JP4621533B2 - Friction stir welding method and apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、ワークの肉を摩擦撹拌して接合する摩擦撹拌接合方法及びその装置に関する。   The present invention relates to a friction stir welding method and apparatus for friction stir welding of workpiece meat.

近年、ワークの端面同士を当接させて形成した突き合わせ部を線状に接合する場合や、積層したワーク同士を点状に接合する場合に、摩擦撹拌接合が採用されつつある。摩擦撹拌接合には、例えば、アーク接合と比較した場合、ワークの温度上昇を抑制することができるので接合後のワークの歪みがほとんどなく、アークを発生させる必要がないので低コストであり、しかも、溶接ビードが形成されることがないので外観が良好である等の利点がある。また、リベット接合と比較して、ボルト・ナット、リベットの締結部品が不要となり、作業が簡素である。   2. Description of the Related Art In recent years, friction stir welding is being adopted when joining abutting portions formed by bringing the end surfaces of workpieces into contact with each other in a linear manner, or when joining laminated workpieces in a dotted manner. Friction stir welding, for example, when compared with arc welding, can suppress the temperature rise of the workpiece, so there is almost no distortion of the workpiece after welding, and it is not necessary to generate an arc, and it is low cost. Since there is no formation of a weld bead, there are advantages such as good appearance. Further, compared to rivet joining, bolts / nuts and rivet fastening parts are not required, and the operation is simple.

摩擦撹拌接合装置は、例えば、ロボットのアーム部に摩擦撹拌接合用工具と支持治具とが互いに対向するように設置されて構成され、さらに、該アーム部に設けられて摩擦撹拌接合用工具を昇降動作する昇降機構と、摩擦撹拌接合用工具を回転付勢する回転機構とを具備する。摩擦撹拌接合用工具は、前記回転機構の作用下に高速で回転付勢され、その後、前記昇降機構の作用下に降下する。最終的に、支持治具に当接したワークに対し、摩擦撹拌接合用工具のプローブが摺接する。   The friction stir welding apparatus is configured, for example, such that a friction stir welding tool and a support jig are installed on an arm portion of a robot so as to face each other, and further, a friction stir welding tool provided on the arm portion is used. An elevating mechanism that moves up and down, and a rotating mechanism that urges the friction stir welding tool to rotate are provided. The friction stir welding tool is urged to rotate at a high speed under the action of the rotating mechanism, and then descends under the action of the elevating mechanism. Finally, the probe of the friction stir welding tool is brought into sliding contact with the workpiece in contact with the support jig.

この際に発生した摩擦熱により、該ワークの肉が軟化して塑性流動する。換言すれば、肉が摩擦撹拌される。   Due to the frictional heat generated at this time, the flesh of the workpiece softens and plastically flows. In other words, the meat is friction stir.

摩擦撹拌接合用工具は前記プローブに比して大径の回転体を有し、前記プローブは、該回転体の先端部に設けられている。ワークの肉が摩擦撹拌される際には、プローブ全体及び回転体の先端部がワークに挿入される。   The friction stir welding tool has a rotating body having a diameter larger than that of the probe, and the probe is provided at the tip of the rotating body. When the workpiece meat is frictionally stirred, the entire probe and the tip of the rotating body are inserted into the workpiece.

プローブ全体及び回転体の所定量が挿入された後、前記昇降機構の作用下に摩擦撹拌接合用工具をワークから離間すれば、肉の摩擦撹拌が終了し、該肉が冷却硬化する。これにより、ワーク同士が接合されるに至る。   After the predetermined amount of the entire probe and the rotating body is inserted, if the friction stir welding tool is separated from the work under the action of the lifting mechanism, the friction stirring of the meat is finished, and the meat is cooled and hardened. As a result, the workpieces are joined.

ところで、プローブと回転体の挿入量が過度に小さいと、肉が十分に摩擦撹拌されないので、接合強度が小さくなる。一方、挿入量が過度に大きいと、ワークが回転体によって押圧され、肉厚が低下する。すなわち、肉厚減が大きくなり、このために接合強度が小さくなる。   By the way, when the insertion amount of the probe and the rotating body is excessively small, the meat is not sufficiently frictionally stirred, so that the bonding strength is reduced. On the other hand, if the insertion amount is excessively large, the workpiece is pressed by the rotating body, and the thickness is reduced. That is, the thickness reduction is increased, and thus the bonding strength is decreased.

このことから諒解されるように、摩擦撹拌接合において接合強度を確保するためには、プローブと回転体の挿入量を適切な範囲内に制御する必要がある。このような観点から、特許文献1、2には、ワーク同士の突き合わせ部が延在する方向に沿う溶接方向、すなわち、摩擦撹拌接合用工具の変位方向の前方に、該摩擦撹拌接合用工具とワーク表面との距離を測定する測定手段を配置することが提案されている。この場合、摩擦撹拌接合用工具は、ワーク表面までの距離が一定となるように、ワーク表面に対して離間又は接近する方向に変位される。   As can be understood from this, in order to ensure the bonding strength in the friction stir welding, it is necessary to control the insertion amount of the probe and the rotating body within an appropriate range. From such a point of view, Patent Documents 1 and 2 disclose that the friction stir welding tool and the welding direction along the direction in which the butted portions of the workpieces extend, that is, in front of the displacement direction of the friction stir welding tool, It has been proposed to arrange a measuring means for measuring the distance to the workpiece surface. In this case, the friction stir welding tool is displaced in a direction away from or approaching the workpiece surface so that the distance to the workpiece surface is constant.

また、特許文献3には、接合ツール(摩擦撹拌接合用工具)と支持ツール(支持治具)との距離が一定となるように制御することにより、接合ツールのワークへの挿入量を制御することが提案されている。   In Patent Document 3, the amount of insertion of the welding tool into the workpiece is controlled by controlling the distance between the welding tool (friction stir welding tool) and the support tool (supporting jig) to be constant. It has been proposed.

特開平11−226758号公報JP-A-11-226758 特開2001−170782号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-170782 特開2004−136365号公報JP 2004-136365 A

特許文献1、2記載の技術は、摩擦撹拌接合用工具を突き合わせ部に沿って変位させる際に、次に到達する部位での摩擦撹拌接合用工具の変位量を制御するようにしている。従って、この技術は、積層したワーク同士を点状に接合する、いわゆるスポット接合では採用することができない。   In the techniques described in Patent Literatures 1 and 2, when the friction stir welding tool is displaced along the abutting portion, the amount of displacement of the friction stir welding tool at the next arrival position is controlled. Therefore, this technique cannot be employed in so-called spot joining, in which the stacked workpieces are joined in a dot shape.

また、特許文献3記載の技術は、ロボットのアーム部の撓み量をデータ化し、この撓み量を予め制御手段に入力して、摩擦撹拌接合用工具の変位量を制御するようにしている。しかしながら、この撓み量は、気温等の外的要因や、アーム部の経時変化によって該アーム部の可撓性が上昇すること等に起因して変化する。また、ワークが軟化することに伴ってアーム部が撓んだ位置から元の位置ないしその途中まで復帰することがあるが、このように撓みが低減した場合であっても摩擦撹拌接合用工具の変位量が変更されないので、接合ツールと支持ツールとの距離が一定となるとは必ずしもいえない側面がある。また、仮に摩擦撹拌接合用工具の変位量を撓み量に合わせて変更するとしても、データを逐一取得する必要があり、煩雑である。   In the technique described in Patent Document 3, the amount of bending of the arm portion of the robot is converted into data, and the amount of bending is input to the control means in advance to control the amount of displacement of the friction stir welding tool. However, this amount of deflection changes due to external factors such as the temperature, and the flexibility of the arm portion increases due to changes over time of the arm portion. In addition, as the workpiece softens, the arm part may return from the bent position to the original position or halfway, but even if the bending is reduced in this way, the friction stir welding tool Since the amount of displacement is not changed, there is an aspect in which the distance between the joining tool and the support tool is not necessarily constant. Further, even if the displacement amount of the friction stir welding tool is changed in accordance with the deflection amount, it is necessary to acquire data one by one, which is complicated.

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、スポット接合においても採用可能であり、しかも、摩擦撹拌接合用工具のワークへの挿入量を一定とすることが容易な摩擦撹拌接合方法及びその装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and can be employed in spot welding, and the friction stir welding method can easily make the amount of the friction stir welding tool inserted into the workpiece constant. And an apparatus for the same.

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の肉を摩擦撹拌接合用工具で点状に摩擦撹拌した後、前記肉を硬化して接合する摩擦撹拌接合方法において、
前記摩擦撹拌接合用工具の前記積層部に対する挿入量の目標値を制御手段に設定する工程と、
回転動作する前記摩擦撹拌接合用工具を前記積層部に挿入することにより該積層部の肉を摩擦撹拌するとともに、前記摩擦撹拌接合用工具の前記積層部への挿入量の実測値を挿入量測定手段で測定する工程と、
を有し、
前記制御手段で前記実測値が前記目標値に一致するように前記摩擦撹拌接合用工具の変位量を制御することにより、前記摩擦撹拌接合用工具の挿入量を設定することを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is to stiffen the meat of a laminated part formed by laminating a plurality of members in a dotted manner with a friction stir welding tool, and then harden the meat. In the friction stir welding method for joining,
Setting a target value of the insertion amount of the friction stir welding tool with respect to the laminated portion in the control means;
By inserting the rotating tool for friction stir welding into the laminated part, the meat of the laminated part is frictionally stirred, and the measured value of the amount of insertion of the friction stir welding tool into the laminated part is measured. Measuring by means;
Have
The insertion amount of the friction stir welding tool is set by controlling the amount of displacement of the friction stir welding tool so that the measured value matches the target value by the control means.

このように、本発明においては、摩擦撹拌接合用工具のワークへの挿入量を挿入量測定手段で実測し、該実測値を、制御手段に予め設定された目標値と比較して、実測値と目標値とが一致するようになるまで摩擦撹拌接合用工具を変位させる。従って、ロボットのアーム部が撓んで挿入量が変化した場合、この挿入量の変化が挿入量測定手段で実測され、この実測値に応じて、挿入量が前記目標値となるように摩擦撹拌接合用工具が変位される。従って、挿入量を一定とすることができる。   Thus, in the present invention, the insertion amount of the friction stir welding tool into the workpiece is actually measured by the insertion amount measuring means, and the actually measured value is compared with the target value set in advance in the control means. The friction stir welding tool is displaced until the target value becomes equal to the target value. Accordingly, when the robot arm is bent and the insertion amount changes, the change in the insertion amount is measured by the insertion amount measuring means, and the friction stir welding is performed so that the insertion amount becomes the target value according to the measured value. The tool is displaced. Therefore, the amount of insertion can be made constant.

結局、本発明によれば、挿入量が過度に大きくなったり小さくなったりすることが回避される。このため、接合部の接合強度を確保することができる。   After all, according to the present invention, it is avoided that the amount of insertion becomes excessively large or small. For this reason, the joining strength of a junction part is securable.

また、本発明では、摩擦撹拌接合用工具の挿入量が即座に測定されるので、スポット接合を行う場合においても好適に実施することができる。   Moreover, in this invention, since the insertion amount of the tool for friction stir welding is measured immediately, even when performing spot welding, it can implement suitably.

なお、挿入量を測定する具体的な手法としては、例えば、挿入量測定手段として接触式センサを使用し、該接触式センサを挿入量に応じて収縮させ、この際の収縮量を挿入量として取得するようにすればよい。   As a specific method for measuring the insertion amount, for example, a contact type sensor is used as the insertion amount measuring means, the contact type sensor is contracted according to the insertion amount, and the contraction amount at this time is used as the insertion amount. You only have to get it.

また、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点状に摩擦撹拌接合するための摩擦撹拌接合装置において、
前記積層部に対して接近又は離間する方向に変位する摩擦撹拌接合用工具と、
前記摩擦撹拌接合用工具に同期して前記積層部に対して接近又は離間する方向に変位するとともに、前記摩擦撹拌接合用工具の前記積層部への挿入量を測定する挿入量測定手段と、
前記摩擦撹拌接合用工具の変位量を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記挿入量測定手段によって測定された前記挿入量の実測値が前記目標値に一致するように前記摩擦撹拌接合用工具の変位量を制御することにより、前記摩擦撹拌接合用工具の挿入量を設定することを特徴とする。
In addition, the present invention provides a friction stir welding apparatus for friction stir welding a laminated portion formed by laminating a plurality of members in a dot shape,
A friction stir welding tool that is displaced in a direction approaching or separating from the laminated portion; and
An insertion amount measuring means for measuring the amount of insertion of the friction stir welding tool into the stacked portion while being displaced in a direction approaching or separating from the stacked portion in synchronization with the friction stir welding tool;
Control means for controlling the amount of displacement of the friction stir welding tool;
Have
The control means controls the friction stir welding tool by controlling the amount of displacement of the friction stir welding tool so that the measured value of the insertion amount measured by the insertion amount measuring means matches the target value. The amount of insertion is set.

このような構成とすることにより、上記した摩擦撹拌接合方法、すなわち、摩擦撹拌接合用工具のワークへの挿入量を一定にして摩擦撹拌接合を実施することが容易となる。   By adopting such a configuration, it becomes easy to perform the friction stir welding with the above-described friction stir welding method, that is, the amount of insertion of the friction stir welding tool inserted into the workpiece constant.

なお、挿入量測定手段は、挿入量に応じて収縮自在な接触式センサであることが好ましい。この場合、測定誤差が小さいという利点がある。   Note that the insertion amount measuring means is preferably a contact sensor that can contract according to the insertion amount. In this case, there is an advantage that the measurement error is small.

本発明によれば、摩擦撹拌接合用工具のワークへの挿入量を挿入量測定手段で実測し、この実測値と、制御手段に予め設定された目標値とを比較して、実測値と目標値が一致するように摩擦撹拌接合用工具の変位量を制御するようにしている。これにより挿入量が略一定に制御されるので、接合部に十分な接合強度が確保される。   According to the present invention, the insertion amount of the friction stir welding tool into the workpiece is actually measured by the insertion amount measuring means, and the actual measurement value is compared with the target value preset in the control means, The amount of displacement of the friction stir welding tool is controlled so that the values match. As a result, the amount of insertion is controlled to be substantially constant, so that sufficient bonding strength is ensured at the bonding portion.

さらに、挿入量の実測値を目標値に一致させるように制御するので、ロボットに摩擦撹拌接合装置を設けた場合において、該ロボットのアーム部が撓んだとしても、その挿入量を目標値に一致させることができる。   Furthermore, since the control is performed so that the measured value of the insertion amount matches the target value, even when the robot is provided with a friction stir welding apparatus, even if the arm portion of the robot is bent, the insertion amount is set to the target value. Can be matched.

しかも、このような制御方法を採用した結果、摩擦撹拌接合用工具の挿入量の実測値が即座に測定されるので、スポット接合を行うこともできる。   In addition, as a result of adopting such a control method, the actual measurement value of the insertion amount of the friction stir welding tool is immediately measured, so that spot welding can also be performed.

以下、本発明に係る摩擦撹拌接合方法につきそれを実施する装置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 with reference to the accompanying drawings in connection with an apparatus for carrying out the method.

図1は、本実施の形態に係る摩擦撹拌接合装置10の要部拡大説明図である。この摩擦撹拌接合装置10は、ロボットにおける略C字状のアーム部(ともに図示せず)に摩擦撹拌接合用工具12と支持治具14とが互いに対向するように設置されて構成され、さらに、該アーム部に設けられて摩擦撹拌接合用工具12を昇降動作する図示しない昇降機構と、摩擦撹拌接合用工具12を回転付勢する図示しない回転機構と、前記回転機構に連結されたスピンドル16とを具備する。このうち、スピンドル16は、スピンドルカバー18に囲繞されている。   FIG. 1 is an enlarged explanatory view of a main part of a friction stir welding apparatus 10 according to the present embodiment. The friction stir welding apparatus 10 is configured such that a friction stir welding tool 12 and a support jig 14 are installed on a substantially C-shaped arm portion (both not shown) of a robot so as to face each other. A lifting mechanism (not shown) that is provided on the arm portion and moves up and down the friction stir welding tool 12; a rotating mechanism (not shown) that urges the friction stir welding tool 12 to rotate; and a spindle 16 coupled to the rotating mechanism; It comprises. Among these, the spindle 16 is surrounded by the spindle cover 18.

摩擦撹拌接合用工具12は、プローブ20と、該プローブ20に比して大径な円柱体形状の回転体22とを有し、プローブ20が回転体22の先端面から突出するように設けられるとともに、回転体22の他端部が前記スピンドル16に連結されている。   The friction stir welding tool 12 includes a probe 20 and a rotating body 22 having a cylindrical body having a diameter larger than that of the probe 20, and the probe 20 is provided so as to protrude from the distal end surface of the rotating body 22. At the same time, the other end of the rotating body 22 is connected to the spindle 16.

スピンドルカバー18は、摩擦撹拌接合用工具12に近接する先端部に向かうにつれてテーパ状に縮径しており、その先端面には、環状フランジ部24が設けられている。この環状フランジ部24には、環状に配置されたボルト26・ナット28を介してディスク状部材30が連結されており、該ディスク状部材30の下方には、円弧状フランジ部材32が配設されている。この円弧状フランジ部材32は、コイルスプリング34によって図1における下方に弾発付勢されるとともに、ガイドピン36によって保持されている。   The spindle cover 18 is tapered in diameter toward the front end portion close to the friction stir welding tool 12, and an annular flange portion 24 is provided on the front end surface. A disc-shaped member 30 is connected to the annular flange portion 24 via bolts 26 and nuts 28 arranged in an annular shape, and an arc-shaped flange member 32 is disposed below the disc-shaped member 30. ing. The arc-shaped flange member 32 is elastically biased downward in FIG. 1 by a coil spring 34 and is held by a guide pin 36.

すなわち、ディスク状部材30にはボルト孔37が貫通形成されており、該ディスク状部材30の下端面におけるボルト孔37開口近傍には、ガイドピン36の頭部が当接している。この頭部には、ボルト孔37を通されたボルト38が螺合している。なお、ボルト38とディスク状部材30との間には、ワッシャ39が介在されている。   That is, a bolt hole 37 is formed through the disk-shaped member 30, and the head of the guide pin 36 abuts in the vicinity of the opening of the bolt hole 37 on the lower end surface of the disk-shaped member 30. A bolt 38 passed through the bolt hole 37 is screwed into the head. A washer 39 is interposed between the bolt 38 and the disk-shaped member 30.

また、円弧状フランジ部材32にも貫通孔40が設けられており、前記ガイドピン36の胴部は、この貫通孔40に通されている。そして、ガイドピン36の下端面には貫通孔40よりも幅広のストッパ部41が設けられており、このストッパ部41によって、ガイドピン36の貫通孔40からの抜け止めがなされている。   The arc-shaped flange member 32 is also provided with a through hole 40, and the body portion of the guide pin 36 is passed through the through hole 40. A stopper portion 41 wider than the through hole 40 is provided on the lower end surface of the guide pin 36, and the stopper portion 41 prevents the guide pin 36 from coming off from the through hole 40.

その一方で、円弧状フランジ部材32の上端面において、ガイドピン36の胴部を囲繞するように、円環状のスプリング受42が接合されている。前記コイルスプリング34は、このスプリング受42とガイドピン36の頭部との間に介装されている。上記したように、円弧状フランジ部材32は、このコイルスプリング34によって、図1における下方に弾発付勢される。   On the other hand, an annular spring receiver 42 is joined to the upper end surface of the arc-shaped flange member 32 so as to surround the body portion of the guide pin 36. The coil spring 34 is interposed between the spring receiver 42 and the head of the guide pin 36. As described above, the arc-shaped flange member 32 is elastically biased downward by the coil spring 34 in FIG.

円弧状フランジ部材32とディスク状部材30との間には、さらに、接触式センサ46が介在されている。この接触式センサ46は、断面形状が略凸字状であり、且つ突出部が水平方向に延在するように立設された本体部48と、該本体部48から突出して伸縮自在な接触部50とを有する。後述するように、この接触部50の後退動作量(収縮量)が摩擦撹拌接合用工具12の挿入量の実測置として取得される。   A contact sensor 46 is further interposed between the arc-shaped flange member 32 and the disk-shaped member 30. The contact sensor 46 has a main body 48 that has a substantially convex cross-sectional shape and a protruding portion that extends in the horizontal direction, and a contact portion that protrudes from the main body 48 and can be expanded and contracted. 50. As will be described later, the backward movement amount (shrinkage amount) of the contact portion 50 is acquired as an actual measurement of the insertion amount of the friction stir welding tool 12.

さらに、円弧状フランジ部材32の下端面には、支持治具14に指向して突出した突起部52を有する接触子54がボルト56・ナット58を介して連結されている。   Further, a contact 54 having a protrusion 52 protruding toward the support jig 14 is connected to the lower end surface of the arc-shaped flange member 32 via a bolt 56 and a nut 58.

以上の構成において、接触式センサ46、前記昇降機構及び前記回転機構は、図示しない制御回路に電気的に接続されている。   In the above configuration, the contact sensor 46, the lifting mechanism, and the rotating mechanism are electrically connected to a control circuit (not shown).

次に、本実施の形態に係る摩擦撹拌接合方法につき、上記のように構成された摩擦撹拌接合装置10によって、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位Lをスポット接合する場合を例示して説明する。   Next, in the friction stir welding method according to the present embodiment, the laminated part L formed by laminating the first work W1 and the second work W2 with each other by the friction stir welding apparatus 10 configured as described above is used. A case of spot bonding will be described as an example.

フローチャートである図2に示すように、はじめに、ステップS1で摩擦撹拌接合用工具12の積層部位Lへの挿入量の目標値を設定する。例えば、第1ワークW1と第2ワークW2の肉厚がともに2mm、プローブ20の長さが3.5mmであって、且つこのプローブ20全体と回転体22の先端部0.2mmとの合計3.7mmが挿入されるようにする場合、回転体22の先端面と第2ワークW2の上端面との離間距離を3.7mmに加算して目標値を設定する。なお、本実施の形態では、回転体22の先端面と接触子54の突起部52の先端とが一致する高さを零点とする。   As shown in FIG. 2 which is a flowchart, first, in step S1, a target value for the amount of insertion of the friction stir welding tool 12 into the layered portion L is set. For example, the thickness of both the first workpiece W1 and the second workpiece W2 is 2 mm, the length of the probe 20 is 3.5 mm, and the total of the probe 20 and the tip end portion 0.2 mm of the rotating body 22 is 3 in total. When .7 mm is inserted, the target distance is set by adding the separation distance between the front end surface of the rotating body 22 and the upper end surface of the second workpiece W2 to 3.7 mm. In the present embodiment, the height at which the tip surface of the rotating body 22 and the tip of the protrusion 52 of the contactor 54 coincide with each other is defined as a zero point.

その一方で、第1ワークW1上に第2ワークW2を積層して積層部位Lを形成する(図1参照)。この積層部位Lを、スポット接合を行うステーションの所定箇所に位置決めする。   On the other hand, the second workpiece W2 is stacked on the first workpiece W1 to form a stacked portion L (see FIG. 1). The laminated portion L is positioned at a predetermined location of a station that performs spot bonding.

積層部位Lが位置決めされると、次に、前記ロボットの作用下に、図1に示すように、該ロボットのアーム部に配設された摩擦撹拌接合用工具12及び支持治具14が該積層部位Lを挟む位置まで移動する。最終的に、第1ワークW1の下端面が支持治具14の上端面に当接する。   When the stacking portion L is positioned, the friction stir welding tool 12 and the support jig 14 disposed on the arm portion of the robot are then stacked under the action of the robot as shown in FIG. It moves to a position that sandwiches the part L. Finally, the lower end surface of the first workpiece W1 comes into contact with the upper end surface of the support jig 14.

次に、前記回転機構の作用下に摩擦撹拌接合用工具12が回転付勢され、この状態で、昇降機構の作用下に摩擦撹拌接合用工具12が降下して積層部位Lに接近する(図2のステップS2)。この際、摩擦撹拌接合用工具12に同期してスピンドルカバー18が降下し、これに追従して、円弧状フランジ部材32、ひいては接触式センサ46が降下する。その結果、図3に示すように、接触子54の突起部52の先端が積層部位Lに当接する。   Next, the friction stir welding tool 12 is urged to rotate under the action of the rotating mechanism, and in this state, the friction stir welding tool 12 is lowered under the action of the lifting mechanism and approaches the laminated portion L (see FIG. 2 step S2). At this time, the spindle cover 18 descends in synchronization with the friction stir welding tool 12, and the arcuate flange member 32 and thus the contact sensor 46 descends following this. As a result, as shown in FIG. 3, the tip of the protrusion 52 of the contactor 54 comes into contact with the stacked portion L.

摩擦撹拌接合用工具12及びスピンドルカバー18がさらに降下すると、突起部52の先端が積層部位Lから反力を受け、このために円弧状フランジ部材32がガイドピン36に沿って相対的に上昇するとともに、接触式センサ46の接触部50が後退動作して本体部48の内部に進入する。この際、コイルスプリング34が収縮する一方、ストッパ部41の上端面が円弧状フランジ部材32の下端面から離間する。   When the friction stir welding tool 12 and the spindle cover 18 are further lowered, the tip of the projection 52 receives a reaction force from the laminated portion L, and the arcuate flange member 32 is relatively raised along the guide pin 36. At the same time, the contact portion 50 of the contact sensor 46 moves backward to enter the main body 48. At this time, the coil spring 34 contracts, while the upper end surface of the stopper portion 41 is separated from the lower end surface of the arcuate flange member 32.

接触部50の後退動作量(収縮量)は、前記制御回路に信号として発信される。この時点では、接触子54の突起部52の先端が第2ワークW2の上端面に当接し、且つ回転体22の先端面が突起部52の先端よりも高い位置にあるので、前記制御回路は、昇降機構に「摩擦撹拌接合用工具12をさらに降下する」との制御信号を発する。   The backward movement amount (shrinkage amount) of the contact portion 50 is transmitted as a signal to the control circuit. At this time, since the tip of the protrusion 52 of the contactor 54 is in contact with the upper end surface of the second workpiece W2 and the tip of the rotating body 22 is located higher than the tip of the protrusion 52, the control circuit Then, a control signal “Further lowering the friction stir welding tool 12” is issued to the lifting mechanism.

この制御信号を受けた昇降機構は、摩擦撹拌接合用工具12をさらに降下させるように動作する。これにより摩擦撹拌接合用工具12に同期してスピンドルカバー18がガイドピン36に案内されながらさらに降下し、これに伴って接触式センサ46の接触部50がさらに後退動作する。また、突起部52によって、摩擦撹拌接合を行う箇所の近傍が押圧され、第1ワークW1と第2ワークW2とが密着する。   The lifting mechanism that has received this control signal operates to further lower the friction stir welding tool 12. As a result, the spindle cover 18 is further lowered while being guided by the guide pins 36 in synchronization with the friction stir welding tool 12, and the contact portion 50 of the contact sensor 46 is further moved backward. Moreover, the vicinity of the location where the friction stir welding is performed is pressed by the protrusion 52, and the first workpiece W1 and the second workpiece W2 are brought into close contact with each other.

最終的に、プローブ20が第2ワークW2の上端面に摺接し、この摺接に伴って摩擦熱が発生する。これにより第2ワークW2の上端面及びその近傍が軟化して、図4に示すように、プローブ20が第2ワークW2に挿入される。   Finally, the probe 20 comes into sliding contact with the upper end surface of the second workpiece W2, and frictional heat is generated along with this sliding contact. As a result, the upper end surface of the second workpiece W2 and the vicinity thereof are softened, and the probe 20 is inserted into the second workpiece W2 as shown in FIG.

その最中に、回転体22の先端面が接触子54の突起部52の先端と同一高さとなる。前記制御回路は、この時点を零点とし、これ以降の接触式センサ46の接触部50の後退動作量(収縮量)を、プローブ20及び回転体22の積層部位Lへの挿入量の実測値として認識する。換言すれば、零点以降の接触部50の収縮量は、プローブ20及び回転体22の積層部位Lへの挿入量の実測値として取得される。   In the middle of this, the tip surface of the rotating body 22 is flush with the tip of the protrusion 52 of the contactor 54. The control circuit sets this point as the zero point, and the subsequent retraction amount (shrinkage amount) of the contact portion 50 of the contact sensor 46 as an actual measurement value of the insertion amount of the probe 20 and the rotating body 22 into the laminated portion L. recognize. In other words, the contraction amount of the contact portion 50 after the zero point is acquired as an actual measurement value of the insertion amount of the probe 20 and the rotating body 22 into the stacked portion L.

前記制御回路は、この実測値と予め設定された目標値とを常時比較し(図2のステップS3)、実測値が目標値に満たない場合には、昇降機構に「摩擦撹拌接合用工具12をさらに降下する」との制御信号を発する。   The control circuit constantly compares the actual measurement value with a preset target value (step S3 in FIG. 2), and if the actual measurement value does not satisfy the target value, the control circuit 12 sends a “friction stir welding tool 12”. The control signal is issued.

この制御信号を受けた昇降機構は、摩擦撹拌接合用工具12をさらに降下させるように動作する(ステップS2)。この降下は、目標値と実測値が一致するまで行われる。   Upon receiving this control signal, the lifting mechanism operates to further lower the friction stir welding tool 12 (step S2). This descent is performed until the target value matches the actual measurement value.

摩擦撹拌接合用工具12が降下される最中、該摩擦撹拌接合用工具12が継続して回転動作しているので、第2ワークW2の肉が常時摩擦撹拌される。プローブ20が第1ワークW1まで到達した後には、第2ワークW2の肉と第1ワークW1の肉が一体的に混合されるように塑性流動が起こる。   While the friction stir welding tool 12 is being lowered, the friction stir welding tool 12 continues to rotate, so that the meat of the second workpiece W2 is constantly friction stir. After the probe 20 reaches the first workpiece W1, plastic flow occurs so that the meat of the second workpiece W2 and the meat of the first workpiece W1 are mixed together.

目標値と実測値が一致すると、すなわち、本実施の形態の場合、図5に示すように、プローブ20全体が挿入されるとともに回転体22の先端部0.2mmが挿入されると、前記制御回路は、昇降機構に「降下動作停止」の制御信号を発信する(ステップS4)。これにより、摩擦撹拌接合用工具12の降下が終了し、位置決め保持される。   When the target value matches the actual measurement value, that is, in the case of the present embodiment, as shown in FIG. 5, when the entire probe 20 is inserted and the tip portion 0.2 mm of the rotating body 22 is inserted, the control is performed. The circuit transmits a control signal “stop descent operation” to the elevating mechanism (step S4). As a result, the lowering of the friction stir welding tool 12 is completed and the positioning is maintained.

摩擦撹拌接合用工具12が積層部位Lに所定の挿入量で挿入されて回転動作することにより、第1ワークW1と第2ワークW2との肉がプローブ20によって確実に摩擦撹拌されて混合される。また、肉厚減が過度に大きくなることもない。従って、積層部位Lを優れた接合強度で接合することができる。   When the friction stir welding tool 12 is inserted into the laminated portion L with a predetermined insertion amount and rotates, the meat of the first workpiece W1 and the second workpiece W2 is reliably frictionally stirred by the probe 20 and mixed. . Moreover, the thickness reduction does not become excessively large. Therefore, the laminated portion L can be bonded with excellent bonding strength.

しかも、本実施の形態によれば、接触式センサ46における接触部50の零点からの収縮量を摩擦撹拌接合用工具12の積層部位Lへの挿入量の実測値として取得し、この実測値と、制御回路に予め設定された目標値とを比較して、実測値が目標値に合致するように、摩擦撹拌接合用工具12の変位量を制御するようにしている。このような制御方法においては、ロボットのアーム部の撓み量が外的要因や経時変化によって変化した場合であっても、摩擦撹拌接合用工具12の挿入量が一定となる。従って、アーム部の撓み量に影響されることなく、スポット接合後の接合強度を確保することができる。その上、この場合、アーム部の撓み量に応じて摩擦撹拌接合用工具12の適切な変位量のデータを取得する必要もない。   Moreover, according to the present embodiment, the amount of contraction from the zero point of the contact portion 50 in the contact sensor 46 is acquired as an actual measured value of the amount of insertion of the friction stir welding tool 12 into the laminated portion L, and this measured value and The amount of displacement of the friction stir welding tool 12 is controlled such that the actual value matches the target value by comparing the target value preset in the control circuit. In such a control method, the amount of insertion of the friction stir welding tool 12 is constant even when the amount of bending of the arm portion of the robot changes due to external factors or changes over time. Therefore, the bonding strength after spot bonding can be secured without being affected by the amount of bending of the arm portion. In addition, in this case, it is not necessary to acquire data of an appropriate amount of displacement of the friction stir welding tool 12 according to the amount of bending of the arm portion.

所定時間が経過した後、制御回路は、昇降機構に「摩擦撹拌接合用工具12を上昇させる」との制御信号を発信する(ステップS5)。この制御信号を受け、昇降機構は、図6に示すように、摩擦撹拌接合用工具12を上昇させる。これに追従してスピンドルカバー18が上昇すると、摩擦撹拌接合用工具12が積層部位Lから離脱するとともに、接触子54の突起部52の先端が第2ワークW2の上端面から離間する。さらに、円弧状フランジ部材32がコイルスプリング34によって弾発付勢され、ストッパ部材の堰止部に当接するまで下方に変位する。また、上昇した摩擦撹拌接合用工具12の回転動作が停止される。   After the predetermined time has elapsed, the control circuit sends a control signal “raises the friction stir welding tool 12” to the lifting mechanism (step S5). Upon receiving this control signal, the lifting mechanism raises the friction stir welding tool 12 as shown in FIG. When the spindle cover 18 rises following this, the friction stir welding tool 12 is detached from the laminated portion L, and the tip of the protrusion 52 of the contactor 54 is separated from the upper end surface of the second workpiece W2. Further, the arc-shaped flange member 32 is elastically biased by the coil spring 34 and is displaced downward until it comes into contact with the damming portion of the stopper member. Further, the rotating operation of the raised friction stir welding tool 12 is stopped.

摩擦撹拌接合用工具12が離脱することに伴い、積層部位Lの肉の塑性流動、すなわち、摩擦撹拌が終了し、該肉が冷却硬化する。その結果、第1ワークW1と第2ワークW2とが良好な接合強度で一体的にスポット接合されるに至る。なお、スポット接合が施された部位には、離脱穴Hが形成される。   As the friction stir welding tool 12 is disengaged, the plastic flow of the meat in the laminated portion L, that is, the friction stirrer is finished, and the meat is cooled and hardened. As a result, the first workpiece W1 and the second workpiece W2 are integrally spot-bonded with good bonding strength. Note that a separation hole H is formed at the spot-bonded portion.

第1ワークW1、第2ワークW2とは異なる肉厚のワーク同士を積層した積層部位Lに対してスポット接合を行う場合には、ワークの肉厚に応じて、前記制御回路に設定する目標値を変更すればよい。このように、本実施の形態によれば、摩擦撹拌接合用工具12の挿入量を容易且つ簡便に変更することができる。   When spot joining is performed on a laminated portion L in which workpieces having different thicknesses from the first workpiece W1 and the second workpiece W2 are laminated, a target value set in the control circuit according to the thickness of the workpiece Can be changed. Thus, according to this Embodiment, the insertion amount of the tool 12 for friction stir welding can be changed easily and simply.

以上の作業を繰り返し行った後、必要に応じて、回転体22の先端面の位置の零点補正を行う。すなわち、プローブ20の全体が挿入可能である一方、回転体22が挿入不可能な寸法の凹部が設けられた補正用板を用意し、該補正用板の前記凹部にプローブ20を挿入するとともに、回転体22の先端面、及び接触子54の突起部52の先端を補正用板の上端面に当接させる。これにより、回転体22の先端面と接触子54の突起部52の先端とを正確に一致させることができ、零点を設定することが可能となる。   After repeating the above operation, the zero point of the position of the tip surface of the rotating body 22 is corrected as necessary. That is, while the entire probe 20 can be inserted, a correction plate provided with a recess having a dimension in which the rotating body 22 cannot be inserted is prepared, and the probe 20 is inserted into the recess of the correction plate, The front end surface of the rotating body 22 and the front end of the protrusion 52 of the contactor 54 are brought into contact with the upper end surface of the correction plate. Thereby, the front end surface of the rotating body 22 and the front end of the protrusion 52 of the contactor 54 can be accurately matched, and a zero point can be set.

