JP5492235B2 - Double skin panel assembly and friction stir welding method for double skin panel - Google Patents
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Description
本発明は、ダブルスキンパネルの組立体及びダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法に関する。 The present invention relates to an assembly of a double skin panel and a friction stir welding method for the double skin panel.
二枚の金属板を重ねて構成されたダブルスキンパネルは、鉄道車両、航空機、船舶、土木建築構造物等の構造体として用いられている。ダブルスキンパネルは、例えば、特許文献1に記載されているように、外板と、内板と、外板と内板との間に介設される支持板と、を備えている。また、ダブルスキンパネル同士を接合する際には、隣り合うダブルスキンパネルの外板同士の端部及び内板同士の端部を突き合わせてダブルスキンパネルの組立体を形成した後、回転ツールを用いて突き合わせた部分を摩擦攪拌接合することが知られている。
A double skin panel formed by stacking two metal plates is used as a structure of a railway vehicle, an aircraft, a ship, a civil engineering building structure or the like. For example, as described in
しかし、ダブルスキンパネルは薄くかつ長尺な金属部材であるため、一対のダブルスキンパネルの外板同士及び内板同士を精度よく突き合わせる作業が困難となる。また、ダブルスキンパネルの組立体を治具で移動不能に固定しても、回転ツールを移動させて接合する際にダブルスキンパネル同士が離間してしまうという問題があった。 However, since the double skin panel is a thin and long metal member, it is difficult to accurately abut the outer plates and the inner plates of the pair of double skin panels. Further, even if the double skin panel assembly is fixed so as not to be moved by a jig, there is a problem that the double skin panels are separated from each other when the rotary tool is moved and joined.
このような観点から、本発明は、ダブルスキンパネルを好適に接合することができるダブルスキンパネルの組立体及びダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法を提供することを課題とする。 From such a point of view, an object of the present invention is to provide an assembly of a double skin panel and a friction stir welding method of the double skin panel that can suitably join the double skin panel.
このような課題を解決するために本発明は、一対のダブルスキンパネルの組立体であって、一方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部と他方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部とが係合され、各前記鉤部は、前記外板の厚肉部から延設された薄肉部と、前記薄肉部に連続し板厚方向に張り出した張出部と、を有し、一対の前記張出部同士が係合されているとともに、一方の前記ダブルスキンパネルの内板の端部に形成された端面と他方の前記ダブルスキンパネルの内板の端面とが係合されずに突き合わされていることを特徴とする。 In order to solve such a problem, the present invention is an assembly of a pair of double skin panels, wherein a collar portion formed at an end of an outer plate of one of the double skin panels and the other double skin panel A flange formed at an end of the outer plate is engaged, and each of the flanges extends from the thick portion of the outer plate, and is continuous with the thin portion in the plate thickness direction. And a pair of the projecting parts engaged with each other, an end surface formed at an end of the inner plate of one of the double skin panels, and the other double skin panel The end face of the inner plate is abutted without being engaged.
かかる構成によれば、外板の鉤部同士を係合させることにより、接合する際にダブルスキンパネル同士が離間するのを防ぐことができる。内板にも鉤部を設けると、ダブルスキンパネル同士を突き合わせる作業が困難になるが、本発明では内板には鉤部を設けず端面同士を突き合わせるだけでよい。これにより、ダブルスキンパネルを突き合わせる準備工程の作業を省力化することができる。また、簡易な構成で鉤部を設けることができる。 According to such a configuration, by engaging the flanges of the outer plates, it is possible to prevent the double skin panels from being separated from each other when they are joined. When the collar is provided on the inner plate, it is difficult to abut the double skin panels. However, in the present invention, the inner plate is not provided with the collar and only the end surfaces are abutted. Thereby, the work of the preparation process which abuts a double skin panel can be labor-saving. Further, the collar portion can be provided with a simple configuration.
また、一方の前記ダブルスキンパネルの前記張出部の側部には張出傾斜面が形成されており、他方の前記ダブルスキンパネルの前記厚肉部には前記張出傾斜面に面接触する厚肉傾斜面が形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、傾斜面同士を斜めに摺動させることができるので、ダブルスキンパネル同士を係合させやすい。 In addition, an overhanging inclined surface is formed on a side portion of the overhanging portion of one of the double skin panels, and the thick wall portion of the other double skin panel is in surface contact with the overhanging inclined surface. It is preferable that a thick inclined surface is formed. According to such a configuration, the inclined surfaces can be slid obliquely, so that the double skin panels can be easily engaged with each other.
また、前記外板と前記内板の間に支持板が介設されており、前記支持板から前記端面までの長さをc(mm)及び前記厚肉部の板厚をt(mm)としたとき、c≦7.0×t+18.5mmを満たすように設定されていることが好ましい。支持板から端面までの距離が大きいと、部材の端部側の変形が大きくなるおそれがあるが、かかる構成によれば、部材の端部側の変形が小さくなる。 Further, when a support plate is interposed between the outer plate and the inner plate, the length from the support plate to the end surface is c (mm) and the thickness of the thick portion is t (mm). , C ≦ 7.0 × t + 18.5 mm is preferably set. If the distance from the support plate to the end surface is large, the deformation on the end side of the member may increase, but according to such a configuration, the deformation on the end side of the member is small.
