JP6052236B2 - Friction stir welding method - Google Patents
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Description
本発明は、金属部材同士を摩擦攪拌で接合する摩擦攪拌接合方法に関する。 The present invention relates to a friction stir welding method for joining metal members together by friction stirring.
金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合(FSW=Friction Stir Welding)が知られている。摩擦攪拌接合とは、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合せ部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合せ部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。 Friction stir welding (FSW = Friction Stir Welding) is known as a method for joining metal members. Friction stir welding is a method in which the metal members are fixed together by rotating the rotary tool along the abutting portion between the metal members and plastically flowing the metal at the abutting portion by frictional heat between the rotating tool and the metal member. Phase joining is performed.
例えば、特許文献1には、垂直に突き合わされた金属部材同士の内隅に回転ツールの攪拌ピンのみを挿入して突合せ部の摩擦攪拌接合を行う技術が開示されている。従来の摩擦攪拌接合方法の回転ツールは、ショルダ部を備えておらず回転ツールの攪拌ピンのみを内隅に挿入するため、突合せ部の深い位置まで摩擦攪拌を行うことができる。
For example,
しかし、従来の摩擦攪拌接合方法であると、ショルダ部で塑性流動化した金属を押さえないため、塑性流動化した金属が内隅の外部に溢れ出やすくなる。これにより、内隅が金属不足になるという問題がある。 However, in the conventional friction stir welding method, the plastic fluidized metal is not pressed in the shoulder portion, so that the plastic fluidized metal tends to overflow to the outside of the inner corner. As a result, there is a problem that the inner corner becomes lack of metal.
そこで、本発明は、金属部材同士の内隅から突合せ部を摩擦攪拌接合する場合に、内隅の金属不足を解消することができる摩擦攪拌接合方法を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the friction stir welding method which can eliminate the metal shortage of an inner corner, when abutting part is friction stir welded from the inner corner of metal members.
前記課題を解決するために、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて、突き合わされる面の形状が互いに異なる二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、
一方の前記金属部材と他方の前記金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記突合せ部に対して他方の前記金属部材の周方向に亘って肉盛溶接を施し、前記金属部材同士の内隅を溶接金属で覆う肉盛溶接工程と、回転した前記攪拌ピンを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記溶接金属及び前記金属部材同士に接触させた状態で、他方の前記金属部材の周方向に亘って前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、前記回転ツールの攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記接合工程において、前記回転ツールを右回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて左回りに形成させ、前記回転ツールを左回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて右回りに形成させることを特徴とする。
また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて、突き合わされる面の形状が互いに異なる二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、一方の前記金属部材と他方の前記金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記突合せ部に対して他方の前記金属部材の周方向に亘って補助部材を配置し、前記金属部材同士の内隅を前記補助部材で覆う補助部材配置工程と、回転した前記攪拌ピンを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記金属部材同士に接触させた状態で、他方の前記金属部材の周方向に亘って前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、前記回転ツールの攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記接合工程において、前記回転ツールを右回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて左回りに形成させ、前記回転ツールを左回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて右回りに形成させることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention is a friction stir welding method for joining two metal members having different shapes of surfaces to be abutted using a rotary tool having a stirring pin,
A butting step of butting one metal member and the other metal member to form a butting portion, and overlay welding is performed on the butting portion over the circumferential direction of the other metal member, and the metal member The overlay welding process of covering the inner corners of each other with a weld metal, and inserting the rotated stirring pin into the inner corner, with only the stirring pin in contact with the weld metal and the metal member, the other It said metal member over the circumferential direction seen including and a bonding step of performing friction stir of the butt portion, the outer peripheral surface of the stirring pin of the rotary tool is a spiral groove engraved in the joining step, When rotating the rotating tool to the right, the spiral groove is formed counterclockwise from the proximal end side toward the distal end side, and when rotating the rotary tool counterclockwise, the spiral groove is formed from the proximal end side to the distal end. As we go to the side Characterized in that to form around.
The present invention is also a friction stir welding method for joining two metal members having different shapes of surfaces to be abutted using a rotary tool provided with a stirring pin, wherein one metal member and the other metal member are joined. A butting step of abutting a metal member to form a butting portion, an auxiliary member is disposed over the butting portion over the circumferential direction of the other metal member, and an inner corner between the metal members is the assisting member. The covering auxiliary member arranging step and the rotated stirring pin are inserted into the inner corner, and only the stirring pin is brought into contact with the auxiliary member and the metal member, and the other metal member extends in the circumferential direction. see containing and a bonding step of performing friction stir of the butt portion Te, the rotation on the outer peripheral surface of the stirring pin tool are engraved spiral groove, in the joining step, when rotated to the right the rotary tool In The spiral groove is formed counterclockwise toward the distal end side from the base end side, wherein when causing the rotary tool is left rotated, be formed clockwise toward the distal end side of the helical groove from the base end side It is characterized by.
かかる摩擦攪拌接合方法によれば、金属部材を突き合わせて形成された内隅に予め肉盛溶接を施すか、又は、補助部材を配置した後に摩擦攪拌を行うことで内隅の金属不足を解消することができる。 According to such a friction stir welding method, overlay welding is performed in advance on the inner corner formed by abutting the metal members, or metal shortage in the inner corner is eliminated by performing friction stirring after the auxiliary member is disposed. be able to.
また、前記金属部材は、いずれも板状を呈し、前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面とを突き合わせることが好ましい。
また、一方の前記金属部材は、板状を呈し、他方の前記金属部材は、円柱状を呈し、前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることが好ましい。
また、一方の前記金属部材は、板状を呈し、他方の前記金属部材は、筒状を呈し、前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることが好ましい。
また、一方の前記金属部材は、板状を呈し、他方の前記金属部材は、円筒状を呈し、前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることが好ましい。
また、一方の前記金属部材に貫通孔が形成されており、前記突合せ工程では、前記貫通孔を他方の前記金属部材で覆うか、又は、前記貫通孔と他方の前記金属部材の中空部とを連通させることが好ましい。
Moreover, all the said metal members are plate-shaped, and it is preferable to abut | match the surface of one said metal member, and the back surface of the other said metal member in the said butt | matching process.
Further, one of the metal members has a plate shape, and the other metal member has a columnar shape, and in the butting step, the surface of one of the metal members and the end surface of the other metal member are butted. Is preferred.
In addition, one of the metal members has a plate shape, and the other metal member has a cylindrical shape. In the butting step, the surface of one of the metal members and the end surface of the other metal member are butted. Is preferred.
In addition, one of the metal members has a plate shape, and the other metal member has a cylindrical shape. In the butting step, the surface of one of the metal members and the end surface of the other metal member are butted. Is preferred.
Further, a through hole is formed in one of the metal members, and in the butting step, the through hole is covered with the other metal member, or the through hole and the hollow portion of the other metal member are covered. It is preferable to communicate.
かかる摩擦攪拌接合方法によれば、様々な形状の金属部材同士を接合することができる。
また、前記接合工程では、前記突合せ部における塑性化領域の始端と終端とをオーバーラップさせることが好ましい。また、先端に回転駆動手段を備えたロボットアームに前記回転ツールを取り付けて摩擦攪拌を行うことが好ましい。
また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、前記金属部材同士を角度をつけて突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記突合せ工程で形成された前記金属部材同士の内隅に肉盛溶接を施して溶接金属で前記内隅を覆う肉盛溶接工程と、回転した前記攪拌ピンのみを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記溶接金属及び前記金属部材同士に接触させた状態で、前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、前記回転ツールの攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記接合工程において、前記回転ツールを右回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて左回りに形成させ、前記回転ツールを左回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて右回りに形成させることを特徴とする。
また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、前記金属部材同士を角度をつけて突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記突合せ工程で形成された前記金属部材同士の内隅に補助部材を配置する補助部材配置工程と、回転した前記攪拌ピンのみを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記金属部材同士に接触させた状態で、前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、前記回転ツールの攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記接合工程において、前記回転ツールを右回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて左回りに形成させ、前記回転ツールを左回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて右回りに形成させることを特徴とする。
According to the friction stir welding method, metal members having various shapes can be joined.
In the joining step, it is preferable that the start end and the end end of the plasticized region in the butt portion overlap each other. Further, it is preferable to perform friction stirring by attaching the rotating tool to a robot arm having a rotation driving means at the tip.
Further, the present invention is a friction stir welding method for joining two metal members using a rotary tool equipped with a stirring pin, and abutting step of abutting the metal members at an angle to form a butted portion; The build-up welding step of performing overlay welding on the inner corners of the metal members formed in the butting step and covering the inner corner with a weld metal, and inserting only the rotated stirring pin into the inner corner, A joining step of performing frictional stirring of the butt portion in a state where only the stirring pin is in contact with the weld metal and the metal member, and a spiral groove is formed on the outer peripheral surface of the stirring pin of the rotating tool. When the rotating tool is rotated clockwise in the joining step, the spiral groove is formed counterclockwise from the proximal end side toward the distal end side, and when the rotating tool is rotated counterclockwise The above Characterized in that to form clockwise toward the distal end side旋溝from the base end side.
Further, the present invention is a friction stir welding method for joining two metal members using a rotary tool equipped with a stirring pin, and abutting step of abutting the metal members at an angle to form a butted portion; An auxiliary member disposing step of disposing an auxiliary member at the inner corner of the metal members formed in the butting step, inserting only the rotated stirring pin into the inner corner, and inserting only the stirring pin into the auxiliary member and A joining step of performing frictional stirring of the abutting portion in a state where the metal members are in contact with each other, a spiral groove is engraved on the outer peripheral surface of the stirring pin of the rotating tool, in the joining step When rotating the rotary tool to the right, the spiral groove is formed counterclockwise from the base end side toward the distal end side. When rotating the rotary tool counterclockwise, the spiral groove is formed from the base end side. Characterized in that to form clockwise toward the end side.
本発明に係る摩擦攪拌接合方法によれば、金属部材同士の内隅から突合せ部を摩擦攪拌接合する場合に、内隅の金属不足を解消することができる。 According to the friction stir welding method according to the present invention, when the butt portion is friction stir welded from the inner corners of the metal members, the metal shortage in the inner corners can be solved.
[第一実施形態]
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。まずは、本実施形態で用いる接合用回転ツールについて説明する。
[First embodiment]
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the joining rotary tool used in this embodiment will be described.
