JP3740125B2 - Friction stir welding apparatus and joining method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両、航空機、船舶、建物等の構造体を製造する際に用いるシングルスキンやダブルスキンパネル(二面中空パネル)同士を接合する摩擦攪拌接合装置とその接合方法に係り、特にボビンツールを用いた摩擦攪拌接合装置とその接合方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば特表平7−505090号公報(特許文献1)には、摩擦攪拌による固相接合方法として長尺材同士の新規な接合方法が開示されている。かかる接合方法は、加工物より実質的に硬い材質からなる回転ツ−ルを加工物の溶接部に挿入し、回転ツ−ルを回転させながら移動することにより、回転ツ−ルと加工物との間に生じる摩擦熱による塑性流動によって加工物を接合する接合方法である。かかる摩擦溶接法は、溶接部材を固相状態で、回転ツ−ルを回転させながら移動させつつ軟化させた固相部分を一体化しながら接合できるために、熱歪みがなく溶接方向に対して実質的に無限に長い長尺材でもその長手方向に連続的に固相接合できる利点がある。さらに、回転ツ−ルと溶接部材との摩擦熱による金属の塑性流動を利用した固相接合のため、接合部を溶融させることなく接合できる。また、加熱温度が低いため、接合後の変形が少ない。さらに接合部は溶融されないため、欠陥が少ないなどの多くの利点がある。
【0003】
次に摩擦撹拌接合に使用される回転工具について説明する。摩擦撹拌接合は前記特許文献1に開示されているように、ブローブ型とボビンツール型の回転工具が存在する。プローブ型工具は、ショルダで母材上側より摩擦熱を付与しながら、母材に侵入させたプローブ軸の機械的攪拌により、プローブ軸周囲を塑性流動化し、この状態で回転工具を接合線に沿って移動させることにより、接合線周囲が塑性流動化しつつ接合線に沿って2つの素材が圧力を受けながら撹拌混練され、プローブの後方側に移行する。この結果塑性流動した素材は後方側で摩擦熱を失って急速に冷却固化するので両パネル板は素材同士が混じり合って完全に一体化した状態で接合されるものであるが、かかる接合方法では接合時に摩擦熱を発生させるために、回転工具を接合線側に押しつける必要があり、従ってこの反力に対処するために、裏当金が使用されている。この裏当金は被加工物の面板の下側に密着させて設置するものであり、大きな加圧力を必要とする。
【0004】
かかる欠点を解消するために、図6に示すように、ボビンツール1と呼ばれる回転工具が提案されている。
かかる工具は接合する母材3の表裏両面を挟持するように一定間隔を設けた一対のショルダ10、11(上側ショルダと下側ショルダ)が設けられているとともに、該上下一対のショルダ10、11間に攪拌軸(ピン軸)12が設けられているので、接合面の両面において摩擦発熱させることが出来、下側の融合不良が生じないのみならず、上下一対のショルダ10、11間で互いの反力を受けているために、裏当金が不要になる。
【0005】
そしてこのようなボビンツールを用いた摩擦攪拌接合装置は種々存在し、例えば特開2001−287053号公報(特許文献2)においては、図6に示すように、回転ツール1を用いる摩擦攪拌接合において、ツールに小径のピン部(攪拌軸)12と、該ピン部12を挟んでその両側にピン部12よりも大径のショルダ(押圧部材)10、11とを設け、該ショルダ10、11の間隔を被接合材(母材)3Cの厚さよりも小さくし、2つの該ショルダ10、11で被接合材3Cを挟むようにして接合する技術が開示されている。
【0006】
又下側押圧部材と上側押圧部材を備え、該押圧部間が可変のボビンツールを用いた摩擦攪拌接合装置も公知であり、例えば特開2000−33484号公報(特許文献3)において、コイルスプリングを用いて下面押圧部を軸方向に可変にした技術も存在する。
【0007】
【特許文献1】
特表平7−505090号公報
【特許文献2】
特開2001−287053号公報
【特許文献3】
特開2000−33484号公報
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながらいずれの技術も上側ショルダと下側ショルダの直径が同一で且つ同方向に回転するものであるために、次のような問題がある。
その第1はボビンツールの上下のショルダ直径が等しいことに生じる問題である。
上下のショルダ径が等しいボビンツールで摩擦入熱を行うと、入熱された軟化領域は円筒状に対称になり、この状態でボビンツールの移動中に母材厚みの変動や上下に力が加わることにより、上下のショルダ間に挟まれる母材の軟化領域部分にせん断力が働き、母材と軟化域の境界が工具回転によりせん断されやすい。
【0009】
更に摩擦攪拌接合の当初においては、ボビンツールが挿設される穴をあける訳であるが、一般的には下側ショルダと攪拌軸をナット結合しておき、下側ショルダを取り外した状態で攪拌軸を挿設し、挿設後に下側ショルダをナット結合するわけであるが、ダブルスキンパネル(二面中空パネル)のように下側に作業者の手が入りにくい部位ではその結合がなかなか困難である。
【0010】
このため前記穴径を下側ショルダ外径より僅かに大きくして、しかも攪拌軸に穴径と同型の円筒状の充てん材を嵌合させて前記穴を塞いだ状態で接合開始を行うことを検討したが、充てん材も穴も筒状のために、面一規制が出来ずそのため接合開始時に段差のある状態で接合する恐れがあり、高品質の接合ができにくい。
【0011】
第2の問題は、図5(A)に示すように、上側ショルダ10と下側ショルダ11が同方向に回転することである。
即ち、上側ショルダ10と下側ショルダ11の間隔を被接合材(母材)3の厚さよりも小さくし、2つの上側ショルダ10と下側ショルダ11で被接合材3を挟むようにして同方向5A、5Aに回転させると、図に示すように、前記上側ショルダ10と下側ショルダ11を具えたボビンツールが接合線に沿って進行する方向の接合線前方に位置する開先5が開いたり、又母材3、3同士を固定具50により固定しておいても、母材3自体が矢印51で示すように前後にずれてしまう恐れがある。
【0012】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、ボビンツールを用いて接合する場合の種々の課題を解決しようとするもので、第1の課題は上下のショルダ間に挟まれる母材の軟化領域部分がショルダとともに、そのワークの軟化領域を引きちぎってしまう恐れを防止することにある。
第2の目的は、2つの上側ショルダと下側ショルダで被接合材を挟むようにして回転させた場合においても、接合線前方に位置する開先が開いたり、母材や開先線が前後や左右にずれてしまう恐れを解消することにある。
第3の目的は、摩擦攪拌接合の当初においては、ボビンツールが挿設される穴を小さくしかも母材と充てん材が簡単に面一になる状態で接合することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、下側押圧部材と上側押圧部材を備え、該押圧部間が固定若しくは可変の攪拌軸(プローブ軸)により前記2つの押圧部材が連結若しくは対峙してなるボビンツールを有する摩擦攪拌接合装置において、
下側押圧部材と上側押圧部材の直径を異ならせて母材表裏両面を摩擦入熱させるとともに、押圧部材の外周部近傍で摺動面と接触している母材と対面する位置に、母材押さえ機構を取り付けて、前記2つの押圧部材(以下ショルダという)の母材と接する摩擦入熱用摺動部の熱容量を異ならせるか若しくは回転数を異ならせて構成、例えば下側押圧部材の直径若しくは厚みを上側押圧部材のそれより異ならせて母材表裏両面より受熱する熱容量を異ならせたことを特徴とする。
【0014】
上側ショルダと下側ショルダからなるショルダ面を上下(表裏)で異径若しくは回転数を異ならせる効果について図1に基づいて説明する。
図1(B)に示すように、同一回転で工具10、11(ショルダ)径が同じ場合発熱量は同じであるが、上側ショルダ10は加工機主軸90側に熱が逃げ、上側ショルダ10への熱逃げ量が小さくこのため下側ショルダ11の方が温度上昇し、母材3表裏両面の発熱量が異なって上昇し、結果として凹み量は上側ショルダ10の方が小さく下側ショルダ11の方が大きくなる傾向がある。
この接合時の凹みを例えば均一にしたい場合は図1(A)に示すように、下側ショルダ11のショルダの径を小さくして発熱量を小さくさせるか、下側ショルダ11のショルダの長さ(厚み)を延ばして熱容量を稼ぐのがよい。逆に図4(B)、(D)に示すように、下側ショルダ11のショルダの径を大きくして母材3裏面発熱量を大きくしてもよく、又母材表面側の凹みをなくし、平坦若しくは凸状にしてもよい。
なお前記作用は上側ショルダ10の回転手段と下側ショルダ11の回転手段を夫々独立駆動制御とし、接合時の凹みを均一にしたい場合は、下側ショルダ11の回転数を上側ショルダ10に対し、相対的に低くし、一方母材表面側の凹みをなくし、平坦若しくは凸状にする場合は、下側ショルダ11の回転数を上側ショルダ10に対し、相対的に高くすればよい。
【0015】
又本発明は、下側ショルダ11のショルダの径を大きくして母材3裏面発熱量を大きくすれば母材表面側の凹みをなくすことができる。
この場合にショルダは必ずしも円筒形ではなく、テーパ円若しくは逆テーパ円でもよく、要は母材に摩擦入熱するショルダ面が上下(表裏)で異径若しくは回転数が異なってもよい。
【0016】
かかる発明によれば、ボビンツールの上下のショルダの径を異径にするか回転数を異ならせることによりワーク断面上下方向の軟化域を非対称にして接合開始時のショルダのワークの挟み付けによる軟化域でせん断力が発生してもこれを阻止する方向に力をくわえることができる。
更に本発明は、下側押圧部材と上側押圧部材の直径を異ならせて母材表裏両面を摩擦入熱させるとともに、小径側の押圧部材の外周側の母材と対面する位置に、母材押さえ機構を取り付けることにより、小径側から大径側へ向けての軟化領域のせん断力の発生を抑制できる。
【0017】
本第2発明は、下側押圧部材と上側押圧部材を備え、該押圧部間が固定若しくは可変の攪拌軸(プローブ軸)により前記2つの押圧部材が対峙してなるボビンツールを有する摩擦攪拌接合装置において、前記下側押圧部材を攪拌軸と連結させ、一方上側押圧部材を攪拌軸に対し遊嵌自在に嵌合させるとともに、上側押圧部材の回転方向を下側押圧部材に対し、逆方向に設定したことを特徴とする。
請求項5記載の発明は、かかる装置発明の方法を特定したもので、下側押圧部材と上側押圧部材を備え、該押圧部間が固定若しくは可変の攪拌軸(プローブ軸)により前記2つの押圧部材が連結若しくは対峙してなるボビンツールを用い、該ボビンツールを母材同士が突き合わされて形成される母材接合線に沿って進行させながら、該母材接合線上の母材接合部を挟んでその上側に位置する上側押圧部材の回転摺接運動と下側押圧部材の回転摺接運動より夫々母材接合部上下両面に摩擦入熱を加えてその母材接合部の塑性流動により接合を行う摩擦攪拌接合方法において、
前記回転摺接運動方向を下側と上側で異ならせてその回転摺接運動方向が、ボビンツールが進行する方向の接合線前方側に向くように攪拌を行うことを特徴とする。
【0018】
かかる発明によれば図5(A)に示すように母材同士が突き合わされて形成される母材接合線に沿って突き合わされる一の母材と他の母材の内、図上上側に位置する母材を上側 母材3Aと、図上下側に位置する母材を下側母材3Bと夫々定義すると、かかる上側母材3Aと下側母材3B同士は該母材3A、3B同士の接合線反対側に位置する長手方向に延びる端側線の左右両側(言い換えれば接合線と直交する母材幅方向両端側の、接合線と平行に位置する夫々の母材の長手方向に延在する端側線の左右両側)は固定部材50によって拘束されている為に、ボビンツール10、11の回転により発生する力の方向は、同回転方向の場合は上側ショルダ10では図上反時計回りの方向5Aに、下側ショルダ11でも前記上側ショルダ10と同一方向の図上反時計回りの方向5Aになるために、母材が接合線5を挟んで矢印51の如く前後にずれる方向に働く力となる。
この状態で、母材同士が突き合わされて形成される母材接合線に沿って、例えばこの母材同士を突き合わせた接合線に位置するボビンツールを該接合線に沿って進行させて上側母材3Aと下側母材3Bとの接合を行うと、上側母材3Aの肉は肉あまり状態になり、一方下側母材3Bは肉が足らなくなるので、摩擦入熱が十分行われずに接合線5を挟んで上側母材3Aと下側母材3Bとの間で段差が出来、接合線5を挟んで上下の母材板同士の食い違い接合が出来なくなる。
これに対し、図5(B)に示すように上側ショルダ10と下側ショルダ11が逆回転方向の場合は、上側ショルダ10では図上反時計回りの方向5Aに、下側ショルダ11では図上時計回りの方向5Bと互いに逆方向になるために、図5(C)で示すように、母材が接合線5を挟んで母材表裏両面(上側と下側の面)側で前後にずれる方向がキャンセルする方向となり接合線5を挟んで上側母材3Aと下側母材3Bとの間で段差が出来ず、円滑な接合が可能である。
【0019】
又かかる発明によれば、被接合材の表裏両面(上側と下側)から一対のショルダが挟み込んで摩擦攪拌接合する際に上側のショルダを下側ショルダ及び攪拌軸との回転方向を逆回転にしたために、母材接合線上に沿って進行するボビンツールの接合位置より進行方向前側の位置では、母材接合線にたいし、上側のショルダと下側ショルダの摺接回転方向が接合線に向くように攪拌することによりボビンツールツール進行方向側の接合線前方の開先が狭まる方向に力が働くために、該接合線前方に位置する開先が開いたりすることがなく、更に前記接合位置後方の接合が完了されている位置では接合線を中心に両側に接合線から離れる方向に力が掛かるために、母材や開先線が前後にずれてしまう恐れを解消でき円滑な接合が可能である。
特に断面半円状の円筒状材料を軸線方向に接合する際には180°対称位置に互いに当接し上側に鏡板を有している場合が多いために、このずれを開放する場所がなく、このため接合中に開先のずれが生じやすいことから前記母材が円筒体その他の無端状筒体である場合にこのずれを防止するのに非常に効果的である。
【0020】
本第3の発明は、下側押圧部材と上側押圧部材を備え、該押圧部間が固定若しくは可変の攪拌軸(プローブ軸)により前記2つの押圧部材が連結若しくは対峙してなるボビンツールを用いて母材の接合を行う摩擦攪拌接合方法において、摩擦攪拌部位始端に、内周面に回転規制部と軸方向規制部が設けられた嵌合穴を設け、攪拌軸に前記嵌合穴に嵌着される充てん材が取り付けられた状態で、前記ボビンツールを嵌合穴に嵌装した後、摩擦攪拌接合を開始することを特徴とする。
即ち、具体的な装置としては、下側押圧部材と上側押圧部材を備え、該押圧部材間が固定若しくは可変の攪拌軸(プローブ軸)により前記2つの押圧部材が連結若しくは対峙してなるボビンツールを備えた摩擦攪拌接合装置において、
前記下側押圧部材と上側押圧部材より同径若しくは小径に形成するとともに、前記攪拌軸に嵌合される充てん材が、母材接合線始端側の嵌合穴の形状に合わせて下側押圧部材側から上側押圧部材側に向け、軸方向規制部を有して形成されていることを特徴とする。
なお、前記回転規制部とは、例えばスプライン等の歯形形状でもよく、又は楕円等の非対称形状でもよい。
又軸方向規制部とは段差やテーパがあげられる。
かかる発明によれば、回転規制部を有するために、充てん材は軸とともに回転して軟化し、更に軸方向規制部によって充てん材と母材が常に面一で摩擦攪拌接合を開始できる。
又下側ショルダを小径にすれば、摩擦攪拌接合の当初においては、ボビンツールが挿設される穴を小さくしかも母材と充てん材が簡単に面一になる状態で高品質に接合することが出来る。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【0022】
図4は、ボビンツール1を用いた本発明の実施例で、上側ショルダ10は、ワーク(母材)3上側を倣うごとく小なる反力(荷重)を付与する第1の油圧ピストン/シリンダ60に連結されており、一方、下側ショルダ11は、上側ショルダ10にワーク(母材)3を挟み下側より摩擦力を発生するために大なる反力(荷重)を付与する第2の油圧ピストン/シリンダ62に連結されており、そしてこれらのボビンツール1は内部に組み込まれたモータ72と反転機構82により正逆逆方向に回転駆動される。
【0023】
より具体的に説明するに、図中90は加工機主軸で、回転はしない。9は前記主軸下面に取り付けられた接合機本体で、前記加工機主軸90下面に取り付けられた円筒形状の支持外枠64と、前記支持外枠64の上部中心軸上にとりつけられた第1の油圧ピストン/シリンダ60と、前記油圧ピストンに連結された上下動可能な支持軸により吊下された支持内筒66と、前記支持内筒66上部に内蔵された第2の油圧ピストン/シリンダ62と、前記第2の油圧ピストン/シリンダ62下方の支持筒内部に組み込まれたボビンツール取付体70よりなり、ボビンツール取付体70周囲にはモータ72が環装されており、支持内筒66に対し、ボビンツール取付体70が回転自在に配設されている。
【0024】
ボビンツール取付体70は、第1の油圧ピストン/シリンダ60の付勢変位を支持内筒66と一体的に受圧しZ軸方向に移動変位可能に、フランジ71を介して回転自在に支持内筒66内に支持されている上側ショルダ取付体80と、上側ショルダ10内を貫通し、ピン軸12を介して先端に下側ショルダ11が取り付けられている下側ショルダ取付軸78とからなり、下側ショルダ取付軸78と第2の油圧ピストン/シリンダ62のピストン軸62Bとはベアリング軸受73を介して連結され、モータ72による下側ショルダ取付軸78の回転と無関係に支持内筒66に上下動自在に支持されたピストン軸62Bを介して第2の油圧ピストン/シリンダ62の付勢力を受圧可能に構成されている。
又下側ショルダ取付軸78と上側ショルダ取付体80の嵌合部分にはモータ72の回転力を逆転する反転機構82が設けられ、該反転機構82を介して下側ショルダ取付軸78がピストン軸62Bに摺動自在に連結され、これにより上側ショルダ10側のモータ72の回転方向と反転機構を介して下側ショルダ11が正逆反転方向に回転可能に構成されている。
又図示はしていないが、前記反転機構82の代わりに独立したモータを取り付け、下側ショルダ11と上側ショルダ10が夫々独立して回転数と回転方向が制御されるように構成してもよい。
【0025】
又支持内筒66下側外周と支持外枠64下側内周との対面位置には、段差状に縮径された移動規制範囲において支持内筒66が上下移動可能なようにリング状係合凹部88とリング状係合凸部89が設けられており、又本実施例の油圧ピストン/シリンダ60、62は、ピストン61の上下両側に油圧63A、63Bが導入されてその圧力バランスにより、ピストン軸61Aが上下動するように構成している。これにより倣い及び摩擦押圧力の制御の容易化を図っている。
【0026】
かかる摩擦攪拌接合装置によれば、ボビンツール1(下側ショルダ11と上側ショルダ10)によりワーク(母材)3を挟持させた状態で、先ずモータ72により上側ショルダ取付体80とこれに反転機構82を介して連結している下側ショルダ取付軸78と正逆反対方向にを回転させた後、支持内筒66を吊下し、ピストン軸61A及び支持内筒66を介して上側ショルダ10側に付勢される第1の油圧ピストン/シリンダ60では、ワーク(母材)3接合面の上側にかかる上側ショルダ10面の荷重が10kgfになるように、不図示の油圧ポンプを駆動させる。
又同時に支持内筒66に内蔵され、ピストン軸62B及び下側ショルダ取付軸78を介して下側ショルダ11側に付勢される第2の油圧ピストン/シリンダ62では、ワーク(母材)3接合面の下側にかかる下側ショルダ11の荷重が200kgf以上になるように、不図示の油圧ポンプを駆動させる。
この際、前記ボビンツール1を回転自在に支持している接合機本体9は、支持内筒66外周側のリング状係合凹部88と支持外枠64内周側のリング状係合凸部89との間で移動規制された範囲で上下動動に支持している。
【0027】
このように下側ショルダ11の荷重が200kgf以上になるように制御し、前記上側ショルダ10面にかかる荷重を下側ショルダ11にかかる荷重より大幅に小にしている理由は次の通りである。
例えば母材3がスキンパネルの場合に、接合部の継ぎ手構造が突き合わせになっているために、その接合部にギャップ(隙間)が生じるが、パネル自由端の下側(中空部側)の板厚を厚くするとともに、母材上側と下側(表裏両面側)にショルダ面より摩擦熱が入熱されるボビンツール1を用い、下側ショルダ11にかかる荷重を大幅に大にして摩擦攪拌接合がなされることで、継ぎ手部でショルダ面との摩擦熱による入熱により下側の軟化した部分が接合ギャップ空間に進入するため外部から見える上側は凹部が発生することなく、平坦を維持でき、しかも接合後における上側加工処理が基本的に不要であり、特に車両構造体のような長尺のものについては、その作業が大幅に簡単化する。
【0028】
そしてこのような作用効果は、前記上側ショルダ10面にかかる荷重を下側ショルダ11にかかる荷重より大幅に小にして、母材表裏両面に押圧力を加えながら回転摺擦運動を行うと、下側ショルダ11にかかる荷重が下側ショルダ11にかかる荷重より大幅に大にしながら摩擦攪拌接合を行うことにより、下側ショルダの回転摺擦運動により軟化した母材裏側の肉が前記ギャップに進入することにより達成される。
【0029】
尚、本発明では、下側ショルダ11と上側ショルダ10を反転機構82により連結して正逆回転させているが、両者を独立して回転制御可能に構成してもよい。
【0030】
又本実施例によれば、上側ショルダ10においては、ワーク(母材)3上側の倣いが主な作用であるために、エアシリンダの利点が有効に生かせる。即ち接合線が上下方向に大きく湾曲しているような継手においてもエアシリンダはその押圧力の変動が滑らかであって、油圧シリンダより倣いの追従性がよい。
一方円滑な摩擦入熱により、大きな押圧力を必要とする下側ショルダ11の場合は油圧ピストン/シリンダを用いることがよい。
【0031】
図4(B)は、図4(A)のボビンツールの構成を示し、図4(C)は軟化領域を示す図である。図4(B)、(C)において、図中10に示す上側ショルダは、ワーク(母材)3上側を倣うごとく小なる反力(荷重)を付与する第1の油圧ピストン/シリンダ60(図3(A)参照)に連結されており、その直径はd1である。一方、11に示す下側ショルダは、ピン軸12を介して上側ショルダ10にワーク(母材)3を挟み下側より摩擦力を発生するために大なる反力(荷重)を付与する第2の油圧ピストン/シリンダ62に連結されており、その直径はd2と上側ショルダ10より大径(d2>d1)に設定してある。そしてこれらのボビンツール1は内部に組み込まれたモータ72と反転機構82により正逆反対方向に回転駆動されることは前記したとおりである。
【0032】
かかる実施例において、ボビンツールの下側ショルダ直径d2が大きく上側ショルダ10の直径d1が小さい。この上下のショルダ径が異径のボビンツール1で摩擦入熱を行うと、入熱された軟化領域は下側の底辺がd2で頂面側がd1の円錐台状に上下に非対称(軸方向には対称で母材上面より下側面が大径な異径な軟化領域)になり、この状態でボビンツール1の移動中に母材3が上下動したり、又該ボビンツール1を支持する加工機主軸90が上下動しても、上下のショルダ間に挟まれる母材3の軟化領域4部分が上下の移動を阻止する方向に働き、ショルダとともに、そのワークの軟化領域4に発生するせん断力を押さえることができる。
【0033】
更に本実施例は、図4(B)に示すごとく、被接合材(母材)3の上側と下側から一対のショルダ10、11が挟み込んで摩擦攪拌接合する際に上側のショルダ10を下側ショルダ11及び攪拌軸(ピン軸)12との回転方向を逆回転にし且つその摺接回転方向5A、5Bが、接合線の開先5前方側に向くように攪拌することにより接合線前方の開先5が狭まる方向に力が働き、更に接合位置後方7でも接合線を中心に両側に力(→7A、7B参照)が掛かるために、接合線前方に位置する開先5が開いたり、母材3や開先線5が左右にずれてしまう恐れを解消できる。
又攪拌軸(ピン軸)12は逆ねじ(主軸の回転に対し上向きの力が加わる螺旋方向)にて構成するのがよい。
【0034】
又上側のショルダ10を下側ショルダ11及び攪拌軸(ピン軸)12との回転方向を逆回転にすると図5(C)で示すように、母材表裏両面側で接合線に沿って加わる付勢力が接合線を挟んで表裏両面で前後に逆となり、前後のずれを防止できる。
そしてこの場合、上側のショルダ10を下側ショルダ11の回転数を制御することで例えば入熱された軟化領域4は下側の底辺部分がふくらみ、頂面側がやせた約上向き円錐台状に上下に非対称(軸方向には対称で母材上面より下側面が大径な異径な軟化領域)になり、図5(B)と同様になる。
なお図5(C)右欄で示すように、上側のショルダ10を下側ショルダ11及び攪拌軸(ピン軸)12との回転方向を逆回転にするのみならず、両者を独立したモータ91、92で回転制御部93により回転制御して回転方向とあわせて回転速度を制御してもよく、これにより接合面の平坦度や凹凸の制御も容易となる。
【0035】
特に断面半円状の円筒状材料を軸線方向に接合する際には180°対称位置に互いに当接しているために、この左右のずれを開放する場所がなく、このため接合中に開先5のずれが生じやすいことから前記母材3が円筒体その他の無端状筒体である場合にこのずれを防止するのに非常に効果的である。
【0036】
更に本実施例は、図4(D)に示すように、小径側の上側ショルダ10の外周側の母材と対面する位置に、ショルダ面に対し上方にクリアランスを持たせた円盤状の台座21を設け、該台座の母材対面側に凹部を設け、該凹部内に皿バネ22により上下方向に弾性力が付勢されたスラストベアリング23を配置し、母材押さえ機構20として機能させている。かかる構成によれば、小径の上側ショルダ10から大径の下側ショルダ11へ向けての軟化領域の引き剥がしも防止できるとともに、前記押さえ機構20により母材傾きや変動があってもボビンツールをこれに追従できる。
【0037】
さて、摩擦攪拌接合の当初においては、図5(A)及び(B)に示すように、ボビンツール1が挿設される穴8をあける。一般的には下側ショルダ11と攪拌軸(ピン軸)12をナット結合しておき、下側ショルダ11を取り外した状態で攪拌軸(ピン軸)12を挿設し、挿設後に下側ショルダ11をナット結合するわけであるが、ダブルスキンパネル(二面中空パネル)のように下側に作業者の手が入りにくい部位ではその結合がなかなか困難である。
【0038】
このため図1(C)に示すように、前記穴8径を下側ショルダ11外径より僅かに大きくして、しかも攪拌軸(ピン軸)12に穴8径と同型の円筒状の充てん材15を嵌合させて前記穴8を塞いだ状態で接合開始を行うことを検討したが、充てん材15も穴8も筒状のために、ボビンツール1を母材3の穴8に挿入する際に、母材上側より深く挿入したり若しくは浅く挿入したりして母材3と充てん材15との面一規制が出来ずそのため接合開始時に段差のある状態で接合する恐れがあり、高品質の接合ができにくい。なお、攪拌軸(ピン軸)12は逆ねじになっている。
【0039】
そこで本実施例は図2(A)に示すように、内周面にスプライン溝状の回転規制部16が設けられた嵌合穴8Aを形成し、攪拌軸(ピン軸)12に前記嵌合穴8Aと雄雌状に嵌着される、外周面にスプライン突起状の回転規制部17が設けられたテーパ(円錐台)状の母材と同材質の充てん材15Aを取り付けた後、前記充てん材を備えたボビンツール1を嵌合穴8Aに嵌装することにより回転規制部16/17同士が嵌合し、且つ軸方向規制を行うテーパ部によって充てん材15Aと母材嵌合穴8Aが常に面一で嵌合する。
【0040】
この場合に下側ショルダ11の径d2は上側ショルダ10の径d1に比較して小径であるために、摩擦攪拌接合の当初においては、ボビンツールが挿設される穴8Aを小さくしかも母材3と充てん材15Aが簡単に面一になった状態で、摩擦攪拌接合を開始できる。
なお、図2(B)は前記嵌合穴8Bを段差を有する凸穴に、又充てん材15Bをこれと同型の下凸形状にして段差を介して面一規制を行っている。
【0041】
かかる実施例によれば、スプライン状の溝16と突起17が互いに嵌合して回転規制を行っているために、摩擦攪拌接合当初においても充てん材15Bは攪拌軸(ピン軸)12とともに回転して摩擦入熱により軟化し、母材3と一体化する。
【0042】
なお、図2(C) は、テーパ状の記嵌合穴8Cの頂面を上側ショルダ10外径d1より小さくしたもの、(D)は嵌合穴8Dを段差を有する凸穴にするとともに、その頂面を上側ショルダ10外径d1より小さくしたもので、いずれも接合により母材3が軟化接合された際に充てん材が円滑に軟化されて一体化される。
【0043】
又、図3は、下側ショルダ11の径d2を上側ショルダ10の径d1と同径にしつつ、充てん材15E、15F頂面を上側ショルダ外径d1より大きくして充てん材15E、15Fにより面一規制を行っているものである。なお図3(B)は、テーパ状の記嵌合穴8Fの頂面を上側ショルダ外径d1より大きくしたもの、(A)は前記嵌合穴8Eを段差を有する凸穴にするとともに、その頂面を上側ショルダ外径d1より大きくしたもので、スプライン16を有する充てん材15Eも同径にしている。
かかる実施例によれば、図3(C)に示すように、摩擦攪拌接合の当初においては、ボビンツールが挿設される穴8E、8Fがボビンツールの下側ショルダ11の径d2を上側ショルダ10の径d1と同径であっても充てん材15E、15F頂面が拡径しているために、母材3(前記上側母材3Aと下側母材3Bが接合された母材を母材3という)と充てん材15E、15Fが簡単に面一になり、この状態で、摩擦攪拌接合を開始できる。いずれも接合により母材3が軟化された際に充てん材15E、15Fの外周が残るが、その部分59は接合後に切断して除去すればよい。
【0044】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、ボビンツールを用いて接合する場合の種々の課題を解決出来、特に上下のショルダ間に挟まれる母材の軟化領域部分がショルダとともに、そのワークの軟化領域を引きちぎってしまう恐れを防止出来る。
又本発明によれば、2つの上下ショルダで被接合材を挟むようにして回転させた場合においても、接合線前方に位置する開先が開いたり、母材や開先線が前後若しくは左右にずれてしまう恐れや、接合不良が生じる恐れを解消出来る。
更に本発明によれば、摩擦攪拌接合の当初においては、ボビンツールが挿設される穴を小さくしかも母材と充てん材が簡単に面一になる状態で接合出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の作用説明図で、(A)は本発明、(B)及び(C)は従来技術対応図である。
【図2】 ボビンツールの下側ショルダの径d2を上側ショルダの径d1より小さくした摩擦攪拌接合の当初におけるボビンツール嵌合穴を用いた作用図で、(A)、(C)はテーパ穴、(B)(D)は下凸穴のものを示す。
【図3】 ボビンツールの下側ショルダの径d2を上側ショルダの径d1と同径にしてり充てん材頂面をそれより大きくした摩擦攪拌接合の当初におけるボビンツール嵌合穴を用いた作用図で、(B)はテーパ穴、(A)は下凸穴のものを示す。(C)は接合後の状態を示す平面図である。
【図4】 (A)は、ボビンツールを用いた摩擦攪拌接合装置の本発明の実施例を示す全体構成図で、(B)はボビンツールの拡大図、(C)は軟化領域を示す説明図、(D)は母材押さえ機構を設けた他の実施例である。
【図5】 摩擦攪拌接合状態を示し、(A)は従来技術、(B)は本実施例、(C)左欄は母材表裏両面側の回転工具による付勢力を示す矢印、右欄は下側ショルダと上側ショルダを夫々独立して制御する回転制御部を備えた実施例である。
【図6】 従来技術にかかるボビンツールの構成を示す。
【符号の説明】
1 ボビンツール
3 母材
4 軟化領域
5 開先
8A〜8E 嵌合穴
10 上側ショルダ
11 下側ショルダ
12 攪拌軸(ピン軸)
15A〜15E 充てん材
16/17 回転規制部
20 母材押さえ機構
72 モータ
82 反転機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a friction stir welding apparatus for joining single skin and double skin panels (two-sided hollow panels) used in manufacturing a structure such as a vehicle, an aircraft, a ship, and a building, and a joining method thereof. The present invention relates to a friction stir welding apparatus using a tool and a joining method thereof.
