JP6059649B2 - Double-side friction stir welding method and double-side friction stir welding apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、アルミ部材等の金属板を突き合わせて、その合わせ面に沿って摩擦熱による撹拌接合(FSW)を行う両面摩擦撹拌方法及び両面摩擦撹拌接合装置に関し、特に両面摩擦撹拌接合ツールを用いて、長尺のアルミ部材等についても、高品質で効率のよい接合を行うための両面摩擦撹拌接合方法及びこれを実施するための両面摩擦撹拌接合装置に関する。   The present invention relates to a double-sided friction stir welding apparatus and a double-sided friction stir welding apparatus, in which a metal plate such as an aluminum member is abutted, and stir welding (FSW) is performed by frictional heat along the mating surface, and particularly a double-sided friction stir welding tool is used. In addition, the present invention also relates to a double-sided friction stir welding method for performing high-quality and efficient joining, and a double-sided friction stir welding apparatus for carrying out the same for a long aluminum member or the like.

下記特許文献1、2には、相対向する摩擦撹拌接合ツールを使用して、互いに突き合わされた2つのアルミ部材の突き合わせ部に沿って、従来の接合速度より高速で撹拌接合を行う両面摩擦撹拌接合装置が開示されている。
このような摩擦撹拌接合ツールの一方は大径のショルダ部と、このショルダ部に同軸であって、アルミ部材の合わせ面へ挿入する側の端面に小径のプローブを備えている。アルミ部材の突き合わせ部を挟んで対向するように配置される他方の摩擦撹拌接合ツールは、一方の摩擦撹拌接合ツールのプローブより実質的に大きい径を有する凹部を備えている。
In the following Patent Documents 1 and 2, double-sided friction stir welding is performed at a speed higher than the conventional joining speed along the abutting portion of two aluminum members abutted against each other by using the friction stir welding tools facing each other. A joining apparatus is disclosed.
One of such friction stir welding tools includes a large-diameter shoulder portion and a small-diameter probe on the end surface on the side that is coaxial with the shoulder portion and is inserted into the mating surface of the aluminum member. The other friction stir welding tool disposed so as to face each other with the butted portion of the aluminum member interposed therebetween has a recess having a diameter substantially larger than that of the probe of the one friction stir welding tool.

これら2つの摩擦撹拌接合ツールをアルミ部材の突き合わせ部に対し、表面と裏面から挟み込む状態で回転させながら挿入し、突き合わせ部に摩擦に伴う熱量を与えることで撹拌接合を行う。
このように、摩擦撹拌接合ツールを用いた撹拌接合では、両面から回転するツールを挿入することにより、従来の摩擦撹拌接合に比べ大量の熱量を投入することができ、接合速度の高速化が可能となっている。
These two friction stir welding tools are inserted into the abutting portion of the aluminum member while being rotated in a state of being sandwiched from the front surface and the back surface, and stir welding is performed by giving heat to the abutting portion due to friction.
In this way, in the stir welding using the friction stir welding tool, by inserting a tool that rotates from both sides, a large amount of heat can be input compared to the conventional friction stir welding, and the joining speed can be increased. It has become.

特許文献3には、突合せ状態に配置した2個のアルミニウム材からなる接合部材の突合せ部に、仮付接合用接合ツールの周縁部のみを押し付け、周縁部との接触部を摩擦熱にて軟化させ撹拌しながら、周縁部を押付け状態で突合せ部に沿って相対的に移動させることにより、接合部材を突合せ部において仮付接合することが記載されている。   In Patent Document 3, only the peripheral part of the joining tool for temporary joining is pressed against the butt part of the joining member made of two aluminum materials arranged in the butt state, and the contact part with the peripheral part is softened by frictional heat. It is described that the joining member is temporarily joined at the abutting portion by relatively moving the peripheral portion along the abutting portion in a pressed state while stirring.

また、特許文献4には、板材の摩擦撹拌接合のための摩擦撹拌接合による仮付け方法について、連続摩擦撹拌接合の終端側から始端側に向かってバックステップしながら所定のピッチで仮付け摩擦撹拌接合を行うことが記載されている。   Further, Patent Document 4 discloses a temporary attachment method using a friction stir welding for friction stir welding of plate materials at a predetermined pitch while backstepping from the end side to the start side of the continuous friction stir welding. It is described that bonding is performed.

特許第4838385号公報Japanese Patent No. 4838385 特許第4838388号公報Japanese Patent No. 4838388 特開2000−94156号公報JP 2000-94156 A 特開2002−1551号公報JP 2002-1551 A

図1は、従来の両面摩擦撹拌接合装置を用いた撹拌接合の概略図である。両面摩擦撹拌接合装置は、大径のショルダ部41とその端部に小径のプローブ42を備える上側摩擦撹拌接合ツール40と、このプローブ42より実質的に大きい径の凹部52を有するショルダ部51を備えた下側摩擦撹拌接合ツール50からなる。なお、図1中、θ、θは、上側摩擦撹拌接合ツール40及び下側摩擦撹拌接合ツール50の接合方向に対する後傾角度である。 FIG. 1 is a schematic view of stir welding using a conventional double-side friction stir welding apparatus. The double-sided friction stir welding apparatus includes a shoulder portion 51 having a large-diameter shoulder portion 41 and an upper friction stir welding tool 40 having a small-diameter probe 42 at an end thereof, and a concave portion 52 having a diameter substantially larger than the probe 42. It comprises a lower friction stir welding tool 50 provided. In FIG. 1, θ 1 and θ 2 are rearward tilt angles with respect to the joining direction of the upper friction stir welding tool 40 and the lower friction stir welding tool 50.

接合時は、両摩擦撹拌接合ツール40、50を互いに逆方向に回転させた状態で、プローブ42の軸線を突き合わせたアルミ部材10、20の接合部の合わせ面に合致するように位置決めして、両摩擦撹拌接合ツール40、50を挟圧させながら、図2に示すように、合わせ面に沿って上下の摩擦撹拌接合ツール40、50を移動させて摩擦撹拌接合を行う。   At the time of joining, in a state where the two friction stir welding tools 40, 50 are rotated in opposite directions, positioning is performed so as to match the mating surface of the joining portion of the aluminum members 10, 20 where the axes of the probes 42 are abutted, As shown in FIG. 2, the upper and lower friction stir welding tools 40 and 50 are moved along the mating surfaces while the friction stir welding tools 40 and 50 are clamped, and the friction stir welding is performed.

こうした両面摩擦撹拌接合装置を用いてアルミ部材の接合を行うことで、従来の摩擦撹拌接合とは異なり、アルミ部材10、20の表裏両面から、上側摩擦撹拌接合ツール40のショルダ部41、プローブ42、及び下側摩擦撹拌接合ツール50のショルダ部51の回転により発生する摩擦熱が投入されるため、入熱量が多く、接合速度が高速で、しかも、合わせ面全面を強固に接合することが可能となる。   By joining the aluminum member using such a double-sided friction stir welding apparatus, unlike the conventional friction stir welding, the shoulder portion 41 and the probe 42 of the upper friction stir welding tool 40 can be seen from both the front and back surfaces of the aluminum members 10 and 20. Because the frictional heat generated by the rotation of the shoulder 51 of the lower friction stir welding tool 50 is input, the amount of heat input is high, the joining speed is high, and the entire mating surfaces can be joined firmly. It becomes.

図2は、両面摩擦撹拌接合装置により接合されたアルミ部材10、20の接合部30の断面である。アルミ部材10、20の表裏両面から上側摩擦撹拌接合ツール40のショルダ部41、下側摩擦撹拌接合ツール50のショルダ部51を挟圧しながら、上側摩擦撹拌接合ツール40のプローブ42が合わせ面全面を撹拌接合するので、接合部30の断面はアルミ部材10、20の板厚方向に対称的な形状になり、接合強度に優れ、しかも、高品位の接合面を得ることができる。   FIG. 2 is a cross section of the joint portion 30 of the aluminum members 10 and 20 joined by the double-side friction stir welding apparatus. While clamping the shoulder 41 of the upper friction stir welding tool 40 and the shoulder 51 of the lower friction stir welding tool 50 from both the front and back surfaces of the aluminum members 10 and 20, the probe 42 of the upper friction stir welding tool 40 covers the entire mating surface. Since the agitation joining is performed, the cross section of the joining portion 30 has a symmetrical shape in the plate thickness direction of the aluminum members 10 and 20, and the joining strength is excellent, and a high-quality joining surface can be obtained.

このように、両面摩擦撹拌接合装置は、高速で高品位の撹拌接合を可能するという優れた特徴を有する。しかしながら、接合速度の高速化の副作用として、走行抵抗が大きくなりこれに伴いアルミ部材10、20の突き合わせ面を押し広げる方向に強力な拡開力が発生する。
このため、図3の70に示すような隙間が発生し、場合によっては、突き合わせ部の隙間70が許容以上になり、十分な摩擦撹拌接合が行われず、接合部に欠陥が発生する場合がある。
Thus, the double-sided friction stir welding apparatus has an excellent feature that enables high-quality stir welding at high speed. However, as a side effect of increasing the joining speed, the running resistance increases, and accordingly, a strong spreading force is generated in the direction of expanding the butted surfaces of the aluminum members 10 and 20.
For this reason, a gap as shown by 70 in FIG. 3 is generated, and in some cases, the gap 70 at the abutting portion becomes more than allowable, and sufficient friction stir welding is not performed, and a defect may occur in the bonded portion. .

そこで、従来は、特許文献1、2に示されるように、各アルミ部材10、20の合わせ面両側を強固に把持した状態で、上下両摩擦撹拌接合ツール40、50を合わせ面に沿って移動させることにより、摩擦撹拌接合を行っている。このため、各アルミ部材10、20の合わせ面全長にわたり、強力に把持するための一対の上下把持装置を必要とし、摩擦撹拌接合設備の大型化、コストアップを招いていた。   Therefore, conventionally, as shown in Patent Documents 1 and 2, the upper and lower friction stir welding tools 40 and 50 are moved along the mating surfaces while firmly gripping both sides of the mating surfaces of the aluminum members 10 and 20. Thus, friction stir welding is performed. For this reason, a pair of upper and lower gripping devices for gripping strongly over the entire length of the mating surfaces of the aluminum members 10 and 20 are required, leading to an increase in size and cost of friction stir welding equipment.

しかも、連続して撹拌接合できる長さは、上下把持装置の合わせ面方向の長さが限度となるため、鉄道車両の構体に用いられるような20m〜25mにも及ぶ長尺のアルミ材を連続して接合することができないという問題があった。
このため、上記特許文献3には、突き合わせる両アルミ部材の外側に垂直方向のリブをそれぞれ設け、このリブを案内ローラにより案内させることで、両者の突き合わせを保持しながら両アルミ部材を搬送し、仮接合用の摩擦撹拌接合ツールで仮接合し、後段の摩擦撹拌接合ツールで、同時に本接合を行うことが示されている。
In addition, the length that can be continuously stirred and joined is limited by the length in the mating surface direction of the upper and lower gripping devices. Therefore, a long aluminum material as long as 20 m to 25 m that is used for the structure of a railway vehicle is continuously used. There was a problem that it could not be joined.
For this reason, in Patent Document 3 described above, vertical ribs are provided on the outer sides of both aluminum members to be abutted, and the ribs are guided by a guide roller so that both aluminum members are conveyed while maintaining the abutting of both. It is shown that temporary joining is performed with a friction stir welding tool for temporary joining, and main joining is simultaneously performed with a subsequent friction stir welding tool.