図1に示すように、接合用回転ツールFは、連結部F1と、攪拌ピンF2とで構成されている。接合用回転ツールFは、特許請求の範囲の「回転ツール」に相当する。接合用回転ツールFは、例えば工具鋼で形成されている。連結部F1は、摩擦攪拌装置の回転軸(図示省略)に連結される部位である。連結部F1は円柱状を呈し、ボルトが締結されるネジ孔B,Bが形成されている。 As shown in FIG. 1, the joining rotary tool F is composed of a connecting portion F1 and a stirring pin F2. The joining rotary tool F corresponds to a “rotary tool” in the claims. The joining rotary tool F is made of, for example, tool steel. The connecting part F1 is a part connected to a rotating shaft (not shown) of the friction stirrer. The connecting portion F1 has a cylindrical shape, and is formed with screw holes B and B to which bolts are fastened.
攪拌ピンF2は、連結部F1から垂下しており、連結部F1と同軸になっている。攪拌ピンF2は連結部F1から離間するにつれて先細りになっている。攪拌ピンF2の外周面には螺旋溝F3が刻設されている。本実施形態では、接合用回転ツールFを右回転させるため、螺旋溝F3は、基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。言い換えると、螺旋溝F3は、螺旋溝F3を基端から先端に向けてなぞると上から見て左回りに形成されている。 The stirring pin F2 hangs down from the connecting portion F1 and is coaxial with the connecting portion F1. The stirring pin F2 is tapered as it is separated from the connecting portion F1. A spiral groove F3 is formed on the outer peripheral surface of the stirring pin F2. In the present embodiment, the spiral groove F3 is formed in a counterclockwise direction from the proximal end toward the distal end in order to rotate the joining rotary tool F to the right. In other words, the spiral groove F3 is formed counterclockwise as viewed from above when the spiral groove F3 is traced from the base end to the tip.
なお、接合用回転ツールFを左回転させる場合は、螺旋溝F3を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成することが好ましい。言い換えると、この場合の螺旋溝F3は、螺旋溝F3を基端から先端に向けてなぞると上から見て右回りに形成されている。螺旋溝F3をこのように設定することで、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝F3によって攪拌ピンF2の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材(金属部材10,20)の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。
In addition, when rotating the rotation tool F for joining counterclockwise, it is preferable to form the spiral groove F3 clockwise as it goes to the front-end | tip from a base end. In other words, the spiral groove F3 in this case is formed clockwise when viewed from above when the spiral groove F3 is traced from the proximal end to the distal end. By setting the spiral groove F3 in this way, the plastic fluidized metal at the time of frictional stirring is guided to the tip side of the stirring pin F2 by the spiral groove F3. Thereby, the quantity of the metal which overflows to the exterior of a to-be-joined metal member (
接合用回転ツールFを用いて摩擦攪拌接合をする際には、被接合金属部材に回転した攪拌ピンF2のみを挿入し、被接合金属部材と連結部F1とは離間させつつ移動させる。言い換えると、攪拌ピンF2の基端部は露出させた状態で摩擦攪拌接合を行う。 When performing friction stir welding using the welding rotary tool F, only the rotated stirring pin F2 is inserted into the metal member to be bonded, and the metal member to be bonded and the connecting portion F1 are moved apart from each other. In other words, the friction stir welding is performed with the base end portion of the stirring pin F2 exposed.
具体的な図示は省略するが、後記する接合工程を行う場合は、例えば、先端にスピンドルユニット等の回転駆動手段を備えたロボットアームに接合用回転ツールFを取り付けて摩擦攪拌を行うことができる。このような摩擦攪拌装置によれば、接合用回転ツールFの挿入位置及び挿入角度等を容易に変更することができる。 Although a specific illustration is omitted, when performing the joining process described later, for example, the joining rotary tool F is attached to a robot arm having a rotation driving means such as a spindle unit at the tip, and friction stirring can be performed. . According to such a friction stirrer, the insertion position and the insertion angle of the joining rotary tool F can be easily changed.
次に、本発明の第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ工程と、肉盛溶接工程と、接合工程と、を行う。 Next, the friction stir welding method according to the first embodiment of the present invention will be described. In the friction stir welding method according to the present embodiment, a butt process, an overlay welding process, and a joining process are performed.
