JP3409761B2 - 厚肉部材の摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
厚肉部材の摩擦攪拌接合方法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
- B23K20/1245—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 characterised by the apparatus
- B23K20/1255—Tools therefor, e.g. characterised by the shape of the probe
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、厚肉の被接合部材を摩
擦攪拌接合する方法に関する。
擦攪拌接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】摩擦攪拌接合では、被接合部材の突合せ
面に回転ツールを挿入し、回転ツールを回転させながら
突合せ線上を移動させ、回転ツール近傍のメタルを塑性
流動させることにより被接合部材を相互に接合してい
る。具体的には、図１に示すように回転ツール１のショ
ルダ２を被接合部材に若干押し込んだ状態で回転ツール
１を回転させ、被接合部材Ｍを接合する。ショルダ２の
押込みにより、空洞欠陥等の原因となるメタルの流出が
防止される。また、突合せ線に沿って回転ツール１を移
動させるとき、ショルダ２の最前方位置が被接合部材Ｍ
と干渉しないように、移動方向Ｄに先端部が突き出す状
態で回転ツール１を３度程度傾ける。移動方向Ｄに関し
ショルダ２の後端部が被接合部材Ｍに押し込まれた状態
で被接合部材Ｍが摩擦攪拌接合されるため、ショルダ２
の押込み深さに相当する凹部Ｃが接合表面に生じる（図
２）。
面に回転ツールを挿入し、回転ツールを回転させながら
突合せ線上を移動させ、回転ツール近傍のメタルを塑性
流動させることにより被接合部材を相互に接合してい
る。具体的には、図１に示すように回転ツール１のショ
ルダ２を被接合部材に若干押し込んだ状態で回転ツール
１を回転させ、被接合部材Ｍを接合する。ショルダ２の
押込みにより、空洞欠陥等の原因となるメタルの流出が
防止される。また、突合せ線に沿って回転ツール１を移
動させるとき、ショルダ２の最前方位置が被接合部材Ｍ
と干渉しないように、移動方向Ｄに先端部が突き出す状
態で回転ツール１を３度程度傾ける。移動方向Ｄに関し
ショルダ２の後端部が被接合部材Ｍに押し込まれた状態
で被接合部材Ｍが摩擦攪拌接合されるため、ショルダ２
の押込み深さに相当する凹部Ｃが接合表面に生じる（図
２）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、回転ツール
１は、強度，駆動力等の制約を受けることから大きさが
制限され、接合部Ｗの深さを決めるピン３の長さにも限
界がある。そのため、厚肉の被接合部材Ｍでは、１パス
で摩擦攪拌接合できないことがある。このような場合、
第１面から被接合部材Ｍを摩擦攪拌接合した後、反対面
から回転ツール１のショルダ２及びピン３を被接合部材
Ｍの突合せ面に押し込んで摩擦攪拌接合する方法が採ら
れる。しかし、接合部Ｗの第１面には、１回目の摩擦攪
拌接合で凹部Ｃが生じている。凹部Ｃのある被接合部材
Ｍを反対面から摩擦攪拌接合するとき、被接合部材Ｍと
裏当て材との間に隙間が生じる。反対面側からの摩擦攪
拌接合時に隙間は減少するものの、隙間減少にメタルが
消費され、接合部Ｗへのメタル供給が不足しがちにな
る。その結果、接合部Ｗに空洞欠陥Ｆが発生することが
ある（図３）。
１は、強度，駆動力等の制約を受けることから大きさが
制限され、接合部Ｗの深さを決めるピン３の長さにも限
界がある。そのため、厚肉の被接合部材Ｍでは、１パス
で摩擦攪拌接合できないことがある。このような場合、
第１面から被接合部材Ｍを摩擦攪拌接合した後、反対面
から回転ツール１のショルダ２及びピン３を被接合部材
Ｍの突合せ面に押し込んで摩擦攪拌接合する方法が採ら
れる。しかし、接合部Ｗの第１面には、１回目の摩擦攪
拌接合で凹部Ｃが生じている。凹部Ｃのある被接合部材
Ｍを反対面から摩擦攪拌接合するとき、被接合部材Ｍと
裏当て材との間に隙間が生じる。反対面側からの摩擦攪
拌接合時に隙間は減少するものの、隙間減少にメタルが
消費され、接合部Ｗへのメタル供給が不足しがちにな
る。その結果、接合部Ｗに空洞欠陥Ｆが発生することが
ある（図３）。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、反対面側からの
摩擦攪拌接合する際のショルダ押込み量を規制すること
により、比較的多量のメタルを生成させて隙間減少に消
費される分を補償し、空洞欠陥のない健全な接合部を形
成することをを目的とする。本発明の摩擦攪拌接合方法
は、その目的を達成するため、被接合部材の第１面側か
ら回転ツールのピン及びショルダを接合面に押し込んで
厚さ方向中間位置まで摩擦攪拌接合した後、第１面側か
らの押込み量よりも大きな押込み量でショルダを反対面
側から接合面に押し込み、厚さ方向に関して残りの未接
合部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。第１面側か
らのショルダの押込み量は、０．１〜０．３ｍｍの範囲
に設定することが好ましい。反対面側からのショルダの
押込み量は、第１面側からのショルダ部の押込み量に比
較して１．２〜２．５倍の範囲に設定することが好まし
い。この方法で摩擦攪拌接合された被接合部材は、第１
面の平坦度が良好なため、第１面を意匠面とするパネル
として使用できる。
題を解消すべく案出されたものであり、反対面側からの
摩擦攪拌接合する際のショルダ押込み量を規制すること
により、比較的多量のメタルを生成させて隙間減少に消
費される分を補償し、空洞欠陥のない健全な接合部を形
成することをを目的とする。本発明の摩擦攪拌接合方法
は、その目的を達成するため、被接合部材の第１面側か
ら回転ツールのピン及びショルダを接合面に押し込んで
厚さ方向中間位置まで摩擦攪拌接合した後、第１面側か
らの押込み量よりも大きな押込み量でショルダを反対面
側から接合面に押し込み、厚さ方向に関して残りの未接
合部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。第１面側か
らのショルダの押込み量は、０．１〜０．３ｍｍの範囲
に設定することが好ましい。反対面側からのショルダの
押込み量は、第１面側からのショルダ部の押込み量に比
較して１．２〜２．５倍の範囲に設定することが好まし
い。この方法で摩擦攪拌接合された被接合部材は、第１
面の平坦度が良好なため、第１面を意匠面とするパネル
として使用できる。
【０００５】
【作用】厚肉の被接合部材Ｍを表裏両面から摩擦攪拌接
合するとき、前述したように第１面側からの摩擦攪拌接
合で生じた凹部Ｃが接合部Ｗのメタル不足をもたらし、
空洞欠陥Ｆが発生しやすい。そこで、本発明者等は、凹
部Ｃが接合部Ｗのメタル不足に及ぼす影響を種々調査・
研究した結果、反対面側からの摩擦攪拌接合に際しショ
ルダ押込み量を大きく設定するとき、凹部Ｃに起因する
メタル不足を解消する十分量のメタルが接合部Ｗに供給
され、空洞欠陥Ｆがない健全な接合部Ｗが形成されるこ
とを見出した。なお、本明細書では、回転ツール１の回
転中心軸Ｘ−Ｘを含み、回転ツール１がある側の被接合
部材Ｍの表面及び移動方向Ｄに直角に交わる断面におい
て、ショルダ２の最深部から当該表面までの距離ｄをい
う（図４）。
合するとき、前述したように第１面側からの摩擦攪拌接
合で生じた凹部Ｃが接合部Ｗのメタル不足をもたらし、
空洞欠陥Ｆが発生しやすい。そこで、本発明者等は、凹
部Ｃが接合部Ｗのメタル不足に及ぼす影響を種々調査・
研究した結果、反対面側からの摩擦攪拌接合に際しショ
ルダ押込み量を大きく設定するとき、凹部Ｃに起因する
メタル不足を解消する十分量のメタルが接合部Ｗに供給
され、空洞欠陥Ｆがない健全な接合部Ｗが形成されるこ
とを見出した。なお、本明細書では、回転ツール１の回
転中心軸Ｘ−Ｘを含み、回転ツール１がある側の被接合
部材Ｍの表面及び移動方向Ｄに直角に交わる断面におい
て、ショルダ２の最深部から当該表面までの距離ｄをい
う（図４）。
【０００６】第１面からのショルダの押込み量ｄ1は、
接合部Ｗに十分なメタルを供給することから０．１〜
０．３ｍｍの範囲に設定することが好ましい。押込み量
ｄ1が０．１ｍｍ未満では十分なメタルが接合部Ｗに供
給されず、接合不良になりやすい。逆に０．３ｍｍを超
える押込み量ｄ1では、バリ発生量が過剰になり、以後
のバリ除去工程での負担が大きくなる。反対面側からの
ショルダ２の押込み量ｄ2は、第１面側からの押込み量
ｄ1の１．２〜２．５倍にするとき、空洞欠陥Ｆの発生
が最も効果的に抑制され、且つ第１面側が意匠面として
利用できる程度に平坦化する。押込み量ｄ2が押込み量
ｄ1の１．２倍に達しないと、凹部Ｃに起因するメタル
不足の影響が現れ、接合部Ｗに空洞欠陥Ｆが発生しやす
くなる。逆に、押込み量ｄ1の２．５倍を超える押込み
量ｄ2では、バリが過剰に発生し、以後のバリ除去工程
での負担が大きくなる。
接合部Ｗに十分なメタルを供給することから０．１〜
０．３ｍｍの範囲に設定することが好ましい。押込み量
ｄ1が０．１ｍｍ未満では十分なメタルが接合部Ｗに供
給されず、接合不良になりやすい。逆に０．３ｍｍを超
える押込み量ｄ1では、バリ発生量が過剰になり、以後
のバリ除去工程での負担が大きくなる。反対面側からの
ショルダ２の押込み量ｄ2は、第１面側からの押込み量
ｄ1の１．２〜２．５倍にするとき、空洞欠陥Ｆの発生
が最も効果的に抑制され、且つ第１面側が意匠面として
利用できる程度に平坦化する。押込み量ｄ2が押込み量
ｄ1の１．２倍に達しないと、凹部Ｃに起因するメタル
不足の影響が現れ、接合部Ｗに空洞欠陥Ｆが発生しやす
くなる。逆に、押込み量ｄ1の２．５倍を超える押込み
量ｄ2では、バリが過剰に発生し、以後のバリ除去工程
での負担が大きくなる。
【０００７】
【実施例】幅１５０ｍｍ，長さ４００ｍｍ，厚さ１５ｍ
ｍのＪＩＳ Ａ６０６３アルミニウム合金の押出形材２
枚を長さ方向に沿って、幅３００ｍｍ，長さ４００ｍ
ｍ，厚さ１５ｍｍの一枚板となるように突き合わせ、架
台上に固定した。直径１５ｍｍのショルダ２及び直径８
ｍｍ，長さ７．５ｍｍのピン３を備えた回転ツール１を
使用し、押込み量ｄ1＝０．２ｍｍで被接合部材Ｍの第
１面側からショルダ２を押し込み、回転数３６００ｒｐ
ｍ，接合速度５００ｍｍ／分で被接合部材Ｍを摩擦攪拌
接合した。摩擦攪拌接合後に接合部Ｗの断面を観察した
ところ、第１面から７．７ｍｍの深さまで被接合部材Ｍ
が接合されていた。また、第１面の接合部Ｗには、最大
深度０．５ｍｍの凹部Ｃが形成されていた。
ｍのＪＩＳ Ａ６０６３アルミニウム合金の押出形材２
枚を長さ方向に沿って、幅３００ｍｍ，長さ４００ｍ
ｍ，厚さ１５ｍｍの一枚板となるように突き合わせ、架
台上に固定した。直径１５ｍｍのショルダ２及び直径８
ｍｍ，長さ７．５ｍｍのピン３を備えた回転ツール１を
使用し、押込み量ｄ1＝０．２ｍｍで被接合部材Ｍの第
１面側からショルダ２を押し込み、回転数３６００ｒｐ
ｍ，接合速度５００ｍｍ／分で被接合部材Ｍを摩擦攪拌
接合した。摩擦攪拌接合後に接合部Ｗの断面を観察した
ところ、第１面から７．７ｍｍの深さまで被接合部材Ｍ
が接合されていた。また、第１面の接合部Ｗには、最大
深度０．５ｍｍの凹部Ｃが形成されていた。
【０００８】次いで、被接合部材Ｍを架台上で反転さ
せ、押込み量ｄ2を変える以外は同様な条件下で反対面
側からショルダ２及びピン３を押し込み、被接合部材Ｍ
を摩擦攪拌接合し、被接合部材Ｍの厚み方向全域に渡る
接合部Ｗを形成した。形成された接合部Ｗの断面を観察
したところ、押込み量ｄ2を押込み量ｄ1の１．２〜２．
５倍の範囲に維持した本発明例では、表１に示すように
空洞欠陥Ｆのない健全な接合部Ｗであった。接合部Ｗに
生じたバリも少なく、第１面側に生じていた凹部Ｃも最
大深度が０．１ｍｍと浅くなり、接合後の僅かなバリ除
去作業で第１面を意匠面として十分に使用できた。
せ、押込み量ｄ2を変える以外は同様な条件下で反対面
側からショルダ２及びピン３を押し込み、被接合部材Ｍ
を摩擦攪拌接合し、被接合部材Ｍの厚み方向全域に渡る
接合部Ｗを形成した。形成された接合部Ｗの断面を観察
したところ、押込み量ｄ2を押込み量ｄ1の１．２〜２．
５倍の範囲に維持した本発明例では、表１に示すように
空洞欠陥Ｆのない健全な接合部Ｗであった。接合部Ｗに
生じたバリも少なく、第１面側に生じていた凹部Ｃも最
大深度が０．１ｍｍと浅くなり、接合後の僅かなバリ除
去作業で第１面を意匠面として十分に使用できた。
