JP4744987B2

JP4744987B2 - Friction stir welding method

Info

Publication number: JP4744987B2
Application number: JP2005253901A
Authority: JP
Inventors: 英俊藤井; 武石川; 一夫玄地; 昇矢ヶ部
Original assignee: Osaka University NUC; Tokyu Car Corp
Current assignee: Osaka University NUC; Tokyu Car Corp
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2025-09-01
Also published as: JP2007061885A

Description

本発明は、摩擦攪拌接合方法に関するものである。 The present invention relates to a friction stir welding method.

金属材の接合方法には種々の方法がある。その一種として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が、知られている。摩擦攪拌接合は、接合しようとする二つの金属材それぞれの端部を突き合わせ、回転ツールの先端に設けられたピンを両者の端部の間に挿入し、これら端部の長手方向に沿って回転ツールを回転させつつ移動させることによって、二つの金属部材を接合する方法である。
特許第２７１２８３８号公報、特許第２７９２２３３号公報 There are various methods for joining metal materials. As one type, friction stir welding (FSW = Friction Stir Welding) is known. In friction stir welding, the ends of the two metal materials to be joined are butted together, and a pin provided at the tip of the rotating tool is inserted between the two ends, and rotated along the longitudinal direction of these ends. This is a method of joining two metal members by moving the tool while rotating it.
Japanese Patent No. 2712838, Japanese Patent No. 2792233

ところで、接合後の接合部位の強度をより向上させることが可能な摩擦攪拌接合方法が要請されている。 Incidentally, there is a demand for a friction stir welding method that can further improve the strength of the joined portion after joining.

そこで、本発明は、接合後の接合部位の強度をより向上させることが可能な摩擦攪拌接合方法を提供することを目的としている。 Then, this invention aims at providing the friction stir welding method which can improve the intensity | strength of the joining site | part after joining more.

本発明の摩擦攪拌接合方法は、冷間加工を施して調質したオーステナイト系ステンレス鋼である二つの金属材を４００℃以上５５０℃以下の所定温度に加熱する工程と、この工程によって加熱された金属材の端部を突き合わせて、該端部間に回転ツールのピンを挿入し該ピンを回転させつつ該端部に沿って移動させることにより摩擦攪拌接合を行う工程と、を含む。このオーステナイト系ステンレス鋼には、ＪＩＳＥ４０４９に規定のＳＵＳ３０１Ｌ−ＨＴが含まれる。また、摩擦攪拌接合は、スポットＦＳＷを含むものである。 The friction stir welding method of the present invention is a process of heating two metal materials, which are austenitic stainless steel tempered by cold working, to a predetermined temperature of 400 ° C. or more and 550 ° C. or less, and is heated by this step. A step of performing friction stir welding by abutting the ends of the metal material, inserting a pin of a rotating tool between the ends, and moving the pin along the end while rotating the pin . This austenitic stainless steel includes SUS301L-HT defined in JIS E 4049. Further, the friction stir welding includes a spot FSW.

本発明によれば、接合後の接合部位の強度をより向上させることが可能な摩擦攪拌接合方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the friction stir welding method which can improve the intensity | strength of the joining site | part after joining is provided.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

図１は、実施の形態に係る摩擦攪拌接合方法の工程図である。図１に示すように、本実施の形態の摩擦攪拌接合方法では、まず、冷間加工を施して調質したオーステナイト系ステンレス鋼である二つの金属を所定温度に加熱する工程が、実施される（ステップＳ０１）。 FIG. 1 is a process diagram of a friction stir welding method according to an embodiment. As shown in FIG. 1, in the friction stir welding method of the present embodiment, first, a step of heating two metals, which are austenitic stainless steel tempered by cold working, to a predetermined temperature is performed. (Step S01).

なお、所定温度とは、４００℃以上５５０℃以下の温度である。また、加熱とは、所定温度に至るまで、金属材が十分な時間加熱されていること意味する。このように、所定温度に金属材を加熱すると、転位が減少し、且つ、結晶粒の粒径が適切な値に制御され、後述の摩擦攪拌接合後の接合部位の強度が向上されるものと考えられる。 The predetermined temperature is a temperature of 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower. Further, the heating means that the metal material is heated for a sufficient time until reaching a predetermined temperature. Thus, when the metal material is heated to a predetermined temperature, the dislocation is reduced, the grain size of the crystal grains is controlled to an appropriate value, and the strength of the bonded portion after the friction stir welding described later is improved. Conceivable.

次に、本実施の形態の摩擦攪拌接合方法では、ステップＳ０１において加熱された二つの金属材が摩擦攪拌接合される（ステップＳ０２）。図２は、摩擦攪拌接合を説明するための図である。図２において（ａ）には、摩擦攪拌接合の様子が示されており、（ｂ）には、摩擦攪拌接合に用いられる回転ツールの側面図が示されている。 Next, in the friction stir welding method of the present embodiment, the two metal materials heated in step S01 are friction stir welded (step S02). FIG. 2 is a view for explaining friction stir welding. In FIG. 2, (a) shows a state of friction stir welding, and (b) shows a side view of a rotary tool used for friction stir welding.

摩擦攪拌接合は、図２における（ａ）に示すように、金属材１ａ及び金属材１ｂそれぞれの端部をつきあせて、棒状の回転ツール１０の先端に設けられたピン１１を端部間に挿入し、ピン１１を回転させつつ端部に沿って移動させる方法である。 In the friction stir welding, as shown in FIG. 2 (a), the ends of the metal material 1a and the metal material 1b are put together, and the pin 11 provided at the tip of the rod-shaped rotary tool 10 is placed between the ends. This is a method of inserting and moving the pin 11 along the end while rotating it.

図２における（ｂ）に示すように、回転ツール１０は、略円柱状のショルダー１２とその先端にあり金属材の端部間に挿入されるピン１１から構成されている。ピン１１は、ショルダー１２より小径の略円柱形をなしている。 As shown in FIG. 2B, the rotary tool 10 is composed of a substantially cylindrical shoulder 12 and a pin 11 at the tip of the shoulder 12 and inserted between the ends of the metal material. The pin 11 has a substantially cylindrical shape having a smaller diameter than the shoulder 12.

このように、ステップＳ０２において、摩擦攪拌接合が実施されることによって、本実施の形態の摩擦攪拌接合方法が、完了する。 Thus, in step S02, the friction stir welding method according to the present embodiment is completed by performing the friction stir welding.

以下、本実施の形態に従って行った実験例について説明する。 Hereinafter, experimental examples performed in accordance with the present embodiment will be described.

この実験例において作成したサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１２の金属材、及び摩擦攪拌接合方法における各条件を表１に示す。

Sample No. created in this experimental example. 1-No. Table 1 shows conditions for the 12 metal materials and the friction stir welding method.

表１に示すように、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１２の金属材には、冷間加工を施して調質したオーステナイト系ステンレス鋼として、ＪＩＳＥ４０４９に規定のＳＵＳ３０１Ｌ−ＨＴであって、厚さ１．５ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ３００ｍｍのＳＵＳ３０１Ｌ−ＨＴ材を用いた。この実験例では、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１２の金属材を、表１に示す温度で、３０分間加熱した（ステップＳ０１）。なお、加熱は、シリコユニット炉で大気雰囲気中で行った。 As shown in Table 1, sample no. 1-No. 12 is a SUS301L-HT specified in JIS E 4049 as an austenitic stainless steel tempered by cold working, and has a thickness of 1.5 mm, a width of 30 mm, and a length of 300 mm. HT material was used. In this experimental example, sample no. 1-No. Twelve metal materials were heated at the temperature shown in Table 1 for 30 minutes (step S01). The heating was performed in an air atmosphere in a silicon unit furnace.

そして、加熱後の各サンプル材を用いて、表１に示すとおりの条件で、摩擦攪拌接合（ステップＳ０２）を行った。摩擦攪拌接合には、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）製であり、ショルダー径１２ｍｍ、ピン径４ｍｍ、ピン長１．４ｍｍの回転ツールを用いた。 Then, friction stir welding (step S02) was performed under the conditions shown in Table 1 using each sample material after heating. For the friction stir welding, a rotating tool made of silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) and having a shoulder diameter of 12 mm, a pin diameter of 4 mm, and a pin length of 1.4 mm was used.

次に、摩擦攪拌接合後の部材から試験片を作成して、引張試験を行った。引張試験においては、図３に示すように、攪拌部Ｓにおける接合部位Ｊが中心を横切る試験片を用いた。この試験片の各パラメータは、Ｌ１：６０ｍｍ、Ｗ１：１６ｍｍ、Ｌ２：１０ｍｍ、Ｌ３：７．５ｍｍ、Ｌ４：２５ｍｍ、Ｗ２＝１２ｍｍ、Ｒ＝１５ｍｍである。かかる試験片に対して、ＩＮＳＴＲＯＮ社製の引張試験機を用いて、室温にて引張速度１ｍｍ／ｍｉｎの引張試験を行った。 Next, a test piece was prepared from the member after friction stir welding, and a tensile test was performed. In the tensile test, as shown in FIG. 3, a test piece in which the joint portion J in the stirring portion S crosses the center was used. Each parameter of this test piece is L1: 60mm, W1: 16mm, L2: 10mm, L3: 7.5mm, L4: 25mm, W2 = 12mm, R = 15mm. The test piece was subjected to a tensile test at a tensile speed of 1 mm / min at room temperature using a tensile tester manufactured by INSTRON.

図４は、実験例２にかかる金属材の加熱温度と引張強度の関係を示すグラフである。図４には、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１２の金属材の加熱温度と引張強度の関係が示されている。図４に示すように、ＳＵＳ３０１Ｌ−ＨＴの金属材は、４００℃以上５５０℃以下の所定温度に加熱されることによって、加熱を行わない場合或いは加熱温度が高すぎる場合に比して、その接合部位の強度が向上されることが確認された。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the heating temperature and the tensile strength of the metal material according to Experimental Example 2. In FIG. 1-No. The relationship between the heating temperature of 12 metal materials and tensile strength is shown. As shown in FIG. 4, the metal material of SUS301L-HT is heated to a predetermined temperature of 400 ° C. or more and 550 ° C. or less, so that the bonding is not performed when heating is not performed or when the heating temperature is too high. It was confirmed that the strength of the part was improved.

図１は、実施の形態に係る摩擦攪拌接合方法の工程図であるFIG. 1 is a process diagram of a friction stir welding method according to an embodiment. 図２は、摩擦攪拌接合を説明するための図である。FIG. 2 is a view for explaining friction stir welding. 図３は、引張試験用の試験片を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a test piece for a tensile test. 図４は、実験例の金属材の加熱温度と引張強度の関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the heating temperature and the tensile strength of the metal material of the experimental example.

Explanation of symbols

１ａ，１ｂ…金属材、１０…回転ツール、１１…ピン、１２…ショルダー。
1a, 1b ... metal material, 10 ... rotating tool, 11 ... pin, 12 ... shoulder.

Claims

Heating two metallic materials that are austenitic stainless steel tempered by cold working to a predetermined temperature of 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower;
A process of performing friction stir welding by abutting the end portions of the metal material heated in the step, inserting a pin of a rotating tool between the end portions, and moving the pin along the end portion while rotating the pin. When,
A friction stir welding method including: