JP6153964B2 - 摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
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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1,1を突き合せる突合工程と、金属部材1,1の突合部J1の両側に第一タブ材2と第二タブ材3を配置するタブ材配置工程と、第一タブ材2と第二タブ材3を溶接により金属部材1,1に仮接合する溶接工程とを具備している。
配置して第一タブ材2の当接面21(図3の(b)参照)を金属部材1,1の外側の側面に当接させるとともに、突合部J1の他端側に第二タブ材3を配置して第二タブ材3の当接面31,31(図3の(b)参照)を金属部材1,1の内側の側面に当接させる。なお、金属部材1,1をL字状に組み合わせた場合には、第一タブ材2及び第二タブ材3の一方(本実施形態では第二タブ材3)を、金属部材1,1により形成された入隅部(金属部材1,1の内側の側面により形成された角部)に配置する。
第一の予備工程は、金属部材1,1と第一タブ材2との突合部J2を接合する第一タブ材接合工程と、金属部材1,1の突合部J1を仮接合する仮接合工程と、金属部材1,1と第二タブ材3との突合部J3を接合する第二タブ材接合工程と、第一の本接合工程における摩擦攪拌の開始位置に下穴を形成する下穴形成工程とを具備している。
第一の予備工程が終了したら、金属部材1,1の突合部J1を本格的に接合する第一の本接合工程を実行する。本実施形態に係る第一の本接合工程では、図1の(a)に示す本接合用回転ツールFを使用し、仮接合された状態の突合部J1に対して金属部材1の表面側から摩擦攪拌を行う。
第一の本接合工程が終了したら、第一の本接合工程により金属部材1に形成された塑性化領域W1に対して第一の補修工程を実行する。本実施形態に係る第一の補修工程では、図6及び図7に示すように、凹溝Mを形成する凹溝形成工程と、凹溝Mに補助部材4を配置する配置工程と、金属部材1と補助部材4とを接合する補助部材接合工程とを実行する。
第一の本接合工程を終えたら金属部材1,1を裏返し、第二の予備工程を実行する。本実施形態に係る第二の予備工程は、第二の本接合工程における摩擦攪拌の開始位置に下穴(図示略)を形成する下穴形成工程を具備している。なお、第二の予備工程では、金属部材1,1の裏面13側から突合部J1に対して仮接合を行ってもよい。
第二の予備工程が終了したら、図9の(a)に示すように、本接合用回転ツールFを使用して、突合部J1に対して金属部材1の裏面13側から摩擦攪拌接合を行う第二の本接合工程を実行する。第二の本接合工程は、第一の本接合工程と略同等の作業を裏面13側から行う。第二の本接合工程においても、本接合用回転ツールFの連結部F1と金属部材1とは離間させつつ、攪拌ピンF2のみを金属部材1に挿入する。突合部J1に対して摩擦攪拌接合を行う際には、第一の本接合工程で形成された塑性化領域W1に本接合用回転ツールFの攪拌ピンF2を入り込ませつつ摩擦攪拌を行う。
第二の本接合工程が終了したら、第二の本接合工程により金属部材1に形成された塑性化領域W2に対して第二の補修工程を実行する。第二の補修工程は、第一の補修工程と略同等の作業を裏面13側から行う。図9の(b)に示すように、第二の補修工程を行うと、二条の塑性化領域w3によって補助部材4の全体が覆われる。最後に、第一タブ材2及び第二タブ材3を金属部材1,1から切断する。
図11は、実施例1の条件と各塑性化領域の断面図である。実施例1では、本接合用回転ツールFAを用いて、試験体NO.1〜3の三つの試験体を用いて、各条件で試験を行った。本接合用回転ツールFAの連結部F1の外径X1(図1の(a)参照)は140mm、厚みX2は40mmになっている。攪拌ピンF2の長さY1は55mm、基端外径Y2は32mm、先端外径Y3は16mmになっている。攪拌ピンF2の外周面には、深さ2mm、ピッチ2mmで左ネジの螺旋溝F3が刻設されている。
図13は、実施例2の条件と各塑性化領域の断面図である。実施例2では、本接合用回転ツールFBを用いて、試験体NO.4〜7の四つの試験体を用いて、各条件で試験を行った。本接合用回転ツールFBの連結部F1の外径X1(図1の(a)参照)は140mm、厚みX2は55mmになっている。攪拌ピンF2の長さY1は77mm、基端外径Y2は38mm、先端外径Y3は16mmになっている。攪拌ピンF2の外周面には、深さ2mm、ピッチ2mmで左ネジの螺旋溝F3が刻設されている。
図15は、実施例3の条件と各塑性化領域の断面図である。実施例3では、本接合用回転ツールFCを用いて、試験体8〜11の四つの試験体を用いて、各条件で試験を行った。本接合用回転ツールFCの連結部F1の外径X1(図1の(a)参照)は140mm、厚みX2は45mmになっている。攪拌ピンF2の長さY1は157mm、基端外径Y2は54.7mm、先端外径Y3は16mmになっている。攪拌ピンF2の外周面には、深さ2mm、ピッチ2mmで左ネジの螺旋溝F3が刻設されている。
2 第一タブ材
3 第二タブ材
4 補助部材
12 表面
13 裏面
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〜J4 突合部
K 下穴
M 凹溝
W1 塑性化領域
w1〜w3 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、
前記金属部材同士の突合部の両端側にそれぞれ第一タブ材及び第二タブ材を配置するタブ材配置工程と、
前記金属部材と前記第一タブ材との突合部を接合する第一タブ材接合工程と、
前記金属部材と前記第二タブ材との突合部を接合する第二タブ材接合工程と、
前記第一タブ材に回転した前記攪拌ピンを挿入し、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金属部材に接触させて摩擦熱を発生させた状態で相対移動させて前記金属部材同士の突合部に摩擦攪拌接合を行い、前記第二タブ材で前記攪拌ピンを離脱させる本接合工程と、を含み、
前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、
前記第一タブ材接合工程及び前記第二タブ材接合工程で用いる仮接合用回転ツールは、ショルダ部と、攪拌ピンとで構成されており、
前記ショルダ部は、円柱状を呈し、前記摩擦攪拌装置の回転軸に連結される部位であるとともに、塑性流動化した金属を押さえる部位であり、
前記第一タブ材接合工程では、前記ショルダ部の下端面を前記金属部材と前記第一タブ材との前記突合部に押し込みながら前記仮接合用回転ツールを相対移動させ、
前記第二タブ材接合工程では、前記ショルダ部の下端面を前記金属部材と前記第二タブ材との前記突合部に押し込みながら前記仮接合用回転ツールを相対移動させる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、
前記金属部材同士の突合部の両端側にそれぞれ第一タブ材及び第二タブ材を配置するタブ材配置工程と、
前記金属部材と前記第一タブ材との突合部を接合する第一タブ材接合工程と、
前記金属部材と前記第二タブ材との突合部を接合する第二タブ材接合工程と、
前記第一タブ材に回転した前記攪拌ピンを挿入し、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金属部材に接触させて摩擦熱を発生させた状態で相対移動させて前記金属部材同士の突合部に摩擦攪拌接合を行い、前記第二タブ材で前記攪拌ピンを離脱させる本接合工程と、を含み、
前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、
前記本接合工程では、
前記金属部材の表面側から摩擦攪拌接合を行う第一の本接合工程と、
前記金属部材の裏面側から摩擦攪拌接合を行う第二の本接合工程と、を行い、
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接触させ、
前記第一タブ材接合工程及び前記第二タブ材接合工程で用いる仮接合用回転ツールは、ショルダ部と、攪拌ピンとで構成されており、
前記ショルダ部は、円柱状を呈し、前記摩擦攪拌装置の回転軸に連結される部位であるとともに、塑性流動化した金属を押さえる部位であり、
前記第一タブ材接合工程では、前記ショルダ部の下端面を前記金属部材と前記第一タブ材との前記突合部に押し込みながら前記仮接合用回転ツールを相対移動させ、
前記第二タブ材接合工程では、前記ショルダ部の下端面を前記金属部材と前記第二タブ材との前記突合部に押し込みながら前記仮接合用回転ツールを相対移動させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 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。
- 前記本接合工程で形成された塑性化領域の上に補助部材を配置する配置工程と、
前記金属部材と前記補助部材とを接合する補助部材接合工程と、を行う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。 - 前記本接合工程を行う前に、前記金属部材同士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。
- 前記回転ツールの前記攪拌ピンの外周面には左ネジの螺旋溝が刻設されており、
前記本接合工程では、前記回転ツールを右回転させて摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項5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、二つの前記金属部材を摩擦攪拌装置の架台に載置し、治具を用いて二つの前記金属部材を移動不能に拘束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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