JP7359245B2 - Rotating tools and joining methods - Google Patents

Rotating tools and joining methods Download PDF

Info

Publication number
JP7359245B2
JP7359245B2 JP2022053190A JP2022053190A JP7359245B2 JP 7359245 B2 JP7359245 B2 JP 7359245B2 JP 2022053190 A JP2022053190 A JP 2022053190A JP 2022053190 A JP2022053190 A JP 2022053190A JP 7359245 B2 JP7359245 B2 JP 7359245B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pin
spiral
rotary tool
angle
taper angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022053190A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022079568A (en
Inventor
久司 堀
宏介 山中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Light Metal Co Ltd
Original Assignee
Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Light Metal Co Ltd filed Critical Nippon Light Metal Co Ltd
Priority to JP2022053190A priority Critical patent/JP7359245B2/en
Publication of JP2022079568A publication Critical patent/JP2022079568A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7359245B2 publication Critical patent/JP7359245B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding

Description

本発明は、摩擦攪拌用の回転ツール及び接合方法に関する。 The present invention relates to a rotary tool for friction stir and a welding method.

摩擦攪拌接合に用いられる回転ツールとして、ショルダ部と、ショルダ部から垂下する攪拌ピンとを備えたものが知られている。当該回転ツールは、ショルダ部の下端面を金属部材に押し込んだ状態で摩擦攪拌接合を行うというものである。ショルダ部を金属部材に押し込むことにより塑性流動材を押えてバリの発生を抑制することができる。しかし、接合の高さ位置が変化すると欠陥が発生しやすく、凹溝が大きくなるとともにバリが多く発生するという問題がある。 2. Description of the Related Art As a rotary tool used for friction stir welding, one that includes a shoulder portion and a stirring pin that hangs down from the shoulder portion is known. The rotary tool performs friction stir welding with the lower end surface of the shoulder portion pressed into a metal member. By pushing the shoulder portion into the metal member, it is possible to press down the plastic flow material and suppress the occurrence of burrs. However, if the height position of the bond changes, defects are likely to occur, and there are problems in that the groove becomes larger and more burrs occur.

一方、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、金属部材同士の突合部に回転した攪拌ピンを挿入し、攪拌ピンのみを金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う本接合工程を含むことを特徴とする摩擦攪拌接合方法が知られている(特許文献1)。当該従来技術によれば、攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、攪拌ピンのみを被接合部材に接触させつつ基端部を露出させた状態で摩擦攪拌接合を行うため、接合の高さ位置が変化しても欠陥の発生を抑制することができるとともに、摩擦攪拌装置への負荷も軽減することができる。しかし、ショルダ部で塑性流動材を押えないため、金属部材の表面の凹溝が大きくなるとともに、接合表面粗さが大きくなるという問題がある。また、凹溝の脇に膨出部(接合前に比べて金属部材の表面が膨らむ部位)が形成されるという問題がある。 On the other hand, there is a friction stir welding method in which two metal members are joined using a rotating tool equipped with a stirring pin, in which a rotated stirring pin is inserted into the abutting part of the metal members, and only the stirring pin contacts the metal member. A friction stir welding method is known that includes a main welding step in which friction stir welding is performed in a state where the welding is performed (Patent Document 1). According to the related art, a spiral groove is carved on the outer circumferential surface of the stirring pin, and friction stir welding is performed with only the stirring pin in contact with the workpiece and the base end exposed. Even if the height position of the weld changes, the occurrence of defects can be suppressed, and the load on the friction stirrer can also be reduced. However, since the plastic flow material cannot be pressed by the shoulder portion, there are problems in that the grooves on the surface of the metal member become larger and the bonding surface roughness becomes larger. Another problem is that a bulge (a portion where the surface of the metal member swells compared to before joining) is formed beside the groove.

他方、特許文献2には、ショルダ部と、ショルダ部から垂下する攪拌ピンとを備えた回転ツールが記載されている。ショルダ部及び攪拌ピンの外周面にはそれぞれテーパー面が形成されている。ショルダ部のテーパー面には、平面視渦巻き状の溝が形成されている。当該溝の断面形状は半円状になっている。テーパー面を設けることにより、金属部材の厚さや接合の高さ位置が変化しても安定して接合することができる。また、当該溝に塑性流動材が入り込むことにより、塑性流動材の流れを制御して好適な塑性化領域を形成できるというものである。 On the other hand, Patent Document 2 describes a rotary tool that includes a shoulder portion and a stirring pin that hangs down from the shoulder portion. A tapered surface is formed on the shoulder portion and the outer circumferential surface of the stirring pin, respectively. A spiral groove in a plan view is formed on the tapered surface of the shoulder portion. The cross-sectional shape of the groove is semicircular. By providing a tapered surface, stable joining can be achieved even if the thickness of the metal members or the height position of joining changes. Furthermore, by entering the plastic flow material into the groove, the flow of the plastic flow material can be controlled to form a suitable plasticized region.

特開2013-39613号公報JP2013-39613A 特許第4210148号公報Patent No. 4210148

しかし、特許文献2の従来技術であると、塑性流動材がテーパー面の溝の内部に入り込んでしまうため、溝が機能しなくなるという問題がある。また、当該溝に塑性流動材が入り込むと、塑性流動材が溝に付着した状態で摩擦攪拌されるため、被接合金属部材と付着物とが擦れ合って接合品質が低下するという問題がある。さらに、被接合金属部材の表面が粗くなり、バリが多くなるとともに、金属部材の表面の凹溝も大きくなるという問題がある。 However, the prior art disclosed in Patent Document 2 has a problem in that the plastic flow material enters the grooves of the tapered surface, causing the grooves to malfunction. Further, when the plastic fluid material enters the groove, the plastic fluid material adheres to the groove and is friction stirred, so there is a problem in that the metal members to be welded and the deposits rub against each other, resulting in a decrease in bonding quality. Further, there are problems in that the surface of the metal member to be welded becomes rough and there are many burrs, and the grooves on the surface of the metal member also become large.

このような観点から、本発明は、金属部材の表面の凹溝を小さくすることができるとともに、接合表面粗さを小さくすることができる回転ツール及び接合方法を提供することを課題とする。 From this point of view, an object of the present invention is to provide a rotary tool and a joining method that can reduce the grooves on the surface of a metal member and reduce the roughness of the joining surface.

