JP6296329B2 - 摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
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- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
すなわち、本願の請求項1に係る発明は、棒状の回転ツールを被接合材に回転させつつ押し込み、前記回転ツールと前記被接合材との少なくとも一方を接合線に沿って相対的に移動させることにより、当該被接合材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、
空気の組成よりも低い酸素濃度のシールドガスを前記回転ツールの先端部の周囲に連続的に供給しながら接合し、
シールドガスの流量と、回転ツールの先端部の周囲の雰囲気中の酸素濃度と、の関係を回転ツールの回転数ごとに求め、
前記関係から前記回転ツールの回転数における前記シールドガスの流量を選定することを特徴とする摩擦攪拌接合方法である。
A=0.663×B−5.5 ・・・(1)
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
先ず、本発明を適用した一実施形態である摩擦攪拌接合方法に用いる摩擦攪拌接合装置の構成について説明する。図1は、本発明を適用した第1実施形態の摩擦攪拌接合装置1の一例を示す系統図である。
一般的に、摩擦攪拌接合では、図2に示すように、回転ツール3を回転させつつプローブ4を被接合材10,11に押し込む。次いで、回転ツール3と被接合材10,11との少なくとも一方を接合線Tに沿って相対的に移動させることにより、プローブ4が接合対象の金属上を移動して、被接合材10,11を接合する。
A=0.663×B−5.5 ・・・(1)
具体的には、図3に示すように、先ず、回転ツール3に接続されたプローブ4の先端が被接合材10(11)からの高さHとなるように、摩擦攪拌接合装置1を引き上げた状態で固定する。ここで、高さHは、特に限定されるものではなく、適宜選択することができる。具体的には、例えば、3〜25mmの範囲とすることが好ましく、3〜10mmの範囲とすることがより好ましい。
次に、本発明を適用した第2の実施形態について説明する。本実施形態の摩擦攪拌接合方法は、上述した第1実施形態の摩擦攪拌接合方法の構成に加えて、さらに、シールドガス7の熱伝導率を制御する構成となっている。したがって、本実施形態の摩擦攪拌接合方法については、第1の実施形態と同一の構成部分については説明を省略する。なお、本実施形態の摩擦攪拌接合方法では、第1実施形態と同様に、摩擦攪拌接合装置1を用いて実施することができる。
図1〜3に示す構成の摩擦攪拌接合装置1を用いて、下記に示す検証を行った。
<実施例1>
下記の表1に示した条件を用い、回転ツール3の先端の周辺の雰囲気中の酸素濃度(体積%)を変化させて摩擦攪拌接合による点接合を行い、回転ツール3が破断・破損までに何点の点接合が可能であるかを確認した。なお、酸素濃度は、図3中に示す符号Pの位置で、非接触式の酸素濃度計(東レエンジニアリング株式会社製、ジルコニア式酸素濃度計)を用いて測定した。結果を図4に示す。
上記表1の条件で、回転ツール3の各回転数における、シールドガス7の流量と回転ツール3の先端部周辺の雰囲気中の酸素濃度との関係を確認した。なお、酸素濃度は、図3中に示す符号Pの位置で、非接触式の酸素濃度計(東レエンジニアリング株式会社製、ジルコニア式酸素濃度計)を用いて測定した。結果を図5に示す。
図5に示すように、回転ツール3にシールドガス7を供給すると、回転ツール3の先端部周辺Pの酸素濃度が低減する傾向が確認された。また、シールドガス7の供給量が同じであっても、回転ツール3の回転数が少ないほど、回転ツール3の先端部周辺Pの酸素濃度の減少傾向が大きいことがわかった。しかしながら、更にシールドガスの供給量(流量)を増やしても、所定の供給ガス流量(限界供給量)以上では、回転ツール3の先端部周辺Pの酸素濃度は略一定となった。
A=0.066×B−5.53 ・・・(1)
下記の表2に示した条件を用い、摩擦攪拌接合による線接合を行って、回転ツール3が破断・破損までに可能な接合長を確認した。また、シールドガス種は、下記の表3に示すように2種類用いた。なお、接合終了時の回転ツール3の先端部温度は、図3中に示す符号Pの位置で、非接触式の温度計(東レエンジニアリング株式会社製、ジルコニア式酸素濃度計)を用いて測定した。結果を表3に示す。
下記の表2に示した条件を用い、摩擦攪拌接合による線接合を行った。また、シールドガス組成は、下記の表4に示すように6種類用いた。結果を表4及び図7〜9に示す。
2 ツールホルダ
3 回転ツール
4 プローブ
5 ガスノズル
6 環状空間
7 シールドガス
8A,8B,8C ガス供給源
10,11 被接合材
12 ガス混合器
Claims (11)
- 棒状の回転ツールを被接合材に回転させつつ押し込み、前記回転ツールと前記被接合材との少なくとも一方を接合線に沿って相対的に移動させることにより、当該被接合材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、
空気の組成よりも低い酸素濃度のシールドガスを前記回転ツールの先端部の周囲に連続的に供給しながら接合し、
シールドガスの流量と、回転ツールの先端部の周囲の雰囲気中の酸素濃度と、の関係を回転ツールの回転数ごとに求め、
前記関係から前記回転ツールの回転数における前記シールドガスの流量を選定することを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 前記回転ツールの先端部の周囲の雰囲気中の酸素濃度が、4体積%以下であることを特徴とする請求項1に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 前記シールドガスの流量をA(l/min)とし、前記回転ツールの回転数をB(rpm)とした際に、下記式(1)の関係を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の摩擦攪拌接合方法。
A=0.663×B−5.5 ・・・(1) - 前記シールドガスを前記回転ツールの軸方向下向きに供給することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 空気よりも高い熱伝導率のシールドガスを供給することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 前記回転ツールの回転数が一定となった後に、空気よりも高い熱伝導率のシールドガスを供給す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。
- 前記シールドガスが、ヘリウム又は水素の少なくとも一方を含む混合ガスであることを特徴とする請求項5又は6に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 前記シールドガス中の水素ガス濃度が、10体積%以下であることを特徴とする請求項7に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 前記被接合材の材質に応じて、前記シールドガスの組成を選択することを特徴とする請求項5乃至8のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 前記被接合材が鉄を主成分とした合金の場合に、前記シールドガスの熱伝導率を80mW/m/K以上とすることを特徴とする請求項9に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 摩擦攪拌接合が線接合であることを特徴とする請求項5乃至10のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
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