JP6747365B2 - Joining method - Google Patents
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Description
本発明は、金属部材同士を摩擦攪拌接合する接合方法に関する。 The present invention relates to a joining method for joining metallic members by friction stir welding.
例えば、特許文献1には、第一金属部材と第二金属部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法が開示されている。当該接合方法では、第一金属部材と第二金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成した後に、回転ツールの攪拌ピンのみを第一金属部材と第二金属部材に接触させた状態で突合せ部に対して摩擦攪拌を行うというものである。 For example, Patent Document 1 discloses a joining method of joining a first metal member and a second metal member by friction stirring. In the joining method, after the first metal member and the second metal member are butted against each other to form the butted portion, only the stirring pin of the rotating tool is brought into contact with the butted portion in the first and second metallic members. On the other hand, friction stirring is performed.
しかしながら、前記した従来の接合方法では、塑性流動化した金属を回転ツールのショルダ部で押さえないため、塑性流動化した金属が外部に漏れ出して接合部が金属不足になるという問題がある。 However, in the above-described conventional joining method, since the plasticized metal is not pressed by the shoulder portion of the rotary tool, there is a problem that the plasticized metal leaks to the outside and the joining portion becomes insufficient.
そこで、本発明は、接合部の金属不足を防ぐことができる接合方法を提供することを課題とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a joining method capable of preventing a metal shortage at a joining portion.
本発明は、攪拌ピンを備えた本接合用回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを摩擦攪拌接合で接合する接合方法であって、前記第一金属部材は、板状を呈し、前記第二金属部材は、縦板の一方の側面側の基端部から横板が突出した断面L字形状に形成されており、前記第一金属部材の側面と前記第二金属部材の前記縦板の他方の側面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記突合せ工程後、前記第一金属部材の側面と前記第二金属部材の前記基端部とで構成される前記突合せ部を覆うように、前記第二金属部材の横板に補助部材の裏面を面接触させる補助部材配置工程と、前記補助部材配置工程後、前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材、前記第一金属部材および前記第二金属部材に接触させた状態で、前記突合せ部に沿って前記本接合用回転ツールを相対移動させて、前記補助部材、前記第一金属部材および前記第二金属部材の摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、前記本接合工程後、バリが形成された前記補助部材を前記第二金属部材から除去する除去工程とを含むことを特徴とする。
別の本発明は、攪拌ピンを備えた本接合用回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを摩擦攪拌接合で接合する接合方法であって、前記第一金属部材は、板状を呈し、前記第二金属部材は、縦板の一方の側面側の基端部から横板が突出した断面L字形状に形成されており、前記第一金属部材の側面と前記第二金属部材の前記縦板の他方の側面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記突合せ工程後、前記第一金属部材の側面と前記第二金属部材の前記基端部とで構成される前記突合せ部を覆うように、前記第一金属部材の前記側面に補助部材の裏面を面接触させる補助部材配置工程と、前記補助部材配置工程後、前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材、前記第一金属部材および前記第二金属部材に接触させた状態で、前記突合せ部に沿って前記本接合用回転ツールを相対移動させて、前記補助部材、前記第一金属部材および前記第二金属部材の摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、前記本接合工程後、バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材から除去する除去工程とを含むことを特徴とする。
The present invention is a joining method for joining a first metal member and a second metal member by friction stir welding using a rotary tool for main joining equipped with a stir pin, wherein the first metal member has a plate shape. The second metal member is formed in an L-shaped cross section in which a horizontal plate is projected from a base end portion on one side surface side of a vertical plate, and the side surface of the first metal member and the second metal member are formed. A butting step of butting the other side surface of the vertical plate to form a butting portion, and the butting step including the side surface of the first metal member and the base end portion of the second metal member after the butting step. So as to cover the part, an auxiliary member arranging step of bringing the back surface of the auxiliary member into surface contact with the lateral plate of the second metal member, and after the auxiliary member arranging step, the stirring pin is inserted from the front surface side of the auxiliary member, In a state where only the stirring pin is in contact with the auxiliary member, the first metal member and the second metal member, the main joining rotary tool is relatively moved along the abutting portion, and the auxiliary member, A main joining step of performing friction stir welding of the first metal member and the second metal member, and a removing step of removing the auxiliary member having burrs formed from the second metal member after the main joining step. Is characterized by.
Another aspect of the present invention is a joining method for joining a first metal member and a second metal member by friction stir welding using a rotary tool for main joining provided with a stirring pin, wherein the first metal member is a plate. The second metal member is formed in an L-shaped cross section in which a horizontal plate projects from a base end portion on one side surface side of a vertical plate, and the side surface of the first metal member and the second metal member are formed. A butting step of forming a butt portion by abutting the other side surface of the vertical plate of the member, and a side surface of the first metal member and the base end portion of the second metal member after the butting step. An auxiliary member disposing step of bringing the back surface of the auxiliary member into surface contact with the side surface of the first metal member so as to cover the butting portion, and after the auxiliary member disposing step, the stirring pin is inserted from the front surface side of the auxiliary member. Then, in a state where only the stirring pin is in contact with the auxiliary member, the first metal member and the second metal member, the main joining rotary tool is relatively moved along the abutting portion to obtain the auxiliary member. A main joining step of performing friction stir welding of the first metal member and the second metal member, and a removing step of removing the auxiliary member having burrs formed from the first metal member after the main joining step. It is characterized by including.
前記の各発明によれば、第一金属部材と第二金属部材とが接合されるとともに、第一金属部材および第二金属部材に加えて、補助部材も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部の金属不足を防ぐことができる。 According to each of the above-mentioned inventions, the first metal member and the second metal member are joined together, and in addition to the first metal member and the second metal member, the auxiliary member is also subjected to friction stir welding at the same time. The metal shortage can be prevented.
また、摩擦攪拌接合で発生するバリを補助部材ごと金属部材から除去することができるため、バリを除去する工程が容易となる。 Further, since the burr generated by the friction stir welding can be removed together with the auxiliary member from the metal member, the step of removing the burr becomes easy.
前記補助部材配置工程の前に、前記第一金属部材の側面と前記第二金属部材の基端部とで構成される前記突合せ部に仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを挿入して摩擦攪拌接合によるスポット接合を行う仮接合工程を含むことが好ましい。 Prior to the auxiliary member arranging step, friction stirring is performed by inserting only the stirring pin of the rotary tool for temporary joining into the butt portion formed by the side surface of the first metal member and the base end portion of the second metal member. It is preferable to include a temporary joining step of performing spot joining by joining.
前記補助部材配置工程の前に、前記第一金属部材の先端と前記第二金属部材の縦板の先端とで構成される前記突合せ部に仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを挿入して摩擦攪拌接合によるスポット接合を行う仮接合工程を含むことが好ましい。 Before the auxiliary member arranging step, friction is caused by inserting only the stirring pin of the rotary tool for temporary joining into the butt portion formed by the tip of the first metal member and the tip of the vertical plate of the second metal member. It is preferable to include a temporary joining step of performing spot joining by stirring joining.
かかる接合方法によれば、攪拌ピンのみを金属部材に接触させた状態で突合せ部のスポット仮付けを行うことにより、摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減することができる。また、従来のように突合せ部の全長に対して仮接合を行う場合に比べて工程時間を短くすることができる。 According to such a joining method, the load acting on the friction stirrer can be reduced by temporarily spot-attaching the abutting portion while only the stirring pin is in contact with the metal member. In addition, the process time can be shortened as compared with the conventional case where the temporary joining is performed for the entire length of the abutting portion.
この場合に、前記仮接合用回転ツールおよび前記本接合用回転ツールは同一の回転ツールであることが好ましい。係る接合方法によれば、回転ツールの交換を行う必要がないため、作業効率を高めることができる。 In this case, the rotary tool for temporary joining and the rotary tool for main joining are preferably the same rotary tool. According to such a joining method, since it is not necessary to replace the rotary tool, it is possible to improve work efficiency.
前記補助部材配置工程の前に、前記第一金属部材の側面と前記第二金属部材の基端部とで構成される前記突合せ部に溶接によるスポット接合をする仮接合工程を含むことが好ましい。この場合に、前記溶接は、MIG溶接、TIG溶接またはレーザ溶接であることが好ましい。 Prior to the auxiliary member arranging step, it is preferable to include a temporary joining step of spot joining by welding to the abutting portion formed by the side surface of the first metal member and the base end portion of the second metal member. In this case, the welding is preferably MIG welding, TIG welding or laser welding.
前記補助部材配置工程の前に、前記第一金属部材の先端と前記第二金属部材の縦板の先端とで構成される前記突合せ部に溶接によるスポット接合をする仮接合工程を含むことが好ましい。この場合に、前記溶接は、MIG溶接、TIG溶接またはレーザ溶接であることが好ましい。
かかる接合方法によれば、従来のように突合せ部の全長に対して仮接合を行う場合に比べて工程時間を短くすることができる。
Before the auxiliary member arranging step, it is preferable to include a temporary joining step of performing spot joining by welding to the butt portion formed by the tip of the first metal member and the tip of the vertical plate of the second metal member. .. In this case, the welding is preferably MIG welding, TIG welding or laser welding.
According to such a joining method, the process time can be shortened as compared with the conventional case where the temporary joining is performed for the entire length of the abutting portion.
