JP3081817B2 - 異種金属製ワーク同士の摩擦撹拌接合方法 - Google Patents
異種金属製ワーク同士の摩擦撹拌接合方法Info
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- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
- B23K20/123—Controlling or monitoring the welding process
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、輸送機器、重・弱
電機分野などの各種分野において用いられる異種金属製
ワーク同士の摩擦撹拌接合方法に関する。
電機分野などの各種分野において用いられる異種金属製
ワーク同士の摩擦撹拌接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】異種金属製ワーク同士の溶接では、金属
間化合物の生成の問題や、物性の相違によって均一な接
合部が得難いなどの問題がある。そのため、従来、いず
れか一方の材料に表面処理などの前処理を施して接合を
行っていた。また、インサート材を用いた接合法が採ら
れることもあった。
間化合物の生成の問題や、物性の相違によって均一な接
合部が得難いなどの問題がある。そのため、従来、いず
れか一方の材料に表面処理などの前処理を施して接合を
行っていた。また、インサート材を用いた接合法が採ら
れることもあった。
【０００３】しかし、表面処理を施して接合する方法で
は、工程が増し、コスト的に問題がある。また、インサ
ート材を用いた接合法では、適正なインサート材を選定
するのに時間を要する。
は、工程が増し、コスト的に問題がある。また、インサ
ート材を用いた接合法では、適正なインサート材を選定
するのに時間を要する。
【０００４】ところで、近時、摩擦撹拌接合法と呼ばれ
る接合法が実用化されつつある。この摩擦撹拌接合法
は、ワーク同士を固相接合させるもので、図６（イ）
（ロ）に示されるような回転子（１）をツールとして用
いる。この回転子（１）は、円柱状回転子本体（２）の
先端軸芯部に、この円柱状回転子本体（２）よりも径小
なピン状の摩擦撹拌用プローブ（３）を同軸一体に突設
させたもので、硬質で耐熱性に優れた、鋼などの材料に
て製作されている。なお、図示は省略したが、プローブ
（３）の表面には、撹拌用の凹凸が形成されている。
る接合法が実用化されつつある。この摩擦撹拌接合法
は、ワーク同士を固相接合させるもので、図６（イ）
（ロ）に示されるような回転子（１）をツールとして用
いる。この回転子（１）は、円柱状回転子本体（２）の
先端軸芯部に、この円柱状回転子本体（２）よりも径小
なピン状の摩擦撹拌用プローブ（３）を同軸一体に突設
させたもので、硬質で耐熱性に優れた、鋼などの材料に
て製作されている。なお、図示は省略したが、プローブ
（３）の表面には、撹拌用の凹凸が形成されている。
【０００５】接合は、この回転子（１）を自軸回りで回
転させながら、そのプローブ（３）の先端を、ワーク
（５１）（５２）の突き合わせ境界部（５３）に押付け
状態に当接させ、その摩擦熱で当接部分を軟化可塑化さ
せる。そして、回転子（１）を更にワーク（５１）（５
２）に押し付けて、プローブ（３）をワーク（５１）
（５２）の肉厚方向に挿入させていき、円柱状回転子本
体（２）の先端のショルダー部（４）をワーク（５１）
（５２）に押付け状態に当接させる。しかる後、その状
態を維持しながら、回転子（１）をワーク（５１）（５
２）の突き合わせ境界部（５３）に沿って移動させてい
く。回転子（１）の通過する突き合わせ境界部では、周
辺の材料が、回転子（１）の回転による摩擦熱で軟化撹
拌され、かつ、円柱状回転子本体（２）のショルダー
（４）にて飛散を規制されながらプローブ（３）の通過
溝を埋めるように塑性流動したのち、熱を急速に失って
冷却固化される。こうして、突き合わせ部（５３）にお
ける材料の軟化、密着変形、撹拌、冷却固化が回転子
（１）の移動に伴って順次繰り返されていき、突き合わ
せ部（５３）においてワーク（５１）（５２）同士が互
いに一体化され、順次接合（５８）されていく。
転させながら、そのプローブ（３）の先端を、ワーク
（５１）（５２）の突き合わせ境界部（５３）に押付け
状態に当接させ、その摩擦熱で当接部分を軟化可塑化さ
せる。そして、回転子（１）を更にワーク（５１）（５
２）に押し付けて、プローブ（３）をワーク（５１）
（５２）の肉厚方向に挿入させていき、円柱状回転子本
体（２）の先端のショルダー部（４）をワーク（５１）
（５２）に押付け状態に当接させる。しかる後、その状
態を維持しながら、回転子（１）をワーク（５１）（５
２）の突き合わせ境界部（５３）に沿って移動させてい
く。回転子（１）の通過する突き合わせ境界部では、周
辺の材料が、回転子（１）の回転による摩擦熱で軟化撹
拌され、かつ、円柱状回転子本体（２）のショルダー
（４）にて飛散を規制されながらプローブ（３）の通過
溝を埋めるように塑性流動したのち、熱を急速に失って
冷却固化される。こうして、突き合わせ部（５３）にお
ける材料の軟化、密着変形、撹拌、冷却固化が回転子
（１）の移動に伴って順次繰り返されていき、突き合わ
せ部（５３）においてワーク（５１）（５２）同士が互
いに一体化され、順次接合（５８）されていく。
【０００６】この摩擦撹拌接合法は、材料を溶融させる
ことなく軟化状態でワーク（５１）（５２）同士を接合
させるものであり、接合部が溶接の場合のような熱影響
による金属学的な影響を受けにくい点で、異種金属製ワ
ーク同士の接合にも威力を発揮し得るものとして大いに
期待されるところである。
ことなく軟化状態でワーク（５１）（５２）同士を接合
させるものであり、接合部が溶接の場合のような熱影響
による金属学的な影響を受けにくい点で、異種金属製ワ
ーク同士の接合にも威力を発揮し得るものとして大いに
期待されるところである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この摩
擦撹拌接合法は、融点が互いに異なる金属製ワーク同士
を接合する場合に、次のような問題があった。
擦撹拌接合法は、融点が互いに異なる金属製ワーク同士
を接合する場合に、次のような問題があった。
【０００８】即ち、突き合わせ部を高融点側のワークの
軟化温度まで温度上昇させて接合を行うと、その温度で
低融点側のワークに溶融を生じて固相接合とならず、接
合部に熱影響による金属学的な影響が及ぼされる。一
方、突き合わせ部を低融点側のワークの軟化温度まで温
度上昇させて接合を行うと、高融点側のワークの軟化が
不充分となって材料同士の撹拌がよく行われず、しっか
りとした接合が得られない。
軟化温度まで温度上昇させて接合を行うと、その温度で
低融点側のワークに溶融を生じて固相接合とならず、接
合部に熱影響による金属学的な影響が及ぼされる。一
方、突き合わせ部を低融点側のワークの軟化温度まで温
度上昇させて接合を行うと、高融点側のワークの軟化が
不充分となって材料同士の撹拌がよく行われず、しっか
りとした接合が得られない。
【０００９】本発明は、上記のような問題点に鑑み、融
点が互いに異なる金属製ワーク同士を品質良好にしっか
りと接合することができる摩擦撹拌接合方法を提供する
ことを課題とする。
点が互いに異なる金属製ワーク同士を品質良好にしっか
りと接合することができる摩擦撹拌接合方法を提供する
ことを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題は、融点を互い
に異にする金属製ワーク同士を摩擦撹拌接合する異種金
属製ワーク同士の摩擦撹拌接合方法であって、ワークを
加熱及び／又は冷却し、両ワークの当接部位置よりも高
融点ワーク側に温度のピークを形成しながら、かつ両ワ
ークの当接部の温度を、低融点ワークの再結晶温度以上
であって、低融点ワークの溶融温度未満の温度にコント
ロールしながら、両ワークを摩擦撹拌接合していくこと
を特徴とする異種金属製ワーク同士の摩擦撹拌接合方法
によって解決される。
に異にする金属製ワーク同士を摩擦撹拌接合する異種金
属製ワーク同士の摩擦撹拌接合方法であって、ワークを
加熱及び／又は冷却し、両ワークの当接部位置よりも高
融点ワーク側に温度のピークを形成しながら、かつ両ワ
ークの当接部の温度を、低融点ワークの再結晶温度以上
であって、低融点ワークの溶融温度未満の温度にコント
ロールしながら、両ワークを摩擦撹拌接合していくこと
を特徴とする異種金属製ワーク同士の摩擦撹拌接合方法
によって解決される。
【００１１】即ち、摩擦撹拌接合は、両ワークの当接部
に溶融を生じさせないで固相にて接合させるものである
という前提のなかで、両ワークの当接部位置よりも高融
点ワーク側に温度のピークを形成しながら両ワークを摩
擦撹拌接合していくことにより、高融点ワークが程度高
くしかも広い範囲にわたって軟化され、両ワークの材料
が接合用ツールの作用でよく撹拌される。従って、融点
が互いに異なる金属製ワーク同士が品質良好に、しかも
しっかりと接合される。
に溶融を生じさせないで固相にて接合させるものである
という前提のなかで、両ワークの当接部位置よりも高融
点ワーク側に温度のピークを形成しながら両ワークを摩
擦撹拌接合していくことにより、高融点ワークが程度高
くしかも広い範囲にわたって軟化され、両ワークの材料
が接合用ツールの作用でよく撹拌される。従って、融点
が互いに異なる金属製ワーク同士が品質良好に、しかも
しっかりと接合される。
【００１２】この場合、両ワークの当接部の温度を、低
融点ワークの再結晶温度以上であって、低融点ワークの
溶融温度未満の温度にコントロールしながら両ワークを
摩擦撹拌接合していくことにより理想的な固相接合部が
得られる。
融点ワークの再結晶温度以上であって、低融点ワークの
溶融温度未満の温度にコントロールしながら両ワークを
摩擦撹拌接合していくことにより理想的な固相接合部が
得られる。
【００１３】また、ワークを別途に加熱及び／又は冷却
するから、特にワークの熱伝導率に起因して、接合用ツ
ールの作用のさせ方のみでは上記のような温度ピークの
形成が困難なような場合などにおいては、極めて有効と
なる。
するから、特にワークの熱伝導率に起因して、接合用ツ
ールの作用のさせ方のみでは上記のような温度ピークの
形成が困難なような場合などにおいては、極めて有効と
なる。
【００１４】また、融点を互いに異にする金属製ワーク
を突き合わせ状態にして両ワークを摩擦撹拌接合場合に
は、接合用ツールを両ワークの突き合わせ部位置よりも
高融点ワーク側にかたよらせて作用せしめるようにする
ことによって、上記のような温度ピークの形成を容易に
実現することができる。また、高融点ワーク側の多くの
材料をよく撹拌しえて、しっかりとした接合部を得るこ
とができるまた、融点を互いに異にする金属製ワークを
重ね合わせ状態にして両ワークを摩擦撹拌接合する場合
には、高融点ワークを挟んで低融点ワークとは反対の側
から接合用ツールを作用せしめることによって、上記の
ような温度ピークの形成を容易に実現することができ
る。
を突き合わせ状態にして両ワークを摩擦撹拌接合場合に
は、接合用ツールを両ワークの突き合わせ部位置よりも
高融点ワーク側にかたよらせて作用せしめるようにする
ことによって、上記のような温度ピークの形成を容易に
実現することができる。また、高融点ワーク側の多くの
材料をよく撹拌しえて、しっかりとした接合部を得るこ
とができるまた、融点を互いに異にする金属製ワークを
重ね合わせ状態にして両ワークを摩擦撹拌接合する場合
には、高融点ワークを挟んで低融点ワークとは反対の側
から接合用ツールを作用せしめることによって、上記の
ような温度ピークの形成を容易に実現することができ
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００１６】第１参考例では、銅製のワークとアルミニ
ウム製のワークとを突き合わせ状態にして摩擦撹拌接合
する。融点は、銅が１０８３℃、アルミニウムが６６０
℃である。また、熱伝導率は、銅製ワークがアルミニウ
ム製ワークよりも高い。
ウム製のワークとを突き合わせ状態にして摩擦撹拌接合
する。融点は、銅が１０８３℃、アルミニウムが６６０
℃である。また、熱伝導率は、銅製ワークがアルミニウ
ム製ワークよりも高い。
【００１７】図１（イ）に示されるように、銅製のワー
ク（６）とアルミニウム製のワーク（７）とを突き合わ
せ状態にし、接合用ツールである回転子（１）を、両ワ
ーク（６）（７）の突き合わせ部位置よりも高融点ワー
クである銅製ワーク（６）側にかたよらせて作用せしめ
て摩擦撹拌接合を行っていく。これによって、図１
（ロ）に示されるように、摩擦撹拌接合中、温度のピー
クＴp が両ワーク（６）（７）の突き合わせ部位置より
も銅製ワーク（６）側に位置して形成される。この摩擦
接合において、回転子（１）の回転速度や、ワーク
（６）（７）の突き合わせ部（８）の位置と回転子
（１）の回転中心との間隔距離などを選定することによ
って、両ワーク（６）（７）の突き合わせ部（８）にお
ける温度Ｔj は、低融点ワークであるアルミニウム製ワ
ーク（７）の再結晶温度である４００℃程度にするのが
好ましい。また、ピーク温度Ｔp は、高融点ワークであ
る銅製ワーク（６）の再結晶温度以上であって溶融温度
未満、より好ましくは、高融点ワークである銅製ワーク
（６）の再結晶温度程度にするのがよい。このような摩
擦撹拌接合の実施によって、接合中、突き合わせ部
（８）においてワーク（６）（７）の材料が溶融するこ
とはなく、しかも、高融点の銅製ワーク（６）には広い
範囲にわたって軟化領域が形成されて両ワーク（６）
（７）の材料がよく撹拌され、金属学的悪影響のない品
質良好なしっかりとした固相接合部が得られる。特に、
回転子（１）を両ワーク（６）（７）の突き合わせ部
（８）の位置よりも高融点ワーク（６）側にかたよらせ
て作用せしめることで、高融点ワーク（６）側の多くの
材料がよく撹拌され、しっかりとした接合部が得られ
る。また、溶融温度未満であるから、高融点の銅製ワー
ク（６）が溶融溶接の場合のような悪い熱影響を受ける
ということもない。
ク（６）とアルミニウム製のワーク（７）とを突き合わ
せ状態にし、接合用ツールである回転子（１）を、両ワ
ーク（６）（７）の突き合わせ部位置よりも高融点ワー
クである銅製ワーク（６）側にかたよらせて作用せしめ
て摩擦撹拌接合を行っていく。これによって、図１
（ロ）に示されるように、摩擦撹拌接合中、温度のピー
クＴp が両ワーク（６）（７）の突き合わせ部位置より
も銅製ワーク（６）側に位置して形成される。この摩擦
接合において、回転子（１）の回転速度や、ワーク
（６）（７）の突き合わせ部（８）の位置と回転子
（１）の回転中心との間隔距離などを選定することによ
って、両ワーク（６）（７）の突き合わせ部（８）にお
ける温度Ｔj は、低融点ワークであるアルミニウム製ワ
ーク（７）の再結晶温度である４００℃程度にするのが
好ましい。また、ピーク温度Ｔp は、高融点ワークであ
る銅製ワーク（６）の再結晶温度以上であって溶融温度
未満、より好ましくは、高融点ワークである銅製ワーク
（６）の再結晶温度程度にするのがよい。このような摩
擦撹拌接合の実施によって、接合中、突き合わせ部
（８）においてワーク（６）（７）の材料が溶融するこ
とはなく、しかも、高融点の銅製ワーク（６）には広い
範囲にわたって軟化領域が形成されて両ワーク（６）
（７）の材料がよく撹拌され、金属学的悪影響のない品
質良好なしっかりとした固相接合部が得られる。特に、
回転子（１）を両ワーク（６）（７）の突き合わせ部
（８）の位置よりも高融点ワーク（６）側にかたよらせ
て作用せしめることで、高融点ワーク（６）側の多くの
材料がよく撹拌され、しっかりとした接合部が得られ
る。また、溶融温度未満であるから、高融点の銅製ワー
ク（６）が溶融溶接の場合のような悪い熱影響を受ける
ということもない。
【００１８】因みに、図５（イ）に示されるように、銅
製のワーク（６）とアルミニウム製のワーク（７）とを
突き合わせ状態にし、回転子（１）を、両ワーク（６）
（７）の突き合わせ部（８）の位置に一致させて作用せ
しめ、接合を行ってみたところ、突き合わせ部（８）に
おいて低融点のアルミニウム製ワーク（７）に溶融を生
じて、摩擦撹拌接合による接合、即ち固相状態での接合
とはならなかった。この場合の温度プロフィールを図５
（ロ）に示す。
製のワーク（６）とアルミニウム製のワーク（７）とを
突き合わせ状態にし、回転子（１）を、両ワーク（６）
（７）の突き合わせ部（８）の位置に一致させて作用せ
しめ、接合を行ってみたところ、突き合わせ部（８）に
おいて低融点のアルミニウム製ワーク（７）に溶融を生
じて、摩擦撹拌接合による接合、即ち固相状態での接合
とはならなかった。この場合の温度プロフィールを図５
（ロ）に示す。
【００１９】第１実施形態では、鉄製のワークとアルミ
ニウム製のワークとを突き合わせ状態にして摩擦撹拌接
合する。融点は、鉄製のワークがアルミニウム製のワー
クよりも高い。また、熱伝導率は、上記第１実施形態の
場合とは異なり、鉄製のワークがアルミニウム製のワー
クよりも低い。
ニウム製のワークとを突き合わせ状態にして摩擦撹拌接
合する。融点は、鉄製のワークがアルミニウム製のワー
クよりも高い。また、熱伝導率は、上記第１実施形態の
場合とは異なり、鉄製のワークがアルミニウム製のワー
クよりも低い。
【００２０】この場合、図２（イ）に示されるように、
回転子（１）を、両ワーク（７）（９）の突き合わせ部
（８）位置よりも高融点ワークである鉄製ワーク（９）
側にかたよらせて作用せしめるだけでは、うまく接合さ
れない。即ち、その場合の温度プロフィールは、図２
（ロ）に示されるように、鉄製ワーク（９）の熱伝導率
が低いために、熱が両ワーク（９）（７）の突き合わせ
部（８）に伝わりにくく、そのため突き合わせ部（８）
が摩擦撹拌接合に適した軟化温度状態にならず、両ワー
ク（７）（９）の材料同士が撹拌されないのである。
回転子（１）を、両ワーク（７）（９）の突き合わせ部
（８）位置よりも高融点ワークである鉄製ワーク（９）
側にかたよらせて作用せしめるだけでは、うまく接合さ
れない。即ち、その場合の温度プロフィールは、図２
（ロ）に示されるように、鉄製ワーク（９）の熱伝導率
が低いために、熱が両ワーク（９）（７）の突き合わせ
部（８）に伝わりにくく、そのため突き合わせ部（８）
が摩擦撹拌接合に適した軟化温度状態にならず、両ワー
ク（７）（９）の材料同士が撹拌されないのである。
【００２１】第１実施形態は、このような場合の摩擦撹
拌接合法であり、ワーク（７）（９）の温度を別途にコ
ントロールするようにしたものである。即ち、融点の異
なる金属製ワーク同士を摩擦撹拌接合させるための理想
的な温度プロフィールは、一般的に言って、図３に示さ
れるように、温度のピークＴp が両ワーク（７）（９）
の突き合わせ部（８）の位置よりも高融点ワーク（７）
側に位置して形成されること、より好ましくは、両ワー
ク（７）（９）の突き合わせ部（８）における温度Ｔj
が低融点ワーク（７）の再結晶温度以上であって溶融温
度未満の温度、好ましくは再結晶温度程度であること、
更に好ましくは、ピーク温度Ｔp が高融点ワーク（９）
の再結晶温度以上であって溶融温度未満の温度、好まし
くは再結晶温度程度であることの条件を満たしているこ
とである。接合中にこのような温度プロフィールが形成
されるように、例えば、鉄製ワーク（９）やアルミニウ
ム製ワーク（７）を、接合に際してあるいは接合中に、
バーナーなどの加熱手段にて加熱したり、エアー等の吹
付けなどの冷却手段にて冷却するなどする。これによ
り、接合中、突き合わせ部（８）においてワーク（７）
（９）の材料が溶融することはなく、しかも、高融点の
鉄製ワーク（９）には広い範囲にわたって軟化領域が形
成されて両ワーク（７）（９）の材料がよく撹拌され、
金属学的悪影響のない品質良好なしっかりとした固相接
合部が得られる。この場合、回転子（１）は、両ワーク
（７）（９）の突き合わせ部（８）位置よりも高融点ワ
ーク（９）側にかたよらせて作用せしめてもよいし、両
ワーク（７）（９）の突き合わせ部（８）の位置に一致
させて作用せしめてもよい。なお、本実施形態における
ような加熱、冷却を上述した第１参考例の場合に適用し
てもよい。
拌接合法であり、ワーク（７）（９）の温度を別途にコ
ントロールするようにしたものである。即ち、融点の異
なる金属製ワーク同士を摩擦撹拌接合させるための理想
的な温度プロフィールは、一般的に言って、図３に示さ
れるように、温度のピークＴp が両ワーク（７）（９）
の突き合わせ部（８）の位置よりも高融点ワーク（７）
側に位置して形成されること、より好ましくは、両ワー
ク（７）（９）の突き合わせ部（８）における温度Ｔj
が低融点ワーク（７）の再結晶温度以上であって溶融温
度未満の温度、好ましくは再結晶温度程度であること、
更に好ましくは、ピーク温度Ｔp が高融点ワーク（９）
の再結晶温度以上であって溶融温度未満の温度、好まし
くは再結晶温度程度であることの条件を満たしているこ
とである。接合中にこのような温度プロフィールが形成
されるように、例えば、鉄製ワーク（９）やアルミニウ
ム製ワーク（７）を、接合に際してあるいは接合中に、
バーナーなどの加熱手段にて加熱したり、エアー等の吹
付けなどの冷却手段にて冷却するなどする。これによ
り、接合中、突き合わせ部（８）においてワーク（７）
（９）の材料が溶融することはなく、しかも、高融点の
鉄製ワーク（９）には広い範囲にわたって軟化領域が形
成されて両ワーク（７）（９）の材料がよく撹拌され、
金属学的悪影響のない品質良好なしっかりとした固相接
合部が得られる。この場合、回転子（１）は、両ワーク
（７）（９）の突き合わせ部（８）位置よりも高融点ワ
ーク（９）側にかたよらせて作用せしめてもよいし、両
ワーク（７）（９）の突き合わせ部（８）の位置に一致
させて作用せしめてもよい。なお、本実施形態における
ような加熱、冷却を上述した第１参考例の場合に適用し
てもよい。
【００２２】第２参考例では、図４（イ）に示されるよ
うに、低融点の金属製ワーク（１１）と高融点の金属製
ワーク（１２）とを重ね合わせ状態にして摩擦撹拌接合
する。この場合、同図に示されるように、高融点ワーク
（１２）を挟んで低融点ワーク（１１）とは反対の側か
ら回転子（１）を両ワーク（１１）（１２）の肉に及ぶ
ように作用せしめて接合を行っていく。この接合中の温
度プロフィールを図４（ロ）に示す。同図に示されるよ
うに、回転子（１）との接触面積の大きい高融点ワーク
（１２）側に温度のピークＴP が形成される。この摩擦
接合において、回転子（１）の回転速度、回転子（１）
のプローブ（３）の形状などを選定することによって、
両ワーク（１１）（１２）の重ね合わせ部（１３）にお
ける温度Ｔj は、低融点ワーク（１１）の再結晶温度以
上であって溶融温度未満の温度、好ましくは再結晶温度
程度にするのがよい。また、ピーク温度Ｔp は、高融点
ワーク（１２）の再結晶温度以上であって溶融温度未満
の温度、好ましくは再結晶温度程度にするのがよい。こ
のような摩擦撹拌接合の実施によって、接合中、重ね合
わせ部（１３）において両ワーク（１１）（１２）の材
料が溶融することなく、しかも、高融点ワーク（１２）
には広い範囲にわたって軟化領域が形成されて両ワーク
（１１）（１２）の材料がよく撹拌され、金属学的悪影
響のない品質良好なしっかりとした固相接合部が得られ
る。
うに、低融点の金属製ワーク（１１）と高融点の金属製
ワーク（１２）とを重ね合わせ状態にして摩擦撹拌接合
する。この場合、同図に示されるように、高融点ワーク
（１２）を挟んで低融点ワーク（１１）とは反対の側か
ら回転子（１）を両ワーク（１１）（１２）の肉に及ぶ
ように作用せしめて接合を行っていく。この接合中の温
度プロフィールを図４（ロ）に示す。同図に示されるよ
うに、回転子（１）との接触面積の大きい高融点ワーク
（１２）側に温度のピークＴP が形成される。この摩擦
接合において、回転子（１）の回転速度、回転子（１）
のプローブ（３）の形状などを選定することによって、
両ワーク（１１）（１２）の重ね合わせ部（１３）にお
ける温度Ｔj は、低融点ワーク（１１）の再結晶温度以
上であって溶融温度未満の温度、好ましくは再結晶温度
程度にするのがよい。また、ピーク温度Ｔp は、高融点
ワーク（１２）の再結晶温度以上であって溶融温度未満
の温度、好ましくは再結晶温度程度にするのがよい。こ
のような摩擦撹拌接合の実施によって、接合中、重ね合
わせ部（１３）において両ワーク（１１）（１２）の材
料が溶融することなく、しかも、高融点ワーク（１２）
には広い範囲にわたって軟化領域が形成されて両ワーク
（１１）（１２）の材料がよく撹拌され、金属学的悪影
響のない品質良好なしっかりとした固相接合部が得られ
る。
【００２３】以上に、本発明の実施形態を示したが、本
発明はこれらに限られるものではなく、各種変更が可能
である。例えば、本発明の接合方法は、突き合わせ継手
や重ね継手に限られるものではなく、そのほかＴ継手な
ど各種継手形式において広く用いられるものである。ま
た、銅とアルミニウム、鉄とアルミニウムのほか、融点
を異にする各種材質のワーク同士の接合に広く用いられ
るものである。また、加熱手段、冷却手段を別途用いて
接合を行う場合には、加熱手段、冷却手段として上記の
ような手段のほか、各種手段が用いられてよい。
発明はこれらに限られるものではなく、各種変更が可能
である。例えば、本発明の接合方法は、突き合わせ継手
や重ね継手に限られるものではなく、そのほかＴ継手な
ど各種継手形式において広く用いられるものである。ま
た、銅とアルミニウム、鉄とアルミニウムのほか、融点
を異にする各種材質のワーク同士の接合に広く用いられ
るものである。また、加熱手段、冷却手段を別途用いて
接合を行う場合には、加熱手段、冷却手段として上記の
ような手段のほか、各種手段が用いられてよい。
【００２４】
【発明の効果】上述の次第で、本発明の異種金属製ワー
ク同士の摩擦撹拌接合方法は、摩擦撹拌接合が両ワーク
の当接部に溶融を生じさせないで固相にて接合させるも
のであるという前提のなかで、ワークを加熱及び／又は
冷却し、両ワークの当接部位置よりも高融点ワーク側に
温度のピークを形成しながら両ワークを摩擦撹拌接合し
ていくものであるから、高融点ワークが程度高くしかも
広い範囲にわたって軟化され、そのため、両ワークの材
料が接合用ツールの作用でよく撹拌されて、両ワークを
品質良好にしっかりと接合することができる。
ク同士の摩擦撹拌接合方法は、摩擦撹拌接合が両ワーク
の当接部に溶融を生じさせないで固相にて接合させるも
のであるという前提のなかで、ワークを加熱及び／又は
冷却し、両ワークの当接部位置よりも高融点ワーク側に
温度のピークを形成しながら両ワークを摩擦撹拌接合し
ていくものであるから、高融点ワークが程度高くしかも
広い範囲にわたって軟化され、そのため、両ワークの材
料が接合用ツールの作用でよく撹拌されて、両ワークを
品質良好にしっかりと接合することができる。
【００２５】しかも、両ワークの当接部の温度を、低融
点ワークの再結晶温度以上であって、低融点ワークの溶
融温度未満の温度にコントロールしながら両ワークを摩
擦撹拌接合していくことにより理想的な固相接合部が得
られる。
点ワークの再結晶温度以上であって、低融点ワークの溶
融温度未満の温度にコントロールしながら両ワークを摩
擦撹拌接合していくことにより理想的な固相接合部が得
られる。
【００２６】しかもまた、ワークを別途に加熱及び／又
は冷却するから、特にワークの熱伝導率に起因して、接
合用ツールの作用のさせ方のみでは上記のような温度ピ
ークの形成が困難なような場合などにおいては、極めて
有効となる。
は冷却するから、特にワークの熱伝導率に起因して、接
合用ツールの作用のさせ方のみでは上記のような温度ピ
ークの形成が困難なような場合などにおいては、極めて
有効となる。
【図１】第１参考例を示すもので、図（イ）は接合中の
ワークの断面図、図（ロ）はその温度プロフィールを示
すグラフ図である。
ワークの断面図、図（ロ）はその温度プロフィールを示
すグラフ図である。
【図２】上記第１参考例の方法をそのまま第１実施形態
に適用した場合のもので、図（イ）は接合中のワークの
断面図、図（ロ）はその温度プロフィールを示すグラフ
図である。
に適用した場合のもので、図（イ）は接合中のワークの
断面図、図（ロ）はその温度プロフィールを示すグラフ
図である。
【図３】本発明における理想的な温度プロフィールを示
すグラフ図である。
すグラフ図である。
【図４】第２参考例を示すもので、図（イ）は接合中の
ワークの断面図、図（ロ）はその温度プロフィールを示
すグラフ図である。
ワークの断面図、図（ロ）はその温度プロフィールを示
すグラフ図である。
【図５】第１参考例に対する比較例を示すもので、図
（イ）は接合中のワークの断面図、図（ロ）はその温度
プロフィールを示すグラフ図である。
（イ）は接合中のワークの断面図、図（ロ）はその温度
プロフィールを示すグラフ図である。
【図６】摩擦撹拌接合法を示すもので、図（イ）は断面
図、図（ロ）は平面図である。
図、図（ロ）は平面図である。
１…回転子（ツール） ６…銅製ワーク（高融点ワーク） ７…アルミニウム製ワーク（低融点ワーク） ８…突き合わせ部（当接部）
フロントページの続き (72)発明者 橋本 武典 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニ ウム株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−137952（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−281451（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−214361（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−160148（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−88784（ＪＰ，Ｕ) 榎本 正敏、外２名，”塑性流動によ るアルミニウム合金の接合”，第47回塑 性加工連合講演会講演論文集，日本塑性 加工学会 外８会共催，国立国会図書館 平成８年10月18日受入，ｐ．495−496 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 20/12 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)
Claims (3)
- 【請求項１】 融点を互いに異にする金属製ワーク同士
を摩擦撹拌接合する異種金属製ワーク同士の摩擦撹拌接
合方法であって、ワークを加熱及び／又は冷却し、 両ワークの当接部位置
よりも高融点ワーク側に温度のピークを形成しながら、
かつ両ワークの当接部の温度を、低融点ワークの再結晶
温度以上であって、低融点ワークの溶融温度未満の温度
にコントロールしながら、両ワークを摩擦撹拌接合して
いくことを特徴とする異種金属製ワーク同士の摩擦撹拌
接合方法。 - 【請求項２】 融点を互いに異にする金属製ワークを突
き合わせ状態にして、両ワークを摩擦撹拌接合する方法
であって、 前記温度ピークの形成を、接合用ツールを両ワークの突
き合わせ部位置よりも高融点ワーク側にかたよらせて作
用せしめることによって行う請求項１に記載の異種金属
製ワーク同士の摩擦撹拌接合方法。 - 【請求項３】 融点を互いに異にする金属製ワークを重
ね合わせ状態にして、両ワークを摩擦撹拌接合する方法
であって、 前記温度ピークの形成を、高融点ワークを挟んで低融点
ワークとは反対の側から接合用ツールを作用せしめるこ
とによって行う請求項１に記載の異種金属製ワーク同士
の摩擦撹拌接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09222609A JP3081817B2 (ja) | 1997-08-19 | 1997-08-19 | 異種金属製ワーク同士の摩擦撹拌接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09222609A JP3081817B2 (ja) | 1997-08-19 | 1997-08-19 | 異種金属製ワーク同士の摩擦撹拌接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1158040A JPH1158040A (ja) | 1999-03-02 |
| JP3081817B2 true JP3081817B2 (ja) | 2000-08-28 |
Family
ID=16785147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09222609A Expired - Fee Related JP3081817B2 (ja) | 1997-08-19 | 1997-08-19 | 異種金属製ワーク同士の摩擦撹拌接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3081817B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO20000928D0 (no) * | 2000-02-24 | 2000-02-24 | Norsk Hydro As | Fremgangsmåte og anordning for sammenføyning |
| US6352193B1 (en) | 2000-08-01 | 2002-03-05 | General Electric Company | Apparatus for joining electrically conductive materials |
| JP2003039183A (ja) * | 2001-07-25 | 2003-02-12 | Hitachi Ltd | 摩擦攪拌接合方法及び接合体 |
| US6780525B2 (en) * | 2001-12-26 | 2004-08-24 | The Boeing Company | High strength friction stir welding |
| AU2003289204A1 (en) | 2002-12-06 | 2004-06-30 | Honda Motor Co., Ltd. | Method of manufacturing cylindrical body, friction stir welding method, and friction stir welding device |
| JP3820393B2 (ja) | 2002-12-06 | 2006-09-13 | 本田技研工業株式会社 | 円筒体製造用治具 |
| JP4404052B2 (ja) | 2003-06-12 | 2010-01-27 | 株式会社日立製作所 | 摩擦攪拌接合方法 |
| JP2011056534A (ja) * | 2009-09-09 | 2011-03-24 | Yazaki Corp | 摩擦攪拌接合方法及び異種金属接合体 |
| CN104107978A (zh) * | 2014-07-17 | 2014-10-22 | 上海交通大学 | 一种提高异种材料搅拌摩擦焊接接头强度和塑性的方法 |
| JP7400233B2 (ja) * | 2019-07-16 | 2023-12-19 | マツダ株式会社 | 溶接方法及び溶接システム |
-
1997
- 1997-08-19 JP JP09222609A patent/JP3081817B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 榎本 正敏、外２名，"塑性流動によるアルミニウム合金の接合"，第４７回塑性加工連合講演会講演論文集，日本塑性加工学会 外８会共催，国立国会図書館平成８年１０月１８日受入，ｐ．４９５−４９６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1158040A (ja) | 1999-03-02 |
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