このようにして零点補正を行うことにより、プローブ20の埋没量の実測値を正確に測定することが可能となる。従って、作業の繰り返しによって摩擦撹拌接合用工具12が摩耗した場合や、作業時に発生した摩擦熱で摩擦撹拌接合用工具12が熱膨張を起こした場合等、摩擦撹拌接合用工具12の寸法が変化したとしても、プローブ20の埋没量の正確な実測値を得ることができる。   By performing the zero point correction in this way, it becomes possible to accurately measure the actual measurement value of the amount of burying of the probe 20. Accordingly, the size of the friction stir welding tool 12 changes when the friction stir welding tool 12 is worn due to repeated work, or when the friction stir welding tool 12 undergoes thermal expansion due to frictional heat generated during the work. Even if it does, the exact measured value of the amount of burying of the probe 20 can be obtained.

なお、上記した実施の形態においては、摩擦撹拌接合用工具12の積層部位Lへの挿入量を測定する挿入量測定手段として接触式センサ46を例示して説明したが、挿入量測定手段は特にこれに限定されるものではなく、例えば、非接触式センサを用いるようにしてもよい。この種の非接触式センサとしては、例えば、レーザ光を照射し、該レーザ光が反射によって戻ってくるまでの時間から距離を算出するものが挙げられる。   In the above-described embodiment, the contact type sensor 46 is exemplified and described as the insertion amount measuring means for measuring the insertion amount of the friction stir welding tool 12 into the layered portion L. For example, a non-contact sensor may be used. As this type of non-contact type sensor, for example, there is a sensor that irradiates a laser beam and calculates a distance from a time until the laser beam returns by reflection.

また、本発明に係る摩擦撹拌接合装置10によれば、摩擦撹拌接合を行う前にワークの肉厚を予め測定することもできる。すなわち、最高位置まで上昇した接触子54の突起部52の先端と、支持治具14の上端面までの初期距離を予め求める。次に、ワークを支持治具14に載置し、昇降機構の作用下にスピンドルカバー18、ひいては接触子54を降下する。   Further, according to the friction stir welding apparatus 10 according to the present invention, the thickness of the workpiece can be measured in advance before performing the friction stir welding. That is, the initial distance between the tip of the protrusion 52 of the contact 54 that has risen to the highest position and the upper end surface of the support jig 14 is obtained in advance. Next, the work is placed on the support jig 14, and the spindle cover 18 and thus the contact 54 are lowered under the action of the lifting mechanism.

降下した接触子54の突起部52の先端は、最終的に、ワークの上端面に当接する。その際の突起部52の移動距離を前記初期距離から差し引けば、ワークの肉厚が算出される。この際、ワークには接触子54が当接する程度の押圧力しか作用しないので、アーム部が撓むことはない。従って、アーム部が撓むことによってワーク肉厚に測定誤差が生じることもない。なお、突起部52の移動距離は、昇降機構の移動距離に基づいて求めることができる。   The tip of the protrusion 52 of the lowered contactor 54 finally comes into contact with the upper end surface of the workpiece. The thickness of the workpiece is calculated by subtracting the movement distance of the protrusion 52 at that time from the initial distance. At this time, only the pressing force with which the contact 54 abuts against the work acts, so the arm portion does not bend. Therefore, there is no measurement error in the workpiece thickness due to the bending of the arm portion. In addition, the movement distance of the projection part 52 can be calculated | required based on the movement distance of a raising / lowering mechanism.

このようにして測定されたワークの肉厚に応じ、前記制御回路に設定する目標値を変更すれば、ワークの肉厚にバラツキがある場合であっても、摩擦撹拌接合用工具12の変位量が各ワーク毎に適宜設定され、これにより、優れた接合強度の接合部を得ることができる。   If the target value set in the control circuit is changed in accordance with the thickness of the workpiece thus measured, even if the workpiece thickness varies, the amount of displacement of the friction stir welding tool 12 Is appropriately set for each workpiece, whereby a joint with excellent joint strength can be obtained.

また、この測定によって前記ワークの肉厚が許容範囲外であることが判明した場合、摩擦撹拌接合を行わなければよい。このように、ワークの肉厚を予め測定することにより、摩擦撹拌接合を施すことが困難なワークを除去することもできる。このため、作業効率が向上し、製造歩留まりも向上する。   Further, if it is found from this measurement that the thickness of the workpiece is outside the allowable range, the friction stir welding may not be performed. In this way, by measuring the thickness of the workpiece in advance, it is possible to remove a workpiece that is difficult to perform friction stir welding. For this reason, work efficiency improves and manufacturing yield also improves.

いずれの場合においても、円弧状フランジ部材32に代替して円環状フランジ部材を取り付けるようにしてもよい。この場合、接触子54に代替して円環状接触子を用い、且つ該円環状接触子から積層部位Lに指向して突起部を円環状に突出させるようにすることもできる。積層部位Lが傾斜している場合、該積層部位Lにおける円環状突起に最近接する部位が該円環状突起で押圧され、その結果、この部位が支持治具14側に傾動する。これにより積層部位Lの傾斜状態が解消されるので、プローブ20が積層部位Lに対して略垂直に挿入される。従って、積層部位Lを一層確実に接合することができる。   In either case, an annular flange member may be attached instead of the arc-shaped flange member 32. In this case, an annular contact may be used in place of the contact 54, and the protrusion may project in an annular shape from the annular contact toward the stacking portion L. When the laminated portion L is inclined, the portion closest to the annular protrusion in the laminated portion L is pressed by the annular protrusion, and as a result, this portion is inclined toward the support jig 14 side. As a result, the inclined state of the laminated portion L is eliminated, and the probe 20 is inserted substantially perpendicular to the laminated portion L. Therefore, the laminated portion L can be more reliably joined.

