JP3394156B2 - 溶接構造物とその製造法 - Google Patents
溶接構造物とその製造法Info
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- welded
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- B23K33/00—Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
からなる新規な溶接構造物とその製造法に係り、特に車
両構体の他、自動車、船舶、航空、エレベーテ、圧力容
器などの溶接構造物とその製造法関する。
からなる新規な溶接構造物とその製造法に係り、特に車
両構体の他、自動車、船舶、航空、エレベーテ、圧力容
器などの溶接構造物とその製造法関する。
【０００２】
【従来の技術】摩擦撹拌溶接方法として、特表平7−505
090 号では、加工物より実質的に硬い材質からなる回転
ツールを加工物の溶接部に挿入し、前記、ツールを回転
させながら移動することにより溶接線方向に連続的な溶
接が可能である。つまり、該、ツールと加工物との間に
生じる摩擦熱による金属の塑性流動を利用して摩擦撹拌
溶接（以下、摩擦溶接法と記述）する溶接方法である。
前記溶接方法は、従来のアーク溶接のような溶融溶接に
対して、溶融させないで溶接できる固相溶接であること
が特徴である。したがって、加熱温度が低いため、接合
後の変形が少ないなどの多くの利点がある。
090 号では、加工物より実質的に硬い材質からなる回転
ツールを加工物の溶接部に挿入し、前記、ツールを回転
させながら移動することにより溶接線方向に連続的な溶
接が可能である。つまり、該、ツールと加工物との間に
生じる摩擦熱による金属の塑性流動を利用して摩擦撹拌
溶接（以下、摩擦溶接法と記述）する溶接方法である。
前記溶接方法は、従来のアーク溶接のような溶融溶接に
対して、溶融させないで溶接できる固相溶接であること
が特徴である。したがって、加熱温度が低いため、接合
後の変形が少ないなどの多くの利点がある。
【０００３】一方、従来から鉄道車両はアルミ合金で製
作されている。このアルミ合金はアーク溶接方法により
溶融溶接され、車両として組立てられる。しかし、従来
のアーク溶接では、溶接による変形が大きく、その修整
に多くの作業時間を要している。ここで、車両の溶接に
前記摩擦溶接方法を適用することにより、溶接変形が少
ない、固相溶接のため表裏両面から溶接できるなどの効
果が期待できる。
作されている。このアルミ合金はアーク溶接方法により
溶融溶接され、車両として組立てられる。しかし、従来
のアーク溶接では、溶接による変形が大きく、その修整
に多くの作業時間を要している。ここで、車両の溶接に
前記摩擦溶接方法を適用することにより、溶接変形が少
ない、固相溶接のため表裏両面から溶接できるなどの効
果が期待できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記摩擦溶接方法は、
回転ツールと溶接材との摩擦熱による塑性流動を利用し
たものである。このため、アルミ合金の種類によって摩
擦撹拌溶接性が大きく異なる。前記摩擦溶接性に優れた
アルミ合金は回転ツールと摩擦熱で塑性流動に優れた合
金が望ましい。ところが、全てのアルミ合金が塑性流動
性が優れているとは限らない。塑性流動性が悪いアルミ
合金の場合、回転ツール及び溶接材に大きな荷重がかか
る。このため、ツールの損耗が大きく寿命も短くなる。
特に車両の場合、溶接長さが最大２５ｍと長いため、回
転ツールの損耗が大きいと溶接に途中で溶接欠陥が発生
する確率が高くなる。このため、溶接材が長尺の場合、
連続して溶接ができなくなる。また、溶接材にも大きな
荷重がかかる。このため、溶接材の寸法、特に厚さを大
きくする必要がある。しかし、溶接材の寸法が大きくな
ると車両の重量が増加して高速運転の上で望ましくな
い。さらに、回転ツールの荷重が大きい場合は、溶接材
を固定する拘束治具の拘束力も大きくなる。このため、
拘束治具が大型になり、溶接材の固定や作業性の点で問
題となる。
回転ツールと溶接材との摩擦熱による塑性流動を利用し
たものである。このため、アルミ合金の種類によって摩
擦撹拌溶接性が大きく異なる。前記摩擦溶接性に優れた
アルミ合金は回転ツールと摩擦熱で塑性流動に優れた合
金が望ましい。ところが、全てのアルミ合金が塑性流動
性が優れているとは限らない。塑性流動性が悪いアルミ
合金の場合、回転ツール及び溶接材に大きな荷重がかか
る。このため、ツールの損耗が大きく寿命も短くなる。
特に車両の場合、溶接長さが最大２５ｍと長いため、回
転ツールの損耗が大きいと溶接に途中で溶接欠陥が発生
する確率が高くなる。このため、溶接材が長尺の場合、
連続して溶接ができなくなる。また、溶接材にも大きな
荷重がかかる。このため、溶接材の寸法、特に厚さを大
きくする必要がある。しかし、溶接材の寸法が大きくな
ると車両の重量が増加して高速運転の上で望ましくな
い。さらに、回転ツールの荷重が大きい場合は、溶接材
を固定する拘束治具の拘束力も大きくなる。このため、
拘束治具が大型になり、溶接材の固定や作業性の点で問
題となる。
【０００５】一方、前記摩擦溶接法は回転ツールによっ
て溶接部の表面が切削され、溶接部表面が凹になるた
め、信頼性の点で問題がある。さらに従来の溶接継手構
造では回転ツールと溶接材との摩擦熱により塑性流動し
た金属が開先部から流出して溶接部に欠陥が発生しやす
いと言う問題がある。
て溶接部の表面が切削され、溶接部表面が凹になるた
め、信頼性の点で問題がある。さらに従来の溶接継手構
造では回転ツールと溶接材との摩擦熱により塑性流動し
た金属が開先部から流出して溶接部に欠陥が発生しやす
いと言う問題がある。
【０００６】本発明の目的は、溶接歪みを少なくできる
溶接構造物とその製造法を提供することにある。
溶接構造物とその製造法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、重量で、Ｓｉ
０.４〜０.９％及びＭｇ０.４〜１.２％を含むアルミニ
ウム基合金の中空押出し型材よりなる部材同士が回転ツ
ールの挿入による摩擦溶接によって突合せ接合されてお
り、該突合せ接合部の前記部材の一方の端部が他方の部
材の端部に重なっており、前記部材の両者は前記接合前
に前記接合部の一部が非接合部表面より前記回転ツール
の挿入側で高くなっていることを特徴とする溶接構造物
にある。
０.４〜０.９％及びＭｇ０.４〜１.２％を含むアルミニ
ウム基合金の中空押出し型材よりなる部材同士が回転ツ
ールの挿入による摩擦溶接によって突合せ接合されてお
り、該突合せ接合部の前記部材の一方の端部が他方の部
材の端部に重なっており、前記部材の両者は前記接合前
に前記接合部の一部が非接合部表面より前記回転ツール
の挿入側で高くなっていることを特徴とする溶接構造物
にある。
【０００８】前記アルミ合金は、押出加工により製作さ
れ、前記加工後、溶体化熱処理と時効硬化熱処理が施さ
れていること、前記アルミ合金の摩擦溶接部の表面は溶
接前に０.５ 〜３mm高くなっているものである。
れ、前記加工後、溶体化熱処理と時効硬化熱処理が施さ
れていること、前記アルミ合金の摩擦溶接部の表面は溶
接前に０.５ 〜３mm高くなっているものである。
【０００９】
【００１０】
【００１１】鉄道用の車両は、最大２５ｍの長尺からな
るアルミ合金を押出し加工により製作される。このた
め、押出し加工性に優れたアルミ合金が要求される。ま
た、鉄道車両では、機械的強度に優れていることが要求
される。さらに、溶接による歪を少なく、かつ、高い信
頼性で製作するためには従来の溶融溶接に代わって固相
溶接の可能な摩擦溶接法が望ましい。この摩擦溶接性に
優れたアルミ合金として、Ｓｉ量が０.４〜０.９ｗｔ％
とＭｇ量が０.４〜１.２ｗｔ％を主組成とするアルミ合
金を溶体化熱処理後、時効硬化熱処理したものが望まし
い。つまり、前記のごとく、アルミ合金からなる車両構
体を摩擦溶接方法により組立てる場合、アルミ合金は摩
擦溶接性，押出し加工性，機械的強度に優れたアルミ合
金が望ましいことになる。したがって、本発明では、押
出し加工性，機械的強度、かつ、摩擦溶接性に優れたア
ルミ合金を前記摩擦溶接方法により組立てることにより
本目的の車両を製作できる。更に、本発明は、重量で、
Ｓｉ０.４〜０.９％及びＭｇ０.４〜１.２％を含むアル
ミニウム基合金の中空押出し型材よりなる部材同士を回
転ツールの挿入による摩擦溶接によって突合せ接合する
溶接構造物の製造法であって、前記突合せ接合部の前記
部材の一方の端部を他方の部材の端部に重ねると共に、
前記部材の両者の接合前の前記接合部の一部を非接合部
表面より前記回転ツールの挿入側で高くし、該高くなっ
ている側に前記回転ツールを挿入することを特徴とす
る。
るアルミ合金を押出し加工により製作される。このた
め、押出し加工性に優れたアルミ合金が要求される。ま
た、鉄道車両では、機械的強度に優れていることが要求
される。さらに、溶接による歪を少なく、かつ、高い信
頼性で製作するためには従来の溶融溶接に代わって固相
溶接の可能な摩擦溶接法が望ましい。この摩擦溶接性に
優れたアルミ合金として、Ｓｉ量が０.４〜０.９ｗｔ％
とＭｇ量が０.４〜１.２ｗｔ％を主組成とするアルミ合
金を溶体化熱処理後、時効硬化熱処理したものが望まし
い。つまり、前記のごとく、アルミ合金からなる車両構
体を摩擦溶接方法により組立てる場合、アルミ合金は摩
擦溶接性，押出し加工性，機械的強度に優れたアルミ合
金が望ましいことになる。したがって、本発明では、押
出し加工性，機械的強度、かつ、摩擦溶接性に優れたア
ルミ合金を前記摩擦溶接方法により組立てることにより
本目的の車両を製作できる。更に、本発明は、重量で、
Ｓｉ０.４〜０.９％及びＭｇ０.４〜１.２％を含むアル
ミニウム基合金の中空押出し型材よりなる部材同士を回
転ツールの挿入による摩擦溶接によって突合せ接合する
溶接構造物の製造法であって、前記突合せ接合部の前記
部材の一方の端部を他方の部材の端部に重ねると共に、
前記部材の両者の接合前の前記接合部の一部を非接合部
表面より前記回転ツールの挿入側で高くし、該高くなっ
ている側に前記回転ツールを挿入することを特徴とす
る。
【００１２】一方、回転ツールの切削による溶接部表面
の凹は予め、溶接部を高く加工しておくことにより防止
できる。この高さ（Ｈ）は０.５mm以下ではその効果が
少なく、３mm以上では逆に溶接後の高さが高くなり望ま
しくない。したがって、この高さは０.５mm 以上３mm以
下が望ましい。さらに、塑性流動した溶接金属の流出に
よる欠陥の発生は、溶接継手部の一部をお互いに重ねる
構造にすることにより防止できる。
の凹は予め、溶接部を高く加工しておくことにより防止
できる。この高さ（Ｈ）は０.５mm以下ではその効果が
少なく、３mm以上では逆に溶接後の高さが高くなり望ま
しくない。したがって、この高さは０.５mm 以上３mm以
下が望ましい。さらに、塑性流動した溶接金属の流出に
よる欠陥の発生は、溶接継手部の一部をお互いに重ねる
構造にすることにより防止できる。
【００１３】
（実施例１）表１に代表的なアルミ合金の化学組成と押
出し加工性，車両としての機械強度，摩擦溶接性の観点
からまとめて示す。アルミ合金として、表１のＮｏ.１
は、Ｓｉ量が０.４〜０.９ｗｔ％とＭｇ量が０.４〜１.
２ｗｔ％を主組成とするアルミ合金（ＪＩＳ規格Ａ６０
００系に相当）で、押出し加工性，機械的強度，摩擦溶
接性のいずれにも優れている。なお、前記アルミ合金は
押出し加工後、溶体化熱処理と時効硬化熱処理が施され
ている熱処理型アルミ合金である。
出し加工性，車両としての機械強度，摩擦溶接性の観点
からまとめて示す。アルミ合金として、表１のＮｏ.１
は、Ｓｉ量が０.４〜０.９ｗｔ％とＭｇ量が０.４〜１.
２ｗｔ％を主組成とするアルミ合金（ＪＩＳ規格Ａ６０
００系に相当）で、押出し加工性，機械的強度，摩擦溶
接性のいずれにも優れている。なお、前記アルミ合金は
押出し加工後、溶体化熱処理と時効硬化熱処理が施され
ている熱処理型アルミ合金である。
【００１４】
【表１】
【００１５】Ｎo.２のＳｉ量が０.２〜０.８ｗｔ％とＮ
o.１とほぼ同じでもＭｇ量が１.２ｗｔ％以上のアルミ
合金（ＪＩＳ規格Ａ２０００系相当）は、車両に適用す
る場合の機械的強度は優れているが、押出し加工性と摩
擦溶接性に問題がある。
o.１とほぼ同じでもＭｇ量が１.２ｗｔ％以上のアルミ
合金（ＪＩＳ規格Ａ２０００系相当）は、車両に適用す
る場合の機械的強度は優れているが、押出し加工性と摩
擦溶接性に問題がある。
【００１６】Ｎo.３のＭｇ量が０.４〜１.２ｗｔ％とＮ
o.１とほぼ同じでもＳｉ量が０.６ｗｔ％以下で、Ｍｎ
量が１.０〜１.５ｗｔ％と高いアルミ合金（ＪＩＳ規格
Ａ３０００系相当）は押出し加工性と摩擦溶接性に優れ
ているが、車両として適用する場合の機械的強度の点で
問題がある。Ｎo.４のＳｉ量が０.４ｗｔ％ 以下でＭｇ
量が４.０〜４.９ｗｔ％のアルミ合金（ＪＩＳ規格Ａ５
０００系相当）は、機械的強度には優れているが、押出
し加工性の点で問題がある。Ｎo.５のＳｉ量が０.４ｗ
ｔ％以下でＭｇ量が２〜２.９ｗｔ％のアルミ合金（Ｊ
ＩＳ規格Ａ７０００系相当）は、機械的強度には優れて
いるが、押出し加工性と摩擦溶接性の点で問題がある。
o.１とほぼ同じでもＳｉ量が０.６ｗｔ％以下で、Ｍｎ
量が１.０〜１.５ｗｔ％と高いアルミ合金（ＪＩＳ規格
Ａ３０００系相当）は押出し加工性と摩擦溶接性に優れ
ているが、車両として適用する場合の機械的強度の点で
問題がある。Ｎo.４のＳｉ量が０.４ｗｔ％ 以下でＭｇ
量が４.０〜４.９ｗｔ％のアルミ合金（ＪＩＳ規格Ａ５
０００系相当）は、機械的強度には優れているが、押出
し加工性の点で問題がある。Ｎo.５のＳｉ量が０.４ｗ
ｔ％以下でＭｇ量が２〜２.９ｗｔ％のアルミ合金（Ｊ
ＩＳ規格Ａ７０００系相当）は、機械的強度には優れて
いるが、押出し加工性と摩擦溶接性の点で問題がある。
【００１７】前記のごとく、摩擦溶接性，押し出し加工
性，機械的強度のいずれにも優れているアルミ合金は、
Ｎo.１のＳｉ量が０.４〜０.９ｗｔ％とＭｇ量が０.４
〜１.２ｗｔ％ を主組成とするアルミ合金（ＪＩＳ規格
Ａ６０００系に相当）を溶体化熱処理と時効硬化熱処理
を施したものである。前記アルミ合金を摩擦溶接により
製作された車両は歪みが少なく、軽量、かつ、信頼性が
高い。
性，機械的強度のいずれにも優れているアルミ合金は、
Ｎo.１のＳｉ量が０.４〜０.９ｗｔ％とＭｇ量が０.４
〜１.２ｗｔ％ を主組成とするアルミ合金（ＪＩＳ規格
Ａ６０００系に相当）を溶体化熱処理と時効硬化熱処理
を施したものである。前記アルミ合金を摩擦溶接により
製作された車両は歪みが少なく、軽量、かつ、信頼性が
高い。
【００１８】図１は鉄道車両用の側外板の一部を摩擦溶
接法により溶接している車両構造体の斜視図を示す。車
両の側外板１と側外板２との溶接開先線３の中心に回転
ツール４を挿入し、回転させながら溶接方向に移動する
ことにより溶接部５が形成される。
接法により溶接している車両構造体の斜視図を示す。車
両の側外板１と側外板２との溶接開先線３の中心に回転
ツール４を挿入し、回転させながら溶接方向に移動する
ことにより溶接部５が形成される。
【００１９】図２は図１の溶接部近傍の一部を拡大した
断面構造を示す。図２に示すごとく、側外板１と側外板
２は裏当て板６に固定される。この裏当て板６の溶接部
直下には、溝７が設けられている。この溝７の中に溶接
部５の裏側の一部が形成される。これにより、溶接部の
裏面に未溶接部を形成することなく、健全な溶接ができ
る。
断面構造を示す。図２に示すごとく、側外板１と側外板
２は裏当て板６に固定される。この裏当て板６の溶接部
直下には、溝７が設けられている。この溝７の中に溶接
部５の裏側の一部が形成される。これにより、溶接部の
裏面に未溶接部を形成することなく、健全な溶接ができ
る。
【００２０】本実施例におけるアルミ合金の材料は、下
記の組成（重量）からなるアルミ合金を押出し加工後、
溶体化熱処理と時効硬化熱処理を施したものである。
記の組成（重量）からなるアルミ合金を押出し加工後、
溶体化熱処理と時効硬化熱処理を施したものである。
【００２１】Ｓｉ：０.４０〜０.８％，Ｆｅ：０.７％
以下(０.１〜０.６％が好ましい），Ｃｕ：０.１５〜
０.４０％，Ｍｎ：０.１５％以下(０.０５〜０.１３％
が好ましい），Ｍｇ：０.８〜１.２％，Ｃｒ：０.０４
〜３５％，Ｚｎ：０.２５％以下（０.０５〜０.２０％
が好ましい），Ｔｉ：０.１０％以下(０.０３〜０.１０
％が好ましい)，その他の金属：０.１５％以下(０.０３
〜０.１０％が好ましい)。なお、前記組成からなるアル
ミ合金は、日本工業規格（ＪＩＳ）の合金番号でＡ６０
６１に相当する。前記アルミ合金の熱処理後の機械的特
性は、引張り強さ：３０kg／mm2 ，耐力：２５kg／mm，
伸び：１３％である。
以下(０.１〜０.６％が好ましい），Ｃｕ：０.１５〜
０.４０％，Ｍｎ：０.１５％以下(０.０５〜０.１３％
が好ましい），Ｍｇ：０.８〜１.２％，Ｃｒ：０.０４
〜３５％，Ｚｎ：０.２５％以下（０.０５〜０.２０％
が好ましい），Ｔｉ：０.１０％以下(０.０３〜０.１０
％が好ましい)，その他の金属：０.１５％以下(０.０３
〜０.１０％が好ましい)。なお、前記組成からなるアル
ミ合金は、日本工業規格（ＪＩＳ）の合金番号でＡ６０
６１に相当する。前記アルミ合金の熱処理後の機械的特
性は、引張り強さ：３０kg／mm2 ，耐力：２５kg／mm，
伸び：１３％である。
【００２２】前記アルミ合金を押出し加工により、厚さ
は４mm、幅は５００mm、長さは２０mmに加工したリム構
造のものである。
は４mm、幅は５００mm、長さは２０mmに加工したリム構
造のものである。
【００２３】なお、摩擦溶接用の回転ツール４は実施的
に溶接材より硬い材質で作られる。本実施例では、Ｎｉ
基の耐熱鋼を使用している。回転ツール４はツールの太
い部分（以下、ショルダー部と記述）の直径（Ｄ）は細
い部分（以下、ツール先端と記述）の直径（ｄ）より少
なくとも２〜３倍以上太くなっている。また、ツール先
端部には通常のＭネジが設けらている。なお、本実施例
におけるツールのショルダー径（Ｄ）は１５mm、先端径
（ｄ）は５mm、ツールの回転数は１５００rpm、溶接速
度は４００mm／min である。
に溶接材より硬い材質で作られる。本実施例では、Ｎｉ
基の耐熱鋼を使用している。回転ツール４はツールの太
い部分（以下、ショルダー部と記述）の直径（Ｄ）は細
い部分（以下、ツール先端と記述）の直径（ｄ）より少
なくとも２〜３倍以上太くなっている。また、ツール先
端部には通常のＭネジが設けらている。なお、本実施例
におけるツールのショルダー径（Ｄ）は１５mm、先端径
（ｄ）は５mm、ツールの回転数は１５００rpm、溶接速
度は４００mm／min である。
【００２４】図３は前記方法により溶接された溶接部の
断面を示す。図４は図３のように摩擦溶接された構造体
をさらに複数溶接して製作した鉄道車両の斜視図を示
す。溶接線１１及び８が摩擦溶接部である。なお、図３
の車両ではアーク溶接法により一部溶接されている。９
及び１０がアーク溶接部である。
断面を示す。図４は図３のように摩擦溶接された構造体
をさらに複数溶接して製作した鉄道車両の斜視図を示
す。溶接線１１及び８が摩擦溶接部である。なお、図３
の車両ではアーク溶接法により一部溶接されている。９
及び１０がアーク溶接部である。
【００２５】図５は比較の押出し成形によって製作され
た内部に中空を有する押出し型材（以下、押出し型材と
記述）の構造と回転ツールの配置を示す。図６は図５の
溶接部の一部をＨだけ高くした本発明の断面構造を示
す。図５は前述の結果を踏まえて、接合したものに対し
て、図６では溶接部の一部をＨだけ高くしたものであ
る。図５に示すごとく、押出し型材の溶接は、一方の押
出し型材１２の端部１４が他方の型材１３の端部１５と
お互いに重なった状態で配置されて溶接される。つま
り、一方の押出し型材１２の端部１４を他方の押出し型
材１３の端部１５で支える構造である。これにより溶接
の開先線のギャップが大きく開いた場合でも塑性流動で
軟化した金属の下方への流れを押出し型材の端部の重な
り部分１６で阻止できる。これにより、ギャップが大き
い場合でも溶接部に欠陥発生せず、溶接部の信頼性が向
上する。
た内部に中空を有する押出し型材（以下、押出し型材と
記述）の構造と回転ツールの配置を示す。図６は図５の
溶接部の一部をＨだけ高くした本発明の断面構造を示
す。図５は前述の結果を踏まえて、接合したものに対し
て、図６では溶接部の一部をＨだけ高くしたものであ
る。図５に示すごとく、押出し型材の溶接は、一方の押
出し型材１２の端部１４が他方の型材１３の端部１５と
お互いに重なった状態で配置されて溶接される。つま
り、一方の押出し型材１２の端部１４を他方の押出し型
材１３の端部１５で支える構造である。これにより溶接
の開先線のギャップが大きく開いた場合でも塑性流動で
軟化した金属の下方への流れを押出し型材の端部の重な
り部分１６で阻止できる。これにより、ギャップが大き
い場合でも溶接部に欠陥発生せず、溶接部の信頼性が向
上する。
【００２６】一方、図６に示すごとく、溶接部の一部が
Ｈだけ高くなっている。これは回転ツールにより溶接部
の一部が切削され、溶接部の表面に凹みが生じるため、
切削されて厚さが減少する分、予め、高くしている。本
実施例における高さ（Ｈ）は１mmである。高い部分の幅
（Ｗ）は回転ツールの太い部分の径（Ｄ）とほぼ同じく
らいが望ましい。
Ｈだけ高くなっている。これは回転ツールにより溶接部
の一部が切削され、溶接部の表面に凹みが生じるため、
切削されて厚さが減少する分、予め、高くしている。本
実施例における高さ（Ｈ）は１mmである。高い部分の幅
（Ｗ）は回転ツールの太い部分の径（Ｄ）とほぼ同じく
らいが望ましい。
【００２７】本実施例におけるアルミ合金の材料は、下
記の組成（重量）からなるアルミ合金を押出し加工後、
溶体化熱処理と時効硬化熱処理を施したものである。以
下の元素は前述と同様の好ましい含有量とすることがで
きる。
記の組成（重量）からなるアルミ合金を押出し加工後、
溶体化熱処理と時効硬化熱処理を施したものである。以
下の元素は前述と同様の好ましい含有量とすることがで
きる。
【００２８】
Ｓｉ：０.４〜０.９％ Ｆｅ：０.３５％以下 Ｃ
ｕ：０.３５％以下 Ｍｎ：０.５０％以下 Ｍｇ：０.４０〜０.８％ Ｃ
ｒ：０.３０％以下 Ｚｎ：０.２５％以下 Ｔｉ：０.１０％以下 その他、Ａｌ以外の金属：０.１５％以下 なお、前記組成からなるアルミ合金は、日本工業規格
（ＪＩＳ）の合金番号でＡ６Ｎ０１に相当する。前記ア
ルミ合金の熱処理後の機械的特性は、引張り強さ：２９
kg／mm2 ，耐力：２５kg／mm，伸び：１２％である。
ｕ：０.３５％以下 Ｍｎ：０.５０％以下 Ｍｇ：０.４０〜０.８％ Ｃ
ｒ：０.３０％以下 Ｚｎ：０.２５％以下 Ｔｉ：０.１０％以下 その他、Ａｌ以外の金属：０.１５％以下 なお、前記組成からなるアルミ合金は、日本工業規格
（ＪＩＳ）の合金番号でＡ６Ｎ０１に相当する。前記ア
ルミ合金の熱処理後の機械的特性は、引張り強さ：２９
kg／mm2 ，耐力：２５kg／mm，伸び：１２％である。
【００２９】このアルミ合金を２５ｍの長さに押出し加
工後、溶体化熱処理と時効硬化熱処理を施した。また、
本実施例における溶接条件は、実施例１と同じである。
工後、溶体化熱処理と時効硬化熱処理を施した。また、
本実施例における溶接条件は、実施例１と同じである。
【００３０】図７は図６の方法により摩擦溶接された溶
接部５の断面を示す。図７に示すように摩擦溶接された
構造体をさらに複数溶接して図４に示したような鉄道車
両を製作した。
接部５の断面を示す。図７に示すように摩擦溶接された
構造体をさらに複数溶接して図４に示したような鉄道車
両を製作した。
【００３１】図８は押出し成形によって製作された車両
の床板同士を前記摩擦溶接法により溶接する場合の溶接
継手構造を示す。図８の特徴は、溶接開先の内部がはめ
込み構造になっている点である。この構造により溶接の
セッテングが容易になる。さらに、塑性流動で軟化した
金属がツールによって下部に押し出され、溶接部内部に
欠陥が発生することを防止できる。
の床板同士を前記摩擦溶接法により溶接する場合の溶接
継手構造を示す。図８の特徴は、溶接開先の内部がはめ
込み構造になっている点である。この構造により溶接の
セッテングが容易になる。さらに、塑性流動で軟化した
金属がツールによって下部に押し出され、溶接部内部に
欠陥が発生することを防止できる。
【００３２】本実施例におけるアルミ合金の材料は、下
記の組成（重量）からなるアルミ合金を押出し加工後、
溶体化熱処理と時効硬化熱処理を施したものである。
記の組成（重量）からなるアルミ合金を押出し加工後、
溶体化熱処理と時効硬化熱処理を施したものである。
【００３３】
Ｓｉ：０.４〜０.９％ Ｆｅ：０.３５％以下 Ｃ