[0002]
[Prior art]
For example, JP 7-505090 A (Patent Document 1) discloses a novel method for joining long materials as a solid-phase joining method by friction stirring. Such a joining method involves inserting a rotating tool made of a material substantially harder than the workpiece into a welded portion of the workpiece, and moving the rotating tool while rotating the rotating tool, the workpiece, This is a joining method in which workpieces are joined by plastic flow caused by frictional heat generated between the two. In this friction welding method, since the welded member can be joined in the solid phase state while the solid phase portion softened while being moved while rotating the rotating tool is integrated, there is no thermal distortion and the welding direction is substantially reduced. In particular, there is an advantage that even an infinitely long material can be continuously solid-phase bonded in the longitudinal direction. Furthermore, since the solid-phase bonding utilizing the plastic flow of metal caused by frictional heat between the rotating tool and the welding member, the bonding portion can be bonded without melting. Further, since the heating temperature is low, deformation after joining is small. Furthermore, since the joint is not melted, there are many advantages such as fewer defects.
[0003]
Next, a rotary tool used for friction stir welding will be described. As disclosed in
[0004]
In order to eliminate such drawbacks, a rotating tool called a
Such a tool has a pair of
[0005]
Various friction stir welding apparatuses using such a bobbin tool exist. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-287053 (Patent Document 2), as shown in FIG. , A small-diameter pin portion (stirring shaft) 12 on the tool, and a shoulder larger than the
[0006]
Also, a friction stir welding apparatus using a bobbin tool that includes a lower pressing member and an upper pressing member and that has a variable gap between the pressing portions is known. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-33484 (Patent Document 3), a coil spring is known. There is also a technique in which the lower surface pressing portion is made variable in the axial direction by using.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 7-505090 Gazette
[Patent Document 2]
JP 2001-287053 A
[Patent Document 3]
JP 2000-33484 A
[Problems to be solved by the invention]
[0008]
However, both techniques have the following problems because the upper shoulder and the lower shoulder have the same diameter and rotate in the same direction.
The first is a problem caused by equal shoulder diameters of the bobbin tool.
When frictional heat input is performed with a bobbin tool with the same upper and lower shoulder diameters, the softened area that has been applied heat becomes symmetric in a cylindrical shape. As a result, a shearing force acts on the softened region portion of the base material sandwiched between the upper and lower shoulders, and the boundary between the base material and the softened region is easily sheared by the tool rotation.
[0009]
Furthermore, at the beginning of friction stir welding, a hole into which the bobbin tool is inserted is drilled. Generally, the lower shoulder and the stirring shaft are connected with nuts, and the lower shoulder is removed. The shaft is inserted and the lower shoulder is connected to the nut after installation. However, it is difficult to connect the lower shoulder, such as a double skin panel (two-sided hollow panel), where the operator's hand is difficult to enter. It is.
[0010]
For this reason, the hole diameter is made slightly larger than the outer diameter of the lower shoulder, and the joining is started with the stirring shaft fitted with a cylindrical filler of the same type as the hole diameter to close the hole. However, since the filling material and the hole are cylindrical, it is not possible to regulate the surface, so there is a risk of joining with a step at the start of joining, and high quality joining is difficult.
[0011]
The second problem is that the
That is,
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to solve various problems in the case of joining using a bobbin tool in view of the problems of the prior art. The first problem is a softened region portion of a base material sandwiched between upper and lower shoulders. This is to prevent the possibility of tearing the softened area of the workpiece together with the shoulder.
The second purpose is toUpper shoulder and lower shoulderIn this case, even when the workpiece is rotated so as to sandwich the material to be joined, it is possible to eliminate the possibility that the groove located in front of the joining line opens, or that the base material or the groove line shifts back and forth or from side to side.
The third object is to join at the beginning of the friction stir welding in a state where the hole into which the bobbin tool is inserted is made small and the base material and the filler are easily flush with each other.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the present invention includes a lower pressing member and an upper pressing member, and the space between the pressing portions is fixed or variable.Stirring shaftThe two pressing parts by (probe shaft)MaterialIn a friction stir welding apparatus having a bobbin tool connected or opposed,
The lower pressing member and the upper pressing member are made to have different diameters so that both the front and back surfaces of the base material are friction-heated, and the base material is in a position facing the base material that is in contact with the sliding surface in the vicinity of the outer periphery of the pressing member. A pressing mechanism is attached, and the two pressing members (hereinafter referred to as shoulders)The frictional heat input sliding portion in contact with the base material has a different heat capacity or has a different number of rotations, for example, the diameter or thickness of the lower pressing member is different from that of the upper pressing member, and both the front and back surfaces of the base material Different heat capacity for receiving heatTheIt is characterized by that.
[0014]
Composed of upper shoulder and lower shoulderThe effect of varying the shoulder surface up and down (front and back) with different diameters or rotational speeds will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1 (B), when the
When it is desired to make the dent at the time of joining uniform, for example, as shown in FIG. 1A, the shoulder diameter of the
In the above operation, the rotating means of the
[0015]
The present invention also providesIf the shoulder diameter of the
In this case, the shoulder is not necessarily cylindrical, but may be a taper circle or a reverse taper circle. In short, the shoulder surface that frictionally heats the base metal may be different in diameter or rotational speed on the top and bottom (front and back).
[0016]
According to this invention, the diameter of the upper and lower shoulders of the bobbin tool is made different from each other or the number of rotations is made different so that the softening area in the vertical direction of the workpiece cross section becomes asymmetric and softening by clamping the workpiece of the shoulder at the start of joining. Even if a shear force is generated in the region, the force can be applied in a direction to prevent this.
Furthermore, the present invention provides a base material presser at a position facing the base material on the outer peripheral side of the small-diameter side pressing member while making the lower side pressing member and the upper side pressing member have different diameters to frictionally heat the both sides of the base material. By attaching the mechanism, generation of shearing force in the softened region from the small diameter side to the large diameter side can be suppressed.
[0017]
The second invention includes a lower pressing member and an upper pressing member, and the space between the pressing portions is fixed or variable.TurbulenceIn a friction stir welding apparatus having a bobbin tool in which the two pressing members are opposed to each other by a stirring shaft (probe shaft), the lower pressing member is connected to the stirring shaft, and the upper pressing member is loosely fitted to the stirring shaft. While being freely fitted, the rotation direction of the upper pressing member is set in the opposite direction with respect to the lower pressing member.
