JP5553732B2 - Metal joint - Google Patents
Metal joint Download PDFInfo
- Publication number
- JP5553732B2 JP5553732B2 JP2010253304A JP2010253304A JP5553732B2 JP 5553732 B2 JP5553732 B2 JP 5553732B2 JP 2010253304 A JP2010253304 A JP 2010253304A JP 2010253304 A JP2010253304 A JP 2010253304A JP 5553732 B2 JP5553732 B2 JP 5553732B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- joined
- punch
- lap joint
- materials
- joining
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、複数の金属材を重ね合わせて超音波により接合した金属材の接合体に関する。 The present invention relates to a joined body of metal materials obtained by superposing a plurality of metal materials and joining them by ultrasonic waves.
近年、自動車の軽量化等の点から、自動車の構造体等にアルミニウム又はアルミニウム合金材の使用が進められている。構造体の形成には、部材と部材をスポット溶接で点接合したり、MIG溶接又はレーザ溶接等により連続的に線接合する等の溶融溶接が一般的に採用されている。 In recent years, the use of aluminum or aluminum alloy materials for automobile structures has been promoted from the viewpoint of reducing the weight of automobiles. For the formation of a structure, fusion welding such as spot welding of members and members, or continuous line joining by MIG welding, laser welding, or the like is generally employed.
一方、溶接による接合方法は、溶接熱による熱歪が発生することから、この熱歪みを回避するための方法として、摩擦撹拌線接合(FSW)が広く使用されている(特許文献1)。また、スポット的に接合する方法として、摩擦撹拌点接合が提案されている(特許文献2)。 On the other hand, the joining method by welding generates thermal strain due to welding heat, so friction stir wire joining (FSW) is widely used as a method for avoiding this thermal strain (Patent Document 1). Further, friction stir spot joining has been proposed as a spot joining method (Patent Document 2).
しかしながら、上述の特許文献1に記載の摩擦撹拌線接合は、ツールを回転させた状態で、ツールを溶接線に沿って移動させることにより、被接合材の塑性流動を起こして、撹拌接合している。このような接合方法は、熱歪の抑制には極めて効果が大きいが、接合開始部位と、接合終了部位とに、ツールが溶接線に出入りするための捨て板を配置する必要があるという問題点がある。更に、この従来技術においては、接合終了後に、捨て板を除去することが必要である。
However, the friction stir wire joining described in
一方、特許文献2に記載の摩擦撹拌点接合においては、このような捨て板は不要である。しかし、特許文献2に記載の摩擦撹拌点接合は、回転停止状態でツールを被接合材に没入し、この没入後に、ツールを回転させて被接合材を摩擦撹拌する。このため、この従来技術においては、ツールを被接合材に深く押し込む必要があり、継手の強度が低くなり、特に薄肉材の接合が困難であるという問題点がある。
On the other hand, in the friction stir spot welding described in
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、被接合材の肉厚が薄くなっても接合が可能であり、しかもその接合体の接合強度が高い金属材の接合体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and provides a joined body of a metal material that can be joined even if the thickness of the joined material is reduced and the joined body has a high joining strength. For the purpose.
本願第1発明に係る金属材の接合体は、
複数の金属又は合金からなる被接合材を重ねて相互に接合した金属材の接合体において、
重ねられた前記被接合材を相互に接合する接合部は、前記被接合材の重ね継手の表面及び裏面に夫々押圧部材で重ね継手を挟持する方向に押圧することによる第1凹部及び第2凹部が形成されており、
この第1及び第2凹部に整合する位置にて、前記各被接合材は塑性流動により撹拌され、接合界面が消失していることを特徴とする。
The joined body of metal material according to the first invention of the present application,
In the joined body of metal materials in which the materials to be joined made of a plurality of metals or alloys are stacked and joined to each other,
The joints for joining the joined materials to be joined together are a first recess and a second recess by pressing the lap joint with a pressing member on the front and back surfaces of the lap joint of the joined materials, respectively. Is formed,
Each of the materials to be joined is agitated by plastic flow at a position aligned with the first and second recesses, and the joining interface disappears.