また、本発明は、一対のダブルスキンパネルの端部同士を摩擦攪拌接合するダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法であって、一方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部と他方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部とを係合しつつ、一方の前記ダブルスキンパネルの内板の端部に形成された端面と他方の前記ダブルスキンパネルの内板の端面とを係合させずに突き合わせる準備工程と、前記準備工程で係合させた係合部及び突き合わせた突合部に対して摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含むことを特徴とする。 The present invention also relates to a friction stir welding method for a double skin panel in which the ends of a pair of double skin panels are friction stir welded to each other, and the flange formed on the end of the outer plate of one of the double skin panels The end surface formed at the end of the inner plate of one of the double skin panels and the other double skin panel while engaging the flange formed at the end of the outer plate of the other double skin panel A preparatory step for abutting without engaging the end surface of the inner plate, and a joining step for performing friction stir welding on the engaging portion and the abutted abutting portion engaged in the preparatory step. Features.
かかる方法によれば、外板の鉤部同士を係合させることにより、接合する際にダブルスキンパネル同士が離間するのを防ぐことができる。内板にも鉤部を設けると、ダブルスキンパネル同士を突き合わせる作業が困難になるが、本発明では内板には鉤部を設けず端面同士を突き合わせるだけでよい。これにより、ダブルスキンパネルを突き合わせる準備工程の作業を省力化することができる。 According to this method, by engaging the flanges of the outer plates, it is possible to prevent the double skin panels from being separated from each other when they are joined. When the collar is provided on the inner plate, it is difficult to abut the double skin panels. However, in the present invention, the inner plate is not provided with the collar and only the end surfaces are abutted. Thereby, the work of the preparation process which abuts a double skin panel can be labor-saving.
また、前記接合工程では、前記係合部を接合した後に、前記突合部を接合することが好ましい。係合部又は突合部のどちらを先に接合しても、接合強度的には問題ないが、係合部を先に接合すると、接合後のダブルスキンパネル同士の角変形量を小さくすることができる。 Moreover, in the said joining process, after joining the said engaging part, it is preferable to join the said abutting part. There is no problem in terms of bonding strength regardless of which of the engaging part or the abutting part is joined first, but if the engaging part is joined first, the amount of angular deformation between the double skin panels after joining can be reduced. it can.
本発明に係るダブルスキンパネルの組立体及びダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法によればダブルスキンパネルを好適に接合することができる。 According to the double skin panel assembly and the double skin panel friction stir welding method according to the present invention, the double skin panel can be suitably joined.
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、本実施形態で用いるダブルスキンパネルについて説明する。説明における上下左右前後は、図1の矢印にしたがう。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the double skin panel used in this embodiment will be described. The vertical and horizontal directions in the description follow the arrows in FIG.
ダブルスキンパネル1は、図1に示すように、金属製の薄い長尺部材であって、外板2と、内板3と、支持板4,4とで主に構成されている。各支持板4は、外板2及び内板3に対して垂直になっている。ダブルスキンパネル1は、左右方向に複数枚接合されることにより、例えば鉄道車両、航空機、船舶及び土木建築構造物等の構造体として用いられる。ダブルスキンパネル1の製造方法は特に制限されないが、本実施形態では押出成形で成形されている。ダブルスキンパネル1の材料は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態ではアルミニウム合金を用いている。
As shown in FIG. 1, the
外板2は、中央部5と、中央部5から右側に延設された右側板状端部10と、中央部5から左側に延設された左側板状端部20とで構成されている。
The
右側板状端部10は、第一外板厚肉部11と、第一鉤部12と、第一肉盛部13とで構成されている。第一外板厚肉部11は、支持板4に対して垂直になっており、右側に延設されている。第一鉤部12は、鉤状になっており、右側に延設された第一薄肉部14と、第一薄肉部14から垂直に張り出した第一張出部15とで構成されている。第一薄肉部14は、第一外板厚肉部11の3分の一程度の厚さになっている。
The right plate-
第一張出部15は、第一薄肉部14の先端から内板3側に向けて張り出している。第一張出部15の側部には、内板3側に向かうにつれて支持板4に近づくように傾斜する第一張出傾斜面16が形成されている。第一肉盛部13は、第一外板厚肉部11、第一薄肉部14及び第一張出部15の上面から一定の厚みで上方に突出し、厚肉に形成された部位である。
The
左側板状端部20は、第二外板厚肉部21と、第二鉤部22と、第二肉盛部23とで主に構成されている。第二外板厚肉部21は、支持板4に対して垂直になっており、左側に延設されている。第二鉤部22は、鉤状になっており、左側に延設された第二薄肉部24と、第二薄肉部24に対して垂直に張り出した第二張出部25とで構成されている。第二薄肉部24は、第二外板厚肉部21の3分の一程度の厚さになっている。
The left side plate-
第二張出部25は、第二薄肉部24の先端から内板3とは反対側に向けて張り出している。第二外板厚肉部21の左端には、内板3側に向かうにつれて支持板4から離間するように傾斜する第二厚肉部傾斜面26が形成されている。第二厚肉部傾斜面26は、第一張出傾斜面16と同じ傾斜角度になっている。第二肉盛部23は、第二外板厚肉部21の上面から一定の厚みで上方に突出し、厚肉に形成された部位である。
The second projecting
内板3は、中央部6と、中央部6から右側に延設された右側板状端部30と、中央部6から左側に延設された左側板状端部40とで構成されている。
The inner plate 3 includes a
右側板状端部30は、第一内板厚肉部31と、第一肉盛部32と、第一端面33とで構成されている。第一内板厚肉部31は、支持板4に対して垂直になっており、右側に延設されている。第一肉盛部32は、第一内板厚肉部31の先端側の下面から下方に突出し、厚肉になっている部位である。
The right side plate-
左側板状端部40は、第二内板厚肉部41と、第二肉盛部42と、第二端面43とで構成されている。第二内板厚肉部41は、支持板4に対して垂直になっており、左側に延設されている。第二肉盛部42は、第二内板厚肉部41の先端側の下面から下方に突出し、厚肉になっている部位である。
The left plate-
次に、本実施形態で用いる摩擦攪拌装置について説明する。図2,3に示すように、摩擦攪拌装置61は、外部ホルダー62と、外部ホルダー62の内部に配設される内部ホルダー63と、内部ホルダー63内に挿通されるスライド軸64と、スライド軸64の先端に取り付けられたボビンツール51とを有する。
Next, the friction stirrer used in this embodiment will be described. 2 and 3, the
外部ホルダー62は、円筒状を呈する部材であって内側に内部ホルダー63を収容する。外部ホルダー62は、摩擦攪拌装置61のチャック部(図示省略)に固定される部位であって、摩擦攪拌装置1の回転駆動に伴って上下方向軸回りに回転する。図3に示すように、内部ホルダー63は、円筒状を呈する部材であって、その外周面には径方向に貫通する長孔63aが形成されている。内部ホルダー63は、外部ホルダー62に固定されることにより外部ホルダー62と一体的に回転する。
The
スライド軸64は、内部ホルダー63の内部に挿通される軸部材である。スライド軸64の側面には、外側に向けて突出する突部64aが形成されている。突部64aと内部ホルダー63の長孔63aとが係合することで、内部ホルダー63とスライド軸64とが一体的に回転する。スライド軸64は、内部ホルダー63に対して長孔63aの範囲内において、上下方向に移動可能になっている。
The
ボビンツール51は、図4に示すように、第一ショルダ52と、第二ショルダ53と、第一ショルダ52と第二ショルダ53との間に介設されたピン54とで構成されている。第一ショルダ52、第二ショルダ53、ピン54はいずれも略円柱状を呈し同軸になっている。ボビンツール51は、ピン54が接合部分を高速回転しながら移動することにより摩擦攪拌接合するツールである。
As shown in FIG. 4, the
第一ショルダ52は、大径部52aと、テーパー部52bと、下端面52cとを備えている。テーパー部52bは、下方に向けて徐々に縮径している。第一ショルダ52の下端面52cには、図示は省略するが、ピン54周りに沿って平面視渦巻き形状の凹溝が形成されている。
The
第二ショルダ53は、外周面に溝を備えた構成になっている。第二ショルダ53は、大径部53aと、テーパー部53bと、上端面53cとを備えている。テーパー部53bは、上方に向けて徐々に縮径している。大径部53aの外径Y1は、大径部52aの外径X1よりも小さくなっている。また、上端面53cの直径Y2は、下端面52cの直径X2と同等になっている。
The
ピン54の外周面には、左ネジで形成された螺旋溝55が刻設されている。つまり、螺旋溝55は、上から下に向け左回りとなるように巻回されている。ピン54の外径Vは、直径X2及び直径Y2よりも小さくなっている。スライド軸64は、ナットを介して第一ショルダ52に接続されている。
On the outer peripheral surface of the
ボビンツール51のショルダ間距離(ピン54の長さ)は、接合する部分の板厚(本実施形態では、第一外板厚肉部11と第一肉盛部13との厚さの合計)以下になっていることが好ましい。螺旋溝55の溝の深さや、ピッチ等は摩擦攪拌する金属板の材料や接合する部分の板厚、ショルダ間距離等に応じて適宜設定すればよい。
The distance between the shoulders of the bobbin tool 51 (the length of the pin 54) is the plate thickness of the portion to be joined (in this embodiment, the total thickness of the first outer plate
ここで、摩擦攪拌接合を行うと、摩擦熱によって接合部分の温度が上昇し、板状端部10,20又は板状端部30,40が上方又は下方に反ってしまい、ボビンツール51がその反りに応じて上向き又は下向きの力を受ける。また、摩擦攪拌によって塑性流動化した金属が螺旋溝55に導かれて流動し、その流動に応じてボビンツール51が上向き又は下向きの力を受ける。
Here, when friction stir welding is performed, the temperature of the joint portion increases due to frictional heat, the plate-
本実施形態に係る摩擦攪拌装置61は、スライド軸64が内部ホルダー63内を移動可能に形成されているため、板状端部10,20(30,40)が例えば上方に反った場合や塑性流動化された金属が上向きに流れている場合に、その反りや流動に追従してボビンツール51が所定の距離だけ上方に移動するように構成されている。一方、摩擦攪拌装置61は、板状端部10,20(30,40)が例えば下方に反った場合や塑性流動化された金属が下向きに流れている場合に、その反りや流動に追従してボビンツール51が所定の距離だけ下方に移動するように構成されている。
In the
なお、螺旋溝に基づく上下方向への金属の流動は、ボビンツール51のピン54の回転による周方向での金属の流動に比べて微量に止まるものである。したがって、塑性流動化された金属に基づくボビンツール51の上下方向の移動も微量に止まるものである。
Note that the metal flow in the vertical direction based on the spiral groove stops in a minute amount compared to the metal flow in the circumferential direction due to the rotation of the
なお、本実施形態の摩擦攪拌装置61は、例示であって他の形態であってもよい。例えば、本実施形態ではボビンツール51が上下方向に移動可能に構成されたフローティングボビンツールを用いたが、ボビンツール51が上下方向に移動不能に構成された摩擦攪拌装置を用いてもよい。また、ボビン型のツールではなく、一のショルダと、このショルダに垂下されたピンからなる回転ツールを用いてもよい。
In addition, the
次に、本実施形態に係るダブルスキンパネルの接合方法について説明する。ここでは同形状のダブルスキンパネル1を二本併設して接合する場合を例示する。この接合方法では、準備工程と、接合工程とを行う。
Next, the joining method of the double skin panel which concerns on this embodiment is demonstrated. Here, the case where two
準備工程では、図5に示すように、ダブルスキンパネル1,1を突き合わせてダブルスキンパネルの組立体を形成し、その組立体を移動不能に拘束する。なお、説明においては、一方のダブルスキンパネルを「1A」と付し、他方のダブルスキンパネルを「1B」と付し、それぞれに対応する要素に「A」、「B」と符号を加えて区別する。
In the preparation step, as shown in FIG. 5, the
準備工程では、具体的には、ダブルスキンパネル1Aの第一鉤部12Aとダブルスキンパネル1Bの第二鉤部22Bとを係合させるとともに、第一端面33Aと第二端面43Bとを突き合わせる。これにより、第一鉤部12Aと第二鉤部22Bとが隙間なく係合し、係合部Mが形成される。一方、第一端面33Aと第二端面43Bとが突き合わされて突合部Nが形成される。張出部15Aと張出部25Bとが係合する箇所及び第一端面33Aと第二端面43Bとが突き合わされる箇所の延長線を「センター線C」とする。
Specifically, in the preparation step, the
第一肉盛部13Aの上面と第二肉盛部23Bの上面とは面一になるとともに、第一外板厚肉部11Aの下面と第二外板厚肉部21Bの下面は面一になっている。また、第一内板厚肉部31Aの上面と第二内板厚肉部31Bの上面は面一になるとともに、第一肉盛部32Aの下面と第二肉盛部42Bの下面とは面一になっている。ダブルスキンパネルの組立体を形成したら、この組立体を治具で移動不能に拘束する。
The upper surface of the first built-up
接合工程では、図6に示すように、ボビンツール51を用いて係合部Mを接合する第一接合工程と、突合部Nを接合する第二接合工程を行う。
In the joining step, as shown in FIG. 6, a first joining step for joining the engaging portion M using the
第一接合工程では、進行方向の左側にダブルスキンパネル1Aが配置されるようにする。そして、右回転させたボビンツール51のピン54の中心を、センター線C上における係合部Mの高さ方向の中心に合わせ、係合部Mに突入させる。そして、前側から後側に向けて係合部Mに沿って摩擦攪拌接合を行う。なお、係合部Mにはボビンツール51が移動した軌跡に沿って塑性化領域W1が形成される(図7参照)。
In the first joining step, the
第二接合工程では、図7に示すように、第一接合工程が終えたら、ダブルスキンパネルの組立体を裏返しにして、再度ダブルスキンパネルの組立体を移動不能に拘束する。そして、右回転させたボビンツール51のピン54の中心を、センター線C上における突合部Nの高さ方向の中心に合わせ、突合部Nに突入させる。そして、前側から後側に向けて突合部Nに沿って摩擦攪拌接合を行う。突合部Nにはボビンツール51が移動した軌跡に沿って塑性化領域(図示省略)が形成される。これにより、第一外板2A、第二外板2B同士、及び、第一内板3A、第二内板3B同士が接合される。
In the second joining step, as shown in FIG. 7, when the first joining step is completed, the double skin panel assembly is turned over and the double skin panel assembly is again restrained so as not to move. Then, the center of the
以上説明した本実施形態にかかる接合方法によれば、第一外板2Aの第一鉤部12Aと第二外板2Bの第二鉤部22Bを係合させることにより、摩擦攪拌接合する際にダブルスキンパネル1A,1Bが離間するのを簡易に防ぐことができる。一方、第一内板3A及び第二内板3Bには鉤部を設けず第一端面33A及び第二端面43Bを突き合わせることにより、準備工程の作業やダブルスキンパネルの製造を省力化することができる。ダブルスキンパネル1A,1Bが長尺である場合、第一内板3A及び第二内板3Bにも鉤部を設けると係合する作業が困難になるが、本実施形態によれば係合作業が容易となる。
According to the joining method according to the present embodiment described above, when the friction stir welding is performed by engaging the
また、準備工程では、第一鉤部12Aと第二鉤部22Bとを係合させる際に、第一張出傾斜面16Aと第二本体傾斜面26Bとを摺動させながら係合させることができるため、係合作業が容易になる。具体的には、載置されたダブルスキンパネル1Bの上方から、ダブルスキンパネル1Aを降ろす際に、第一張出傾斜面16Aと第二本体傾斜面26Bとを摺動させるだけで、係合させることができる。
In the preparation step, when the
また、第一張出部15Aと第二張出部25Bとを設けることで簡易な構成で係合させることができる。また、肉盛部(13A,23B,32A,42B)を設けることで、摩擦攪拌接合の際に、金属が不足するのを防ぐことができる。本実施形態では、ピン54に左ネジの螺旋溝55が刻設されており、ボビンツール51を右回転させつつ前側から後側に移動させるため、塑性流動化された金属が螺旋溝55に導かれて第二ショルダ53側に流動する傾向がある。したがって、肉盛部(13A,23B,32A,42B)を、外板2A,2B及び内板3A,3Bのうち、第一ショルダ52と対向する側に設けることにより、第一ショルダ52側における金属不足を回避できる。
Further, by providing the first overhanging
また、係合部M又は突合部Nのどちらを先に接合しても、接合強度的には問題ないが、係合部Mを先に接合すると、接合後のダブルスキンパネル1A,1B同士の角変形量を小さくすることができる。
Moreover, there is no problem in terms of joining strength regardless of which of the engaging portion M or the abutting portion N is joined first, but when the engaging portion M is joined first, the
なお、ダブルスキンパネル1A,1Bの形状や係合形態は両者が離間しない形態であれた特に制限されるものではない。本実施形態のように、ダブルスキンパネル1A,1Bの端部が面一になり、かつ、隙間がなくなるように係合することが好ましい。また、一のダブルスキンパネルの外板2の両端に、第一鉤部12,12を設けたものを形成し、他のダブルスキンパネルの外板2の両端に、第二鉤部22,22を設けたものを形成し、これらのダブルスキンパネルを交互に併設して係合及び接合してもよい。また、例えば、図8に示すように、第一張出部15A及び第二張出部25Bの側部に傾斜を設けない形状としてもよい。また、本実施形態では、支持板4は外板2及び内板3に対して垂直に形成したが、斜めであってもよい。
In addition, the shape and engagement form of the
<実施例1>
次に、本発明の実施例1について説明する。図9は、実施例1の係合形態又は突き合わせ形態を示した正面図であって、(a)はタイプI、(b)はタイプII、(c)はタイプIIIを示す。実施例1では、3種類の供試体を用意して、タイプI、タイプII及びタイプIIIの部分のみにそれぞれ摩擦攪拌接合を行いそれぞれの角変形を調査した。
<Example 1>
Next, Example 1 of the present invention will be described. FIG. 9 is a front view showing an engagement form or a butting form according to the first embodiment, where (a) shows type I, (b) shows type II, and (c) shows type III. In Example 1, three types of specimens were prepared, and friction stir welding was performed only on the type I, type II, and type III portions, and the respective angular deformations were investigated.
タイプI〜IIIは、アルミニウム合金6N01−T5材からなるダブルスキンパネル1A,1Bであって、図1及び図5を参照するように、外板厚肉部(第一外板厚肉部11、第二外板厚肉部21)の板厚a=3mm、肉盛部(肉盛部13A,23B,32A,42B)の厚さ寸法b=0.5mm、支持板4から第一端面33までの長さc及び支持板4から第二端面43までの長さc=15mm、第一外板2Aの上面から第一内板3Aの下面までの長さd=30mm、左右幅寸法e=200mm、延長寸法5000mmに設定されている。
Types I to III are
ボビンツール51は、図4を参照するように、第一ショルダ52の下端面52cの直径X2及び第二ショルダ53の上端面53cの直径Y2=10mm、第二ショルダ53の外径Y1=15mm、ピン54の外径V=6mmに設定されている。第一ショルダ52から第二ショルダ53までの長さ(ピン54の長さ)は2.9mmに設定されている。第一ショルダ52の下端面52cに形成された凹溝(図示省略)の形状は平面視渦巻き状であって、溝の深さは0.3mm、溝のピッチは1.2mmに設定されている。ボビンツール51は、タイプI〜IIIとも図9の(a)〜(c)の紙面表側から裏側に向けて移動させる。ボビンツール51の回転速度は2000rpm、移動速度は1000mm/minに設定した。
As shown in FIG. 4, the
タイプIは、図9の(a)に示すように、ボビンツール51の進行方向の左側にダブルスキンパネル1Aを、右側にダブルスキンパネル1Bを配置し、第一鉤部12Aと第二鉤部22Bとを係合させている。
タイプIIは、図9の(b)に示すように、ボビンツール51の進行方向の右側にダブルスキンパネル1Aを、左側にダブルスキンパネル1Bを配置し、第一鉤部12Aと第二鉤部22Bとを係合させている。
タイプIIIは、図9の(c)に示すように、ボビンツール51の進行方向の左側にダブルスキンパネル1Aを配置し、右側にダブルスキンパネル1Bを配置し、第一端面33Aと第二端面43Bとを突き合わせている。
In Type I, as shown in FIG. 9A, the
In Type II, as shown in FIG. 9 (b), the
In Type III, as shown in FIG. 9C, the
図10は、タイプIの角変形結果を示したグラフである。図11は、タイプIIの角変形結果を示したグラフである。図12は、タイプIIIの角変形結果を示したグラフである。横軸は、接合された各供試体の左側端からの幅方向の長さを示している。幅方向=200mmの位置は、センター線Cの位置を示している。縦軸は、各供試体における任意の基準点からの接合後の高さを示している。各供試体の前端から延長方向の距離50mm、200mm、400mm、600mm、800mm、950mmにおける各地点の高さを計測した。 FIG. 10 is a graph showing the result of type I angular deformation. FIG. 11 is a graph showing the result of type II angular deformation. FIG. 12 is a graph showing the result of type III angular deformation. The horizontal axis indicates the length in the width direction from the left end of each joined specimen. The position of the width direction = 200 mm indicates the position of the center line C. The vertical axis represents the height after joining from an arbitrary reference point in each specimen. The height of each point was measured at distances of 50 mm, 200 mm, 400 mm, 600 mm, 800 mm, and 950 mm in the extending direction from the front end of each specimen.
図10,11に示すように、タイプI及びタイプIIでは、幅方向=180mmの位置での高さが最も高く、幅方向=210mmの位置での高さが最も低くなっている。つまり、接合部分に少し目違いが発生した形状となっている。また、幅方向=180mm〜210mmの位置での高低差は、タイプIに比べてタイプIIの方が大きかった。また、幅方向=210mmの位置から供試体の右端までの高低差も、タイプIに比べてタイプIIの方が大きかった。つまり、タイプIに比べてタイプIIの方が、角変形が全体的に大きいことが分かった。 As shown in FIGS. 10 and 11, in Type I and Type II, the height at the position of width direction = 180 mm is the highest, and the height at the position of width direction = 210 mm is the lowest. That is, it has a shape in which a slight difference occurs in the joint portion. Further, the height difference at the position of the width direction = 180 mm to 210 mm was larger in Type II than in Type I. Further, the height difference from the position of the width direction = 210 mm to the right end of the specimen was larger in Type II than in Type I. In other words, it was found that type II had a larger overall angular deformation than type I.
これは、図9の(a)及び(b)に示すように、ダブルスキンパネル1A,1Bがボビンツール51から受ける力の方向と、ダブルスキンパネル1A,1Bの係合形態の違いに起因するものであると考えられる。本実施形態にかかるボビンツール51(ピン54の螺旋溝55が左ネジ)を右回転させて、図9の紙面の表側から裏側に向けて移動させると、応力F1が作用すると考えられる。
As shown in FIGS. 9A and 9B, this is due to the difference in the direction of the force that the
したがって、図9の(b)に示すタイプIIであると、係合部Mの傾斜面Maの傾斜方向が応力F1の作用方向と略平行であるとともに、センター線Cに対して応力F1の入力位置と傾斜面Maとが同じ側にあるため、ダブルスキンパネル1Bが右斜め下側に移動しやすくなり、接合中にダブルスキンパネル1A,1Bが離間する可能性が高くなる。
Therefore, in the case of type II shown in FIG. 9B, the inclination direction of the inclined surface Ma of the engaging portion M is substantially parallel to the direction of action of the stress F1, and the stress F1 is input to the center line C. Since the position and the inclined surface Ma are on the same side, the
一方、図9の(a)に示すタイプIであると、係合部Mの傾斜面Maの傾斜方向が応力F1の作用方向と交わるとともに、センター線Cに対して応力F1の入力位置と傾斜面Maとが反対側にあるため、接合中にダブルスキンパネル1A,1Bが離間するのを効果的に防ぐことができる。
On the other hand, in the case of Type I shown in FIG. 9A, the inclination direction of the inclined surface Ma of the engaging portion M intersects with the direction of application of the stress F1, and the input position and inclination of the stress F1 with respect to the center line C Since the surface Ma is on the opposite side, it is possible to effectively prevent the
他方、図12に示すように、タイプIIIでは、幅方向が180mmの位置及び幅方向が210mmの位置における高さが同じくらいであった。つまり、左右端に比べて接合部分の高さが最も高く、正面視して山型になっている。また、タイプIIIの高低差は、タイプI,IIの高低差よりも大きくなっている。仮に、ダブルスキンパネルを複数枚(例えば5枚)配設し、タイプIIIのように突合部N側から摩擦攪拌接合すると、接合されたダブルスキンパネルの全体の角変形量が増大すると考えられる。したがって、突合部Nよりも、先に係合部M側から摩擦攪拌接合することが好ましい。 On the other hand, as shown in FIG. 12, in Type III, the height at the position where the width direction is 180 mm and the position where the width direction is 210 mm are about the same. That is, the height of the joining portion is the highest compared to the left and right ends, and is a mountain shape when viewed from the front. Further, the height difference of type III is larger than the height difference of types I and II. If a plurality of (for example, five) double skin panels are disposed and friction stir welding is performed from the abutting portion N side as in Type III, it is considered that the total angular deformation of the joined double skin panels increases. Therefore, it is preferable to perform friction stir welding from the engaging portion M side before the abutting portion N.
図13は、ボビンツールの回転方向、螺旋溝の巻回方向、係合形態をまとめた表である。図13では、4パターンの好ましい条件1〜4を示している。条件1(本実施形態と同様)に示すように、螺旋溝55が左ネジのボビンツール51を右回転させて、図13の紙面表側から裏側方向に移動させる場合、係合形態をタイプIとすることが好ましい。
FIG. 13 is a table summarizing the rotation direction of the bobbin tool, the winding direction of the spiral groove, and the engagement form. In FIG. 13, four patterns of
つまり、条件1ではボビンツール51を右回転させるため、センター線Cに対して左側から右側方向成分の力が作用するとともに、塑性流動化した金属が螺旋溝に導かれて上から下に流動する。したがって、条件1では、係合形態に示すように応力F1が作用する。そこで、タイプIでは応力F1に対向するように、第二鉤部12B及び係合部Mの傾斜面Maを設定することで、接合中にダブルスキンパネル1A,1Bが離間するのを防ぐことができる。
That is, in
また、条件2に示すように、螺旋溝55が右ネジのボビンツール51を左回転させて、図13の紙面表側から裏側方向に移動させる場合、係合形態をタイプIIとすることが好ましい。
Further, as shown in
つまり、条件2ではボビンツール51を左回転させるため、センター線Cに対して右側から左側方向成分の力が作用するとともに、塑性流動化した金属が螺旋溝に導かれて上から下に流動する。したがって、条件2では、係合形態に示すように応力F2が作用する。そこで、タイプIIでは応力F2に対向するように、第二鉤部12B及び係合部Mの傾斜面Maを設定することで、ダブルスキンパネル1A,1Bの間に隙間が発生するのを防ぐことができる。
That is, in
同様に、条件3に示すように、螺旋溝55が右ネジのボビンツール51を右回転させて、図13の紙面表側から裏側方向に移動させる場合、係合形態をタイプIVとすることが好ましい。
また、同様に、条件4に示すように、螺旋溝55が左ネジのボビンツール51を左回転させて、図13の紙面表側から裏側方向に移動させる場合、係合形態をタイプVとすることが好ましい。
Similarly, as shown in condition 3, when the
Similarly, as shown in
条件3,4の場合であっても、係合部Mの傾斜面Ma’及び第二鉤部12B’を応力F3,F4に対向するように設定することで、接合中にダブルスキンパネル1A’,1B’が離間するのを防ぐことができる。
Even in the case of
また、条件1,2では第一ショルダ52側、条件3,4では第二ショルダ53側に肉盛部を設けることが好ましい。これにより、摩擦攪拌によって金属が不足する側に金属を補充できるため、金属不足になるのを補うことができる。
In addition, it is preferable to provide a built-up portion on the
<実施例2>
実施例2では、実施例1とは異なるサイズのダブルスキンパネルを5枚用いて摩擦攪拌接合を行った。図1を参照すると、実施例2のダブルスキンパネルは、外板厚肉部の板厚a=4.0mmm、肉盛部の厚さ寸法b=0.5mm、左右幅寸法e=400mm、延長寸法12500mmに設定されている。
<Example 2>
In Example 2, friction stir welding was performed using five double skin panels having a size different from that of Example 1. Referring to FIG. 1, the double skin panel of Example 2 has a thickness a = 4.0 mm of the outer plate thick part, a thickness dimension b = 0.5 mm of the built-up part, a left-right width dimension e = 400 mm, and an extension. The dimension is set to 12,500 mm.
ボビンツールは、図4を参照すると、第一ショルダ52の下端面52cの直径X2=15mm、第二ショルダ53の外径Y1=18mm、第二ショルダ53の上端面53cの直径Y2=15mm、ピン54の外径V=9mmに設定した。第一ショルダ52から第二ショルダ53までの長さ(ピン54の長さ)は3.7mmに設定されている。また、ボビンツールの回転速度を1000rpmに設定した。また、ボビンツール移動速度は、係合部M側を1000mm/min、突合部N側を1500mm/minに設定した。
4, the diameter X2 of the
実施例2では、一枚のダブルスキンパネルをテーブルの上にセットし、次のダブルスキンパネルを上方から降ろして係合及び突き合わせた。同様の作業で5枚のダブルスキンパネルを隙間無く係合した後、組立体を移動不能に拘束した。組立体が浮かないように、延長方向に1.5mピッチで配置された横押しクランプで押し付けた。また、組立体の四隅を簡単にクランプした。そして、端から順番に摩擦攪拌接合を行った。 In Example 2, one double skin panel was set on a table, and the next double skin panel was lowered from above and engaged and butted. After engaging the five double skin panels without any gaps in the same operation, the assembly was restrained so as not to move. In order to prevent the assembly from floating, the assembly was pressed by a lateral pressing clamp arranged at a pitch of 1.5 m in the extending direction. In addition, the four corners of the assembly were clamped easily. Then, friction stir welding was performed in order from the end.
実施例2の条件であっても、接合不良の無い面材を製造することができた。ここで、一般的に、金属部材に対して摩擦攪拌接合を行うと、熱収縮が発生するため接合後の金属部材が反ってしまうことがある。仮に、金属部材の表裏において摩擦攪拌接合をする場合、回転ツールの回転速度、移動速度及び移動長さを同じ条件にして、金属部材の表面側に摩擦攪拌接合を行った後、裏面側に摩擦攪拌接合を行うと裏面側が凹状となるように反ってしまうおそれがある。 Even under the conditions of Example 2, it was possible to produce a face material free from poor bonding. Here, generally, when friction stir welding is performed on a metal member, heat shrinkage occurs, and thus the metal member after bonding may be warped. If the friction stir welding is performed on the front and back of the metal member, the friction stir welding is performed on the surface side of the metal member with the same rotation speed, moving speed, and moving length of the rotary tool, and then the friction is applied on the back surface side. When the stir welding is performed, there is a possibility that the back side is warped so as to be concave.
これは、表面側を摩擦攪拌接合した後は、熱収縮によって金属部材が表面側に凹状となるように沿っているため、沿った金属部材を平坦なテーブルの上に置くとテーブルと金属部材との間の隙間が大きくなる。この状態で、裏面側を摩擦攪拌接合すると、摩擦攪拌による熱がテーブルに抜けていきにくいため、金属部材に残る熱量が大きくなる。その結果、金属部材に残った熱とも相まって裏面側が凹状となるように大きく反ってしまう。 This is because, after the friction stir welding of the surface side, the metal member is along the concave side on the surface side due to thermal shrinkage, so if the metal member along the surface is placed on a flat table, the table and the metal member The gap between becomes larger. If the back side is friction stir welded in this state, the amount of heat remaining on the metal member increases because the heat from the friction stir does not easily escape to the table. As a result, combined with the heat remaining in the metal member, the back side is greatly warped so as to be concave.
そこで、実施例2のように、係合部M側よりも突合部N側におけるボビンツールの移動速度を早く設定すれば、突合部Nへの接合時の入熱を小さくすることができる。これにより、接合後のダブルスキンパネルが反るのを防ぐことができる。 Therefore, as in the second embodiment, if the moving speed of the bobbin tool on the abutting portion N side is set faster than the engaging portion M side, the heat input at the time of joining to the abutting portion N can be reduced. Thereby, it can prevent that the double skin panel after joining curves.
<実施例3>
実施例3では、板状端部の板厚と長さの関係を調査するために試験を行った。図14の(a)に示すように、断面視コの字状を呈し、同形状からなる供試体101,101の端部同士を突き合わせ、突合部Nに対して摩擦攪拌接合を行った。各供試体101は、支持部材102と、支持部材102から垂直に延設された板状端部103と、を備えている。
<Example 3>
In Example 3, a test was conducted to investigate the relationship between the plate thickness and the length of the plate-like end portion. As shown in FIG. 14 (a), the ends of the
供試体101の高さは30mm、延長寸法は500mmに設定した。図14の(a)及び(b)に示すように、板状端部103の板厚a及び支持部材102から板状端部103の先端までの長さcをパラメータとして各条件において摩擦攪拌接合を行った。図14の(b)に実施例3の各条件と接合の品質について表にまとめた。ボビンツールの寸法については、図14の(b)の表に示すとおりである。
The height of the
図14の(b)に示すように、板厚a=3mm、支持部材102から板状端部103の先端までの長さc=50mmの場合、接合不良となった。また、板厚a=6mmの場合は、長さc=70mm、80mmのときに接合不良となった。また、板厚a=12mmの場合は、長さc=120mmのときに接合不良となった。つまり、支持部材102に対して板状端部103の長さが長すぎると、板状端部103の先端側が変形しやすくなるため接合不良になりやすい。
As shown in FIG. 14B, when the plate thickness a = 3 mm and the length c from the
図15は、実施例3の相関関係を示したグラフである。図15の横軸は板厚aを示し、縦軸は支持部材から板状端部の先端までの長さcを示している。このグラフから、支持部材から先端までの長さcは、長さc≦7.0×板厚a+18.5mmを満たすように設定することが好ましい。この条件であれば、板状端部103の変形を抑制できるため、接合不良になりにくい。
FIG. 15 is a graph showing the correlation of Example 3. The horizontal axis in FIG. 15 indicates the plate thickness a, and the vertical axis indicates the length c from the support member to the tip of the plate-like end. From this graph, the length c from the support member to the tip is preferably set so as to satisfy the length c ≦ 7.0 × plate thickness a + 18.5 mm. Under these conditions, deformation of the plate-
1 ダブルスキンパネル
2 外板
3 内板
4 支持板
10 右側板状端部
11 第一外板厚肉部
12 第一鉤部
13 第一肉盛部
14 第一薄肉部
15 第一張出部
16 第一張出傾斜面
20 左側板状端部
21 第二外板厚肉部
22 第二鉤部
23 第二肉盛部
24 第二薄肉部
25 第二張出部
26 厚肉部傾斜面
30 右側板状端部
31 第一内板厚肉部
32 第一肉盛部
33 第一端面
40 左側板状端部
41 第二内板厚肉部
42 第二肉盛部
42 第二端面
51 ボビンツール
52 第一ショルダ
53 第二ショルダ
54 ピン
55 螺旋溝
a 板厚
c 長さ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
一方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部と他方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部とが係合され、
各前記鉤部は、前記外板の厚肉部から延設された薄肉部と、前記薄肉部に連続し板厚方向に張り出した張出部と、を有し、
一対の前記張出部同士が係合されているとともに、
一方の前記ダブルスキンパネルの内板の端部に形成された端面と他方の前記ダブルスキンパネルの内板の端面とが係合されずに突き合わされていることを特徴とするダブルスキンパネルの組立体。 An assembly of a pair of double skin panels,
The flange formed at the end of the outer skin of one of the double skin panels is engaged with the flange formed at the end of the outer skin of the other double skin panel,
Each of the flanges includes a thin part extending from the thick part of the outer plate, and an overhang part that extends continuously in the thickness direction of the thin part,
While the pair of overhanging portions are engaged,
A set of double skin panels, characterized in that an end surface formed at an end portion of the inner plate of one of the double skin panels and an end surface of the inner plate of the other double skin panel are abutted without being engaged with each other. Solid.
他方の前記ダブルスキンパネルの前記厚肉部には前記張出傾斜面に面接触する厚肉傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のダブルスキンパネルの組立体。 An overhanging inclined surface is formed on the side of the overhanging portion of one of the double skin panels,
2. The double skin panel assembly according to claim 1 , wherein a thick inclined surface that is in surface contact with the projecting inclined surface is formed in the thick portion of the other double skin panel.
前記支持板から前記端面までの長さをc(mm)及び前記厚肉部の板厚をt(mm)としたとき、
c≦7.0×t+18.5mmを満たすように設定されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のダブルスキンパネルの組立体。 Support plate within said plates and front Symbol outer plate is interposed,
When the length from the support plate to the end face is c (mm) and the thickness of the thick part is t (mm),
3. The double skin panel assembly according to claim 1 , wherein the assembly is set so as to satisfy c ≦ 7.0 × t + 18.5 mm.
一方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部と他方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部とを係合しつつ、一方の前記ダブルスキンパネルの内板の端部に形成された端面と他方の前記ダブルスキンパネルの内板の端面とを係合させずに突き合わせる準備工程と、
前記準備工程で係合させた係合部及び突き合わせた突合部に対して摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含むことを特徴とするダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法。 A friction stir welding method for a double skin panel in which the ends of a pair of double skin panels are friction stir welded,
One of the double skin panels is engaged with a flange formed at an end of the outer plate of one of the double skin panels and a flange formed at the end of the outer plate of the other double skin panel. A preparation step of abutting the end face formed at the end of the inner plate and the end face of the inner plate of the other double skin panel without engaging with each other;
A friction stir welding method for a double skin panel, comprising: a friction stir welding for the engaging portion engaged in the preparation step and the butted butted portion.
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