【０００９】これに対し、同じ押込み量（ｄ1，ｄ2＝
０．２ｍｍ）で表裏両面から被接合部材Ｍを摩擦攪拌接
合した比較例１では、接合部Ｗに空洞欠陥Ｆが検出さ
れ、接合強度も低い値を示した。逆に反対面側での押込
み量をｄ2＝０．６ｍｍと大きくした比較例２では、多
量のバリが発生し、摩擦攪拌接合後にバリを除去する負
担が大きくなった。また、第１面及び反対面に対する押
込み量を共に小さくした比較例３では、摩擦攪拌接合時
に接合部Ｗに供給されるメタル量が不足したことから、
接合部Ｗに空洞欠陥Ｆが検出された。逆に第１面及び反
対面に対する押込み量を共に大きくした比較例４では、
過剰にバリが発生した接合部Ｗが形成された。この対比
から明らかなように、第１面側での押込み量ｄ1を適正
に（好ましくは０．１〜０．３ｍｍ）に維持し、反対面
側での押込み量ｄ2をｄ1×（１．２〜２．５）の範囲に
維持するとき、空洞欠陥Ｆのない健全な接合部Ｗが得ら
れ、第１面側を意匠面として使用可能なことが確認され
た。
０．２ｍｍ）で表裏両面から被接合部材Ｍを摩擦攪拌接
合した比較例１では、接合部Ｗに空洞欠陥Ｆが検出さ
れ、接合強度も低い値を示した。逆に反対面側での押込
み量をｄ2＝０．６ｍｍと大きくした比較例２では、多
量のバリが発生し、摩擦攪拌接合後にバリを除去する負
担が大きくなった。また、第１面及び反対面に対する押
込み量を共に小さくした比較例３では、摩擦攪拌接合時
に接合部Ｗに供給されるメタル量が不足したことから、
接合部Ｗに空洞欠陥Ｆが検出された。逆に第１面及び反
対面に対する押込み量を共に大きくした比較例４では、
過剰にバリが発生した接合部Ｗが形成された。この対比
から明らかなように、第１面側での押込み量ｄ1を適正
に（好ましくは０．１〜０．３ｍｍ）に維持し、反対面
側での押込み量ｄ2をｄ1×（１．２〜２．５）の範囲に
維持するとき、空洞欠陥Ｆのない健全な接合部Ｗが得ら
れ、第１面側を意匠面として使用可能なことが確認され
た。
【００１０】
【００１１】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、厚肉の被接合部材Ｍを摩擦攪拌接合するとき、第１
面側のショルダ押込み量よりも反対面側のショルダ押込
み量を大きく設定することにより、第１面側からの摩擦
攪拌接合で生じた凹部に起因するメタル不足を解消し、
空洞欠陥のない健全な接合部を形成している。このよう
にして形成された接合部は、反対面側からの摩擦攪拌接
合時に凹部が減少して平坦化するため、第１面を意匠面
としたパネルとしても使用できる。
は、厚肉の被接合部材Ｍを摩擦攪拌接合するとき、第１
面側のショルダ押込み量よりも反対面側のショルダ押込
み量を大きく設定することにより、第１面側からの摩擦
攪拌接合で生じた凹部に起因するメタル不足を解消し、
空洞欠陥のない健全な接合部を形成している。このよう
にして形成された接合部は、反対面側からの摩擦攪拌接
合時に凹部が減少して平坦化するため、第１面を意匠面
としたパネルとしても使用できる。
【図１】 被接合部材を摩擦攪拌接合しているときの断
面図
面図
【図２】 接合部の回転ツール側に生じた凹部を示す断
面図
面図
【図３】 厚肉の被接合部材を摩擦攪拌接合したときに
生じがちな空洞欠陥のある接合部の断面図
生じがちな空洞欠陥のある接合部の断面図
【図４】 本発明に従った摩擦攪拌接合の説明図
１：回転ツール ２：ショルダ ３：ピン
Ｍ：被接合部材 Ｄ：移動方向 Ｃ：凹部 Ｗ：
接合部 Ｆ：空洞欠陥 Ｘ−Ｘ：回転ツールの回転中心軸 ｄ：ショルダの押込み量
接合部 Ｆ：空洞欠陥 Ｘ−Ｘ：回転ツールの回転中心軸 ｄ：ショルダの押込み量
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 牧田 慎也
静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号
日本軽金属株式会社 グループ技術セ
ンター内
(56)参考文献 特開 平11−320127（ＪＰ，Ａ)
特表 平９−508073（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】 被接合部材の第１面側から回転ツールの
ピン及びショルダを接合面に押し込んで厚さ方向中間位