本発明によれば、接合部の金属不足を防ぐことができる接合方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a joining method capable of preventing a metal shortage at a joining portion.
[第一実施形態]
本発明の第一実施形態に係る接合方法について、図1〜図9を参照して詳細に説明する。第一実施形態では、板状の第一金属部材と断面L字状の第二金属部材とを接合する。第一実施形態に係る接合方法では、突合せ工程と、仮接合工程と、補助部材配置工程と、本接合工程と、除去工程とを行う。なお、以下の説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面という意味である。
[First embodiment]
The joining method according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the first embodiment, the plate-shaped first metal member and the second metal member having an L-shaped cross section are joined. In the joining method according to the first embodiment, a butting step, a temporary joining step, an auxiliary member disposing step, a main joining step, and a removing step are performed. In the following description, "front surface" means the surface opposite to the "back surface".
突合せ工程は、図1に示すように、板状の第一金属部材10と断面L字状の第二金属部材20とを突き合わせる工程である。
第一金属部材10および第二金属部材20の材料は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金等の摩擦攪拌可能な金属から適宜選択される。
As shown in FIG. 1, the abutting step is a step of abutting the plate-shaped
The materials of the
第一金属部材10は、例えば矩形状の平板形状をしている。第一金属部材10は他の形状の板材としてもよい。
第二金属部材20は、軸断面がL字形状に形成された形材である。第二金属部材20は、縦板21と、縦板21における一方の側面21a側の基端部22から一方に向けて突出した横板23とによって構成されている。すなわち、縦板21の基端部22(図1における縦板21の上端部側)から一方に向けて横板23が直角に屈曲している。
The
The
縦板21と横板23との接続部には、図2に示すように、直角に屈曲した角部24が形成されている。角部24の外側の頂部には、円弧状に湾曲した曲面が形成されている。
なお、第一実施形態の第二金属部材20では、縦板21の高さと、横板23の横幅とが同じ長さに形成されているが異なる長さに形成してもよい。
突合せ工程によって、第一金属部材10の両側面10a,10bのうち、側面10aと、第二金属部材20の縦板21における他方の側面21bとが面接触するように突き合わされる。
At the connecting portion between the
In the
By the abutting step, the
この例では、第一金属部材10と第二金属部材20の長さ(奥行き寸法)は等しいので、第一金属部材10の横側の端面10cと、第二金属部材20の横側の端面25aとが面一になり、同じく端面10dと、端面25bとが面一になるように揃える。さらに、第一金属部材10の下側の端面10eと、第二金属部材20における縦板21の下側の端面21cとが面一になるように揃える。なお、第一金属部材10と第二金属部材20の長さ(奥行き寸法)は等しくなくてもよい。
In this example, since the
図2は、このようにして突き合わされた第一金属部材10と第二金属部材20の縦断面図である。第一金属部材10の側面10aと第二金属部材20の基端部22とにより、突合せ部J1が形成される。
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the
このとき、角部24の外側の頂部には、円弧状に湾曲した曲面が形成されているため、第一金属部材10の側面10aと第二金属部材20の角部24との間には、略V字形状の隙間Sが形成される。
また、第一金属部材10の端面10eと第二金属部材20の縦板21の端面21cとによって、突合せ部J2が形成される。
At this time, since a curved surface curved in an arc shape is formed on the outer top of the
Further, the
突合せ工程後、仮接合工程を行う。仮接合工程は、図3、図4に示すように、回転ツール(仮接合用回転ツール)Fを用いて突合せ部J1,J2に対して仮接合を行う工程である。
回転ツールFは、例えば工具鋼で形成されている。回転ツールFは、連結部F1と攪拌ピンF2とを備えている。連結部F1は、摩擦攪拌装置の回転軸に連結される部位である。連結部F1は円柱状を呈する。
After the butting process, a temporary joining process is performed. As shown in FIGS. 3 and 4, the temporary joining step is a step of performing temporary joining to the abutting portions J1 and J2 using a rotary tool (rotary tool for temporary joining) F.
The rotary tool F is made of, for example, tool steel. The rotary tool F includes a connecting portion F1 and a stirring pin F2. The connecting portion F1 is a portion connected to the rotary shaft of the friction stirrer. The connecting portion F1 has a cylindrical shape.
攪拌ピンF2は、連結部F1から延在しており、連結部F1と同軸になっている。攪拌ピンF2は連結部F1から離間するにつれて先細りになっている。攪拌ピンF2の外周面には螺旋溝が刻設されている。第一実施形態では、回転ツールFを右回転させるため、螺旋溝は、基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。 The stirring pin F2 extends from the connecting portion F1 and is coaxial with the connecting portion F1. The stirring pin F2 is tapered as it is separated from the connecting portion F1. A spiral groove is engraved on the outer peripheral surface of the stirring pin F2. In the first embodiment, since the rotary tool F is rotated clockwise, the spiral groove is formed counterclockwise from the base end toward the tip.
なお、回転ツールFを左回転させる場合は、螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成することが好ましい。
螺旋溝をこのように設定することで、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝によって攪拌ピンF2の先端側に導かれる。これにより、第一金属部材10および第二金属部材20の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。なお、螺旋溝は省略してもよい。
When the rotary tool F is rotated counterclockwise, it is preferable to form the spiral groove clockwise from the base end toward the tip.
By setting the spiral groove in this way, the metal that has been plastically fluidized during frictional stirring is guided to the tip side of the stirring pin F2 by the spiral groove. Thereby, the amount of metal overflowing to the outside of the
図3に示す突合せ部J2の仮接合工程では、回転させた回転ツールFの攪拌ピンF2のみを先端側の突合せ部J2に接触させてスポット接合を行う。この工程では、所定の間隔をあけて攪拌ピンF2のみを先端側の突合せ部J2に浅く押し込んでいく。そして、攪拌ピンF2のみを第一金属部材10および第二金属部材20に接触させる。これにより攪拌ピンF2の押し込み跡には、塑性化領域W0が形成される。
In the temporary joining step of the abutting portion J2 shown in FIG. 3, only the stirring pin F2 of the rotated rotating tool F is brought into contact with the abutting portion J2 on the tip side to perform spot welding. In this step, only the stirring pin F2 is shallowly pushed into the abutting portion J2 on the front end side at a predetermined interval. Then, only the stirring pin F2 is brought into contact with the
回転ツールFは、先端にスピンドルユニット等の回転駆動手段を備えたアームロボット(図示せず)に取り付けられることが好ましい。これにより、容易にスポット接合を行うことができる。
図4に示す突合せ部J1の仮接合工程は、回転ツールF(仮接合用回転ツール)を用いて突合せ部J1に対して仮接合を行う工程である。
The rotary tool F is preferably attached to an arm robot (not shown) equipped with a rotary drive means such as a spindle unit at its tip. Thereby, spot joining can be easily performed.
The temporary joining step of the abutting portion J1 shown in FIG. 4 is a step of performing temporary joining on the abutting portion J1 using the rotary tool F (rotary tool for temporary joining).
この工程では、第一金属部材10および第二金属部材20を図3の状態から相対的に上下反転させ、回転ツールFによって突合せ部J1にスポット接合を行う。この工程では、突合せ部J2の仮接合工程と同様に、所定の間隔をあけて攪拌ピンF2のみを基端側の突合せ部J1に浅く押し込んでいくことにより、塑性化領域W0が形成される。
In this step, the
仮接合工程後、補助部材配置工程を行う。補助部材配置工程は、図5、図6に示すように、突合せ部J1を覆うように、第一金属部材10および第二金属部材20に補助部材30を配置する工程である。
補助部材30は金属製の板状部材である。補助部材30は摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、第一実施形態では、第一金属部材10および第二金属部材20と同じ材料になっている。
After the temporary joining process, the auxiliary member disposing process is performed. The auxiliary member arranging step is a step of arranging the
The
補助部材30の板厚は、後記する本接合工程後に、塑性化領域Wが金属不足ならないとともに、基端側の突合せ部J1の隙間Sが金属によって埋まるように適宜設定する。第一実施形態では、補助部材30の板厚は第一金属部材10および第二金属部材20の板厚よりも薄く設定している。
The plate thickness of the
補助部材30の配置方法は、第一金属部材10の側面10aと第二金属部材20の基端部22とで構成される突合せ部J1を覆うように、第二金属部材20の横板23に補助部材30の裏面30aを面接触させて、第一金属部材10の側面10aに補助部材30の端面30bを突き合わせる。
The
また、第一金属部材10、第二金属部材20および補助部材30を治具(図示せず)によって移動不能に拘束する。なお、第一実施形態では、補助部材30は板状としているが、他の形状であってもよい。
In addition, the
補助部材配置工程後、本接合工程を行う。本接合工程は、図7、図8に示すように、回転ツールF(本接合用回転ツール)を用いて基端側の突合せ部J1に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。ここで、本接合用回転ツールは前記の仮接合用回転ツールと共用するのが好ましい。すなわち、本実施形態では、本接合用回転ツールおよび仮接合用回転ツールは、同じ回転ツールFを使用している。 After the auxiliary member placement step, the main joining step is performed. As shown in FIGS. 7 and 8, the main joining step is a step of performing friction stir welding on the butt portion J1 on the base end side using a rotary tool F (rotary tool for main joining). Here, it is preferable that the main joining rotary tool is shared with the temporary joining rotary tool. That is, in this embodiment, the same rotary tool F is used as the main joining rotary tool and the temporary joining rotary tool.
攪拌ピンF2の外周面には螺旋溝が刻まれている。本実施形態では、回転ツールFを右回転させるため、螺旋溝は、基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。螺旋溝をこのように設定することで、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝によって攪拌ピンF2の先端側に導かれる。これにより被接合金属部材(第一金属部材10、第二金属部材20および補助部材30)の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。回転ツールFは、例えば、先端にスピンドルユニット等の回転駆動手段を備えたアームロボットに取り付けられる。アームロボットに取り付けることにより、回転ツールFの回転中心軸の傾斜角度を容易に変更することができる。
A spiral groove is engraved on the outer peripheral surface of the stirring pin F2. In this embodiment, since the rotary tool F is rotated clockwise, the spiral groove is formed counterclockwise from the base end toward the tip. By setting the spiral groove in this way, the metal that has been plastically fluidized during frictional stirring is guided to the tip side of the stirring pin F2 by the spiral groove. This can reduce the amount of metal that overflows to the outside of the metal members to be joined (the
突合せ部J1の摩擦攪拌接合では、第一金属部材10の側面10aと補助部材30の端面30bとが当接する部分に設定した開始位置Spに、右回転させた攪拌ピンF2を挿入し、突合せ部J1に沿って回転ツールFを相対移動させる。つまり、攪拌ピンF2の基端側は露出させた状態で、攪拌ピンF2のみを第一金属部材10、第二金属部材20、補助部材30に接触させて摩擦攪拌を行う。また、回転ツールFの右側に補助部材30が位置するように回転ツールFの進行方向を設定する。図7の場合、図の手前側から奥側に向かって回転ツールFを移動させる(白抜き矢印で示している)。これにより、回転ツールFの移動軌跡には線状の塑性化領域Wが形成される。
In the friction stir welding of the butt portion J1, the stirring pin F2 rotated clockwise is inserted into the start position Sp set at the portion where the
図8に示すように、摩擦攪拌工程では、連結部F1が第一金属部材10の側面10aに干渉しないように、回転ツールFを第二金属部材20に対して傾斜させた状態で摩擦攪拌接合を行う。攪拌ピンF2の挿入角度や挿入深さは、第一金属部材10と第二金属部材20とを接合できるように適宜設定すればよい。なお、本実施形態では、鉛直面(側面10a)に対して回転ツールFの回転中心軸を45°傾けている。
As shown in FIG. 8, in the friction stir step, the rotary tool F is inclined with respect to the
本接合工程では、補助部材30にバリが発生するように接合条件を設定するのが望ましい。バリが発生する位置は、接合条件によって異なる。当該接合条件とは、回転ツールFの回転速度、回転方向、移動速度(送り速度)、進行方向、攪拌ピンF2の傾斜角度(テーパー角度)、被接合金属部材(第一金属部材10、第二金属部材20および補助部材30)の材質、被接合金属部材の厚さ等の各要素とこれらの要素の組み合わせで決定される。
In the main joining process, it is desirable to set the joining conditions so that burrs are generated on the
例えば、回転ツールFの回転速度が遅い場合は、フロー側(retreating side:回転ツールの外周における接線速度から回転ツールの移動速度が減算される側)に比べてシアー側(advancing side:回転ツールの外周における接線速度に回転ツールの移動速度が加算される側)の方が、塑性流動材の温度が上昇し易くなるため、塑性化領域外のシアー側にバリが多く発生する傾向にある。一方、例えば、回転ツールFの回転速度が速い場合、シアー側の方が塑性流動材の温度が上昇するものの、回転速度が速い分、塑性化領域外のフロー側にバリが多く発生する傾向がある。 For example, when the rotation speed of the rotary tool F is low, the shear side (advancing side: rotary tool On the side where the moving speed of the rotary tool is added to the tangential speed on the outer circumference), the temperature of the plastic flow material is more likely to rise, so that more burrs tend to occur on the shear side outside the plasticizing region. On the other hand, for example, when the rotation speed of the rotary tool F is high, the temperature of the plastic flow material increases on the shear side, but since the rotation speed is higher, more burrs tend to occur on the flow side outside the plasticizing region. is there.
本実施形態では、回転ツールFの回転速度を速く設定しているため、突合せ部J1の摩擦攪拌接合では、塑性化領域W外のフロー側である補助部材30にバリVが多く発生する傾向にある(図8参照)。なお、回転ツールFの接合条件および補助部材30の配置位置は、ここで説明したものに限定されるものではなく適宜設定すればよい。
In the present embodiment, since the rotation speed of the rotary tool F is set to be high, in the friction stir welding of the abutting portion J1, a large amount of burr V tends to occur on the
このようにして、バリVが発生する側またはバリVが多く発生する側が補助部材30となるように接合条件を設定すれば、図7に示すように補助部材30にバリVを集約することができる。そのため、後記する除去工程を容易に行うことができるため好ましい。また、回転ツールFの回転速度を速く設定することにより、回転ツールFの移動速度(送り速度)を速めることができる。これにより接合サイクルを短くすることができる。
In this way, if the joining conditions are set such that the side on which the burr V is generated or the side on which the burr V is frequently formed is the
本接合工程の後、除去工程を行う。本実施形態では、除去工程は、第二金属部材20から補助部材30を除去する工程である。図9に示すように、本実施形態の除去工程では、補助部材30の端部を矢印方向にめくり上げて、塑性化領域Wを境に折り曲げるようにして切除する。除去工程は、切削工具等を用いてもよいが、本実施形態では手作業で除去している。補助部材30にはバリVが形成されているので、補助部材30と共にバリVも一緒に除去される。
After the main joining step, a removing step is performed. In the present embodiment, the removing step is a step of removing the
以上説明した本実施形態の接合方法によれば、第一金属部材10と第二金属部材20とが接合されるとともに、第一金属部材10および第二金属部材20に加えて、補助部材30も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部の金属不足を防ぐことができる。
また、摩擦攪拌接合で発生するバリVを補助部材30ごと金属部材から除去することができるため、バリVを除去する工程が容易となる。また、本接合工程では、攪拌ピンF2のみを被接合金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うため、接合装置に作用する負荷を軽減することができる。
According to the joining method of the present embodiment described above, the
Further, since the burr V generated by the friction stir welding can be removed from the metal member together with the
仮接合工程では、攪拌ピンF2のみを金属部材に接触させた状態で突合せ部J1,J2のスポット接合を行うことにより、摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減することができる。また、従来のように突合せ部J1,J2の全長に対して仮接合を行う場合に比べて工程時間を短くすることができる。 In the temporary joining step, the load acting on the friction stirrer can be reduced by spot joining the abutting portions J1, J2 with only the stirring pin F2 in contact with the metal member. Further, the process time can be shortened as compared with the conventional case where the temporary joining is performed for the entire length of the abutting portions J1, J2.
さらに、仮接合用回転ツールおよび本接合用回転ツールは同一の回転ツールFとすることにより、仮接合工程と本接合工程とで回転ツールFの交換を行う必要がないため、作業効率を高めることができる Further, by using the same rotary tool F for the temporary joining rotary tool and the main joining rotary tool, it is not necessary to replace the rotary tool F in the temporary joining step and the main joining step, thereby improving work efficiency. Can
[第二実施形態]
第二実施形態も、突合せ工程と、仮接合工程と、補助部材配置工程と、本接合工程と、除去工程とを行う。しかし、補助部材配置工程、本接合工程および除去工程以外の工程は第一実施形態と同様であるため詳細な説明は省略する。また、第一実施形態と同様の部材等については第一実施形態と同一の符号を用い詳細な説明は省略する。
[Second embodiment]
Also in the second embodiment, the butting step, the temporary joining step, the auxiliary member disposing step, the main joining step, and the removing step are performed. However, the steps other than the auxiliary member arranging step, the main joining step, and the removing step are the same as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted. The same members as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
まず、図10、図11に示すように、補助部材配置工程においては、第一金属部材10の側面10aと第二金属部材20の基端部22とで構成される突合せ部J1を覆うように、第一金属部材10の側面10aに補助部材30の裏面30aを面接触させて第二金属部材20の基端部22に補助部材30の端面30bを突き合わせる。
First, as shown in FIGS. 10 and 11, in the auxiliary member disposing step, the butting portion J1 formed by the
次に、本接合工程について説明する。突合せ部J1の摩擦攪拌接合では、第一金属部材10の側面10aと補助部材30の端面30bとが当接する部分に設定した開始位置Spに、右回転させた攪拌ピンF2を挿入し、突合せ部J1に沿って回転ツール(本接合用回転ツール)Fを相対移動させる。つまり、攪拌ピンF2の基端側は露出させた状態で、攪拌ピンF2のみを第一金属部材10、第二金属部材20、補助部材30に接触させて摩擦攪拌を行う。また、回転ツールFの右側に補助部材30が位置するように回転ツールFの進行方向を設定する。図12の場合、図の奥側から手前側に向かって回転ツールFを移動させる(白抜き矢印で示している)。これにより、回転ツールFの移動軌跡には線状の塑性化領域Wが形成される。また、バリVも、主として補助部材30に発生する。
Next, the main joining step will be described. In the friction stir welding of the butt portion J1, the stirring pin F2 rotated clockwise is inserted into the start position Sp set at the portion where the
除去工程は、第一金属部材10から補助部材30を除去する工程である。図示はしないが、本実施形態でも第一実施形態と同様に補助部材30の端部をめくって、塑性化領域Wを境に折り曲げるようにして切除する。補助部材30にはバリVが形成されているので、補助部材30と共にバリVも一緒に除去される。
The removing step is a step of removing the
以上説明した本実施形態の接合方法によれば、第一金属部材10と第二金属部材20とが接合されるとともに、第一金属部材10および第二金属部材20に加えて、補助部材30も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部の金属不足を防ぐことができる。
また、本実施形態の除去工程でも、摩擦攪拌接合で発生するバリVを補助部材30ごと第一金属部材10から除去することができるため、バリを除去する工程が容易となる。
その他、第二実施形態によれば第一実施形態と同様の効果を奏することができる
According to the joining method of the present embodiment described above, the
Further, also in the removing step of the present embodiment, the burr V generated by the friction stir welding can be removed together with the
In addition, according to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
[第三実施形態]
第三実施形態も、突合せ工程と、仮接合工程と、補助部材配置工程と、本接合工程と、除去工程とを行う。第三実施形態では、仮接合工程以外の工程は第一実施形態または第二実施形態と同様であるため詳細な説明は省略する。また、第一実施形態と同様の部材等については第一実施形態と同一の符号を用い詳細な説明は省略する。
[Third embodiment]
Also in the third embodiment, the butting step, the temporary joining step, the auxiliary member disposing step, the main joining step, and the removing step are performed. In the third embodiment, steps other than the temporary joining step are the same as those in the first embodiment or the second embodiment, and detailed description thereof will be omitted. The same members as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態の仮接合工程は、図13、図14に示すように、溶接により突合せ部J1,J2に対して仮接合を行う工程である。このとき、溶接の種類は特に制限されないが、例えば、MIG溶接(Metal Inert Gas welding)、TIG溶接(Tungsten Inert Gas welding)等のアーク溶接やレーザ溶接で行うことができる。 The temporary joining step of the present embodiment is a step of temporarily joining the abutting portions J1 and J2 by welding, as shown in FIGS. At this time, the kind of welding is not particularly limited, but for example, arc welding such as MIG welding (Metal Inert Gas welding) or TIG welding (Tungsten Inert Gas welding) or laser welding can be performed.
符号Y1は、溶接機のノズルである。また、ノズルY1と突合せ部J1,J2との間に位置する符号Y2は溶接がMIG溶接、TIG溶接の場合であれば、ノズルY1と突合せ部J1,J2との間に発生するアークであり、レーザ溶接の場合は、ノズルY1から照射されるレーザ光である。 Reference numeral Y1 is a nozzle of the welding machine. Reference numeral Y2 located between the nozzle Y1 and the abutting portions J1 and J2 is an arc generated between the nozzle Y1 and the abutting portions J1 and J2 if the welding is MIG welding or TIG welding. In the case of laser welding, the laser light is emitted from the nozzle Y1.
このような溶接を用いて仮接合を行う場合、図13および図14に示すように、ノズルY1を突合せ部J1,J2に沿って移動して所定間隔で浅く溶接し(浅い溶融池を形成し)、スポット接合を実施する。これにより突合せ部J1,J2に所定間隔で点状の溶接領域であるスポット接合領域W01が形成される。また、MIG溶接、TIG溶接では、溶加材を供給しつつ溶接を行い、突合せ部J1,J2に溶接金属を形成することができる。 When performing temporary joining using such welding, as shown in FIGS. 13 and 14, the nozzle Y1 is moved along the abutting portions J1 and J2 to perform shallow welding at predetermined intervals (forming a shallow molten pool). ), spot joining is performed. As a result, spot joining regions W01, which are spot-like welding regions, are formed at the abutting portions J1, J2 at predetermined intervals. In MIG welding and TIG welding, welding can be performed while supplying the filler metal to form the weld metal at the butt portions J1 and J2.
かかる溶接を用いた仮接合工程によれば、従来のように突合せ部J1,J2の全長に対して仮接合を行う場合に比べて工程時間を短くすることができる。
その他、第三実施形態によれば第一実施形態または第二実施形態と同様の効果を奏することができる。
According to the temporary joining process using such welding, the process time can be shortened as compared with the conventional case where the temporary joining is performed for the entire length of the abutting portions J1, J2.
In addition, according to the third embodiment, the same effects as those of the first embodiment or the second embodiment can be obtained.
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、仮接合工程と、本接合工程とで異なる回転ツールを用いてもよい。また、仮接合工程は、省略してもよいし、突合せ部J1,J2の少なくとも一方に行うだけでもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, design changes can be made as appropriate within the scope of the present invention. For example, different rotary tools may be used in the temporary joining process and the main joining process. Further, the temporary joining step may be omitted, or may be performed only on at least one of the butting portions J1, J2.
10 第一金属部材
10a 側面
20 第二金属部材
21 縦板
21a 側面
21b 側面
22 基端部
23 横板
30 補助部材
30a 裏面
30b 端面
F 回転ツール、本接合用回転ツール、仮接合用回転ツール
F1 攪拌ピン
J1 突合せ部
J2 突合せ部
10
Claims (10)
前記第一金属部材は、板状を呈し、
前記第二金属部材は、縦板の一方の側面側の基端部から横板が突出した断面L字形状に形成されており、
前記第一金属部材の側面と前記第二金属部材の前記縦板の他方の側面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記突合せ工程後、前記第一金属部材の側面と前記第二金属部材の前記基端部とで構成される前記突合せ部を覆うように、前記第二金属部材の横板に補助部材の裏面を面接触させる補助部材配置工程と、
前記補助部材配置工程後、前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材、前記第一金属部材および前記第二金属部材に接触させた状態で、前記突合せ部に沿って前記本接合用回転ツールを相対移動させて、前記補助部材、前記第一金属部材および前記第二金属部材の摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、
前記本接合工程後、バリが形成された前記補助部材を前記第二金属部材から除去する除去工程とを含むことを特徴とする接合方法。 A joining method for joining a first metal member and a second metal member by friction stir welding using a rotary tool for main joining equipped with a stirring pin,
The first metal member has a plate shape,
The second metal member is formed to have an L-shaped cross section in which a horizontal plate protrudes from a base end portion on one side surface side of the vertical plate.
A butting step of forming a butt portion by butting the side surface of the first metal member and the other side surface of the vertical plate of the second metal member,
After the abutting step, the back surface of the auxiliary member is attached to the horizontal plate of the second metal member so as to cover the abutting portion formed by the side surface of the first metal member and the base end portion of the second metal member. Auxiliary member placement step of making surface contact,
After the step of arranging the auxiliary member, the agitating pin is inserted from the surface side of the auxiliary member, and the abutting is performed with only the agitating pin being in contact with the auxiliary member, the first metal member and the second metal member. A main joining step of relatively moving the rotary tool for main joining along a portion to perform friction stir welding of the auxiliary member, the first metal member and the second metal member,
After the main joining step, a removing step of removing the auxiliary member on which the burr is formed from the second metal member is included.
前記第一金属部材は、板状を呈し、
前記第二金属部材は、縦板の一方の側面側の基端部から横板が突出した断面L字形状に形成されており、
前記第一金属部材の側面と前記第二金属部材の前記縦板の他方の側面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記突合せ工程後、前記第一金属部材の側面と前記第二金属部材の前記基端部とで構成される前記突合せ部を覆うように、前記第一金属部材の前記側面に補助部材の裏面を面接触させる補助部材配置工程と、
前記補助部材配置工程後、前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材、前記第一金属部材および前記第二金属部材に接触させた状態で、前記突合せ部に沿って前記本接合用回転ツールを相対移動させて、前記補助部材、前記第一金属部材および前記第二金属部材の摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、
前記本接合工程後、バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材から除去する除去工程とを含むことを特徴とする接合方法。 A joining method for joining a first metal member and a second metal member by friction stir welding using a rotary tool for main joining equipped with a stirring pin,
The first metal member has a plate shape,
The second metal member is formed to have an L-shaped cross section in which a horizontal plate protrudes from a base end portion on one side surface side of the vertical plate.
A butting step of forming a butt portion by butting the side surface of the first metal member and the other side surface of the vertical plate of the second metal member,
After the abutting step, the back surface of the auxiliary member is provided on the side surface of the first metal member so as to cover the abutting portion constituted by the side surface of the first metal member and the base end portion of the second metal member. Auxiliary member placement step of making surface contact,
After the step of arranging the auxiliary member, the agitating pin is inserted from the surface side of the auxiliary member, and the abutting is performed with only the agitating pin being in contact with the auxiliary member, the first metal member and the second metal member. A main joining step of relatively moving the rotary tool for main joining along a portion to perform friction stir welding of the auxiliary member, the first metal member and the second metal member,
After the main joining step, a removing step of removing the auxiliary member on which the burr is formed from the first metal member is included.
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