JP4542795B2 - Friction stir welding method and its jig - Google Patents
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Description
本発明は、複数個の部材が積層されて形成された積層部を接合するための摩擦撹拌接合方法及びその治具に関する。 The present invention relates to a friction stir welding method and a jig for joining a laminated portion formed by laminating a plurality of members.
部材同士を積層させ、その積層部を接合する方法としては、スポット溶接が一般的であるが、近年、摩擦撹拌接合によって接合することが提案されている。そのように一部分を摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合装置としては、例えば、特許文献1に記載されたものが挙げられる。
As a method of laminating members and joining the laminated portions, spot welding is common, but in recent years, joining by friction stir welding has been proposed. As such a friction stir welding apparatus that performs friction stir welding of a part, for example, the one described in
ところで、摩擦撹拌接合においては、回転動作する摩擦撹拌接合用工具のプローブを埋没させることにより、部材の肉を塑性流動させる。このため、特許文献1の図1に図示された装置で摩擦撹拌接合を行うと、積層部を載置する受け部が平坦であるため、該積層部の上端面側からプローブが埋没されて肉が塑性流動を起こしても、その肉が下端面側から突出することはできない。すなわち、プローブを埋没させても、肉の流動先がないために該肉が流動し難いので、プローブを埋没させた分の肉が上端面側にバリとして流出することになる。従って、バリを切削する仕上げ工程が必要となる。また、図8に示すように、プローブ8の埋没に伴って圧潰された箇所の肉厚T3や、該埋没箇所の近傍における下側のワークW1が隆起した箇所直上のワークW2の肉厚T4が小さくなるので、積層部6の接合強度が十分でなくなるという不具合を招く。
By the way, in the friction stir welding, the flesh of the member is plastically flowed by burying the probe of the friction stir welding tool that rotates. For this reason, when friction stir welding is performed with the apparatus illustrated in FIG. 1 of
そこで、図9に示すように、凹部1が設けられた載置治具2を支持治具3の挿入用凹部4に挿入して摩擦撹拌接合用治具5を構成することが想起される。載置治具2の凹部1上に第1ワークW1と第2ワークW2との積層部6を載置し、摩擦撹拌接合用工具7のプローブ8を埋没させれば、領域Aの肉が軟化して塑性流動し、最終的に、凹部1内に肉が流入する。このように、プローブ8を埋没させた分の肉が凹部1へ流動するため、バリが発生することが抑制されるとともに、塑性流動した肉が下端面側に突出するので接合後の積層部6の肉厚が小さくなることがないために、接合強度を確保することができると推察される。
Therefore, as shown in FIG. 9, it is recalled that the
しかしながら、図9に示される摩擦撹拌接合用治具5を使用してもなお、接合強度が十分であるとは言い難い場合がある。この理由は、図10に示すように、載置治具2に設けられた凹部1の中心部を通る軸線L1と、摩擦撹拌接合用工具7(プローブ8)の中心部を通る軸線L2とを一致させることが容易でないためである。
However, even if the friction
軸線L1と軸線L2とが一致していない状態、すなわち、いわゆる芯ずれを起こした状態で摩擦撹拌接合を続行すると、図9に示すように、プローブ8の側周壁と凹部1の内周壁との間隔が大きくなる領域B1と小さくなる領域B2とが形成される。この場合、プローブ8の側周壁と凹部1の内周壁との間隔が小さい領域B2では肉が良好に撹拌されるが、間隔が大きい領域B1では撹拌される肉の量が少なくなるため、摩擦撹拌接合の度合いが十分ではなくなる。その結果、接合強度が小さくなると推察される。
When the friction stir welding is continued in a state where the axis L1 and the axis L2 do not coincide with each other, that is, in a state where so-called misalignment occurs, as shown in FIG. 9, the side peripheral wall of the
このような不具合を解消するためには、いわゆる芯出しを予め行い、軸線L1と軸線L2とを可及的に一致させるようにすればよい。しかしながら、芯出しは精度を必要とする煩雑な作業であり、しかも、芯出し作業が終了した後に何らかの外乱によって芯ずれが生じたときには、芯出し作業を再度行わなければならない。このため、摩擦撹拌接合の作業効率が低下してしまうという不具合が顕在化している。 In order to solve such a problem, so-called centering is performed in advance so that the axis line L1 and the axis line L2 are matched as much as possible. However, centering is a complicated operation that requires accuracy, and when the misalignment occurs due to some disturbance after the centering operation is completed, the centering operation must be performed again. For this reason, the malfunction that the working efficiency of friction stir welding falls will be obvious.