しかし、この先行技術では、両アルミ部材の外側に垂直方向のリブを形成する必要があり、接合後平板とするためには、このリブを切除する必要があるため、製造コストが高くなってしまい、しかも、不要なアルミ部材が大量に発生する可能性がある。
また、長尺材では、前後の受けローラーの上流側、下流側にそれぞれ全長にわたり両アルミ部材を支持する支持台を設けないと、アルミ部材にたわみが発生し、製品の品位を低下させることになる。加えて、仮接合用の摩擦撹拌接合ツールを備えた仮接合装置と、本接合用の摩擦撹拌接合ツールを備えた本接合装置の双方を備える必要があり、接合設備自体の高コスト化を招く可能性がある。
However, in this prior art, it is necessary to form vertical ribs on the outside of both aluminum members, and in order to form a flat plate after joining, it is necessary to cut out the ribs, resulting in an increase in manufacturing cost. Moreover, a large amount of unnecessary aluminum members may be generated.
Also, with long materials, if there is no support base for supporting both aluminum members over the entire length on the upstream side and downstream side of the front and rear receiving rollers, the aluminum member will bend and the product quality will be reduced. Become. In addition, it is necessary to provide both a temporary joining apparatus provided with a friction stir welding tool for temporary joining and a main joining apparatus provided with a friction stir welding tool for main joining, resulting in high cost of the joining equipment itself. there is a possibility.

また、上記特許文献4には、連続摩擦撹拌接合の終端側から始端側に向かってバックステップしながら所定のピッチで仮付け摩擦撹拌接合を行うことが記載されているが、仮付け時と本接合時の開先の拡大を抑制することを主題としており、バックステップにより仮接合工程に時間を要する。しかも、仮接合が本接合と同じ接合工具を用いて断続的に行われるため、各仮接合点の接合強度を高めざるを得ず、やはり各仮接合点において大きな拡開力が発生する。   Further, Patent Document 4 describes that temporary friction stir welding is performed at a predetermined pitch while backstepping from the end side to the start side of continuous friction stir welding. The theme is to suppress the expansion of the groove at the time of joining, and the temporary joining process takes time due to the back step. And since temporary joining is intermittently performed using the same joining tool as this joining, the joint intensity | strength of each temporary joining point must be raised, and also a big expansion force generate | occur | produces in each temporary joining point.

そこで、例えば、アルミ部材を互いに台座上で突き合わせ、合わせ面の反対側側面をクランプ装置で固定した状態で、合わせ面を、拡開力が作用しないMIG溶接等のアーク溶接により断続的に仮接合溶接することにより、強固な把持装置等を使用することなく、両面摩擦撹拌による本接合時に合わせ面の拡開を防止することが考えられる。   Therefore, for example, in a state where the aluminum members are abutted with each other on the pedestal, and the opposite side surface of the mating surface is fixed by the clamp device, the mating surface is intermittently temporarily joined by arc welding such as MIG welding in which the spreading force does not act. By welding, it is conceivable to prevent expansion of the mating surface during the main joining by double-side frictional stirring without using a strong gripping device or the like.

しかし、このような仮接合溶接によるものでは、アーク溶接装置を別途設けて、本接合の前工程で仮接合を行う必要がある。
このため、やはり接合設備のコストアップを招くとともに、作業者による段取りを要し、連続的な接合を行うことができず、両面摩擦撹拌接合装置本来の特徴を活かすことができない。
However, in such temporary joining welding, it is necessary to provide an arc welding apparatus separately and perform temporary joining in the pre-process of the main joining.
For this reason, the cost of the joining equipment is also increased, setup by the operator is required, continuous joining cannot be performed, and the original characteristics of the double-side friction stir welding apparatus cannot be utilized.

しかも、アーク溶接による仮接合部には、大きな熱負荷が加えられるとともに、溶融されたアルミ材に溶接棒の金属組成が混入した状態で固化してしまう。
このため、図4に示すように、本接合時、両面摩擦撹拌接合により、合わせ面に沿って高速で撹拌接合する際、アーク溶接による仮接合部31を通過する際に、図5に示すように、撹拌不良による欠陥部32や接合品位の低下が発生する可能性がきわめて高くなってしまう。
In addition, a large heat load is applied to the temporary joint by arc welding, and the molten aluminum material is solidified in a state where the metal composition of the welding rod is mixed.
For this reason, as shown in FIG. 4, as shown in FIG. 5, at the time of the main joining, at the time of the stir welding at high speed along the mating surfaces by the double-side friction stir welding, when passing through the temporary joining portion 31 by arc welding. In addition, there is an extremely high possibility that the defective portion 32 and the bonding quality are lowered due to poor stirring.

こうした接合不良、接合品位の低下を最小限にするためには、アーク溶接を必要最小限にとどめる必要があり、アルミ部材の合わせ面の厚さや、接合長さに応じて、どのような間隔で、どの程度の強度で仮接合溶接を行えばよいかの判断を、作業者の高い技量に依存せざるを得ないという問題がある。   In order to minimize such poor bonding and deterioration in bonding quality, it is necessary to minimize arc welding, and at any intervals depending on the thickness of the mating surfaces of the aluminum members and the bonding length. However, there is a problem that the determination of what strength should be used for temporary joint welding must depend on the high skill of the operator.

そこで、本発明の目的は、仮接合溶接を行うための特別な装置を設けることなく、しかも、作業者の高い技量に依存することなく、摩擦撹拌接合による必要最小限の仮接合と本接合を連続的に行えるようにすることにより、上記の問題を解決することにある。   Therefore, the object of the present invention is to provide the minimum necessary temporary joining and the main joining by friction stir welding without providing a special device for performing temporary joining welding and without depending on the high skill of the operator. It is to solve the above-mentioned problem by making it possible to perform continuously.

上記の課題を解決するため、本発明においては、両面摩擦撹拌接合装置を用いた両面摩擦撹拌接合により、必要最小限の仮接合を行い、合わせ面の全面を撹拌接合する次工程の本接合時に、発生する拡開力に対抗して合わせ面を保持するのに必要最小限の接合強度を実現する。
より具体的には、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、本発明の摩擦撹拌接合方法は、2枚の金属板の接合部の表面側と裏面側に、第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールを相対向するように配置し、この第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールにより前記接合部を摩擦撹拌し、前記2枚の金属板を接合する両面摩擦撹拌接合方法において、第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールとして、摩擦撹拌時に所望の撹拌深度が得られる摩擦撹拌接合ツールを選択し、前記接合部の表面側と裏面側を押圧した状態で、接合部に沿って、前記摩擦撹拌接合ツールと前記接合部とを相対的に移動させ、連続的に仮接合する第1の接合工程と、第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールとして、ショルダ部と該ショルダ部から突出するプローブを備えた摩擦撹拌接合ツールと、前記2枚の金属板の接合時に前記プローブを収納する少なくとも1つの凹み部とを有する摩擦撹拌接合ツールの組み合わせを選択し、前記接合部の表面側と裏面側を押圧した状態で、接合部に沿って、移動させ、連続的に本接合する第2の接合工程とからなる。
In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, the double-sided friction stir welding using a double-sided friction stir welding apparatus is used to perform the minimum necessary temporary joining, and at the time of the main joining in the next step of stirring the entire mating surface. This realizes the minimum bonding strength required to hold the mating surface against the spreading force generated.
More specifically, for example, the configuration described in the claims is adopted. The present invention includes a plurality of means for solving the above-described problems. To give an example, the friction stir welding method of the present invention includes the first and second surfaces of the joint portion of the two metal plates on the first side and the rear side. And the second friction stir welding tool are arranged so as to oppose each other, and the first and second friction stir welding tools are used to friction stir the joint, thereby joining the two metal plates. In the method, as the first and second friction stir welding tools, a friction stir welding tool capable of obtaining a desired depth of stirring at the time of friction stirring is selected, and in the state where the front side and the back side of the joint are pressed, The friction stir welding tool and the joint are relatively moved along the first joining step for continuous temporary joining, and as the first and second friction stir welding tools, the shoulder part and the Provided with a probe protruding from the shoulder A combination of the friction stir welding tool and the friction stir welding tool having at least one recess for housing the probe when joining the two metal plates, and pressing the front side and the back side of the joint In this state, the second joining step is performed by moving along the joining portion and continuously performing the main joining.

また、上記の摩擦撹拌接合方法を効率よく行うための本発明の両面摩擦撹拌接合装置は、2枚の金属板の接合部の表面側と裏面側に、第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールを相対向するように配置し、この第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールにより前記接合部を摩擦撹拌し、前記2枚の金属板を接合する両面摩擦撹拌接合装置において、前記2枚の金属板の接合部の表面側と裏面側に相対向するように装着した前記第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールを回転駆動するツール回転駆動装置と、前記ツール回転駆動装置に装着した前記第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールを互いに近づく方向に移動して、前記第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールを前記金属板の接合部の表面側と裏面側に押圧するツール押圧装置と、前記ツール回転駆動装置に装着した前記第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールと前記接合部とを相対的に移動させる移動装置と、前記第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールの交換機能とを有し、前記第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールとして、摩擦撹拌時に所望の撹拌深度が得られる仮接合用の摩擦撹拌接合ツールが装着された際には、予め定められた撹拌深度で、前記2枚の金属板の合わせ面を連続的に仮接合するとともに、前記第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールとして、ショルダ部と該ショルダ部から突出するプローブを備えた摩擦撹拌接合ツールと、前記2枚の金属板の接合時に前記プローブを収納する少なくとも1つの凹み部とを有する、本接合用の摩擦撹拌接合ツールが装着された際には、前記2枚の金属板の合わせ面を連続的に本接合するよう、前記ツール押圧装置と前記移動装置を制御する接合制御装置とを具備する。   Moreover, the double-sided friction stir welding apparatus of the present invention for efficiently performing the above-described friction stir welding method includes a first friction stir welding tool and a second friction stir welding tool on the front side and the back side of the joining part of two metal plates. In the double-sided friction stir welding apparatus for joining the two metal plates by friction stir of the joint by using the first and second friction stir welding tools. A tool rotation driving device that rotationally drives the first and second friction stir welding tools mounted so as to face the front surface side and the back surface side of the bonding portion of the plate, and the first device mounted on the tool rotation driving device. And a tool pressing device that moves the second friction stir welding tool in a direction approaching each other and presses the first and second friction stir welding tools against the front surface side and the back surface side of the joint portion of the metal plate, and Attached to the tool rotation drive A moving device that relatively moves the first and second friction stir welding tools and the joint; and an exchange function of the first and second friction stir welding tools; When the friction stir welding tool for temporary joining that provides a desired stirring depth during friction stirring is installed as the friction stir welding tool of No. 2, the two metal plates are aligned at a predetermined stirring depth. Friction stir welding tool having a shoulder portion and a probe projecting from the shoulder portion as the first and second friction stir welding tools, and joining the two metal plates When a friction stir welding tool for main joining, sometimes having at least one recess for housing the probe, is mounted, the mating surfaces of the two metal plates are continuously main joined. Tool pressing equipment ; And a and joining controller for controlling the mobile device.

本発明によれば、2枚の金属板の合わせ面を両面摩擦撹拌接合により本接合を行うのに先だって、同じ両面摩擦撹拌接合装置を利用して、予め、本接合時に発生する拡開力に耐え得る必要最小限の摩擦撹拌深度が得られる仮接合用の摩擦撹拌接合ツールにより、合わせ面の上下両面から仮接合を短時間で効率よく行うことができる。
これにより、作業者の技量に依存することなく、摩擦撹拌接合により本接合を行う際に発生する拡開力に抗して、金属板の突き合わせを常時最適な状態に保持することができる。
しかも、片面のみの仮接合と比較して仮接合量を必要最小限にできるとともに、金属板に不純物や過度な温度負荷を与えることがないので、本接合時の摩擦撹拌接合に何ら影響を及ぼすことがなく、高品位の接合を実現することができる。
According to the present invention, prior to performing the main joining of the joining surfaces of the two metal plates by the double-side friction stir welding, the same double-side friction stir welding apparatus is used in advance for the expansion force generated during the main joining. With the friction stir welding tool for temporary joining that can obtain the minimum necessary friction stirring depth that can be withstood, temporary joining can be efficiently performed in a short time from both the upper and lower surfaces of the mating surfaces.
Thereby, it is possible to always keep the butt of the metal plates in an optimum state against the spreading force generated when performing the main joining by the friction stir welding without depending on the skill of the operator.
In addition, the amount of provisional joining can be minimized as compared with provisional joining only on one side, and impurities and excessive temperature load are not applied to the metal plate. And high-quality bonding can be realized.

図1は、従来の両面摩擦撹拌接合ツールの概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a conventional double-side friction stir welding tool. 図2は、両面摩擦撹拌接合による接合部断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a joint portion by double-side friction stir welding. 図3は、従来の両面摩擦撹拌接合用工具を用いた撹拌接合の概略図である。FIG. 3 is a schematic view of stir welding using a conventional double-side friction stir welding tool. 図4は、MIG溶接による仮接合後に、両面摩擦撹拌接合装置で本接合を行う場合の概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram in the case where the main joining is performed by the double-side friction stir welding apparatus after the temporary joining by MIG welding. 図5は、MIG溶接による仮接合部を両面摩擦撹拌接合で本接合した場合に発生する欠陥部を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a defect portion that occurs when a temporary joint portion by MIG welding is subjected to main joining by double-side friction stir welding. 図6は、実施例1に基づく両面摩擦撹拌接合装置の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a double-sided friction stir welding apparatus based on Example 1. 図7は、実施例1に基づいて仮接合を開始する際の状態を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a state when temporary bonding is started based on the first embodiment. 図8は、実施例1で使用する仮接合用の摩擦撹拌接合ツールの第1の例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a first example of the temporary stir friction stir welding tool used in the first embodiment. 図9は、図8の摩擦撹拌接合ツールにより形成される仮付け接合部の断面を示す図である。FIG. 9 is a view showing a cross-section of a tack joint formed by the friction stir welding tool of FIG. 図10は、実施例1で使用する仮接合用の摩擦撹拌接合ツールの第2の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a second example of the friction stir welding tool for temporary joining used in the first embodiment. 図11は、図10の摩擦撹拌接合ツールにより形成された仮接合部の断面を示す図である。FIG. 11 is a view showing a cross section of a temporary joint formed by the friction stir welding tool of FIG. 図12は、実施例2に基づく両面摩擦撹拌接合装置をアルミニウム部材の長手方向からみた正面図である。FIG. 12 is a front view of the double-sided friction stir welding apparatus according to Example 2 as viewed from the longitudinal direction of the aluminum member. 図13は、実施例2に基づく両面摩擦撹拌接合装置の平面図である。FIG. 13 is a plan view of a double-sided friction stir welding apparatus based on the second embodiment. 図14は、実施例3に基づく両面摩擦撹拌接合装置をアルミニウム部材の長手方向からみた正面図である。FIG. 14: is the front view which looked at the double-sided friction stir welding apparatus based on Example 3 from the longitudinal direction of the aluminum member. 図15は、実施例3に基づく両面摩擦撹拌接合装置の平面図である。FIG. 15 is a plan view of a double-sided friction stir welding apparatus based on the third embodiment. 図16は、実施例4に基づく両面摩擦撹拌接合装置をアルミニウム部材の長手方向からみた正面図である。FIG. 16: is the front view which looked at the double-sided friction stir welding apparatus based on Example 4 from the longitudinal direction of the aluminum member. 図17は、実施例4に基づく両面摩擦撹拌接合装置の平面図である。FIG. 17 is a plan view of a double-sided friction stir welding apparatus based on the fourth embodiment. 図18は、実施例5に基づく両面摩擦撹拌接合装置をアルミニウム部材の長手方向からみた正面図である。FIG. 18 is a front view of the double-sided friction stir welding apparatus according to Example 5 as viewed from the longitudinal direction of the aluminum member. 図19は、実施例5に基づく両面摩擦撹拌接合装置の平面図である。FIG. 19 is a plan view of a double-sided friction stir welding apparatus based on the fifth embodiment.

以下、図6〜図19を用いて本発明の実施例を説明する。なお、従来の両面摩擦撹拌接合装置と共通するものに関しては、同じ符号を付し、説明を省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. In addition, about the same thing as the conventional double-sided friction stir welding apparatus, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

[実施例1]
図6は、本実施例の全体概略図であり、特に2枚の長尺材の接合を効率よく行うための両面摩擦撹拌接合装置を示している。
前述のように、特に長尺材の場合には、本接合時に作用する強力な拡開力に耐えるとともに、アルミ部材を塑性変形させないよう、長尺材の全長にわたり、その端面及び全面を強力に拘束できる大型設備を用いない限り、1つの工程で本接合を行うことは不可能である。
[Example 1]
FIG. 6 is an overall schematic diagram of the present embodiment, and particularly shows a double-sided friction stir welding apparatus for efficiently joining two long materials.
As described above, particularly in the case of a long material, the end face and the entire surface of the long material are strengthened over the entire length of the long material in order to withstand the strong spreading force acting during the main joining and to prevent plastic deformation of the aluminum member. Unless a large facility that can be restrained is used, it is impossible to perform the main joining in one step.

そこで、本実施例の両面摩擦撹拌接合装置は、金属板としての長尺のアルミ部材10、20のそれぞれを長手方向全体にわたり載置できる2つのテーブル100A、100Bを設置し、金属板としてのアルミ部材10、20を突き合わせた状態で、その両外側端面を、一定間隔おきに配置した拘束装置60により拘束できるようになっている。両テーブル100A、100Bの間には、アルミ部材10、20を突き合わせた接合部の合わせ面に沿って一定の間隔Dが設けられており、合わせ面の上方に位置する上側摩擦撹拌接合ツール40と、合わせ面の下方に下側摩擦撹拌接合ツール50が互いに対向するよう配置される。   Therefore, the double-sided friction stir welding apparatus of this embodiment is provided with two tables 100A and 100B on which each of the long aluminum members 10 and 20 as metal plates can be placed over the entire longitudinal direction, and aluminum as metal plates. In a state where the members 10 and 20 are brought into contact with each other, both outer end faces can be restrained by a restraining device 60 arranged at regular intervals. A constant distance D is provided between the tables 100A and 100B along the mating surface of the joint where the aluminum members 10 and 20 are abutted, and the upper friction stir welding tool 40 positioned above the mating surface and The lower friction stir welding tools 50 are disposed below the mating surfaces so as to face each other.

すなわち、両テーブル100A、100Bの上方には、上方レールが設置されており、上側摩擦撹拌接合ツール40は、その工具駆動モータを含め、上方レール上を走行する走行装置に取り付けられ多軸制御を行うNC制御装置(接合制御装置)により、アルミ部材10、20の合わせ面の直上方に沿って、移動位置が制御される。   That is, an upper rail is installed above both tables 100A and 100B, and the upper friction stir welding tool 40 including the tool drive motor is attached to a traveling device that travels on the upper rail and performs multi-axis control. The movement position is controlled along the position directly above the mating surfaces of the aluminum members 10 and 20 by the NC control device (bonding control device).

一方、両テーブル100A、100Bを設置する床面には、両テーブル間の間隙に沿って床面レールが設置されており、下側摩擦撹拌接合ツール50は、その工具駆動モータを含め、床面レール上を走行する走行装置に取り付けられている。NC制御装置によりこの走行装置を制御することにより、上側摩擦撹拌接合ツール40と同期して、常に最適な対向位置を維持しながら、アルミ部材10、20の合わせ面の直下方に沿って、移動位置が制御される。   On the other hand, on the floor surface on which both tables 100A and 100B are installed, a floor rail is installed along the gap between the two tables, and the lower friction stir welding tool 50 includes the tool drive motor and the floor surface. It is attached to a traveling device that travels on a rail. By controlling this traveling device by the NC control device, it moves along the position immediately below the mating surfaces of the aluminum members 10 and 20 while maintaining the optimal facing position in synchronization with the upper friction stir welding tool 40. The position is controlled.

なお、この実施例では、2つのテーブル100A、100Bを固定し、アルミ部材10、20の合わせ面に沿って、上側摩擦撹拌接合ツール40と下側摩擦撹拌接合ツール50が常に対向するよう、その移動位置を同期させた。しかし、これに限らず、上側摩擦撹拌接合ツール40と下側摩擦撹拌接合ツール50の両者を最適な対向位置で相対するよう固設し、両テーブル100A、100BをNC制御装置により制御される移動テーブルとして、拘束装置60により拘束されたアルミ部材10、20の合わせ面を、静止した上側摩擦撹拌接合ツール40と下側摩擦撹拌接合ツール50の対向位置に沿って移動させるようにしてもよい。   In this embodiment, the two tables 100A and 100B are fixed, and the upper friction stir welding tool 40 and the lower friction stir welding tool 50 are always opposed to each other along the mating surfaces of the aluminum members 10 and 20. The movement position was synchronized. However, the present invention is not limited to this, and both the upper friction stir welding tool 40 and the lower friction stir welding tool 50 are fixed so as to oppose each other at an optimum facing position, and both tables 100A and 100B are controlled by the NC control device. As a table, the mating surfaces of the aluminum members 10 and 20 restrained by the restraining device 60 may be moved along the opposing positions of the stationary upper friction stir welding tool 40 and the lower friction stir welding tool 50.

この場合でも、両面摩擦撹拌接合装置自体が、NC制御装置からの指令に対応して、上側摩擦撹拌接合ツール40と下側摩擦撹拌接合ツール50の位置調整機能を有していることはいうまでもない。この位置調整機能によって、接合に先立って、上側摩擦撹拌接合ツール40と下側摩擦撹拌接合ツール50の対向位置を、移動テーブル100A、100Bに拘束されたアルミ部材10、20の合わせ面に位置調整される。このことは他の実施例に関しても同様である。   Even in this case, it goes without saying that the double-side friction stir welding apparatus itself has a function of adjusting the positions of the upper friction stir welding tool 40 and the lower friction stir welding tool 50 in response to a command from the NC controller. Nor. By this position adjustment function, the position of the upper friction stir welding tool 40 and the lower friction stir welding tool 50 facing each other is adjusted to the mating surface of the aluminum members 10 and 20 constrained by the moving tables 100A and 100B. Is done. The same applies to the other embodiments.

さて、両面摩擦撹拌接合装置自体は、図1と同様の構造であるが、本実施例では、工具交換ツールなどを使用して、仮接合用の摩擦撹拌接合ツールと、本接合用の摩擦撹拌接合ツールを交換できるように構成されており、図7〜図11を用いて後述する仮接合モードと、本接合モードに応じて、撹拌深度を決定するため、各摩擦撹拌接合ツールの間隙、接合方向に対する後傾角度θ、θ(図8、10参照)を、NC制御装置により自動的に制御できるようになっている。なお、撹拌深度とは、仮接合用の摩擦撹拌接合ツールで合わせ面に沿って仮接合した際、合わせ面で双方のアルミ部材が撹拌されることにより形成された仮接合部の厚さ寸法を意味する。 Now, the double-sided friction stir welding apparatus itself has the same structure as that of FIG. 1, but in this embodiment, using a tool change tool or the like, a temporary stirring friction stir welding tool and a main joining friction stirrer are used. It is comprised so that a joining tool can be replaced | exchanged, In order to determine stirring depth according to the temporary joining mode mentioned later using FIGS. 7-11, and this joining mode, the gap | interval of each friction stir welding tool, joining The backward tilt angles θ 1 and θ 2 (see FIGS. 8 and 10) with respect to the direction can be automatically controlled by the NC control device. The agitation depth is the thickness dimension of the temporary joint formed by stirring both aluminum members at the mating surface when temporarily joining along the mating surface with a friction stir welding tool for temporary joining. means.

以下、両テーブル100A、100Bを固定し、仮接合用の摩擦撹拌接合ツールと、本接合用の摩擦撹拌接合ツールを切り替えて使用し、NC制御装置により、上下の摩擦撹拌接合ツールの対向位置を維持するよう、アルミ部材10、20の合わせ面に沿って同期させて移動させ、仮接合と本接合を順に行う場合を例にとり、アルミ部材の接合手順を説明する。   Hereinafter, both tables 100A and 100B are fixed, and the friction stir welding tool for temporary joining and the friction stir welding tool for main joining are switched and used, and the opposing positions of the upper and lower friction stir welding tools are controlled by the NC controller. The procedure for joining the aluminum members will be described by taking, as an example, a case in which the temporary joining and the main joining are sequentially performed along the mating surfaces of the aluminum members 10 and 20 so as to be maintained.

[ステップ1]
まず、両テーブル100A、100B上に長尺のアルミ部材10、20を搬送し、両者の合わせ面が、テーブル100A、100B間の間隙D中央部に一致するように位置決めする。
[Step 1]
First, the long aluminum members 10 and 20 are transported on both the tables 100A and 100B, and are positioned so that their mating surfaces coincide with the central portion of the gap D between the tables 100A and 100B.

[ステップ2]
次に、テーブル100A、100Bの長手方向両側に設けた拘束装置60により、アルミ部材10、20の両端面(反合わせ面側)を一定間隔毎に拘束する。
なお、この拘束装置60は、次工程の仮接合では、後述するように、必要最小限の撹拌深度で摩擦撹拌接合を行うため、発生する拡開力も必要最小限に抑制することができる。このため、仮接合時に発生する拡開力に合わせて、合わせ面に隙間が発生しないよう、両アルミ部材10、20の合わせ面と反対側の側面を保持するものであればよい。そこで、例えば、NC制御装置を用いたシーケンス制御により、拘束装置60を作動させる油圧あるいは電動アクチュエータを制御して拘束、解除の切り換えが行われるようにしている。
[Step 2]
Next, both end surfaces (counter mating surfaces) of the aluminum members 10 and 20 are restrained at regular intervals by restraining devices 60 provided on both longitudinal sides of the tables 100A and 100B.
In addition, since the restraint device 60 performs the friction stir welding at the minimum required stirring depth as will be described later in the temporary bonding in the next step, the expanding force generated can be suppressed to the minimum necessary. For this reason, what is necessary is just to hold | maintain the side surface on the opposite side to the mating surface of both the aluminum members 10 and 20 so that a clearance gap may not generate | occur | produce in a mating surface according to the expansion force generate | occur | produced at the time of temporary joining. Therefore, for example, by controlling the hydraulic pressure or electric actuator that operates the restraint device 60 by sequence control using the NC control device, switching between restraint and release is performed.

[ステップ3]
まず、両面摩擦撹拌接合装置に、摩擦撹拌接合ツールとして、図8、図10を用いて後述する仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80、90を装着し、図7に示すように、アルミ部材10、20の接合開始端部より手前で回転させた状態で接近させ、NC制御装置により、仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80、90の中心軸を、アルミ部材10、20を突き合わせ面の直上に位置決めする。
[Step 3]
First, friction stir welding tools 80 and 90 for temporary joining, which will be described later with reference to FIGS. 8 and 10, are attached to the double-side friction stir welding apparatus as shown in FIG. , 20 in the state of being rotated in front of the joining start end of the joint 20, the NC control device, the central axis of the friction stir welding tools 80, 90 for temporary joining, the aluminum members 10, 20 directly above the butted surface Position.

[ステップ4]
次に、仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80、90による仮接合時の摩擦撹拌深度と、合わせ面方向の接合速度の最適値を定める。
本接合時は、図1で説明した、ショルダ部41とその端部にプローブ42を備える上側摩擦撹拌接合ツール40と、このプローブ42より実質的に大きい径の凹部52を有するショルダ部51を備えた下側摩擦撹拌接合ツール50からなる摩擦撹拌接合ツールを用いて、プローブ42を合わせ面に貫通させ、その全面を摩擦撹拌接合する。
[Step 4]
Next, the optimum value of the friction stirring depth at the time of temporary joining by the friction stir welding tools 80 and 90 for temporary joining and the joining speed in the mating surface direction is determined.
At the time of the main joining, the shoulder portion 41 and the upper friction stir welding tool 40 having the probe 42 at the end thereof described in FIG. 1 and the shoulder portion 51 having the concave portion 52 having a diameter substantially larger than the probe 42 are provided. Using the friction stir welding tool composed of the lower friction stir welding tool 50, the probe 42 is passed through the mating surface, and the entire surface is friction stir welded.

このとき、上側摩擦撹拌接合ツール40のショルダ部41、プローブ42の径は、アルミ部材(アルミニウム合金)の材質毎に定まる幅方向の弾性係数と、その厚さに応じて選定される。そして、本接合時に作用する拡開力は、概ね、アルミ部材の厚さと、選定されたプローブ42の径、そして、上側摩擦撹拌接合ツール40及び下側摩擦撹拌接合ツール50を合わせ面に沿って移動させる際の速度、すなわち接合速度に依存する。そこで、予めアルミ部材の材質毎に、厚さ、選定されたプローブ42の径、そして、接合速度と、拡開力の関係をデータベース化しておく。
なお、実験結果では、同じ上側摩擦撹拌接合ツール40及び下側摩擦撹拌接合ツール50を用いた場合、本接合時に発生する拡開力は、接合速度にほぼ比例することが判明している。
At this time, the diameters of the shoulder portion 41 and the probe 42 of the upper friction stir welding tool 40 are selected according to the elastic modulus in the width direction determined for each material of the aluminum member (aluminum alloy) and the thickness thereof. The expansion force acting during the main joining generally follows the thickness of the aluminum member, the diameter of the selected probe 42, and the upper friction stir welding tool 40 and the lower friction stir welding tool 50 along the mating surfaces. It depends on the moving speed, that is, the joining speed. Therefore, the relationship between the thickness, the diameter of the selected probe 42, the joining speed, and the spreading force is previously stored in a database for each material of the aluminum member.
In the experimental results, it is found that when the same upper friction stir welding tool 40 and lower friction stir welding tool 50 are used, the spreading force generated during the main welding is substantially proportional to the welding speed.

一方、仮接合時は、後述するように、上側、下側摩擦撹拌接合ツールとして、プローブの高さが0を含め、板厚の1/2に満たないもの、しかも、これに伴いプローブの径が、本接合時に使用する上側摩擦撹拌接合ツール40のプローブ42の径より小径の摩擦撹拌接合ツールを用いて、合わせ面の上下を所望の撹拌深度で連続的に摩擦撹拌接合を行う。これにより得られる接合強度は、合わせ面上下に対する撹拌深度に依存する。なお、仮接合時の撹拌深度は、主としてプローブの高さによって所望の値を得ることができる。このため、プローブの高さ及び径を種々異なる摩擦撹拌接合ツールを選択したり、あるいは、プローブ高さを調整可能な摩擦撹拌接合ツールを用いることで、所望の撹拌深度を得ることができる。
薄いアルミ部材を本接合する際は、プローブの高さが0、すなわち、プローブレスの摩擦撹拌接合ツールを仮接合用の摩擦撹拌接合ツールとして選択することができる。
On the other hand, at the time of temporary joining, as will be described later, as the upper and lower friction stir welding tools, the height of the probe including zero is less than 1/2 of the plate thickness, and the probe diameter is accordingly increased. However, by using a friction stir welding tool having a diameter smaller than the diameter of the probe 42 of the upper friction stir welding tool 40 used at the time of the main joining, the friction stir welding is continuously performed at a desired stirring depth above and below the mating surfaces. The bonding strength obtained by this depends on the stirring depth with respect to the upper and lower surfaces of the mating surfaces. In addition, a desired value can be obtained for the stirring depth at the time of temporary joining mainly depending on the height of the probe. For this reason, a desired stirring depth can be obtained by selecting friction stir welding tools having different probe heights and diameters or using a friction stir welding tool capable of adjusting the probe height.
When the thin aluminum member is fully joined, the probe height of 0, that is, a probeless friction stir welding tool can be selected as the friction stir welding tool for temporary joining.

一般的には、仮接合により得られる接合強度は、合わせ面の上下に形成される接合面積にアルミニウム材の引張強度を乗算することにより求めることができる。
仮接合により形成される接合面積は、撹拌深度に比例することから、仮接合時における上下両面に対する撹拌深度と、それにより得られる接合強度を、アルミニウム材(アルミニウム合金)の組成毎にデータベース化しておき、本接合時に発生する拡開力に耐え得る必要最小限の撹拌深度を選択することで、仮接合時に発生する拡開力を、ごく一般的な拘束装置で、アルミニウム材の幅方向両端面を拘束するだけで連続的な仮接合を行い、仮接合終了後、そのままの状態で連続して本接合を行う。
In general, the bonding strength obtained by temporary bonding can be obtained by multiplying the bonding areas formed above and below the mating surfaces by the tensile strength of the aluminum material.
Since the bonding area formed by temporary bonding is proportional to the stirring depth, the mixing depth for the upper and lower surfaces at the time of temporary bonding and the bonding strength obtained thereby are compiled into a database for each composition of the aluminum material (aluminum alloy). In addition, by selecting the minimum required agitation depth that can withstand the expansion force that occurs during the main joining, the expansion force that occurs during the temporary joining can be applied to the both ends of the aluminum material in the width direction using a very general restraining device. The continuous temporary joining is performed only by restraining, and after the temporary joining is completed, the main joining is continuously performed as it is.

なお、仮接合時に作用する拡開力も、撹拌深度や接合速度に依存することから、仮接合から本接合が終了されるまでの総合的な工程時間と、仮接合時の拡開力に耐え得る拘束装置の強度とのバランスで、仮接合時の撹拌深度及び接合速度を定めることができる。
仮接合時に使用する拘束装置を使用したまま本接合を行うことを想定すると、拘束装置60を設置する間隔(ピッチ)は、仮接合時の拡開力に耐えるとともに、仮接合により得られる撹拌深度と、拘束装置による拘束力とにより、本接合時に発生する拡開力に耐えるよう、選定することが好ましい。
In addition, since the expansion force acting at the time of temporary bonding also depends on the stirring depth and the bonding speed, it can withstand the overall process time from the temporary bonding to the completion of the main bonding and the expansion force at the time of temporary bonding. The agitation depth and the joining speed at the time of temporary joining can be determined by balance with the strength of the restraining device.
Assuming that the main joining is performed while using the restraining device used at the time of temporary joining, the interval (pitch) for installing the restraining device 60 withstands the spreading force at the time of provisional joining and the agitation depth obtained by provisional joining. In addition, it is preferable to select so as to withstand the spreading force generated during the main joining by the restraining force of the restraining device.

以上により、仮接合時に発生する拡開力を最小限にすることができ、しかも、撹拌深度が小さいほど、合わせ面方向の接合速度を高めることができるので、ごく一般的な拘束装置で、アルミ部材の幅方向両端面を拘束するだけで、高速度の仮接合を行うことができる。   As described above, the spreading force generated at the time of temporary joining can be minimized, and the smaller the stirring depth, the higher the joining speed in the mating surface direction. Temporary joining at a high speed can be performed only by restraining both end faces in the width direction of the member.

なお、仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80、90により、アルミ部材10、20の合わせ面に対し、上下にどの程度の撹拌深度で仮接合を行うかは、アルミ部材10、20の厚さ、合金種毎に、予め対応表などのデータベースから決定し、NC制御装置に入力する。
また、NC制御装置の記憶装置に必要なデータベースを入力しておき、厚さ、合金種別等の等のアルミ部材10、20の仕様を入力することで、NC制御装置が仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80、90による撹拌深度を自動的に設定するようにしてもよい。
In addition, with the friction stir welding tools 80 and 90 for temporary joining, the thickness of the aluminum members 10 and 20 is determined as to what degree of stirring depth the vertical joining is performed on the mating surfaces of the aluminum members 10 and 20. Each alloy type is determined in advance from a database such as a correspondence table and input to the NC controller.
In addition, the necessary data is input to the storage device of the NC control device, and the specifications of the aluminum members 10 and 20 such as the thickness and the alloy type are input so that the NC control device can perform frictional stirring for temporary joining. You may make it set the stirring depth by the joining tools 80 and 90 automatically.

こうして仮接合時の撹拌深度が定まれば、NC制御装置は、アルミ部材10、20の合わせ面に対する仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80、90の深さ方向の位置決め、そして、図8、図10に示す、進行方向に対する後傾角度θ、θ、合わせ面方向の接合速度の最適値を定め、仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80、90を用いて、接合方向へ移動させながら連続的な両面摩擦撹拌接合による仮接合を行う。
図8は、仮接合用の摩擦撹拌接合ツールの第1の例である。仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80、90はショルダ部81、91とプローブ82、92を有しており、このプローブ82、92によって、図9に示すように、アルミ部材の板厚方向の深い範囲で仮接合が可能となっている。
ただし、仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80と90のプローブが接触することを防止するために、仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80、90のそれぞれのプローブ82、92の長さの合計はアルミ部材10、20の板厚より短いことが必要となる。
If the stirring depth at the time of temporary joining is determined in this manner, the NC control device positions the friction stir welding tools 80 and 90 for temporary joining with respect to the mating surfaces of the aluminum members 10 and 20 in the depth direction, and FIGS. 10, the optimum values of the rearward tilt angles θ 1 , θ 2 and the joining speed in the mating surface direction with respect to the traveling direction are determined, and continuously moved while moving in the joining direction using the friction stir welding tools 80 and 90 for temporary joining. Temporary joining is performed by typical double-sided friction stir welding.
FIG. 8 is a first example of a friction stir welding tool for temporary joining. Friction stir welding tools 80 and 90 for temporary joining have shoulder portions 81 and 91 and probes 82 and 92. By these probes 82 and 92, as shown in FIG. Temporary joining is possible in the range.
However, in order to prevent the friction stir welding tools 80 and 90 for temporary joining from contacting the probes, the total length of the probes 82 and 92 of the friction stir welding tools 80 and 90 for temporary joining is aluminum. It is necessary to be shorter than the plate thickness of the members 10 and 20.

仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80、90の第2の例を図10に示す。上側仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80、下側仮接合用の摩擦撹拌接合ツール90は、図1に示す本接合用の摩擦撹拌接合ツールとは異なり、プローブ42や凹部52を備えておらず、アルミ部材10、20の上下表面に向けて縮径する平坦で円状のショルダ部81、91を備えている。このツールは、プローブ高さが0、すなわち、プローブレスの摩擦撹拌接合ツールであり、板厚の薄いアルミ部材を仮接合する際に使用する。   FIG. 10 shows a second example of the friction stir welding tools 80 and 90 for temporary joining. Unlike the friction stir welding tool for main welding shown in FIG. 1, the friction stir welding tool 80 for upper temporary welding and the friction stir welding tool 90 for lower temporary welding do not include the probe 42 or the recess 52. Further, flat and circular shoulder portions 81 and 91 having diameters reduced toward the upper and lower surfaces of the aluminum members 10 and 20 are provided. This tool has a probe height of 0, that is, a probeless friction stir welding tool, and is used for temporarily joining an aluminum member having a thin plate thickness.

図11は、図10の摩擦撹拌接合ツールにより形成された仮接合部33、34の断面図であり、アルミ部材10、20の合わせ面の上下表面層に、一定深さの仮接合部33、34が合わせ面に沿って連続的に形成され、仮接合が完了する。   FIG. 11 is a cross-sectional view of the temporary joints 33 and 34 formed by the friction stir welding tool of FIG. 10, and the temporary joints 33 having a certain depth are formed on the upper and lower surface layers of the mating surfaces of the aluminum members 10 and 20. 34 is continuously formed along the mating surface, and the temporary joining is completed.

両面摩擦撹拌接合装置は、NC制御装置により、仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80、90をアルミ部材10、20に向けて押圧する。この実施例では、仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80、90は、仮接合工程中、所定の回転数で回転させており、所定の押圧力で仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80、90を挟圧し、合わせ面に沿って自走させることで仮接合部33、34が連続的に形成される。   The double-sided friction stir welding apparatus presses the friction stir welding tools 80 and 90 for temporary joining toward the aluminum members 10 and 20 by the NC control device. In this embodiment, the friction stir welding tools 80 and 90 for temporary bonding are rotated at a predetermined rotational speed during the temporary bonding process, and the friction stir welding tools 80 and 90 for temporary bonding are rotated with a predetermined pressing force. The temporary joint portions 33 and 34 are continuously formed by sandwiching and allowing them to self-run along the mating surfaces.

アルミ部材10、20に対する両仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80、90のツール回転数、押圧力、進行方向に対する両仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80、90の後傾角度θ、θは、すべてNC制御装置により様々に調整することができるので、アルミ部材の合わせ面の厚さや、接合長さに応じて、予め、最適値に設定することで、自動的かつシーケンシャルに仮接合工程を行うことができる。 Friction stir welding tools 80 and 90 for both temporary joining to the aluminum members 10 and 20, tool rotation speed, pressing force, and friction stir welding tools 80 and 90 for both temporary joining with respect to the traveling direction, backward tilt angles θ 1 and θ 2. Can be adjusted in various ways by the NC controller, so by automatically setting the optimum value in advance according to the thickness of the mating surfaces of the aluminum members and the joining length, the temporary joining process can be performed automatically and sequentially. It can be performed.

[ステップ5]
以上の仮接合工程が終了したら、両面摩擦撹拌接合により、本接合を行う。このため、自動ツール交換装置などを用いて、両仮接合用工具80、90を、図1に示すような本接合用の摩擦撹拌接合ツール40、50に交換し、同じ両面摩擦撹拌接合装置を用いて本接合工程を実施する。
仮接合部33、34の組成は、上述の仮接合用の両面摩擦撹拌接合により行われているため、溶接棒の金属成分等が混入することなく、アルミ部材10、20と組成上なんら変わらないため、仮接合部33、34で接合欠陥は発生しない。また、仮接合時の摩擦撹拌部は、合わせ面の上面、下面から所定の撹拌深度にとどまり、しかも、本接合時と比較して、上下方向からみた撹拌範囲が限定されているので、仮接合部は本接合時すべて吸収され、仕上がり品質に何ら影響を与えることはない。
[Step 5]
When the above temporary joining process is completed, the main joining is performed by double-sided friction stir welding. For this reason, by using an automatic tool changer or the like, both temporary joining tools 80 and 90 are exchanged with friction stir welding tools 40 and 50 for main joining as shown in FIG. This is used to perform the main joining process.
Since the composition of the temporary joining portions 33 and 34 is performed by the above-described double-side friction stir welding for temporary joining, the composition of the aluminum members 10 and 20 is not changed at all without mixing the metal components of the welding rod. Therefore, no joint defect occurs in the temporary joint portions 33 and 34. In addition, the friction stirrer at the time of temporary joining stays at a predetermined stirring depth from the upper surface and the lower surface of the mating surfaces, and the stirring range seen from the vertical direction is limited compared to that at the time of main welding. All the parts are absorbed during the main joining, and the finished quality is not affected.

[実施例2]
実施例1では2枚のアルミ部材の合わせ面を接合する場合を例に説明したが、本実施例は、複数の合わせ面を同時に接合するものであり、以下、5枚のアルミ部材を互いに突き合わせ、4つの合わせ面を同時接合する場合を例にして説明する。
[Example 2]
In the first embodiment, the case where the joining surfaces of two aluminum members are joined has been described as an example. However, in this embodiment, a plurality of joining surfaces are joined at the same time. A case where four mating surfaces are joined simultaneously will be described as an example.

図12は、本実施例の接合設備を、突き合わせたアルミ部材の長手方向からみた正面図、図13は平面図である。
互いに対向する上側摩擦撹拌接合ツール40を備えた上側接合装置と、下側摩擦撹拌接合ツール50を備えた上側接合装置は、4つの突き合わせ面に対応して、装置本体1に4組(上側接合装置40Aと下側接合装置50A〜上側接合装置40Dと下側接合装置50D)設置し、5枚のアルミ部材10A〜10Eを、互いに突き合わせた状態で拘束した移動テーブル100を合わせ面の方向に移動させるものである。
FIG. 12 is a front view of the joining equipment of the present embodiment as seen from the longitudinal direction of the abutted aluminum members, and FIG. 13 is a plan view.
The upper joining apparatus provided with the upper friction stir welding tool 40 and the upper joining apparatus provided with the lower friction stir welding tool 50 that are opposed to each other have four sets (upper joining) in the apparatus main body 1 corresponding to the four abutting surfaces. 40A and lower joining device 50A to upper joining device 40D and lower joining device 50D) are installed, and moving table 100, in which five aluminum members 10A to 10E are constrained in abutment with each other, is moved in the direction of the mating surface. It is something to be made.

移動テーブル100は、互いに間隙を介して並設された100A〜100Eの5基からなり、それぞれ床面に設置した走行レール101に沿って、図12においては、紙面裏側から表側に向けて、そして、図13においては右側から左側に向けて、互いに同期して同速度で移動できるようになっている。なお、各移動テーブル100A〜100Eのそれぞれは、NC制御装置により速度制御がなされ、常に同位置を維持しつつ、互いに同期した移動が行われるようになっている。   The moving table 100 is composed of five units 100A to 100E arranged in parallel with each other through a gap, respectively, along the traveling rails 101 installed on the floor surface, in FIG. 12, from the back side to the front side in FIG. In FIG. 13, they can move from the right side to the left side at the same speed in synchronization with each other. Note that each of the movement tables 100A to 100E is speed-controlled by the NC control device, and moves in synchronization with each other while always maintaining the same position.

5枚のアルミ部材10A〜10Eは、それぞれ、移動テーブル100A〜100Eの台座上に互いに突き合わせて載置されており、移動テーブル100Aと100Eの外側に配備した拘束装置60に拘束される。
アルミ部材10Aと10Bは、移動テーブル100Aと100B間の間隙中央部に位置するよう突き合わされ、その突き合わせ面の直上及び直下に位置するよう、上側接合装置40Aの上側摩擦撹拌接合ツール40及び下側接合装置40Bの下側摩擦撹拌接合ツール50が互いに対向するよう配備されている。
The five aluminum members 10A to 10E are placed in contact with each other on the pedestals of the moving tables 100A to 100E, and are restrained by the restraining device 60 provided outside the moving tables 100A and 100E.
The aluminum members 10A and 10B are abutted so as to be located at the center of the gap between the moving tables 100A and 100B, and the upper friction stir welding tool 40 and the lower side of the upper joining device 40A are located directly above and below the abutting surface. The lower friction stir welding tool 50 of the joining device 40B is arranged to face each other.

このことは、他の上側接合装置と下側接合装置の組についても同様で、各アルミ部材10A〜10Eの合わせ面に対応して、それぞれの上側摩擦撹拌接合ツールと下側摩擦撹拌接合ツールが互いに対向するよう配備されている。   This is the same for other sets of upper and lower joining devices, and the upper friction stir welding tool and the lower friction stir welding tool correspond to the mating surfaces of the aluminum members 10A to 10E. They are deployed to face each other.

本実施例でも、実施例1と同様に、移動テーブル100A〜100Eを間欠的に移動させ、仮接合位置毎に、仮接合用の摩擦撹拌接合ツール80、90により仮接合を行い、仮接合が完了した後、本接合用の摩擦撹拌接合ツール40、50により連続的な本接合を行う。しかし、拘束装置60は、各アルミ部材10Aと10Eの外側のみを拘束するものであることから、各アルミ部材10A〜10Eの各合わせ面の仮接合、本接合を行うのに際し、これらを拘束するため、図15において、各上側接合装置には、上側の摩擦撹拌接合ツール40の両側に押圧ローラ110を設け、常時、あるいは上側の摩擦撹拌接合ツール40と連動し、接合に先立って、各アルミ部材10A〜10Eの端部を移動テーブル100A〜100Eとの間で押圧するようになっている。その他の構成は、実施例1と同様である。   Also in the present embodiment, similarly to the first embodiment, the moving tables 100A to 100E are intermittently moved, and temporary bonding is performed by the temporary stirring friction stir welding tools 80 and 90 for each temporary bonding position. After completion, continuous main joining is performed by the friction stir welding tools 40 and 50 for main joining. However, since the restraining device 60 restrains only the outer sides of the aluminum members 10A and 10E, the restraining device 60 restrains them when performing temporary joining and main joining of the mating surfaces of the aluminum members 10A to 10E. Therefore, in FIG. 15, each upper bonding apparatus is provided with pressing rollers 110 on both sides of the upper friction stir welding tool 40, and always or in conjunction with the upper friction stir welding tool 40. The ends of the members 10A to 10E are pressed between the moving tables 100A to 100E. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

本実施例によれば、1つの工程で複数の合わせ面を同時に接合することができる。特に鉄道車両用構体の製造工程では、長さ20m〜25m、幅数十センチ程度のアルミ部材を複数枚、長さ方向に接合したものを外壁材として使用するので、本実施例により、外壁材の製造工程を抜本的に短縮することができる。本実施例では、5枚のアルミ部材10A〜10Eの合わせ面を同時接合する場合を例にしたが、鉄道車両用構体の各部位に合わせて、上側接合装置と下側接合装置の組を必要数設置し、5枚以上のアルミ部材を同時接合することも可能である。また、上側接合装置と下側接合装置の組の一部を休止させて、より少ない枚数のアルミ部材を同時接合するよう切り替えてもよい。   According to the present embodiment, a plurality of mating surfaces can be bonded simultaneously in one process. In particular, in the manufacturing process of a railway vehicle structure, a plurality of aluminum members having a length of 20 m to 25 m and a width of several tens of centimeters, which are joined in the length direction, are used as the outer wall material. The manufacturing process can be drastically shortened. In the present embodiment, the case where the mating surfaces of the five aluminum members 10A to 10E are joined at the same time is taken as an example. However, a set of an upper joining device and a lower joining device is required according to each part of the structure for a railway vehicle. It is also possible to jointly join five or more aluminum members. Moreover, it may be switched so that a part of the set of the upper bonding apparatus and the lower bonding apparatus is paused and a smaller number of aluminum members are simultaneously bonded.

[実施例3]
実施例2では、互いに対向する上側接合装置40A〜40Dと下側接合装置50A〜50Dを固設し、移動テーブル100を、アルミニウム材アルミ部材10A〜10Eの各合わせ面に沿って長手方向に移動させたが、本実施例では、アルミ部材10A〜10Eを載置するテーブル100を固定し、上側接合装置40A〜40Dと下側接合装置50A〜50Dの各組を移動させて仮接合、本接合を行うものである。
[Example 3]
In the second embodiment, the upper bonding devices 40A to 40D and the lower bonding devices 50A to 50D that face each other are fixed, and the moving table 100 is moved in the longitudinal direction along the respective mating surfaces of the aluminum members 10A to 10E. However, in this embodiment, the table 100 on which the aluminum members 10A to 10E are placed is fixed, and the respective sets of the upper bonding devices 40A to 40D and the lower bonding devices 50A to 50D are moved to temporarily bond and perform the main bonding. Is to do.

図14は、本実施例の接合設備を、突き合わせたアルミ部材の長手方向からみた正面図、図15は平面図である。
装置本体1は、接合方向に立設された垂直壁1A、1Bと、これら垂直壁1A、1Bの上面に設けられた走行レール101上を移動する移動フレーム1Cとから構成されている。移動フレーム1Cには、上側接合装置40A〜40Dが装着されている。
FIG. 14 is a front view of the joining equipment of this embodiment as seen from the longitudinal direction of the abutted aluminum members, and FIG. 15 is a plan view.
The apparatus main body 1 includes vertical walls 1A and 1B that are erected in the joining direction, and a moving frame 1C that moves on a traveling rail 101 provided on the upper surfaces of the vertical walls 1A and 1B. Upper joining devices 40A to 40D are attached to the moving frame 1C.

一方、テーブル100は、互いに間隙を設けて並設した5つの固定テーブル100A〜100Eからなり、各固定テーブルの側面に沿ってレール102が設けられている。各固定テーブル間の間隙には、下側接合装置50A〜50Dが配備され、レール102に沿って移動できるようになっている。なお、各固定テーブル間の間隙底部にレール102を設けてもよい。   On the other hand, the table 100 includes five fixed tables 100A to 100E arranged in parallel with a gap between each other, and a rail 102 is provided along the side surface of each fixed table. Lower bonding apparatuses 50 </ b> A to 50 </ b> D are provided in the gaps between the fixed tables so that they can move along the rails 102. In addition, you may provide the rail 102 in the gap | interval bottom part between each fixed table.

この実施例では、5枚のアルミ部材10A〜10Eが、図15の上側、あるいは側方から搬送装置により搬送され、各固定テーブル100A〜100E間の間隙中央で突き合わせるよう位置決めした状態で、拘束装置60により拘束される。
この状態で、移動フレーム1Cを、図14においては、紙面表側から裏側に向けて、図15においては、左側から右側に向けて、移動させる。その際、NC制御装置は、下側接合装置50A〜50Dが、移動フレーム1Cに装着された上側接合装置40A〜50Dのそれぞれと対向し、各上側接合装置40と下側接合装置50が最適位置で対向するよう、各固定テーブルの側面に設けたレール102に沿って走行させる。
In this embodiment, the five aluminum members 10A to 10E are transported by the transport device from the upper side or the side of FIG. 15, and are positioned so as to abut at the center of the gap between the fixed tables 100A to 100E. Restrained by device 60.
In this state, the moving frame 1C is moved from the front side to the back side in FIG. 14 and from the left side to the right side in FIG. At that time, in the NC control device, the lower bonding devices 50A to 50D are opposed to the upper bonding devices 40A to 50D mounted on the moving frame 1C, and the upper bonding devices 40 and the lower bonding devices 50 are in the optimum positions. And run along the rails 102 provided on the side surfaces of the respective fixed tables.

なお、仮接合、本接合は、実施例1と同様に行われるが、移動フレーム1C及び各下側接合装置50A〜50Dの移動、位置制御は、仮接合、本接合に合わせて、NC制御装置により、互いに同期してシーケンシャルに制御される。   In addition, although temporary joining and this joining are performed similarly to Example 1, movement and position control of 1 C of moving frames and each lower side joining apparatus 50A-50D are NC control apparatuses according to temporary joining and this joining. Thus, sequential control is performed in synchronization with each other.

また、本実施例でも、各アルミ部材10Aと10Eの外側のみが拘束装置60により拘束されるものであることから、各アルミ部材10A〜10Eの各合わせ面の仮接合、本接合を行うのに際し、これらを拘束するため、図14において、各上側接合装置40A〜40Dの両側に押圧ローラ110を設け、常時、あるいは上側摩擦撹拌接合ツール40と連動して、接合に先立って各アルミ部材10A〜10Eの端部を、テーブルの上面に押圧するようになっている。その他の構成は、実施例1と同様である。   Also in this embodiment, only the outer sides of the aluminum members 10A and 10E are restrained by the restraining device 60, so that temporary joining and main joining of the mating surfaces of the aluminum members 10A to 10E are performed. In order to restrain these, in FIG. 14, pressing rollers 110 are provided on both sides of each of the upper joining devices 40 </ b> A to 40 </ b> D, and each aluminum member 10 </ b> A˜ The end of 10E is pressed against the upper surface of the table. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

[実施例4]
本実施例では、一組の上側摩擦撹拌接合ツール40と下側摩擦撹拌接合ツール50を用いて、アルミ部材10を載置するテーブル100を移動させ、突き合わせ面を連続的に接合するものである。
図16は、本実施例の接合設備を、突き合わせアルミ部材10の長手方向からみた正面図、図17は平面図である。
[Example 4]
In the present embodiment, the table 100 on which the aluminum member 10 is placed is moved using a pair of the upper friction stir welding tool 40 and the lower friction stir welding tool 50 to continuously join the butt surfaces. .
FIG. 16 is a front view of the joining equipment of this embodiment as seen from the longitudinal direction of the butt aluminum member 10, and FIG. 17 is a plan view.

コの字状の装置本体1は、移動テーブル100の一端側(図17では上側)に位置するよう床面に固設され、両面摩擦撹拌接合装置の上側摩擦撹拌接合ツール40は、図16において、装置本体1の上部に水平方向に延設された上部フレーム1Aの右側に装着されている。
移動テーブル100は、新たに供給、装填されるアルミ部材10を載置するテーブル100Aと、接合の終了したアルミ部材10を載置するテーブル100Bとからなり、両テーブル間には間隙が形成されている。
The U-shaped device main body 1 is fixed to the floor so as to be positioned on one end side (upper side in FIG. 17) of the moving table 100, and the upper friction stir welding tool 40 of the double-side friction stir welding device is shown in FIG. The upper body 1A is mounted on the right side of the upper frame 1A extending in the horizontal direction on the upper part of the apparatus main body 1.
The moving table 100 is composed of a table 100A on which the aluminum member 10 to be newly supplied and loaded is placed and a table 100B on which the joined aluminum member 10 is placed, and a gap is formed between the tables. Yes.

この間隙には、下側接合装置が床面に設置され、上側摩擦撹拌接合ツール40に対向するよう、下側摩擦撹拌接合ツール50を備えている。
アルミ部材10は、図16においては左側から、図17においては上側から順次供給され、接合の終了したアルミ部材の端面と突き合わされた後、拘束装置60により拘束される。
In this gap, the lower friction stir welding tool 50 is provided so that the lower welding device is installed on the floor and faces the upper friction stir welding tool 40.
The aluminum member 10 is sequentially supplied from the left side in FIG. 16 and from the upper side in FIG. 17, and after being abutted against the end face of the aluminum member that has been joined, the aluminum member 10 is restrained by the restraining device 60.

図17は、3枚のアルミ部材10B〜10Dを接合した後、4枚目のアルミ部材10Aを接合する直前の状態を示しており、アルミ部材10Aとアルミ部材10Bの端面は、テーブル100Aとテーブル100Bの間隙中央部で突き合わせられ、上側摩擦撹拌接合ツール40と下側摩擦撹拌接合ツール50による接合位置は、その合わせ面に位置決めされている。
この状態で、移動テーブル100A、100Bが一体となって、走行レール101に沿って、図16では、紙面裏面から表面、図17では左側に移動させ、実施例1と同様に仮接合と本接合をシーケンシャルに行う。
FIG. 17 shows the state immediately after joining the fourth aluminum member 10A after joining the three aluminum members 10B to 10D. The end surfaces of the aluminum member 10A and the aluminum member 10B are the table 100A and the table. The joint positions of the upper friction stir welding tool 40 and the lower friction stir welding tool 50 are positioned on the mating surfaces.
In this state, the moving tables 100A and 100B are united and moved along the traveling rail 101 from the back side to the front side in FIG. 16 and to the left side in FIG. Are performed sequentially.

その際、実施例2と同様に、上側摩擦撹拌接合ツール40の両側には、押圧ローラ110が設けられ、常時、あるいは上側摩擦撹拌接合ツールと連動して接合に先だって、3枚目と4枚目のアルミ部材10を拘束する。
3枚目と4枚目のアルミ部材10の本接合が終了し、移動テーブル100A、100Bが、図17における右端に復帰した状態で、移動テーブル100Bの裏面に設けた駆動ローラにより、アルミ部材10の幅分だけ下方に移動させ、装填装置により、新たなアルミ部材10を上側から供給し、再度、拘束装置60により拘束し、上述の仮接合、本接合を繰り返す。
At that time, as in the second embodiment, pressure rollers 110 are provided on both sides of the upper friction stir welding tool 40, and the third and fourth sheets are always or prior to joining in conjunction with the upper friction stir welding tool. The eye aluminum member 10 is restrained.
After the final joining of the third and fourth aluminum members 10 has been completed and the movable tables 100A and 100B have returned to the right end in FIG. 17, the aluminum member 10 is driven by a driving roller provided on the back surface of the movable table 100B. , The new aluminum member 10 is supplied from above by the loading device, is restrained by the restraining device 60 again, and the above-described temporary joining and main joining are repeated.

なお、接合枚数により、テーブル100Bにおける拘束位置が変化するため、拘束装置60は、テーブル100A上を移動できるようになっており、接合済みのアルミ部材10を移動させる駆動ローラとともにNC制御装置により連動制御される。予め、アルミ部材10の幅が定まっているときは、幅毎に複数の拘束装置60を配置し、やはりNC制御装置により、対応する拘束装置60をテーブル100Bから突出させて拘束するようにしてもよい。   Since the restraining position on the table 100B changes depending on the number of joined sheets, the restraining device 60 can move on the table 100A, and is linked with the NC controller together with the drive roller for moving the joined aluminum member 10. Be controlled. When the width of the aluminum member 10 is determined in advance, a plurality of restraining devices 60 are arranged for each width, and the corresponding restraining device 60 is also protruded from the table 100B and restrained by the NC control device. Good.

[実施例5]
本実施例では、一組の上側接合装置と下側接合装置を移動させ、固定テーブル100に載置されたアルミ部材10の突き合わせ面を連続的に接合するものである。
図18は、本実施例の接合設備を、突き合わせたアルミ部材の長手方向からみた正面図、図19は平面図である。
[Example 5]
In this embodiment, the pair of upper and lower joining devices are moved to continuously join the butted surfaces of the aluminum members 10 placed on the fixed table 100.
FIG. 18 is a front view of the joining equipment of the present embodiment as seen from the longitudinal direction of the abutted aluminum members, and FIG. 19 is a plan view.

装置本体1の上方側面には、走行レール101Aが水平に設けられており、このレールに沿って移動する上方移動フレーム2に、上側摩擦撹拌接合ツール40を備えた上側接合装置が取り付けられている。
固定テーブル100は、新たに供給されるアルミ部材10を載置するテーブル100Aと、接合の終了したアルミ部材10を載置するテーブル100Bとからなり、両テーブル間には間隙が形成されている。
A traveling rail 101A is provided horizontally on the upper side surface of the apparatus main body 1, and an upper joining device having an upper friction stir welding tool 40 is attached to an upper moving frame 2 that moves along the rail. .
The fixed table 100 includes a table 100A on which the newly supplied aluminum member 10 is placed and a table 100B on which the joined aluminum member 10 is placed, and a gap is formed between the tables.

一方、装置本体1の下方側面には、走行レール101Bが水平に設けられており、このレール101Bに沿って移動する下方移動フレーム3に、下側摩擦撹拌接合ツール50を備えた下側接合装置が取り付けられている。
これにより、テーブル100Aとテーブル100B間の間隙に沿って、上側摩擦撹拌接合ツール40と下側摩擦撹拌接合ツール50が互いに対向した状態を維持して移動できるよう、NC制御装置によって、上方移動フレーム2と下方移動フレーム3の移動、停止が制御される。
On the other hand, a traveling rail 101B is horizontally provided on the lower side surface of the apparatus main body 1, and a lower joining apparatus provided with a lower friction stir welding tool 50 on a lower moving frame 3 that moves along the rail 101B. Is attached.
Thus, the NC control device moves the upward moving frame so that the upper friction stir welding tool 40 and the lower friction stir welding tool 50 can move while maintaining a state of facing each other along the gap between the table 100A and the table 100B. 2 and the movement and stop of the downward movement frame 3 are controlled.

アルミ部材10は、図18においては左側から、図19においては上側から順次供給され、接合の終了したアルミ部材の端面と突き合わされた後、拘束装置60により拘束される。   The aluminum member 10 is sequentially supplied from the left side in FIG. 18 and from the upper side in FIG. 19, and after being abutted against the end face of the aluminum member that has been joined, the aluminum member 10 is restrained by the restraining device 60.

図19は、3枚のアルミ部材10B〜10Dを接合した後、4枚のアルミ部材10Aを接合する直前の状態を示しており、アルミ部材10Aとアルミ部材10Bの長手方向端面を、テーブル100Aとテーブル100Bの間隙中央部で突き合わせ、上側摩擦撹拌接合ツール40と下側摩擦撹拌接合ツール50による接合位置に位置決めされている。
この状態で、NC制御装置により、上方移動フレーム2と下方移動フレーム3が制御され、上側摩擦撹拌接合ツール40と下側摩擦撹拌接合ツール50が互いに対向した状態を維持しながら、走行レール101A、101Bに沿って、図18では、紙面表面から裏面、図19では左側に移動し、実施例1と同様に仮接合と本接合をシーケンシャルに行う。
FIG. 19 shows a state immediately after joining the three aluminum members 10B to 10D and immediately before joining the four aluminum members 10A. The longitudinal end surfaces of the aluminum member 10A and the aluminum member 10B are connected to the table 100A. It is abutted at the center of the gap of the table 100B, and is positioned at the joining position by the upper friction stir welding tool 40 and the lower friction stir welding tool 50.
In this state, the upper moving frame 2 and the lower moving frame 3 are controlled by the NC control device, and the traveling rail 101A, while maintaining the state in which the upper friction stir welding tool 40 and the lower friction stir welding tool 50 face each other. In FIG. 18, the paper moves from the front surface to the back surface in FIG. 18, and to the left side in FIG. 19.

その際、実施例2と同様に、上側摩擦撹拌接合ツール40の両側に、押圧ローラ110が設けられ、常時、あるいは上側摩擦撹拌接合ツール40と連動し、接合に先だって、アルミ部材10A、10Bを拘束する。   At that time, as in the second embodiment, the pressing rollers 110 are provided on both sides of the upper friction stir welding tool 40, and the aluminum members 10A and 10B are connected to the upper friction stir welding tool 40 at all times or before the joining. to bound.

アルミ部材10Aと10Bの本接合が終了し、上方移動フレーム2と下方移動フレーム3が、図19における左端に復帰した状態で、実施例4と同様に、固定テーブル100Bの裏面に設けた駆動ローラにより、アルミ部材10の幅分だけ下方に移動させ、装填装置により、新たなアルミ部材10を上側から供給し、再度、固定テーブル100Aとの間で、拘束装置60により拘束し、上述の仮接合、本接合を繰り返す。   The drive roller provided on the back surface of the fixed table 100B in the same manner as in Example 4 with the final joining of the aluminum members 10A and 10B finished and the upper moving frame 2 and the lower moving frame 3 returning to the left end in FIG. Thus, the aluminum member 10 is moved downward by the width of the aluminum member 10, a new aluminum member 10 is supplied from the upper side by the loading device, and is again restrained by the restraining device 60 between the fixed table 100 </ b> A and the temporary joining described above. Repeat this bonding.

なお、接合枚数により、固定テーブル100Bにおける拘束位置が変化するため、拘束装置60は、テーブル100A上を移動できるようになっている。この拘束装置60は、接合済みのアルミ部材10を移動させる駆動ローラとともにNC制御装置により連動制御される。予め、アルミ部材10の幅が定まっているときは、幅毎に複数の拘束装置60を配置し、やはりNC制御装置により、対応するアルミ部材拘束装置60を固定テーブル100Bから突出させて拘束するようにしてもよい。   Note that the restraining position on the fixed table 100B changes depending on the number of joined sheets, so that the restraining device 60 can move on the table 100A. The restraint device 60 is interlocked and controlled by an NC control device together with a drive roller that moves the joined aluminum member 10. When the width of the aluminum member 10 is determined in advance, a plurality of restraining devices 60 are arranged for each width, and the corresponding aluminum member restraining device 60 is protruded from the fixed table 100B and restrained by the NC control device. It may be.

以上の実施例では、長尺ものを前提したが、台座の長さを調節することで、短尺ものにも対応でき、アルミ部材10、20の合わせ面全長にわたり、強力に把持するための一対の上下把持装置を不要とすることができる。
また、アルミニウム以外の金属板でも、摩擦撹拌接合が可能な金属板であれば、本発明を適用することができる。
In the above embodiment, a long one is assumed. However, by adjusting the length of the pedestal, it is possible to cope with a short one, and a pair of pieces for gripping strongly over the entire mating surface of the aluminum members 10 and 20. A vertical gripping device can be dispensed with.
Further, the present invention can be applied to any metal plate other than aluminum as long as it is capable of friction stir welding.

1 装置本体、10、20:アルミ部材、30:接合部、31:MIG仮接合部、32:溶接欠陥、33、34:摩擦撹拌接合の仮接合部、40:摩擦撹拌接合ツール(本接合用上側)、41:ショルダ部、42:プローブ、50:摩擦撹拌接合ツール(本接合用下側)、51:大径部、52:穴部、60:拘束装置、70:突き合わせ面隙間、80、90:仮接合用の摩擦撹拌接合ツール、81、91:仮接合用の摩擦撹拌接合ツールのショルダ部、82、92:仮接合用の摩擦撹拌接合ツールに設けたプローブ、100;テーブル、101、102:レール、110:押圧ローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Apparatus main body, 10, 20: Aluminum member, 30: Joining part, 31: MIG temporary joining part, 32: Welding defect, 33, 34: Temporary joining part of friction stir welding, 40: Friction stir welding tool (for main joining) Upper side), 41: Shoulder part, 42: Probe, 50: Friction stir welding tool (lower side for main welding), 51: Large diameter part, 52: Hole part, 60: Restraint device, 70: Gap between facing surfaces, 80, 90: Friction stir welding tool for temporary joining, 81, 91: Shoulder portion of friction stir welding tool for temporary joining, 82, 92: Probe provided on the friction stir welding tool for temporary joining, 100; Table, 101, 102: Rail, 110: Pressing roller

Claims (7)

2枚の金属板の合わせ面の表面側と裏面側に、第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールを相対向するように配置し、この第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールにより前記合わせ面を摩擦撹拌し、前記2枚の金属板を接合する両面摩擦撹拌接合方法において、
第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールとして、摩擦撹拌時に所望の撹拌深度が得られる摩擦撹拌接合ツールを選択し、前記合わせ面の表面側と裏面側を押圧した状態で、前記合わせ面に沿って、前記摩擦撹拌接合ツールと前記2枚の金属板とを相対的に移動させ、連続的に仮接合する第1の接合工程と、
第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールとして、ショルダ部と該ショルダ部から突出するプローブを備えた摩擦撹拌接合ツールと、前記2枚の金属板の接合時に前記プローブを収納する少なくとも1つの凹み部とを有する摩擦撹拌接合ツールの組み合わせを選択し、前記合わせ面の表面側と裏面側を押圧した状態で、前記合わせ面に沿って移動させ、連続的に本接合する第2の接合工程とからなる両面摩擦撹拌接合方法。
A first friction stir welding tool and a second friction stir welding tool are arranged opposite to each other on the front surface side and the back surface side of the mating surfaces of the two metal plates. In the double-sided friction stir welding method for joining the two metal plates,
As the first and second friction stir welding tools, select a friction stir welding tool that provides a desired depth of stirring during friction stirring, and press the front and back sides of the mating surfaces along the mating surfaces. A first joining step in which the friction stir welding tool and the two metal plates are relatively moved and temporarily joined together,
As the first and second friction stir welding tools, a friction stir welding tool including a shoulder portion and a probe protruding from the shoulder portion, and at least one dent portion for housing the probe when the two metal plates are joined A combination of friction stir welding tools having, and in a state of pressing the front surface side and the back surface side of the mating surface, moving along the mating surface, and continuously joining the second joining step A double-sided friction stir welding method.
前記第1の接合工程に先だって、前記第2の接合工程時に前記2枚の金属板の前記合わせ面に作用する拡開力をデータベースから呼び出し、該拡開力に耐え得る接合強度が得られる仮接合時の撹拌深度を定める工程を具備することを特徴とする請求項1に記載の両面摩擦撹拌接合方法。   Prior to the first joining step, the expansion force acting on the mating surfaces of the two metal plates is called from the database at the time of the second joining step, and a provisional strength that can withstand the spreading force is obtained. The double-sided friction stir welding method according to claim 1, further comprising a step of determining a stirring depth at the time of joining. 2枚の金属板の接合部の表面側と裏面側に、第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールを相対向するように配置し、この第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールにより前記接合部を摩擦撹拌し、前記2枚の金属板を接合する両面摩擦撹拌接合装置において、
前記2枚の金属板の接合部の表面側と裏面側に相対向するように装着した前記第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールを回転駆動するツール回転駆動装置と、
前記ツール回転駆動装置に装着した前記第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールを互いに近づく方向に移動して、前記金属板の前記接合部の表面側と裏面側に押圧するツール押圧装置と、
前記ツール回転駆動装置に装着した前記第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールと前記2枚の金属板とを相対的に移動させる移動装置と、
前記第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールの交換機能とを有し、
前記第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールとして、摩擦撹拌時に所望の撹拌深度が得られる仮接合用の摩擦撹拌接合ツールが装着された際には、予め定められた撹拌深度で、前記2枚の金属板の前記接合部を連続的に仮接合するとともに、前記第1及び第2の摩擦撹拌接合ツールとして、ショルダ部と該ショルダ部から突出するプローブを備えた摩擦撹拌接合ツールと、前記2枚の金属板の接合時に前記プローブを収納する少なくとも1つの凹み部とを有する、本接合用の摩擦撹拌接合ツールが装着された際には、前記2枚の金属板の前記接合部を連続的に本接合するよう、前記ツール押圧装置と前記移動装置を制御する接合制御装置とを具備することを特徴とする両面摩擦撹拌接合装置。
The first and second friction stir welding tools are arranged opposite to each other on the front side and the back side of the joint portion of the two metal plates, and the joint portion is formed by the first and second friction stir welding tools. In a double-sided friction stir welding apparatus that joins the two metal plates by friction stirring,
A tool rotation driving device that rotationally drives the first and second friction stir welding tools mounted so as to oppose the front surface side and the back surface side of the joint portion of the two metal plates;
A tool pressing device that moves the first and second friction stir welding tools mounted on the tool rotation driving device in directions approaching each other and presses the metal plate against the front surface side and the back surface side;
A moving device for relatively moving the first and second friction stir welding tools and the two metal plates attached to the tool rotation driving device;
An exchange function of the first and second friction stir welding tools,
As the first and second friction stir welding tools, when a friction stir welding tool for temporary joining that provides a desired stirring depth at the time of friction stirring is mounted, the two pieces are used at a predetermined stirring depth. A friction stir welding tool including a shoulder portion and a probe protruding from the shoulder portion as the first and second friction stir welding tools; When the friction stir welding tool for main joining, which has at least one concave portion for housing the probe at the time of joining the two metal plates, is mounted, the joining portions of the two metal plates are continuously connected. A double-sided friction stir welding apparatus comprising the tool pressing device and a welding control device for controlling the moving device so as to be joined to each other.
前記仮接合用の摩擦撹拌接合ツールは、前記ショルダ部から突出するよう形成された少なくとも1つのプローブを備え、該プローブの長さの合計が前記2枚の金属板の厚みより短いことを特徴とする請求項3に記載の両面摩擦撹拌接合装置。   The friction stir welding tool for temporary joining includes at least one probe formed to protrude from the shoulder portion, and the total length of the probes is shorter than the thickness of the two metal plates. The double-sided friction stir welding apparatus according to claim 3. 長手方向に間隙を介して互いに平行に配置された複数のテーブルと、
該テーブルのうち、最外側のテーブルの外縁に取り付けられ、前記テーブルのそれぞれに載置された前記金属板の両端面を、前記間隙間で互いに突き合わせた状態で保持する拘束装置とを具備することを特徴とする請求項3または請求項4に記載の両面摩擦撹拌接合装置。
A plurality of tables arranged parallel to each other with a gap in the longitudinal direction;
A restraining device that is attached to the outer edge of the outermost table of the tables and holds both end surfaces of the metal plates placed on the tables in a state of being butted against each other with the gap between them; The double-sided friction stir welding apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that:
前記複数のテーブルは固定テーブルであり、前記接合制御装置が、前記ツール回転駆動装置の移動速度を制御することを特徴とする請求項5に記載の両面摩擦撹拌接合装置。   The double-sided friction stir welding apparatus according to claim 5, wherein the plurality of tables are fixed tables, and the joining control device controls a moving speed of the tool rotation driving device. 前記複数のテーブルは、一体的に移動する移動テーブルであり、前記接合制御装置が、前記移動テーブルの移動速度を制御することを特徴とする請求項5に記載の両面摩擦撹拌接合装置。   The double-sided friction stir welding apparatus according to claim 5, wherein the plurality of tables are movement tables that move integrally, and the joining control device controls a moving speed of the moving table.
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JP3070735B2 (en) * 1997-07-23 2000-07-31 株式会社日立製作所 Friction stir welding method
JP4008593B2 (en) * 1998-09-17 2007-11-14 昭和電工株式会社 Friction stir welding method and friction stir welding apparatus
JP4357788B2 (en) * 2002-03-19 2009-11-04 トヨタ自動車株式会社 Butt butt welding method
JP2005349422A (en) * 2004-06-09 2005-12-22 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Welding method, welding equipment, and database system
JP5092333B2 (en) * 2006-10-02 2012-12-05 日本軽金属株式会社 Joining method
JP5086845B2 (en) * 2008-03-04 2012-11-28 日軽金アクト株式会社 Friction stir welding equipment
WO2012147204A1 (en) * 2011-04-28 2012-11-01 三菱日立製鉄機械株式会社 Friction stir welding method and device, and tool set

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