本願第2発明に係る金属材の接合体は、
複数の金属又は合金からなる被接合材を重ねて相互に接合した金属材の接合体において、
重ねられた前記被接合材を相互に接合する接合部は、前記被接合材の重ね継手がその厚さ方向の一方向に押し込まれて前記重ね継手にはその一方向に突出する突出部が形成されており、
この突出部の反対側の面に形成された第3凹部に整合する位置にて、前記各被接合材は塑性流動により撹拌され、接合界面が消失していることを特徴とする。
The joined body of metal material according to the second invention of the present application,
In the joined body of metal materials in which the materials to be joined made of a plurality of metals or alloys are stacked and joined to each other,
In the joining portion for joining the stacked materials to be joined to each other, the lap joint of the materials to be joined is pushed in one direction in the thickness direction, and a protruding portion protruding in the one direction is formed in the lap joint. Has been
Each of the materials to be joined is agitated by plastic flow at a position aligned with a third recess formed on the opposite surface of the protruding portion, and the joining interface disappears.
これらの金属材の接合体において、例えば、
先記被接合材は、アルミニウム又はアルミニウム合金の板材である。また、前記被接合材は、厚さが1mm以下の板材である。
In the joined body of these metal materials, for example,
The pre-joined material is a plate material of aluminum or aluminum alloy. Moreover, the said to-be-joined material is a board | plate material whose thickness is 1 mm or less.
本願第1及び第2発明によれば、複数の金属材を重ねあわせた金属材の接合体として、接合部が金属材料の塑性流動により接合界面が消失した状態で接合されているので、高強度の接合体を得ることができる。 According to the first and second inventions of the present application, as a joined body of metal materials obtained by superimposing a plurality of metal materials, the joint portion is joined in a state where the joint interface disappears due to plastic flow of the metal material, so that high strength The joined body can be obtained.
特に、本願第2発明の接合体は、重ね継手が厚さ方向の一方向に押し込まれて重ね継手の全体に第3凹部が形成されているので、更に接合体の接合強度を高めることができる。 In particular, in the joined body of the second invention of the present application, since the lap joint is pushed in one direction in the thickness direction and the third recess is formed in the entire lap joint, the joint strength of the joined body can be further increased. .
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第1実施形態の接合体の製造方法について説明する。図1は、この接合体の製造方法に使用する超音波振動付与装置を示す模式図と、超音波振動態様を示す波形図である。また、図3(a)、(b)、(c)は、被接合材の機械的クリンチの過程を示す図である。図3に示すように、A1050アルミニウム合金材等の被接合材1a、1bの重ね継手1がダイ12の上に載置され、更に、この重ね継手1の上にストリッパ11が配置される。ダイ12はその中心部にカウンタパンチ4が挿入される成形用孔14がその軸方向を垂直にして形成されており、ストリッパ11にはその中心部にパンチ2が挿入されるパンチ用孔13がその軸方向を垂直にして形成されている。成形用孔14は、パンチ2により、その内部に重ね継手1が押し込まれて、接合後の重ね継手1の形状を成形する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. First, the manufacturing method of the joined body of 1st Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a schematic diagram showing an ultrasonic vibration applying device used in the method of manufacturing the joined body, and a waveform diagram showing an ultrasonic vibration mode. FIGS. 3A, 3B, and 3C are diagrams showing a process of mechanical clinching of the materials to be joined. As shown in FIG. 3, a
この場合に、ダイ12に設けられた成形用孔14を規定するダイ12の内面は、図9に示すように、その上部が上方に向かって広がるように傾斜させることができる。この傾斜は、ダイ12の縦断面において、図9に示すように例えば、7°である。このように、ダイ12の成形用孔14を規定する内面の上部を傾斜させておくと、接合後に、パンチ2を重ね継手1から引き抜きやすくなり、生産性の観点から好ましい。
In this case, as shown in FIG. 9, the inner surface of the