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、摩擦撹拌接合の作業効率を向上させ、しかも、摩擦撹拌接合用装置の構成を複雑化させることなく接合部の接合強度を向上させる摩擦撹拌接合方法及びその治具を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and improves the working efficiency of friction stir welding and further improves the joint strength of the joint without complicating the configuration of the friction stir welding apparatus. It aims at providing the stir welding method and its jig | tool.
前記の目的を達成するために、本発明は、複数個の部材が積層されることによって形成された積層部を、支持治具の挿入用凹部にクリアランスが生じるように挿入されて且つ上端面に凹部が設けられた載置治具で支持し、前記積層部の上端面から摩擦撹拌接合用工具のプローブを埋没させて該積層部を摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合方法であって、
前記プローブを回転動作させながら前記積層部の上端面から前記載置治具の凹部に指向して埋没させて該凹部上の前記積層部を摩擦撹拌接合する際、前記載置治具を、該載置治具の凹部の中心部と前記プローブの中心部とが一致する方向に前記挿入用凹部内で変位させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a laminated portion formed by laminating a plurality of members is inserted so that a clearance is generated in an insertion recess of a support jig and is formed on an upper end surface. A friction stir welding method for supporting by a mounting jig provided with a recess, burying a probe of a friction stir welding tool from the upper end surface of the laminated portion and friction stir welding the laminated portion,
When friction stir welding the laminated portion on while rotating operation to obscure directed into the recess before described jig from the upper end surface of the laminated portion recess and said probe, said mounting jig, the The mounting jig is displaced in the insertion recess in a direction in which the center of the recess of the mounting jig and the center of the probe coincide with each other.
本発明においては、積層部にプローブを埋没させることによって該プローブの中心部と載置治具の中心部とを一致させるようにしている。換言すれば、プローブの埋没時に芯出しを行うようにしている。このため、煩雑な芯出しを予め行う必要がない。従って、摩擦撹拌接合の作業効率が向上する。 In the present invention, by burying the probe in the laminated portion, the center portion of the probe and the center portion of the mounting jig are made to coincide with each other. In other words, centering is performed when the probe is buried. For this reason, it is not necessary to perform complicated centering in advance. Therefore, the working efficiency of friction stir welding is improved.
しかも、上記のように摩擦撹拌接合を行うことによって、プローブの周囲に存在する積層部の肉が部位に関わらず同等に撹拌される。すなわち、撹拌される肉の量が少ない部位がなくなるので、接合強度が小さい部位がなくなる。これにより、接合強度が大きな積層部を得ることができる。 Moreover, by performing friction stir welding as described above, the meat of the laminated portion existing around the probe is equally stirred regardless of the portion. That is, since there is no part where the amount of meat to be stirred is small, there is no part where the bonding strength is low. Thereby, a lamination | stacking part with large joining strength can be obtained.
また、この場合、プローブの埋没に伴って、積層されたワーク同士が突出部と陥没部で互いに結合された状態、すなわち、いわゆるかしめ状態が形成される。このことによっても、積層部の接合強度が大きくなる。 In this case, as the probe is buried, a state in which the stacked workpieces are coupled to each other at the protruding portion and the depressed portion, that is, a so-called caulking state is formed. This also increases the bonding strength of the laminated portion.
さらに、本発明によれば、肉を載置治具の凹部に塑性流動させるので、バリが形成されることを回避することもできる。 Furthermore, according to the present invention, since the meat is plastically flowed into the recess of the mounting jig, it is possible to avoid the formation of burrs.
本発明は、また、複数個の部材が積層されることによって形成された積層部を摩擦撹拌接合するための摩擦撹拌接合用治具であって、
上端面に凹部が設けられて前記積層部を載置するための載置治具と、
前記載置治具を挿入するための挿入用凹部が設けられた支持治具と、
前記支持治具の前記挿入用凹部と、前記挿入用凹部に挿入された前記載置治具の一部位との間に介在された弾性体と、
を有し、
前記載置治具の前記一部位が、前記支持治具の前記挿入用凹部の内壁との間にクリアランスが生じるように挿入されることを特徴とする。
The present invention is also a friction stir welding jig for friction stir welding a laminated portion formed by laminating a plurality of members,
A placing jig provided with a recess on the upper end surface for placing the laminated portion;
A support jig provided with a recess for insertion for inserting the placement jig;
And the insertion recess of the support jig, and an elastic body interposed between one portion of pre-described jig that is inserted into the insertion recessed portion,
I have a,
The one part of the front according jig, wherein the inserted Rukoto such clearance is formed between the inner wall of the insertion recess of the support jig.
このような構成とすることにより、積層部にプローブを埋没させる際に該プローブの中心部と載置治具の中心部とを一致させ、芯出しを行うことができる。従って、上記したように、摩擦撹拌接合の作業効率を向上させることができるとともに、接合強度に優れた積層部を得ることができる。 With such a configuration, when the probe is buried in the stacked portion, the center portion of the probe and the center portion of the mounting jig can be aligned to perform centering. Therefore, as described above, it is possible to improve the working efficiency of the friction stir welding and obtain a laminated portion having excellent bonding strength.
しかも、弾性体を介在させることによって載置治具を挿入用凹部内で変位自在としているので、載置治具を挿入用凹部内で変位させるようにしたことに伴って摩擦撹拌接合用治具の構成が複雑になることもない。すなわち、摩擦撹拌接合用治具を簡素な構成とすることができる。 Moreover, since the mounting jig is freely displaceable in the insertion concave portion by interposing an elastic body, the friction stir welding jig is adapted to displace the mounting jig in the insertion concave portion. The configuration of the system is not complicated. That is, the friction stir welding jig can have a simple configuration.
本発明によれば、ワークが積層されることによって形成された積層部を載置する載置治具に凹部を設け、且つ前記積層部に摩擦撹拌接合用工具のプローブが埋没される際、該載置治具を、前記凹部の中心部と前記プローブの中心部とが一致する方向に変位させるようにしている。このため、煩雑な芯出しを予め行う必要がない。 According to the present invention, when the concave portion is provided in the mounting jig for mounting the stacked portion formed by stacking the workpieces, and the probe of the friction stir welding tool is embedded in the stacked portion, The mounting jig is displaced in a direction in which the central portion of the concave portion and the central portion of the probe coincide. For this reason, it is not necessary to perform complicated centering in advance.
また、本発明においては、凹部の中心部とプローブの中心部とが略一致した状態で摩擦撹拌接合が進行するので、プローブの周囲に存在する積層部の肉が部位に関わらず同等に撹拌される。このため、接合強度が大きな摩擦撹拌接合部位を得ることができるという効果が達成される。 In the present invention, since the friction stir welding proceeds in a state where the center portion of the recess and the center portion of the probe substantially coincide with each other, the meat of the laminated portion existing around the probe is equally stirred regardless of the portion. The For this reason, the effect that a friction stir welding part with high joining strength can be obtained is achieved.
以下、本発明に係る摩擦撹拌接合方法につきそれに使用する摩擦撹拌接合用治具との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the friction stir welding method according to the present invention will be described in detail in relation to the friction stir welding jig used therein and will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本実施の形態に係る摩擦撹拌接合用治具の要部拡大概略斜視図を図1に示す。この摩擦撹拌接合用治具10は、図2に示す挿入用凹部12が設けられた支持治具14と、前記挿入用凹部12に挿入された載置治具16とを有する。
FIG. 1 shows an enlarged schematic perspective view of a main part of the friction stir welding jig according to the present embodiment. The friction
この場合、支持治具14の形状は略直方体であり、前記挿入用凹部12は該支持治具14の上端面の略中央部に設けられている。図3から諒解されるように、挿入用凹部12は、2本の平行な長辺部と、該長辺部に直交する2本の短辺部とをその水平断面に有し、長辺部と短辺部との間には円弧部が介在されている。
In this case, the shape of the
図2に示すように、載置治具16は、水平断面が挿入用凹部12と相似形であり且つ該挿入用凹部12に比して若干小寸法の突出部18と、挿入用凹部12に比して大径なフランジ部20と、載置部22とを有し、このうちの突出部18が前記挿入用凹部12に挿入される一方、フランジ部20の下端面が支持治具14の上端面に当接している。この当接により、載置治具16が堰止されている。なお、突出部18が挿入用凹部12に比して若干小寸法であるため、挿入用凹部12の内周壁と突出部18の側周壁との間にはクリアランス24が生じている。
As shown in FIG. 2, the
また、挿入用凹部12の内周壁、及び突出部18の側周壁には環状溝26、28がそれぞれ設けられており、これら環状溝26、28の中には、弾性体としてのゴム製のOリング30が挿入されている。換言すれば、挿入用凹部12の内周壁と、載置治具16における突出部18の側周壁とは、Oリング30が介在された状態で互いにやや離間している。
In addition,
そして、載置部22の上端面には、その水平断面が略真円である中空円柱体形状の凹部32が設けられている(図1参照)。
The upper end surface of the mounting
載置部22の凹部32は、後述するように、第1ワークW1及び第2ワークW2が互いに積層されて形成された積層部6によって覆われる。なお、本実施の形態において、第1ワークW1及び第2ワークW2は、JIS記号の数字が5000番台であるいわゆる5000系のアルミニウムからなる。これら第1ワークW1及び第2ワークW2は、摩擦撹拌接合用治具10の近傍に配置された図示しない支持台によってそれぞれ支持される。
As will be described later, the
摩擦撹拌接合用工具7は、回転体34と、該回転体34の一端部に連結されて先端部が円錐状に湾曲したプローブ8とを有する。このプローブ8の外径は、載置部22に設けられた凹部32の直径に比して小さく設けられる。なお、プローブ8の長さL3、第1ワークW1の肉厚T1、第2ワークW2の肉厚T2は、例えば、約2.5mm、約1.5mm、約1.0mmに設定することができる。
The friction
本実施の形態に係る摩擦撹拌接合用治具10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、本実施の形態に係る摩擦撹拌接合方法との関係で説明する。
The friction
本実施の形態に係る摩擦撹拌接合方法は、以下のようにして実施される。 The friction stir welding method according to the present embodiment is performed as follows.
先ず、図1に示すように、第1ワークW1と第2ワークW2とを積層して積層部6を形成し、該積層部6を載置治具16の載置部22の上端面に載置する。これにより、凹部32が積層部6で覆われる。
First, as shown in FIG. 1, the first workpiece W <b> 1 and the second workpiece W <b> 2 are stacked to form the stacked
次に、図3に示すように、摩擦撹拌接合用工具7(プローブ8)を、その軸線L2が凹部32の軸線L1に可及的に一致するように配置する。この時点で、軸線L1と軸線L2とを完全に一致させる必要は特にない。
Next, as shown in FIG. 3, the friction stir welding tool 7 (probe 8) is arranged so that its axis L <b> 2 coincides with the axis L <b> 1 of the
そして、プローブ8を、積層部6から所定間隔で離間する位置まで下降させた後、該プローブ8を回転体34ごと回転付勢する。この状態で、図2に示すように、プローブ8を積層部6の上端面に摺接させる。この摺接に伴い摩擦熱が発生することによって、積層部6におけるプローブ8の当接箇所及びその近傍が軟化する。その結果、図4に示すように、該プローブ8が積層部6に埋没するとともに、この埋没に対応して、積層部6の肉が凹部32に流入する。上記したように、凹部32の水平断面の直径がプローブ8の直径に比して大きいため、この流入は容易に進行する。
Then, after the
ここで、回転動作するプローブ8が芯ずれを起こした状態で積層部6に埋没し、肉が凹部32に流入すると、載置治具16には、軸線L1又は軸線L2に対して直行する方向、すなわち、水平方向に指向する力が作用する。この力は、芯ずれが大きくなる方向に比して芯ずれが小さくなる方向に作用する方が大きい。従って、この力の作用下に、載置治具16は、挿入用凹部12の内部で水平方向に指向して変位する。その結果、最終的に、図4及び図5に示すように、軸線L1と軸線L2とが一致する。
Here, when the
なお、この変位の際には、弾性体であるOリング30が変形する。すなわち、Oリング30によって載置治具16の変位が妨げられることはない。
During this displacement, the O-
すなわち、本実施の形態においては、プローブ8が、該プローブ8の軸線L2が凹部32の軸線L1と一致しない状態で積層部6に埋没した際、載置治具16が、軸線L1と軸線L2とが一致する方向に変位することによって芯出しが営まれる。このため、プローブ8を埋没させる際に軸線L1と軸線L2とを精度よく一致させる必要がない。換言すれば、煩雑な作業である芯出しを、摩擦撹拌接合を実施する前に予め行う必要がなくなる。このため、摩擦撹拌接合の作業効率が向上する。
That is, in the present embodiment, when the
しかも、この場合、軸線L1と軸線L2とが略一致した状態でプローブ8の積層部6への埋没が進行するので、プローブ8が、凹部32の内周壁と一定間隔をもって該凹部32の略中心部に挿入される。従って、プローブ8の側周壁と凹部32の内周壁との間に、間隔が小さい領域と大きい領域とが形成されることはない。このため、プローブ8の周囲の肉(撹拌領域A)が同等に撹拌され、その結果、該肉における摩擦撹拌接合の度合いが、部位に関わらず同等となる。すなわち、撹拌される肉の量が少ない部位がないため、接合強度が小さい部位がない。このような理由から、積層部6の接合強度を大きくすることができる。
In addition, in this case, since the
また、該積層部6の肉が凹部32に流入しているため、当接部位の肉を多量に撹拌することができる。
Further, since the meat of the
さらに、プローブ8の埋没に伴って、第2ワークW2における第1ワークW1に臨む面に突出部36が形成されるとともに、第1ワークW1における第2ワークW2に臨む面に陥没部38が形成され、該陥没部38に前記突出部36が嵌合する。なお、陥没部38の下端部は、肉の塑性流動が行われない非撹拌部(塑性変形部)である。すなわち、陥没部38の下端部が、塑性変形によって凹部32に対応する形状に成形され、いわゆるかしめ状態が設けられる。このように第1ワークW1と第2ワークW2とでかしめ状態が形成されることによっても、接合強度が向上する。
Further, as the
しかも、本実施の形態によれば、積層部6において、プローブ8が埋没した分の肉が凹部32に塑性流動する。このため、肉が隆起することがないので、バリが形成されることもない。このように、凹部32が設けられた載置治具16を使用することにより、バリを形成することなく積層部6を摩擦撹拌接合することができる。
In addition, according to the present embodiment, in the
なお、プローブ8が回転動作することに追従して載置治具16が回転動作しようとした場合、図6に示すように、突出部18の外壁部が挿入用凹部12の内壁部に干渉する。このため、載置治具16が回転動作することが阻止されるので、摩擦撹拌接合の実施が妨げられることはない。
When the mounting
この場合、撹拌を開始しておよそ2秒後にプローブ8を離脱させることで肉の塑性流動を停止させれば、最終的に、積層部6の肉が冷却固化する。これにより第1ワークW1と第2ワークW2とが一体的に固相接合されて、図7に示すように、摩擦撹拌接合部位40が形成されるに至る。この摩擦撹拌接合部位40における第1ワークW1側には、凹部32に流入した肉が冷却固化することに伴って突出形成された円柱体形状の凸部42が存在する。すなわち、この場合、該凸部42の外径は、凹部32の直径と略同一となる。