このような課題を解決するために本発明は、基端側ピンと、先端側ピンとを備える摩擦攪拌用の回転ツールであって、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きく、前記基端側ピンのテーパー角度は、135~160°になっており、前記基端側ピンの外周面には、平面視して渦巻き状であり、側面視すると階段状である、螺旋状の段差部が形成され、前記段差部の段差底面と段差側面とでなす角度は85~120°になっており、前記先端側ピンの外周面には、螺旋溝が刻設されており、前記螺旋溝は、螺旋底面と、螺旋側面とで構成されており、前記螺旋底面と前記螺旋側面とで構成される螺旋角度が45°~90°になっていることを特徴とする。 In order to solve such problems, the present invention provides a rotary tool for friction stirring comprising a proximal pin and a distal pin, wherein the taper angle of the proximal pin is equal to the taper angle of the distal pin. The taper angle of the proximal pin is 135 to 160°, and the outer peripheral surface of the proximal pin has a spiral shape when viewed from above and a stepped shape when viewed from the side. , a spiral step portion is formed, the angle between the bottom surface of the step portion and the side surface of the step is 85 to 120 degrees, and a spiral groove is carved on the outer peripheral surface of the tip side pin. The spiral groove is characterized in that it is composed of a spiral bottom surface and a spiral side surface, and the spiral angle formed by the spiral bottom surface and the spiral side surface is 45° to 90°.

また、本発明は、一対の金属部材の端面同士を突き合わせて形成された突合せ部を回転ツールを用いて摩擦攪拌接合する接合方法であって、前記回転ツールは、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きく、前記基端側ピンのテーパー角度は、135~160°になっており、前記基端側ピンの外周面には、平面視して渦巻き状であり、側面視すると階段状である、螺旋状の段差部が形成され、前記段差部の段差底面と段差側面とでなす角度は85~120°になっており、前記先端側ピンの外周面には、螺旋溝が刻設されており、前記螺旋溝は、螺旋底面と、螺旋側面とで構成されており、前記螺旋底面と前記螺旋側面とで構成される螺旋角度が45°~90°になっており、前記基端側ピンの外周面を前記金属部材の表面に接触させつつ、前記段差部の前記段差底面で塑性流動材を押えながら摩擦攪拌を行うことを特徴とする。 The present invention also provides a welding method for friction stir welding a butt portion formed by abutting the end surfaces of a pair of metal members using a rotating tool, wherein the rotating tool connects a proximal pin and a distal pin. The taper angle of the proximal pin is larger than the taper angle of the distal pin, the taper angle of the proximal pin is 135 to 160°, and the outer circumference of the proximal pin is greater than the taper angle of the proximal pin. A spiral stepped portion is formed on the surface, which is spiral- shaped when viewed from above and stepped when viewed from the side, and the angle formed by the bottom surface of the stepped portion and the side surface of the stepped portion is 85 to 120°. A spiral groove is carved on the outer circumferential surface of the tip side pin, and the spiral groove is composed of a spiral bottom surface and a spiral side surface, and the spiral groove is composed of the spiral bottom surface and the spiral side surface. The helical angle is 45° to 90°, and while the outer peripheral surface of the proximal pin is in contact with the surface of the metal member, friction stirring is performed while pressing the plastic flow material with the bottom surface of the stepped portion. It is characterized by doing the following.

かかる接合方法によれば、テーパー角度の大きい基端側ピンの外周面で金属部材を押えることができるため、接合表面の凹溝を小さくすることができるとともに、凹溝の脇に形成される膨出部を無くすか若しくは小さくすることができる。階段状の段差部は浅く、かつ、出口が広いため、基端側ピンで金属部材を押えても基端側ピンの外周面に塑性流動材が付着し難い。このため、接合表面粗さを小さくすることができるとともに、接合品質を好適に安定させることができる。また、先端側ピンを備えることにより深い位置まで容易に挿入することができる。 According to this joining method, the metal member can be held down by the outer circumferential surface of the proximal pin with a large taper angle, so the groove on the joining surface can be made smaller and the bulge formed on the side of the groove can be reduced. The protrusion can be eliminated or made smaller. Since the stepped portion is shallow and the exit is wide, the plastic flow material is difficult to adhere to the outer circumferential surface of the proximal pin even if the metal member is pressed by the proximal pin. Therefore, it is possible to reduce the bonding surface roughness and to suitably stabilize the bonding quality. Furthermore, by providing the tip end pin, it can be easily inserted to a deep position.

また、前記段差底面と前記段差側面とでなす角度は、鋭角で85°以上であるか、又は鈍角で120°以下となっていることが好ましい。また、前記基端側ピンのテーパー角度は135~160°になっていることが好ましい。また、前記段差部の段差側面の高さは0.1~0.4mmになっていることが好ましい。また、前記段差部の前記段差側面の高さは0.1~0.25mmになっていることが好ましい。また、前記先端側ピンの外周面には、螺旋溝が刻設されており、前記螺旋溝は、螺旋底面と、螺旋側面とで構成されており、前記螺旋底面と前記螺旋側面とで構成される螺旋角度が45°~90°であることが好ましい。また、前記段差底面は水平面と平行であることが好ましい。また、前記段差底面は、ツールの回転軸から外周方向に向かって水平面に対して、上方に15°以下に傾斜しているか、又は下方に-5°以上に傾斜していることが好ましい。かかる接合方法によれば、金属部材の表面の凹溝をより小さくすることができるとともに、接合表面粗さをより小さくすることができる。 Further, it is preferable that the angle between the bottom surface of the step and the side surface of the step is an acute angle of 85° or more, or an obtuse angle of 120° or less. Further, it is preferable that the taper angle of the proximal pin is 135 to 160°. Further, it is preferable that the height of the stepped side surface of the stepped portion is 0.1 to 0.4 mm. Further, it is preferable that the height of the stepped side surface of the stepped portion is 0.1 to 0.25 mm . Further, a spiral groove is carved on the outer peripheral surface of the tip side pin, and the spiral groove is composed of a spiral bottom surface and a spiral side surface, and the spiral groove is composed of the spiral bottom surface and the spiral side surface. It is preferred that the helical angle is between 45° and 90°. Moreover, it is preferable that the step bottom surface is parallel to a horizontal surface. Further, it is preferable that the step bottom surface is inclined upward by 15 degrees or less or downward by -5 degrees or more with respect to a horizontal plane from the rotation axis of the tool toward the outer circumference. According to this joining method, the grooves on the surface of the metal member can be made smaller, and the roughness of the joining surface can be made smaller.

本発明に係る接合方法によれば、金属部材の表面の凹溝を小さくすることができるとともに、接合表面粗さを小さくすることができる。 According to the bonding method according to the present invention, it is possible to reduce the grooves on the surface of the metal member and to reduce the roughness of the bonding surface.

本発明の実施形態に係る回転ツールを示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing a rotary tool according to an embodiment of the present invention. 回転ツールの拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the rotary tool. 本発明の実施形態に係る接合方法を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a joining method according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る接合方法を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a joining method according to an embodiment of the present invention. 従来のショルダレス回転ツールを示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a conventional shoulderless rotary tool. 従来の回転ツールを示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a conventional rotary tool. 回転ツールの第一変形例を示す断面図である。It is a sectional view showing a first modification of a rotary tool. 回転ツールの第二変形例を示す断面図である。It is a sectional view showing a second modification of the rotary tool. 回転ツールの第三変形例を示す断面図である。It is a sectional view showing a third modification of a rotary tool. 実施例1の条件を示す表である。1 is a table showing conditions of Example 1. 実施例1の結果を示すグラフである。3 is a graph showing the results of Example 1. 実施例2の条件を示す表である。3 is a table showing conditions of Example 2. 実施例2の比較例の回転ツールを示す側面図である。FIG. 7 is a side view showing a rotary tool of a comparative example of Example 2. 実施例2の結果を示すグラフである。3 is a graph showing the results of Example 2. 実施例3の条件を示す表である。3 is a table showing conditions of Example 3. 実施例3-1の結果を示すグラフである。It is a graph showing the results of Example 3-1. 実施例3-2の結果を示すグラフである。3 is a graph showing the results of Example 3-2. 実施例3-3の結果を示すグラフである。It is a graph showing the results of Example 3-3.

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。図1に示すように、回転ツール1は、摩擦攪拌接合に用いられるツールである。回転ツール1は、例えば工具鋼で形成されている。回転ツール1は、基軸部2と、基端側ピン3と、先端側ピン4とで主に構成されている。基軸部2は、円柱状を呈し、摩擦攪拌装置の主軸に接続される部位である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. As shown in FIG. 1, a rotary tool 1 is a tool used for friction stir welding. The rotary tool 1 is made of tool steel, for example. The rotary tool 1 mainly includes a base shaft portion 2, a proximal pin 3, and a distal pin 4. The base shaft portion 2 has a cylindrical shape and is a portion connected to the main shaft of the friction stirrer.

基端側ピン3は、基軸部2に連続し、先端に向けて先細りになっている。基端側ピン3は、円錐台形状を呈する。基端側ピン3のテーパー角度Aは適宜設定すればよいが、例えば、135~160°になっている。テーパー角度Aが135°未満であるか、又は、160°を超えると摩擦攪拌後の接合表面粗さが大きくなる。テーパー角度Aは、後記する先端側ピン4のテーパー角度Bよりも大きくなっている。図2に示すように、基端側ピン3の外周面には、階段状の段差部10が高さ方向の全体に亘って形成されている。段差部10は、右回り又は左回りで螺旋状に形成されている。つまり、段差部10は、平面視して渦巻き状であり、側面視すると階段状である、螺旋状になっている。本実施形態では、回転ツールを右回転させるため、段差部10は基端側から先端側に向けて左回りに設定している。 The proximal pin 3 is continuous with the base shaft portion 2 and tapers toward the distal end. The proximal pin 3 has a truncated cone shape. The taper angle A of the proximal pin 3 may be set as appropriate, and is, for example, 135 to 160°. When the taper angle A is less than 135° or more than 160°, the bonded surface roughness after friction stirring becomes large. The taper angle A is larger than the taper angle B of the distal end pin 4, which will be described later. As shown in FIG. 2, a stepped portion 10 is formed on the outer circumferential surface of the proximal pin 3 over the entire height thereof. The stepped portion 10 is spirally formed clockwise or counterclockwise. In other words, the stepped portion 10 has a spiral shape when viewed from above and has a step-like shape when viewed from the side. In this embodiment, in order to rotate the rotary tool clockwise, the stepped portion 10 is set counterclockwise from the base end side to the distal end side.

なお、回転ツールを左回転させる場合は、段差部10を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、段差部10によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。段差部10は、段差底面10aと、段差側面10bとで構成されている。隣り合う段差部10の各頂点10c,10cの距離X1(水平方向距離)は、後記する段差角度C及び段差側面10bの高さY1に応じて適宜設定される。 In addition, when rotating the rotary tool counterclockwise, it is preferable to set the stepped portion 10 clockwise from the base end side to the distal end side. As a result, the plastic fluid material is guided to the tip side by the stepped portion 10, so that it is possible to reduce metal overflowing to the outside of the metal members to be welded. The step portion 10 includes a step bottom surface 10a and a step side surface 10b. The distance X1 (horizontal distance) between the vertices 10c, 10c of the adjacent step portions 10 is appropriately set according to the step angle C and the height Y1 of the step side surface 10b, which will be described later.

段差側面10bの高さY1は適宜設定すればよいが、例えば、0.1~0.4mmで設定されている。高さY1が0.1mm未満であると接合表面粗さが大きくなる。一方、高さY1が0.4mmを超えると接合表面粗さが大きくなる傾向があるとともに、有効段差部数(被接合金属部材と接触している段差部10の数)も減少する。 The height Y1 of the stepped side surface 10b may be set as appropriate, and is set, for example, to 0.1 to 0.4 mm. When the height Y1 is less than 0.1 mm, the bonding surface roughness becomes large. On the other hand, if the height Y1 exceeds 0.4 mm, the bonding surface roughness tends to increase, and the number of effective step portions (the number of step portions 10 in contact with the metal members to be welded) also decreases.

段差底面10aと段差側面10bとでなす段差角度Cは適宜設定すればよいが、例えば、85~120°で設定されている。段差底面10aは、本実施形態では水平面と平行になっている。段差底面10aは、ツールの回転軸から外周方向に向かって水平面に対して-5°~15°内の範囲で傾斜していてもよい(マイナスは水平面に対して下方、プラスは水平面に対して上方)。距離X1、段差側面10bの高さY1、段差角度C及び水平面に対する段差底面10aの角度は、摩擦攪拌を行う際に、塑性流動材が段差部10の内部に滞留して付着することなく外部に抜けるとともに、段差底面10aで塑性流動材を押えて接合表面粗さを小さくすることができるように適宜設定する。 The step angle C between the step bottom surface 10a and the step side surface 10b may be set as appropriate, and is set, for example, to 85 to 120 degrees. In this embodiment, the stepped bottom surface 10a is parallel to the horizontal surface. The step bottom surface 10a may be inclined within a range of -5° to 15° with respect to the horizontal plane from the rotation axis of the tool toward the outer circumference (minus indicates downward with respect to the horizontal plane, positive indicates downward with respect to the horizontal plane). above). The distance X1, the height Y1 of the step side surface 10b, the step angle C, and the angle of the step bottom surface 10a with respect to the horizontal plane are such that the plastic fluid material does not stay inside the step portion 10 and adhere to the outside when performing friction stirring. It is appropriately set so that the step bottom surface 10a can suppress the plastic flow material and reduce the joint surface roughness.

先端側ピン4は、基端側ピン3に連続して形成されている。先端側ピン4は円錐台形状を呈する。先端側ピン4の先端は平坦面になっている。先端側ピン4のテーパー角度Bは、基端側ピン3のテーパー角度よりも小さくなっている。先端側ピン4の外周面には、螺旋溝11が刻設されている。螺旋溝11は、右回り、左回りのどちらでもよいが、本実施形態では回転ツール1を右回転させるため、基端側から先端側に向けて左回りに刻設されている。 The distal end pin 4 is formed continuously from the proximal end pin 3. The tip end pin 4 has a truncated cone shape. The tip of the tip side pin 4 is a flat surface. The taper angle B of the distal pin 4 is smaller than the taper angle of the proximal pin 3. A spiral groove 11 is carved on the outer circumferential surface of the tip end pin 4. The spiral groove 11 may be clockwise or counterclockwise, but in this embodiment, in order to rotate the rotary tool 1 clockwise, it is carved counterclockwise from the base end toward the distal end.

なお、回転ツールを左回転させる場合は、螺旋溝11を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、螺旋溝11によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。螺旋溝11は、螺旋底面11aと、螺旋側面11bとで構成されている。隣り合う螺旋溝11の頂点11c,11cの距離(水平方向距離)を長さX2とする。螺旋側面11bの高さを高さY2とする。螺旋底面11aと、螺旋側面11bとで構成される螺旋角度Dは例えば、45~90°で形成されている。螺旋溝11は、被接合金属部材と接触することにより摩擦熱を上昇させるとともに、塑性流動材を先端側に導く役割を備えている。 In addition, when rotating the rotary tool counterclockwise, it is preferable to set the spiral groove 11 clockwise from the base end side to the distal end side. As a result, the plastic fluid material is guided to the tip side by the spiral groove 11, so that it is possible to reduce the amount of metal overflowing to the outside of the metal members to be welded. The spiral groove 11 includes a spiral bottom surface 11a and a spiral side surface 11b. The distance (horizontal distance) between the vertices 11c and 11c of adjacent spiral grooves 11 is defined as length X2. The height of the spiral side surface 11b is defined as a height Y2. The spiral angle D formed by the spiral bottom surface 11a and the spiral side surface 11b is, for example, 45 to 90 degrees. The spiral groove 11 has the role of increasing frictional heat by coming into contact with the metal member to be welded, and also has the role of guiding the plastic fluid material to the tip side.

次に、本発明に係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法では、突合せ工程と、摩擦攪拌工程とを行う。突合せ工程は、図3に示すように、金属部材20,20の各端面20a,20a同士を突き合わせる工程である。金属部材20,20の各表面及び各裏面は面一になる。 Next, a joining method according to the present invention will be explained. In the joining method according to this embodiment, a butting process and a friction stirring process are performed. The butting process is a process of butting the respective end surfaces 20a, 20a of the metal members 20, 20, as shown in FIG. Each front surface and each back surface of the metal members 20, 20 are flush with each other.

摩擦攪拌工程では、回転ツール1を用いて突合せ部J1を摩擦攪拌接合する工程である。摩擦攪拌工程では、右回転させた回転ツール1を突合せ部J1に挿入し、突合せ部J1をなぞるようにして相対移動させる。回転ツール1の移動軌跡には塑性化領域Wが形成される。図4に示すように、摩擦攪拌工程では、回転ツール1の基端側ピン3の外周面で金属部材20,20の表面20b,20bを押えながら摩擦攪拌接合を行う。回転ツール1の挿入深さは、少なくとも基端側ピン3の一部が金属部材20の表面20bと接触するように設定する。本実施形態では、基端側ピン3の外周面の高さ方向の中央部あたりが金属部材20の表面20bと接触するように挿入深さを設定している。 The friction stir process is a process of friction stir welding the butt portion J1 using the rotary tool 1. In the friction stirring process, the rotary tool 1 rotated clockwise is inserted into the abutting portion J1, and is relatively moved so as to trace the abutting portion J1. A plasticized region W is formed on the movement locus of the rotary tool 1. As shown in FIG. 4, in the friction stir process, friction stir welding is performed while pressing the surfaces 20b, 20b of the metal members 20, 20 with the outer peripheral surface of the proximal pin 3 of the rotary tool 1. The insertion depth of the rotary tool 1 is set such that at least a portion of the proximal pin 3 comes into contact with the surface 20b of the metal member 20. In this embodiment, the insertion depth is set so that the center portion of the outer peripheral surface of the proximal pin 3 in the height direction comes into contact with the surface 20b of the metal member 20.

ここで、図5に示すように、従来のショルダレス回転ツール100であると、ショルダ部で被接合金属部材110の表面を押えないため凹溝(被接合金属部材の表面と塑性化領域の表面とで構成される凹溝)が大きくなるとともに、接合表面粗さが大きくなるという問題がある。また、凹溝の脇に膨出部(接合前に比べて被接合金属部材の表面が膨らむ部位)が形成されるという問題がある。一方、図6の回転ツール101のように、回転ツール101のテーパー角度βをショルダレス回転ツール100のテーパー角度αよりも大きくすると、ショルダレス回転ツール100に比べて被接合金属部材110の表面を押えることはできるため、凹溝は小さくなり、膨出部も小さくなる。しかし、下向きの塑性流動が強くなるため、塑性化領域の下部にキッシングボンドが形成されやすくなる。 Here, as shown in FIG. 5, in the conventional shoulderless rotary tool 100, since the shoulder part cannot press the surface of the metal member 110 to be welded, the concave groove (the surface of the metal member to be welded and the surface of the plasticized region) There is a problem in that as the concave grooves (concave grooves) become larger, the bonding surface roughness increases. Another problem is that a bulge (a portion where the surface of the metal member to be welded swells compared to before joining) is formed beside the groove. On the other hand, when the taper angle β of the rotary tool 101 is made larger than the taper angle α of the shoulderless rotary tool 100, as in the rotary tool 101 shown in FIG. Since it can be pressed down, the groove becomes smaller and the bulge also becomes smaller. However, since the downward plastic flow becomes stronger, kissing bonds are more likely to be formed at the bottom of the plasticized region.

これに対し、本実施形態の回転ツール1は、基端側ピン3と、基端側ピン3のテーパー角度Aよりもテーパー角度が小さい先端側ピン4を備えた構成になっている。これにより、金属部材20,20に回転ツール1を挿入しやすくなる。また、先端側ピン4のテーパー角度Bが小さいため、金属部材20,20の深い位置まで回転ツール1を容易に挿入することができる。また、先端側ピン4のテーパー角度Bが小さいため、回転ツール101に比べて下向きの塑性流動を抑えることができる。このため、塑性化領域Wの下部にキッシングボンドが形成されるのを防ぐことができる。一方、基端側ピン3のテーパー角度Aは大きいため、従来の回転ツールに比べ、被接合金属部材の厚さや接合の高さ位置が変化しても安定して接合することができる。 On the other hand, the rotary tool 1 of this embodiment includes a proximal pin 3 and a distal pin 4 having a smaller taper angle than the taper angle A of the proximal pin 3. This makes it easier to insert the rotary tool 1 into the metal members 20, 20. Further, since the taper angle B of the tip end pin 4 is small, the rotary tool 1 can be easily inserted to a deep position in the metal members 20, 20. Further, since the taper angle B of the tip end pin 4 is small, downward plastic flow can be suppressed compared to the rotary tool 101. Therefore, it is possible to prevent kissing bonds from being formed in the lower part of the plasticized region W. On the other hand, since the taper angle A of the proximal pin 3 is large, compared to conventional rotary tools, stable welding can be achieved even if the thickness of the metal members to be welded or the height position of the weld changes.

