JP3530342B2 - 摩擦スター溶接方法 - Google Patents

摩擦スター溶接方法

Info

Publication number
JP3530342B2
JP3530342B2 JP13495497A JP13495497A JP3530342B2 JP 3530342 B2 JP3530342 B2 JP 3530342B2 JP 13495497 A JP13495497 A JP 13495497A JP 13495497 A JP13495497 A JP 13495497A JP 3530342 B2 JP3530342 B2 JP 3530342B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
welding
coolant
tool
friction
friction star
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP13495497A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH1052770A (ja
Inventor
ケビン・ジェイ・コリガン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boeing Co
Original Assignee
Boeing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=24630960&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP3530342(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Boeing Co filed Critical Boeing Co
Publication of JPH1052770A publication Critical patent/JPH1052770A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3530342B2 publication Critical patent/JP3530342B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/06—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using friction, e.g. spin welding
    • B29C65/0681—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using friction, e.g. spin welding created by a tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • 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
    • B23K20/123—Controlling or monitoring the welding process
    • B23K20/1235—Controlling or monitoring the welding process with temperature control during joining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/114—Single butt joints
    • B29C66/1142—Single butt to butt joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/349—Cooling the welding zone on the welding spot
    • B29C66/3494—Cooling the welding zone on the welding spot while keeping the welding zone under pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40—General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/41—Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
    • B29C66/43—Joining a relatively small portion of the surface of said articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/814—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8141—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined
    • B29C66/81427—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined comprising a single ridge, e.g. for making a weakening line; comprising a single tooth
    • B29C66/81429—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined comprising a single ridge, e.g. for making a weakening line; comprising a single tooth comprising a single tooth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/818—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps
    • B29C66/8181—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the cooling constructional aspects
    • B29C66/81811—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the cooling constructional aspects of the welding jaws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/818—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps
    • B29C66/8181—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the cooling constructional aspects
    • B29C66/81811—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the cooling constructional aspects of the welding jaws
    • B29C66/81812—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the cooling constructional aspects of the welding jaws the welding jaws being cooled from the outside, e.g. by blowing a gas or spraying a liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/83—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools
    • B29C66/836—Moving relative to and tangentially to the parts to be joined, e.g. transversely to the displacement of the parts to be joined, e.g. using a X-Y table
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/814—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8141—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined
    • B29C66/81411—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat
    • B29C66/81421—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat being convex or concave
    • B29C66/81422—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat being convex or concave being convex
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/816—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the mounting of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8167—Quick change joining tools or surfaces

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】本発明は、摩擦スター溶接（friction s
tir welding ）方法および装置に関連する。より詳細に
は、本発明により、摩擦スター溶接プロセスにおいて生
じる余分な熱が除去されて、より滑らかな溶接面ができ
る。
【０００２】
【発明の背景】摩擦スター溶接（ＦＳＷ）は、比較的新
しい溶接方法で、金属やプラスチック等の材料からなる
部材と他の材料からなる部材とを、摩擦熱を与えて軟化
させかつ混ざり合わせて一体に接続された状態にする接
合方法である。ＦＳＷ装置および方法の詳細について
は、特許公開第ＷＯ９３／１０９３５号、ＷＯ９５／２
６２５４号および米国特許第５，４６０，３１７号に記
載されており、ここにこれら文献の全文を引用により援
用する。ＦＳＷを行なうための有用な装置の１つを図１
の（Ａ）および（Ｂ）に示す。プレート１０Ａ′および
１０Ｂ′として示す２つの部分を、溶接する端縁同士が
バッキングプレート１２′上に直接接触する状態に保持
されるように整列させる。ＦＳＷ工具Ｗ′は、その末端
にショルダ１４′を有し、非溶溶接ピン１６′はこのシ
ョルダの中央から下向きに延びている。回転工具Ｗ′が
プレート１０Ｂ′および１０Ａ′間の界面に接触する
と、回転ピン１６′は図示のとおり両方のプレートの材
料と接触する状態される。材料中をピンが回転しかつ材
料の上表面がショルダによって擦られることにより溶接
工具とプレートの界面両方に多量の摩擦熱が生じる。こ
の熱によって回転ピンおよびショルダ周辺のプレートの
材料が軟化して、材料の混合が生じ、硬化した際に溶接
部が形成される。工具をプレート１０Ａ′と１０Ｂ′と
の界面に沿って長手方向に移動させることによって、プ
レート間の界面全長に沿った細長い溶接部が形成され
る。溶接工具のショルダ１４′は、プレートから出る軟
化した材料が上方向に逃げないようにし、かつこの材料
を溶接接合部内へ押入れる。溶接が完了すると、溶接工
具は引っ込められる。
【０００３】先行技術の摩擦スター溶接方法では、押出
不可のアルミニウム合金を除くある種の材料についてし
か滑らかな溶接部を製造できず、その最大スピンドル速
度は、材料が溶接工具のショルダとピンとに付着するた
め極めて制限される。アルミニウム合金７０７５、２０
１４、２０９０および２０２４等の合金については、ス
ピンドル速度が増大し応じて溶接部に与えられる熱が増
大すると、溶接部の上表面の表面テクスチャが劣化して
より粗くなる。スピンドル速度が増大し、熱も高温にな
ると、アルミニウム材料が溶接工具のショルダに付着し
て堆積し、溶接面の側から材料を取去ってしまう。溶接
部が長い場合には、このような状態は過度な堆積を生じ
させ、連続して溶接を行なうことが不可能となる。過度
に加熱された溶接工具が溶接面の中央から表面の材料を
部分的に取去って、溶接部の上表面を「魚の鱗」のよう
な様相にするが、この状態は溶接部の長手方向に沿って
漸次悪化する。ある種の用途にはこのような粗い溶接面
は不向きで、滑らかな表面にするためにさらに切削加工
を行なう必要が生じる。表面のざらつきは疲労き裂の開
始点となることが多いので、一般に望ましくないが、溶
接された部分が、付与された負荷を循環させる条件等
の、疲労を生じ得る条件下で使用される場合には特に望
ましくない。大抵の用途について、後で切削加工を行な
う必要のない、均一で滑らかな表面テクスチャを有する
溶接部を生成するＦＳＷ方法が求められている。
【０００４】
【発明の要約】本発明は、押出不可アルミニウム合金等
の溶接しにくい材料からなり、かつ従来技術の摩擦スタ
ー溶接装備を用いて行なうこれまでのものより滑らかな
表面を有する摩擦スター溶接部を生成するための方法お
よび装置を提供する。
【０００５】本発明により、溶接速度が増大するにつれ
て溶接面のざらつきが増大することが原因の、押出不可
材料に対する溶接速度の限界は、摩擦スター溶接プロセ
スの間に、工具と溶接を行なっているワークピースとの
間の接触面に生じる過度の熱によるものであることがわ
かっている。材料を軟化させて溶接部を形成するために
ある程度の熱は必要であるが、過剰な熱が生じると軟化
した材料が摩擦スター溶接工具の回転ピンとショルダに
付着する。これらの付着力に抗し工具を回転および横方
向に移動させると凸凹の溶接表面ができる。したがっ
て、本発明は溶接プロセスの間同時に溶接工具を冷却し
て過剰な熱を取除くステップを含む。この方法によっ
て、溶接速度は、好ましくは少なくとも約２０％、より
好ましくは少なくとも約１００％とかなり増大する一
方、溶接面は許容可能な平坦さを維持する。さらに、本
発明は、冷却剤により冷却される摩擦スター溶接のため
の装置を提供する。
【０００６】一実施例において、この冷却剤を工具の本
体中で循環させて余剰の熱を取除く。この実施例では、
本発明の摩擦スター溶接工具はその末端に、部材同士を
スター溶接するための、回転自在で、通常非溶のピンと
ショルダとを備える工具本体を有する。工具本体は溶接
工具のピンおよび好ましくはショルダと熱を伝えあう内
部空間を有する。この内部空間に冷却剤を流して、ショ
ルダおよびピンから伝わる熱を含む余剰の熱を工具から
取去る。
【０００７】他の実施例では、工具本体の末端部を取囲
むジャケットによって摩擦スター溶接工具から熱を取除
く。このジャケットは冷却剤の供給源と流体連通状態に
ある入口および加熱された冷却剤を排出するための出口
とを有する。こうして、工具を使用する際に、冷却剤が
ジャケットを通って流れ工具から熱を取去るので、余剰
な熱が回転自在ピンおよびショルダから除去される。
【０００８】他の実施例では、冷却剤（冷たい空気や水
等の液体冷却剤）を溶接工程の間工具と周りの溶接され
ている表面に噴霧することによって熱を取除く。好まし
くは、冷却される工具の部分に熱の除去を容易にするた
めのフィンを設ける。
【０００９】本発明によれば、押出不可アルミニウム合
金の摩擦スター溶接部も商業的に使用可能な速度で製造
されかつ商業的に利用可能な表面粗さが低減されたテク
スチャを有する。
【００１０】本発明の上に述べた局面および発明に付随
する多々の利点については添付の図面を参照し以下の詳