本実施の形態に係る摩擦撹拌接合装置の要部拡大説明図である。It is principal part expansion explanatory drawing of the friction stir welding apparatus which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る摩擦撹拌接合方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the friction stir welding method which concerns on this Embodiment. 摩擦撹拌接合用工具が降下して、接触子の突起部の先端が積層部位に当接した状態を示す要部拡大説明図である。It is a principal part expansion explanatory drawing which shows the state which the tool for friction stir welding descend | falls and the front-end | tip of the protrusion part of a contact contact | abutted on the lamination | stacking site | part. 摩擦撹拌接合用工具がさらに降下して、プローブが第2ワークの上端面に挿入された状態を示す要部拡大説明図である。It is principal part expansion explanatory drawing which shows the state which the tool for friction stir welding further falls, and the probe was inserted in the upper end surface of a 2nd workpiece | work. 摩擦撹拌接合用工具がさらに一層降下して、回転体が積層部位の所定位置まで挿入された状態を示す要部拡大説明図である。It is a principal part expansion explanatory drawing which shows the state which the tool for friction stir welding fell further further, and the rotary body was inserted to the predetermined position of the lamination | stacking site | part. 摩擦撹拌接合用工具が上昇して積層部位から離脱した状態を示す要部拡大説明図である。It is a principal part expansion explanatory drawing which shows the state which the tool for friction stir welding went up and removed | separated from the lamination | stacking site | part.

符号の説明Explanation of symbols

10…摩擦撹拌接合装置 12…摩擦撹拌接合用工具
14…支持治具 16…スピンドル
18…スピンドルカバー 20…プローブ
22…回転体 24…環状フランジ部
30…ディスク状部材 32…円弧状フランジ部材
34…コイルスプリング 36…ガイドピン
46…接触式センサ 50…接触部
52…突起部 54…接触子
W1、W2…ワーク L…積層部位
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Friction stir welding apparatus 12 ... Friction stir welding tool 14 ... Support jig 16 ... Spindle 18 ... Spindle cover 20 ... Probe 22 ... Rotating body 24 ... Annular flange part 30 ... Disc-shaped member 32 ... Arc-shaped flange member 34 ... Coil spring 36 ... guide pin 46 ... contact type sensor 50 ... contact part 52 ... projection part 54 ... contacts W1, W2 ... workpiece L ... lamination part

Claims (2)

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の肉をプローブと回転体とを有する摩擦撹拌接合用工具で点状に摩擦撹拌した後、前記肉を硬化して接合する摩擦撹拌接合方法において、
前記摩擦撹拌接合用工具の前記積層部に対する挿入量の目標値を制御手段に設定する工程と、
回転動作する前記摩擦撹拌接合用工具を前記積層部に挿入することにより該積層部の肉を摩擦撹拌するとともに、前記摩擦撹拌接合用工具の前記積層部への挿入量の実測値を挿入量測定手段で測定する工程と、
を有し、
前記挿入量測定手段として、接触子を有する接触式センサを使用し、前記接触子が前記積層部に接触した前記接触式センサを前記挿入量に応じて収縮させ、前記摩擦撹拌接合用工具を構成する前記回転体の先端が前記接触子の先端と同一高さとなったときを零として、それ以降の収縮量を前記挿入量の実測値として取得するとともに、
前記制御手段で前記実測値が前記目標値に一致するように前記摩擦撹拌接合用工具の変位量を制御することにより、前記摩擦撹拌接合用工具の挿入量を設定することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
Friction stir welding in which the meat of the laminated part formed by laminating a plurality of members is frictionally stirred in a dotted manner with a friction stir welding tool having a probe and a rotating body, and then the meat is cured and joined. In the method
Setting a target value of the insertion amount of the friction stir welding tool with respect to the laminated portion in the control means;
By inserting the rotating tool for friction stir welding into the laminated part, the meat of the laminated part is frictionally stirred, and the measured value of the amount of insertion of the friction stir welding tool into the laminated part is measured. Measuring by means;
Have
As the insertion amount measuring means, a contact type sensor having a contact is used, and the contact sensor in which the contact is in contact with the laminated portion is contracted in accordance with the insertion amount to constitute the friction stir welding tool When the tip of the rotating body to be the same height as the tip of the contact is zero, the subsequent contraction amount is acquired as the measured value of the insertion amount,
Friction stirrer, characterized in that the amount of friction stir welding tool insertion is set by controlling the amount of displacement of the friction stir welding tool so that the measured value matches the target value by the control means. Joining method.
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点状に摩擦撹拌接合するための摩擦撹拌接合装置において、
プローブと回転体とを有し、前記積層部に対して接近又は離間する方向に変位する摩擦撹拌接合用工具と、
前記摩擦撹拌接合用工具に同期して前記積層部に対して接近又は離間する方向に変位するとともに、前記摩擦撹拌接合用工具の前記積層部への挿入量を測定する挿入量測定手段と、
前記摩擦撹拌接合用工具の変位量を制御する制御手段と、
を有し、
前記挿入量測定手段は、接触子を有し、且つ前記挿入量に応じて収縮自在な接触式センサからなり、
前記制御手段は、前記接触子が前記積層部に接触した前記接触式センサが収縮して前記摩擦撹拌接合用工具を構成する回転体の先端が前記接触子の先端と同一高さとなったときを零として、それ以降の前記接触式センサの収縮量を前記挿入量の実測値と判断するとともに、前記挿入量の実測値が目標値に一致するように前記摩擦撹拌接合用工具の変位量を制御することにより、前記摩擦撹拌接合用工具の挿入量を設定することを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
In a friction stir welding apparatus for performing friction stir welding of a laminated portion formed by laminating a plurality of members in a dot shape,
A friction stir welding tool that has a probe and a rotating body and is displaced in a direction approaching or separating from the laminated portion;
An insertion amount measuring means for measuring the amount of insertion of the friction stir welding tool into the stacked portion while being displaced in a direction approaching or separating from the stacked portion in synchronization with the friction stir welding tool;
Control means for controlling the amount of displacement of the friction stir welding tool;
Have
The insertion amount measuring means comprises a contact sensor that has a contact and can contract according to the insertion amount,
The control means is configured such that when the contact sensor in contact with the stacked portion contracts , the tip of the rotating body constituting the friction stir welding tool becomes the same height as the tip of the contact. The amount of contraction of the contact-type sensor thereafter is determined as the measured value of the insertion amount, and the displacement amount of the friction stir welding tool is controlled so that the measured value of the insertion amount matches the target value. By doing so, the amount of insertion of the tool for friction stir welding is set.
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