JP3333411B2 - 摩擦攪拌溶接方法および摩擦攪拌溶接装置 - Google Patents
摩擦攪拌溶接方法および摩擦攪拌溶接装置Info
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Description
iction Stir Welding)に好適な溶接方法およびその装
置に関する。
接には、ワークの溶接線の両側を押さえ金具で抑え付け
て、溶接している。金具の加圧機構としては、ボルト締
め、エアシリンダ、エアホースに高圧エアを吹き込む方
法などがある。このようなものは次の文献に示されてい
る。「現代溶接技術大系《第36巻》 やさしい自動・
半自動溶接・ティグ溶接」産報 昭和55年1月23日 PP.
248〜249。
ing)とは、回転する接合用工具を用いてワークを接合
するものである。接合用の工具は大径の丸棒の先端に小
径の丸棒を有し、小径部をワークに挿入して、工具を回
転させ、回転させながら接合線に沿って移動させ、固相
接合するものである。これは特開表7−505090号
公報(WO 93/10935)、Welding & metal Fa
brication, January 1995 PP.13-16、特願平8−322
490号に示されている。
は、開先表面の清浄さが溶接品質に大きな影響を及ぼす
ので、ステンレス鋼製のワイヤホイールなどで研磨して
清浄にしている。また、溶接ビードの余盛りを除去する
必要がある場合はグラインダー等で削除している。この
ような溶接の付帯作業があるので、広い作業場所と多く
の作業工数を必要としている。
され膨張し変形し、開先に目違いを生ずるのを防止する
ため、金具でワークを押さえて拘束し、溶接している
(前記最初の文献のとおり)。ワークが大きい場合には
大掛かりな設備になり、多額の設備費が必要である。
の発生量が許容量を越えた場合は、後行程で歪修正を行
っている。
うにすることにある。
接と突出部の切削を実質的に同時に行うようにするこ
と、により達成できる。
発明の実施例はこの参考例も用いて説明する。図1から
図5の参考例は鉄道車両の車体の屋根構体の溶接装置で
ある。ワーク10はアルミニウム合金の押し出し型材で
あり、車体の長手方向に向けて配置され、複数本を並列
に配置している。ワーク10同士は突き合わせ溶接でき
るように、突き合わせられ、開先がある。ワークは架台
の裏当て座15へ固定されている。また、ワーク10同
士は溶接部13を適宜仮止め溶接されている。ワーク1
0、10を跨いだ門型形状の溶接装置20が長手方向に
敷設した走行レール29上を走行して、溶接ヘッド30
で開先表面の研磨清浄、アーク溶接、および溶接ビード
の余盛り削除を溶接装置20の1行程で施工する。溶接
ヘッド30は溶接線の数だけある。裏当て座15はワー
ク10、10・・・が正規の仕上げ状態になるように構
成している。
1をガーダの長手方向に移動できると共に、昇降でき
る。溶接ヘッド30はそれぞれ単独で前記移動、昇降が
可能である。
ら順に、開先表面の皮膜や汚れを研磨除去して清浄にす
るための研磨装置40、研磨により発生した屑を吸引し
て除去するための吸引口47、開先の位置を検出するセ
ンサ50、溶接部の押さえ装置60、溶接トーチ55、
溶接部の押さえ装置80、溶接ビードの余盛りを切削す
る切削装置90、切削屑を吸引するための吸引口97を
設置している。
を昇降させて、ワーク10に対する位置を定める。セン
サ50によってワークの開先を検出してトーチ70が所
定位置に位置するように、座31をワーク10の幅方向
に移動させる。
れを回転させる空気モータ等からなる。空気モータ43
の回転によって、笠歯車44、平歯車45、46が回転
し、ワイヤホイール42が回転する。研磨装置40の座
41は昇降装置48によって昇降する。昇降装置48は
ねじ棒とナットからなり、ハンドル48aを回転させる
ことによって昇降する。
〜0.25mmのステンレス鋼線を放射状に植え込んだ
ものである。開先表面を研磨して発生した表面の皮膜屑
や汚れの研磨屑は、ワイヤホイール42の後部に設置の
吸込口47で吸引される。
の画像をCCDカメラで撮影し、溶接トーチ55と開先
の位置を常に一定距離に自動追従させるものである。
て座15に押しつける(加圧)ものである。押さえ装置
60は溶接トーチ55のアークで加熱されたワーク10
が膨張し変形して開先に目違いを生ずることを防止す
る。押さえ装置60、80による加圧はエアシリンダ6
1、81で行う。ワーク10への接触は押さえ装置6
0、80のロール62、82である。
する程大きい。しかし、ロールを溶融池に接近させると
アーク熱でロール62、82が高温に過熱され、短時間
で劣化するので、ロール62、82の冷却機構を設けて
いる。
り、全てのロール62、62の両側を継板63でピン6
4を介して連結し、無限帯に構成している。この無限帯
は保持座65に支持されている。保持座65はロール6
2の軸方向に2分割されている。環状の無限帯の内部に
接触する凸部65aを有する。ロール62をワーク10
に押しつけることによって、下方のロール62の上面が
凸部65aに接触する。凸部65aよりも上方のロール
62の下面は凸部65aの上面に接触する。保持座65
には冷却水の通路66を設けている。凸部65aにも冷
却水通路66を設けるとよい。
さえる。ロール62は複数あり、常に、複数のロール6
2がワーク10に接触しているようにしている。ロール
62、保持座65、仕切り板69の材質は熱伝導が大き
くて硬度も高い銅合金である。
させると、ロール62の無限帯が回転する。この際、ロ
ール62は冷却された保持座65に接触して冷却され
る。
69を配置している。仕切り板66の外周縁がロール6
2の中央部の凹部に入っている。これにより、ロール6
2の位置決めを行う。2つの保持座65、65は複数の
ボルト・ナット68によって一体に締結している。
整はエアシリンダ61のエア圧力を加減して行う。
ワーク10全体が裏当て座15から浮き上がることを防
止するものである。このため溶接トーチ55の前方の押
さえ装置60ほど溶接トーチ55に接近して設置する必
要はない。しかし、この場合でもロール82が高温に加
熱されるため、冷却する必要がある。ロール82はその
軸方向の中央部に溶接ビードとの接触を防止するための
凹部を設けている。ロール82は左右のワーク10、1
0を押さえる。ロール82は筒部の端部にフランジを有
する熱伝体83を介してピン84で保持座85のフラン
ジ85aに回転自在に取り付けられている。ピン84は
ネジ87でフランジ85aに固定している。保持座85
は冷却水の通路86に水を通すことによって冷却されて
いる。熱伝体83は左右に2分割され、そのフランジは
ロール82および保持座85のフランジに接触してい
る。ロール82、熱伝体83、保持座85、ピン84の
材質は熱伝導が大きくて硬度も高い銅合金である。
整はエアシリンダ81のエア圧力を加減して行う。
転させる電動機93からなる。切削装置90はエアシリ
ンダ81によって昇降する。このため、切削装置90は
押さえ装置80の近傍に設置している。
置に連結している。押さえ装置60、80の水通路6
6、86には往復の水のホースが接続している。これら
のホースは上方のガーダ等で支えられている。
裏当て座15に固定した後、研磨装置40、押さえ装置
60、80、切削装置90の高さをセットし、それぞれ
を駆動状態で、溶接線に沿って上流から下流に向けて溶
接ヘッド30を移動させる。
先を研磨し、その研磨屑はノズル47から吸い取られ
る。押さえ装置60、80のローラ62、82は開先の
近くを押さえる。入熱した熱は保持座65、85にロー
ル62、82が接触することにより、奪われる。溶接ビ
ード(余盛り)は切削装置90のエンドミル92の下端
部で切削される。その切削屑はノズル97で吸い取られ
る。
動で、研磨、溶接、切削を行うことができるものであ
る。また、装置を小さくでき、必要な場所を小さくでき
るものである。
はその保持座65、85への接触によって強制的に冷却
される。このため、従来のようなローラの回転不能によ
って押さえが不十分になることが無く、溶接部のワーク
10、10の段違いが発生することがないものである。
また、エンドミル92の下端位置も一定になるものであ
る。
向の前方に向いているので、前方の押さえ装置60の方
が高温になる。この押さえ装置60のロール62は無限
帯に設置することによって、保持座65との接触時間を
長くしている。このため、押さえ装置80に比べてロー
ル62は良く冷却されることになる。
32を昇降させる。また、押さえ装置60、80、切削
装置90を昇降させるエアシリンダ61、81は所定圧
で押し下げるようになっており、ワーク側からの反力に
よって若干上下動できる。
である。このため、切削装置を小型で極めて安価にでき
るものである。なお、切削装置90による機械切削では
切削のし過ぎを防止するため、ワーク10の上面よりも
若干上方を切削する。溶接ヘッド30による切削の後、
グラインダーによる手作業でワークの上面と面一に仕上
げる。切削装置90による切削が不要な場合はエンドミ
ル92を除く。
に余盛りを削除することにより軽減できる。溶接後完全
に冷却(室温状態)した後に余盛りをグラインダーで削
除した場合と、溶接直後に高温で余盛りをエンドミル9
2で削除した場合の歪発生量を図6のワークの例で示
す。材質:A5083P-0、板厚:4mm、幅:150mm、長さ:1
000mmのワークを、MIG溶接で溶接電流:180A、
アーク電圧:22V、溶接速度:50cm/分、溶接ワイ
ヤ径:1.2mmで自動溶接を行った。歪量δは前者が約
9mmで、後者が約7mmになった。なお、エンドミル92
の位置は約300°Cの位置である。
動することによって、エアシリンダ61、82は曲げ力
を受ける。このため、エアシリンダ62、82と保持座
65、85の間に直線状の案内装置を設けるとよい。
が、摩擦撹拌溶接にも適用できるものである。この場合
は固相接合であるので、アーク溶接ほどには高温にはな
らない。押さえ装置60、80の強制冷却手段は必要に
より設ける。研磨装置40、切削装置90は同様に適用
できる。
る。ワーク11の端部には、外面側(即ち、摩擦攪拌溶
接の工具100側)に突出する突出部11aを有してい
る。厚肉部11aはワーク11の内側に行くにしたがっ
て傾斜している。ワーク11の端部は垂直である。この
2つのワーク11、11を突き合わせている。工具10
0は大径の丸棒101とその先端の小径の丸棒102と
からなる。工具を回転させながら小径部102を突き合
わせ部に入れ、接合線に沿って移動させる。大径部の下
端、即ち、小径部102と大径部101との境は、ワー
ク11の板部11b、11bの上面よりも外側であっ
て、突出部11a、11aの内部に位置している。
間があると、摩擦攪拌溶接時に、この隙間を埋められ
る。このため、凹みが生ずる。また、前記境によってワ
ーク11、11の一部は削り取られる。これらにより、
ワーク11の面を平滑に仕上げるためには、余盛りの状
態(突出部11a付き)で溶接(接合)を行い、その
後、前記余盛りを切削するとよい。
行うことができるものである。
図である。
面図である。
る。
る。
座、20…溶接装置、30…溶接ヘッド、40…研磨装
置、42…ワイヤホイール、47…吸引口、50…セン
サ、55…溶接トーチ、60、80…押さえ装置、6
2、82…ロール、80…切削装置、92…エンドミ
ル、97…吸引口、100…回転工具。
Claims (2)
- 【請求項1】 一対のワークの端部を突き合わせ、該突
き合わせた端部のそれぞれは該ワークの厚さ方向に突出
する突出部を有しており、 前記突出部側から前記突き合わせた部分に回転工具を挿
入して摩擦攪拌溶接を行い、 前記摩擦攪拌溶接を行いつつ、それぞれの前記突出部を
エンドミルで切削すること、 を特徴とする摩擦攪拌溶接方法。 - 【請求項2】 走行する装置に、移動方向の前端側から
順次、一対のワークの突き合わせ部に挿入して摩擦攪拌
溶接を行うための回転工具、前記突き合わせ部の突出部
を切削するエンドミルを備えていること、を特徴とする
摩擦攪拌溶接装置。
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