細な説明を読むことによってよりよく理解されるであろ
う。
【００１１】
【好ましい実施例の詳細な説明】本発明に従い、摩擦ス
ター溶接工具（ＦＳＷ）から余剰の熱を除去して、工具
と、押出不可なアルミニウム合金等の軟化した、溶接が
難しい材料との間の付着の度合を低減して、より速い速
度でより平坦な表面の溶接部を生成する。このように表
面が滑らかな溶接部は目で見た美しさのみならず疲労き
裂および腐食の開始という危険を低減する上でも多くの
潜在的な利点を有する。さらに、このような溶接部を生
成することによって溶接部をさらに費用をかけて切削加
工して表面を滑らかにする必要がなくなるかまたは低減
される。本発明では、また、ＦＳＷ工具の回転速度がよ
り速くなることによって溶接速度も増大する。
【００１２】本発明の方法に従い、摩擦スター溶接部が
形成されている間摩擦スター溶接工具から余剰の熱が取
除かれる。こうして、熱の除去は溶接動作と同時に行な
われる。本発明の方法および装置は摩擦スター溶接の対
象となる全種の材料に適用可能だが、本発明は、たとえ
ば２０２４、７０７５、２０１４および２０９０合金等
の押出不可なアルミニウム合金等、摩擦スター溶接が難
しい材料に適用した場合に特に有用性がある。先行技術
では、これらの合金は、ワークピース全体にわたって延
在しかつ後で切削加工を行なう必要なく商業的に許容可
能な表面の滑らかさを有する溶接部を生成するために、
押出可能なアルミニウム合金に比べてかなり遅い速度で
溶接される。したがって、たとえば合金６０６１等の、
４分の１インチ（６．３５ｍｍ）厚の押出可能なアルミ
ニウム合金は、滑らかな溶接面を生成するためには摩擦
スター溶接工具の回転速度が１６００ｒｐｍで、１分あ
たり１５インチ（３８１ｍｍ）の速度で溶接を行なうの
に対し、押出不可合金の場合には、工具の回転速度はよ
り遅くかつ溶接の速度もより遅くする必要がある。典型
的には、先行技術では、合金２０２４等の８分の１イン
チ（３．１７５ｍｍ）厚の押出不可合金の場合約５００
ｒｐｍの工具回転速度で、１分あたり３．５インチ（８
８．９ｍｍ）の溶接速度で溶接する。この条件で、後で
切削加工しなくても許容可能な滑らかな表面を有するワ
ークピース全体にわたる溶接部が生成される。本発明に
よれば、２０２４合金の同じ８分の１インチ（３．１７
５ｍｍ）厚のワークピースは、ワークピース全体にわた
って延在しかつ商業的に許容可能な滑らかな表面を有す
る溶接部を生成するために、工具回転速度は少なくとも
約８００ｒｐｍでかつ溶接速度は約８インチ／分（３．
１７５ｍｍ／分）で溶接できる。同様に、７０７５アル
ミニウム合金（押出不可合金）の８分の１インチ（３．
１７５ｍｍ）厚のワークピースは、工具回転速度１１０
０ｒｐｍかつ溶接速度１３インチ／分（３３０．２／
分）で溶接して許容可能な滑らかな表面を有しかつ後で
切削加工する必要がないワークピース全体にわたる溶接
部を製造することができる。本発明の工具および方法を
使用しない先行技術においては、同じ７０７５合金のワ
ークピースは６００ｒｐｍの工具回転速度で溶接されか
つ７インチ／分（１７７．８ｍｍ／分）の速度でしか溶
接部を生成しなかったであろうと考えられる。
【００１３】上記より、本発明が摩擦スター溶接工具の
回転速度をかなり増大させかつこれに伴い分あたりイン
チ単位（１インチは、２４．５ｍｍ）での溶接速度を劇
的に増大させる。好ましくは、本発明は後の切削加工工
程を伴わずに、好ましくは少なくとも約２０％、最も好
ましくは少なくとも約１００％溶接速度を増大させるこ
とが可能である。ただし、切削加工は特定の用途によっ
て任意に行なってもよい。
【００１４】本発明は余剰の熱を取除くためのさまざま
な装置を提供しかつこれら装置の好ましい実施例につい
て説明をわかりやすくするため添付の図面に示す。明ら
かに、余剰の熱を取除いて、より速い速度でより滑らか
な溶接面を生成するという同じ機能を達成する他の装置
も本発明の範囲に包含される。
【００１５】図２は、本発明に従う装置の好ましい実施
例の模式側面図であり、図において、工具を回転させる
ようにドライブモータに動作接続する、近端３４とショ
ルダ３８とを備える末端３６とを有する実質的に円筒状
の溶接工具本体３０と、ショルダの中心を通って軸方向
に下向きに延びる実質的に円筒状のピン４０とが示され
る。図示のとおり、ピン４０は先端４２と、螺旋状に溝
を掘られた外側表面とを有する。ショルダ３８は通常そ
の円周部から中央のピン４０に向かう方向に約１０°の
角度でわずかに先狭になっている。
【００１６】本発明に従い、ノズル５０は溶接工具本体
３０の付近に延在し、特にワークピース２０がバッキン
グプレート２４上で溶接されているときは末端３６の付
近に延在する。回転円筒状ピンはその末端に先端４２を
有し、先端４２はバッキングプレート２４との隙間が最
小限になる深さまでワークピース２０を通ってはり出
す。こうして、ピンはワークピース２０の実質的に全厚
さにわたって延在して、ワークピース全体を通して連続
した溶接部２６を生成する。ノズルは、ノズルに圧力下
に供給される液体または空気等の冷却剤の供給源と流体
連通状態にあって、冷却剤が霧になってノズルから出て
工具の末端３６および周囲のワークピース２０に直接あ
たるようになっている。こうして、冷却剤は溶接の際、
ワークピース２０の上にあるショルダ３８の露出した部
分、ワークピース２０自体および形成されている溶接部
２６のそれぞれから出る余剰の熱を取除く。熱は回転ピ
ン４０およびショルダ３８からその周囲、すなわちワー
クピース２０と溶接部２６とへ伝導して伝わり、そこか
ら冷却剤が熱を取去る。結果として回転ショルダ３８お
よびワークピースの表面の温度は冷却剤を供給しない場
合に比べてかなり低くなる。上に説明したとおり、余剰
の熱を取去ることによってこのように表面の温度が下が
るとより速い溶接速度でより滑らかな溶接面を生成する
ことができる。冷却剤の量は溶接作業の妨げになるほど
熱を取去らないように制御する必要がある。通常約０．
０１ｇｐｍ（ガロン／分：１分当たり約３．７８５４１
×１０ −５ ｍ ３ ）の冷却剤速度が適切であり、この速度
は特定の応用について容易に最適化することができる。
【００１７】図３は、本発明に従う、内部が冷却される
ＦＳＷ工具の模式断面図である。図示のとおり、実質的
に円筒状の工具本体６０は工具を回転させるためのモー
タを結合するための近端６２と、ねじ切られた末端６４
とを有する。円形のショルダベース６５と内部にねじ切
られたカラー６７とを備えるキャップ型のショルダ６６
は、ＦＳＷ工具の末端６４にねじではめられて工具本体
６０のベース６３とショルダのベース６５との間に内部
の円筒状の空間７４を作り出す。好ましくは外部に螺旋
状に溝をつけられたピンがショルダのベースの中心から
下向きに延びる。この工具は、冷却剤の供給源と流体連
通状態にある内部空間、好ましくは蛇状のまたは曲がり
くねった内部空間と、加熱された冷却剤を受けるための
シンクとを含む。図示した実施例では、この内部空間は
鉛直方向に間隔をあけた、水平方向のボアから構成され
る。したがって、実質的に水平な流入ボア７０は円筒状
の工具本体６０の末端６４の略中心まで到達する。中央
の鉛直方向のボア７２は水平ボア７０の最末端から下向
きに延び工具本体６０の末端６４のベース６３から出
て、空間７４と流体連通状態になる。中央ボア７２と同
心の円環状空間７６は中央ボア７２を囲み、工具本体６
０のベース６３から流入ボア７０の下まで延びる。中央
ボア７２は工具本体６０の極末端６３で内部空間７４を
介して円環状空間と流体連通する。排出ボア７８は円環
状空間７６の上端部から延びる。流入ボア７０に入る流
体の冷却剤は中央ボア７２を内部円筒状空間７４、円環
状空間７６へ流れ込みかつ流出ボア７８から流出する。
【００１８】冷却剤を方向づけるため、工具本体６０と
同心でかつ間隔をあけた円筒状冷却剤カラー８０が流入
および流出ボア７０および７８を囲む。カラー８０は流
入ボア７０上に上Ｏリングシール８２で工具の本体６０
に対し封止されかつ流出ボア７８下の下部Ｏリングシー
ル８４で工具に対し封止される。さらに、カラー８０は
流入および流出ボア７０および７８の間にある第３のＯ
リング８６により工具本体６０に対し封止される。カラ
ー８０はこのようにして流入ボア７０と流体連通状態に
ある別個の流入コンパートメント９０と、流出ボア７８
と流体連通状態にある流出コンパートメント９６とを形
成する。冷却剤流入ホース９２がカラーの流入コンパー
トメント９０に結合され、かつ冷却剤流出ホース９８が
カラー８０の流出コンパートメント９６に結合される。
工具の過度の冷却を防いで溶接プロセスに支障がでない
ようにするために冷却剤の流れを制御することは重要で
ある。分あたり約０．１ガロン（約３．７８５４１×１
０ −４ ｍ ３ ）の冷却剤速度が適当である。
【００１９】外部の冷却ジャケットを用いる代替実施例
を図４に模式的に示す。この実施例では、円筒状溶接工
具本体１００は回転工具を回転させるための手段に結合
するようになっている近端１０２と、ショルダ１０８に
より囲まれる中央の下向きに延びるピン１０６を備える
末端１０４とを有する。工具本体１００の実質的に円筒
状の末端１０４は熱を消散させるよう設計された外部構
造物、この例の場合には一連の円周方向に延びるフィン
１２０を備える。この構造物は末端の表面積を増大させ
ることによって、より多量の熱の除去を可能にし冷却の
効果を増大させる。実質的に円筒状のジャケット１１０
が工具１００のフィンをつけられた末端部１０４を囲ん
で、上Ｏリング１１２と下Ｏリング１１４とによって工
具本体１００に対し封止される。こうして、ジャケット
１１０はフィン１２０を間隔をあけて取囲み、ジャケッ
トの流入ポート１１６と流出ポート１１８と流体連通状
態にある円環状領域１２２を作り出す。使用において、
流体の冷却剤が流入ポート１１６から入って円環状の空
間内およびフィン１２０の周りに流れ込み、流出ポート
１１８から流出して、工具１１０の表面から熱を取除
く。入ってくる冷却剤の温度を制御することによって制
御可能なこうした過剰な熱の除去方法では、アルミニウ
ム２０２４または７０７５等の高い強度のアルミニウム
合金を溶接する場合でさえ、実質的に均一に平滑な溶接
部を製造することができる。上に述べたとおり、約０．
１ｇｐｍ（ガロン／分：１分当たり約３．７８５４１×
１０ −４ ｍ ３ ）の冷却剤速度が通常適当であるが、任意
の特定の用途については実験により、容易に最適化する
ことができる。
【００２０】図５に模式的に示すさらに他の実施例で
は、溶接工具は冷却剤に冷たい空気を使って冷却する。
この場合、上と同様、溶接工具１００はその末端１０４
上に一連の円周方向に延びる冷却用フィン１２０を備え
る。ただし、周りを取囲むジャケット１１０の代わり
に、少なくとも１つのノズル１２５を、冷たい空気また
は他の冷たい気体を溶接工具のフィン１２０に連続的に
吹付けるように配向して冷却を行なう。上記と同様に、
このようにして過剰な熱を取去ることによって溶接工具
の温度が下がり、より速い速度で均一な滑らかな上表面
を有する溶接部が製造される。
【００２１】本発明によれば、先行技術の摩擦スター溶
接方法および工具で実現されるものよりかなり平滑な溶
接部が製造される。図６の（Ａ）からわかるとおり、ス
ター溶接されたアルミニウム合金２０２４を倍率８倍の
光学顕微鏡写真で見ると、先行技術で製造された溶接部
は粗く、その上表面に裂け目が開いている。溶接部は６
４０ｒｐｍのＦＳＷ工具回転速度および分あたり６．３
インチ（１６０．０２ｍｍ）の溶接速度で製造された。
図６の（Ｂ）の、本発明のよる溶接部は同じ材料を同じ
倍率で撮影した光学顕微鏡写真では均一で平滑な表面を
有し、表面の裂け目もない。この溶接部はＦＳＷ工具回
転速度６４０ｒｐｍおよび溶接速度分あたり６．３イン
チ（１６０．０２ｍｍ）で製造された。図６の（Ｂ）に
示す溶接表面は工具ショルダと、溶接方向と反対の側の
溶接表面との間の接合部に空気／水を霧状態で付与し
た。粗さがこのように低減されることで疲労き裂の開始
および表面の腐食の可能性が低減されるので、溶接され
た部材の寿命が延びる（かつ安全性が持続する）ことが
期待される。また、長い溶接部もショルダに材料が蓄積
することなく溶接できることが期待される。
【００２２】本発明のいくつかの実施例についてのみ詳
細に説明したが、当業者においては、本発明の新規な技
術の教示および利点から実質的に逸脱することなく該実
施例において多くの修正が可能である点が容易に理解さ
れるであろう。したがって、そのような修正はすべて前
掲の請求項において規定される本発明の範囲に包含され
るものとする。これらクレームにおいて、ミーンズ・プ
ラス・ファンクション表現は記載する機能を行なうもの
として本明細書中に記載の構造物を保護することを意図
しかつ構造的等価物のみならず等価な構造物をも保護す
るものとする。すなわち、釘とねじとは、釘が円筒状表
面で木製の部材同士を固定しかつねじが木製の部材を固
定する場合に螺旋状の表面を用いる点では構造的な等価
物ではないかもしれないが、木製部材同士を固定すると
いう状況においては、釘とねじとは等価な構造物という
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行技術の摩擦スター溶接工具を示す模式図で
ある。
【図２】冷却剤を付与するノズルを含む本発明の摩擦ス
ター溶接装置を示す図である。
【図３】本発明による、内部から冷却する溶接工具の実
施例の模式断面図である。
【図４】本発明による工具のジャケットを備える実施例
を示す図である。
【図５】本発明による工具の、空気で冷却され、フィン
を備える実施例の模式側面図である。
【図６】光学顕微鏡写真であって、（Ａ）は先行技術の
摩擦スター溶接工具を用いた溶接部の表面を示す図であ
り、かつ（Ｂ）は本発明に従い製作された溶接部の表面
を示す図である。
【符号の説明】
２０…ワークピース ２６…溶接部 ３０…工具本体 ３８…ショルダ ４０…回転ピン
───────────────────────────────────────────────────── 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 (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ワークピースの摩擦スター溶接方法であ
    って、 （ａ） 回転摩擦スター溶接工具を用いて前記ワークピ
    ースを溶接するステップを含み、前記摩擦スター溶接工
    具は末端にピンおよびショルダーを有する工具本体を含
    み、前記ピンおよびショルダーは回転してともに溶接さ
    れる部材に接触した際摩擦熱を生じ、前記熱が前記部材
    間に溶接部を形成させ、前記摩擦スター溶接工具はさら
    に冷却剤の供給源と流体連通状態にあって、前記工具を
    使用して溶接を行なう場合に、前記工具本体の前記末端
    まわりに冷却剤を向けるよう整列される冷却剤分配装置
    を含み、さらに （ｂ） ワークピースを摩擦スター溶接しながら前記冷
    却剤分配装置を用いて冷却剤を工具本体の末端まわりに
    向けることにより、回転摩擦スター溶接工具から過剰な
    熱を同時に取除くステップを含む、摩擦スター溶接方
    法。
  2. 【請求項２】 前記冷却剤分配装置は間に冷却剤の霧を
    出すことができるノズルである、請求項１に記載の摩擦
    スター溶接方法。
  3. 【請求項３】 前記冷却剤分配装置は間に冷気を噴射す
    ることができるノズルである、請求項１に記載の摩擦ス
    ター溶接方法。
  4. 【請求項４】 摩擦スター溶接方法であって、 （ａ） 回転摩擦スター溶接工具を用いて、摩擦スター
    溶接が難しい材料からなるワークピースを溶接するステ
    ップを含み、前記摩擦スター溶接工具は末端にピンおよ
    びショルダーを有する工具本体を含み、前記ピンおよび
    ショルダーは回転してともに溶接される部材に接触した
    際摩擦熱を生じさせるようになっており、前記熱が前記
    部材間に溶接部を形成させ、前記摩擦スター溶接工具は
    さらに前記溶接工具の本体内に規定される内部空間を含
    み、前記空間は冷却剤の供給源と流体連通し、かつ前記
    空間の壁は前記工具本体の末端と熱伝導し合い、さらに （ｂ） 溶接作業の間に冷却剤を前記空間に流すことに
    より、前記本体の末端を同時に冷却するステップとを含
    む、摩擦スター溶接方法。
  5. 【請求項５】 前記内部空間が前記工具本体を取囲むカ
    ラーと流体連通し、前記カラーは流入および流出セクシ
    ョンに区分けされ、前記カラーの前記流入セクションが
    前記内部空間の入口および冷却剤の供給源と流体連通す
    る、請求項４に記載の摩擦スター溶接方法。
  6. 【請求項６】 摩擦スター溶接の方法において、摩擦ス
    ター溶接工具は工具本体の末端にピンおよびショルダー
    を有する工具本体を含み、前記ピンおよびショルダーは
    回転して溶接するワークピースに接触した際摩擦熱を生
    じるようになっており、前記熱は溶接部を形成させ、改
    良点は、 前記工具本体の末端を取囲むジャケットを含み、前記ジ
    ャケットは冷却剤の供給源および加熱された冷却剤の流
    出用出口と流体連通する入口を有することによって溶接
    の際冷却剤が前記ジャケットを通って流れると、過剰な
    熱が前記工具本体の前記末端から取除かれる、摩擦スタ
    ー溶接方法。
  7. 【請求項７】 前記冷却剤は１分当り約０．１ガロン
    （約３．７８５４１×１０ −４ ｍ ３ ）の速度で供給され
    る、請求項３から６のいずれかに記載の摩擦スター溶接
    方法。
  8. 【請求項８】 前記工具本体の末端は熱放出フィンが備
    わっている、請求項３から６のいずれかに記載の摩擦ス
    ター溶接方法。
JP13495497A 1996-05-31 1997-05-26 摩擦スター溶接方法 Expired - Lifetime JP3530342B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/655926 1996-05-31
US08/655,926 US6516992B1 (en) 1996-05-31 1996-05-31 Friction stir welding with simultaneous cooling

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1052770A JPH1052770A (ja) 1998-02-24
JP3530342B2 true JP3530342B2 (ja) 2004-05-24

Family

ID=24630960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13495497A Expired - Lifetime JP3530342B2 (ja) 1996-05-31 1997-05-26 摩擦スター溶接方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6516992B1 (ja)
EP (1) EP0810056B2 (ja)
JP (1) JP3530342B2 (ja)
KR (1) KR100492837B1 (ja)
CN (1) CN1084654C (ja)
CA (1) CA2204570C (ja)
DE (1) DE69724326T3 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7845544B2 (en) 2005-11-08 2010-12-07 Honda Motor., Ltd. Friction stir welding method and friction stir welding tool
CN106735856A (zh) * 2017-02-23 2017-05-31 江苏科技大学 一种搅拌摩擦头水冷装置及方法
JP6143915B1 (ja) * 2016-04-28 2017-06-07 株式会社日立パワーソリューションズ 摩擦攪拌接合装置
WO2024034268A1 (ja) * 2022-08-08 2024-02-15 国立大学法人大阪大学 摩擦攪拌接合方法及び摩擦攪拌接合用ツール

Families Citing this family (105)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3589863B2 (ja) 1997-07-23 2004-11-17 株式会社日立製作所 構造体および摩擦攪拌接合方法
KR19990083213A (ko) * 1998-04-16 1999-11-25 구마모토 마사히로 진공챔버부재와 그 제조방법
US6053391A (en) * 1998-05-14 2000-04-25 Tower Automotive, Inc. Friction stir welding tool
US6045028A (en) * 1998-07-17 2000-04-04 Mcdonnell Douglas Corporation Integral corrosion protection of friction-welded joints
NL1011908C1 (nl) * 1999-04-27 2000-10-30 Fokker Aerostructures Bv Wrijvingsroerlassen.
GB0010793D0 (en) * 2000-05-03 2000-06-28 Boc Group Plc Improvements in thermal welding
CA2409485C (en) 2000-05-08 2009-01-13 Brigham Young University Friction stir welding of metal matrix composites, ferrous alloys, non-ferrous alloys, and superalloys using a superabrasive tool
DE10035332C1 (de) * 2000-07-20 2002-02-28 Eads Deutschland Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Reibrührschweißen
US6352193B1 (en) 2000-08-01 2002-03-05 General Electric Company Apparatus for joining electrically conductive materials
JP4809521B2 (ja) * 2000-09-19 2011-11-09 マンヨーツール株式会社 工具ホルダ及びその冷却装置
JP3818084B2 (ja) * 2000-12-22 2006-09-06 日立電線株式会社 冷却板とその製造方法及びスパッタリングターゲットとその製造方法
US6676004B1 (en) * 2001-02-13 2004-01-13 Edison Welding Institute, Inc. Tool for friction stir welding
US6732901B2 (en) 2001-06-12 2004-05-11 Brigham Young University Technology Transfer Office Anvil for friction stir welding high temperature materials
DE10139687C1 (de) * 2001-08-11 2003-02-20 Eads Deutschland Gmbh Reibrührwerkzeug zum Reibschweißen
SE522075C2 (sv) * 2001-10-23 2004-01-13 Svensk Kaernbraenslehantering Förfarande för friktionsomröringssvetsning
US6780525B2 (en) * 2001-12-26 2004-08-24 The Boeing Company High strength friction stir welding
JP4536992B2 (ja) * 2002-03-20 2010-09-01 川崎重工業株式会社 スポット接合方法
US6908690B2 (en) * 2002-04-29 2005-06-21 The Boeing Company Method and apparatus for friction stir welding
ATE342785T1 (de) * 2002-08-07 2006-11-15 Eclipse Aviat Corp Schweissverfahren unter verwendung von reibrührschweissen von flächen mit polymerdichtungsmitteln
US6776328B2 (en) * 2002-09-17 2004-08-17 The Boeing Company Radiation assisted friction welding
CA2514913C (en) 2003-01-30 2014-11-18 Smith International, Inc. Out-of-position friction stir welding of high melting temperature alloys
WO2004091839A2 (en) * 2003-04-11 2004-10-28 Edison Welding Institute Method and apparatus for locally clamping components that are to be joined by friction stir welding
US7530486B2 (en) 2003-05-05 2009-05-12 Sii Megadiamond, Inc. Applications of friction stir welding using a superabrasive tool
WO2005084162A2 (en) 2003-08-04 2005-09-15 Smith International, Inc. Crack repair using friction stir welding on materials including metal matrix composites, ferrous alloys, non-ferrous alloys, and superalloys
JP2005074451A (ja) * 2003-08-29 2005-03-24 Toyota Motor Corp 摩擦攪拌接合方法及び摩擦攪拌接合装置
US7121448B2 (en) * 2003-08-29 2006-10-17 General Electric Company Friction stir welding apparatus and associated thermal management systems and methods
US6913186B2 (en) 2003-09-11 2005-07-05 The Boeing Company Apparatus and method for friction stir welding with a variable speed pin
US6994242B2 (en) 2003-12-09 2006-02-07 The Boeing Company Friction stir weld tool and method
US7398911B2 (en) * 2003-12-16 2008-07-15 The Boeing Company Structural assemblies and preforms therefor formed by friction welding
US7225967B2 (en) 2003-12-16 2007-06-05 The Boeing Company Structural assemblies and preforms therefor formed by linear friction welding
JP4085988B2 (ja) * 2004-02-20 2008-05-14 マツダ株式会社 摩擦接合装置の回転ツール
US8186561B2 (en) 2004-03-24 2012-05-29 Megastir Technologies, LLC Solid state processing of hand-held knife blades to improve blade performance
WO2005105360A1 (ja) * 2004-04-30 2005-11-10 Tokyu Car Corporation 金属材の接合方法
US20100078224A1 (en) 2004-05-21 2010-04-01 Smith International, Inc. Ball hole welding using the friction stir welding (fsw) process
US7275675B1 (en) 2004-08-20 2007-10-02 United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Friction stir weld tools
US7383975B2 (en) * 2004-08-30 2008-06-10 Alcoa Inc. Fracture resistant friction stir welding tools
US7401723B2 (en) * 2004-08-30 2008-07-22 Alcoa Inc. Advanced friction stir welding tools
US7198189B2 (en) * 2004-09-28 2007-04-03 Alcoa Inc. Multi-shouldered fixed bobbin tools for simultaneous friction stir welding of multiple parallel walls between parts
EP1796865B1 (en) 2004-10-05 2012-06-06 Smith International, Inc. Expandable mandrel for use in friction stir welding
DE102005029882A1 (de) * 2005-06-27 2006-12-28 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Vorrichtung zum Reibrührschweißen
US7497917B2 (en) * 2005-08-31 2009-03-03 Gm Global Technology Operations, Inc. Friction heating for joining dissimilar materials
US7508682B2 (en) * 2005-09-19 2009-03-24 Hitachi, Ltd. Housing for an electronic circuit
US8632850B2 (en) 2005-09-26 2014-01-21 Schultz-Creehan Holdings, Inc. Friction fabrication tools
US20080041921A1 (en) * 2005-09-26 2008-02-21 Kevin Creehan Friction stir fabrication
US8875976B2 (en) 2005-09-26 2014-11-04 Aeroprobe Corporation System for continuous feeding of filler material for friction stir welding, processing and fabrication
US9266191B2 (en) 2013-12-18 2016-02-23 Aeroprobe Corporation Fabrication of monolithic stiffening ribs on metallic sheets
US8397974B2 (en) 2005-09-26 2013-03-19 Aeroprobe Corporation Self-reacting friction stir welding tool with the ability to add filler material
US9511446B2 (en) 2014-12-17 2016-12-06 Aeroprobe Corporation In-situ interlocking of metals using additive friction stir processing
US9511445B2 (en) 2014-12-17 2016-12-06 Aeroprobe Corporation Solid state joining using additive friction stir processing
US8056797B2 (en) 2005-10-05 2011-11-15 Megastir Technologies Expandable mandrel for use in friction stir welding
US8550326B2 (en) 2005-10-05 2013-10-08 Megastir Technologies Llc Expandable mandrel for use in friction stir welding
JP4768418B2 (ja) * 2005-11-28 2011-09-07 川崎重工業株式会社 摩擦撹拌接合方法
JP2007237282A (ja) * 2006-03-10 2007-09-20 Osaka Univ 金属材の接合方法
JP4861038B2 (ja) * 2006-03-31 2012-01-25 東急車輛製造株式会社 アダプタ、アダプタの冷却方法及び摩擦撹拌接合方法
GB0609669D0 (en) 2006-05-15 2006-06-28 Welding Inst Friction stir method
ITBO20060415A1 (it) * 2006-05-26 2007-11-27 Pei Protezioni Elaborazioni Dispositivo aspirante per macchine utensili, di saldatura, operatrici e simili
US20080217377A1 (en) * 2007-03-06 2008-09-11 Alcoa Inc. Fracture Resistant Friction Stir Welding Tool
CN100460131C (zh) * 2007-04-24 2009-02-11 中国航空工业第一集团公司北京航空制造工程研究所 阵列式射流冲击热沉搅拌摩擦焊接方法及装置
TW200932421A (en) * 2007-08-31 2009-08-01 Air Turbine Tech Inc Apparatus and method for machining
US7793816B2 (en) * 2007-09-07 2010-09-14 Alcoa Inc. Friction stir welding apparatus
US7854362B2 (en) 2008-03-14 2010-12-21 Alcoa Inc. Advanced multi-shouldered fixed bobbin tools for simultaneous friction stir welding of multiple parallel walls between parts
FR2933016B1 (fr) * 2008-06-30 2010-12-24 Alcan Rhenalu Procede de soudage par friction malaxage pulse
US20100038405A1 (en) * 2008-08-13 2010-02-18 Garner Timothy D Spindle-integrated cooling and collection device for stir friction welder
CN101660032B (zh) * 2009-09-07 2011-04-13 重庆大学 一种熔化焊接头表面处理方法
EP2496381A4 (en) 2009-11-02 2017-07-05 Megastir Technologies LLC Out of position friction stir welding of casing and small diameter tubing or pipe
DE102009046816A1 (de) * 2009-11-18 2011-05-19 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Schweißvorbereitung zweier Kunststoff-Bauteile
EP2338632A1 (de) * 2009-12-22 2011-06-29 Harms & Wende GmbH & Co. KG Reibpunktschweisswerkzeug
US7866532B1 (en) 2010-04-06 2011-01-11 United Launch Alliance, Llc Friction stir welding apparatus, system and method
US8141764B1 (en) 2010-04-06 2012-03-27 United Launch Alliance, Llc Friction stir welding apparatus, system and method
US8123104B1 (en) 2010-04-06 2012-02-28 United Launch Alliance, Llc Friction welding apparatus, system and method
US20120080506A1 (en) * 2010-09-23 2012-04-05 Tecnara Fsw Company, Llc Method for holding high speed friction spot joining tools
CN102811833B (zh) 2010-10-08 2016-04-27 住友轻金属工业株式会社 铝合金接合部件
CN103167927B (zh) 2010-11-04 2015-10-14 株式会社Ihi 摩擦搅拌接合装置
RU2446926C1 (ru) * 2010-11-18 2012-04-10 Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") Инструмент для фрикционной сварки перемешиванием
CN102528268B (zh) * 2010-12-17 2014-05-07 中国科学院金属研究所 一种增强接头力学性能的搅拌摩擦焊接工艺
JP5461476B2 (ja) * 2011-05-27 2014-04-02 三菱重工業株式会社 摩擦攪拌接合装置
CN103157893A (zh) * 2011-12-16 2013-06-19 宝山钢铁股份有限公司 正面同步水冷焊缝的焊接方法及装置
CN102615419B (zh) * 2012-04-06 2014-04-16 江苏科技大学 一种搅拌摩擦焊缝干式冷却装置及冷却方法
RU2517653C1 (ru) * 2012-12-20 2014-05-27 Михаил Михайлович Штрикман Инструмент для фрикционной сварки перемешиванием
CN103639588B (zh) * 2013-11-11 2015-10-07 江苏科技大学 一种用于搅拌摩擦焊的固态热沉装置及其焊接方法
US9010613B1 (en) * 2013-12-16 2015-04-21 The Boeing Company Apparatus for friction stir welding
WO2015106455A1 (en) * 2014-01-20 2015-07-23 GM Global Technology Operations LLC Welding method and system
CN104070287B (zh) * 2014-04-30 2016-05-18 燕山大学 一种抑制高强铝合金搅拌摩擦焊接头软化的方法及装置
CN104014926B (zh) * 2014-05-30 2016-08-17 北京赛福斯特技术有限公司 无倾角自顶锻搅拌摩擦焊焊接方法及工具
DE102014010058B4 (de) * 2014-07-07 2016-01-28 Grenzebach Maschinenbau Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum schnellen und sicheren Werkzeugwechsel bei dem Vorgang des Rührreibschweißens und ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens
ES2651500T3 (es) * 2015-03-18 2018-01-26 Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH Aparato para soldar por fricción-agitación con un resalte que comprende agujeros pasantes primero y segundo
RU2603341C1 (ru) * 2015-04-29 2016-11-27 Михаил Михайлович Штрикман Обрабатывающий инструмент с устройством для охлаждения
US10086396B2 (en) * 2016-03-28 2018-10-02 Nazila Sedaei Electro-anti deposit device for removing mineral deposits in drip irrigation systems
CN106181017A (zh) * 2016-07-11 2016-12-07 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种铜镍合金的搅拌摩擦焊接方法
US10279423B2 (en) * 2016-08-17 2019-05-07 The Boeing Company Apparatuses and methods for fabricating metal matrix composite structures
US20180050419A1 (en) * 2016-08-22 2018-02-22 Novelis Inc. Components and systems for friction stir welding and related processes
WO2019016824A1 (en) * 2017-07-19 2019-01-24 Shiv Nadar University METHOD FOR MODIFYING THE STRUCTURE OF THE SURFACE GRAINS OF A MATERIAL AND APPARATUS THEREOF
US11130192B2 (en) * 2017-08-30 2021-09-28 Mazak Corporation Instrumented tool handler for friction stir welding
AU2018359514C1 (en) 2017-10-31 2021-05-27 MELD Manufacturing Corporation Solid-state additive manufacturing system and material compositions and structures
CN108655668B (zh) * 2018-04-28 2020-06-19 武汉理工大学 铝合金拼焊板成形加工工艺
CN108772667A (zh) * 2018-06-20 2018-11-09 辽宁忠旺集团有限公司 一种轨道车体用铝合金薄板的搅拌摩擦焊接方法
CN108788447A (zh) * 2018-08-09 2018-11-13 湖南文理学院 一种轨道移动式搅拌摩擦焊接设备
RU2686494C1 (ru) * 2018-10-12 2019-04-29 Закрытое акционерное общество "Чебоксарское предприятие "Сеспель" Способ сварки трением с перемешиванием стыковых соединений алюминиевых сплавов
CN111438434B (zh) * 2020-05-15 2021-07-09 沈阳飞机工业（集团）有限公司 基于冷-热拉伸的搅拌摩擦薄板胶焊方法
KR102231384B1 (ko) * 2020-09-02 2021-03-24 주식회사 태강기업 마찰 용접기
RU2746930C1 (ru) * 2020-10-23 2021-04-22 Закрытое Акционерное Общество "Чебоксарское Предприятие "Сеспель" (ЗАО "Чебоксарское Предприятие "Сеспель") Устройство и инструмент для сварки трением с перемешиванием преимущественно листовых заготовок из титана и его сплавов
FR3122110B1 (fr) * 2021-04-22 2023-07-21 Inst Maupertuis Electrobroche équipée d’un circuit de refroidissement
US11660700B2 (en) 2021-06-04 2023-05-30 Dus Operating Inc. Welding and deburring system with cryogenic cooling
CN113319599B (zh) * 2021-07-09 2023-01-17 重庆市超群工业股份有限公司 汽车轮毂加工系统
CN113967783B (zh) * 2021-10-22 2022-08-02 南京工业大学 一种同轴喷雾冷却耦合辅助fsw的装置及使用方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB591201A (en) † 1944-05-02 1947-08-11 Mallory Metallurg Prod Ltd Improvements in or relating to welding electrode cooling
US3234643A (en) * 1962-05-24 1966-02-15 American Mach & Foundry Friction welding
US3212182A (en) * 1962-05-24 1965-10-19 American Mach & Foundry Friction welding
US3717539A (en) † 1968-05-27 1973-02-20 E Systems Inc Ultrasonic welding apparatus
US4106167A (en) † 1970-10-23 1978-08-15 Penelope Jane Vesey Luc Frictional method and machine for seaming tubular sections
JPS51110455A (en) 1975-03-25 1976-09-30 Maruma Tractor & Equip Junkatsuzaifunyugatatoratsukurinkuno nikumoryosetsuhoho oyobi sonoreikyakuhogosochi
FR2659038B1 (fr) * 1990-03-02 1994-11-10 Snecma Procede de soudage par friction et machine de mise en óoeuvre.
US5138766A (en) * 1990-04-26 1992-08-18 Fuji Photo Equipment Co., Ltd. Roller for transporting sheet-like material and method for manufacturing the same
GB9125978D0 (en) 1991-12-06 1992-02-05 Welding Inst Hot shear butt welding
US5248868A (en) † 1992-05-22 1993-09-28 Cusick Iii Joseph B Melding gun
NO942790D0 (no) 1994-03-28 1994-07-27 Norsk Hydro As Fremgangsmåte ved friksjonssveising og anordning for samme
GB2306366A (en) * 1995-10-20 1997-05-07 Welding Inst Friction stir welding