また、基端側ピン3の外周面で塑性流動材を押えることができるため、接合表面に形成される凹溝を小さくすることができるとともに、凹溝の脇に形成される膨出部を無くすか若しくは小さくすることができる。また、階段状の段差部10は浅く、かつ、出口が広いため、塑性流動材を段差底面10aで押さえつつ塑性流動材が段差部10の外部に抜けやすくなっている。そのため、基端側ピン3で塑性流動材を押えても基端側ピン3の外周面に塑性流動材が付着し難い。よって、接合表面粗さを小さくすることができるとともに、接合品質を好適に安定させることができる。 In addition, since the plastic flow material can be held down by the outer circumferential surface of the proximal pin 3, the groove formed on the joint surface can be made smaller, and the bulge formed on the side of the groove can be eliminated. It can be made smaller or smaller. Furthermore, since the step-like step portion 10 is shallow and has a wide outlet, the plastic flow material can easily escape to the outside of the step portion 10 while being held down by the step bottom surface 10a. Therefore, even if the plastic flow material is held down by the base pin 3, it is difficult for the plastic flow material to adhere to the outer circumferential surface of the base pin 3. Therefore, it is possible to reduce the bonding surface roughness and to suitably stabilize the bonding quality.

本発明の回転ツール1は、適宜設計変更が可能である。図7は、本発明の回転ツールの第一変形例を示す側面図である。図7に示すように、第一変形例に係る回転ツール1Aでは、段差部10の段差底面10aと段差側面10bとのなす段差角度Cが85°になって
いる。段差底面10aは、水平面と平行である。このように、段差底面10aは水平面と平行であるとともに、段差角度Cは、摩擦攪拌中に段差部10内に塑性流動材が滞留して付着することなく外部に抜ける範囲で鋭角としてもよい。
The design of the rotary tool 1 of the present invention can be changed as appropriate. FIG. 7 is a side view showing a first modification of the rotary tool of the present invention. As shown in FIG. 7, in the rotary tool 1A according to the first modification, the step angle C between the step bottom surface 10a and the step side surface 10b of the step portion 10 is 85 degrees. The step bottom surface 10a is parallel to the horizontal surface. In this way, the step bottom surface 10a is parallel to the horizontal plane, and the step angle C may be an acute angle within a range where the plastic fluid material stays in the step portion 10 during friction stirring and escapes to the outside without adhering.

図8は、本発明の回転ツールの第二変形例を示す側面図である。図8に示すように、第二変形例に係る回転ツール1Bでは、段差部10の段差角度Cが115°になっている。段差底面10aは水平面と平行になっている。このように、段差底面10aは水平面と平行であるとともに、段差部10として機能する範囲で段差角度Cが鈍角となってもよい。 FIG. 8 is a side view showing a second modification of the rotary tool of the present invention. As shown in FIG. 8, in the rotary tool 1B according to the second modification, the step angle C of the step portion 10 is 115°. The step bottom surface 10a is parallel to the horizontal surface. In this way, the step bottom surface 10a may be parallel to the horizontal plane, and the step angle C may be an obtuse angle within the range that functions as the step portion 10.

図9は、本発明の回転ツールの第三変形例を示す側面図である。図9に示すように、段差底面10aがツールの回転軸から外周方向に向かって水平面に対して10°上方に傾斜している。段差側面10bは、鉛直面と平行になっている。このように、摩擦攪拌中に塑性流動材を押さえることができる範囲で、段差底面10aがツールの回転軸から外周方向に向かって水平面よりも上方に傾斜するように形成されていてもよい。上記の回転ツールの第一~第三変形例によっても、本実施形態と同等の効果を奏することができる。 FIG. 9 is a side view showing a third modification of the rotary tool of the present invention. As shown in FIG. 9, the step bottom surface 10a is inclined upward by 10 degrees with respect to the horizontal plane from the rotation axis of the tool toward the outer circumference. The stepped side surface 10b is parallel to the vertical plane. In this manner, the step bottom surface 10a may be formed to be inclined upward from the horizontal plane toward the outer circumferential direction from the rotation axis of the tool within a range that can suppress the plastic flow material during friction stirring. The first to third modified examples of the rotary tool described above can also achieve the same effects as the present embodiment.

次に、本発明の実施例について説明する。実施例では、実施例1,2,3と3種類の試験を行って、摩擦攪拌工程後の接合表面粗さを計測した。 Next, examples of the present invention will be described. In Examples, three types of tests were conducted in Examples 1, 2, and 3, and the bonded surface roughness after the friction stirring process was measured.

[実施例1]
実施例1では、単一の金属部材(アルミニウム合金:A5052-H34)の表面から回転ツール1を挿入し、所定距離相対移動させて摩擦攪拌後に発生した塑性化領域に沿って、表面の粗さRz(μm)を表面粗さ計(本体:サーフコム1400D,制御器:KA9801CF)で計測した。計測条件は、JIS01に準じて測定長さ:5mm、測定速度:0.6mm/sとし、カットオフ種別:ガウシアン、カットオフ波長:λs=0.8mmとした。金属部材の幅は100mmとし、長さは300mmとし、板厚は2mmとした。回転ツール1の回転数は5000rpmとし、接合速度は500mm/minとした。回転ツール1の挿入深さ(回転ツール1の先端から金属部材の表面までの距離)は1.8mmとした。段差部10の段差角度Cは90°とした。先端側ピン4のテーパー角度Bは75°とした。先端側ピン4の螺旋溝11(図2参照)の距離X2は0.18mmとし、高さY2は0.22mmとした。先端側ピン4の長さは1mmとし、先端の直径は2mmとした(以上が基本条件)。
[Example 1]
In Example 1, the rotary tool 1 is inserted into the surface of a single metal member (aluminum alloy: A5052-H34), and moved relative to the surface by a predetermined distance to measure the surface roughness along the plasticized region generated after friction stirring. Rz (μm) was measured with a surface roughness meter (main unit: Surfcom 1400D, controller: KA9801CF). The measurement conditions were as follows: measurement length: 5 mm, measurement speed: 0.6 mm/s, cutoff type: Gaussian, cutoff wavelength: λs = 0.8 mm according to JIS01. The width of the metal member was 100 mm, the length was 300 mm, and the plate thickness was 2 mm. The rotation speed of the rotary tool 1 was 5000 rpm, and the welding speed was 500 mm/min. The insertion depth of the rotary tool 1 (the distance from the tip of the rotary tool 1 to the surface of the metal member) was 1.8 mm. The step angle C of the step portion 10 was 90°. The taper angle B of the tip side pin 4 was set to 75°. The distance X2 of the spiral groove 11 (see FIG. 2) of the tip end pin 4 was 0.18 mm, and the height Y2 was 0.22 mm. The length of the tip side pin 4 was 1 mm, and the diameter of the tip was 2 mm (the above are the basic conditions).

図10に示すように、実施例1では、回転ツール1の基端側ピン3のテーパー角度Aを105°、120°、135°、142.5°、150°、157.5°、165°と変化させて、テーパー角度と接合表面粗さとの相関関係を調べた。距離X1が概ね一定となるように設定し、このときの段差部10の段差側面10bの高さY1は図10に示すとおりである。つまり、テーパー角度Aが大きくなるにつれて段差側面10bの高さY1は小さくなる。 As shown in FIG. 10, in Example 1, the taper angle A of the proximal pin 3 of the rotary tool 1 is 105°, 120°, 135°, 142.5°, 150°, 157.5°, and 165°. The correlation between the taper angle and the bond surface roughness was investigated by changing the The distance X1 is set to be approximately constant, and the height Y1 of the stepped side surface 10b of the stepped portion 10 at this time is as shown in FIG. That is, as the taper angle A increases, the height Y1 of the stepped side surface 10b decreases.

図11に示すように、基端側ピン3のテーパー角度Aが135°~160°であると、表面接合粗さが小さくなることがわかった。テーパー角度Aが135°未満であると、接合表面粗さが大きくなる傾向になることがわかった。テーパー角度Aが135°未満であると、ショルダレスツールに近い形態となるため、塑性流動材を押さえる作用がなくなり、接合表面粗さが大きくなると考えられる。一方、テーパー角度Aが160°を超えると、高さY1が小さくなり、段差部10の段差が小さくなる。つまり、段差部10の機能が低下して、接合表面粗さが大きくなると考えられる。 As shown in FIG. 11, it was found that when the taper angle A of the proximal pin 3 was 135° to 160°, the surface bonding roughness was reduced. It has been found that when the taper angle A is less than 135°, the joint surface roughness tends to increase. If the taper angle A is less than 135°, the shape is similar to that of a shoulderless tool, so the effect of suppressing the plastic flow material is lost, and it is thought that the joint surface roughness increases. On the other hand, when the taper angle A exceeds 160°, the height Y1 becomes smaller, and the step of the stepped portion 10 becomes smaller. In other words, it is considered that the function of the stepped portion 10 deteriorates and the bonding surface roughness increases.

[実施例2]
実施例2では、図12に示すように、テーパー角度Aを150°で固定し、段差側面10bの高さY1を0.05mm、0.10mm、0.18mm、0.25mm、0.33mm、0.40mmと変化させて、段差側面10bの高さY1と接合表面粗さとの相関関係を調べた。テーパー角度Aと高さY1を除く他の条件は、実施例1の基本条件と同じである。
[Example 2]
In Example 2, as shown in FIG. 12, the taper angle A is fixed at 150°, and the height Y1 of the stepped side surface 10b is set to 0.05 mm, 0.10 mm, 0.18 mm, 0.25 mm, 0.33 mm, The correlation between the height Y1 of the stepped side surface 10b and the bonding surface roughness was investigated by changing the height to 0.40 mm. The other conditions except for the taper angle A and the height Y1 are the same as the basic conditions of the first embodiment.

また、実施例2では、図13に示すように、特許文献2に示す比較例の回転ツール200を用いて摩擦攪拌を行った。比較例の回転ツール200は、基端側ピン203と、先端側ピン204とを備えている。基端側ピン203のテーパー角度は、先端側ピン204のテーパー角度よりも大きくなっている。基端側ピン203の外周面には、螺旋状の溝13が形成されている。溝13の断面形状は略半円状になっている。溝13の曲率半径は0.5mmとした。溝13の深さは0.3mmとし、隣り合う溝13,13の距離は1.2mmとした。先端側ピン204の外周面には螺旋溝11が形成されている。 Further, in Example 2, as shown in FIG. 13, friction stirring was performed using a rotating tool 200 of a comparative example shown in Patent Document 2. The rotation tool 200 of the comparative example includes a proximal pin 203 and a distal pin 204. The taper angle of the proximal pin 203 is larger than the taper angle of the distal pin 204. A spiral groove 13 is formed on the outer peripheral surface of the proximal pin 203. The cross-sectional shape of the groove 13 is approximately semicircular. The radius of curvature of the groove 13 was set to 0.5 mm. The depth of the groove 13 was 0.3 mm, and the distance between adjacent grooves 13, 13 was 1.2 mm. A spiral groove 11 is formed on the outer circumferential surface of the tip end pin 204 .

図14に示すように、段差側面10bの高さY1が0.10~0.40mmであると、接合表面粗さが小さくなることがわかった。比較例の回転ツール200では、接合表面粗さが55μmであった。高さY1が0.05mmであると接合表面粗さが著しく大きくなることがわかった。高さY1が0.10mm未満であると、段差がない状態に近づくため、段差部10に基づく塑性流動量が減少し接合表面粗さが大きくなると考えられる。 As shown in FIG. 14, it was found that when the height Y1 of the stepped side surface 10b was 0.10 to 0.40 mm, the bonding surface roughness was reduced. In the rotary tool 200 of the comparative example, the joint surface roughness was 55 μm. It was found that when the height Y1 was 0.05 mm, the bonding surface roughness became significantly large. If the height Y1 is less than 0.10 mm, the state approaches a state where there is no step, so it is considered that the amount of plastic flow based on the step portion 10 decreases and the bonding surface roughness increases.

一方、高さY1が0.40mmを超えると接合表面粗さが大きくなる傾向になる。これは、高さY1が大きくなると、必然的に段差底面10aの距離X1も大きくなる。例えば、テーパー角度Aが150°を超えると距離X1の増加は顕著になる。段差底面10aの距離X1が大きくなると、同じ挿入深さにおける有効段差部数(被接合金属部材と接触している段差部の数)が減少するため、段差部10に基づく塑性流動量が減少し接合表面粗さが大きくなると考えられる。なお、被接合金属部材に対する回転ツール1の押圧力を2600N,2800N,3000Nと変化させて施行したが、押圧力での差はほとんど見られなかった。 On the other hand, when the height Y1 exceeds 0.40 mm, the bonding surface roughness tends to increase. This is because when the height Y1 increases, the distance X1 of the step bottom surface 10a also inevitably increases. For example, when the taper angle A exceeds 150°, the distance X1 increases significantly. When the distance X1 of the step bottom surface 10a increases, the effective number of steps (the number of steps in contact with the metal parts to be welded) at the same insertion depth decreases, so the amount of plastic flow based on the step 10 decreases and the welding It is thought that the surface roughness increases. Although the pressing force of the rotary tool 1 against the metal members to be welded was changed to 2600N, 2800N, and 3000N, almost no difference in the pressing force was observed.