図1は超音波振動付与装置を示すが、この図1には、図示の簡単のために、図3に示すダイ12及びストリッパ11は図示されていない。下方の被接合材1aの下面にはカウンタパンチ4が配設され、上方の被接合材1bの上面にはパンチ2が配設されている。そして、カウンタパンチ4はホーン5上に接続されており、パンチ2はその上にホーン3が接続されている。そして、上方のホーン3は超音波振動子6が接続されている。これらのホーン3,5は、超音波振動子6により付与される超音波振動を拡大して夫々パンチ2及びカウンタパンチ4に伝達するものである。
Although FIG. 1 shows an ultrasonic vibration applying device, the die 12 and the
このようなホーンは、通常の超音波振動装置では、パンチに締結されており、ホーンとパンチとは相互に固定されている。しかし、本実施形態においては、パンチ2及びカウンタパンチ4と、夫々ホーン3及び5とは、締結されていない。これは、超音波振動の付与により、パンチのみならず、パンチを締結するボルト等の締結部材にも大きな荷重がかかる場合があり、接合開始後、短期間で締結部材が破損することがあるからである。パンチ2及びカウンタパンチ4を夫々ホーン3及び5に締結せずに、フリーの状態にしておくことにより、この問題を解決することができる。なお、この場合に、ホーン3,5からパンチ2及びカウンタパンチ4が離脱してしまう虞があるが、パンチ2及びカウンタパンチ4を適宜の治具で夫々ホーン3,5に取り付けてホーン3,5に固定しておき、パンチ2及びカウンタパンチ4が重ね継手1に当接した後、前記治具を外して、パンチ2及びカウンタパンチ4とホーン3,5とを、ホーン3,5がパンチ2及びカウンタパンチ4を支持するがホーン3,5とパンチ2及びカウンタパンチ4とを締結しない状態、即ち、上記フリーの状態にすれば良い。なお、機械的クリンチングの後、接合対象の重ね継手1にパンチ2が拘束されてしまった場合は、前記治具によりパンチ2をホーン3に固定して、このホーン3を引き上げることにより、パンチ2を重ね継手1から離脱させることができる。なお、ホーン3と超音波振動子6とはネジ等により相互に固定されている。
Such a horn is fastened to a punch in a normal ultrasonic vibration device, and the horn and the punch are fixed to each other. However, in the present embodiment, the
ダイ12の中心部分に、成形用孔14が形成されており、この孔14内にカウンタパンチ4の作動部分(先端部分)が挿入されている。また、ストリッパ11の中心部分に、パンチ用孔13が形成されており、この孔13内にパンチ2の作動部分(先端部分)が挿入されている。このカウンタパンチ4の作動部分とパンチ2の作動部分とにより、重ね継手1を挟み、重ね継手1に超音波振動を付与すると共に、図3(c)に示すように、パンチ2を下降させて重ね継手1をクリンチする。本実施形態においては、カウンタパンチ4が設置されている。従って、図3(a)〜(c)に示すように、パンチ2が下降して、重ね継手1を下方に押圧すると、カウンタパンチ4は、パンチ2との間で重ね継手1に挟持力を印加しつつ、パンチ4及び重ね継手1と共に下方に移動する。このように、パンチ2の押込によって、重ね継手1の接合部分が軸方向に移動するが、所定の位置で移動が停止し、カウンタパンチ4は、従来の機械的クリンチにおけるダイ底部と同様に材料の重ね継手1を押しつぶすアンビルの作用をする。
A
超音波振動子6から発生した超音波振動は、ホーン3によって拡大されて、パンチ2に伝達される。また、この超音波振動は、カウンタパンチ4からカウンタパンチ側のホーン5に伝達され、振動系全体が共振状態を維持する。
The ultrasonic vibration generated from the ultrasonic vibrator 6 is magnified by the horn 3 and transmitted to the
そして、機械的クリンチによる重ね継手1の加工中は、定常的に共振状態を維持するために、例えば、発信制御をPLL(位相同期回路)方式低振幅周波数自動追尾方式で制御する。ダイ12とストリッパ11とは重ね継手1を挟み込んでいる。
During the processing of the
次に、上述の装置を使用して本発明の実施形態の接合体を製造する方法について説明する。ダイ12上に、A1050アルミニウム合金材等の被接合材1a、1bの重ね継手1を載置し、ストリッパ11を重ね継手1の周辺部上に下降させる。このストリッパ11及びダイ12により重ね継手1を挟み込む。そして、ダイ12及びストリッパ11の各孔内に、カウンタパンチ4及びパンチ3を挿入し、重ね継手1をカウンタパンチ4及びパンチ2で挟持する。このとき、カウンタパンチ4及びパンチ2は、孔内への挿入時には、適宜の治具により夫々ホーン5及び3に固定されており、重ね継手1に当接した後、治具を外して、ホーン3及び5とパンチ2及びカウンタパンチ4とが機械的に締結されていない状態で垂直方向に振動が伝達されるような接続状態にする。
Next, a method for producing a joined body according to an embodiment of the present invention using the above-described apparatus will be described. On the
次に、上述のごとくパンチ2とカウンタパンチ4との間で重ね継手1を挟持した後、パンチ2とカウンタパンチ4を重ね継手1に対し、例えば、75MPa以上の圧力で加圧する。これにより、パンチ2及びカウンタパンチ4の先端の作動部分を、重ね継手1の被接合材1a、1bに、例えば、重ね継手1の全体の厚さの40乃至70%の深さだけ、食い込ませる。なお、被接合材1a、1bの表面に重ね継手1全体の厚さの40乃至70%だけ食い込ませるためには、被接合材1a、1bの品種により、その必要な応力が異なる。よって、品種によっては、75MPaではパンチ2及びカウンタパンチ4を重ね継手1に全体厚さの40乃至70%だけ食い込ませることができない場合もある。又は、75MPa未満でも上記食い込み条件を満たす場合もある。しかし、一般的なアルミニウム合金の場合には、75MPa以上の圧力を印加すれば、上記食い込み条件を満足させることができる。
Next, after sandwiching the lap joint 1 between the
このように、重ね継手1に、パンチ2とカウンタパンチ4とを食い込ませない状態で、後述するように超音波振動を付与すると、パンチ2及びカウンタパンチ4からの超音波振動が重ね継手1に有効に伝わらず、重ね継手1に共振振動が生じにくくなる。
In this way, when ultrasonic vibration is applied to the lap joint 1 in a state where the
なお、食い込み量は、前述のごとく、重ね継手1の全体の厚さの40乃至70%の深さで良いが、更に好ましくは、60%程度の食い込み量が良い。 The biting amount may be 40 to 70% of the total thickness of the lap joint 1 as described above, but more preferably, the biting amount is about 60%.
また、前述のごとく、パンチ2とカウンタパンチ4の重ね継手1に対する圧力は75MPa以上であることが好ましい。この理由は、前述のパンチ2及びカウンタパンチ4の重ね継手1に対する食い込み量確保の目的の他に、パンチ2とカウンタパンチ4の荷重が低すぎると、パンチ2と、被接合材からなる重ね継手1と、カウンタパンチ4とが共振体として一体にならず、パンチ2とホーン3との接続部に負荷が大きくかかり、量産に適さないという理由もある。従って、共振状態を維持し、装置に負荷をかけないために、超音波振動を付与する前に、パンチ2及びカウンタパンチ4により75MPa以上の圧力で重ね継手1を加圧しておくことが好ましい。なお、この加圧力として、120MPa以上の大きな応力を印加しても、上述の効果があまり向上しないため、加圧力は120MPa未満とすることが好ましい。
Moreover, as mentioned above, it is preferable that the pressure with respect to the
このように、パンチ2及びカウンタパンチ4により重ね継手1を挟持し、更に、ダイ12及びストリッパ11で重ね継手1を緩く挟み込んだ状態で、超音波振動子6により、パンチ2及びカウンタパンチ4にその軸方向に超音波振動を付与する。このとき、パンチ2及びカウンタパンチ4の先端の作動部分は、重ね継手1に食い込んでおり、重ね継手1の周辺部分は、ダイ12及びストリッパ11に挟まれているので、この重ね継手1におけるダイ12及びストリッパ11に挟まれた部分の内側部分にのみ垂直方向に(パンチ2の軸方向に)加振するため、被接合材1a、1bの形状によらずに、パンチ2の軸方向への振動状態が得られる。
In this manner, the
また、ダイ2とストリッパ4で重ね継手1を緩く挟みこむことにより、材料の反り及び曲がり等を矯正しつつ、重ね継手1の押し込まれつつある接合部に材料を供給することができる。
Further, by loosely sandwiching the lap joint 1 between the
この超音波振動の付与においては、被接合部材1a、1bが接触する位置、即ち、被接合部において、応力分布が最大となるように共振させることが好ましい。これは、図1に示すように、パンチ2及びカウンタパンチ4と、ホーン3とパンチ2との境界及びホーン5とカウンタパンチ4との境界の位置が、図2に示す振動の腹となるような振動を、超音波振動子6からホーン3に付与する。このようなホーン3とパンチ2との境界及びホーン5とカウンタパンチ4との境界の位置が振動の腹であると、その位置で変位が最大となり、この腹間の中央の位置、即ち、被接合部材1a、1bの位置が節となって、この節の位置では、変位分布が0であり、応力分布が最大となる。このように、超音波振動子6から発振された超音波振動が、ホーン3とパンチ2との境界及びホーン5とカウンタパンチ4との境界の位置が腹となるようなものであると、パンチ2とカウンタパンチ4との間の被接合部材1a、1bが接触する面の位置で、応力分布が最大となる超音波振動が得られる。
In applying the ultrasonic vibration, it is preferable to resonate so that the stress distribution is maximized at the position where the
超音波振動子6から発振された超音波振動は、ホーン3により拡大されてパンチ2に伝達され、パンチ2からカウンタパンチ4に伝達され、更にカウンタパンチ4からホーン5に伝達される。そして、ホーン3,4により拡大された超音波振動は、パンチ2及びカウンタパンチ4に伝達され、被接合部材1a、1bの接合部で応力分布が最大となる共振波として、接合部に印加される。この際、変位分布は応力分布と逆位相となっている。このような振動モードで、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる被接合材1a、1bの重ね継手1を振動させると、重ね継手1の金属板の厚さ方向に時計回り及び半時計回りの渦が交互に生じ、金属材料が撹拌される。これによって、被接合材1a、1bの表面に油分が残っていても、接合強度が強力な接合体が得られる。
The ultrasonic vibration oscillated from the ultrasonic vibrator 6 is magnified by the horn 3 and transmitted to the
このようにして得られた接合体は、その接合部の断面が、図4に示すような金属組織を有する。図4は、この金属組織写真をトレースしたものである。この組織写真の倍率は50倍である。 The joined body thus obtained has a metal structure as shown in FIG. FIG. 4 is a trace of this metallographic photograph. The magnification of this tissue photograph is 50 times.