In this case, if the plastic flow of the meat is stopped by detaching the
なお、載置部22に設けられる凹部は、円柱形状の凹部32に特に限定されるものではない。例えば、長尺溝形状のものであってもよい。この場合、プローブ8を走査することで、長尺溝形状の凹部に対応して、長尺な凸部が形成される。
In addition, the recessed part provided in the mounting
また、凹部32の全空間に積層部6の肉が充填される必要は特にない。
In addition, it is not particularly necessary to fill the entire space of the
そして、積層されるワークの個数は2個に限定されるものではなく、3個以上のワークを積層するようにしてもよい。 The number of workpieces to be stacked is not limited to two, and three or more workpieces may be stacked.
1、32…凹部 2、16…載置治具
3、14…支持治具 4、12…挿入用凹部
5、10…摩擦撹拌接合用治具 6…積層部
7…摩擦撹拌接合用工具 8…プローブ
18…突出部 20…フランジ部
22…載置部 24…クリアランス
30…Oリング 40…摩擦撹拌接合部位
L1、L2…軸線 W1、W2…ワーク
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記プローブを回転動作させながら前記積層部の上端面から前記載置治具の凹部に指向して埋没させて該凹部上の前記積層部を摩擦撹拌接合する際、前記載置治具を、該載置治具の凹部の中心部と前記プローブの中心部とが一致する方向に前記挿入用凹部内で変位させることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 A laminated portion formed by laminating a plurality of members is supported by a mounting jig that is inserted so that a clearance is generated in the insertion concave portion of the support jig and has a concave portion on the upper end surface, A friction stir welding method in which a probe of a friction stir welding tool is buried from the upper end surface of the laminated portion to friction stir weld the laminated portion,
When the probe is rotated and buried in the concave portion of the mounting jig from the upper end surface of the stacking portion and the stacking portion on the concave portion is friction stir welded, the mounting jig is A friction stir welding method, comprising: displacing the insertion jig in a direction in which a central portion of the concave portion of the mounting jig coincides with a central portion of the probe.
上端面に凹部が設けられて前記積層部を載置するための載置治具と、
前記載置治具を挿入するための挿入用凹部が設けられた支持治具と、
前記支持治具の前記挿入用凹部と、前記挿入用凹部に挿入された前記載置治具の一部位との間に介在された弾性体と、
を有し、
前記載置治具の前記一部位が、前記支持治具の前記挿入用凹部の内壁との間にクリアランスが生じるように挿入されることを特徴とする摩擦撹拌接合用治具。 A friction stir welding jig for friction stir welding a laminated portion formed by laminating a plurality of members,
A mounting jig for mounting the laminated portion with a recess provided on the upper end surface;
A support jig provided with a recess for insertion for inserting the placement jig, and
And the insertion recess of the support jig, and an elastic body interposed between one portion of pre-described jig that is inserted into the insertion recessed portion,
I have a,
The one part of the front according jig is friction stir welding jig, wherein the inserted Rukoto such clearance is formed between the inner wall of the insertion recess of the support jig.
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