JP3459193B2 - 摩擦攪拌接合部の補修方法および鉄道車両の製作方法 - Google Patents

摩擦攪拌接合部の補修方法および鉄道車両の製作方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は摩擦攪拌接合におけ
る補修方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】摩擦攪拌接合方法は、接合部に挿入した
丸棒（回転工具という。）を回転させながら接合線に沿
って移動させ、接合部を発熱、軟化させ、塑性流動さ
せ、固相接合する方法である。回転工具は、接合部に挿
入する小径部と、外部に位置する大径部とからなる。小
径部と大径部は同軸である。小径部と大径部との境は接
合部に若干挿入されている。回転工具は接合の進行方向
に対して、後方に傾斜させている。
【０００３】摩擦攪拌接合を行う場合、回転工具を挿入
する側の表面に凸部が形成される。このため、接合部で
は板厚の減少となる。これを防止するため、被接合部材
の端部に回転工具側に突出する凸部を設け、これを含め
て摩擦攪拌接合している。また、凸部に替えて第３の板
を配置して摩擦攪拌接合している
【０００４】また、中空形材の接合において、中空形材
の面板に直交する支え板を一体に設け、摩擦攪拌接合の
力によって面板が曲がることを防止している。これは特
開平９−３０９１６４号公報（ＥＰ０７９７０４３Ａ
２）に示されている。
【０００５】図９は、摩擦攪拌接合により鉄道車両１０
の側構体を接合する技術を示す。側構体の構造部材は、
例えばアルミ合金材（Ａ６Ｎ０１材）を押出し成型して
製作した帯状の押出し形材（部材）２０，３０を互の側
縁部で接合させ、この接合線４０に沿って摩擦攪拌接合
を施して接合ビード５０を形成する。次に、接合ビード
５０を検査し、欠陥がなければそのままに、また欠陥が
発見されれば欠陥を補修した後に、ヘアライン加工等を
施して美感のある表面を形成する。
【０００６】図４は、第１の部材２０と第２の部材３０
の接合線４０に沿って摩擦攪拌接合を施して、接合ビー
ド５０を形成した状態を示す。この接合ビード５０を、
例えば超音波探傷検査等により検査し、図５の欠陥６０
が発見されたものとする。尚、図１から図７（図３を除
く）において凸部の端部の線は除いて示している。
【０００７】図６，図７は、この欠陥の従来の補修工程
を示す。第１の部材２０と第２の部材３０は、アルミ合
金材であるＡ６Ｎ０１材を母材として押出し加工により
つくられている。この部材２０，３０に摩擦攪拌接合を
施して形成される接合ビード５０も母材と同じＡ６Ｎ０
１材を成分となる。このビード５０の欠陥を除去するた
めに欠陥部を含めてグラインダ等の工具により、加工を
施し、補修領域７０を形成する。
【０００８】次に、ＭＩＧ溶接を施し、補修ビード８０
を形成する。このＭＩＧ溶接には、ＭＩＧ溶接に適した
溶接ワイヤが用いられている。この溶接ワイヤの材質
は、Ａ５３５６規格の材料が用いられる。
【０００９】図８は、この補修済みのビードを含めて接
合部にヘアライン加工５２を施した状態を示す。ヘアラ
イン加工部５２は、部材２０，３０の表面に対して同質
性の高い表面を有し、無塗装のままで、車両の側構体と
して使用することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の摩擦攪
拌接合による接合ビードをＭＩＧ溶接して補修した接合
ビードにヘアライン加工を施すと、補修部８２の表面
が、周囲の表面に対して異なる外観を示す。この補修部
の外観は、無塗装のままで車両の側構体として接合部材
を使用する際に、美観上問題となる。本発明は、上述し
た問題を解消する摩擦攪拌接合部の補修方法を提供する
ものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の摩擦攪拌接合し
て形成した接合部の補修方法は、接合ビードに含まれる
欠陥を研削加工により除去して補修領域を形成する工程
と、形成された補修領域に部材の母材と同材料の溶接棒
を用いてＴＩＧ溶接によって補修ビードを形成する工程
とを備えるものである。そして、補修ビードと接合ビー
ドを含む接合部にヘアライン加工を施す工程を備えるこ
とができるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１，図２は、本発明による摩擦
攪拌接合の補修方法を示す。車両の側構体を構成する押
出し形材の第１の部材２０と第２の部材３０の接合部４
０に、摩擦攪拌接合を施して接合ビード５０を形成す
る。
【００１３】図１０は、図９のＡ−Ａ断面を示す。図に
おいて、第１の部材２０の凸部２２と、第２の凸部３２
の側端部を突き合わせて、摩擦攪拌接合によるビード５
０を形成する。
【００１４】部材２０，３０の凸部２２，３２側を車両
の外面として使用する場合には、接合された凸部を研削
加工等により平坦面５４にして使用する。反対面を外側
にする場合には、接合された凸部はそのままにしておい
てもよい。この接合ビード５０は、部材２０，３０の母
材であるＡ６Ｎ０１材と同様の材質で形成される。
【００１５】次に、接合ビード５０を検査する。この検
査は凸部が残っている状態で行っても、凸部を切削して
から行ってもよい。検査の結果、接合ビード５０に割れ
やピット等の欠陥が発見されると、この欠陥を含む周囲
の接合ビード５０をグラインダで除去（研削）して、補
修領域７０を形成する（図１）。
【００１６】次に、図２に示すように、この補修領域７
０にＴＩＧ溶接により補修ビード１００を形成する。つ
まり、肉盛り溶接する。このＴＩＧ溶接に当り、溶接棒
として母材と同じＡ６Ｎ０１材の溶接棒を用意し、溶接
を行う。このＡ６Ｎ０１材の溶接棒は母材の押出し形
（部材）２０，３０の余材を切断して製作したものであ
る。この溶接により、接合ビード５０と補修ビード１０
０は、同じ材料で形成されることとなる。ＴＩＧ溶接
は、電極と溶接棒が異なるので、母材と同材質の材料を
容易に溶接棒にできる。
【００１７】次に、凸部を切削して除き、この凸部側の
面にエアライン加工を行う。したがって、この接合ビー
ド部にヘアライン加工を施して得たヘアライン加工部５
４には、補修ビード１００の痕跡は残らず品質の高い表
面を得ることができる。したがって、美感のよい車両を
構成することができる。
【００１８】押出し形材Ａ６Ｎ０１材で、ＭＩＧ溶接の
とき、溶接ワイヤはＡ５３５６材を使用している。この
組合せは溶接ワイヤメーカの推奨である。この組合せ
が、溶接強度、施行等の点から最もよい。形材：Ａ６Ｎ
０１材、溶接ワイヤ：Ａ６Ｎ０１材の組合せは、ワイ
ヤ：Ａ６Ｎ０１材が市販されていない。また、この両者
の組合せは溶接強度：溶接性等から除かれている。そこ
で、本発明では、Ａ６Ｎ０１材の余材を切断して、溶接
棒とした。
【００１９】尚、接合ビードの検査、補修は凸部を切削
した後、行う場合がある。中空形材の場合で、両面に接
合部がある場合、上記ＴＩＧ溶接はヘアライン加工を行
う外面の補修に用いる。内面側の補修は通材の材料であ
るＡ５３５６規格の材料の溶接ワイヤを用いたＭＩＧ溶
接を用いる。
【００２０】図１０のように、回転工具の小径部の先端
をベッドに近接して摩擦攪拌接合をすると、図１０の部
材２０，３０の下面側の面は平滑に仕上がる。この面を
車両側の外面とし、エアライン加工を行う場合がある。
この接合ビードの補修を図１０の下面側から行う場合に
も、上記ＴＩＧ溶接による補修ができる。その後、補修
ビードを研削して平滑にする。
【００２１】
【発明の効果】本発明は以上のように、アルミ合金材を
中空押出し成型してつくられる部材を摩擦攪拌接合によ
り接合してアルミ製の車両等の構造部材を構成する際
に、摩擦攪拌接合による接合ビードの欠陥を補修する際
に、欠陥部を研削加工等により除去して補修領域を形成
し、この補修領域に部材と同材質の溶接棒を用いて、Ｔ
ＩＧ溶接して補修ビードを形成するものである。
【００２２】摩擦攪拌接合による接合ビードと補修ビー
ドは同じ材質で形成されるので、ビードにヘアライン加
工を施したときに、補修ビードの痕跡は残らず、美感の
高い接合表面を得ることができる。したがって、無塗装
のままで、車両等を構成することができ、軽量化ととも
にリサイクルにも適した構造体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の摩擦攪拌接合部の補修工程を示す説明
図。
【図２】本発明の摩擦攪拌接合部の補修工程を示す説明
図。
【図３】本発明の摩擦攪拌接合部の補修工程を示す説明
図。
【図４】摩擦攪拌接合部の説明図。
【図５】摩擦攪拌接合部の欠陥の説明図。
【図６】摩擦攪拌接合部の従来の補修工程を示す説明
図。
【図７】摩擦攪拌接合部の従来の補修工程を示す説明
図。
【図８】摩擦攪拌接合部の従来の補修工程を示す説明
図。
【図９】摩擦攪拌接合により車両の側構体を作製する説
明図。
【図１０】図９のＡ−Ａ断面図。
【符号の説明】
１０ 車両 ２０ 第１の部材 ３０ 第２の部材 ５０ 摩擦攪拌接合による接合ビード ６０ 欠陥 ７０ 補修領域 １００ 補修ビード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 章弘 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平11−90655（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−52773（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 20/12

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アルミ合金を母材とする部材を摩擦攪拌
    して形成した接合部の補修方法であって、 接合ビードに含まれる欠陥を研削加工により除去して補
    修領域を形成する工程と、 形成された補修領域に部材の母材と同材料の溶接棒を用
    いてＴＩＧ溶接によって補修ビードを形成する工程と、 を備える摩擦攪拌接合部の補修方法。
  2. 【請求項２】 補修ビードを含む前記部材にヘアライン
    加工を施す工程を備える請求項１記載の摩擦攪拌接合部
    の補修方法。
  3. 【請求項３】 鉄道車両の側構体を構成する部材を摩擦
    攪拌接合し、 前記摩擦攪拌接合による接合ビードに含まれる欠陥を研
    削加工により除去して補修領域を形成し、 形成された補修領域に部材の母材と同材料の溶接棒を用
    いてＴＩＧ溶接によって補修ビードを形成し、 前記補修ビードを含む前記部材にヘアライン加工を施す
    こと、 を特徴とする鉄道車両の製作方法。
  4. 【請求項４】 前記溶接棒は前記部材の余材であるこ
    と、を特徴とする請求項３記載の鉄道車両の製作方法。
  5. 【請求項５】 前記鉄道車両の車外側になる面側から前
    記摩擦攪拌接合を行い、 前記車外側になる面側から前記研削加工を行って、前記
    補修領域を形成し、前記車外側になる面側から前記補修
    領域に対して溶接を行って補修ビードを形成し、 前記補修ビードを切削し、 前記ヘアライン加工を施すこと、 を特徴とする請求項３記載の鉄道車両の製作方法。
  6. 【請求項６】 前記鉄道車両の車内側になる面側から前
    記摩擦攪拌接合を行い、 前記車外側になる面側から前記研削加工を行って、前記
    補修領域を形成し、 前記車外側になる面側から前記補修領域に対して前記溶
    接を行って前記補修ビードを形成し、 前記補修ビードを切削し、 前記ヘアライン加工を施すこと、 を特徴とする請求項３記載の鉄道車両の製作方法。
  7. 【請求項７】 鉄道車両の側構体を構成する部材を摩擦
    攪拌接合し、 前記摩擦攪拌接合による接合ビードに含まれる欠陥を研
    削加工により除去して補修領域を形成し、形成された該
    補修領域に前記部材の母材と同材料の溶接棒を用いてＴ
    ＩＧ溶接によって補修ビードを形成し、 前記補修ビードを含む前記部材にヘアライン加工を施す
    こと、 を特徴とする鉄道車両の製作方法。
  8. 【請求項８】 鉄道車両の側構体を構成する中空形材を
    車内側になる面側と車外側になる面側とからそれぞれ摩
    擦攪拌接合し、 前記摩擦攪拌接合による接合ビードに含まれる欠陥を研
    削加工により除去して補修領域を形成し、 車外側の前記補修領域に部材の母材と同材料の溶接棒を
    用いてＴＩＧ溶接によって補修ビードを形成するととも
    に、車内側の前記補修領域にＭＩＧ溶接を行い、 前記補修ビードを含む前記部材にヘアライン加工を施す
    こと、 を特徴とする鉄道車両の製作方法。
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