JP6171692B2 - Friction stir spot welding method - Google Patents
Friction stir spot welding method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6171692B2 JP6171692B2 JP2013160456A JP2013160456A JP6171692B2 JP 6171692 B2 JP6171692 B2 JP 6171692B2 JP 2013160456 A JP2013160456 A JP 2013160456A JP 2013160456 A JP2013160456 A JP 2013160456A JP 6171692 B2 JP6171692 B2 JP 6171692B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- friction stir
- stir spot
- insert material
- metal material
- joining method
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
本発明は、高温強度が高い金属材料を接合するのに適した摩擦攪拌点接合方法に関する。 The present invention relates to a friction stir spot joining method suitable for joining metal materials having high high-temperature strength.
従来、金属材料同士を接合する方法として、摩擦攪拌点接合方法が提案されている。 Conventionally, a friction stir spot joining method has been proposed as a method for joining metal materials.
例えば特許文献1に記載されている摩擦攪拌点接合方法では、まず、回転工具の円柱状のピン部材が上側の金属板の表面に当接され、その状態でピン部材を回転させる。これにより、上側の金属板の表面近傍が摩擦熱によって軟化し、塑性流動部が形成される。次に、ピン部材が押し下げられ、塑性流動部が下側の金属板まで拡がるように増加する。その後、ピン部材が引き抜かれ、塑性流動部の塑性流動が停止され、2枚の金属板が接合される。
For example, in the friction stir spot joining method described in
摩擦攪拌点接合方法によれば、一般に、接合時の入熱を少なくでき、かつ金属組織を微細化できるので、接合材の歪を抑制でき、かつ優れた機械的性質が得られる。このような利点により、摩擦攪拌点接合方法は、輸送機器(自動車、鉄道車両、航空機等)および電気製品等の製造工程において採用されている。 According to the friction stir spot joining method, generally, heat input during joining can be reduced, and the metal structure can be refined, so that distortion of the joining material can be suppressed and excellent mechanical properties can be obtained. Due to such advantages, the friction stir spot joining method is employed in the manufacturing process of transportation equipment (automobiles, railway vehicles, aircrafts, etc.) and electrical products.
ところで、輸送機器および電気製品等においては、その機能および用途に応じて高温強度の高い金属材料が用いられることがある。このような高温強度の高い金属材料の接合においても、摩擦攪拌点接合方法を利用することが求められている。しかしながら、本発明者らの種々の検討の結果、従来の摩擦攪拌点接合方法によって高温強度の高い金属材料を接合する場合、接合される金属材料の境界面において新生面を露出および接触させることが難しいことが分かった。そのため、強固な金属結合が得られず、十分な接合強度が得られないことが分かった。 By the way, in transportation equipment, electrical products, and the like, metal materials with high high-temperature strength may be used depending on their functions and applications. It is required to use the friction stir spot joining method also in joining such high-temperature strength metal materials. However, as a result of various studies by the present inventors, it is difficult to expose and contact the new surface at the boundary surface of the metal material to be joined when joining a metal material having a high temperature strength by the conventional friction stir spot joining method. I understood that. For this reason, it has been found that a strong metal bond cannot be obtained and sufficient bonding strength cannot be obtained.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、高温強度の高い金属材料を接合する場合でも十分な接合強度が得られる摩擦攪拌点接合方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a friction stir spot joining method capable of obtaining sufficient joining strength even when joining a metal material having high high-temperature strength. .
本発明者らの鋭意研究の結果、高温強度の高い金属材料を摩擦攪拌点接合方法によって接合する際には、接合される金属材料(以下、母材という。)の間にインサート材を挟むことが重要であることが分かった。また、上記インサート材は、母材とは異なる金属材料からなりかつ母材よりも低融点であることが重要であることが分かった。具体的には、接合時に母材間のインサート材を溶融させることによって、母材間の広い範囲において、インサート材の新生面を容易に露出させることができ、かつその新生面を母材に容易に接触させることができる。これにより、母材同士を、インサート材を介して広い範囲で間接的に密着させることができる。また、母材が接合される際に、溶融したインサート材の一部または全部が、接合部の外側に排出される。このとき、各母材の表層部に存在する拡散接合を阻害する不純物(例えば、酸化物等)が、インサート材とともに排出される。これにより、上記不純物が排出された表層部同士を接触させることができ、母材同士をより強固に拡散接合できる。これらの結果、高温強度の高い金属材料を接合する場合でも十分な接合強度が得られる。 As a result of intensive studies by the present inventors, when a metal material having high temperature strength is joined by the friction stir spot joining method, an insert material is sandwiched between the metal materials to be joined (hereinafter referred to as a base material). Was found to be important. Further, it has been found that the insert material is made of a metal material different from the base material and has a lower melting point than the base material. Specifically, by melting the insert material between the base materials at the time of joining, the new surface of the insert material can be easily exposed in a wide range between the base materials, and the new surface can be easily contacted with the base material. Can be made. Thereby, base materials can be indirectly adhered in a wide range via an insert material. Further, when the base material is joined, a part or all of the melted insert material is discharged to the outside of the joined portion. At this time, impurities (for example, oxides) that inhibit diffusion bonding existing in the surface layer portion of each base material are discharged together with the insert material. Thereby, the surface layer parts from which the impurities are discharged can be brought into contact with each other, and the base materials can be more firmly diffusion-bonded. As a result, sufficient bonding strength can be obtained even when metal materials having high high-temperature strength are bonded.
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、下記の摩擦攪拌点接合方法を要旨としている。 This invention is made | formed based on said knowledge, and makes the summary the following friction stir spot joining method.
(1)金属材料からなる第1部材、インサート材および第2部材を重ね合わせ、回転工具のピン部を回転させながら前記第1部材から前記インサート材を介して前記第2部材まで圧入し、摩擦熱によって前記インサート材を溶融させつつ前記第1および第2部材を攪拌することによって点接合する摩擦攪拌点接合方法であって、前記第1および第2部材のうちの少なくとも一方が、800℃かつ歪み速度10−3s−1での引張強度が100MPa以上の金属材料からなり、前記インサート材が、前記第1および第2部材とは異なりかつ前記引張強度が100MPa以上の前記金属材料よりも低融点の金属材料からなる、摩擦攪拌点接合方法。 (1) The first member made of a metal material, the insert material, and the second member are overlapped, and the first member is pressed into the second member through the insert material while rotating the pin portion of the rotary tool, and the friction A friction stir spot welding method in which the first and second members are agitated while melting the insert material by heat, wherein at least one of the first and second members is 800 ° C. and It consists of a metal material having a tensile strength at a strain rate of 10 −3 s −1 of 100 MPa or more, and the insert material is different from the first and second members and has a lower tensile strength than the metal material of 100 MPa or more. A friction stir spot joining method comprising a metal material having a melting point.
(2)前記第1および第2部材がそれぞれ鋼からなり、前記インサート材の融点が1100℃以下である、上記(1)に記載の摩擦攪拌点接合方法。 (2) The friction stir spot joining method according to (1), wherein the first and second members are each made of steel, and the melting point of the insert material is 1100 ° C. or lower.
(3)前記第1および第2部材がそれぞれ鋼からなり、前記インサート材の融点が前記鋼のA3変態点以下である、上記(1)に記載の摩擦攪拌点接合方法。 (3) The friction stir spot joining method according to (1), wherein the first and second members are each made of steel, and the melting point of the insert material is equal to or lower than the A3 transformation point of the steel.
(4)前記第1および第2部材がそれぞれ鋼からなり、前記インサート材の融点が前記鋼のA1変態点以下である、上記(1)に記載の摩擦攪拌点接合方法。 (4) The friction stir spot joining method according to (1), wherein the first and second members are each made of steel, and the melting point of the insert material is equal to or lower than the A1 transformation point of the steel.
本発明によれば、高温強度の高い金属材料を接合する場合でも十分な接合強度が得られる。 According to the present invention, sufficient bonding strength can be obtained even when a metal material having high high-temperature strength is bonded.
以下、本発明の摩擦攪拌点接合方法を説明する。本発明は、800℃かつ歪み速度10−3s−1での引張強度が100MPa以上の金属材料を接合する際に好適に用いられる。 Hereinafter, the friction stir spot joining method of the present invention will be described. The present invention is suitably used for joining metal materials having a tensile strength of 100 MPa or more at 800 ° C. and a strain rate of 10 −3 s −1 .
図1および図2は、本発明の一実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法を説明するための図である。図1(a)に示すように、本実施形態では、例えば、予備工程として、第1部材1および第2部材2を、インサート材3を間に挟むように上下に重ね合わせ、摩擦攪拌点接合装置の支持部4上に載置する。そして、第1部材1、第2部材2およびインサート材3の上方に摩擦攪拌点接合装置の回転工具5を配置する。本実施形態では、回転工具5は、円柱状のショルダー部5a、およびショルダー部5aから下方に突出する円柱状のピン部5bを含む。なお、本発明の摩擦攪拌点接合方法は公知の種々の摩擦攪拌点接合装置を用いて実施できるので、摩擦攪拌点接合装置の詳細な説明は省略する。
1 and 2 are views for explaining a friction stir spot welding method according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1A, in the present embodiment, for example, as a preliminary process, the
第1部材1および第2部材2は、例えば、800℃かつ歪み速度10−3s−1での引張強度が100MPa以上の金属材料からなる。第1部材1および第2部材2の金属材料としては、例えば、C含有量が質量%で0.3%(または0.5%)以上の炭素鋼、マルテンサイト鋼、またはチタン等を挙げることができる。なお、第1部材1と第2部材2とは同じ金属材料から形成されてもよく、異なる金属材料から形成されてもよい。
The
インサート材3の厚さは、30μmから500μmであることが好ましく、30μmから150μmであることがより好ましい。インサート材3は、第1部材1および第2部材2とは異なる金属材料からなる。インサート材3の融点は、第1部材1および第2部材2の融点よりも低い。第1部材1および第2部材2がそれぞれ鋼からなる場合には、インサート材3として、例えば融点が1100℃以下の金属材料が用いられ、好ましくは融点が上記鋼のA3変態点以下の金属材料が用いられ、より好ましくは融点が上記鋼のA1変態点以下の金属材料が用いられる。
The thickness of the
インサート材3の金属材料としては、Al、Zn、Cu、Sn、Mg等を用いてもよく、Ni、Cu、Sn、Al系等の合金(Ni、Cu、Sn、Al等を基材としたろう材)を用いてもよい。本実施形態では、インサート材3の金属材料は、第1部材1および第2部材2の金属材料に応じて適宜選択される。具体的には、インサート材3の金属材料としては、例えば、第1部材1および第2部材2に液体金属脆化(LME)を生じさせない金属材料が好ましく選択される。また、インサート材3の金属材料としては、例えば、第1部材1および第2部材2と脆弱な金属間化合物を形成しにくい金属材料が好ましく選択される。第1部材1および第2部材2がそれぞれ鋼からなる場合には、インサート材3の金属材料として、例えば、Al、Al系ろう材、Ni系ろう材、またはCu系ろう材が用いられる。
As the metal material of the
次に、図1(b)に示すように、例えば、攪拌工程として、回転工具5(ピン部5b)を回転させつつ、ピン部5bの先端を上側の第1部材1の上面に押し付ける。このとき、第1部材1とピン部5bとの接触部に発生する摩擦熱によって第1部材1の一部が軟化し、塑性流動部6が形成される。回転工具5の回転速度は、例えば3000rpmに設定され、押圧力は、例えば8kNに設定される。
Next, as shown in FIG. 1B, for example, as a stirring step, the tip of the
攪拌工程ではさらに、図2(a)に示すように、回転工具5(ピン部5b)を回転させつつ押し下げて、ピン部5bを、第1部材1からインサート材3を介して第2部材2まで圧入する。本実施形態では、ショルダー部5aの底面が第1部材1の上面と略等しい高さに位置するまで、回転工具5を押し下げる。これにより、塑性流動部6が第2部材2まで拡大し、塑性流動部6において第1部材1および第2部材2の金属材料がピン部5bによって攪拌される。このとき、インサート材3の一部は、ピン部5bの回転によって生じる摩擦熱によって溶融する。さらに、溶融したインサート材3の一部または全部が、回転工具5の押圧力によって、塑性流動部6の外側に排出される。
In the stirring step, as shown in FIG. 2A, the rotary tool 5 (
最後に、図2(b)に示すように、例えば、停止工程として、ピン部5bを第1部材1および第2部材2から引き抜き、第1部材1および第2部材2の金属材料の塑性流動を停止させる。これにより、第1部材1と第2部材2とを接合する接合部7が形成される。その後、第1部材1および第2部材2の他の部分について上記の処理(図1(b)および図2に示した処理)が繰り返され、第1部材1および第2部材2の所定の位置が順次接合される。
Finally, as shown in FIG. 2B, for example, as a stopping step, the
上述のように、本実施形態では、第1部材1と第2部材2との間に、第1部材1および第2部材2よりも低融点のインサート材3が設けられている。そして、攪拌工程において、インサート材3の一部が溶融する。この場合、第1部材1と第2部材2との間の広い範囲において、インサート材3の新生面を容易に露出させることができ、かつその新生面を第1部材1および第2部材2に容易に接触させることができる。これにより、第1部材1と第2部材2とを、インサート材3を介して広い範囲で間接的に密着させることができる。また、溶融したインサート材3の一部または全部が、回転工具5からの押圧力によって接合部7(塑性流動部6)の外側に排出される。このとき、第1部材1の表層部および第2部材2の表層部に存在する拡散接合を阻害する不純物(例えば酸化物等)が、インサート材3とともに排出される。この場合、上記不純物が排出された第1部材1の表層部および第2部材2の表層部が直接接触することによって、第1部材1と第2部材2とをより強固に拡散接合できる。これらの結果、十分な接合強度が得られる。
As described above, in the present embodiment, the
上述の実施形態では、第1部材1および第2部材2がともに高温強度の高い金属材料(800℃かつ歪み速度10−3s−1での引張強度が100MPa以上の金属材料)からなる場合について説明したが、本発明は、第1部材1および第2部材2のうちの一方のみが高温強度の高い金属材料からなる場合でも利用できる。この場合、インサート材3は、少なくとも、上記高温強度の高い金属材料よりも低融点の金属材料によって形成される。
In the above-described embodiment, both the
上述の実施形態では、第1部材1および第2部材2を接合する場合について説明したが、本発明は上下に重ね合わされた3つ以上の部材を接合する際にも利用できる。
Although the case where the
本発明によれば、高温強度の高い金属材料を接合する場合でも十分な接合強度が得られる。 According to the present invention, sufficient bonding strength can be obtained even when a metal material having high high-temperature strength is bonded.
1 第1部材
2 第2部材
3 インサート材
4 支持部
5 回転工具
5a ショルダー部
5b ピン部
6 塑性流動部
7 接合部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1および第2部材のうちの少なくとも一方が、800℃かつ歪み速度10−3s−1での引張強度が100MPa以上の金属材料からなり、
前記インサート材が、前記第1および第2部材とは異なりかつ前記引張強度が100MPa以上の前記金属材料よりも低融点の金属材料からなり、
前記インサート材がろう材である、摩擦攪拌点接合方法。 The first member made of a metal material, the insert material and the second member are overlapped, and the pin portion of the rotary tool is rotated to press-fit from the first member to the second member through the insert material, and the friction heat A friction stir spot joining method for spot joining by stirring the first and second members while melting an insert material,
At least one of the first and second members is made of a metal material having a tensile strength at 800 ° C. and a strain rate of 10 −3 s −1 of 100 MPa or more,
The insert material, Ri Do from the low melting point metal material than unlike the first and second members and the tensile strength of the metal material described above 100 MPa,
The insert material Ru der brazing material, the friction stir spot joining method.
前記インサート材の融点が1100℃以下である、請求項1に記載の摩擦攪拌点接合方法。 The first and second members are each made of steel;
The friction stir spot joining method according to claim 1, wherein the melting point of the insert material is 1100 ° C. or less.
前記インサート材の融点が前記鋼のA3変態点以下である、請求項1に記載の摩擦攪拌点接合方法。 The first and second members are each made of steel;
The friction stir spot joining method according to claim 1, wherein the melting point of the insert material is equal to or lower than the A3 transformation point of the steel.
前記インサート材の融点が前記鋼のA1変態点以下である、請求項1に記載の摩擦攪拌点接合方法。
The first and second members are each made of steel;
The friction stir spot joining method according to claim 1, wherein the melting point of the insert material is equal to or lower than the A1 transformation point of the steel.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013160456A JP6171692B2 (en) | 2013-08-01 | 2013-08-01 | Friction stir spot welding method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013160456A JP6171692B2 (en) | 2013-08-01 | 2013-08-01 | Friction stir spot welding method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015030007A JP2015030007A (en) | 2015-02-16 |
JP6171692B2 true JP6171692B2 (en) | 2017-08-02 |
Family
ID=52515806
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013160456A Active JP6171692B2 (en) | 2013-08-01 | 2013-08-01 | Friction stir spot welding method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6171692B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6505618B2 (en) * | 2016-02-05 | 2019-04-24 | 株式会社東芝 | Friction stir welding method and joined body |
JP7426356B2 (en) * | 2021-08-06 | 2024-02-01 | プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 | Terminal parts and secondary batteries and assembled batteries equipped with the terminal parts |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4827308B2 (en) * | 2001-03-29 | 2011-11-30 | 東北特殊鋼株式会社 | Exhaust valve steel with high strength at high temperatures and excellent corrosion resistance and wear resistance |
JP2009241084A (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Nippon Steel Corp | Method for joining high-strength steel sheet having excellent joining strength property |
-
2013
- 2013-08-01 JP JP2013160456A patent/JP6171692B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015030007A (en) | 2015-02-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rao et al. | Effect of process parameters on microstructure and mechanical behaviors of friction stir linear welded aluminum to magnesium | |
Rao et al. | Effect of process parameters on mechanical properties of friction stir spot welded magnesium to aluminum alloys | |
Shao et al. | Rapid Ag/Sn/Ag transient liquid phase bonding for high-temperature power devices packaging by the assistance of ultrasound | |
JP4591547B2 (en) | CONNECTED BODY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME | |
JP5120864B2 (en) | Dissimilar materials joining method | |
JP2017136631A (en) | Friction stir welding method and joined body | |
Dai et al. | Microstructure and properties of Mg/Al joint welded by gas tungsten arc welding-assisted hybrid ultrasonic seam welding | |
JP2007118059A (en) | Method and structure of welding different kind of metallic material | |
JP2009000700A (en) | Different-mental joining method and joined sructure | |
JP6171692B2 (en) | Friction stir spot welding method | |
JP4413677B2 (en) | Point joining method for dissimilar metal parts | |
JP2018008306A (en) | Joining method for dissimilar metal | |
JP2008137048A (en) | Friction spot welding method | |
JP6458539B2 (en) | Method for producing a laminated structure of three or more layers using a friction stir welding tool and a laminated structure produced by the method | |
JP2006326612A (en) | Method of welding different kind of metal by resistance seam welding | |
Jeong et al. | Reliability of laser soldering using low melting temperature eutectic SnBi solder and electroless Ni-electroless Pd-immersion Au-finished Cu pad | |
Moeini et al. | Strength and reliability of high temperature transient liquid phase sintered joints | |
JP2018020359A (en) | Dissimilar material joining method | |
CN102303191B (en) | Two-step mode two-temperature transient liquid-phase bonding method for dissimilar metals | |
JP2016153133A (en) | Production method of lamination structure joint body having three or more layers using friction agitation joint tool, and lamination structure joint body produced by the same | |
JP6160345B2 (en) | Friction stir spot welding method | |
JP2011005507A (en) | Method and device for joining metallic members and structure in joined part of metallic members | |
JP2018069289A (en) | Joint method for dissimilar metal plates | |
JP2012166270A (en) | Spot friction stir welding method of bimetallic metals | |
JP2008212984A (en) | Method and structure of friction spot joining |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160405 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170223 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170228 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170425 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20170425 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170606 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170619 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6171692 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |