。
本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法は、変形抑制機構50として、裏当て金51と非金属チューブ52と圧力流体Pとを用いた第3実施形態に係る接合方法に、さらに空隙部21内に圧力流体Pを充填する第1実施形態に係る接合方法を併用した接合方法である。
(Fifth embodiment)
FIG. 5 is an explanatory view showing a friction stir welding method for hollow materials according to a fifth embodiment of the present invention.
The friction stir welding method according to the present embodiment is different from the welding method according to the third embodiment in which the
本実施形態の摩擦攪拌接合方法によれば、上記各実施形態で説明した各々のメリットを生かした形で効果的に空隙部21の内表面23を支持することができ、接合品質の優れた摩擦攪拌接合部31が形成できる。
According to the friction stir welding method of the present embodiment, it is possible to effectively support the
なお、板材30と中空材20とを摩擦攪拌接合した後、空隙部21内から圧力流体Pを排出して圧力流体Pの押圧力を解除し、かつ、非金属チューブ52から圧力流体Pを排出して圧力流体Pの押圧力を解除するとともに、裏当て金51及び非金属チューブ52を空隙部21から抜去することにより、摩擦攪拌接合は終了する。
After the
上述した内容以外のその他の部分については、第1実施形態の摩擦攪拌接合方法と同様であるため、説明を省略する。 Since the parts other than the contents described above are the same as those of the friction stir welding method of the first embodiment, description thereof is omitted.
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、変形抑制機構50は、接合ツール40の押圧力に対向して内表面23を支持可能なものであればよく、圧力流体P、裏当て金51、非金属チューブ52、又はそれらの組合せに限定されず、それら以外で変形抑制機構50として機能する他の部材や機構とすることもできる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified, improved, etc. as appropriate. For example, the
以上のとおり、本明細書には次の事項が開示されている。 As described above, this specification discloses the following matters.
(1) 金属材料からなる板材と、前記板材と同種又は異種の材質からなり、かつ、前記板材が重ね合わされる外表面及び前記外表面とは反対側の面である内表面を有する閉断面の中空材と、を接合する摩擦攪拌接合方法であって、
前記板材と前記中空材を重ね合わせる重ね合わせ工程と、
回転する接合ツールを用いて前記板材と前記中空材との間で摩擦攪拌接合部を形成する摩擦攪拌接合工程と、を備え、
前記摩擦攪拌接合工程において、前記内表面のうち前記摩擦攪拌接合部が形成される領域に対応する少なくとも一部の領域に、前記中空材の変形を抑制するための変形抑制機構を設ける、摩擦攪拌接合方法。
この構成によれば、金属材料からなる板材と、板材と同種又は異種の材質からなり、かつ、板材が重ね合わされる外表面及び外表面とは反対側の面である内表面を有する閉断面の中空材とを重ね合わせて摩擦攪拌接合する際に、中空材の変形を抑制するための変形抑制機構により中空材の変形を抑制して、良好な摩擦攪拌接合部を得ることが可能となる。
(1) A closed cross-section having a plate made of a metal material, an outer surface on which the plate is overlapped, and an inner surface opposite to the outer surface, which is made of the same or different material as the plate. A friction stir welding method for joining a hollow material,
a superposing step of superimposing the plate material and the hollow material;
a friction stir welding step of forming a friction stir weld between the plate material and the hollow material using a rotating welding tool,
In the friction stir welding step, a deformation suppression mechanism for suppressing deformation of the hollow member is provided on at least a part of the inner surface corresponding to the region where the friction stir weld is formed. Joining method.
According to this configuration, a plate made of a metal material, and a closed cross-section having an outer surface on which the plate is overlapped and an inner surface opposite to the outer surface, which is made of the same or different material as the plate. When the hollow material is overlapped and friction stir welded, the deformation of the hollow material is suppressed by the deformation suppression mechanism for suppressing the deformation of the hollow material, and a good friction stir weld can be obtained.
(2) 前記変形抑制機構は、前記中空材における前記内表面に囲まれた空隙部を密閉状態とするとともに、前記空隙部に圧力流体を充填し、前記圧力流体の押圧力により前記内表面を押圧する機構である、(1)に記載の摩擦攪拌接合方法。
この構成によれば、変形抑制機構が圧力流体であるため、空隙部内の全ての部位に同じ大きさの力が作用する。これにより、板材と中空材との接合位置を選択する必要がなく、任意の位置で接合でき、作業効率が向上する。
(2) The deformation suppressing mechanism seals a gap surrounded by the inner surface of the hollow material, fills the gap with a pressure fluid, and presses the inner surface by a pressing force of the pressure fluid. The friction stir welding method according to (1), which is a pressing mechanism.
According to this configuration, since the deformation suppressing mechanism is pressurized fluid, the force of the same magnitude acts on all portions within the gap. As a result, there is no need to select the bonding position between the plate material and the hollow material, and the bonding can be performed at any desired position, improving work efficiency.
(3) 前記圧力流体は、水又は空気である、(2)に記載の摩擦攪拌接合方法。
この構成によれば、圧力流体として安価な水又は空気を利用できる。
(3) The friction stir welding method according to (2), wherein the pressure fluid is water or air.
According to this configuration, inexpensive water or air can be used as the pressure fluid.
(4) 前記摩擦攪拌接合工程の後に、前記圧力流体の押圧力を解除する、(2)又は(3)に記載の摩擦攪拌接合方法。
この構成によれば、摩擦攪拌接合時に中空材の変形を抑制しつつ、摩擦攪拌接合工程の後に空隙部に充填された圧力流体を排出できる。
(4) The friction stir welding method according to (2) or (3), wherein the pressing force of the pressure fluid is released after the friction stir welding step.
According to this configuration, while suppressing deformation of the hollow member during friction stir welding, the pressurized fluid filled in the gap can be discharged after the friction stir welding step.
(5) 前記変形抑制機構は、前記中空材における前記内表面に囲まれた空隙部に挿入され、かつ、前記中空材の変形を抑制するための裏当て金を設ける機構である、(1)に記載の摩擦攪拌接合方法。
この構成によれば、空隙部に挿入された裏当て金により中空材の変形を抑制して良好な摩擦攪拌接合部を形成できる。
(5) The deformation suppressing mechanism is a mechanism that is inserted into a gap surrounded by the inner surface of the hollow member and provided with a backing metal for suppressing deformation of the hollow member. The friction stir welding method according to .
According to this configuration, deformation of the hollow material can be suppressed by the backing metal inserted into the gap, and a good friction stir weld can be formed.
(6) 前記摩擦攪拌接合工程の後に、前記裏当て金を抜去する、(5)に記載の摩擦攪拌接合方法。
この構成によれば、摩擦攪拌接合時に中空材の変形を抑制しつつ、摩擦攪拌接合工程の後に空隙部に挿入された裏当て金を抜去できる。
(6) The friction stir welding method according to (5), wherein the backing metal is removed after the friction stir welding step.
According to this configuration, it is possible to remove the backing metal inserted into the gap after the friction stir welding process while suppressing deformation of the hollow material during the friction stir welding process.
(7) 前記裏当て金は、前記裏当て金とともに前記内表面に囲まれた前記空隙部に挿入され、かつ、圧力流体を内部に収容する膨張可能な非金属チューブにより押圧される、(5)又は(6)に記載の摩擦攪拌接合方法。
この構成によれば、非金属チューブの膨張により裏当て金を中空材に押圧して中空材の変形を抑制できる。また、裏当て金を薄く軽量化でき、取り扱いが容易になる。
(7) The backing metal is inserted into the cavity surrounded by the inner surface together with the backing metal, and pressed by an expandable non-metallic tube containing pressure fluid inside, (5 ) or the friction stir welding method according to (6).
According to this configuration, the deformation of the hollow member can be suppressed by pressing the backing metal against the hollow member due to the expansion of the non-metallic tube. In addition, the backing metal can be made thin and light, and handling is facilitated.
(8) 前記摩擦攪拌接合工程の後に、前記非金属チューブの膨張を解除して前記裏当て金を抜去する、(7)に記載の摩擦攪拌接合方法。
この構成によれば、非金属チューブの膨張を解除することで、空隙部から裏当て金を容易に抜去することができ、作業効率が向上する。
(8) The friction stir welding method according to (7), wherein expansion of the nonmetallic tube is released and the backing metal is removed after the friction stir welding step.
According to this configuration, by canceling the expansion of the non-metallic tube, the backing metal can be easily removed from the gap, improving work efficiency.
(9) 前記非金属チューブは、難燃性材料で形成される、(7)又は(8)に記載の摩擦攪拌接合方法。
この構成によれば、回転する接合ツールと板材との間に発生する摩擦熱による非金属チューブの劣化が抑制できる。
(9) The friction stir welding method according to (7) or (8), wherein the nonmetallic tube is made of a flame-retardant material.
According to this configuration, deterioration of the nonmetallic tube due to frictional heat generated between the rotating welding tool and the plate can be suppressed.
(10) 前記変形抑制機構は、前記中空材における前記内表面に囲まれた空隙部を密閉状態とするとともに、前記空隙部に圧力流体を充填し、前記圧力流体の押圧力により前記内表面を押圧する機構、及び、前記中空材における前記内表面に囲まれた前記空隙部に挿入され、かつ、前記中空材の変形を抑制するための裏当て金を設ける機構、の双方を備える、(1)に記載の摩擦攪拌接合方法。
この構成によれば、圧力流体及び裏当て金により形成された変形抑制機構で、空隙部の変形を効果的に防止できる。
(10) The deformation suppressing mechanism seals a gap surrounded by the inner surface of the hollow material, fills the gap with a pressure fluid, and presses the inner surface by a pressing force of the pressure fluid. (1 ) friction stir welding method described in.
According to this configuration, the deformation suppressing mechanism formed by the pressurized fluid and the backing metal can effectively prevent the deformation of the gap.
(11) 前記摩擦攪拌接合工程の後に、前記圧力流体の押圧力を解除するとともに、前記裏当て金を抜去する、(10)に記載の摩擦攪拌接合方法。
この構成によれば、摩擦攪拌接合時に中空材の変形を抑制しつつ、摩擦攪拌接合工程の後に空隙部に挿入された裏当て金を抜去できる。
(11) The friction stir welding method according to (10), wherein after the friction stir welding step, the pressing force of the pressure fluid is released and the backing metal is removed.
According to this configuration, it is possible to remove the backing metal inserted into the gap after the friction stir welding process while suppressing deformation of the hollow material during the friction stir welding process.
(12) 前記裏当て金は、前記裏当て金とともに前記内表面に囲まれた前記空隙部に挿入され、かつ、前記圧力流体を内部に収容する膨張可能な非金属チューブにより押圧される、(10)又は(11)に記載の摩擦攪拌接合方法。
この構成によれば、裏当て金と共に空隙部に挿入される非金属チューブにより変形抑制機構を構成できる。また、非金属チューブを膨張させることで裏当て金を空隙部の内表面に密着させることができる。
(12) The backing metal is inserted into the cavity surrounded by the inner surface together with the backing metal, and pressed by an inflatable non-metallic tube containing the pressure fluid inside ( 10) or the friction stir welding method according to (11).
According to this configuration, the deformation suppressing mechanism can be configured by the non-metallic tube inserted into the gap together with the backing metal. Also, by expanding the nonmetallic tube, the backing metal can be brought into close contact with the inner surface of the cavity.
(13) 前記摩擦攪拌接合工程の後に、前記非金属チューブの膨張を解除して前記裏当て金を抜去する、(12)に記載の摩擦攪拌接合方法。
この構成によれば、非金属チューブから圧力流体を排出することで、裏当て金を容易に抜去できる。
(13) The friction stir welding method according to (12), wherein expansion of the nonmetallic tube is released and the backing metal is removed after the friction stir welding step.
According to this configuration, the backing metal can be easily removed by discharging the pressure fluid from the non-metallic tube.
(14) 前記非金属チューブは、難燃性材料で形成される、(12)又は(13)に記載の摩擦攪拌接合方法。
この構成によれば、回転する接合ツールと板材との間に発生する摩擦熱による非金属チューブの劣化が抑制できる。
(14) The friction stir welding method according to (12) or (13), wherein the nonmetallic tube is made of a flame-retardant material.
According to this configuration, deterioration of the nonmetallic tube due to frictional heat generated between the rotating welding tool and the plate can be suppressed.
(15) 金属材料からなる板材と、前記板材と同種又は異種の材質からなり、かつ、前記板材が重ね合わされる外表面及び前記外表面とは反対側の面である内表面を有する閉断面の中空材と、を重ね合わせる重ね合わせ機構と、
回転する接合ツールを用いて前記板材と前記中空材との間で摩擦攪拌接合部を形成する摩擦攪拌接合機構と、
前記摩擦攪拌接合部の形成時において、前記内表面のうち前記摩擦攪拌接合部が形成される領域に対応する少なくとも一部の領域における、前記中空材の変形を抑制するための変形抑制機構と、を備える、摩擦攪拌接合装置。
この構成によれば、金属材料からなる板材と、板材と同種又は異種の材質からなり、かつ、板材が重ね合わされる外表面及び外表面とは反対側の面である内表面を有する閉断面の中空材とを重ね合わせて摩擦攪拌接合する際に、中空材の変形を抑制するための変形抑制機構により中空材の変形を抑制して、良好な摩擦攪拌接合部を得ることが可能となる。
(15) A closed cross-section having a plate made of a metal material, an outer surface on which the plate is overlapped, and an inner surface opposite to the outer surface, which is made of the same or different material as the plate. a stacking mechanism for stacking the hollow material;
a friction stir welding mechanism that forms a friction stir weld between the plate material and the hollow material using a rotating welding tool;
a deformation suppression mechanism for suppressing deformation of the hollow material in at least a partial region of the inner surface corresponding to the region where the friction stir weld is formed when the friction stir weld is formed; A friction stir welding apparatus.
According to this configuration, a plate made of a metal material, and a closed cross-section having an outer surface on which the plate is overlapped and an inner surface opposite to the outer surface, which is made of the same or different material as the plate. When the hollow material is overlapped and friction stir welded, the deformation of the hollow material is suppressed by the deformation suppression mechanism for suppressing the deformation of the hollow material, and a good friction stir weld can be obtained.
(16) 前記変形抑制機構は、前記中空材における前記内表面に囲まれた空隙部を密閉状態とするとともに、前記空隙部に圧力流体を充填し、前記圧力流体の押圧力により前記内表面を押圧する機構、及び、前記中空材における前記内表面に囲まれた前記空隙部に挿入され、かつ、前記中空材の変形を抑制するための裏当て金を設ける機構、のうち少なくとも一方である、(15)に記載の摩擦攪拌接合装置。
この構成によれば、中空材の変形を防止する変形抑制機構を、空隙部内に充填される圧力流体、又は空隙部に挿入される裏当て金で構成して、効果的に中空材の変形を抑制できる。
(16) The deformation suppressing mechanism seals a gap surrounded by the inner surface of the hollow material, fills the gap with pressure fluid, and compresses the inner surface by a pressing force of the pressure fluid. At least one of a pressing mechanism and a mechanism that is inserted into the void surrounded by the inner surface of the hollow member and provided with a backing metal for suppressing deformation of the hollow member, The friction stir welding apparatus according to (15).
According to this configuration, the deformation suppressing mechanism for preventing deformation of the hollow member is composed of the pressure fluid filled in the void or the backing metal inserted into the void, thereby effectively suppressing the deformation of the hollow member. can be suppressed.
20 中空材
21 空隙部
22 外表面
23 内表面
24 隔壁
30 板材
31 摩擦攪拌接合部
40 接合ツール(摩擦攪拌接合機構)
41 ショルダー部
42 接合ピン
45 クランプ(重ね合わせ機構)
50 変形抑制機構
51 裏当て金
52 非金属チューブ
P 圧力流体
20
41
50
Claims (16)
前記板材と前記中空材を重ね合わせる重ね合わせ工程と、
回転する接合ツールを用いて前記板材と前記中空材との間で摩擦攪拌接合部を形成する摩擦攪拌接合工程と、を備え、
前記摩擦攪拌接合工程において、前記内表面のうち前記摩擦攪拌接合部が形成される領域に対応する少なくとも一部の領域に、前記中空材の変形を抑制するための変形抑制機構を設ける、摩擦攪拌接合方法。 A plate material made of a metal material, and a closed-section hollow material made of the same or different material as the plate material and having an outer surface on which the plate material is superimposed and an inner surface opposite to the outer surface. A friction stir welding method for joining,
a superposing step of superimposing the plate material and the hollow material;
a friction stir welding step of forming a friction stir weld between the plate material and the hollow material using a rotating welding tool,
In the friction stir welding step, a deformation suppression mechanism for suppressing deformation of the hollow member is provided on at least a part of the inner surface corresponding to the region where the friction stir weld is formed. Joining method.
回転する接合ツールを用いて前記板材と前記中空材との間で摩擦攪拌接合部を形成する摩擦攪拌接合機構と、
前記摩擦攪拌接合部の形成時において、前記内表面のうち前記摩擦攪拌接合部が形成される領域に対応する少なくとも一部の領域における、前記中空材の変形を抑制するための変形抑制機構と、を備える、摩擦攪拌接合装置。 A plate material made of a metal material, and a closed-section hollow material made of the same or different material as the plate material and having an outer surface on which the plate material is superimposed and an inner surface opposite to the outer surface. a superposition mechanism for superimposing
a friction stir welding mechanism that forms a friction stir weld between the plate material and the hollow material using a rotating welding tool;
a deformation suppression mechanism for suppressing deformation of the hollow material in at least a partial region of the inner surface corresponding to the region where the friction stir weld is formed when the friction stir weld is formed; A friction stir welding apparatus.
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