[実施例3]
実施例3では、図15に示すように、段差角度Cを変化させて、段差角度Cと接合表面粗さとの相関関係を調べた。実施例3では、テーパー角度Aを150°とした。段差角度Cは、60°、75°、85°、90°、105°、120°、135°と変化させた。また、段差側面10bの高さY1を0.1mmとした場合を実施例3-1とし、高さY1を0.18mmとした場合を実施例3-2とし、高さY1を0.25mmとした場合を実施例3-3とした。その他の条件は、実施例1の基本条件と同じである。
[Example 3]
In Example 3, as shown in FIG. 15, the step angle C was varied and the correlation between the step angle C and the bonding surface roughness was investigated. In Example 3, the taper angle A was 150°. The step angle C was changed to 60°, 75°, 85°, 90°, 105°, 120°, and 135°. In addition, Example 3-1 is a case in which the height Y1 of the stepped side surface 10b is 0.1 mm, Example 3-2 is a case in which the height Y1 is 0.18 mm, and Example 3-2 is a case in which the height Y1 is 0.25 mm. The case was designated as Example 3-3. Other conditions are the same as the basic conditions of Example 1.

図16~18に示すように、段差角度Cを85°~120°に設定すると接合表面粗さが小さくなることがわかった。段差角度Cが85°未満になると、段差部10の内部に塑性流動材が溜まりやすくなり、段差部10の内部に塑性流動材が付着し段差部10として機能しなくなる。また、段差部10に塑性流動材が付着すると、当該塑性流動材と被接合金属部材が損傷するおそれがある。一方、段差角度Cが120°を超えると塑性流動材を押さえることができなくなるため、接合表面粗さが大きくなると考えられる。また、実施例3-1,3-2,3-3では、実施例3-3の接合表面粗さが最も小さかった。つまり、段差側面10bの高さY1が少なくとも0.1~0.25mmの範囲で、高さY1が大きくなるにつれて、接合表面粗さが小さくなる傾向があることがわかった。 As shown in FIGS. 16 to 18, it was found that the joint surface roughness was reduced when the step angle C was set to 85° to 120°. When the step angle C is less than 85°, the plastic flow material tends to accumulate inside the step portion 10, and the plastic flow material adheres to the inside of the step portion 10, so that the step portion 10 no longer functions. Furthermore, if the plastic flow material adheres to the stepped portion 10, there is a risk that the plastic flow material and the metal member to be welded will be damaged. On the other hand, if the step angle C exceeds 120°, the plastic flow material cannot be held down, so it is thought that the joint surface roughness increases. Further, among Examples 3-1, 3-2, and 3-3, the joint surface roughness of Example 3-3 was the smallest. In other words, it was found that the bonding surface roughness tends to decrease as the height Y1 of the stepped side surface 10b is at least in the range of 0.1 to 0.25 mm.

1 回転ツール
2 基軸部
3 基端側ピン
4 先端側ピン
10 段差部
10a 段差底面
10b 段差側面
11 螺旋溝
A テーパー角度(基端側ピンの)
B テーパー角度
C 段差角度
D 螺旋溝角度
J1 突合せ部
X1 距離(基端側ピンの)
X2 距離
Y1 高さ(段差側面の)
Y2 高さ
1 Rotary tool 2 Base portion 3 Base end pin 4 Distal end pin 10 Step portion 10a Step bottom surface 10b Step side surface 11 Spiral groove A Taper angle (of the base end pin)
B Taper angle C Step angle D Spiral groove angle J1 Butt part X1 Distance (of proximal pin)
X2 Distance Y1 Height (of the side of the step)
Y2 height

Claims (7)

基端側ピンと、先端側ピンとを備える摩擦攪拌用の回転ツールであって、
前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きく、
前記基端側ピンのテーパー角度は、135~160°になっており、
前記基端側ピンの外周面には、平面視して渦巻き状であり、側面視すると階段状である、螺旋状の段差部が形成され、
前記段差部の段差底面と段差側面とでなす角度は85~120°になっており、
前記先端側ピンの外周面には、螺旋溝が刻設されており、
前記螺旋溝は、螺旋底面と、螺旋側面とで構成されており、前記螺旋底面と前記螺旋側面とで構成される螺旋角度が45°~90°になっていることを特徴とする回転ツール。
A rotating tool for friction stirring comprising a proximal end pin and a distal end pin,
The taper angle of the proximal pin is larger than the taper angle of the distal pin,
The taper angle of the proximal pin is 135 to 160°,
A spiral stepped portion is formed on the outer circumferential surface of the proximal pin, which is spiral- shaped in plan view and step- shaped in side view;
The angle formed by the bottom surface of the step portion and the side surface of the step is 85 to 120 degrees,
A spiral groove is carved on the outer peripheral surface of the tip side pin,
The rotary tool is characterized in that the helical groove is composed of a helical bottom surface and a helical side surface, and a helical angle formed by the helical bottom surface and the helical side surface is 45° to 90°.
前記段差底面と前記段差側面とでなす角度は、鋭角で85°以上であるか、又は鈍角で120°以下となっていることを特徴とする請求項1に記載の回転ツール。 2. The rotary tool according to claim 1, wherein the angle between the bottom surface of the step and the side surface of the step is an acute angle of 85 degrees or more, or an obtuse angle of 120 degrees or less. 前記段差部の前記段差側面の高さは0.1~0.4mmになっていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の回転ツール。 The rotary tool according to claim 1 or 2, wherein the height of the stepped side surface of the stepped portion is 0.1 to 0.4 mm. 前記段差部の前記段差側面の高さは0.1~0.25mmになっていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の回転ツール。 The rotary tool according to claim 1 or 2, wherein the height of the stepped side surface of the stepped portion is 0.1 to 0.25 mm. 前記段差底面は水平面と平行であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の回転ツール。 The rotary tool according to any one of claims 1 to 4, wherein the step bottom surface is parallel to a horizontal plane. 前記段差底面は、ツールの回転軸から外周方向に向かって水平面に対して、上方に15°以下に傾斜しているか、又は下方に-5°以上に傾斜していることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の回転ツール。 2. The stepped bottom surface is inclined upward by 15 degrees or less, or downward by -5 degrees or more with respect to a horizontal plane from the rotation axis of the tool toward the outer circumference. The rotary tool according to any one of claims 1 to 4. 一対の金属部材の端面同士を突き合わせて形成された突合せ部を回転ツールを用いて摩擦攪拌接合する接合方法であって、
前記回転ツールは、
基端側ピンと、先端側ピンとを備え、
前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きく、
前記基端側ピンのテーパー角度は、135~160°になっており、
前記基端側ピンの外周面には、平面視して渦巻き状であり、側面視すると階段状である、螺旋状の段差部が形成され、
前記段差部の段差底面と段差側面とでなす角度は85~120°になっており、
前記先端側ピンの外周面には、螺旋溝が刻設されており、
前記螺旋溝は、螺旋底面と、螺旋側面とで構成されており、前記螺旋底面と前記螺旋側面とで構成される螺旋角度が45°~90°になっており、
前記基端側ピンの外周面を前記金属部材の表面に接触させつつ、前記段差部の前記段差底面で塑性流動材を押えながら摩擦攪拌を行うことを特徴とする接合方法。
A joining method in which a butt part formed by butting end surfaces of a pair of metal members is friction stir welded using a rotating tool,
The rotary tool is
Equipped with a proximal pin and a distal pin,
The taper angle of the proximal pin is larger than the taper angle of the distal pin,
The taper angle of the proximal pin is 135 to 160°,
A spiral stepped portion is formed on the outer circumferential surface of the proximal pin, which is spiral- shaped in plan view and step- shaped in side view;
The angle formed by the bottom surface of the step portion and the side surface of the step is 85 to 120 degrees,
A spiral groove is carved on the outer peripheral surface of the tip side pin,
The spiral groove is composed of a spiral bottom surface and a spiral side surface, and the spiral angle formed by the spiral bottom surface and the spiral side surface is 45° to 90°,
A joining method characterized in that friction stirring is performed while the outer circumferential surface of the proximal pin is brought into contact with the surface of the metal member and the plastic flow material is held down by the bottom surface of the step portion.
JP2022053190A 2017-07-03 2022-03-29 Rotating tools and joining methods Active JP7359245B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022053190A JP7359245B2 (en) 2017-07-03 2022-03-29 Rotating tools and joining methods

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017130104A JP7114863B2 (en) 2017-07-03 2017-07-03 Rotating tool and joining method
JP2022053190A JP7359245B2 (en) 2017-07-03 2022-03-29 Rotating tools and joining methods

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017130104A Division JP7114863B2 (en) 2017-07-03 2017-07-03 Rotating tool and joining method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022079568A JP2022079568A (en) 2022-05-26
JP7359245B2 true JP7359245B2 (en) 2023-10-11

Family

ID=64949903

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017130104A Active JP7114863B2 (en) 2017-07-03 2017-07-03 Rotating tool and joining method
JP2022053190A Active JP7359245B2 (en) 2017-07-03 2022-03-29 Rotating tools and joining methods

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017130104A Active JP7114863B2 (en) 2017-07-03 2017-07-03 Rotating tool and joining method

Country Status (3)

Country Link
JP (2) JP7114863B2 (en)
CN (1) CN110234459A (en)
WO (1) WO2019008785A1 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020124715A (en) * 2019-02-01 2020-08-20 日本軽金属株式会社 Joining method
JP2020131246A (en) * 2019-02-21 2020-08-31 日本軽金属株式会社 Joining method and composite rolling material manufacturing method
JP7140036B2 (en) 2019-04-12 2022-09-21 日本軽金属株式会社 Joining method
JP7272153B2 (en) * 2019-07-10 2023-05-12 日本軽金属株式会社 Joining method and manufacturing method of composite rolled material
WO2020213191A1 (en) * 2019-04-16 2020-10-22 日本軽金属株式会社 Joining method, and method for manufacturing composite rolled material
JP6964840B2 (en) * 2019-05-16 2021-11-10 三菱電機株式会社 Friction stir welding rotary tool and friction stir welding method
WO2021025155A1 (en) 2019-08-08 2021-02-11 日本軽金属株式会社 Automatic joining system
CN114206536B (en) * 2019-08-08 2024-02-02 日本轻金属株式会社 Automatic joining system
JP2021087961A (en) * 2019-12-02 2021-06-10 日本軽金属株式会社 Method of manufacturing heat exchanger plate

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003136256A (en) 2001-10-31 2003-05-14 Mazda Motor Corp Rotary tool for friction stir and processing method using the same
JP2006212651A (en) 2005-02-02 2006-08-17 Sumitomo Light Metal Ind Ltd Friction stir spot welding method, and rotary tool for friction stir spot welding used for it
JP2007160370A (en) 2005-12-15 2007-06-28 Hino Motors Ltd Friction stir welding tool
JP2012125822A (en) 2010-12-16 2012-07-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Tool for friction stir welding, and method for repairing crack
JP2013509301A (en) 2009-11-02 2013-03-14 メガスター・テクノロジーズ・エルエルシー Misalignment friction stir welding of casing and small diameter pipes or small diameter pipes
JP2016215264A (en) 2015-05-26 2016-12-22 株式会社東芝 Frictional stir welding tool, and frictional stir welding device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9310469D0 (en) * 1993-05-20 1993-07-07 Welding Inst Friction joining
KR100805530B1 (en) * 2000-09-21 2008-02-20 쇼와 덴코 가부시키가이샤 Friction agitation joining tool, friction agitation joining method and joined member manufacturing method
JP6076004B2 (en) * 2012-09-06 2017-02-08 株式会社Uacj Rotating tool for friction stir spot welding and friction stir spot welding method using the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003136256A (en) 2001-10-31 2003-05-14 Mazda Motor Corp Rotary tool for friction stir and processing method using the same
JP2006212651A (en) 2005-02-02 2006-08-17 Sumitomo Light Metal Ind Ltd Friction stir spot welding method, and rotary tool for friction stir spot welding used for it
JP2007160370A (en) 2005-12-15 2007-06-28 Hino Motors Ltd Friction stir welding tool
JP2013509301A (en) 2009-11-02 2013-03-14 メガスター・テクノロジーズ・エルエルシー Misalignment friction stir welding of casing and small diameter pipes or small diameter pipes
JP2012125822A (en) 2010-12-16 2012-07-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Tool for friction stir welding, and method for repairing crack
JP2016215264A (en) 2015-05-26 2016-12-22 株式会社東芝 Frictional stir welding tool, and frictional stir welding device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019010674A (en) 2019-01-24
CN110234459A (en) 2019-09-13
JP7114863B2 (en) 2022-08-09
JP2022079568A (en) 2022-05-26
WO2019008785A1 (en) 2019-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7359245B2 (en) Rotating tools and joining methods
WO2020129281A1 (en) Joining method
WO2019097734A1 (en) Joining method
JP2020032429A (en) Heat exchanger plate manufacturing method
WO2020158081A1 (en) Joining method
JP2005324251A (en) Friction stir welding method, friction stir welding method for tubular member, and method for manufacturing hollow body
WO2019182020A1 (en) Rotary tool for double-sided friction stir welding, double-sided friction stir welding device, and double-sided friction stir welding method
JP4755236B2 (en) Friction stir welding method
US7766214B2 (en) Friction stir welding method
JP6927163B2 (en) Joining method and manufacturing method of composite rolled material
JP6410756B2 (en) Metal composite and metal joining method
JP7082356B2 (en) Friction stir welding tool and friction stir welding method
JP6809182B2 (en) Joining method
JP6740960B2 (en) Joining method
JP2020097046A (en) Joining method
JP2023006931A (en) Friction stir welding tool and friction stir welding device
JP7024460B2 (en) Joining method
JP6766477B2 (en) Joining method
JP7272153B2 (en) Joining method and manufacturing method of composite rolled material
JP2005305486A (en) Friction stir welding jig
JP6662210B2 (en) Joining method
WO2020170480A1 (en) Joining method and method for manufacturing composite rolled material
JP2014024101A (en) Rotary tool and joint method
JP6750563B2 (en) Joining method
JP2009208121A (en) Friction stir welding method

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220329

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220329

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230606

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230804

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230829

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230911

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7359245

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150