JP6112133B2 - 摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
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Description
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。第一実施形態では、(1)準備工程、(2)予備工程、(3)本接合工程、(4)補修工程を含んでいる。
図3を参照して準備工程を説明する。本実施形態に係る準備工程は、接合すべき金属部材1,2を突き合せる突合工程と、金属部材1,2の突合部J1の端部にタブ材3を配置するタブ材配置工程と、タブ材3を溶接により金属部材1,2に仮接合する溶接工程とを具備している。
予備工程は、金属部材1,2の突合部J1を仮接合する仮接合工程を具備している。具体的には、図3の(b)に示すように、タブ材3に仮接合用回転ツールGを挿入し、金属部材1,2の外側(外隅を構成する面側)から突合部J1に対して摩擦攪拌接合を行う。仮接合工程においては、図2の(b)を参照するように、ショルダ部G1の下面を金属部材1,2に押し込んだ状態で、仮接合用回転ツールGを移動させる。突合部J1の全部又は一部を接合したら、金属部材1,2からタブ材3を切削する。なお、本実施形態では仮接合工程を摩擦攪拌接合により行ったが、例えば溶接で金属部材1,2の仮接合を行ってもよい。
予備工程が終了したら、金属部材1,2の突合部J1を本格的に接合する本接合工程を実行する。本実施形態に係る本接合工程では、まず、図4の(a)に示すように、金属部材1,2の外隅を構成する面に裏当材Tを配置する。裏当材Tは、平面視L字状を呈する金属製の部材であって、金属部材1の側面1c、端面1a及び金属部材2の側面2cに接触させる。そして、金属部材1,2及び裏当材Tを図示せぬ摩擦攪拌装置の架台に載置し、クランプ等の図示せぬ治具を用いて移動不能に拘束する。
本接合工程が終了したら、本接合工程によって金属部材1,2に形成された塑性化領域W1に対して補修工程を実行する。本実施形態に係る補修工程では、図5に示すように、塑性化領域W1の上面に肉盛溶接を行う。
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。第二実施形態では、(1)準備工程、(2)予備工程、(3)第一の本接合工程、(4)第二の本接合工程、(5)補修工程を含んでいる。第二実施形態は、第一実施形態よりも厚い金属部材1,2を接合する場合を例示する。第二実施形態は、本接合工程を二回行う点で第一実施形態と相違する。なお、(1)準備工程、(2)予備工程は、第一実施形態と同等であるため、詳細な説明は省略する。
第一の本接合工程では、図6の(a)に示すように、前記した第一実施形態の本接合工程と略同等の要領で、突合部J1に対して金属部材1,2の内隅に回転した本接合用回転ツールFを挿入して、摩擦攪拌接合を行う。第二実施形態では、金属部材1,2の厚さが大きいため、本接合用回転ツールFの挿入角度を金属部材1側に傾けたとしても、本接合工程で形成された塑性化領域W1と、仮接合工程で形成された塑性化領域wとを重複させることができない。
第二の本接合工程では、金属部材1,2の外隅を構成する面側から本接合用回転ツールFを用いて摩擦攪拌接合を行う。具体的には、図6の(b)に示すように、金属部材1の端面1aと金属部材2の側面2c側から回転した本接合用回転ツールFの攪拌ピンF2を挿入し、突合部J1に沿って移動させる。第二の本接合工程では、本接合用回転ツールFの連結部F1と金属部材1,2とを離間させて、攪拌ピンF2のみを突合部J1に挿入する。第二の本接合工程で形成された塑性化領域W2は、第一の本接合工程で形成された塑性化領域W1と重複させる。本実施形態の第二の本接合工程では、塑性化領域W1に攪拌ピンF2が達するようにする。これにより、より確実に突合部J1を接合できる。
補修工程では、第一実施形態の補修工程と同じ要領で、第一の本接合工程で形成された塑性化領域W1と第二の本接合工程で形成された塑性化領域W2の上面に肉盛溶接を行って、不足した金属を補充する。
実施例1では、前記した本接合用回転ツールA―1〜A―4、本接合用回転ツールB―1〜B―4、本接合用回転ツールC―1〜C―4、本接合用回転ツールD―1〜D―4、本接合用回転ツールE―1〜E―4の合計20種類の本接合用回転ツールを用いて回転数1000rpm、接合速度(移動速度)100mm/minに設定して摩擦攪拌接合を行った。
実施例2では、前記した20種類の本接合用回転ツールを用いて回転数1000rpm、接合速度200mm/minに設定して摩擦攪拌接合を行った。
実施例3では、平板状の金属部材Z(V字溝無し)に対して前記した20種類の本接合用回転ツールを移動させて形成された塑性化領域の断面を観察した。実施例3では、回転数を1000rpmに固定するとともに接合速度を100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/minに可変させた。
図18は、実施例3において、本接合用回転ツールC−1の回転数を1000rpmに設定し、接合速度を100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/minに設定した場合の結果を示す断面図である。
図19は、実施例3において、本接合用回転ツールA−4の回転数を1000rpmに設定し、接合速度を100mm/min、200mm/min、300mm/min、500mm/minに設定した場合の結果を示す断面図である。
図21は、実施例3において、回転数を1000rpmに固定するとともに接合速度を200mm/minとした場合の結果を示す断面図である。
図22は、実施例3において、回転数を1000rpmに固定するとともに接合速度を300mm/minとした場合の結果を示す断面図である。
図23は、実施例3において、回転数を1000rpmに固定するとともに接合速度を500mm/minとした場合の結果を示す断面図である。
1a 端面
1b 側面
1c 側面
1d 側面
2 金属部材
2a 端面
2b 側面
2c 側面
2d 側面
3 タブ材
C 仮想基準面
C1 交線
F 本接合用回転ツール
F1 連結部
F2 攪拌ピン
G 仮接合用回転ツール
G1 ショルダ部
G2 攪拌ピン
J1 突合部
W1〜W2 塑性化領域
w 塑性化領域
Claims (7)
- 攪拌ピンを備え、摩擦攪拌装置の回転軸に連結され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、
前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、
前記金属部材同士を角度をつけて突き合わせて突合部を形成する突合工程と、
回転した前記攪拌ピンを前記金属部材同士の内隅に挿入し、前記摩擦攪拌装置及び前記回転ツールのうち前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記両金属部材のみに接触させて摩擦熱を発生させつつ前記攪拌ピンの基端部を露出させた状態で前記突合部の摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含み、
前記本接合工程において、前記攪拌ピンの外周面によって前記内隅に減肉を生じさせながら前記突合部に沿って摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 攪拌ピンを備え、摩擦攪拌装置の回転軸に連結され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、
前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、
前記金属部材同士を角度をつけて突き合わせて突合部を形成する突合工程と、
回転した前記攪拌ピンを前記金属部材同士の内隅に挿入し、前記摩擦攪拌装置及び前記回転ツールのうち前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記両金属部材のみに接触させて摩擦熱を発生させつつ前記攪拌ピンの基端部を露出させた状態で前記突合部の摩擦攪拌接合を行う第一の本接合工程と、
回転した前記攪拌ピンを前記金属部材同士の外隅を構成する面側に挿入し、前記摩擦攪拌装置及び前記回転ツールのうち前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記両金属部材に接触させた状態で前記突合部の摩擦攪拌接合を行う第二の本接合工程と、を含み、
前記第一の本接合工程において、前記攪拌ピンの外周面によって前記内隅に減肉を生じさせながら前記突合部に沿って摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 前記第一の本接合工程で形成された塑性化領域と、前記第二の本接合工程で形成された塑性化領域とを重複させることを特徴とする請求項2に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 前記突合工程では、一方の前記金属部材の側面と、他方の前記金属部材の端面とを突き合わせ、一方の前記金属部材の側面と他方の前記金属部材の側面とでなす内隅の角度がαである場合に、前記本接合工程では、前記側面同士の交線に挿入された前記回転ツールの回転中心軸が、前記交線を通り前記側面とのなす角度がα/2となる仮想基準面と前記一方の前記金属部材の側面との間に位置することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 前記本接合工程の前に、回転した回転ツールを前記金属部材同士の外隅を構成する面側に挿入し、前記突合部の仮接合を行う仮接合工程を含む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。
- 前記本接合工程では、前記仮接合工程で形成された塑性化領域と前記本接合工程で形成された塑性化領域とを重複させることを特徴とする請求項5に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 前記本接合工程で形成された塑性化領域の上に肉盛溶接を行う補修工程を含み、前記補修工程において、前記内隅に生じた減肉部に肉盛溶接を行うことで不足した金属を補充することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
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