図2に示すように、本実施形態では、金属部材10,20を突き合わせて形成された突合せ部J1を摩擦攪拌によって接合する。金属部材10,20は、金属製であって、直方体(板状)を呈する。金属部材10,20は同等の材料で形成されている。金属部材10,20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、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、 マグネシウム、マグネシウム合金等から適宜選択すればよい。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, the butt | matching part J1 formed by abutting the
金属部材20は、金属部材10よりも小さくなっている。つまり、上側に配置される金属部材20の裏面20bの面積は、下側に配置される金属部材10の表面10aの面積よりも小さくなっている。
The
突合せ工程は、金属部材10,20を突き合わせて突合せ部J1を形成する工程である。図2の(a)に示すように、突合せ工程では、金属部材10の表面10aの中央部に金属部材20の裏面20bを突き合せる。金属部材10,20は突き合わされる面(表面10a、裏面20b)の形状が互いに異なるため、突き合わされることによって内隅が形成されるとともに、金属部材10の表面10aの周囲は露出した状態となる。図2の(b)に示すように、内隅は、金属部材10の表面10aと金属部材20の側面20cとで構成される隅部である。内隅は、金属部材10の周方向全体に亘って形成されている。なお、特許請求の範囲の「突き合わされる面の形状が互いに異なる二つの金属部材」とは、本実施形態の金属部材10,20ように突き合わされる面(表面10a、裏面20b)の形状が相似の場合も含む意味である。
The butting process is a process in which the
肉盛溶接工程は、突合せ部J1に対して金属部材10の周方向に亘って肉盛溶接を行う工程である。図3の(a)に示すように、肉盛溶接工程では、突合せ部J1の全周に亘ってTIG溶接又はMIG溶接等の肉盛溶接を行う。肉盛溶接工程を行うことで、内隅の全周が溶接金属Uによって覆われる。溶接金属Uの肉盛量は、接合工程を行った後に、塑性化領域W(接合部)の表面に凹溝が形成されたり、当該表面から溶接金属Uが突出したりしない程度に設定することが好ましい。
The build-up welding process is a process of performing build-up welding over the butt portion J1 over the circumferential direction of the
接合工程は、溶接金属Uを介して内隅に攪拌ピンF2を挿入し、金属部材20の周方向に亘って摩擦攪拌を行う工程である。図3の(b)に示すように、接合工程では、接合用回転ツールFを用いて突合せ部J1に対して摩擦攪拌を行う。まず、金属部材10の表面10aに設定した開始位置S1に右回転させた接合用回転ツールFを挿入する。
The joining step is a step of inserting the stirring pin F <b> 2 into the inner corner via the weld metal U and performing friction stirring over the circumferential direction of the
接合用回転ツールFを突合せ部J1に設定した始点S2側に相対移動させて、始点S2に達したら、突合せ部J1に沿って接合用回転ツールFを金属部材20の周りに一周させる。言い換えると、接合工程では、溶接金属Uをなぞるようにして摩擦攪拌を行う。図4の(a)に示すように、接合工程では、攪拌ピンF2のみを金属部材10,20及び溶接金属Uに接触させた状態で摩擦攪拌を行う。つまり、攪拌ピンF2の基端側を露出させた状態で摩擦攪拌を行う。接合用回転ツールFの移動軌跡には塑性化領域Wが形成される。攪拌ピンF2の挿入角度は適宜設定すればよいが、本実施形態では鉛直面に対して接合用回転ツールFの回転中心軸を45°傾けている。
The joining rotary tool F is relatively moved toward the start point S2 set in the abutting portion J1, and when the starting point S2 is reached, the joining rotary tool F is made a round around the
図4の(b)に示すように、接合用回転ツールFを金属部材20周りに一周させて始点S2を通過して突合せ部J1に設定した終点E2に達したら、接合用回転ツールFを表面10a側に相対移動させる。そして、表面10aに設定した終了位置E1で接合用回転ツールFを離脱させる。これにより、突合せ部J1における塑性化領域Wの始端(始点S2)と終端(終点E2)とがオーバーラップした状態となる。
As shown in FIG. 4B, the welding rotary tool F is made to make a round around the
接合用回転ツールFを表面10aから離脱させると、表面10aに攪拌ピンF2の抜き穴が残存するが、例えば、当該抜き穴に肉盛溶接等を行って抜き穴を補修する補修工程を行ってもよい。
When the joining rotary tool F is detached from the
以上説明した摩擦攪拌接合方法によれば、内隅に予め肉盛溶接を施して溶接金属Uの上から突合せ部J1に対して摩擦攪拌を行うことで内隅の金属不足を解消することができる。また、接合工程では、塑性化領域Wの始端と終端とをオーバーラップさせることで、水密性及び気密性を高めることができる。また、金属部材20の周方向に亘って連続して接合することで、接合強度を高めることができる。
According to the friction stir welding method described above, the metal shortage in the inner corner can be eliminated by performing overlay welding on the inner corner in advance and performing friction stirring on the butt portion J1 from above the weld metal U. . Further, in the joining step, the water tightness and the air tightness can be enhanced by overlapping the start end and the end end of the plasticized region W. Moreover, joining strength can be raised by joining continuously over the circumferential direction of the
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ部J1に第一補助部材30及び第二補助部材31を配置して摩擦攪拌を行う点で第一実施形態と相違する。第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
[Second Embodiment]
Next, the friction stir welding method according to the second embodiment of the present invention will be described. The friction stir welding method according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the first
本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ工程と、補助部材配置工程と、接合工程とを行う。突合せ工程は、第一実施形態と同等の要領で行う。 In the friction stir welding method according to the present embodiment, a butt process, an auxiliary member arranging process, and a joining process are performed. The matching process is performed in the same manner as in the first embodiment.
補助部材配置工程は、突合せ部J1に対して金属部材20の周方向に亘って4つの第一補助部材30及び4つの第二補助部材31を配置する工程である。第一補助部材(補助部材)30は、金属で形成されており、三角柱になっている。第一補助部材30は、摩擦攪拌可能な金属であればよいが、本実施形態のように金属部材10,20と同等の材料で形成されていることが好ましい。
The auxiliary member arrangement step is a step of arranging the four first
第一補助部材30は、断面直角三角形を呈する。第一補助部材30の長さは、金属部材20の各辺の長さと同等になっている。図5の(b)に示すように、補助部材配置工程では、第一補助部材30の底面30aを金属部材10の表面10aに面接触させ、第一補助部材30の立上り面30bを金属部材20の側面20cに面接触させる。補助部材配置工程では、4つの第一補助部材30を金属部材20の4辺に沿ってそれぞれ配置する。
The first
第二補助部材(補助部材)31は、金属で形成されており、四面体になっている。第二補助部材31は、摩擦攪拌可能な金属であればよいが、本実施形態のように金属部材10,20と同等の材料であることが好ましい。
The second auxiliary member (auxiliary member) 31 is made of metal and is a tetrahedron. Although the 2nd
図6に示すように、第二補助部材31の底面31aは、直角二等辺三角形になっている。第二補助部材31の立上り面31b,31bは、それぞれ直角二等辺三角形になっている。第二補助部材31の立上り面31b,31bは、第一補助部材30の端面30d(図5の(b)参照)と同等の形状になっている。図5の(a)に示すように、補助部材配置工程では、突合せ部J1の四隅に第二補助部材31をそれぞれ配置する。
As shown in FIG. 6, the
補助部材配置工程では、第二補助部材31の底面31aを、金属部材10の表面10aに面接触させる。また、第二補助部材31の立上り面31b,31bを、隣り合う第一補助部材30の端面30d,30dにそれぞれ面接触させる。これにより、内隅(突合せ部J1)の周囲が、4つの第一補助部材30と、4つの第二補助部材31とで覆われる。隣り合う第一補助部材30の傾斜面30c,30cと、第二補助部材31の傾斜面31cとは連続して配置される。第一補助部材30及び第二補助部材31の大きさは、接合工程を行った後に、塑性化領域W(接合部)の表面に凹溝が形成されたり、当該表面に各補助部材が残存したりしない程度に設定することが好ましい。
In the auxiliary member arranging step, the
接合工程は、第一補助部材30及び第二補助部材31を介して内隅に攪拌ピンF2を挿入し、金属部材20の周方向に亘って摩擦攪拌を行う工程である。図7に示すように、接合工程では、接合用回転ツールFを用いて突合せ部J1に対して摩擦攪拌を行う。まず、金属部材10の表面10aに設定した開始位置S1に右回転させた接合用回転ツールFを挿入する。
The joining step is a step of inserting the stirring pin F <b> 2 into the inner corner via the first
そして、接合用回転ツールFを突合せ部J1に設定した始点S2側に相対移動させて、始点S2に達したら、突合せ部J1に沿って接合用回転ツールFを金属部材20の周りに一周させる。言い換えると、接合工程では、傾斜面30c,31cをなぞるようにして摩擦攪拌を行う。図7に示すように、接合工程では、攪拌ピンF2のみを金属部材10,20、第一補助部材30及び第二補助部材31に接触させた状態で摩擦攪拌を行う。つまり、攪拌ピンF2の基端側を露出させた状態で摩擦攪拌を行う。接合用回転ツールFの移動軌跡には塑性化領域Wが形成される。攪拌ピンF2の挿入角度は適宜設定すればよいが、本実施形態では鉛直面に対して接合用回転ツールFの回転中心軸を45°傾けている。つまり、傾斜面30c,31cに対して接合用回転ツールFの回転中心軸を垂直に設定した状態で摩擦攪拌を行う。
Then, the welding rotary tool F is relatively moved toward the start point S2 set in the abutting portion J1, and when the starting point S2 is reached, the welding rotary tool F is caused to make a round around the
接合用回転ツールFを金属部材20周りに一周させて始点S2を通過して突合せ部J1に設定した終点E2に達したら、接合用回転ツールFを表面10a側に相対移動させる。そして、表面10aに設定した終了位置E1で接合用回転ツールFを離脱させる。これにより、突合せ部J1における塑性化領域Wの始端(始点S2)と終端(終点E2)とがオーバーラップした状態となる。
When the rotation tool F for welding makes a round around the
接合用回転ツールFを表面10aから離脱させると、表面10aに攪拌ピンF2の抜き穴が残存するが、例えば、当該抜き穴に肉盛溶接等を行って抜き穴を補修する補修工程を行ってもよい。
When the joining rotary tool F is detached from the
以上説明した摩擦攪拌接合方法によれば、内隅に予め第一補助部材30及び第二補助部材31を配置して、第一補助部材30及び第二補助部材31の上から突合せ部J1に摩擦攪拌を行うことで突合せ部J1の金属不足を解消することができる。
According to the friction stir welding method described above, the first
また、接合工程では、塑性化領域Wの始端と終端とをオーバーラップさせることで、水密性及び気密性を高めることができる。また、金属部材20の周方向に亘って連続して接合することで、接合強度を高めることができる。
Further, in the joining step, the water tightness and the air tightness can be enhanced by overlapping the start end and the end end of the plasticized region W. Moreover, joining strength can be raised by joining continuously over the circumferential direction of the
また、本実施形態では、金属部材20の四隅に4つの第二補助部材31を配置することにより、突合せ部J1の周囲全体に補助部材を配置することができる。これにより、突合せ部J1の全体をバランスよく摩擦攪拌することができる。なお、本実施形態では、第一補助部材30及び第二補助部材31は、分割して構成されているが、これらが一体形成された矩形枠状の補助部材を用いてもよい。
Further, in the present embodiment, by arranging the four second
また、第一実施形態及び第二実施形態に係る接合工程では、金属部材10の表面10aに摩擦攪拌の開始位置S1を設定したが、突合せ部J1に接合用回転ツールFを挿入する開始位置S1を設定してもよい。
In the joining process according to the first embodiment and the second embodiment, the friction stirring start position S1 is set on the
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、円筒状の金属部材を接合する点で第一実施形態と相違する。第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
[Third embodiment]
Next, the friction stir welding method according to the third embodiment of the present invention will be described. The friction stir welding method according to the present embodiment is different from the first embodiment in that a cylindrical metal member is joined. The friction stir welding method according to the third embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment.
本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ工程と、肉盛溶接工程と、接合工程とを行う。本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、図8の(a)に示すように、金属部材10と金属部材40とを接合する。
In the friction stir welding method according to the present embodiment, a butt process, an overlay welding process, and a joining process are performed. In the friction stir welding method according to the present embodiment, the
金属部材10は、直方体(板状)を呈する。金属部材10の中央には、板厚方向に貫通する貫通孔11が形成されている。貫通孔11の形状は特に制限されないが、本実施形態では平面視円形を呈する。なお、貫通孔11は設けなくてもよい。
The
金属部材40は、円筒状を呈する。金属部材40の内径は、貫通孔11の内径よりも大きくなっている。金属部材10,40はいずれも摩擦攪拌可能な金属で形成されている。本実施形態では、金属部材10,40は同等の材料で形成されている。
The
突合せ工程は、金属部材10,40を突き合せる工程である。図8の(b)に示すように、突合せ工程では、金属部材10の表面10aと金属部材40の端面40bとを突き合せる。突合せ工程では、貫通孔11と金属部材40の中空部とが連通するように突き合せる。金属部材10,40は突き合わされる面(表面10a、端面40b)の形状が互いに異なるため、突き合わされることによって内隅が形成されるとともに、金属部材10の表面10aの周囲は露出した状態となる。内隅は、金属部材10の表面10aと金属部材40の外周面40aとで構成される隅部である。内隅は、金属部材40の周方向全体に亘って形成されている。
The butting process is a process of bringing the
肉盛溶接工程は、突合せ部J2に対して金属部材40の周方向に亘って肉盛溶接を行う工程である。図9の(a)に示すように、肉盛溶接工程では、突合せ部J2の全周に亘ってTIG溶接又はMIG溶接等の肉盛溶接を行う。肉盛溶接工程を行うことで、内隅の全周が溶接金属Uによって覆われる。溶接金属Uの肉盛量は、接合工程を行った後に、塑性化領域W(接合部)の表面に凹溝が形成されたり、当該表面から溶接金属Uが突出したりしない程度に設定することが好ましい。
The build-up welding process is a process of performing build-up welding over the butt portion J2 over the circumferential direction of the
接合工程は、溶接金属Uを介して内隅に攪拌ピンF2を挿入し、金属部材40の周方向に亘って摩擦攪拌を行う工程である。図9の(b)に示すように、接合工程では、接合用回転ツールFを用いて突合せ部J2に対して摩擦攪拌を行う。まず、突合せ部J2に設定した開始位置S1に右回転させた接合用回転ツールFを挿入する。
The joining step is a step of inserting the stirring pin F2 into the inner corner through the weld metal U and performing frictional stirring over the circumferential direction of the
そして、接合用回転ツールFを突合せ部J2に沿って金属部材40の周りに一周させる。言い換えると、接合工程では、溶接金属Uをなぞるようにして摩擦攪拌を行う。接合工程では、攪拌ピンF2のみを金属部材10,40及び溶接金属Uに接触させた状態で摩擦攪拌を行う。つまり、攪拌ピンF2の基端側を露出させた状態で摩擦攪拌を行う。攪拌ピンF2の挿入角度は適宜設定すればよいが、本実施形態では鉛直面に対して接合用回転ツールFの回転中心軸を45°傾けている。
Then, the rotating tool F for joining is made to make a round around the
摩擦攪拌を行う際には、金属部材40の周りに接合用回転ツールFを移動させてもよいが、本実施形態では、接合用回転ツールFの位置は固定し、金属部材10,40を鉛直方向軸周りに回転させている。接合用回転ツールFの移動軌跡には塑性化領域Wが形成される。
When performing frictional stirring, the joining rotary tool F may be moved around the
図10に示すように、接合用回転ツールFを金属部材40周りに一周させて開始位置S1を通過して突合せ部J1に設定した終点E2に達したら、接合用回転ツールFを表面10a側に相対移動させる。そして、表面10aに設定した終了位置E1で接合用回転ツールFを離脱させる。
As shown in FIG. 10, when the joining rotary tool F is turned around the
接合用回転ツールFを表面10aから離脱させると、表面10aに攪拌ピンF2の抜き穴が残存するが、例えば、当該抜き穴に肉盛溶接等を行って抜き穴を補修する補修工程を行ってもよい。
When the joining rotary tool F is detached from the
以上説明した第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によっても第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。 The friction stir welding method according to the third embodiment described above can also provide substantially the same effect as the first embodiment.
〔第四実施形態〕
次に、本発明の第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。図11に示すように、本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ部J2に補助部材50を配置する点で第三実施形態と相違する。第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、第三実施形態と相違する部分を中心に説明する。
[Fourth embodiment]
Next, a friction stir welding method according to a fourth embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 11, the friction stir welding method according to the present embodiment is different from the third embodiment in that an
本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合わせ工程と、補助部材配置工程と、接合工程とを行う。突合せ工程は第三実施形態と同等の要領で行う。 In the friction stir welding method according to the present embodiment, a butting process, an auxiliary member arranging process, and a joining process are performed. The matching process is performed in the same manner as in the third embodiment.
補助部材配置工程は、突合せ部J2に対して金属部材40の周方向に亘って補助部材50を配置する工程である。図11の(a)に示すように、補助部材50は、円環状を呈し、断面直角三角形になっている。補助部材50の内径は、金属部材40の外径と略同等になっている。補助部材配置工程では、金属部材40の端部側から補助部材50を挿入する。そして、図11の(b)に示すように、補助部材50の底面50aを金属部材10の表面10aに面接触させ、補助部材50の立上り面50bを金属部材40の外周面40aに面接触させる。これにより、内隅(突合せ部J2)の周囲が、補助部材50で覆われる。
The auxiliary member arranging step is a step of arranging the
補助部材50は、摩擦攪拌可能な金属であればよいが、本実施形態のように金属部材10,40と同等の材料であることが好ましい。
The
接合工程は、補助部材50を介して内隅に攪拌ピンを挿入し、金属部材40の周方向に亘って摩擦攪拌を行う工程である。具体的な図示は省略するが、接合工程では、接合用回転ツールFを用いて突合せ部J2に対して摩擦攪拌を行う。まず、補助部材50の傾斜面50cに設定した開始位置に右回転させた接合用回転ツールFを挿入する。そして、攪拌ピンF2のみを金属部材10,40及び補助部材50に接触させた状態で摩擦攪拌を行う。
The joining step is a step of inserting a stirring pin into the inner corner via the
接合用回転ツールFを金属部材40周りに一周させて塑性化領域をオーバーラップさせたら、突合せ部J2に設定した終点で接合用回転ツールFを表面10a側に相対移動させる。そして、表面10aに設定した終了位置で接合用回転ツールFを離脱させる。
When the rotating tool F for welding is made to make a round around the
以上説明した第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によっても、第二実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、補助部材50は円環状になっているため、補助部材配置工程を容易に行うことができる。
Also by the friction stir welding method according to the fourth embodiment described above, substantially the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Further, since the
なお、第三実施形態及び第四実施形態では、円筒状の金属部材40を用いたが、これに替えて円柱状又は板状の金属部材を用いてもよい。円柱状及び板状の金属部材を図8の(a)に示す金属部材10に突き合わせる場合、貫通孔11は当該金属部材で覆われることになる。また、円筒状の金属部材40に替えて他の平面形状を呈する筒状の金属部材を用いてもよい。
In the third embodiment and the fourth embodiment, the
10 金属部材
11 貫通孔
20 金属部材
30 第一補助部材(補助部材)
31 第二補助部材(補助部材)
40 金属部材
50 補助部材
F 接合用回転ツール
J1 突合せ部
J2 突合せ部
U 溶接金属
W 塑性化領域
DESCRIPTION OF
31 Second auxiliary member (auxiliary member)
40
Claims (12)
一方の前記金属部材と他方の前記金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記突合せ部に対して他方の前記金属部材の周方向に亘って肉盛溶接を施し、前記金属部材同士の内隅を溶接金属で覆う肉盛溶接工程と、
回転した前記攪拌ピンを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記溶接金属及び前記金属部材同士に接触させた状態で、他方の前記金属部材の周方向に亘って前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、
前記回転ツールの攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、
前記接合工程において、前記回転ツールを右回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて左回りに形成させ、
前記回転ツールを左回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて右回りに形成させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 A friction stir welding method for joining two metal members having different shapes of surfaces to be abutted using a rotary tool equipped with a stirring pin,
A butting step of butting one metal member and the other metal member to form a butting portion;
Overlay welding process is performed over the circumferential direction of the other metal member to the butting portion, and the inner corner of the metal members is covered with a weld metal,
The rotated stirring pin is inserted into the inner corner, and only the stirring pin is brought into contact with the weld metal and the metal members, and the frictional stirring of the butt portion is performed over the circumferential direction of the other metal member. look including a, a bonding step of performing,
A spiral groove is engraved on the outer peripheral surface of the stirring pin of the rotating tool,
In the joining step, when the rotating tool is rotated to the right, the spiral groove is formed counterclockwise from the proximal end side toward the distal end side,
In the case of rotating the rotating tool counterclockwise, the spiral stir welding method is characterized in that the spiral groove is formed in a clockwise direction from the proximal end side toward the distal end side .
一方の前記金属部材と他方の前記金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記突合せ部に対して他方の前記金属部材の周方向に亘って補助部材を配置し、前記金属部材同士の内隅を前記補助部材で覆う補助部材配置工程と、
回転した前記攪拌ピンを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記金属部材同士に接触させた状態で、他方の前記金属部材の周方向に亘って前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、
前記回転ツールの攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、
前記接合工程において、前記回転ツールを右回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて左回りに形成させ、
前記回転ツールを左回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて右回りに形成させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 A friction stir welding method for joining two metal members having different shapes of surfaces to be abutted using a rotary tool equipped with a stirring pin,
A butting step of butting one metal member and the other metal member to form a butting portion;
An auxiliary member is arranged over the circumferential direction of the other metal member with respect to the abutting portion, and an auxiliary member arranging step of covering inner corners of the metal members with the auxiliary member;
The rotated stirring pin is inserted into the inner corner, and only the stirring pin is brought into contact with the auxiliary member and the metal member, and the frictional stirring of the butt portion is performed over the circumferential direction of the other metal member. look including a, a bonding step of performing,
A spiral groove is engraved on the outer peripheral surface of the stirring pin of the rotating tool,
In the joining step, when the rotating tool is rotated to the right, the spiral groove is formed counterclockwise from the proximal end side toward the distal end side,
In the case of rotating the rotating tool counterclockwise, the spiral stir welding method is characterized in that the spiral groove is formed in a clockwise direction from the proximal end side toward the distal end side .
前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面とを突き合わせることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の摩擦攪拌接合方法。 Each of the metal members has a plate shape,
3. The friction stir welding method according to claim 1, wherein, in the butting step, the front surface of one of the metal members and the back surface of the other metal member are butted.
他方の前記金属部材は、円柱状を呈し、
前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の摩擦攪拌接合方法。 One of the metal members has a plate shape,
The other metal member has a cylindrical shape,
The friction stir welding method according to claim 1 or 2, wherein, in the butting step, the surface of one of the metal members and the end surface of the other metal member are butted.
他方の前記金属部材は、筒状を呈し、
前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の摩擦攪拌接合方法。 One of the metal members has a plate shape,
The other metal member has a cylindrical shape,
The friction stir welding method according to claim 1 or 2, wherein, in the butting step, the surface of one of the metal members and the end surface of the other metal member are butted.
他方の前記金属部材は、円筒状を呈し、
前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の摩擦攪拌接合方法。 One of the metal members has a plate shape,
The other metal member has a cylindrical shape,
The friction stir welding method according to claim 1 or 2, wherein, in the butting step, the surface of one of the metal members and the end surface of the other metal member are butted.
前記突合せ工程では、前記貫通孔を他方の前記金属部材で覆うことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。 A through hole is formed in one of the metal members,
5. The friction stir welding method according to claim 1, wherein in the butting step, the through hole is covered with the other metal member.
前記突合せ工程では、前記貫通孔と他方の前記金属部材の中空部とを連通させることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の摩擦攪拌接合方法。 A through hole is formed in one of the metal members,
The friction stir welding method according to claim 5 or 6, wherein in the butting step, the through hole and the hollow portion of the other metal member are communicated with each other.
前記金属部材同士を角度をつけて突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、A butting step of butting the metal members at an angle to form a butting portion;
前記突合せ工程で形成された前記金属部材同士の内隅に肉盛溶接を施して溶接金属で前記内隅を覆う肉盛溶接工程と、Overlay welding step of performing overlay welding on inner corners of the metal members formed in the butting step and covering the inner corner with weld metal,
回転した前記攪拌ピンのみを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記溶接金属及び前記金属部材同士に接触させた状態で、前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、Inserting only the rotated stirring pin into the inner corner, and in a state where only the stirring pin is in contact with the weld metal and the metal members, a joining step of performing frictional stirring of the butt portion,
前記回転ツールの攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、A spiral groove is engraved on the outer peripheral surface of the stirring pin of the rotating tool,
前記接合工程において、前記回転ツールを右回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて左回りに形成させ、In the joining step, when the rotating tool is rotated to the right, the spiral groove is formed counterclockwise from the proximal end side toward the distal end side,
前記回転ツールを左回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて右回りに形成させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。In the case of rotating the rotating tool counterclockwise, the spiral stir welding method is characterized in that the spiral groove is formed in a clockwise direction from the proximal end side toward the distal end side.
前記金属部材同士を角度をつけて突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、A butting step of butting the metal members at an angle to form a butting portion;
前記突合せ工程で形成された前記金属部材同士の内隅に補助部材を配置する補助部材配置工程と、An auxiliary member arranging step of arranging an auxiliary member at an inner corner between the metal members formed in the butt step;
回転した前記攪拌ピンのみを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記金属部材同士に接触させた状態で、前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、Inserting only the agitated pin that has been rotated into the inner corner, and in a state where only the agitating pin is in contact with the auxiliary member and the metal member, a joining step of performing frictional agitation of the butted portion,
前記回転ツールの攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、A spiral groove is engraved on the outer peripheral surface of the stirring pin of the rotating tool,
前記接合工程において、前記回転ツールを右回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて左回りに形成させ、In the joining step, when the rotating tool is rotated to the right, the spiral groove is formed counterclockwise from the proximal end side toward the distal end side,
前記回転ツールを左回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて右回りに形成させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。In the case of rotating the rotating tool counterclockwise, the spiral stir welding method is characterized in that the spiral groove is formed in a clockwise direction from the proximal end side toward the distal end side.
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