置まで摩擦攪拌接合した後、第１面側からの押込み量よ
りも大きな押込み量でショルダを反対面側から接合面に
押し込み、厚さ方向に関して残りの未接合部を摩擦攪拌
接合することを特徴とする厚肉部材の摩擦攪拌接合方
法。 - 【請求項２】 第１面側からのショルダの押込み量を
０．１〜０．３ｍｍに設定する請求項１記載の摩擦攪拌
接合方法。 - 【請求項３】 第１面側からのショルダの押込み量に比
較して１．２〜２．５倍の押込み量でショルダを反対面
側から接合面に押し込む請求項１又は２記載の摩擦攪拌
接合方法。 - 【請求項４】 請求項１〜３記載の何れかの方法で摩擦
攪拌接合され、第１面を意匠面としたパネル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35407299A JP3409761B2 (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 厚肉部材の摩擦攪拌接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35407299A JP3409761B2 (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 厚肉部材の摩擦攪拌接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001170781A JP2001170781A (ja) | 2001-06-26 |
| JP3409761B2 true JP3409761B2 (ja) | 2003-05-26 |
Family
ID=18435112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35407299A Expired - Lifetime JP3409761B2 (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 厚肉部材の摩擦攪拌接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3409761B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103170724A (zh) * | 2013-03-26 | 2013-06-26 | 苏州森光换热器有限公司 | 一种新的管板焊接方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5092333B2 (ja) * | 2006-10-02 | 2012-12-05 | 日本軽金属株式会社 | 接合方法 |
| WO2009104432A1 (ja) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | 日本軽金属株式会社 | 接合方法 |
| KR102276316B1 (ko) * | 2017-08-01 | 2021-07-12 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | 금속판의 양면 마찰 교반 접합 방법 및 양면 마찰 교반 접합 장치 |
-
1999
- 1999-12-14 JP JP35407299A patent/JP3409761B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103170724A (zh) * | 2013-03-26 | 2013-06-26 | 苏州森光换热器有限公司 | 一种新的管板焊接方法 |
| CN103170724B (zh) * | 2013-03-26 | 2015-07-29 | 苏州森光换热器有限公司 | 一种新的管板焊接方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001170781A (ja) | 2001-06-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
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