Claim5The described invention specifies the method of the device invention,A bobbin tool comprising a lower pressing member and an upper pressing member, wherein the two pressing members are connected to or opposed to each other by a stirring shaft (probe shaft) fixed or variable between the pressing portions, and the bobbin tool is used as a base material While advancing along the base material joint line formed by abutting each other, on the base material joint lineAbove the base metal jointUpper pressing member located atRotating sliding contact and lower sidePress memberThan the rotating sliding movementOn both upper and lower surfaces of base material jointAdd frictional heat inputBase materialIn the friction stir welding method for joining by plastic flow of the joint,
SaidRotating sliding movementThe direction is different between the lower side and the upper side.Rotating sliding movementDirection isThe front side of the joining line in the direction in which the bobbin tool advancesStirring is performed so as to face the surface.
[0018]
According to this invention, as shown in FIG.Of the one base material and the other base material that are abutted along the base material joint line formed by abutting the base materials, the base material located on the upper side in the figure is the upper side. When the
In this state,Along with the base material joining line formed by abutting the base materials, for example, the bobbin tool located at the joining line where the base materials are abutted with each other is advanced along the joining line so that the
On the other handThe figureAs shown in 5 (B)The
[0019]
Moreover, according to this invention,Front and back sides (Upper and lower)When the pair of shoulders are sandwiched between the two shoulders and friction stir welding is performed, the upper shoulder is rotated in the reverse direction with respect to the lower shoulder and the stirring shaft.Therefore, at the position in front of the joining direction of the bobbin tool traveling along the base metal joint line, the upper shoulder and the lower shoulderSliding contact rotation direction is joiningOn the lineBy stirring to faceBobbin tool toolForce acts in a direction that narrows the groove in front of the joint lineTherefore, the groove located in front of the joint line does not open,MoreSaidJoining position rearIn the position where the joining ofTo apply force in the direction away from the joint line on both sides around the joint line,motherThe possibility of shifting the material and groove line back and forth can be eliminated and smooth joining is possible.
In particular, when joining cylindrical materials having a semicircular cross section in the axial direction, there are many cases where they are in contact with each other at 180 ° symmetrical positions and have an end plate on the upper side. For this reason, since the deviation of the groove is likely to occur during the joining, it is very effective in preventing this deviation when the base material is a cylindrical body or other endless cylindrical body.
[0020]
The third invention includes a lower pressing member and an upper pressing member, and the space between the pressing portions is fixed or variable.TurbulenceIn a friction stir welding method in which a base material is joined using a bobbin tool in which the two pressing members are connected to or opposed to each other by a stirrer shaft (probe shaft), a rotation restricting portion and an inner peripheral surface Friction stir after fitting the bobbin tool into the fitting hole in a state where the fitting hole provided with the axial direction restricting portion is provided and the filler to be fitted into the fitting hole is attached to the stirring shaft It is characterized by starting joining.
That is, as a specific device, a lower pressing member and an upper pressing member are provided, and the pressing portionMaterialIn a friction stir welding apparatus provided with a bobbin tool in which the two pressing members are connected or opposed to each other by a fixed or variable stirring shaft (probe shaft),
Lower side pressParts andUpper side pressElementThanSame diameter orThe filler that is formed into a small diameter and is fitted to the agitation shaft is pressed downward according to the shape of the fitting hole on the base material joining line start side.PartPress upward from material sidePartIt is characterized by having an axial direction restricting portion toward the material side.
The rotation restricting portion may be a tooth shape such as a spline or an asymmetric shape such as an ellipse.
Further, the axial direction restricting portion includes a step and a taper.
According to this invention, since the rotation restricting portion is provided, the filler is rotated and softened together with the shaft, and furthermore, the friction stir welding can be started with the filler and the base material always flush with each other by the axial restricting portion.
If the lower shoulder is made smaller in diameter, at the beginning of friction stir welding, the hole into which the bobbin tool is inserted can be made smaller, and the base material and the filler can be easily joined together with high quality. I can do it.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, unless otherwise specified, the dimensions, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention.
[0022]
FIG. 4 is an embodiment of the present invention using the
[0023]
More specifically,
[0024]
The bobbin
A reversing
Although not shown, an independent motor may be attached in place of the reversing
[0025]
A ring-like engagement is provided at the facing position between the lower outer periphery of the support
[0026]
According to the friction stir welding apparatus, in the state where the workpiece (base material) 3 is sandwiched by the bobbin tool 1 (the
At the same time, in the second hydraulic piston / cylinder 62 that is built in the support
At this time, the bonding machine
[0027]
The reason why the load on the
For example, when the
[0028]
And like thisThe effect is,When the load applied to the
[0029]
In the present invention, the
[0030]
Further, according to the present embodiment, in the
On the other hand, in the case of the
[0031]
FIG. 4 (B)These show the structure of the bobbin tool of FIG. 4 (A), and FIG.4 (C) is a figure which shows a softening area | region. 4 (B) and 4 (C), an
[0032]
In such an embodiment, the lower shoulder diameter d of the bobbin tool2The diameter d of the
[0033]
Furthermore, this example is4As shown to (B), when a pair of
The stirring shaft (pin shaft) 12 is preferably constituted by a reverse screw (spiral direction in which an upward force is applied to the rotation of the main shaft).
[0034]
When the
In this case, the
As shown in the right column of FIG. 5C, not only the
[0035]
In particular, when cylindrical materials having a semicircular cross section are joined in the axial direction, since they are in contact with each other at 180 ° symmetrical positions, there is no place to release the left and right deviations. Therefore, when the
[0036]
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 4D, a disk-shaped
[0037]
Now, at the beginning of the friction stir welding, as shown in FIGS. 5A and 5B, a
[0038]
Therefore, as shown in FIG. 1 (C), the diameter of the
[0039]
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 2A, a
[0040]
In this case, the diameter d of the
In FIG. 2B, the
[0041]
According to this embodiment, since the spline-
[0042]
In FIG. 2C, the top surface of the tapered
[0043]
FIG. 3 shows the diameter d of the lower shoulder 11.2The diameter d of the
According to this embodiment, as shown in FIG. 3C, at the beginning of the friction stir welding, the
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, various problems in joining using a bobbin tool can be solved, and in particular, the softened region portion of the base material sandwiched between the upper and lower shoulders, together with the shoulder, defines the softened region of the workpiece. The fear of tearing can be prevented.
Further, according to the present invention, even when the material to be joined is rotated between two upper and lower shoulders, the groove located in front of the joining line is opened, or the base material and the groove line are displaced forward and backward or left and right. This can eliminate the fear of the occurrence of a bonding failure.
Furthermore, according to the present invention, at the beginning of the friction stir welding, it is possible to join in a state where the hole into which the bobbin tool is inserted is small and the base material and the filler are easily flush with each other.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of the operation of the present invention, in which (A) is the present invention, and (B) and (C) are prior art correspondence diagrams.
Fig. 2 Diameter d of lower shoulder of bobbin tool2The upper shoulder diameter d1It is an operational view using the bobbin tool fitting hole at the beginning of the smaller friction stir welding, wherein (A) and (C) show tapered holes, and (B) and (D) show downward convex holes.
Fig. 3 Diameter d of lower shoulder of bobbin tool2The upper shoulder diameter d1Is the action diagram using the bobbin tool fitting hole at the beginning of friction stir welding with the same diameter as that of the filler stir welding, and (B) is a tapered hole, and (A) is a downward convex hole. Show. (C) is a top view which shows the state after joining.
4A is an overall configuration diagram showing an embodiment of the present invention of a friction stir welding apparatus using a bobbin tool, FIG. 4B is an enlarged view of the bobbin tool, and FIG. 4C is an explanation showing a softened region; FIG. 4D shows another embodiment provided with a base material pressing mechanism.
FIG. 5 shows the friction stir welding state, (A) is the prior art, (B) is the present embodiment, (C) the left column is an arrow indicating the urging force by the rotary tool on the both sides of the base material, and the right column is It is the Example provided with the rotation control part which controls a lower shoulder and an upper shoulder each independently.
FIG. 6 shows a configuration of a bobbin tool according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
1 Bobbin tool
3 Base material
4 Softening area
5 groove
8A-8E Mating hole
10 Upper shoulder
11 Lower shoulder
12 Stirring shaft (pin shaft)
15A-15E Filler
16/17 Rotation restriction part
20 Base material holding mechanism
72 motor
82 Inversion mechanism
Claims (6)
下側押圧部材と上側押圧部材の直径を異ならせて母材表裏両面を摩擦入熱させるとともに、小径側の押圧部材の外周部近傍で摺動面と接触している母材と対面する位置に、母材押さえ機構を取り付けて、前記2つの押圧部材の母材と接する摩擦入熱用摺動部の熱容量を異ならせるか若しくは回転数を異ならせて構成したことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。In a friction stir welding apparatus comprising a lower pressing member and an upper pressing member, and having a bobbin tool in which the two pressing members are connected to or opposed to each other by a fixed or variable stirring shaft (probe shaft) between the pressing portions.
The lower pressing member and the upper pressing member are made to have different diameters so that both the front and back surfaces of the base material are friction-heated, and at the position facing the base material in contact with the sliding surface in the vicinity of the outer periphery of the pressing member on the small diameter side. A friction stir welding apparatus comprising: a base material pressing mechanism; and a frictional heat input sliding portion in contact with the base material of the two pressing members having different heat capacities or different rotation speeds. .
下側押圧部材の直径若しくは厚みを上側押圧部材のそれと異ならせて母材表裏両面より受熱する熱容量を異ならせたことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。In the friction stir welding apparatus according to claim 1,
A friction stir welding apparatus characterized in that the heat capacity for receiving heat from both the front and back surfaces of the base material is made different by making the diameter or thickness of the lower pressing member different from that of the upper pressing member.
前記下側押圧部材を攪拌軸と連結させ、一方上側押圧部材を攪拌軸に対し遊嵌自在に嵌合させるとともに、上側押圧部材の回転方向を下側押圧部材に対し、逆方向に設定したことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。Includes a lower press member and the upper pressing member, the friction stir welding apparatus having a bobbin tool the two pressing member is confronted by the pressing portion between the fixed or variable攪拌軸(probe shaft),
The lower pressing member is connected to the agitation shaft, and the upper pressing member is freely fitted to the agitation shaft, and the rotation direction of the upper pressing member is set in the opposite direction with respect to the lower pressing member. A friction stir welding apparatus characterized by the above.
前記下側押圧部材と上側押圧部材より同径若しくは小径に形成するとともに、前記攪拌軸に嵌合される充てん材が、母材接合線始端側の嵌合穴の形状に合わせて下側押圧部材側から上側押圧部材側に向け、軸方向規制部を有して形成されていることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。Includes a lower press member and the upper pressing member, the friction stir welding apparatus having a bobbin tool the two pressing member is linked or opposed by the pressing member between a fixed or variable攪拌軸(probe axis) In
And forming the same diameter or smaller diameter than the lower press member and the upper pressing member, filler fitted to the stirring shaft, the lower pressing unit in accordance with the shape of the base material bonding wire starting end fitting hole towards the upper push member side from the wood side, the friction stir welding apparatus characterized by being formed with an axial restriction portion.
前記回転摺接運動方向を下側と上側で異ならせてその回転摺接運動方向が、ボビンツールが進行する方向の接合線前方側に向くように攪拌を行うことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 A bobbin tool comprising a lower pressing member and an upper pressing member, wherein the two pressing members are connected to or opposed to each other by a stirring shaft (probe shaft) fixed or variable between the pressing portions, and the bobbin tool is used as a base material while traveling along the base material bonding wire to each other is formed by abutting the rotational sliding movement and the lower press member of the upper pressing member located on its upper side across the preform joint base material bonding line In the friction stir welding method in which frictional heat is applied to the upper and lower surfaces of the base material joint from the rotational sliding contact motion of the base material and the base material joint is joined by plastic flow,
Said rotary sliding movement direction by varying the lower and upper rotation sliding movement direction, the friction stir welding method characterized in that stirring is carried out so as to face the welding line the front side in the direction of the bobbin tool progresses .
摩擦攪拌部位始端に、内周面に回転規制部と軸方向規制部が設けられた嵌合穴を設け、攪拌軸に前記嵌合穴に嵌着される充てん材が取り付けられた状態で、前記ボビンツールを嵌合穴に嵌装した後、摩擦攪拌接合を開始することを特徴とする摩擦攪拌接合方法。Includes a lower press member and the upper pressing member, the bonding of the base material by using a bobbin tool the two pressing member is linked or opposed by the pressing portion between the fixed or variable攪拌軸(probe axis) In the friction stir welding method to be performed,
In the state where the friction stirring part start end is provided with a fitting hole provided with a rotation restricting portion and an axial restricting portion on the inner peripheral surface, and the filler that is fitted into the fitting hole is attached to the stirring shaft, A friction stir welding method, wherein the friction stir welding is started after the bobbin tool is fitted in the fitting hole.
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