JP5141094B2 - 接合方法 - Google Patents
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まず、接合すべき金属部材1,1を詳細に説明するとともに、この金属部材1,1を接合する際に用いられる第一タブ材2と第二タブ材3を詳細に説明する。
図1を参照して準備工程を説明する。準備工程は、接合すべき金属部材1,1や摩擦攪拌の開始位置や終了位置が設けられる当て部材(第一タブ材2および第二タブ材3)を準備する工程であり、本実施形態では、接合すべき金属部材1,1を突き合せる突合工程と、金属部材1,1の突合部J1の両側に第一タブ材2と第二タブ材3を配置するタブ材配置工程と、第一タブ材2と第二タブ材3を溶接により金属部材1,1に仮接合する溶接工程とを具備している。
第一の予備工程は、第一の本接合工程に先立って行われる工程であり、本実施形態では、摩擦攪拌接合によって仮接合する。
まず、図3の(a)に示すように、第一タブ材2の適所に設けた開始位置SPの直上に仮接合用回転ツールAを位置させ、続いて、仮接合用回転ツールAを右回転させつつ下降させて攪拌ピンA2を開始位置SPに押し付ける。攪拌ピンA2が第一タブ材2の表面22に接触すると、摩擦熱によって攪拌ピンA2の周囲にある金属が塑性流動化し、図3の(b)に示すように、攪拌ピンA2が第一タブ材2に挿入される。
第一の本接合工程は、金属部材1,1の突合部J1を本格的に接合する工程である。本実施形態に係る第一の本接合工程では、図2の(b)に示す本接合用回転ツールBを使用し、仮接合された状態の突合部J1に対して金属部材1の表面12側から摩擦攪拌を行う。
まず、図5の(a)に示すように、開始位置SM1の直上に本接合用回転ツールBを位置させ、続いて、本接合用回転ツールBを右回転させつつ下降させて攪拌ピンB2の先端を第二タブ材3の表面32に当接すると、第二タブ材3の表面から金属が塑性流動化する。このような状態になると、塑性流動化した金属を攪拌ピンB2の周面で押し退けながら、攪拌ピンB2が圧入される。
第一の補修工程は、第一の本接合工程により金属部材1に形成された表側塑性化領域W1に対して摩擦攪拌を行う工程であり、表側塑性化領域W1に含まれている可能性がある接合欠陥を補修する目的で行われるものである。
まず、第一タブ材2の適所に設けた開始位置SRに補修用回転ツールAの攪拌ピンA2(図6の(b)参照)を挿入(圧入)して摩擦攪拌を開始し、第二の補修領域R2に対して摩擦攪拌を行う。
まず、第一タブ材2の適所に設けた開始位置SRに補修用回転ツールAの攪拌ピンA2(図2の(a)参照)を挿入(圧入)して摩擦攪拌を開始し、第二の補修領域R2に対して摩擦攪拌を行う。
ところで、表側塑性化領域W1は、温度が下がってくると収縮する。そのため、図8の(a)に示すように、VI-VI断面(横方向)において下に凸の反り、つまり、裏面13側に凸かつ表面12側に凹の反りを生じてしまう。また、図8の(a)(b)に示すように、V−V断面(縦方向)において下に凸の反り、つまり、裏面13側に凸(表面12側に凹)の反りを生じてしまう。
また、第一タブ材2や第二タブ材3を取り除いた金属部材1にロール矯正を行って、反りを矯正するようにしてもよい。また、補助部材Q1,Q2,Q3としては、金属部材1よりも軟質の材料であればよく、例えば、アルミニウム合金、硬質ゴム、プラスチック、木材を用いることができる。
続いて、歪矯正工程を経て横方向の反りの矯正が終わると、第二の本接合工程を行う。この第二の本接合工程は、金属部材1,1の突合部J1を本格的に接合する工程である。本実施形態に係る第二の本接合工程では、図10の(a)および(b)に示すように、第一の本接合工程で使用した本接合用回転ツールB(図2参照)を使用して、突合部J1に対して金属部材1の裏面13側から摩擦攪拌を行う。ところが、前記したように、突合部J1には、縦方向の反りが生じている。そこで、この実施形態では、後記するように、突合部J1の途中であって反りの頂上から端部に向かって摩擦攪拌接合を行う。そこで、まず、摩擦攪拌接合の平面視における様子について説明する。
まず、図11Aの(a)に示すように、開始位置SM1の直上に本接合用回転ツールBを位置させ、続いて、本接合用回転ツールBを右回転させつつ下降させて攪拌ピンB2の先端を挿入(圧入)する。
第二の補修工程は、第二の本接合工程により金属部材1に形成された裏側塑性化領域W21,22に対して摩擦攪拌を行う工程であり、裏側塑性化領域W21,22に含まれている可能性がある接合欠陥を補修する目的で行われるものである。この第二の補修工程では、第一の補修工程と同様に、本接合用回転ツールBよりも小型の仮接合用回転ツールAを補修用の回転ツールとして用いて摩擦攪拌を行う。以下、ここでも、第二の補修工程で用いる仮接合用回転ツールAを補修用回転ツールAと称して説明することとする。
最後に、第二の補修工程が終了したら、仕上げ工程に移行する。この仕上げ工程には、第二の予備工程、第二の本接合工程、および、第二の補修工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去するバリ除去工程と、第一タブ材2および第二タブ材3を切除するタブ切除工程と、第一タブ材2および第二タブ材3を切除され、バリが除去されている金属部材1に焼きなましを行う焼きなまし工程とが含まれる。第一の本接合工程や第二の本接合工程を経て接合された金属部材1,1の接合体に焼きなまし工程を行って、図13に示すように、金属部材1、第一タブ材2、第二タブ材3に生じていた反りを矯正する。
2 第一タブ材
3 第二タブ材
J1〜J3 突合部
A 仮接合用回転ツール
A1 ショルダ部
A2 攪拌ピン
B 本接合用回転ツール
B1 ショルダ部
B2 攪拌ピン
W1,W2 塑性化領域
Claims (7)
- 金属要素同士の突合部における前記金属要素の表面側から前記突合部に沿った方向としての縦方向に摩擦攪拌接合を行う第一の本接合工程と、当該第一の本接合工程の後に、前記突合部における前記金属要素の裏面側から前記縦方向に摩擦攪拌接合を行う第二の本接合工程とを含む接合方法であって、
前記第一の本接合工程の終了後に、前記第一の本接合工程における摩擦攪拌接合により形成された裏面側に凸の反りを矯正すべく、前記金属要素を裏返してその裏面を上にし、前記金属要素の表面側に引っ張り応力が発生するような曲げモーメントを作用させる歪矯正工程を行い、
前記歪矯正工程の終了後に、前記第二の本接合工程を行うことを特徴とする接合方法。 - 前記突合部に、前記金属要素の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させることで、前記反りを矯正することを特徴とする請求項1に記載の接合方法。
- 前記歪矯正工程では、前記第一の本接合工程における回転ツールの移動方向である前記縦方向をロール送り方向とするロール矯正により、前記反りを矯正することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の接合方法。
- 金属要素同士の突合部における前記金属要素の表面側から前記突合部に沿った方向としての縦方向に摩擦攪拌接合を行う第一の本接合工程と、当該第一の本接合工程の後に、前記突合部における前記金属要素の裏面側から前記縦方向に摩擦攪拌接合を行う第二の本接合工程とを含む接合方法であって、
前記第一の本接合工程と前記第二の本接合工程との間に、前記第一の本接合工程における摩擦攪拌接合により形成された前記金属要素の裏面側に凸の反りを矯正する歪矯正工程を含み、
前記歪矯正工程では、前記第一の本接合工程における回転ツールの移動方向である前記縦方向をロール送り方向とし、前記金属要素の裏面に当接する第一の補助部材を前記突合部に沿って配置するとともに、前記金属要素の表面に当接する第二および第三の補助部材を、前記突合部を挟んで両側に配置した状態でロール矯正することにより、前記反りを矯正することを特徴とする接合方法。 - 前記各補助部材を、前記金属要素よりも硬度の低い材料によって成形してなることを特徴とする請求項4に記載の接合方法。
- 前記第二の本接合工程の後に、前記金属要素の反りを矯正する仕上げ工程を含むことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の接合方法。
- 金属要素同士の突合部における前記金属要素の表面側から前記突合部に沿った方向としての縦方向に摩擦攪拌接合を行う第一の本接合工程と、当該第一の本接合工程の後に、前記突合部における前記金属要素の裏面側から前記縦方向に摩擦攪拌接合を行う第二の本接合工程とを含む接合方法であって、
前記第一の本接合工程と前記第二の本接合工程との間に、前記第一の本接合工程における摩擦攪拌接合により形成された前記金属要素の裏面側に凸の反りを矯正する歪矯正工程を含み、
前記第二の本接合工程の後に、前記金属要素の反りを矯正する仕上げ工程を含み、
前記仕上げ工程では、前記第二の本接合工程を経て金属要素同士が接合した接合体に焼きなましを行うことを特徴とする接合方法。
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