JP3288679B2 - 摩擦撹拌接合継ぎ手の補修方法 - Google Patents

摩擦撹拌接合継ぎ手の補修方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は摩擦撹拌接合継ぎ手の
補修方法に関するものであり、補修作業を簡単容易に
し、補修した後の仕上がりを良好にすることができるも
のである。
【0002】
【従来の技術】アルミ板の接合に摩擦撹拌接合が用いら
れているが、鉄道車両の床板、側板などに使用されるア
ルミ型材等の継ぎ手の長さは極めて長い。他方、板材P
の摩擦撹拌接合は、図1、図2に示すようにアルミ板P
を支持板4上で突き合わせた状態で行われて突き合わせ
面及びその上面が接合工具Tのピン1及び工具本体2の
肩部3との摩擦熱で加熱軟化され、突き合わせ面(以
下、「接合端面」という)が接合される。接合工具Tは
硬質金属部材であり、その先端に突設された比較的細い
ピン1が前進方向の強い抵抗を受けながら高速で回転す
るものである。ダブルスキン型材などのアルミ板は型成
形されるため、長尺のものほどその直線性が低下し、こ
れを突き合わせたとき接合端面間に隙間ができてしま
う。このため、支持板4上で突き合された板P,Pを万
力などで横方向に押し付けて接合端面間の隙間を可及的
に小さくしておいて摩擦撹拌接合が行われる。しかし、
接合端面間の隙間が部分的に大きくなり、そのために部
分的に接合不良が生じることが少なくない。また、摩擦
撹拌接合装置のヘッドはXYZ座標軸の各軸方向にその
位置を制御されるものであり、接合工具Tが開先を追跡
するように制御される。しかし、接合工具の接合端面間
隙間の中心からのずれが実際には避けられず、このず
れの大きさが接合不良を生じる大きな要因の一つになっ
ている。この他にも部分的に接合不良を生じる要因が様
々にある。そして、接合工具Tのピン1による撹拌作用
で空気が巻き込まれるなどのために、例えば継ぎ手Jの
内部に長手方向の微細な空洞(通常「トンネル」と称さ
れるもの。図3(a)参照)ができるなどの内部欠陥、
継ぎ手Jの表面にくぼみ(図3(b)参照)ができる表
面欠陥などが、接合部不良の代表的なものである。他
方、摩擦撹拌接合による継ぎ手(以下、「摩擦撹拌接合
継ぎ手」という)については、接合不良部があると、こ
の部分がウイークポイントになり、ここから亀裂が入
り、この亀裂が成長して継ぎ手破損に至る可能性があ
る。このため継ぎ手全長について超音波探傷、目視検査
などの検査を行って接合不良部を特定してこれを補修す
ることが行われる。特定された接合不良部を削除し、そ
の部分を溶接して再度接合するという補修方法が一般的
に採用されている。このような従来の補修方法によると
きは、摩擦撹拌接合継ぎ手に溶接による接合部分(溶接
継ぎ手)が部分的に介在することになるので、その接合
継ぎ手の一貫性が損なわれ、また摩擦撹拌接合の利点、
すなわち強度の熱的影響を受けておらず、また、継ぎ手
効率が高いので継ぎ手品質が高いこと、継ぎ手表面が極
めて平滑であり、継ぎ手表面の平滑化加工が不要である
ことなどの利点が大きく損なわれることになる。また、
溶接による補修は摩擦撹拌接合装置とは別個の溶接装置
を用いることになるので、補修のためのコストが割高に
なる。この問題を回避するには、接合不良の発生を完全
に防止するのが最善の策であるが、接合不良を完全に防
止することができないという現実からすれば、摩擦撹拌
接合継ぎ手の利点を損なわない補修方法が求められる。
【0003】
【解決しようとする課題】そこでこの発明は、摩擦撹拌
接合継ぎ手の接合不良部を補修する補修方法について、
摩擦撹拌接合継ぎ手の利点を損なわない補修方法を工夫
することをその課題とするものである。
【0004】
【課題を解決するために講じた手段】
【解決手段1】上記課題を解決するために講じた手段1
は、摩擦撹拌接合継ぎ手を部分的に補修する補修方法に
ついて、次の(イ)及び(ロ)によるものである。 (イ)摩擦撹拌接合継ぎ手の不良接合部をそのままの状
態で補修用摩擦撹拌工具で再摩擦撹拌すること、 (ロ)上記の補修用摩擦撹拌工具のピンの長さが、上記
摩擦撹拌接合の接合工具のピンよりも短いこと。
【0005】
【作用】摩擦撹拌接合された部分を同様の工具で再度摩
擦撹拌してその摩擦撹拌熱で不良接合部を軟化させて再
接合させるものであるから、例えばトンネルによる不
良、くぼみによる不良は再摩擦撹拌により潰されて完全
に消滅し、また、補修された接合部の表面の平滑さも損
なわれることはない。また、再摩擦撹拌接合による補修
であるから、補修による熱的影響、継ぎ手効率の低下な
どの品質低下はない。また、補修用摩擦撹拌工具のピン
の長さを摩擦撹拌接合工具のピンよりも短くしたこと
で、補修のための再摩擦撹拌深さを補修に必要な限度に
止め、再摩擦撹拌による悪影響を最小限度に抑制するこ
とができ、再摩擦撹拌で軟化した材料が接合下面に垂れ
て軟化材料が逸出されることはないから、再摩擦撹拌に
よる補修部の表面の平滑性、他の接合表面との連続性が
損なわれることはなく、補修後の接合表面の仕上げ加工
は必要ない。
【0006】
【実施態様1】実施態様1は上記の補修用摩擦撹拌工具
のピンの長さを摩擦撹拌接合用の接合工具のピンの長さ
よりも0.5〜1.0mm短くしたことである。
【作用】補修用摩擦撹拌工具のピンの長さが摩擦撹拌接
合用の接合工具のピンの長さよりも0.5〜1.0mm
短いことで、再摩擦撹拌の深さが接合欠陥を解消するた
めに必要な限度に止められる。また、欠陥部分の深さが
浅いときは、補修用摩擦撹拌工具のピンの長さを摩擦撹
拌接合用の接合工具のピンの長さよりも2mm以上短く
することもできる。しかし、2mm以上短くすることの
メリットはほとんどない。
【0007】
【実施態様2】実施態様2は補修用摩擦撹拌工具のピン
の直径を摩擦撹拌接合用の接合工具のピン直径の1.0
〜1.2倍にしたことである。
【作用】補修用摩擦撹拌工具のピンの直径を摩擦撹拌接
合用の接合工具のピン直径の1.0〜1.2倍のものと
したことにより、補修のための摩擦撹拌熱による軟化幅
が摩擦撹拌接合時の軟化幅とほぼ同じになるので、補修
用摩擦撹拌による熱的影響の及ぶ範囲が、摩擦撹拌接合
による範囲よりも広くなることが回避される。
【0008】
【実施態様3】実施態様3は、補修用摩擦撹拌工具の回
転速度を摩擦撹拌接合の接合工具の回転速度とほぼ同じ
にしたことである。
【作用】補修摩擦撹拌作業における補修用摩擦撹拌工具
の回転速度を摩擦撹拌接合時のそれと同じにすることに
より、回転速度制御、送り制御などの運転制御を摩擦撹
拌接合のそれと同じにすることができるので、補修用摩
擦撹拌接合工具による補修のための摩擦撹拌作業を簡
単、容易にすることができる。
【0009】
【実施態様4】実施態様4は、上記解決手段を適用する
について、接合される板の接合端部の板厚を他の部分の
板厚よりも厚くしたことである。
【作用】接合される板の接合端部の上面は摩擦撹拌接合
によって若干削られ(ほぼ厚さ0.1mm)、さらに補
修用摩擦撹拌工具で撹拌されるとことになるから、補修
された接合部の厚さが小さくなる。接合される板の接合
端部を他の部分の板厚よりも厚くしたことで、補修され
摩擦撹拌接合継ぎ手の厚さが低下しても、その部分の
強度が低下するのを防止できる。この実施態様4は、板
材の構造に関わりなく適用されることであるが、リブ付
アルミ押出型材を接合するときは、接合部が2つのリブ
の間に介在することになり、接合部の板厚を厚くするこ
とには全く問題がないから、リブ付アルミ押出型材に適
用するのに適している。
【0010】
【実施の形態】次いで図面を参照して実施の形態を説明
する。この実施の形態の摩擦撹拌接合の接合工具は、厚
さ4.5mm、長さ8mのアルミ板P,Pを接合するも
のであり、この摩擦撹拌接合の接合工具Tのピン1の直
径5mm、ピン1の長さlは4.5mm,回転速度1
750rpm、前進速度600mm/分で接合するもの
である。ヘッドHは接合されるアルミ板P,Pを突き合
わせた接合部(両板の接合端部)の上面に沿って移動し
その接合端部を摩擦撹拌接合する。補修用摩擦撹拌工
具Taも基本的には図示の接合工具Tと違いはなく、そ
のピン1aの直径も同じであるが、ピンの長さl
4.0mmであり、接合工具Tのピン1の長さよりも
0.5mm短い。摩擦撹拌接合による継ぎ手を超音波探
傷して、図3(a)に示すようなトンネルなどによる接
合不良部を10カ所特定し、これについて補修作業を行
った。このときの前進速度(送り速度)を摩擦撹拌接合
時の前進速度と同じ600mm/分にした。
【0011】以上のようにして補修した補修部分を超音
波探傷し、さらにその断面、表面を目視検査した結果、
内部欠陥に接合不良部はゼロであり、また断面の目視検
査結果も接合不良部はゼロであった。さらに表面につい
て目視検査したが、補修した表面は極めて平滑であり、
表面加工を必要とする程に凹凸である部分もなかった。
また、リブ付アルミ型材については、図4に示すよう
に、例えば板厚tが2.3mmの場合は、リブRの外側
部分の板厚tを4.5mmにすればよい。この例では
接合部の厚さが板厚tよりも2.2mm厚いから、補修
による接合部の厚さ減少を勘案しても、継ぎ手全長につ
いて高い継ぎ手効率を確保することができる。
【0012】
【発明の効果】以上述べたとおり、この発明は、摩擦撹
拌接合継ぎ手の接合不良部を、摩擦撹拌接合用の接合
具とほぼ同じで、ピンの長さが若干短い補修用摩擦撹拌
工具で再度摩擦撹拌して補修するものであるから、摩擦
撹拌接合装置をそのまま使って補修作業を行うことがで
きるので、補修作業を簡単容易に行うことができる。し
たがって、補修コストを大きく低減することができる。
また、補修のために特別な熱的影響を接合部に与えるこ
とはなく、また接合部の組織的不連続部も生じないか
ら、補修のために接合継ぎ手の品質が低下することも、
継ぎ手効率が低下することもなく、接合表面の平滑さが
損なわれることもない。また、補修時に軟化した材料が
逸出することもないから、補修部分の表面を特別に仕上
げ加工する必要も、また、熱処理する必要もない。
【図面の簡単な説明】
【図1】は摩擦撹拌接合装置の斜視図である。
【図2】(a)は図1のY−Y断面図であり、(b)は
この発明の実施の形態の同断面図である。
【図3】(a)は摩擦撹拌接合継ぎ手におけるトンネル
発生による接合不良を模式的に示す斜視図であり、
(b)は接合表面のくぼみによる接合不良を模式的に示
す斜視図である。
【図4】この発明を適用するリブ付アルミ型材の継ぎ手
部の断面図である。
【符号の説明】
P:アルミ板材 R:リブ T:摩擦撹拌接合工具 Ta:補修用摩擦撹拌工具 l:摩擦撹拌接合工具のピンの長さ l:補修用摩擦撹拌工具のピン 1:摩擦撹拌接合工具のピン 1a:補修用摩擦撹拌工具のピン 2:摩擦撹拌接合工具の本体 3:摩擦撹拌接合工具の肩部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 20/12

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】摩擦撹拌接合継ぎ手を部分的に補修する補
    修方法において、摩擦撹拌接合の不良接合部をそのまま
    の状態で、上記摩擦撹拌接合の接合工具のピンよりも短
    いピンを備えた補修用摩擦撹拌工具で再摩擦撹拌する摩
    擦撹拌接合継ぎ手の補修方法。
  2. 【請求項2】上記補修用摩擦撹拌工具のピンの長さが摩
    擦撹拌接合用の接合工具のピンの長さよりも0.5〜
    1.0mm短い請求項1の摩擦撹拌接合継ぎ手の補修方
    法。
  3. 【請求項3】上記補修用摩擦撹拌工具のピンの直径が摩
    擦撹拌接合用の工具のピン直径の1.0〜1.2倍であ
    る請求項1または請求項2の摩擦撹拌接合継ぎ手の補修
    方法。
  4. 【請求項4】上記補修用摩擦撹拌工具の回転速度を摩擦
    撹拌接合の接合工具の回転速度とほぼ同じにした請求項
    1乃至請求項3の摩擦撹拌接合継ぎ手の補修方法。
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