図4は、重ね継手の接合部の厚さ方向の断面を示す金属組織写真(のトレース図)であるが、パンチ2及びカウンタパンチ4により挟持方向の圧力を印加された部分は平坦であり、この平坦な部分の周囲は、パンチ2及びカウンタパンチ4が重ね継手1の表面及び裏面に食い込むことにより、盛り上がり、このパンチ2及びカウンタパンチ4が食い込んだ部分の周囲に盛り上がり部22、23が形成されるため、パンチ2及びカウンタパンチ4が挟持した部分に、重ね継手表面側の第1の凹部20と、重ね継手裏面側の第2の凹部21とが形成される。そして、この第1及び第2の凹部20,21において、被接合材1a、1bの接合部は、接合界面が消失し、一体的な金属組織になっている。これは、重ね継手1の表面及び裏面に夫々パンチ2及びカウンタパンチ4が押圧されて、パンチ2及びカウンタパンチ4が食い込み、この状態で、重ね継手1が超音波振動を印加されたことにより、被接合材1a,1bの挟持圧力を受けた部分で金属組織の塑性流動が生じ、これにより、接合界面が消失して、組織が一体化されたものである。これにより、接合力が高い接合部が得られる。
FIG. 4 is a metallographic photograph showing a cross-section in the thickness direction of the joint portion of the lap joint (its trace view), but the portion to which the pressure in the clamping direction is applied by the
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、上述のごとくして、重ね継手1に超音波振動を印加した後、超音波振動を印加した状態で、図3に示すように、固定されたダイ12及びストリッパ11に対して、パンチ2及びカウンタパンチ4を下方に下げて、パンチ2により重ね継手1を押し込むものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, as described above, the ultrasonic vibration is applied to the
上述のごとく、図3(a)に示すように、重ね継手1に超音波振動を付与した状態で、図3(b)に示すように、パンチ2を下降させて、パンチ2とカウンタパンチ4とを協働させて重ね継手1の接合部を下方に押し込むと、所定の位置で、図3(c)に示すように、パンチ2及びカウンタパンチ4の下降が停止する。このとき、重ね継手1の被接合材1aと被接合材1bとは、パンチ2の作動部分の先端で押しつぶされ、押し込まれた部分の底部において横方向に広がった部分が形成され、相互に係止され、これにより、この押し込まれた部分で、重ね継手1が機械的クリンチにより接合される。
As described above, as shown in FIG. 3A, with the ultrasonic vibration applied to the
本実施形態においては、被接合材1a,1bの表面に油分が付着していても、被接合材1a、1bの接合面が節となる波形の超音波振動を受け、この接合面で最大応力を受けるので、この接合部で重ね継手1の厚さ方向に時計回り及び反時計回りの渦が生じ、材料が撹拌されるので、被接合材1a、1bの表面の油分は気化して消失するか、又は消失しなくても、被締結材が撹拌により互いに締結される。このため、接合強度が優れた接合部が得られる。 In the present embodiment, even if oil is attached to the surfaces of the materials to be bonded 1a and 1b, the bonded surfaces of the materials to be bonded 1a and 1b are subjected to ultrasonic vibration having a waveform that becomes a node, and the maximum stress is applied to the bonding surfaces. As a result, a clockwise and counterclockwise vortex is generated in the thickness direction of the lap joint 1 at this joint, and the material is agitated, so that the oil on the surfaces of the materials to be joined 1a and 1b is vaporized and disappears. Even if it does not disappear, the fastened materials are fastened to each other by stirring. For this reason, the junction part excellent in joining strength is obtained.
図5はこの機械的クリンチを施した接合体の断面を示す模式図であり、図6はその一部拡大図である。図5に示すように、パンチ2により重ね継手1を押し込むことにより、重ね継手1はその全体として重ね継手の裏面方向に突出し、重ね継手全体で第3の凹部24が形成される。この第3の凹部24の底部の接合部は、金属組織の塑性流動が生じて、接合界面が消失しており、更に、第3の凹部の隅部は、上方の被接合材1bの隅部が、下方の被接合材1aの隅部に横方向に入り込む結果、この部分で相互に係止される。このため、超音波振動による金属組織の塑性流動と、機械的クリンチとによる効果により、被接合材は更に一層強固に接合される。
FIG. 5 is a schematic view showing a cross section of the joined body subjected to the mechanical clinch, and FIG. 6 is a partially enlarged view thereof. As shown in FIG. 5, when the
以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。第1実施例として、2枚のアルミニウム合金板(A1050アルミニウム合金、厚さ:0.5mm、幅:25mm、長さ:75mm)を脱脂した後に、動粘度が1.2mm2・s−1の圧延油を塗布し、十字に組み合わせて中心部を接合した。接合については、図1に示す超音波振動付与装置を使用し、超音波振動子6には日本特殊陶業製D4427PC(共振周波数27kHZ、最大入力700W)を使用した。 Hereinafter, the effect of the Example of this invention is demonstrated compared with the comparative example which remove | deviates from the scope of the present invention. As a first example, after degreasing two aluminum alloy plates (A1050 aluminum alloy, thickness: 0.5 mm, width: 25 mm, length: 75 mm), the kinematic viscosity is 1.2 mm 2 · s −1 Rolling oil was applied and combined in a cross to join the center. For the joining, the ultrasonic vibration applying device shown in FIG. 1 was used, and D4427PC (resonance frequency 27 kHz, maximum input 700 W) manufactured by Nippon Specialty Ceramics was used for the ultrasonic vibrator 6.
ホーンの端面は9μmの振幅で振動した。パンチ2と被接合材1a、1bとカウンタパンチ4とは、共に1つの共振体として振動し、被接合材1a、1bの重ね合わせ面で最大応力が得られるように、有限要素法によるコンピュータシミュレーションで、パンチ2等の形状を設計し、寸法を決定した。
The end face of the horn vibrated with an amplitude of 9 μm. The
なお、パンチ2、カウンタパンチ4、ストリッパ11、ダイ12は、全てロックウエル硬度HRCが58〜61のSKD11鋼材を使用した。
The
次に、接合部の底部板厚が0.20mmとなる位置までパンチを押し込んだ後、超音波振動を付与して、被接合材を接合した。その後、得られた十字継手を引張り剥離強度試験して、剥離強度を測定した。この剥離強度試験の結果を下記表1に示す。表1において、実施例1乃至7は、接合部で振動応力が最大となるように超音波振動を印加して接合したものであり、本発明の請求項1の要件を満たすものである。一方、比較例1乃至7は、超音波振動を付与しないで接合したものであり、比較例8は実施例1乃至7と振動の位相が180°異なるように超音波振動を付与したものである。また、底部の厚さとは、重ね継手におけるパンチ2により押圧された部分の厚さである。
Next, after pressing the punch to a position where the bottom plate thickness of the joint portion was 0.20 mm, ultrasonic vibration was applied to join the materials to be joined. Thereafter, the obtained cruciform joint was subjected to a tensile peel strength test to measure the peel strength. The results of this peel strength test are shown in Table 1 below. In Table 1, Examples 1 to 7 are bonded by applying ultrasonic vibration so that the vibration stress is maximized at the bonded portion, and satisfy the requirements of
この表1に示すように、本発明の実施例1乃至7は、いずれも、剥離強度が8.2MPa以上と高く、優れた接合強度を有していた。これに対し、超音波振動を付与せずに、重ね継手をパンチにより押し込んだ比較例1乃至7の場合は、接合強度が低かった。また、超音波振動を付与した比較例8も振動の位相が本発明と異なるため、接合強度は低い値に留まった。 As shown in Table 1, each of Examples 1 to 7 of the present invention had a high peel strength of 8.2 MPa or more and an excellent bonding strength. On the other hand, in the case of Comparative Examples 1 to 7 in which the lap joint was pushed by punching without applying ultrasonic vibration, the bonding strength was low. Further, in Comparative Example 8 to which ultrasonic vibration was applied, since the vibration phase was different from that of the present invention, the bonding strength remained at a low value.
続いて、接合体を切断して試料を作成し、この試料を樹脂に埋め込んだ後、断面を研磨してケラー氏液で断面をエッチングして金属組織を観察した。この金属組織の写真を図4に示した。前述のごとく、パンチの押込部(第1及び第2の凹部)の外側においては、2枚のアルミニウム合金板の界面が続いているが、パンチの押込部においては、2枚のアルミニウム合金板界面が消失しており、この接合部において、金属組織が一体化していることが観察された。 Subsequently, the joined body was cut to prepare a sample. After embedding the sample in a resin, the cross section was polished, and the cross section was etched with Keller's solution to observe the metal structure. A photograph of this metal structure is shown in FIG. As described above, the interface between the two aluminum alloy plates continues on the outside of the punch indented portion (first and second recesses), but the interface between the two aluminum alloy plates in the indented portion of the punch. It was observed that the metal structure was integrated at this joint.
次に、本発明の第2実施例について説明する。第1実施例と同一の品種のアルミニム合金板を使用し、同一の条件で、超音波を付与しつつ、パンチ2及びカウンタパンチ4を下方に移動させて、機械的クリンチ接合(かしめ接合)を行った。この結果、図4及び図6に示すように、接合部では界面が消失して被接合材1a、1bが一体化されていることが観察された。一方,超音波振動を付与していない場合は、機械的クリンチ接合を行っても、接合部の界面の消失は生じなかった。この結果、図4及び図6に示すように接合部の界面の消失が生じた場合には、その接合部は、超音波振動を付与せずに界面が消失していない場合の接合体の1.6倍の剥離荷重(十字引張)を有していた。図6の底部の板厚は0.28mmである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Using an aluminum alloy plate of the same type as in the first embodiment and applying ultrasonic waves under the same conditions, the
図7は板厚が0.15mmのA1050アルミニウム合金の板材を7枚重ね合わせ、第2実施例と同一の条件で、かしめ接合を行った場合の金属組織を示す模式図である。図7においては、超音波振動を付与していないため、接合界面の塑性流動は生じていない。一方、図8(a)〜(c)は、同様の7枚のアルミニウム合金板を重ねあわせて、本発明により超音波振動を付与しつつ、かしめ接合した場合の金属組織を示す模式図である。観察箇所は、図7の2点鎖線にて示す部分である。図8においては、超音波エネルギを、超音波振動子の入力で最大700W以内の3水準で、3段階に変更したものであり、超音波エネルギが図8(a)から図8(c)にかけて高くなっている。図8(a)は中心の材料が優先的に流動し、渦を巻くように流動方向が変化している。図8(c)は材料が攪拌されている。 FIG. 7 is a schematic view showing a metal structure when seven sheets of A1050 aluminum alloy having a thickness of 0.15 mm are overlapped and caulked and joined under the same conditions as in the second embodiment. In FIG. 7, since no ultrasonic vibration is applied, plastic flow at the joining interface does not occur. On the other hand, FIGS. 8A to 8C are schematic views showing a metal structure when seven similar aluminum alloy plates are overlapped and caulked and joined while applying ultrasonic vibration according to the present invention. . The observation location is a portion indicated by a two-dot chain line in FIG. In FIG. 8, the ultrasonic energy is changed into three levels at three levels within 700 W at the maximum by the input of the ultrasonic transducer, and the ultrasonic energy is changed from FIG. 8 (a) to FIG. 8 (c). It is high. In FIG. 8A, the flow direction changes so that the central material flows preferentially and winds. In FIG. 8C, the material is being stirred.
図8(a)〜(c)に示すように、超音波エネルギの印加量がこの順に高くなるにつれて、板厚方向の上下に時計回りと反時計回りの渦の塑性流動が促進され、材料が撹拌されるため、接合界面が消失し、良好な接合体が得られた。 As shown in FIGS. 8A to 8C, as the applied amount of ultrasonic energy increases in this order, the plastic flow of vortices clockwise and counterclockwise in the plate thickness direction is promoted, and the material Since it was stirred, the bonding interface disappeared and a good bonded body was obtained.
1:重ね継手
1a、1b:被接合材
2:パンチ
3、5:ホーン
4:カウンタパンチ
6:超音波振動子
11:ストリッパ
12:ダイ
14:成形用孔
1: Lap joint 1a, 1b: Material to be joined 2: Punch 3, 5: Horn 4: Counter punch 6: Ultrasonic vibrator 11: Stripper 12: Die 14: Hole for molding
Claims (4)
重ねられた前記被接合材を相互に接合する接合部は、前記被接合材の重ね継手の表面及び裏面に夫々押圧部材で重ね継手を挟持する方向に押圧することによる第1凹部及び第2凹部が形成されており、
この第1及び第2凹部に整合する位置にて、前記各被接合材は塑性流動により撹拌され、接合界面が消失していることを特徴とする金属材の接合体。 In the joined body of metal materials in which the materials to be joined made of a plurality of metals or alloys are stacked and joined to each other,
The joints for joining the joined materials to be joined together are a first recess and a second recess by pressing the lap joint with a pressing member on the front and back surfaces of the lap joint of the joined materials, respectively. Is formed,
The metal-material joined body, wherein each of the materials to be joined is agitated by plastic flow at a position aligned with the first and second recesses, and a joining interface disappears.
重ねられた前記被接合材を相互に接合する接合部は、前記被接合材の重ね継手がその厚さ方向の一方向に押し込まれて前記重ね継手にはその一方向に突出する突出部が形成されており、
この突出部の反対側の面に形成された第3凹部に整合する位置にて、前記各被接合材は塑性流動により撹拌され、接合界面が消失していることを特徴とする金属材の接合体。 In the joined body of metal materials in which the materials to be joined made of a plurality of metals or alloys are stacked and joined to each other,
In the joining portion for joining the stacked materials to be joined to each other, the lap joint of the materials to be joined is pushed in one direction in the thickness direction, and a protruding portion protruding in the one direction is formed in the lap joint. Has been
Joining of metal materials characterized in that each of the materials to be joined is agitated by plastic flow at a position aligned with a third recess formed on the surface on the opposite side of the protruding portion, and the joining interface disappears. body.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010253304A JP5553732B2 (en) | 2010-11-11 | 2010-11-11 | Metal joint |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010253304A JP5553732B2 (en) | 2010-11-11 | 2010-11-11 | Metal joint |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012101261A JP2012101261A (en) | 2012-05-31 |
JP5553732B2 true JP5553732B2 (en) | 2014-07-16 |
Family
ID=46392310
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010253304A Active JP5553732B2 (en) | 2010-11-11 | 2010-11-11 | Metal joint |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5553732B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7188121B2 (en) * | 2019-01-22 | 2022-12-13 | 日本製鉄株式会社 | Welding equipment |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55158891A (en) * | 1979-05-29 | 1980-12-10 | Tokyo Daigaku | Repetitive shearing and pressure-welding method of metal plate material |
JPS5669847A (en) * | 1979-11-09 | 1981-06-11 | Hitachi Ltd | Hermetically sealed metal package |
JPS58117400U (en) * | 1982-02-02 | 1983-08-10 | 株式会社不二越 | vibrating press |
JPS60115383A (en) * | 1983-11-25 | 1985-06-21 | Showa Alum Corp | Composite blank and its production |
-
2010
- 2010-11-11 JP JP2010253304A patent/JP5553732B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012101261A (en) | 2012-05-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Shakil et al. | Effect of ultrasonic welding parameters on microstructure and mechanical properties of dissimilar joints | |
JP4846329B2 (en) | Friction stir welding products for stepped polymer materials | |
US8397976B2 (en) | Method for cohesively bonding metal to a non-metallic substrate using capacitors | |
US9925717B2 (en) | Method for connecting a surface-structured workpiece and a plastic workpiece | |
JP2013252648A (en) | Fastening method | |
JP2009090354A (en) | Joining device, joining method and metal-joined body | |
US20200101519A1 (en) | Ultrasonically Assisted Self-Piercing Riveting | |
JP5724568B2 (en) | Metal member joint and method of manufacturing the same | |
JP5553732B2 (en) | Metal joint | |
JP2010242943A (en) | Structure of bonded metal plates | |
CN113500285A (en) | Friction stir welding joint made of dissimilar metal materials and method for preparing friction stir welding joint and improving strength of friction stir welding joint | |
JP5837041B2 (en) | Method for welding flat components | |
JP7188121B2 (en) | Welding equipment | |
JP5395035B2 (en) | Metal joining method | |
JP2013139048A (en) | Method of joining material to be joined | |
JP2005288457A (en) | Ultrasonic joining method for different kinds of metals and ultrasonic joined structure | |
JP6861017B2 (en) | Ultrasonic bonding method and bonding | |
KR101147899B1 (en) | Apparatus for connecting thin plate | |
JP6957054B1 (en) | Rivet joining method and joining processing equipment | |
JP2015030027A (en) | Joining method and joining device | |
JP7318904B2 (en) | metal joining method | |
US20180369958A1 (en) | Metal member and method of manufacturing the same | |
JP4180405B2 (en) | Ultrasonic pressure welding method | |
JP2009274119A (en) | Method of joining metal sheet by caulking | |
JP2014054672A (en) | Method for joining metal member |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120828 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131018 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131022 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131220 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140527 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140527 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5553732 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |