JP6357566B2 - Method for manufacturing aluminum structural member - Google Patents

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本発明は、アルミニウム構造部材の製造方法に関し、特に、自動車等の輸送機のパネル部材や構造部材等に適用されるアルミニウム構造部材の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an aluminum structural member, and more particularly to a method for manufacturing an aluminum structural member applied to a panel member or a structural member of a transport device such as an automobile.

近年、自動車のパネルやピラー、フレーム等の構造部材においては、軽量化の観点から鋼板からアルミニウム合金板への移行が検討されている。アルミニウム合金板への適用にあたっては、単一(一枚物)のアルミニウム合金板を用いるだけではなく、厚みが異なるアルミニウム合金板や材質が異なるアルミニウム合金板を組み合わせて用いることがある。   In recent years, for structural members such as automobile panels, pillars, and frames, the transition from steel plates to aluminum alloy plates has been studied from the viewpoint of weight reduction. In application to an aluminum alloy plate, not only a single (one piece) aluminum alloy plate is used, but also an aluminum alloy plate having a different thickness or an aluminum alloy plate having a different material may be used in combination.

このような、二枚のアルミニウム合金板を接合する構造としては、例えば、特許文献1に記載されているように、二枚のアルミニウム合金板の端面を突き合わせて摩擦攪拌接合(FSW)を行うことによって接合材を製造することが知られている。   As a structure for joining two aluminum alloy plates, for example, as described in Patent Document 1, friction stir welding (FSW) is performed by abutting the end surfaces of two aluminum alloy plates. It is known to produce a bonding material by:

また、板厚や材質が異なるアルミニウム合金板をつき合わせて接合するテーラードブランクを作成する技術としては、例えば、二枚の板厚の異なる板材を突き合わせて、突合せの段差部の方から、回転ツールを傾けた状態で接合工具を差込み、攪拌しながら接合する方法が提案されている(特許文献2参照)。   In addition, as a technique for creating a tailored blank that joins and joins aluminum alloy plates with different plate thicknesses and materials, for example, two plate materials with different plate thicknesses are brought together, and the rotating tool is started from the butt step portion. A method has been proposed in which a joining tool is inserted in a state where the angle is tilted and joined while stirring (see Patent Document 2).

さらに、テーラードブランクを作成する技術としては、例えば、厚さの異なる二枚のアルミニウム合金板を硬質の裏当てに載せて突き合わせ、該突き合わせ部分に沿って回転工具を回転しながら移動させることより、上記アルミニウム合金板を摩擦攪拌接合する方法が提案されている(特許文献3参照)。この特許文献3では、アルミニウム合金板の上端面が揃わない場合、合金板の突合せ面に対して回転工具の挿入角度を斜めにすることも記載されている。   Furthermore, as a technique for producing a tailored blank, for example, two aluminum alloy plates having different thicknesses are put on a hard backing and are brought into contact with each other, and a rotary tool is moved along the abutting portion while rotating. A method of friction stir welding of the aluminum alloy plate has been proposed (see Patent Document 3). Patent Document 3 also describes that when the upper end surfaces of the aluminum alloy plates are not aligned, the insertion angle of the rotary tool is inclined with respect to the butting surfaces of the alloy plates.

摩擦攪拌接合は、接合時の入熱量が低いため、接合後の構造体の歪が少ないというメリットがある。一方、摩擦攪拌接合は、接合スピードがレーザビーム溶接等の溶融溶接に比べて著しく低い。このため、摩擦攪拌接合の生産性を上げるためには、複数の部分を同時に接合するような特殊な構造の摩擦攪拌接合の専用機が必要となる。また、生産性を向上させる他の手法としては、摩擦攪拌接合のツールを差し込む前の部分を加熱して予熱して材料を軟化させた上で、摩擦攪拌接合のピンを差し込んで接合する方法が提案されている(特許文献4及び5参照)。   Friction stir welding has the advantage that there is little distortion of the structure after joining because the heat input during joining is low. On the other hand, in the friction stir welding, the joining speed is significantly lower than that of fusion welding such as laser beam welding. For this reason, in order to increase the productivity of friction stir welding, a special machine for friction stir welding with a special structure that joins a plurality of parts simultaneously is required. Another method for improving productivity is to heat and preheat the part before inserting the friction stir welding tool to soften the material, and then insert the friction stir welding pin to join. It has been proposed (see Patent Documents 4 and 5).

他にも、二枚の板厚の異なる板材をつき合わせてレーザ溶接により接合する方法も提案されている(特許文献6参照)。更に、レーザ等で溶接を行った後で、溶接部に押圧ローラを転動させ溶接部を整形する方法が提案されている(特許文献7参照)。   In addition, a method of joining two plate materials having different plate thicknesses and joining them by laser welding has been proposed (see Patent Document 6). Furthermore, after welding with a laser etc., the method of rolling a press roller to a welding part and shaping a welding part is proposed (refer patent document 7).

特開2002−224858号公報JP 2002-224858 A 特開2002−35961号公報JP 2002-35961 A 特開2000−167676号公報JP 2000-167676 A 国際公開第1999/39861号公報International Publication No. 1999/39861 特表2004−521747号公報JP-T-2004-521747 特開2016−19983号公報JP 2016-19983 A 国際公開第2012/114962号International Publication No. 2012/114962

特許文献4及び5に記載の方法であれば、アルミニウム材料が摩擦攪拌による加熱量を少なくすることができるため接合速度を向上させることができる。しかしながら、アルミニウム材料は熱伝導性が高く、熱が容易に拡散してしまうため、必要な熱量を安定して接合部に付与することができない。この結果、材料の軟化状態にバラツキが出て溶接部に乱れが生じ、所定の接合強度が得られないという課題がある。   If it is the method of patent document 4 and 5, since the aluminum material can reduce the heating amount by friction stirring, it can improve a joining speed. However, since aluminum material has high thermal conductivity and heat diffuses easily, a necessary amount of heat cannot be stably applied to the joint. As a result, there is a problem in that the softened state of the material varies, the welded portion is disturbed, and a predetermined joint strength cannot be obtained.

また、通常の摩擦攪拌接合よりも接合速度が向上しても、溶融接合(溶接)と比べるとスピードが依然として低いという問題がある。   Moreover, even if the joining speed is improved as compared with the normal friction stir welding, there is a problem that the speed is still low as compared with the melt joining (welding).

さらに、特許文献1〜5のいずれの方法においても、攪拌ピンの深さの設定やピンの磨耗度合いによっては、未接合部(いわゆるキッシングボンド)が生じる可能性があり、ツール(ピン)の管理などが煩雑であるという問題があった。特に、突き合わせの一方の部材の厚みが薄い場合は十分な攪拌ができないため、接合不良部ができやすくなる。   Furthermore, in any of the methods disclosed in Patent Documents 1 to 5, depending on the setting of the depth of the stirring pin and the degree of wear of the pin, an unjoined portion (so-called kissing bond) may occur, and the tool (pin) is managed. There was a problem that it was complicated. In particular, when the thickness of one of the butted members is thin, sufficient agitation cannot be performed, so that a poorly joined portion is easily formed.

また、特許文献6のレーザ溶接による接合方法では接合スピードが速く、上述したキッシングボンドのような接合不良部は生じにくいが、溶融ビード部分が鋳物となるため、自動車のBピラー等の構造部材をプレス成形する際に、伸びが足りずに破断する可能性がある。又、溶融ビード部の表面に引けや凹凸部がある場合は外観不良となり、疲労破断の起点となる可能性もある。   In addition, in the joining method by laser welding of Patent Document 6, the joining speed is fast, and a poorly joined portion such as the above-mentioned kissing bond is difficult to occur. However, since the molten bead portion becomes a casting, a structural member such as a B pillar of an automobile is used. When press-molding, there is a possibility of breakage due to insufficient elongation. In addition, when there is a shrinkage or an uneven portion on the surface of the molten bead portion, the appearance is poor, and there is a possibility that it becomes a starting point of fatigue fracture.

さらに、特許文献7では、溶接部をローラで押圧することで、溶接部の凹凸はある程度平滑化されるが、溶接部の鋳物構造部分が残るため、プレス成形時に破断発生の可能性がある。   Furthermore, in patent document 7, although the unevenness | corrugation of a welded part is smoothed to some extent by pressing a welded part with a roller, since the cast structure part of a welded part remains, there exists a possibility of a fracture | rupture at the time of press molding.

本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的は、接合速度が速く、接合部の品質や接合強度に優れたアルミニウム構造部材の製造方法を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said matter, The objective is to provide the manufacturing method of the aluminum structure member with which the joining speed was quick and excellent in the quality and joining strength of the junction part.

本発明の第1アルミニウム部材と第2アルミニウム部材とが接合されて成るアルミニウム構造部材の製造方法は、前記第1及び第2アルミニウム部材を互いに突き合わせて突き合わせ部を形成する工程と、前記突き合わせ部を溶接し、前記突き合わせ部の表面から裏面に連なる溶接ビード部を形成する工程と、回転する接合ツールによって前記溶接ビード部を攪拌する工程と、を含み、前記攪拌工程は、前記溶接ビード部おけるアルミニウム合金の固相線温度から100℃までの高い温度の状態で行われるThe manufacturing method of the aluminum structural member formed by joining the first aluminum member and the second aluminum member according to the present invention includes a step of abutting the first and second aluminum members with each other to form an abutting portion, and the abutting portion comprising: welded, forming a weld bead portion continuous from the front surface to the back surface of the butt portion, viewed including the the steps of stirring the weld bead by welding tool rotating, the stirring process is definitive the weld bead portion It is performed at a high temperature state from the solidus temperature of the aluminum alloy to 100 ° C.

また、上記製造方法において、好ましくは、前記攪拌工程は、板厚方向に前記溶接ビード部を残して摩擦攪拌部を形成する。   Moreover, in the said manufacturing method, Preferably, the said stirring process leaves the said weld bead part in a plate | board thickness direction, and forms a friction stirring part.

さらに、上記製造方法において、好ましくは、前記接合ツールは、ショルダーと、当該ショルダーの先端部に配設された攪拌ピンとを有し、前記攪拌工程は、前記溶接ビード部に前記接合ツールの攪拌ピンを差し込んで、前記ショルダー及び前記攪拌ピンによって、前記溶接ビード部を攪拌する。   Further, in the above manufacturing method, preferably, the joining tool has a shoulder and a stirring pin disposed at a front end portion of the shoulder, and the stirring step includes a stirring pin of the joining tool on the weld bead portion. And the weld bead portion is stirred by the shoulder and the stirring pin.

また、上記製造方法において、好ましくは、前記攪拌ピンが、前記第1及び第2アルミニウム部材の板厚方向のいずれか一方の側から前記溶接ビード部に差し込まれる。   Moreover, in the said manufacturing method, Preferably, the said stirring pin is inserted in the said weld bead part from either one side of the plate | board thickness direction of the said 1st and 2nd aluminum member.

さらに、上記製造方法において、好ましくは、前記攪拌ピンが、前記第1及び第2アルミニウム部材の板厚方向の両側から前記溶接ビード部に差し込まれる。   Furthermore, in the manufacturing method, preferably, the stirring pin is inserted into the weld bead portion from both sides in the plate thickness direction of the first and second aluminum members.

また、本発明の板厚が異なる第1アルミニウム部材と第2アルミニウム部材とが接合されて成るアルミニウム構造部材の製造方法は、前記第1及び第2アルミニウム部材を互いに突き合わせて突き合わせ部を形成する工程と、前記突き合わせ部を溶接し、前記突き合わせ部の表面から裏面に連なる溶接ビード部を形成する工程と、回転する接合ツールによって前記溶接ビード部を攪拌する工程と、を含み、前記攪拌工程は、前記溶接ビード部おけるアルミニウム合金の固相線温度から100℃までの高い温度の状態で行われるFurther, in the manufacturing method of an aluminum structural member formed by joining the first aluminum member and the second aluminum member having different plate thicknesses according to the present invention, the first and second aluminum members are butted together to form a butted portion. If, by welding the butted portion, and forming a weld bead portion continuous from the front surface to the back surface of the butt portion, a step of stirring the weld bead by welding tool rotating, only including, the stirring process , In a state of a high temperature from the solidus temperature of the aluminum alloy in the weld bead portion to 100 ° C.

また、本発明の第1アルミニウム部材と該第1アルミニウム部材よりも厚い第2アルミニウム部材とが突合せ接合されて成るアルミニウム構造部材の製造方法は、前記第1及び前記第2アルミニウム部材を互いに突き合わせて、段差のある突き合わせ部を形成する工程と、前記段差のある側を表面としたときに、前記表面側に溶接熱源を配置して、前記突き合わせ部を溶接し、前記突き合わせ部の表面から裏面に連なる溶接ビード部を形成する工程と、回転する接合ツールによって前記溶接ビード部を攪拌する工程と、を含み、前記攪拌工程は、前記溶接ビード部おけるアルミニウム合金の固相線温度から100℃までの高い温度の状態で行われ、前記攪拌工程において、前記接合ツールの軸芯を、前記第1及び第2アルミニウム部材の前記表面に垂直な方向に対して前記第1アルミニウム部材側に傾斜させるものである。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an aluminum structural member in which a first aluminum member and a second aluminum member thicker than the first aluminum member are butt-joined, and the first and second aluminum members are butted together. A step of forming a butted portion having a step, and when the stepped side is a surface, a welding heat source is disposed on the surface side, the butted portion is welded, and the surface of the butted portion is changed from the surface to the back surface. A step of forming a continuous weld bead portion and a step of stirring the weld bead portion with a rotating joining tool, the stirring step from the solidus temperature of the aluminum alloy in the weld bead portion to 100 ° C. carried out at a high temperature condition, in the stirring step, the axis of the bonding tool, the said first and second aluminum members It is intended to tilt the first aluminum member side with respect to a direction perpendicular to the surface.

また、本発明の第1アルミニウム部材と該第1アルミニウム部材よりも厚い第2アルミニウム部材とが突合せ接合されて成るアルミニウム構造部材の製造方法は、少なくとも前記第1アルミニウム部材を裏当て部材の上に配置した状態で、前記第1及び第2アルミニウム部材を突き合わせて、前記第1アルミニウム部材の表面と、前記第2アルミニウム部材の表面とが平坦な突き合わせ部を形成する工程と、前記第1及び第2アルミニウム部材の表面側に溶接熱源を配置して、前記突き合わせ部を溶接し、前記突き合わせ部の表面から裏面に連なる溶接ビード部を形成する工程と、回転する接合ツールによって前記溶接ビード部を前記表面側から攪拌する工程と、を含み、前記攪拌工程は、前記溶接ビード部おけるアルミニウム合金の固相線温度から100℃までの高い温度の状態で行われるAccording to the present invention, there is provided a method for producing an aluminum structural member in which a first aluminum member and a second aluminum member thicker than the first aluminum member are butt-joined. At least the first aluminum member is placed on a backing member. A step of abutting the first and second aluminum members in a disposed state to form a butt portion where the surface of the first aluminum member and the surface of the second aluminum member are flat; and (2) Disposing the welding heat source on the surface side of the aluminum member, welding the butt portion, forming a weld bead portion continuous from the surface of the butt portion to the back surface, and the welding bead portion by the rotating joining tool It is seen containing a step of agitating the surface side, wherein the stirring step is a solid phase line of the weld bead portion definitive aluminum alloy It carried out at elevated temperature conditions of up to 100 ° C. from time.

また、上記製造方法において、好ましくは、前記溶接ビード部が攪拌された前記第1及び第2アルミニウム部材から前記裏当て部材を取り外す工程と、回転する前記接合ツールによって前記溶接ビード部を前記裏面側から攪拌する工程と、をさらに含み、前記裏面側からの攪拌工程において、前記接合ツールの軸芯を、前記第1及び第2アルミニウム部材の前記裏面に垂直な方向に対して前記第1アルミニウム部材側に傾斜させる。   Moreover, in the said manufacturing method, Preferably, the said welding bead part is made into the said back surface side by the process which removes the said backing member from the said 1st and 2nd aluminum member with which the said weld bead part was stirred, and the said rotating joining tool. In the stirring step from the back side, the axial center of the welding tool is set to be perpendicular to the back side of the first and second aluminum members. Tilt to the side.

また、上記製造方法において、好ましくは、レーザ溶接により形成される。   Moreover, in the said manufacturing method, Preferably, it forms by laser welding.

さらに、上記製造方法において、好ましくは、前記溶接ビード部を形成する工程において、溶加材を供給しながらレーザビームを照射する。   Furthermore, in the manufacturing method, preferably, in the step of forming the weld bead portion, the laser beam is irradiated while supplying the filler material.

また、上記製造方法において、好ましくは、前記接合ツールのショルダーが凸形状である。   Moreover, in the said manufacturing method, Preferably, the shoulder of the said joining tool is convex shape.

本発明のアルミニウム構造部材の製造方法によれば、第1及び第2アルミニウム部材を互いに突き合わせて突き合わせ部を形成する工程と、突き合わせ部を溶接し、突き合わせ部の表面から裏面に連なる溶接ビード部を形成する工程と、回転する接合ツールによって溶接ビード部を攪拌する工程と、を含み、前記攪拌工程は、前記溶接ビード部おけるアルミニウム合金の固相線温度から100℃までの高い温度の状態で行われる。これにより、接合速度が速く、接合部の品質や接合強度に優れたアルミニウム構造部材の製造方法を提供することができる。 According to the aluminum structural member manufacturing method of the present invention, the first and second aluminum members are butted together to form a butted portion, the butted portion is welded, and the weld bead portion connected from the front surface to the back surface of the butted portion is formed. forming, a step of stirring the weld bead by welding tool rotating, seen including, said stirring step is a high temperature state to 100 ° C. from the solidus temperature of the weld bead portion definitive aluminum alloy Done . As a result, it is possible to provide a method for producing an aluminum structural member having a high joining speed and excellent joint quality and joining strength.

また、本発明のアルミニウム構造部材の製造方法によれば、第1及び第2アルミニウム部材の板厚が異なる場合においても、第1及び第2アルミニウム部材を互いに突き合わせて突き合わせ部を形成する工程と、突き合わせ部を溶接し、突き合わせ部の表面から裏面に連なる溶接ビード部を形成する工程と、回転する接合ツールによって溶接ビード部を攪拌する工程と、を含み、前記攪拌工程は、前記溶接ビード部おけるアルミニウム合金の固相線温度から100℃までの高い温度の状態で行われる。これにより、接合速度が速く、接合部の品質や接合強度に優れたアルミニウム構造部材の製造方法を提供することができる。 Moreover, according to the manufacturing method of the aluminum structural member of the present invention, even when the plate thicknesses of the first and second aluminum members are different, the step of butting the first and second aluminum members with each other to form a butted portion; butt portion by welding, and forming a weld bead portion continuous from the front surface to the back surface of the butt section, viewed including the the steps of stirring the weld bead by welding tool rotating, the stirring step, the weld bead portion It is performed at a high temperature state from the solidus temperature of the aluminum alloy to 100 ° C. As a result, it is possible to provide a method for producing an aluminum structural member having a high joining speed and excellent joint quality and joining strength.

また、本発明の第1アルミニウム部材と該第1アルミニウム部材よりも厚い第2アルミニウム部材とが突合せ接合されて成るアルミニウム構造部材の製造方法によれば、第1及び第2アルミニウム部材を互いに突き合わせて、段差のある突き合わせ部を形成する工程と、段差のある側を表面としたときに、表面側に溶接熱源を配置して、突き合わせ部を溶接し、突き合わせ部の表面から裏面に連なる溶接ビード部を形成する工程と、回転する接合ツールによって溶接ビード部を攪拌する工程と、を含む。そして、前記攪拌工程は、前記溶接ビード部おけるアルミニウム合金の固相線温度から100℃までの高い温度の状態で行われ、攪拌工程において、接合ツールの軸芯を、第1及び第2アルミニウム部材の表面に垂直な方向に対して第1アルミニウム部材側に傾斜させる。これにより、接合速度が速く、接合部の品質・外観や接合強度に優れたアルミニウム構造部材の製造方法を提供することができる。 Moreover, according to the manufacturing method of the aluminum structural member in which the first aluminum member of the present invention and the second aluminum member thicker than the first aluminum member are butt-joined, the first and second aluminum members are butted together. , A step of forming a butt portion with a step, and a welding bead portion connected to the back surface from the surface of the butt portion by welding a butt portion by arranging a welding heat source on the surface side when the step side is the surface And a step of stirring the weld bead portion with a rotating joining tool. The stirring step is performed in a state of a high temperature from the solidus temperature of the aluminum alloy in the weld bead portion to 100 ° C., and in the stirring step, the shaft core of the welding tool is used as the first and second aluminum members. The first aluminum member is inclined with respect to a direction perpendicular to the surface of the first aluminum member. As a result, it is possible to provide a method for producing an aluminum structural member that has a high joining speed and is excellent in the quality / appearance and joining strength of the joint.

さらに、本発明の第1アルミニウム部材と該第1アルミニウム部材よりも厚い第2アルミニウム部材とが突合せ接合されて成るアルミニウム構造部材の製造方法によれば、少なくとも第1アルミニウム部材を裏当て部材の上に配置した状態で、第1及び第2アルミニウム部材を突き合わせて、第1アルミニウム部材の表面と、第2アルミニウム部材の表面とが平坦な突き合わせ部を形成する工程と、第1及び第2アルミニウム部材の表面側に溶接熱源を配置して、突き合わせ部を溶接し、突き合わせ部の表面から裏面に連なる溶接ビード部を形成する工程と、回転する接合ツールによって溶接ビード部を表面側から攪拌する工程と、を含み、前記攪拌工程は、前記溶接ビード部おけるアルミニウム合金の固相線温度から100℃までの高い温度の状態で行われる。これにより、接合速度が速く、接合部の品質・外観や接合強度に優れたアルミニウム構造部材の製造方法を提供することができる。 Furthermore, according to the method for manufacturing an aluminum structural member in which the first aluminum member of the present invention and the second aluminum member thicker than the first aluminum member are butt-joined, at least the first aluminum member is placed on the backing member. The first and second aluminum members are butted together to form a flat butted portion between the surface of the first aluminum member and the surface of the second aluminum member, and the first and second aluminum members Arranging a welding heat source on the front surface side of the steel plate, welding the butt portion, forming a weld bead portion continuous from the surface of the butt portion to the back surface, and stirring the weld bead portion from the surface side by a rotating joining tool; , only contains the stirring step, the weld bead portion definitive of the aluminum alloy from the solidus temperature to 100 ° C. high temperature It is carried out in the state. As a result, it is possible to provide a method for producing an aluminum structural member that has a high joining speed and is excellent in the quality / appearance and joining strength of the joint.

本発明の第1実施形態に係るアルミニウム構造部材の製造方法を実施するための製造装置の要部斜視図である。It is a principal part perspective view of the manufacturing apparatus for enforcing the manufacturing method of the aluminum structural member which concerns on 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態の製造方法を説明するためのアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member for demonstrating the manufacturing method of 1st Embodiment. 第1実施形態の製造方法を説明するためのアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member for demonstrating the manufacturing method of 1st Embodiment. 第1実施形態の製造方法を説明するためのアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member for demonstrating the manufacturing method of 1st Embodiment. 第1実施形態の製造方法を説明するためのアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member for demonstrating the manufacturing method of 1st Embodiment. 第1実施形態の製造方法で製造されたアルミニウム構造部材の平面図(接合状態を示すため、摩擦攪拌を途中で止めたもの)である。FIG. 3 is a plan view of an aluminum structural member manufactured by the manufacturing method of the first embodiment (in which frictional stirring is stopped halfway to show a joined state). 第1実施形態の第1変形例の製造方法によって製造されたアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member manufactured by the manufacturing method of the 1st modification of 1st Embodiment. 第1実施形態の第2変形例の製造方法によって製造されたアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member manufactured by the manufacturing method of the 2nd modification of 1st Embodiment. 通常の摩擦攪拌接合されたアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is a plate thickness direction sectional view of the aluminum structural member by which usual friction stir welding was carried out. 第1実施形態の第3変形例の製造方法を説明するためのアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member for demonstrating the manufacturing method of the 3rd modification of 1st Embodiment. 第1実施形態の第3変形例の製造方法によって製造されたアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member manufactured by the manufacturing method of the 3rd modification of 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態に係るアルミニウム構造部材の製造方法を実施するための製造装置の要部斜視図である。It is a principal part perspective view of the manufacturing apparatus for enforcing the manufacturing method of the aluminum structural member which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態の製造方法を説明するためのアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member for demonstrating the manufacturing method of 2nd Embodiment. 第2実施形態の製造方法を説明するためのアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member for demonstrating the manufacturing method of 2nd Embodiment. 第2実施形態の製造方法を説明するためのアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member for demonstrating the manufacturing method of 2nd Embodiment. 第2実施形態の製造方法を説明するためのアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member for demonstrating the manufacturing method of 2nd Embodiment. 第2実施形態の変形例の製造方法によって製造されたアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member manufactured by the manufacturing method of the modification of 2nd Embodiment. 通常の摩擦攪拌により接合されたアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member joined by normal friction stirring. 本発明の実施に用いる接合ツールの1例を示す軸方向断面図である。It is an axial direction sectional view showing one example of a joining tool used for carrying out the present invention. 本発明の実施に用いる接合ツールの1例を示す軸方向断面図である。It is an axial direction sectional view showing one example of a joining tool used for carrying out the present invention. 本発明の実施に用いる接合ツールの1例を示す軸方向断面図である。It is an axial direction sectional view showing one example of a joining tool used for carrying out the present invention. 本発明の第3実施形態に係るアルミニウム構造部材の製造方法を実施するための製造装置の要部斜視図である。It is a principal part perspective view of the manufacturing apparatus for enforcing the manufacturing method of the aluminum structural member which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 第3実施形態の製造方法を説明するためのアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member for demonstrating the manufacturing method of 3rd Embodiment. 第3実施形態の製造方法を説明するためのアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member for demonstrating the manufacturing method of 3rd Embodiment. 第3実施形態の製造方法を説明するためのアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member for demonstrating the manufacturing method of 3rd Embodiment. 第3実施形態の製造方法によって製造されたアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member manufactured by the manufacturing method of 3rd Embodiment. 第3実施形態の変形例の製造方法を説明するためのアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member for demonstrating the manufacturing method of the modification of 3rd Embodiment. 第3実施形態の変形例の製造方法を説明するためのアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member for demonstrating the manufacturing method of the modification of 3rd Embodiment. 第3実施形態の変形例の製造方法によって製造されたアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is plate | board thickness direction sectional drawing of the aluminum structural member manufactured by the manufacturing method of the modification of 3rd Embodiment. 通常の摩擦攪拌接合されたアルミニウム構造部材の板厚方向断面図である。It is a plate thickness direction sectional view of the aluminum structural member by which usual friction stir welding was carried out.

以下、本発明の各実施形態に係るアルミニウム構造部材の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the aluminum structure member concerning each embodiment of the present invention is explained in detail with reference to drawings.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態を実施するために使用される製造装置の要部斜視図である。製造装置10は、互いに接合される第1及び第2アルミニウム部材1、2が載置される定盤11と、レーザ装置20と、摩擦攪拌装置30と、を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view of a main part of a manufacturing apparatus used for carrying out the first embodiment of the present invention. The manufacturing apparatus 10 includes a surface plate 11 on which the first and second aluminum members 1 and 2 to be joined to each other are placed, a laser device 20, and a friction stirrer 30.

<レーザ装置20>
レーザ装置20は、レーザヘッド21からレーザビームXを第1及び第2アルミニウム部材1、2の突き合わせ部3に向けて照射し、突き合わせ部3の板厚方向全体に亘って溶接ビード部4を形成する。
<Laser device 20>
The laser device 20 irradiates the laser beam X from the laser head 21 toward the abutting portion 3 of the first and second aluminum members 1 and 2 to form the weld bead portion 4 over the entire plate thickness direction of the abutting portion 3. To do.

レーザ装置20のレーザ源は特に限定されないが、YAGレーザ、COレーザ、ファイバーレーザ、ディスクレーザ、半導体レーザ等とすることができる。また、レーザビームXの照射方向は、突き合わせ部3の面に沿った方向であればよく、鉛直方向でもよいし、或いは、図1に示すように、鉛直方向に対して傾斜した方向であってもよい。 The laser source of the laser device 20 is not particularly limited, but may be a YAG laser, a CO 2 laser, a fiber laser, a disk laser, a semiconductor laser, or the like. Further, the irradiation direction of the laser beam X may be a direction along the surface of the abutting portion 3, may be a vertical direction, or is a direction inclined with respect to the vertical direction as shown in FIG. Also good.

また、レーザ溶接に際して、必要に応じて、溶加材供給ノズル22から溶加材23を供給しながら溶接することが好ましい。溶加材23を用いることにより、流動する材料の量を増やすことができ、攪拌後の滑らかな接合形状を容易に得やすくなる。   In laser welding, it is preferable to perform welding while supplying the filler material 23 from the filler material supply nozzle 22 as necessary. By using the filler material 23, the amount of flowing material can be increased, and a smooth joined shape after stirring can be easily obtained.

溶加材23としては、JIS4043、4047、5554、5356、5183などのアルミニウム溶加材(JIS Z3232:2000)を適宜用いることができる。第1アルミニウム部材1と第2アルミニウム部材2が5000系、6000系合金の場合には、JIS5554を用いるようにすると高い継手強度を維持しつつ、溶接部へのスマット付着を抑制することができるため好ましい。   As the filler material 23, an aluminum filler material (JIS Z3232: 2000) such as JIS4043, 4047, 5554, 5356, 5183 can be appropriately used. In the case where the first aluminum member 1 and the second aluminum member 2 are 5000 series and 6000 series alloys, the use of JIS5554 can suppress the adhesion of smut to the welded portion while maintaining high joint strength. preferable.

<摩擦攪拌装置30>
摩擦攪拌装置30は、図2Cに示すように、攪拌ピン(又はプローブと称する)31及びショルダー32を有し、回転する接合ツール33を備える。また、接合ツール33は、レーザヘッド21及び接合ツール33の移動方向Yにおいて、レーザヘッド21に対して下流側に位置し、溶接ビード部4の上方に配置される。摩擦攪拌装置30は、レーザ溶接後に凝固した溶接ビード部4に攪拌ピン31を回転させながら差し込んで溶接ビード部4をトレースするようにして攪拌を行う。これにより、溶接ビード部4の一部が鋳物組織から改質された組織に変化する。従って、レーザ溶接のみで接合するよりも接合後の曲げや引張り強度が高くなる。
<Friction stirrer 30>
As shown in FIG. 2C, the friction stirrer 30 has a stirring pin (or a probe) 31 and a shoulder 32, and includes a rotating joining tool 33. Further, the joining tool 33 is located on the downstream side with respect to the laser head 21 in the moving direction Y of the laser head 21 and the joining tool 33 and is disposed above the weld bead portion 4. The friction stirrer 30 stirs the weld bead portion 4 by tracing the weld bead portion 4 while rotating the stir pin 31 into the weld bead portion 4 solidified after laser welding. Thereby, a part of the weld bead portion 4 is changed from a cast structure to a modified structure. Therefore, the bending and tensile strength after joining becomes higher than joining by laser welding alone.

なお、攪拌ピン31の高さは、以下に説明するように、互いに接合するアルミニウム部材の厚さに応じて、適宜設定することができる。   In addition, the height of the stirring pin 31 can be appropriately set according to the thickness of the aluminum members joined to each other, as will be described below.

攪拌ピン31の差込深さは、通常の摩擦攪拌接合(FSW)と異なり、摩擦攪拌で接合を行う必要がないため浅くすることができる。これにより、攪拌ピン31にかかる負荷が小さくなるため、通常の摩擦攪拌接合よりも早い速度(突合せ線上の移動速度)で攪拌を行うことができる。また、摩擦攪拌接合では、攪拌ピン31の差込深さに比例してバリが多くなるが、本実施形態の方法によれば、差込深さが浅いのでバリの発生を抑えることができる。なお、攪拌ピン31はピンの表面(軸表面)が平滑なものでもよいが、ピンにねじを設けているものでもよい。ねじがある場合は攪拌性がより向上する。   Unlike normal friction stir welding (FSW), the insertion depth of the stirring pin 31 can be shallow because it is not necessary to perform welding by friction stirring. Thereby, since the load concerning the stirring pin 31 becomes small, it can stir at a speed | rate (movement speed on a butt line) faster than normal friction stir welding. Further, in friction stir welding, burrs increase in proportion to the insertion depth of the agitation pin 31, but according to the method of the present embodiment, the generation of burrs can be suppressed because the insertion depth is shallow. The stirring pin 31 may have a smooth surface (shaft surface), or may have a screw on the pin. When there is a screw, the stirrability is further improved.

また、ショルダー32の外径は、表面側に形成される溶接ビード部4全体を攪拌できるように、溶接ビード部4の幅よりも大きく設計される。   In addition, the outer diameter of the shoulder 32 is designed to be larger than the width of the weld bead portion 4 so that the entire weld bead portion 4 formed on the surface side can be stirred.

なお、本実施形態の製造装置10では、レーザヘッド21と接合ツール33とをユニット化してもよい。この場合、図示しない駆動装置によって、レーザヘッド21と接合ツール33とが、定盤11に対して一体に相対移動する。したがって、摩擦攪拌は、レーザ溶接と一工程で行うことができる。   In the manufacturing apparatus 10 of the present embodiment, the laser head 21 and the welding tool 33 may be unitized. In this case, the laser head 21 and the welding tool 33 are integrally moved relative to the surface plate 11 by a driving device (not shown). Therefore, friction stirring can be performed in one step with laser welding.

また、本実施形態のように、レーザヘッド21と接合ツール33とを近い位置に配置し、摩擦攪拌は、溶接ビード部4におけるアルミニウム合金の固相線温度(520〜580℃)から100℃までの高い温度の状態で行われることで、摩擦攪拌の速度を大幅に向上させることができる。   Further, as in the present embodiment, the laser head 21 and the welding tool 33 are arranged at close positions, and friction stirring is performed from the solidus temperature (520 to 580 ° C.) of the aluminum alloy in the weld bead portion 4 to 100 ° C. By carrying out in the state of high temperature, the speed of friction stirring can be improved significantly.

ただし、レーザ溶接と摩擦攪拌とは、同時に行われる必要はなく、別々に行われてもよい。その場合、レーザ溶接により流動化した溶接ビード部に対して摩擦攪拌を行っても良いし、固化した溶接ビード部に対して摩擦攪拌を行ってもよい。また、摩擦攪拌装置30は、レーザ装置20と別途構成されてもよい。即ち、レーザ装置20によって突き合わせ部3のレーザ溶接(第1工程)が完了した後、接合されたアルミニウム構造部材を別途設けられた摩擦攪拌装置30に配置して、摩擦攪拌(第2工程)が行われてもよい。   However, laser welding and friction stirring need not be performed simultaneously, and may be performed separately. In that case, friction stir may be performed on the weld bead portion fluidized by laser welding, or friction stir may be performed on the solidified weld bead portion. Further, the friction stirrer 30 may be configured separately from the laser device 20. That is, after the laser welding of the butt portion 3 (first step) is completed by the laser device 20, the joined aluminum structural member is disposed in the friction stirrer 30 provided separately, and the friction stirring (second step) is performed. It may be done.

<第1、第2アルミニウム部材1、2>
互いに接合される第1、第2アルミニウム部材1、2は、板材に限らず、押出形材や鍛造材であってもよい。
<First and second aluminum members 1, 2>
The first and second aluminum members 1 and 2 to be joined to each other are not limited to plate materials, and may be extruded shapes or forged materials.

また、第1、第2アルミニウム部材1、2は、アルミニウム又はアルミニウム合金を含み、合金の材質としては、AA又はJIS6000系合金、5000系合金、7000系合金、3000系合金、2000系合金等各種合金材を使用することができる。また、第1、第2アルミニウム部材1、2は、本実施形態による接合を行った後に必要に応じて、焼鈍、溶体化処理及び人工時効処理などを行ってもよい。
なお、図示の例では、第1、第2アルミニウム部材1、2は、略等しい板厚を有している。
The first and second aluminum members 1 and 2 contain aluminum or an aluminum alloy. The material of the alloy includes various types such as AA or JIS 6000 series alloy, 5000 series alloy, 7000 series alloy, 3000 series alloy, 2000 series alloy, etc. Alloy materials can be used. In addition, the first and second aluminum members 1 and 2 may be subjected to annealing, solution treatment, artificial aging treatment, and the like as necessary after joining according to the present embodiment.
In the illustrated example, the first and second aluminum members 1 and 2 have substantially the same thickness.

<アルミニウム構造部材の製造方法>
次に、アルミニウム構造部材の製造方法の各工程について、図2A〜図2Dを用いて説明する。
<Method for producing aluminum structural member>
Next, each process of the manufacturing method of an aluminum structural member is demonstrated using FIG. 2A-FIG. 2D.

まず、図2Aに示すように、定盤11に第1及び第2アルミニウム部材1、2を載置し、第1アルミニウム部材1と第2アルミニウム部材2とを突き合わせて突き合わせ部3を形成する。そして、図2Bに示すように、その突き合わせ部3をレーザ溶接により接合して溶接ビード部4を形成する。この際、突き合わせ部3に未接合部が生じないように溶接ビード部4は、突き合わせ部3を表面から裏面に連なる、即ち、突き合わせ部3の板厚方向全体に亘って形成される。   First, as shown in FIG. 2A, the first and second aluminum members 1 and 2 are placed on the surface plate 11, and the first aluminum member 1 and the second aluminum member 2 are butted together to form the butted portion 3. Then, as shown in FIG. 2B, the butted portion 3 is joined by laser welding to form a weld bead portion 4. At this time, the weld bead portion 4 is formed from the front surface to the back surface, that is, over the entire plate thickness direction of the butt portion 3 so that an unjoined portion does not occur in the butt portion 3.

これにより、図5に示すような、摩擦攪拌接合で生じることがある、いわゆるキッシングボンド部6(突き合わせ部の未接合部又は接合が著しく弱い部分)を発生することが防止できる。   Accordingly, it is possible to prevent the so-called kissing bond portion 6 (the unjoined portion of the butted portion or the portion where the joining is extremely weak) that may occur in the friction stir welding as shown in FIG.

次に、図2Cに示すように、その溶接ビード部4に回転する接合ツール33(攪拌ピン31)を差し込み、溶接ビード部4およびその周囲を摩擦攪拌する。溶接ビード部4は一旦溶融して凝固したものであるため鋳物組織となるが、摩擦攪拌により鋳物組織が改質され、図2D及び図3に示すように、改質部(摩擦攪拌部)5が形成される。この場合、改質部5は、板厚方向に溶接ビード部4を残して形成される。鋳物組織は脆性があるため、この部分に引張荷重や曲げ荷重がかかると破断しやすいが、摩擦攪拌による金属組織の改質部5を設けることにより、組織が微細化されて鋳物組織よりも接合強度を向上させることができる。   Next, as shown in FIG. 2C, the rotating welding tool 33 (stirring pin 31) is inserted into the weld bead portion 4, and the weld bead portion 4 and its surroundings are frictionally stirred. Since the weld bead portion 4 is once melted and solidified, it becomes a cast structure. However, the cast structure is modified by friction stirring, and as shown in FIGS. 2D and 3, a modified portion (friction stirring portion) 5. Is formed. In this case, the reforming part 5 is formed leaving the weld bead part 4 in the plate thickness direction. Since the cast structure is brittle, it is easy to break when a tensile load or bending load is applied to this part. However, by providing the metal structure reforming part 5 by friction stirring, the structure is refined and bonded to the cast structure. Strength can be improved.

また、本実施形態では、攪拌ピン31を板厚方向に深く差し込む必要がない。これにより、攪拌ピン31に係る荷重を下げることができ、接合速度を速くすることができる。
特に、自動車のフレーム部材等の被接合部材は厚いため、通常の摩擦攪拌接合の場合、非常に時間がかかるが、本実施形態の製造方法であれば、高い接合速度で被接合部材を接合することができる。
In this embodiment, it is not necessary to insert the stirring pin 31 deeply in the thickness direction. Thereby, the load concerning the stirring pin 31 can be reduced and the joining speed can be increased.
In particular, since a member to be joined such as an automobile frame member is thick, in the case of normal friction stir welding, it takes a very long time. be able to.

なお、摩擦攪拌接合の直前に、レーザや誘導加熱などにより予備加熱を行い、その直後に摩擦攪拌接合を行う技術では、一定の接合速度の向上は得られるものの熱のアルミニウムの熱放散性により温度コントロールが難しく接合部のバラツキが出る。又、攪拌ピン31の磨耗状態などの管理や差込深さの設定等が煩雑である。   In the technique in which preheating is performed by laser or induction heating immediately before the friction stir welding, and the friction stir welding is performed immediately after that, although a certain improvement in the bonding speed can be obtained, the temperature due to the heat dissipation of the heat aluminum is obtained. Difficult to control, resulting in uneven joints. Moreover, the management of the wear state of the stirring pin 31 and the setting of the insertion depth are complicated.

一方、本実施形態のように、一旦溶融溶接(貫通溶接)を行い、凝固した溶接ビード部4を形成して、その後に摩擦攪拌により溶接ビード部4を改質することにより、キッシングボンドの発生がなくなる。更には、攪拌ピン31の管理や差込深さの設定が簡単になる。   On the other hand, as in this embodiment, melt welding (penetration welding) is once performed to form a solidified weld bead portion 4, and then the weld bead portion 4 is modified by friction stir to generate kissing bonds. Disappears. Furthermore, management of the stirring pin 31 and setting of the insertion depth are simplified.

以上説明したように、第1アルミニウム部材1と第2アルミニウム部材2とが接合されて成るアルミニウム構造部材の製造方法によれば、第1及び第2アルミニウム部材1、2を互いに突き合わせて突き合わせ部3を形成する工程と、突き合わせ部3に向けてレーザビームXを照射し、突き合わせ部3の表面から裏面に連なる溶接ビード部4を形成する工程と、溶接ビード部4に回転する攪拌ピン31を差し込んで溶接ビード部4を攪拌する工程と、を含む。これにより、接合速度が速く、接合部の品質や接合強度に優れたアルミニウム構造部材の製造方法を提供することができる。   As described above, according to the method for manufacturing an aluminum structural member in which the first aluminum member 1 and the second aluminum member 2 are joined, the first and second aluminum members 1 and 2 are abutted against each other to meet the abutting portion 3. , A step of irradiating the abutting portion 3 with the laser beam X to form a weld bead portion 4 continuous from the front surface to the back surface of the abutting portion 3, and a rotating stirring pin 31 inserted into the weld bead portion 4 And stirring the weld bead part 4. As a result, it is possible to provide a method for producing an aluminum structural member having a high joining speed and excellent joint quality and joining strength.

なお、上記実施形態では、摩擦攪拌において、攪拌ピン31が、第1及び第2アルミニウム部材1、2の板厚方向において、レーザビームXの照射側から溶接ビード部4に差し込まれているが、本発明は、これに限定されない。   In the above embodiment, in the friction stirring, the stirring pin 31 is inserted into the weld bead portion 4 from the laser beam X irradiation side in the plate thickness direction of the first and second aluminum members 1 and 2. The present invention is not limited to this.

即ち、第1変形例の製造方法として、摩擦攪拌において、攪拌ピン31は、第1及び第2アルミニウム部材1、2の板厚方向において、レーザビームXの照射側(表面側)と反対
側(裏面側)から溶接ビード部4に差し込まれてもよい。したがって、図4Aに示すように、改質部5が、レーザビームXが照射された側と反対側(裏面側)に形成される。
That is, as a manufacturing method of the first modified example, in friction stirring, the stirring pin 31 is opposite to the laser beam X irradiation side (surface side) in the plate thickness direction of the first and second aluminum members 1 and 2 ( You may insert in the weld bead part 4 from the back surface side. Therefore, as shown in FIG. 4A, the modified portion 5 is formed on the side opposite to the side irradiated with the laser beam X (back side).

また、第2変形例の製造方法として、摩擦攪拌において、攪拌ピン31は、第1及び第2アルミニウム部材1、2の板厚方向の両側(表面側、裏面側)から溶接ビード部4に差し込まれてもよい。したがって、図4Bに示すように、改質部5が第1及び第2アルミニウム部材1、2の板厚方向の両側(表面側、裏面側)に形成される。このように、第1及び第2アルミニウム部材1、2の板厚方向の両側から攪拌ピン31を差し込んで摩擦攪拌することにより、接合部の強度をより高くすることができる。   Moreover, as a manufacturing method of the second modification, in friction stirring, the stirring pin 31 is inserted into the weld bead portion 4 from both sides (surface side, back side) of the first and second aluminum members 1 and 2 in the plate thickness direction. May be. Therefore, as shown in FIG. 4B, the reforming portions 5 are formed on both sides (front side and back side) of the first and second aluminum members 1 and 2 in the plate thickness direction. Thus, the strength of the joint can be further increased by inserting the stirring pin 31 from both sides of the first and second aluminum members 1 and 2 in the plate thickness direction and performing frictional stirring.

また、第3変形例の製造方法では、図6Aに示すように、ツール33は、攪拌ピン31を有さず、ショルダー32のみから構成することができる。この場合は、ショルダー32のみで溶接ビード部4を攪拌するようになるので、当該攪拌を早い速度で行うことができるようになる。   Further, in the manufacturing method of the third modified example, as shown in FIG. 6A, the tool 33 can be configured by only the shoulder 32 without the stirring pin 31. In this case, since the weld bead portion 4 is stirred only by the shoulder 32, the stirring can be performed at a high speed.

なお、この場合に形成される改質部5は、図6Bに示すように、第1アルミニウム部材1及び第2アルミニウム部材2の表層部分にのみ形成されるようになる。   In addition, the modification part 5 formed in this case comes to be formed only in the surface layer part of the 1st aluminum member 1 and the 2nd aluminum member 2, as shown to FIG. 6B.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係るアルミニウム構造部材の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。第2実施形態は、互いに接合される第1、第2アルミニウム部材1、2の板厚が互いに異なる場合に適用される製造方法である。具体的に、図8Aに示すように、第2アルミニウム部材2は、第1アルミニウム部材1よりも厚くなっている。第1、第2アルミニウム部材1、2は、板厚以外に関する点は、第1実施形態と同様である。
また、第2実施形態を実施するために使用される製造装置10は、第1実施形態と同様に、定盤11と、レーザ装置20と、摩擦攪拌装置30と、を備える構成であり、第1実施形態と同一又は同等部分については、説明を省略或いは簡略化する。
(Second Embodiment)
Next, the manufacturing method of the aluminum structural member which concerns on 2nd Embodiment of this invention is demonstrated in detail with reference to drawings. 2nd Embodiment is a manufacturing method applied when the board thickness of the 1st, 2nd aluminum members 1 and 2 joined mutually differs from each other. Specifically, as shown in FIG. 8A, the second aluminum member 2 is thicker than the first aluminum member 1. The first and second aluminum members 1 and 2 are the same as in the first embodiment except for the thickness.
Moreover, the manufacturing apparatus 10 used in order to implement 2nd Embodiment is the structure provided with the surface plate 11, the laser apparatus 20, and the friction stirrer 30, similarly to 1st Embodiment. Description of the same or equivalent parts as those in the first embodiment will be omitted or simplified.

以下、第2実施形態のアルミニウム構造部材の製造方法の各工程について、図7、図8A〜図8Dを用いて説明する。   Hereinafter, each process of the manufacturing method of the aluminum structural member of 2nd Embodiment is demonstrated using FIG. 7, FIG. 8A-FIG. 8D.

まず、図8Aに示すように、定盤11に第1及び第2アルミニウム部材1、2を載置し、第1アルミニウム部材1と第2アルミニウム部材2とを突き合わせて段差のある突き合わせ部3を形成する。そして、図8Bに示すように、その突き合わせ部3を、段差のある側である表面側からレーザ溶接により接合して溶接ビード部4を形成する。この際、突き合わせ部3に未接合部が生じないように溶接ビード部4は、突き合わせ部3を表面から裏面に連なる、即ち、突き合わせ部3の板厚方向全体に亘って形成される。   First, as shown in FIG. 8A, the first and second aluminum members 1 and 2 are placed on the surface plate 11, and the first aluminum member 1 and the second aluminum member 2 are abutted to form a butt portion 3 having a step. Form. Then, as shown in FIG. 8B, the butted portion 3 is joined by laser welding from the surface side, which is a stepped side, to form a weld bead portion 4. At this time, the weld bead portion 4 is formed from the front surface to the back surface, that is, over the entire plate thickness direction of the butt portion 3 so that an unjoined portion does not occur in the butt portion 3.

これにより、図10に示すような、摩擦攪拌接合で生じることがある、いわゆるキッシングボンド部6(突き合わせ部の未接合部又は接合が著しく弱い部分)を発生することが防止できる。   Thereby, it is possible to prevent the so-called kissing bond portion 6 (the unjoined portion of the butted portion or the portion where the joining is extremely weak) that may occur in the friction stir welding as shown in FIG.

次に、図8Cに示すように、その溶接ビード部4に回転する接合ツール33(攪拌ピン31)を、接合ツール33の軸芯Lが第1アルミニウム部材1および第2アルミニウム部材2の表面に対して垂直な方向(即ち、鉛直方向に延びるレーザ溶接前の突き合わせ部3の対向面に沿った方向)から第1アルミニウム部材1側に角度θで傾斜させて差し込み、溶接ビード部4およびその周囲を摩擦攪拌する。なお、接合ツール33の軸芯Lの傾斜角度θは、第1及び第2アルミニウム部材1、2の板厚差などに応じて設定されるが、例えば、該垂直な方向に対して30°以下の範囲内で傾けて設定される。   Next, as shown in FIG. 8C, the welding tool 33 (stirring pin 31) that rotates to the weld bead portion 4 is placed on the surfaces of the first aluminum member 1 and the second aluminum member 2 so that the shaft core L of the welding tool 33 is on the surface. The welding bead portion 4 and its surroundings are inserted into the first aluminum member 1 at an angle θ from a direction perpendicular to the vertical direction (that is, a direction along the facing surface of the butting portion 3 before laser welding extending in the vertical direction). Friction stir. The inclination angle θ of the axis L of the welding tool 33 is set according to the difference in plate thickness between the first and second aluminum members 1 and 2, for example, 30 ° or less with respect to the perpendicular direction. Tilt within the range.

溶接ビード部4は一旦溶融して凝固したものであるため鋳物組織となるが、摩擦攪拌により鋳物組織が改質される。更に改質の際、第1アルミニウム部材1と第2アルミニウム部材2を段差なく滑らかにつなぐ形状に形成され、図8Dに示すように、改質部(摩擦攪拌部)5が形成される。この場合、改質部5は、板厚方向に溶接ビード部4を残して形成される。鋳物組織は脆性があるため、この部分に引張荷重や曲げ荷重がかかると破断しやすいが、摩擦攪拌による金属組織の改質部5を設けることにより、組織が微細化されて鋳物組織よりも接合強度を向上させることができる。   Since the weld bead portion 4 is once melted and solidified, it becomes a cast structure, but the cast structure is modified by friction stirring. Further, during the modification, the first aluminum member 1 and the second aluminum member 2 are formed in a shape that smoothly connects without any step, and a reforming portion (friction stirring portion) 5 is formed as shown in FIG. 8D. In this case, the reforming part 5 is formed leaving the weld bead part 4 in the plate thickness direction. Since the cast structure is brittle, it is easy to break when a tensile load or bending load is applied to this part. However, by providing the metal structure reforming part 5 by friction stirring, the structure is refined and bonded to the cast structure. Strength can be improved.

また、本実施形態では、攪拌ピン31を板厚方向に深く差し込む必要がない。これにより、攪拌ピン31に係る荷重を下げることができ、接合速度を速くすることができる。   In this embodiment, it is not necessary to insert the stirring pin 31 deeply in the thickness direction. Thereby, the load concerning the stirring pin 31 can be reduced and the joining speed can be increased.

特に、自動車のフレーム部材等の被接合部材は厚いため、通常の摩擦攪拌接合の場合、非常に時間がかかるが、本実施形態の製造方法であれば、高い接合速度で被接合部材を接合することができる。   In particular, since a member to be joined such as an automobile frame member is thick, in the case of normal friction stir welding, it takes a very long time. However, with the manufacturing method of this embodiment, the member to be joined is joined at a high joining speed. be able to.

一方、本実施形態のように、一旦溶融溶接(貫通溶接)を行い、凝固した溶接ビード部4を形成して、その後に摩擦攪拌により溶接ビード部4を改質することにより、キッシン
グボンドの発生がなくなる。更には、攪拌ピン31の管理や差込深さの設定が簡単になる。
On the other hand, as in this embodiment, melt welding (penetration welding) is once performed to form a solidified weld bead portion 4, and then the weld bead portion 4 is modified by friction stir to generate kissing bonds. Disappears. Furthermore, management of the stirring pin 31 and setting of the insertion depth are simplified.

又、溶接ビード部4に凹凸や引けがあっても、攪拌による接合部の流動で凹凸や引けが解消される。   Further, even if the weld bead portion 4 has unevenness or shrinkage, the unevenness or shrinkage is eliminated by the flow of the joint due to stirring.

以上説明したように、第1アルミニウム部材1と第2アルミニウム部材2とが接合されて成るアルミニウム構造部材の製造方法によれば、第1及び第2アルミニウム部材1、2を互いに突き合わせて、段差のある突き合わせ部3を形成する工程と、段差のある側を表面としたときに、表面側から突き合わせ部3に向けてレーザビームを照射して突き合わせ部3を溶接し、突き合わせ部3の表面から裏面に連なる溶接ビード部4を形成する工程と、回転する接合ツール33によって溶接ビード部4を攪拌する工程と、を含む。そして、攪拌工程において、接合ツール33の軸芯Lを、第1及び第2アルミニウム部材1,2の表面に垂直な方向に対して第1アルミニウム部材側に傾斜させる。これにより、接合速度が速く、接合部の品質・外観や接合強度に優れたアルミニウム構造部材の製造方法を提供することができる。
その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
As described above, according to the method for manufacturing an aluminum structural member in which the first aluminum member 1 and the second aluminum member 2 are joined, the first and second aluminum members 1 and 2 are brought into contact with each other to form a step. The process of forming a certain abutting portion 3 and when the stepped side is the front surface, the abutting portion 3 is welded by irradiating the abutting portion 3 with a laser beam from the front surface side to the back surface. And a step of stirring the weld bead portion 4 by the rotating joining tool 33. In the stirring step, the axis L of the joining tool 33 is inclined toward the first aluminum member side with respect to the direction perpendicular to the surfaces of the first and second aluminum members 1 and 2. As a result, it is possible to provide a method for producing an aluminum structural member that has a high joining speed and is excellent in the quality / appearance and joining strength of the joint.
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.

なお、本実施形態においても、レーザ溶接に際して、必要に応じて、溶加材供給ノズル22から溶加材23を供給しながら溶接することが好ましい(図7参照)。   Also in the present embodiment, it is preferable to perform welding while supplying the filler material 23 from the filler material supply nozzle 22 as necessary during laser welding (see FIG. 7).

また、摩擦攪拌は、本実施形態のように、レーザビームXが照射される側(表面側)だけで行うものに限らず、表面側と、該表面側と反対側(裏面側)の両面から行うものでもよい。即ち、図9に示す変形例のように、改質部5が表面側と裏面側の両面に形成されてもよい。   Further, the friction agitation is not limited to that performed on the laser beam X irradiation side (front surface side) as in this embodiment, but from both the front surface side and the opposite side (back surface side) of the front surface side. You can do it. That is, as in the modification shown in FIG. 9, the reforming part 5 may be formed on both the front surface side and the back surface side.

又、接合ツール33は、図11A〜図11Cに例示するものを適宜使用することができる。好ましくは、ショルダー32が凸曲面形状を有する図11A、図11Bのものが、溶融部を凹み状に滑らかにすることができるためプレス成形性が向上する。一方、図11Cに示す接合ツール33は、ショルダー32が軸芯に向かうに従って深くなる凹状のテーパ面を有するので、摩擦攪拌時に軸芯側に溶接ビード部4の肉を集める効果がある。   Moreover, the joining tool 33 can use what is illustrated to FIG. 11A-FIG. 11C suitably. 11A and 11B, in which the shoulder 32 has a convex curved surface shape, can improve the press formability because the melted portion can be smoothed in a concave shape. On the other hand, the joining tool 33 shown in FIG. 11C has an effect of collecting the meat of the weld bead portion 4 on the shaft core side during friction stirring because the shoulder 32 has a concave tapered surface that becomes deeper toward the shaft core.

さらに、図11Bに示すように、接合ツール33は、攪拌ピン31を有さず、ショルダー32のみからなる構成であってもよい。この場合、ショルダー32のみで溶接ビード部4を攪拌するようになるので、当該攪拌を早い速度で行うことができるようになる。
なお、図11A、図11Bに示すショルダー32は、凸曲面形状に限らず、凸形状であればよく、凸状のテーパ面であってもよい。
Furthermore, as illustrated in FIG. 11B, the joining tool 33 may not include the stirring pin 31 and may be configured by only the shoulder 32. In this case, since the weld bead portion 4 is stirred only by the shoulder 32, the stirring can be performed at a high speed.
Note that the shoulder 32 shown in FIGS. 11A and 11B is not limited to a convex curved surface shape, and may be a convex shape, or may be a convex tapered surface.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係るアルミニウム構造部材の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。第3実施形態も、第2実施形態と同様に、互いに接合される第1、第2アルミニウム部材1、2の板厚が互いに異なる場合に適用される製造方法である。具体的に、図13Aに示すように、第2アルミニウム部材2は、第1アルミニウム部材1よりも厚くなっている。第1、第2アルミニウム部材1、2は、板厚以外に関する点は、第1実施形態と同様である。
また、第3実施形態を実施するために使用される製造装置10は、第1実施形態と同様に、定盤11と、レーザ装置20と、摩擦攪拌装置30と、を備えると共に、定盤11上に配置され、段付部を有する裏当て部材40を、さらに備える。なお、製造装置10の第1、第2実施形態と同一又は同等部分については、説明を省略或いは簡略化する。
(Third embodiment)
Next, a method for manufacturing an aluminum structural member according to the third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Similarly to the second embodiment, the third embodiment is a manufacturing method applied when the plate thicknesses of the first and second aluminum members 1 and 2 to be joined to each other are different from each other. Specifically, as shown in FIG. 13A, the second aluminum member 2 is thicker than the first aluminum member 1. The first and second aluminum members 1 and 2 are the same as in the first embodiment except for the thickness.
In addition, the manufacturing apparatus 10 used to implement the third embodiment includes the surface plate 11, the laser device 20, and the friction stirrer 30, as well as the first embodiment, and the surface plate 11. A backing member 40 disposed above and having a stepped portion is further provided. In addition, description is abbreviate | omitted or simplified about the same or equivalent part as 1st, 2nd embodiment of the manufacturing apparatus 10. FIG.

以下、第3実施形態のアルミニウム構造部材の製造方法の各工程について、図12、図13A〜図13C、図14を用いて説明する。   Hereinafter, each process of the manufacturing method of the aluminum structural member of 3rd Embodiment is demonstrated using FIG. 12, FIG. 13A-FIG. 13C, and FIG.

まず、図13Aに示すように、定盤11に段付部を有する裏当て部材40を配置し、その上に第1及び第2アルミニウム部材1、2とを突き合わせて、第1アルミニウム部材1の表面と、第2アルミニウム部材2の表面とが平坦な突き合わせ部3を形成する。これにより、第1及び第2アルミニウム部材1、2の裏面側に段差部が形成される。   First, as shown in FIG. 13A, a backing member 40 having a stepped portion is arranged on the surface plate 11, and the first and second aluminum members 1 and 2 are abutted on the backing member 40, so that the first aluminum member 1 The surface and the surface of the second aluminum member 2 form a flat butted portion 3. Thereby, a step portion is formed on the back side of the first and second aluminum members 1 and 2.

ここで、「平坦な突き合わせ部」とは、第1及び第2アルミニウム部材1、2の表面が、第1アルミニウム部材の板厚の30%mm以内の寸法で上下にずれている場合を含む。
なお、平坦な定盤11上に、第2アルミニウム部材2を配置すると共に、突き合わせ部3に隣接して第1及び第2アルミニウム部材1、2の板厚差に相当する裏当て部材を定盤11上に配置し、該裏当て部材上に第1アルミニウム部材1を配置しても、平坦な突き合わせ部を得ることが出来る。また、裏当て部材は、突き合わせ部3において分割されて、各裏当て部材が第1及び第2アルミニウム部材1、2をそれぞれ載せるようにしてもよい。
Here, the “flat butted portion” includes a case where the surfaces of the first and second aluminum members 1 and 2 are shifted vertically by a dimension within 30% mm of the plate thickness of the first aluminum member.
The second aluminum member 2 is disposed on the flat surface plate 11 and a backing member corresponding to the plate thickness difference between the first and second aluminum members 1 and 2 is disposed adjacent to the butted portion 3. Even if it arrange | positions on 11 and arrange | positions the 1st aluminum member 1 on this backing member, a flat butt | matching part can be obtained. Further, the backing member may be divided at the butting portion 3 so that each backing member carries the first and second aluminum members 1 and 2 respectively.

そして、図13Bに示すように、その突き合わせ部3を平坦な表面側からレーザ溶接により接合して溶接ビード部4を形成する。この際、突き合わせ部3に未接合部が生じないように溶接ビード部4は、突き合わせ部3を表面から裏面に連なる、即ち、突き合わせ部3の板厚方向全体に亘って形成される。   Then, as shown in FIG. 13B, the butted portion 3 is joined by laser welding from the flat surface side to form a weld bead portion 4. At this time, the weld bead portion 4 is formed from the front surface to the back surface, that is, over the entire plate thickness direction of the butt portion 3 so that an unjoined portion does not occur in the butt portion 3.

これにより、図16に示すような、摩擦攪拌接合で生じることがある、いわゆるキッシングボンド部6(突き合わせ部の未接合部又は接合が著しく弱い部分)を発生することが防止できる。尚、裏当て部材40の材質は、C1020等の銅やセラミック等、アルミニウム接合材と接合しにくい材料が好適に用いられる。   Accordingly, it is possible to prevent the so-called kissing bond portion 6 (the unjoined portion of the butted portion or the portion where the joining is extremely weak) that may occur in the friction stir welding as shown in FIG. In addition, the material of the backing member 40 is preferably a material that is difficult to be bonded to an aluminum bonding material, such as copper or ceramic such as C1020.

次に、図13Cに示すように、その溶接ビード部4に回転する接合ツール33(攪拌ピン31)を突き合わせ部3の軸線に沿って(第1及び第2アルミニウム部材1、2の表面に垂直)に差し込み、溶接ビード部4およびその周囲を摩擦攪拌する。   Next, as shown in FIG. 13C, the welding tool 33 (stirring pin 31) that rotates on the weld bead portion 4 is moved along the axis of the abutting portion 3 (perpendicular to the surfaces of the first and second aluminum members 1 and 2). ) And friction stir the weld bead portion 4 and its surroundings.

溶接ビード部4は一旦溶融して凝固したものであるため鋳物組織となるが、摩擦攪拌により鋳物組織が改質され、図14に示すように、改質部(摩擦攪拌部)5が形成される。この場合、改質部5は、板厚方向に溶接ビード部4を残して形成される。鋳物組織は脆性があるため、この部分に引張荷重や曲げ荷重がかかると破断しやすいが、摩擦攪拌による金属組織の改質部5を設けることにより、組織が微細化されて鋳物組織よりも接合強度を向上させることができる。   Since the weld bead portion 4 is once melted and solidified, it becomes a cast structure, but the cast structure is modified by friction stirring, and a reformed portion (friction stirring portion) 5 is formed as shown in FIG. The In this case, the reforming part 5 is formed leaving the weld bead part 4 in the plate thickness direction. Since the cast structure is brittle, it is easy to break when a tensile load or bending load is applied to this part. However, by providing the metal structure reforming part 5 by friction stirring, the structure is refined and bonded to the cast structure. Strength can be improved.

また、本実施形態では、攪拌ピン31を板厚方向に深く差し込む必要がない。これにより、攪拌ピン31に係る荷重を下げることができ、接合速度を速くすることができる。   In this embodiment, it is not necessary to insert the stirring pin 31 deeply in the thickness direction. Thereby, the load concerning the stirring pin 31 can be reduced and the joining speed can be increased.

特に、自動車のフレーム部材等の被接合部材は厚いため、通常の摩擦攪拌接合の場合、非常に時間がかかるが、本実施形態の製造方法であれば、高い接合速度で被接合部材を接合することができる。   In particular, since a member to be joined such as an automobile frame member is thick, in the case of normal friction stir welding, it takes a very long time. However, with the manufacturing method of this embodiment, the member to be joined is joined at a high joining speed. be able to.

一方、本実施形態のように、一旦溶融溶接(貫通溶接)を行い、凝固した溶接ビード部4を形成して、その後に摩擦攪拌により溶接ビード部4を改質することにより、キッシングボンドの発生がなくなる。更には、攪拌ピン31の管理や差込深さの設定が簡単になる。   On the other hand, as in this embodiment, melt welding (penetration welding) is once performed to form a solidified weld bead portion 4, and then the weld bead portion 4 is modified by friction stir to generate kissing bonds. Disappears. Furthermore, management of the stirring pin 31 and setting of the insertion depth are simplified.

又、溶接ビード部4に凹凸や引けがあっても、攪拌による接合部の流動で凹凸や引けが解消される。   Further, even if the weld bead portion 4 has unevenness or shrinkage, the unevenness or shrinkage is eliminated by the flow of the joint due to stirring.

以上説明したように、第1アルミニウム部材1と第2アルミニウム部材2とが接合されて成るアルミニウム構造部材の製造方法によれば、第1及び第2アルミニウム部材1、2を裏当て部材40の上に配置した状態で、第1及び第2アルミニウム部材1,2を突き合わせて、第1アルミニウム部材1の表面と、第2アルミニウム部材2の表面とが平坦な突き合わせ部3を形成する工程と、突き合わせ部3に向けて第1及び第2アルミニウム部材1,2の表面側からレーザビームを照射して突き合わせ部3を溶接し、突き合わせ部3の表面から裏面に連なる溶接ビード部4を形成する工程と、回転する接合ツール33によって溶接ビード部4を表面側から攪拌する工程と、を含む。これにより、接合速度が速く、接合部の品質・外観や接合強度に優れたアルミニウム構造部材の製造方法を提供することができる。
その他の構成及び作用については、第1または第2実施形態のものと同様である。
As described above, according to the method for manufacturing an aluminum structural member in which the first aluminum member 1 and the second aluminum member 2 are joined, the first and second aluminum members 1 and 2 are placed on the backing member 40. The first and second aluminum members 1 and 2 are butted together in a state of being disposed on the surface of the first aluminum member 1 and the surface of the second aluminum member 2 to form a flat butted portion 3; Irradiating a laser beam from the surface side of the first and second aluminum members 1 and 2 toward the part 3 to weld the butt part 3 and forming a weld bead part 4 continuous from the surface of the butt part 3 to the back surface; And a step of stirring the weld bead portion 4 from the surface side by the rotating joining tool 33. As a result, it is possible to provide a method for producing an aluminum structural member that has a high joining speed and is excellent in the quality / appearance and joining strength of the joint.
Other configurations and operations are the same as those of the first or second embodiment.

なお、本実施形態においても、レーザ溶接に際して、必要に応じて、溶加材供給ノズル22から溶加材23を供給しながら溶接することが好ましい(図12参照)。   Also in the present embodiment, it is preferable to perform welding while supplying the filler material 23 from the filler material supply nozzle 22 as necessary during laser welding (see FIG. 12).

また、摩擦攪拌は、本実施形態のように、レーザビームXが照射される側(表面側)だけで行うものに限らず、表面側と、該表面側と反対側(裏面側)の両面から行うものでもよい。即ち、図15Cに示す変形例のように、改質部5が表面側と裏面側の両面に形成されてもよい。
この場合、上記実施形態と同様、図13Cに示すように、第1及び第2アルミニウム部材1、2の表面側から溶接ビード部4を摩擦攪拌した後、該第1及び第2アルミニウム部材2を裏当て部材40から取り外し、接合した第1及び第2アルミニウム部材1,2を上下反転させ、図15Aに示すように、定盤11上に載置する。そして、図15Bに示すように、裏面の段差部を摩擦攪拌接合により流動させながら溶接ビード部4も攪拌して改質する。
Further, the friction agitation is not limited to that performed on the laser beam X irradiation side (front surface side) as in this embodiment, but from both the front surface side and the opposite side (back surface side) of the front surface side. You can do it. That is, as in the modification shown in FIG. 15C, the modified portion 5 may be formed on both the front surface side and the back surface side.
In this case, as in the above embodiment, as shown in FIG. 13C, after the weld bead portion 4 is frictionally stirred from the surface side of the first and second aluminum members 1 and 2, the first and second aluminum members 2 are The first and second aluminum members 1, 2 removed from the backing member 40 and joined are turned upside down and placed on the surface plate 11 as shown in FIG. 15A. Then, as shown in FIG. 15B, the weld bead portion 4 is also stirred and reformed while the stepped portion on the back surface is caused to flow by friction stir welding.

その際、接合ツール33の軸芯Lを、第1アルミニウム部材1および第2アルミニウム部材2の裏面(図15Bにおける上面)に対して垂直な方向から第1アルミニウム部材1側に角度θで傾斜させて第1アルミニウム部材1と第2アルミニウム部材2の段差部に押し付ける。なお、接合ツール33の傾斜角度θは、第1及び第2アルミニウム部材1、2の板厚差などに応じて設定されるが、例えば、該垂直な方向に対して30°以下の範囲内で傾けて設定される。   At that time, the axis L of the joining tool 33 is inclined at an angle θ from the direction perpendicular to the back surfaces of the first aluminum member 1 and the second aluminum member 2 (upper surface in FIG. 15B) to the first aluminum member 1 side. The first aluminum member 1 and the second aluminum member 2 are pressed against the stepped portion. Note that the inclination angle θ of the welding tool 33 is set according to the plate thickness difference between the first and second aluminum members 1 and 2, for example, within a range of 30 ° or less with respect to the perpendicular direction. Tilt to set.

回転する接合ツール33による攪拌と同時に、接合ツール33のショルダー32により第1アルミニウム部材1と第2アルミニウム部材2を段差なく滑らかにつなぐ形状が形成され、図15Cに示すように、改質部(摩擦攪拌部)5が形成される。この加工により接合部表面に強度低下の原因となる凹凸がなくなり、接合強度がより高くなる。   Simultaneously with stirring by the rotating joining tool 33, a shape that smoothly connects the first aluminum member 1 and the second aluminum member 2 without a step is formed by the shoulder 32 of the joining tool 33. As shown in FIG. Friction stirring portion) 5 is formed. This processing eliminates the unevenness causing the strength reduction on the surface of the joint portion, and the joint strength is further increased.

なお、反対面(裏面に相当)の段差部をテーパ状等の滑らかな形状に加工するものであれば、上記摩擦攪拌に限定されない。例えば、特許文献6で開示されているテーパのついた段付ロールによって滑らかな形状に加工されてもよい。   The friction stirrer is not limited as long as the stepped portion on the opposite surface (corresponding to the back surface) is processed into a smooth shape such as a tapered shape. For example, it may be processed into a smooth shape by a tapered step roll disclosed in Patent Document 6.

又、第3実施形態においても、接合ツール33は、第2実施形態で説明した図11A〜図11Cに例示するものを適宜使用することができ、各接合ツール33は、第2実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。   Also in the third embodiment, as the joining tool 33, those exemplified in FIGS. 11A to 11C described in the second embodiment can be used as appropriate, and each joining tool 33 is described in the second embodiment. Has the same effect as

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良などが可能である。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably.

例えば、上記実施形態では、レーザ溶接によって溶接ビード部4を形成しているが、本発明は、MIG溶接によって溶接ビード部4を形成してもよい。したがって、溶接ビード部4を形成する場合の溶接熱源は、レーザ溶接のレーザヘッド21でもよいし、MIG溶接の溶接トーチでもよい。
ただし、各実施形態において、MIG溶接によって溶接ビード部4を形成する場合、溶接トーチの配置は、レーザ溶接のレーザヘッド21が配置される側と同じとなる。
即ち、第2実施形態では、溶接熱源である溶接トーチは、段差のある表面側に配置される。また、第3実施形態では、溶接熱源である溶接トーチは、平坦な突き合わせ部を形成する第1及び第2アルミニウム部材の表面側に配置される。
For example, in the above embodiment, the weld bead portion 4 is formed by laser welding, but the present invention may form the weld bead portion 4 by MIG welding. Accordingly, the welding heat source when forming the weld bead portion 4 may be the laser head 21 of laser welding or the welding torch of MIG welding.
However, in each embodiment, when the weld bead portion 4 is formed by MIG welding, the arrangement of the welding torch is the same as the side on which the laser head 21 for laser welding is arranged.
That is, in 2nd Embodiment, the welding torch which is a welding heat source is arrange | positioned at the surface side with a level | step difference. Moreover, in 3rd Embodiment, the welding torch which is a welding heat source is arrange | positioned at the surface side of the 1st and 2nd aluminum member which forms a flat butt | matching part.

また、板厚が異なる第1アルミニウム部材と第2アルミニウム部材とが接合されて成るアルミニウム構造部材の製造方法については、第2及び第3実施形態のものに限定されない。即ち、板厚が異なる第1及第2アルミニウム部材を用いる場合の製造方法において、第1及び第2アルミニウム部材を互いに突き合わせて突き合わせ部を形成する工程と、突き合わせ部を溶接し、突き合わせ部の表面から裏面に連なる溶接ビード部を形成する工程と、回転する接合ツールによって溶接ビード部を攪拌する工程と、を含むものであればよい。   Moreover, the manufacturing method of the aluminum structural member formed by joining the first aluminum member and the second aluminum member having different plate thicknesses is not limited to those of the second and third embodiments. That is, in the manufacturing method in the case of using the first and second aluminum members having different plate thicknesses, the step of abutting the first and second aluminum members with each other to form a butt portion, welding the butt portion, and the surface of the butt portion What is necessary is just to include the process of forming the weld bead part which continues to the back surface from and the process of stirring the weld bead part with the rotating joining tool.

(試験1)
まず、試験1では、本発明の第1実施形態に係る製造方法による効果を確認するため、以下の試験を行った。
表1に示すように、試験に用いた材料は、板厚3.0mmのAA6022-T4相当材(実施例1〜3、5、6、比較例1,3,4)と板厚3.0mmのJIS A7075-T6(実施例4、比較例2)である。試験片の大きさは150mm×300mmで、300mmの方の端部同士を突き合わせて接合した。接合長は280mmである。
(Test 1)
First, in Test 1, the following test was performed in order to confirm the effect of the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
As shown in Table 1, AA6022-T4 equivalent material (Examples 1 to 3, 5, 6, Comparative Examples 1, 3, and 4) having a thickness of 3.0 mm and a thickness of 3.0 mm were used for the test. JIS A7075-T6 (Example 4, Comparative Example 2). The size of the test piece was 150 mm × 300 mm, and 300 mm end portions were butted together and joined. The joining length is 280 mm.

次に、溶接にレーザ装置20を用いた場合について説明する。レーザは、発振器がIPGフォトニクス製YLS-6000とし、ヘッドや加工機は特注製で、集光レンズは焦点距離が450mm、集光径がφ0.3mmとなる設定で溶接を実施した。
一方、MIG溶接の場合の溶接機は、溶接電源をダイヘン社製WB−P350とした。
摩擦攪拌装置30は、加工機が特注製で、接合ツール33は、図11Cに示すような攪拌ピン31を有する通常型で、SKD61相当材で作成したものを用いた。接合ツール33は、攪拌深さが1mmの場合、ショルダー径11mm、プローブ径(ピン径)φ4mm、高さ0.9mmのものと、攪拌深さが2mmの場合、ショルダー径13mm、プローブ径(ピン径)φ5mm、高さ1.8mmのものを用いた。
Next, the case where the laser apparatus 20 is used for welding will be described. The laser used was YLS-6000 made by IPG Photonics, the head and processing machine were custom-made, and the condenser lens was welded with a focal length of 450 mm and a condenser diameter of 0.3 mm.
On the other hand, in the case of MIG welding, the welding power source was WB-P350 manufactured by Daihen.
The friction stirrer 30 is a custom-made processing machine, and the joining tool 33 is a normal type having a stirrer pin 31 as shown in FIG. 11C and made of an SKD61 equivalent material. When the stirring depth is 1 mm, the welding tool 33 has a shoulder diameter of 11 mm, a probe diameter (pin diameter) of φ4 mm, and a height of 0.9 mm. When the stirring depth is 2 mm, the welding tool 33 has a shoulder diameter of 13 mm and a probe diameter (pin). A diameter of φ5 mm and a height of 1.8 mm was used.

また、実施例5では、接合ツール33は、攪拌深さが0.5mmの場合、ショルダー径11mm(ピンなし)のものを用いた。
さらに、実施例6では、接合ツール33は、ショルダー径12〜13mm程度、プローブ径(ピン径)φ4mm、高さ1.5mmのものを用いた。
In Example 5, the joining tool 33 having a shoulder diameter of 11 mm (no pin) was used when the stirring depth was 0.5 mm.
Furthermore, in Example 6, the joining tool 33 having a shoulder diameter of about 12 to 13 mm, a probe diameter (pin diameter) of 4 mm, and a height of 1.5 mm was used.

Figure 0006357566
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実施例1〜4のレーザ溶接の施工条件としては、レーザ出力5500W、溶接速度200cm/分で行い、溶加材はJIS A5356WY φ1.2mmで供給速度は200cm/分である。摩擦攪拌は、回転速度2000rpmでレーザ照射位置から50mm離れた場所においてレーザ溶接と同時に同じ速度で加工した。なお、実施例5の施工条件は、溶接速度を240cm/分とした以外は、実施例1〜5と同一とした。   The construction conditions for laser welding in Examples 1 to 4 are a laser output of 5500 W and a welding speed of 200 cm / min, a filler material of JIS A5356WY φ1.2 mm, and a supply speed of 200 cm / min. Friction stirring was processed at the same speed as laser welding at a rotational speed of 2000 rpm and 50 mm away from the laser irradiation position. The construction conditions of Example 5 were the same as those of Examples 1 to 5 except that the welding speed was 240 cm / min.

実施例6のMIG溶接の施工条件としては、直流パルス方式とし、電流120A、電圧18V、溶接速度150cm/分とし、溶接トーチの前進角を10°とした。また、シールドガスとして、アルゴンガスを25L/minで使用し、溶加材としては、直径1.2mmのJIS A5356−WYを用いた。また、実施例6では、MIG溶接と同じ速度で、摩擦攪拌を行った。   The construction conditions of MIG welding in Example 6 were a DC pulse method, a current of 120 A, a voltage of 18 V, a welding speed of 150 cm / min, and a forward angle of the welding torch of 10 °. Further, argon gas was used at 25 L / min as the shielding gas, and JIS A5356-WY having a diameter of 1.2 mm was used as the filler material. Moreover, in Example 6, friction stirring was performed at the same speed as MIG welding.

また、実施例1、4及び6では、上記実施形態のように、摩擦攪拌はレーザビームXが照射される側のみから行い、図2Dのような接合部を得た。実施例2では、第1変形例のように、摩擦攪拌はレーザビームXが照射される側(表面側)と反対側(裏面側)のみから行い、図4Aのような接合部を得た。実施例3では、第2変形例のように、摩擦攪拌は板厚方向の両側(表面側、裏面側)から行い、図4Bのような接合部を得た。実施例5では、第3変形例のように、接合ツール33のショルダー32のみで接合を行い、図6Bのような接合部を得た。   Further, in Examples 1, 4 and 6, as in the above embodiment, the friction stir was performed only from the side irradiated with the laser beam X, and a joint as shown in FIG. 2D was obtained. In Example 2, as in the first modified example, the friction stir was performed only from the side (front side) irradiated with the laser beam X (on the back side) to obtain a joint as shown in FIG. 4A. In Example 3, as in the second modified example, the friction stir was performed from both sides (surface side, back side) in the plate thickness direction, and a joint as shown in FIG. 4B was obtained. In Example 5, as in the third modified example, joining was performed only with the shoulder 32 of the joining tool 33, and a joined portion as shown in FIG. 6B was obtained.

また、比較例3のレーザのみの場合は、レーザ出力5500W、溶接速度400cm/分、溶加材はJIS A5356WY φ1.2mmで供給速度は400cm/分で接合した。   Further, in the case of only the laser of Comparative Example 3, the laser output was 5500 W, the welding speed was 400 cm / min, the filler material was JIS A5356WY φ1.2 mm, and the supply speed was 400 cm / min.

また、比較例1及び2の摩擦攪拌接合のみの場合は、ショルダー径14mm、プローブはM5、高さ2.7mmのSKD61相当材で作成したツールを用いて、回転数2200rpm、接合速度50cm/分で接合した。   In the case of only the friction stir welding in Comparative Examples 1 and 2, the shoulder diameter was 14 mm, the probe was M5, and a tool made of SKD61 equivalent material with a height of 2.7 mm was used. The rotation speed was 2200 rpm and the welding speed was 50 cm / min. It joined with.

さらに、比較例4のレーザアシスト摩擦攪拌接合の場合は、レーザを先行させ摩擦攪拌接合を同時に行う方法で、接合速度は150cm/分、間隔は10mmとし、レーザはレーザ出力2000W、摩擦攪拌接合はショルダー径14mm、プローブはM5、高さ2.
7mmのSKD61相当材で作成したツールを用いて回転数2200rpmとした。
Furthermore, in the case of the laser assisted friction stir welding of Comparative Example 4, the method of performing the friction stir welding simultaneously with the laser preceding, the joining speed is 150 cm / min, the interval is 10 mm, the laser has a laser output of 2000 W, and the friction stir welding is Shoulder diameter 14mm, probe M5, height 2.
The rotation speed was set to 2200 rpm using a tool made of 7 mm SKD61 equivalent material.

比較例5のMIG溶接のみの場合は、直流パルス方式とし、電流120A、電圧18V、溶接速度150cm/分、溶接トーチの前進角を10°とし、シールドガスとして、アルゴンガスを25L/minで使用し、溶加材としては、直径1.2mmのJIS A5356−WYを用いた。   In the case of only MIG welding of Comparative Example 5, the direct current pulse method is used, the current is 120 A, the voltage is 18 V, the welding speed is 150 cm / min, the advance angle of the welding torch is 10 °, and the argon gas is used as the shielding gas at 25 L / min. As a filler material, JIS A5356-WY having a diameter of 1.2 mm was used.

接合された継手は、接合線に対して垂直方向に切断し、幅25mmの短冊片を3本、幅40mmの短冊片を3本の計6本を採取した。幅25mmの短冊片は引っ張り試験を行い、幅40mmの短冊片は裏曲げ試験を実施した。   The joined joints were cut in a direction perpendicular to the joining line, and 6 strips having a width of 3 mm and 3 strips having a width of 40 mm were collected. A strip with a width of 25 mm was subjected to a tensile test, and a strip with a width of 40 mm was subjected to a back bending test.

引っ張り試験は当該試験片の長さ方向に引張を行う引張試験(n=3)を行った。伸びはチャック間の伸びを計測し、その3回の測定結果の平均値を評価結果とした。
裏曲げ試験は、(JIS Z 3122:2013)の要領で型曲げ試験を行った。雄型の肩部の半径Rは2t=6mmで実施した。いずれも裏曲げ試験を行った。
The tensile test was a tensile test (n = 3) in which the test piece was pulled in the length direction. For the elongation, the elongation between chucks was measured, and the average of the three measurement results was used as the evaluation result.
The back bending test was a mold bending test according to the procedure of (JIS Z 3122: 2013). The radius R of the male shoulder was 2t = 6 mm. In each case, a back bending test was conducted.

評価は、引っ張り試験では、同じ材料組合せでの摩擦攪拌接合の継手の伸びとの比較で、◎は優れる、○は同等、△はやや劣る、×はかなり劣る、とした。裏曲げ試験では、接合部外観を評価し、○は良好、△は小さな亀裂が散見される、×は幅全長に渡り亀裂が見られる、とした。総合評価は、Sが優良、Aが良で、Bはやや劣る、Cは劣る、とした。   In the tensile test, ◎ is excellent, ○ is equivalent, Δ is slightly inferior, and X is considerably inferior in comparison with the elongation of the joint of friction stir welding with the same material combination. In the back bending test, the appearance of the joint portion was evaluated, and ○ was good, Δ was small cracks, and x was cracks over the entire width. The overall evaluation is that S is excellent, A is good, B is slightly inferior, and C is inferior.

表1に示すように、本発明の範囲である実施例1〜6では良好な結果が得られたことがわかる。一方、比較例1、2、4である摩擦攪拌接合では、いずれも裏曲げ試験によりキッシングボンド部6で亀裂が生じた。また、比較例3のレーザ溶接及び比較例5のMIG溶接では、引張試験において、実施例1〜6や比較例1、2、4と比べて、低い評価となった。   As shown in Table 1, it can be seen that good results were obtained in Examples 1 to 6 which are within the scope of the present invention. On the other hand, in the friction stir welding that is Comparative Examples 1, 2, and 4, cracks occurred in the kissing bond portion 6 in the back bending test. Moreover, in the laser welding of the comparative example 3 and the MIG welding of the comparative example 5, it became a low evaluation compared with Examples 1-6 and Comparative Examples 1, 2, and 4 in the tension test.

(試験2)
次に、試験2では、本発明の第2実施形態の製造方法による効果を確認するため、以下の試験を行った。表2に示すように、試験片は、板厚3.0mmと板厚1.5mmのAA6022−T4相当材(実施例7〜10、比較例6〜8)である。試験片のサイズは150mm×300mmで、300mmの方の端部同士を突き合わせて接合した。接合長は280mmである。
(Test 2)
Next, in Test 2, the following test was performed in order to confirm the effect of the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention. As shown in Table 2, the test piece is an AA6022-T4 equivalent material (Examples 7 to 10, Comparative Examples 6 to 8) having a thickness of 3.0 mm and a thickness of 1.5 mm. The size of the test piece was 150 mm × 300 mm, and 300 mm end portions were butted together and joined. The joining length is 280 mm.

なお、溶接に用いたレーザ装置20、MIG溶接機、及び、摩擦攪拌装置30は、試験1で使用したものと同一である。   The laser device 20, MIG welder, and friction stirrer 30 used for welding are the same as those used in Test 1.

実施例7、9の接合ツール33は、図11Aに示すような、ショルダー径が11mmの凸形状のショルダー32を有し、プローブ径(ピン径)がφ4mmの攪拌ピン31を有するものを用いた。一方、実施例8では、接合ツール33は、図11Bに示すような、ショルダー径が11mmの凸形状のショルダー32を有し、攪拌ピン31がないものを用いた。   As the joining tool 33 of Examples 7 and 9, a tool having a convex shoulder 32 having a shoulder diameter of 11 mm and a stirring pin 31 having a probe diameter (pin diameter) of 4 mm as shown in FIG. 11A was used. . On the other hand, in Example 8, the joining tool 33 having a convex shoulder 32 with a shoulder diameter of 11 mm and having no stirring pin 31 as shown in FIG. 11B was used.

Figure 0006357566
Figure 0006357566

実施例7〜9のレーザ溶接の施工条件としては、レーザ出力5500W、溶接速度200cm/分で行い、溶加材はJIS A5554WY、φ1.2mmで供給速度は200cm/分で適用した。摩擦攪拌は、回転数2000rpmでレーザ照射位置から50mm離れた場所においてレーザ溶接と同時に同じ速度で加工した。なお、実施例8の施工条件は、溶接速度を240cm/分とした以外は、実施例7、9と同一とした。   As the welding conditions of Examples 7 to 9, laser welding was performed at a laser output of 5500 W and a welding speed of 200 cm / min, the filler material was JIS A5554WY, φ1.2 mm, and the supply speed was 200 cm / min. Friction stirring was performed at the same speed as the laser welding at a location where the rotation speed was 2000 rpm and 50 mm away from the laser irradiation position. The construction conditions of Example 8 were the same as those of Examples 7 and 9 except that the welding speed was 240 cm / min.

実施例10のMIG溶接の施工条件としては、直流パルス方式とし、電流120A、電圧18V、溶接速度150cm/分とし、溶接トーチの前進角を10°とした。また、シールドガスとして、アルゴンガスを25L/minで使用し、溶加材としては、直径1.2mmのJIS A5356−WYを用いた。また、実施例10では、MIG溶接と同じ速度で、摩擦攪拌を行った。   The construction conditions for MIG welding in Example 10 were a DC pulse method, a current of 120 A, a voltage of 18 V, a welding speed of 150 cm / min, and a forward angle of the welding torch of 10 °. Further, argon gas was used at 25 L / min as the shielding gas, and JIS A5356-WY having a diameter of 1.2 mm was used as the filler material. Moreover, in Example 10, friction stirring was performed at the same speed as MIG welding.

また、実施例7、8及び10では、上記実施形態のように、摩擦攪拌はレーザビームXが照射される側のみから行い、図8Dのような接合部を得た。実施例9では、図9に示す変形例のように、摩擦攪拌は、レーザビームXが照射される側(表面側)と、該表面側と反対側(裏面側)の両方から行なわれた。   In Examples 7, 8 and 10, the friction stir was performed only from the side irradiated with the laser beam X as in the above embodiment, and a joint as shown in FIG. 8D was obtained. In Example 9, as in the modification shown in FIG. 9, friction agitation was performed from both the side irradiated with the laser beam X (front side) and the opposite side (back side).

また、比較例6の摩擦攪拌接合のみの場合は、ショルダー径14mm、プローブ(攪拌ピン)はM5、高さ2.7mmのSKD61相当材で作成した接合ツールを用いて、回転数2200rpm、接合速度80cm/分で接合した。   Further, in the case of only the friction stir welding in Comparative Example 6, the shoulder diameter is 14 mm, the probe (stirring pin) is M5, and a welding tool made of SKD61 equivalent material with a height of 2.7 mm is used. Joining was performed at 80 cm / min.

また、比較例7のレーザのみの場合は、レーザ出力5500W、溶接速度400cm/分、溶加材はJIS A5554WY、φ1.2mmで供給速度は400cm/分で接合した。   In the case of only the laser of Comparative Example 7, the laser output was 5500 W, the welding speed was 400 cm / min, the filler material was JIS A5554WY, φ1.2 mm, and the supply speed was 400 cm / min.

比較例8のMIG溶接のみの場合は、直流パルス方式とし、電流120A、電圧18V、溶接速度150cm/分、溶接トーチの前進角を10°とし、シールドガスとして、アルゴンガスを25L/minで使用し、溶加材としては、直径1.2mmのJIS A5356−WYを用いた。   In the case of only MIG welding of Comparative Example 8, the DC pulse method is used, the current is 120 A, the voltage is 18 V, the welding speed is 150 cm / min, the advance angle of the welding torch is 10 °, and the argon gas is used as a shielding gas at 25 L / min. As a filler material, JIS A5356-WY having a diameter of 1.2 mm was used.

なお、引張強度、外観評価及び総合評価の評価方法は、試験1と同様である。   The evaluation methods for tensile strength, appearance evaluation, and comprehensive evaluation are the same as in Test 1.

表2に示すように、本発明の範囲である実施例7〜10では良好な結果が得られたことがわかる。一方、比較例6は接合を摩擦攪拌接合のみで行ったため、接合部の外観性に劣り、又、キッシングボンド部が生じたため引張強度が劣った。   As shown in Table 2, it can be seen that good results were obtained in Examples 7 to 10, which are within the scope of the present invention. On the other hand, in Comparative Example 6, since the joining was performed only by friction stir welding, the appearance of the joined portion was inferior, and the tensile strength was inferior because a kissing bond portion was formed.

また、比較例7のレーザ溶接では、引張試験が若干劣り、接合部に若干の凹凸が見られたため実施例7〜10に比べて低い評価となった。比較例8のMIG溶接では、引張試験、裏曲げ試験の両方において、実施例7〜10と比べて、低い評価となった。   Further, in the laser welding of Comparative Example 7, the tensile test was slightly inferior, and some unevenness was observed in the joint portion, so the evaluation was lower than that of Examples 7-10. In the MIG welding of Comparative Example 8, both the tensile test and the back bending test were evaluated lower than Examples 7-10.

(試験3)
次に、試験3では、本発明の第3実施形態の製造方法による効果を確認するため、以下の試験を行った。表3に示すように、試験片は、板厚3.0mmと板厚1.5mmのAA6022−T4相当材(実施例11〜14、比較例9〜11)である。試験片のサイズは150mm×300mmで、300mmの方の端部同士を突き合わせて接合した。接合長は280mmである。
(Test 3)
Next, in Test 3, the following test was performed in order to confirm the effect of the manufacturing method according to the third embodiment of the present invention. As shown in Table 3, the test piece is an AA6022-T4 equivalent material (Examples 11 to 14, Comparative Examples 9 to 11) having a thickness of 3.0 mm and a thickness of 1.5 mm. The size of the test piece was 150 mm × 300 mm, and 300 mm end portions were butted together and joined. The joining length is 280 mm.

なお、溶接に用いたレーザ装置20、MIG溶接機、及び、摩擦攪拌装置30は、試験1で使用したものと同一である。   The laser device 20, MIG welder, and friction stirrer 30 used for welding are the same as those used in Test 1.

実施例11、13及び14の接合ツール33は、図11Aに示すような、ショルダー径が11mmの凸形状のショルダー32を有し、プローブ径(ピン径)がφ4mmの攪拌ピン31を有するものを用いた。一方、実施例12では、接合ツール33は、図11Bに示すような、ショルダー径が11mmの凸形状のショルダー32を有し、攪拌ピン31がないものを用いた。   The joining tool 33 of Examples 11, 13, and 14 has a convex shoulder 32 with a shoulder diameter of 11 mm and a stirring pin 31 with a probe diameter (pin diameter) of 4 mm as shown in FIG. 11A. Using. On the other hand, in Example 12, the joining tool 33 has a convex shoulder 32 with a shoulder diameter of 11 mm and no stirring pin 31 as shown in FIG. 11B.

Figure 0006357566
Figure 0006357566

実施例11、13の施工条件としては、レーザ溶接が、レーザ出力5500W、溶接速度200cm/分で行い、溶加材はJIS A5554WY、φ1.2mmで供給速度は200cm/分で適用した。摩擦攪拌は、回転数2000rpmでレーザ照射位置から50mm離れた場所においてレーザ溶接と同時に同じ速度で加工した。なお、実施例12の施工条件は、溶接速度を240cm/分とした以外は、実施例11、13と同一とした。   As the construction conditions of Examples 11 and 13, laser welding was performed at a laser output of 5500 W and a welding speed of 200 cm / min, the filler material was JIS A5554WY, φ1.2 mm, and the supply speed was 200 cm / min. Friction stirring was performed at the same speed as the laser welding at a location where the rotation speed was 2000 rpm and 50 mm away from the laser irradiation position. The construction conditions of Example 12 were the same as those of Examples 11 and 13 except that the welding speed was 240 cm / min.

実施例14のMIG溶接の施工条件としては、直流パルス方式とし、電流120A、電圧18V、溶接速度150cm/分とし、溶接トーチの前進角を10°とした。また、シールドガスとして、アルゴンガスを25L/minで使用し、溶加材としては、直径1.2mmのJIS A5356−WYを用いた。また、実施例14では、MIG溶接と同じ速度で、摩擦攪拌を行った。   The construction conditions for MIG welding in Example 14 were a DC pulse method, a current of 120 A, a voltage of 18 V, a welding speed of 150 cm / min, and a forward angle of the welding torch of 10 °. Further, argon gas was used at 25 L / min as the shielding gas, and JIS A5356-WY having a diameter of 1.2 mm was used as the filler material. Moreover, in Example 14, friction stirring was performed at the same speed as MIG welding.

また、実施例11、12、14では、上記実施形態のように、摩擦攪拌はレーザビームXが照射される側のみから行い、図14のような接合部を得た。実施例13では、図15Cに示す変形例のように、摩擦攪拌はレーザビームXが照射される側(表面側)と、該表面側と反対側(裏面側)の両方から行なわれた。   Further, in Examples 11, 12, and 14, as in the above embodiment, the friction stir was performed only from the side irradiated with the laser beam X to obtain a joint as shown in FIG. In Example 13, as in the modification shown in FIG. 15C, the friction stir was performed from both the side irradiated with the laser beam X (front side) and the opposite side (back side).

また、比較例9の摩擦攪拌接合のみの場合は、ショルダー径14mm、プローブ(攪拌ピン)はM5、高さ2.7mmのSKD61相当材で作成した接合ツールを用いて、回転数2200rpm、接合速度50cm/分で接合した。   Moreover, in the case of only the friction stir welding of Comparative Example 9, the shoulder diameter is 14 mm, the probe (stirring pin) is M5, and a joining tool made of SKD61 equivalent material with a height of 2.7 mm is used. Bonding was performed at 50 cm / min.

また、比較例10のレーザのみの場合は、レーザ出力5500W、溶接速度400cm/分、溶加材はJIS A5554WY、φ1.2mmで供給速度は400cm/分で接合した。   In the case of only the laser of Comparative Example 10, the laser output was 5500 W, the welding speed was 400 cm / min, the filler material was JIS A5554WY, φ1.2 mm, and the supply speed was 400 cm / min.

比較例11のMIG溶接のみの場合は、直流パルス方式とし、電流120A、電圧18V、溶接速度150cm/分、溶接トーチの前進角を10°とし、シールドガスとして、アルゴンガスを25L/minで使用し、溶加材としては、直径1.2mmのJIS A5356−WYを用いた。   In the case of only MIG welding of Comparative Example 11, a DC pulse method is used, a current of 120 A, a voltage of 18 V, a welding speed of 150 cm / min, a welding torch advance angle of 10 °, and argon gas as a shielding gas at 25 L / min. As a filler material, JIS A5356-WY having a diameter of 1.2 mm was used.

なお、引張強度、外観評価及び総合評価の評価方法は、試験1と同様である。   The evaluation methods for tensile strength, appearance evaluation, and comprehensive evaluation are the same as in Test 1.

表3に示すように、本発明の範囲である実施例11〜14では良好な結果が得られたことがわかる。一方、比較例9は接合を摩擦攪拌接合のみで行ったため、接合部の外観性に劣り、又、キッシングボンド部が生じたため引張強度が劣った。   As shown in Table 3, it can be seen that good results were obtained in Examples 11 to 14 within the scope of the present invention. On the other hand, in Comparative Example 9, since the joining was performed only by friction stir welding, the appearance of the joined portion was inferior, and the tensile strength was inferior because a kissing bond portion was formed.

また、比較例10のレーザ溶接では、引張試験が若干劣り、接合部に若干の凹凸が見られたため実施例11〜14に比べて低い評価となった。比較例11のMIG溶接では、引張試験、裏曲げ試験の両方において、実施例11〜14と比べて、低い評価となった。   Moreover, in the laser welding of Comparative Example 10, the tensile test was slightly inferior, and some unevenness was observed at the joint, so the evaluation was lower than in Examples 11-14. In the MIG welding of Comparative Example 11, both the tensile test and the back bending test were evaluated lower than Examples 11-14.

1 第1アルミニウム部材
2 第2アルミニウム部材
3 突き合わせ部
4 溶接ビード部
5 改質部
10 製造装置
11 定盤
20 レーザ装置
21 レーザヘッド
30 摩擦攪拌装置
31 攪拌ピン
32 ショルダー
33 接合ツール
40 裏当て部材

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st aluminum member 2 2nd aluminum member 3 Butting | matching part 4 Weld bead part 5 Reforming part 10 Manufacturing apparatus 11 Surface plate 20 Laser apparatus 21 Laser head 30 Friction stirrer 31 Stirring pin 32 Shoulder 33 Joining tool 40 Backing member

Claims (14)

第1アルミニウム部材と第2アルミニウム部材とが接合されて成るアルミニウム構造部材の製造方法であって、
前記第1及び第2アルミニウム部材を互いに突き合わせて突き合わせ部を形成する工程と、
前記突き合わせ部を溶接し、前記突き合わせ部の表面から裏面に連なる溶接ビード部を形成する工程と、
回転する接合ツールによって前記溶接ビード部を攪拌する工程と、を含み、
前記攪拌工程は、前記溶接ビード部おけるアルミニウム合金の固相線温度から100℃までの高い温度の状態で行われるアルミニウム構造部材の製造方法。
A method for producing an aluminum structural member in which a first aluminum member and a second aluminum member are joined,
Abutting the first and second aluminum members together to form a butted portion;
Welding the butt portion and forming a weld bead portion continuous from the front surface to the back surface of the butt portion; and
A step of stirring the weld bead by welding tool rotating, only including,
The said stirring process is a manufacturing method of the aluminum structural member performed in the state of the high temperature from the solidus temperature of the aluminum alloy in the said weld bead part to 100 degreeC .
前記攪拌工程は、板厚方向に前記溶接ビード部を残して摩擦攪拌部を形成する請求項1に記載のアルミニウム構造部材の製造方法。   The method for manufacturing an aluminum structural member according to claim 1, wherein the stirring step forms a friction stirring portion while leaving the weld bead portion in a plate thickness direction. 前記接合ツールは、ショルダーと、当該ショルダーの先端部に配設された攪拌ピンとを有し、前記攪拌工程は、前記溶接ビード部に前記接合ツールの攪拌ピンを差し込んで、前記ショルダー及び前記攪拌ピンによって、前記溶接ビード部を攪拌する請求項1に記載のアルミニウム構造部材の製造方法。   The joining tool has a shoulder and an agitating pin disposed at the tip of the shoulder, and the agitating step inserts the agitating pin of the joining tool into the weld bead, and the shoulder and the agitating pin The method for producing an aluminum structural member according to claim 1, wherein the weld bead portion is agitated. 前記攪拌ピンが、前記第1及び第2アルミニウム部材の板厚方向のいずれか一方の側から前記溶接ビード部に差し込まれる請求項3に記載のアルミニウム構造部材の製造方法。   The method for manufacturing an aluminum structural member according to claim 3, wherein the stirring pin is inserted into the weld bead portion from any one side in the plate thickness direction of the first and second aluminum members. 前記攪拌ピンが、前記第1及び第2アルミニウム部材の板厚方向の両側から前記溶接ビード部に差し込まれる請求項3に記載のアルミニウム構造部材の製造方法。   The method for manufacturing an aluminum structural member according to claim 3, wherein the stirring pin is inserted into the weld bead portion from both sides in the plate thickness direction of the first and second aluminum members. 板厚が異なる第1アルミニウム部材と第2アルミニウム部材とが接合されて成るアルミニウム構造部材の製造方法であって、
前記第1及び第2アルミニウム部材を互いに突き合わせて突き合わせ部を形成する工程と、
前記突き合わせ部を溶接し、前記突き合わせ部の表面から裏面に連なる溶接ビード部を形成する工程と、
回転する接合ツールによって前記溶接ビード部を攪拌する工程と、を含み、
前記攪拌工程は、前記溶接ビード部おけるアルミニウム合金の固相線温度から100℃までの高い温度の状態で行われるアルミニウム構造部材の製造方法。
A method for producing an aluminum structural member formed by joining a first aluminum member and a second aluminum member having different plate thicknesses,
Abutting the first and second aluminum members together to form a butted portion;
Welding the butt portion and forming a weld bead portion continuous from the front surface to the back surface of the butt portion; and
A step of stirring the weld bead by welding tool rotating, only including,
The said stirring process is a manufacturing method of the aluminum structural member performed in the state of the high temperature from the solidus temperature of the aluminum alloy in the said weld bead part to 100 degreeC .
第1アルミニウム部材と該第1アルミニウム部材よりも厚い第2アルミニウム部材とが突合せ接合されて成るアルミニウム構造部材の製造方法であって、
前記第1及び前記第2アルミニウム部材を互いに突き合わせて、段差のある突き合わせ部を形成する工程と、
前記段差のある側を表面としたときに、前記表面側に溶接熱源を配置して、前記突き合わせ部を溶接し、前記突き合わせ部の表面から裏面に連なる溶接ビード部を形成する工程と、
回転する接合ツールによって前記溶接ビード部を攪拌する工程と、を含み、
前記攪拌工程は、前記溶接ビード部おけるアルミニウム合金の固相線温度から100℃までの高い温度の状態で行われ、
前記攪拌工程において、前記接合ツールの軸芯を、前記第1及び第2アルミニウム部材の前記表面に垂直な方向に対して前記第1アルミニウム部材側に傾斜させるアルミニウム構造部材の製造方法。
A method for producing an aluminum structural member, wherein a first aluminum member and a second aluminum member thicker than the first aluminum member are butt-joined,
Abutting the first and second aluminum members together to form a stepped butted portion;
When the stepped side is the surface, a step of arranging a welding heat source on the surface side, welding the butt portion, and forming a weld bead portion continuous from the surface of the butt portion to the back surface; and
Agitating the weld bead portion with a rotating joining tool,
The stirring step is performed in a high temperature state from the solidus temperature of the aluminum alloy in the weld bead portion to 100 ° C,
The manufacturing method of the aluminum structural member which inclines the axial center of the said joining tool in the said stirring process to the said 1st aluminum member side with respect to the direction perpendicular | vertical to the said surface of the said 1st and 2nd aluminum member.
第1アルミニウム部材と該第1アルミニウム部材よりも厚い第2アルミニウム部材とが突合せ接合されて成るアルミニウム構造部材の製造方法であって、
少なくとも前記第1アルミニウム部材を裏当て部材の上に配置した状態で、前記第1及び第2アルミニウム部材を突き合わせて、前記第1アルミニウム部材の表面と、前記第2アルミニウム部材の表面とが平坦な突き合わせ部を形成する工程と、
前記第1及び第2アルミニウム部材の表面側に溶接熱源を配置して、前記突き合わせ部を溶接し、前記突き合わせ部の表面から裏面に連なる溶接ビード部を形成する工程と、
回転する接合ツールによって前記溶接ビード部を前記表面側から攪拌する工程と、を含み、
前記攪拌工程は、前記溶接ビード部おけるアルミニウム合金の固相線温度から100℃までの高い温度の状態で行われるアルミニウム構造部材の製造方法。
A method for producing an aluminum structural member, wherein a first aluminum member and a second aluminum member thicker than the first aluminum member are butt-joined,
In a state where at least the first aluminum member is disposed on the backing member, the first and second aluminum members are butted so that the surface of the first aluminum member and the surface of the second aluminum member are flat. Forming a butt portion; and
Arranging a welding heat source on the surface side of the first and second aluminum members, welding the butt portion, and forming a weld bead portion continuous from the surface of the butt portion to the back surface; and
The welding tool which rotates the step of stirring the weld bead portion from the front side, only including,
The said stirring process is a manufacturing method of the aluminum structural member performed in the state of the high temperature from the solidus temperature of the aluminum alloy in the said weld bead part to 100 degreeC .
前記溶接ビード部が攪拌された前記第1及び第2アルミニウム部材から前記裏当て部材を取り外す工程と、
回転する前記接合ツールによって前記溶接ビード部を前記裏面側から攪拌する工程と、をさらに含み、
前記裏面側からの攪拌工程において、前記接合ツールの軸芯を、前記第1及び第2アルミニウム部材の前記裏面に垂直な方向に対して前記第1アルミニウム部材側に傾斜させる請求項8に記載のアルミニウム構造部材の製造方法。
Removing the backing member from the first and second aluminum members in which the weld bead portion is stirred;
A step of agitating the weld bead portion from the back side with the rotating joining tool,
9. The stirring step from the back surface side, wherein the axis of the joining tool is inclined toward the first aluminum member side with respect to a direction perpendicular to the back surfaces of the first and second aluminum members. A method for producing an aluminum structural member.
前記溶接ビード部は、レーザ溶接により形成される請求項1〜9のいずれか1項に記載のアルミニウム構造部材の製造方法。   The said weld bead part is a manufacturing method of the aluminum structural member of any one of Claims 1-9 formed by laser welding. 前記溶接ビード部を形成する工程において、溶加材を供給しながらレーザビームを照射する請求項10に記載のアルミニウム構造部材の製造方法。   The method for manufacturing an aluminum structural member according to claim 10, wherein in the step of forming the weld bead portion, the laser beam is irradiated while supplying a filler material. 前記接合ツールのショルダーが凸形状である請求項1〜9のいずれか1項に記載のアルミニウム構造部材の製造方法。   The method for producing an aluminum structural member according to any one of claims 1 to 9, wherein a shoulder of the joining tool has a convex shape. 前記接合ツールのショルダーが凸形状である請求項10に記載のアルミニウム構造部材の製造方法。   The method for manufacturing an aluminum structural member according to claim 10, wherein a shoulder of the joining tool has a convex shape. 前記接合ツールのショルダーが凸形状である請求項11に記載のアルミニウム構造部材の製造方法。   The method for manufacturing an aluminum structural member according to claim 11, wherein a shoulder of the joining tool has a convex shape.
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