ｕ：０.３５％以下 Ｍｎ：０.５０％以下 Ｍｇ：０.４０〜０.８％ Ｃ
ｒ：０.３０％以下 Ｚｎ：０.２５％以下 Ｔｉ：０.１０％以下 その他、Ａｌ以外の金属：０.１５％以下 なお、前記組成からなるアルミ合金は、日本工業規格
（ＪＩＳ）の合金番号でＡ６Ｎ０１に相当する。前記ア
ルミ合金の熱処理後の機械的特性は、引張り強さ：２９
kg／mm2 ，耐力：２８kg／mm，伸び：１２％である。
ｕ：０.３５％以下 Ｍｎ：０.５０％以下 Ｍｇ：０.４０〜０.８％ Ｃ
ｒ：０.３０％以下 Ｚｎ：０.２５％以下 Ｔｉ：０.１０％以下 その他、Ａｌ以外の金属：０.１５％以下 なお、前記組成からなるアルミ合金は、日本工業規格
（ＪＩＳ）の合金番号でＡ６Ｎ０１に相当する。前記ア
ルミ合金の熱処理後の機械的特性は、引張り強さ：２９
kg／mm2 ，耐力：２８kg／mm，伸び：１２％である。
【００３４】このアルミ合金を１５ｍの長さに押出し加
工後、溶体化熱処理と時効硬化熱処理を施した。また、
本実施例における溶接条件は、実施例１と同じである。
工後、溶体化熱処理と時効硬化熱処理を施した。また、
本実施例における溶接条件は、実施例１と同じである。
【００３５】本発明は、重量で、Ｓｉ０.４〜０.９％及
びＭｇ０.４〜１.２％を含むアルミ合金を摩擦撹拌溶接
によって製作され鉄道車両を得ることができるものであ
る。
びＭｇ０.４〜１.２％を含むアルミ合金を摩擦撹拌溶接
によって製作され鉄道車両を得ることができるものであ
る。
【００３６】
【発明の効果】本発明によって、溶接歪みの少なく、か
つ、軽量構造で信頼性の高い溶接構造物、特に鉄道用の
高速車両が製作できる。
つ、軽量構造で信頼性の高い溶接構造物、特に鉄道用の
高速車両が製作できる。
【図１】車両用構体の製作方法を示す斜視図。
【図２】図１の溶接部を拡大した断面図。
【図３】図２の溶接部の断面図。
【図４】本発明に係る摩擦溶接による方法で製作した車
両の斜視図。
両の斜視図。
【図５】車両用として押出し加工方法により製作された
中空構造体の断面構造と摩擦溶接による接合方法を示す
断面図。
中空構造体の断面構造と摩擦溶接による接合方法を示す
断面図。
【図６】本発明の溶接継手構造を示す断面図。
【図７】図６の溶接後の断面図。
【図８】床板同士の溶接継ぎ手構造の断面図。
１，２…側外板、３…溶接開先線、４…回転ツール、５
…溶接部、６…裏当て板、７…溝、８，９，１０，１１
…溶接線、１２，１３…押出し型材、１４，１５…端
部、１６…重なり部分。
…溶接部、６…裏当て板、７…溝、８，９，１０，１１
…溶接線、１２，１３…押出し型材、１４，１５…端
部、１６…重なり部分。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 青田 欣也
山口県下松市大字東豊井794番地 株式
会社 日立製作所 笠戸工場内
(72)発明者 江角 昌邦
山口県下松市大字東豊井794番地 株式
会社 日立製作所 笠戸工場内
(72)発明者 石丸 靖男
山口県下松市大字東豊井794番地 株式
会社 日立製作所 笠戸工場内
(56)参考文献 特開 平10−216964（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−263852（ＪＰ，Ａ)
Ｃ．Ｊ．Ｄａｗｅｓ，Ａｎ ｉｎｔｒ
ｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｆｒｉｃｔｉ
ｏｎ ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ ａｎ
ｄ ｉｔｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ,
Ｗｅｌｄｉｎｇ ＆ Ｍｅｔａｌ Ｆａ
ｂｒｉｃａｔｉｏｎ，英国，Ｉｎｔｅｒ
ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｒａｄｅ Ｐｕｂ
ｌｉｃａｔｉｏｎ Ｌｔｄ，1995年２月
13日，第63巻，第１号，ｐ．13−14,
16，国立国会図書館平成７年２月13日受
入
日本規格協会 編，ＪＩＳハンドブッ
ク 非鉄，日本，財団法人日本規格協
会，1995年４月20日，第１版，Ｐ．443
−444
軽金属車両委員会 編，軽金属車両委
員会報告書 昭和53年−昭和58年，日
本，社団法人日本鉄道車輛工業会 社団
法人軽金属協会，1984年７月15日，Ｐ.
193−196
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 20/12
Claims (4)
- 【請求項１】重量で、Ｓｉ０.４〜０.９％及びＭｇ０.
４〜１.２％を含むアルミニウム基合金の中空押出し型
材よりなる部材同士が回転ツールの挿入による摩擦溶接
によって突合せ接合されており、該突合せ接合部の前記
部材の一方の端部が他方の部材の端部に重なっており、
前記部材の両者は前記接合前に前記接合部の一部が非接
合部表面より前記回転ツールの挿入側で高くなっている
ことを特徴とする溶接構造物。 - 【請求項２】請求項１において、前記部材は前記一部の
高さが０.５ 〜３mmであることを特徴とする溶接構造
物。 - 【請求項３】重量で、Ｓｉ０.４〜０.９％及びＭｇ０.
４〜１.２％を含むアルミニウム基合金の中空押出し型
材よりなる部材同士を回転ツールの挿入による摩擦溶接
によって突合せ接合する溶接構造物の製造法であって、
前記突合せ接合部の前記部材の一方の端部を他方の部材
の端部に重ねると共に、前記部材の両者の接合前の前記
接合部の一部を非接合部表面より前記回転ツールの挿入
側で高くし、該高くなっている側に前記回転ツールを挿
入することを特徴とする溶接構造物の製造法。 - 【請求項４】請求項３において、前記部材は前記一部の
高さが０.５ 〜３mmであることを特徴とする溶接構造物
の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15474897A JP3394156B2 (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | 溶接構造物とその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15474897A JP3394156B2 (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | 溶接構造物とその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH115180A JPH115180A (ja) | 1999-01-12 |
| JP3394156B2 true JP3394156B2 (ja) | 2003-04-07 |
Family
ID=15591058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15474897A Expired - Lifetime JP3394156B2 (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | 溶接構造物とその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3394156B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002018696A (ja) * | 2000-06-14 | 2002-01-22 | Alcoa Inc | 航空機部分として使用するアルミニュームあるいはアルミニューム合金の面を滑らかにする方法とそのような航空機部分 |
| US6780525B2 (en) * | 2001-12-26 | 2004-08-24 | The Boeing Company | High strength friction stir welding |
| WO2005105360A1 (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Tokyu Car Corporation | 金属材の接合方法 |
| CN103567625B (zh) * | 2012-07-19 | 2017-04-12 | 住友轻金属工业株式会社 | 用于焊接铝合金部件的方法和由其制造的铝合金板 |
| CN113070648B (zh) * | 2021-04-14 | 2022-07-15 | 辽宁忠旺集团有限公司 | 一种航空座椅框架加工工艺 |
-
1997
- 1997-06-12 JP JP15474897A patent/JP3394156B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Ｃ．Ｊ．Ｄａｗｅｓ，Ａｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ ａｎｄ ｉｔｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ｗｅｌｄｉｎｇ ＆ Ｍｅｔａｌ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，英国，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｒａｄｅ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ Ｌｔｄ，１９９５年２月１３日，第６３巻，第１号，ｐ．１３−１４，１６，国立国会図書館平成７年２月１３日受入 |
| 日本規格協会 編，ＪＩＳハンドブック 非鉄，日本，財団法人日本規格協会，１９９５年４月２０日，第１版，Ｐ．４４３−４４４ |
| 軽金属車両委員会 編，軽金属車両委員会報告書 昭和５３年−昭和５８年，日本，社団法人日本鉄道車輛工業会 社団法人軽金属協会，１９８４年７月１５日，Ｐ．１９３−１９６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH115180A (ja) | 1999-01-12 |
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