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7845544B2 (en) 2005-11-08 2010-12-07 Honda Motor., Ltd. Friction stir welding method and friction stir welding tool
JP6143915B1 (ja) * 2016-04-28 2017-06-07 株式会社日立パワーソリューションズ 摩擦攪拌接合装置
WO2017188272A1 (ja) * 2016-04-28 2017-11-02 株式会社日立パワーソリューションズ 摩擦攪拌接合装置
JP2017196648A (ja) * 2016-04-28 2017-11-02 株式会社日立パワーソリューションズ 摩擦攪拌接合装置
US10421150B2 (en) 2016-04-28 2019-09-24 Hitachi Power Solutinos Co., Ltd. Friction stir welding device
CN106735856A (zh) * 2017-02-23 2017-05-31 江苏科技大学 一种搅拌摩擦头水冷装置及方法
WO2024034268A1 (ja) * 2022-08-08 2024-02-15 国立大学法人大阪大学 摩擦攪拌接合方法及び摩擦攪拌接合用ツール

Also Published As

Publication number Publication date
CN1167663A (zh) 1997-12-17
EP0810056B1 (en) 2003-08-27
DE69724326T3 (de) 2014-08-14
DE69724326T2 (de) 2004-02-19
CA2204570C (en) 2005-07-12
US6516992B1 (en) 2003-02-11
KR970073845A (ko) 1997-12-10
JPH1052770A (ja) 1998-02-24
CN1084654C (zh) 2002-05-15
EP0810056A3 (en) 1998-12-02
DE69724326D1 (de) 2003-10-02
EP0810056B2 (en) 2014-05-21
CA2204570A1 (en) 1997-11-30
EP0810056A2 (en) 1997-12-03
KR100492837B1 (ko) 2005-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3530342B2 (ja) 摩擦スター溶接方法
JP3523983B2 (ja) 摩擦スター溶接工具および方法
US5975406A (en) Method to repair voids in aluminum alloys
US6053391A (en) Friction stir welding tool
TWI391199B (zh) 摩擦攪拌方法
US5971252A (en) Friction stir welding process to repair voids in aluminum alloys
CN110653618B (zh) 一种随焊激冷、去除飞边的搅拌摩擦焊用搅拌工具系统
CN110524105B (zh) 一种用于摩擦焊的旋转焊具及焊接方法
US20030223831A1 (en) Methodology and tool design for high speed machining
JP4328622B2 (ja) 軽金属部品を接合する方法および装置
FR2760384A1 (fr) Procede et appareil pour la production de granules
JPS61223096A (ja) 鋼材の熱間加工用潤滑剤
US6722014B2 (en) Energized sequential tool coating
CN220591876U (zh) 一种自发热的搅拌摩擦工具
JPS5946708B2 (ja) 薄肉金属管の肉盛溶接方法
JPS63169201A (ja) 高温の鋼管の接合バリを切削除去する方法
Abd El-Nasser et al. Effect of the friction stir welding parameters on the mechanical properties of Al 5083 joint
CN116618817A (zh) 实现结晶器铜板表面强化的搅拌摩擦改性处理工具与方法
JPS60500607A (ja) 機械加工方法及び装置
JPH09217155A (ja) 金属又は合金管の製造方法及び鋸刃
JP2004122198A (ja) 断面円形の被加工孔の内面への肉盛り装置
Gerçekcioglu et al. BALKANTRIB’O5 5 th INTERNATIONAL CONFERENCE ON TRIBOLOGY JUNE. 15-18. 2005

Legal Events

Date Code Title Description
A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20040108

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20040114

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040122

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040217

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040227

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090305

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100305

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110305

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120305

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120305

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130305

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130305

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140305

Year of fee payment: 10

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term