JP6777126B2 - 摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
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Description
(A)ツール3が矢印Aの方向へ進行する速度(以下、接合速度という)が低下する、
(B)接合部8に欠陥が発生し易くなる、
(C)ツール3の寿命が短くなる
等の問題が生じる。そこで、図2に示すように、ツール3の進行方向の前方に予熱手段10を配設して、鋼板9a、9bの未接合部2を予め加熱して軟化させた後に、ツール3で摩擦熱を発生させかつ塑性流動させる技術が検討されている。なお図2では、裏当て材は図示を省略する。
(a)ツールと予熱手段を併用することによって、ツールの進行方向の前側縁部に接触または近接する鋼板の温度(以下、前縁温度という)を十分に上昇させて、鋼板を軟化させることが可能となり、ひいてはツールの寿命延長、接合速度の向上、接合部の欠陥防止を図ることができる、
(b)鋼板の前縁温度を過剰に上昇させると、熱影響部が拡大するので、その強度や靭性の局部的な変動が顕著になり、継手強度の低下を招く、
(c)鋼板の前縁温度に加えて、ツールの回転速度、ショルダー径、接合速度が継手強度に多大な影響を及ぼす
等の知見を得た。なお、本発明における前縁温度は、ツールの進行方向前側の鋼板表面の領域のうち、明らかに鋼板の塑性変形が発生していない、最も近接した領域を指す。したがって、条件によってはツールから5mm程度離れた領域までを含む。
すなわち本発明は、2枚の鋼板を突き合わせて、あるいは重ね合わせて、摩擦攪拌接合するにあたり、摩擦攪拌接合において回転するツールの回転速度Rを5回/分超かつ5000回/分未満とし、ツールの進行方向の前側縁部に接触する鋼板の前縁温度Tを25℃以上とし、ツールのショルダー径Dを8〜40mmとし、ツールの進行に伴う接合速度Vを0.1〜5m/分として摩擦攪拌接合を行なう摩擦攪拌接合方法である。
F=a×b×D/(V×S) ・・・(1)
ただし、a値を回転速度R(回/分)との関係で
5<R<200のとき a=40×(R+100)
200≦R<1000のとき a=10×(R+1000)
1000≦R<5000のとき a=4×(R+4000)
とし、b値を前縁温度T(℃)との関係で
25≦T<150のとき b=(T/100)+0.5
150≦T<750のとき b=(T/150)+1
750≦Tのとき b=(T/200)+2.25
とする。
F=a×b×D/(V×S) ・・・(1)
ただし、a値は、回転速度R(回/分)との関係で
5<R<200のとき a=40×(R+100)
200≦R<1000のとき a=10×(R+1000)
1000≦R<5000のとき a=4×(R+4000)
であり、b値は、前縁温度T(℃)との関係で
25≦T<150のとき b=(T/100)+0.5
150≦T<750のとき b=(T/150)+1
750≦Tのとき b=(T/200)+2.25
である。
2枚の同一の高強度鋼板(板厚2.3mm)を突き合わせて、表1、2に示す条件で摩擦撹拌接合を行なった。接合は1回あたり直線200mmの接合とし、複数回繰り返し実施した。各接合試験において、ツールは新品かあるいは摩耗が一切認められないものを用いた。予熱として、ツール前方を30mm×30mmの面加熱が可能なコイルを用いて高周波加熱を行なった。周波数は10〜80kHzとし、所定の温度となるように出力を調整した。ツールはTiC製の丸棒(表面は平滑)を使用し、ツールの中心軸を高強度鋼板の表面に対して鉛直に設定した。さらに、高強度鋼板の表面をサーモグラフィで撮影して、前縁温度Tを測定した。表1中のNo.23(T=21℃)は、予熱を行なわない例である。また、接合の可否の◎は2枚の高強度鋼板を接合でき、かつ接合部上に外観から観察される一切の欠陥がなかった例、〇は接合できたが、1mあたりに1〜2カ所の軽微な欠陥があった例、×はツールが破損して接合できなかった例である。
2枚の高強度鋼板(板厚2.3mm)を突き合わせて、表3、4に示す条件で摩擦撹拌接合を行なった。高強度鋼板の引張強度を、それぞれS1(MPa)、S2(MPa)、S1≧S2とする。接合は直線1000mmの接合とし、破損するまで繰り返し実施した。その間、高強度鋼板の表面をサーモグラフィで撮影して、前縁温度Tを測定した。なお、接合速度Vを変更する前のTの目標値をT1(℃)、変更した後の目標値をT2(℃)とする。
1b 金属板
2 未接合部
3 ツール
4 ショルダー
5 段差面
6 回転駆動軸
7 裏当て材
8 接合部
9a 鋼板
9b 鋼板
10 予熱手段
Claims (5)
- 2枚の鋼板を突き合わせて、あるいは重ね合わせて、摩擦攪拌接合するにあたり、該摩擦攪拌接合において回転するツールの回転速度Rを5回/分超かつ5000回/分未満とし、前記ツールの進行方向の前側縁部に接触する前記鋼板の前縁温度Tを25℃以上とし、前記ツールのショルダー径Dを8〜40mmとし、前記ツールの進行に伴う接合速度Vを0.1〜5m/分とするとともに、前記2枚の鋼板の引張強さが同じである場合はその引張強さをS(MPa)とし、前記2枚の鋼板の引張強さが異なる場合は強度が高い方の引張強さをS(MPa)として、下記(1)式で算出されるF値が200≦F≦1000を満足する範囲内で前記摩擦攪拌接合を行なうことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
F=a×b×D/(V×S) ・・・(1)
ただし、a値を前記回転速度R(回/分)との関係で
5<R<200のとき a=40×(R+100)
200≦R<1000のとき a=10×(R+1000)
1000≦R<5000のとき a=4×(R+4000)
とし、b値を前記前縁温度T(℃)との関係で
25≦T<150のとき b=(T/100)+0.5
150≦T<750のとき b=(T/150)+1
750≦Tのとき b=(T/200)+2.25
とする。 - 前記接合速度Vを1〜5m/分とすることを特徴とする請求項1に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 前記摩擦攪拌接合を行なう間に、前記接合速度Vを増加させることによる前記F値の調整を2回以上行なうことを特徴とする請求項1または2に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 前記ツールの進行方向の前方に位置する前記鋼板を予熱することによって前記前縁温度Tを25℃以上に維持して前記摩擦攪拌接合を行なうことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
- 前記2枚の鋼板のうちの少なくとも1枚の引張強さが980MPa以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
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JP2017175617 | 2017-09-13 | ||
JP2018055984 | 2018-03-23 | ||
JP2018055984 | 2018-03-23 |
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JP2019166569A JP2019166569A (ja) | 2019-10-03 |
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Family Applications (1)
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