JP7385194B2 - Dissimilar materials joining methods and composite members - Google Patents
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Description
本発明は、摩擦攪拌成形を利用した異種材接合方法および複合部材に関する。 The present invention relates to a method for joining dissimilar materials and a composite member using friction stir molding.
近年、例えば自動車や航空機などの軽量化のため、今後10~20年で部品のマルチマテリアル化が急激に進行することが予想されており、接合強度・外観に優れ、重量増のない異種材(異種金属)接合技術の研究開発が盛んに行われている。 In recent years, in order to reduce the weight of automobiles and aircraft, for example, it is expected that the use of multi-material parts will rapidly progress over the next 10 to 20 years. Research and development of bonding technology (dissimilar metals) is being actively conducted.
異種材接合については、従来より、被接合材を選ばない機械的な接合方法と、抵抗スポット溶接などのような冶金的な接合方法とが知られている。 Regarding the joining of dissimilar materials, mechanical joining methods that can be used regardless of the materials to be joined, and metallurgical joining methods such as resistance spot welding are conventionally known.
機械的接合法として、ねじ、慣用リベットによるもののほか、セルフピアシングリベットやブラインドリベットなどよる接合が従来から行われているが、ファスナー(リベット)が重量増の原因になるという問題がある。 Mechanical joining methods include screws, conventional rivets, self-piercing rivets, blind rivets, etc., but there is a problem in that the fasteners (rivets) add weight.
また、冶金的な接合方法として、近年、摩擦攪拌接合(FSW)・摩擦攪拌スポット溶接(FSSW)を異種材接合に用いる研究が行われているが、接合強度を低下させる被接合材間の界面の金属間化合物層の厚さを抑制するための熱的条件に制約があるという問題がある。 In addition, as a metallurgical joining method, in recent years, research has been conducted on the use of friction stir welding (FSW) and friction stir spot welding (FSSW) to join dissimilar materials. There is a problem in that there are restrictions on thermal conditions for controlling the thickness of the intermetallic compound layer.
一方、本発明者は、摩擦攪拌成形(FSF) を利用した異種材接合方法について提案している(特許文献1)。具体的には、特許文献1の接合方法は、円柱形状の先端平面部に突起部を有する摩擦攪拌工具を用いて、(a)下穴をあけた板状の被接合材の上面に板状の接合用素材を、また下面には成形金型を当接させ、(b)接合用素材に対して摩擦攪拌工具を回転させながら、下降させ、所定の水平方向へ送りつつ、圧入して摩擦攪拌する。これにより、流動させた接合用素材を成形金型のキャビティ部に変形充満させてリベット状の継手部の膨出を形成して、板状の被接合材に接合用素材を機械的に接合している。
On the other hand, the present inventor has proposed a method for joining dissimilar materials using friction stir forming (FSF) (Patent Document 1). Specifically, the welding method of
しかしながら、特許文献1の接合方法の場合、流動させた接合用素材によるリベット状の継手部が形成されるため、突出した継手部の頭部によって継手の平坦性が損なわれる点が改善すべき点として考えられた。また、特許文献1の接合方法の場合、リベット状の継手部の頭部を形成するために、金型のキャビティと被接合材の下穴の位置合わせを行う必要があることから、作業負担が大きいことが改善すべき点があると考えられた。
However, in the case of the joining method of
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、比較的シンプルな作業工程で、継手の平坦性を確保しつつ、優れた接合強度で異種材同士を接合することができる異種材接合方法と、これによる複合部材を提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to join dissimilar materials with excellent bonding strength while ensuring the flatness of the joint with a relatively simple work process. The object of the present invention is to provide a method for joining materials and a composite member using the method.
上記の課題を解決するため、本発明の異種材接合方法は、摩擦撹拌工具を用いて、被接合材と接合用素材とを接合する異種材接合方法であって、
以下の工程:
(1)パンチとダイを用いた穴抜き加工によって、前記被接合材に貫通穴を形成する工程;
(2)前記貫通穴の一端側に位置する前記被接合材の第1面部に接合用素材を当接させ、他端側に位置する前記被接合材の第2面部に当て板を当接させる工程;
(3)前記接合用素材に対して、前記摩擦撹拌工具を回転させながら圧入して摩擦撹拌することで、流動化した前記接合用素材の一部を前記被接合材の前記貫通穴に充満させる工程;および
(4)前記被接合材から前記当て板を取り外す工程
を含み、
前記工程(1)において、前記被接合材の前記貫通穴の内面に、だれまたは傾斜する破断面が形成され、前記工程(3)において、前記だれまたは前記破断面を介して前記接合用素材が前記貫通穴に嵌合することを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, the dissimilar material joining method of the present invention is a dissimilar material joining method that joins a material to be joined and a joining material using a friction stir tool, the method comprising:
The following steps:
(1) forming a through hole in the material to be joined by punching using a punch and a die;
(2) A joining material is brought into contact with the first surface of the material to be joined located at one end of the through hole, and a patch plate is brought into contact with the second surface of the material to be joined located at the other end. Process;
(3) By pressing the friction stirring tool into the welding material while rotating and friction stirring, a part of the fluidized welding material is filled into the through hole of the welded material. and (4) a step of removing the caul plate from the material to be joined,
In the step (1), a groove or an inclined fracture surface is formed on the inner surface of the through hole of the material to be joined, and in the step (3), the joining material is formed through the groove or the fracture surface. It is characterized by fitting into the through hole.
本発明の複合部材は、摩擦攪拌成形によって、被接合材の一方の面に接合用素材が接合した複合部材であって、
前記被接合材には、内面にだれまたは傾斜する破断面が形成されている貫通穴が設けられており、
この貫通穴に前記接合用素材が充満し、前記だれまたは前記破断面を介して前記接合用素材が前記貫通穴に嵌合しており、かつ、前記被接合材の他方の面と、前記貫通穴に充満している前記接合用素材とが面一に形成されていることを特徴としている。
The composite member of the present invention is a composite member in which a joining material is joined to one side of a material to be joined by friction stir molding,
The material to be joined is provided with a through hole in which a drooping or inclined fracture surface is formed on the inner surface,
The through-hole is filled with the joining material, the joining material is fitted into the through-hole via the bulge or the fractured surface, and the other surface of the material to be joined is connected to the through-hole. It is characterized in that the bonding material filling the hole is formed flush with the bonding material.
本発明の異種材接合方法は、比較的シンプルな作業工程で、継手の平坦性を確保しつつ、優れた接合強度で異種材同士を接合することができる。また、本発明の複合部材は、継手部分が平坦であるとともに、優れた接合強度を有している。 The method for joining dissimilar materials of the present invention can join dissimilar materials with excellent joint strength while ensuring the flatness of the joint through relatively simple work steps. Further, the composite member of the present invention has a flat joint portion and excellent joint strength.
本発明の異種材接合方法の一実施形態について説明する。図1(A)(B)は、それぞれ本発明の異種材接合方法の一実施形態を例示した断面図である。図1(A)は、摩擦撹拌工具を水平方向に送らず、スポット摩擦攪拌成形(FSF)を行う形態を示した図である。図1(B)は、摩擦撹拌工具を水平方向に送りつつ圧入して摩擦攪拌成形(FSF)を行う形態を示した図である。 An embodiment of the dissimilar material joining method of the present invention will be described. FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views illustrating an embodiment of the dissimilar material joining method of the present invention, respectively. FIG. 1(A) is a diagram showing a form in which spot friction stir forming (FSF) is performed without sending the friction stir tool in the horizontal direction. FIG. 1(B) is a diagram showing a form in which friction stir forming (FSF) is performed by press-fitting a friction stir tool while feeding it in a horizontal direction.
本発明の異種材接合方法は、摩擦撹拌工具1を用いて、被接合材2と接合用素材3とを接合するものである。
The dissimilar material welding method of the present invention uses a
摩擦撹拌工具1は、摩擦攪拌成形(FSF)に利用されるものであればよく、具体的な形態は限定されないが、例えば、特許文献1に記載の摩擦撹拌工具1を例示することができる。具体的には、図1(A)(B)に例示したように、摩擦撹拌工具1は、略円柱形状の本体部と、本体部11の下端に位置する先端平面部12に設けられた突起部13とを備えていることが好ましい。また、摩擦撹拌工具1は、硬質で耐熱性の高い耐熱合金等によって形成することが好ましい。
The
突起部13の形状は特に限定されず、円板状、円柱状、円錐状、半球状、ねじ状などの形状を例示することができる。また、突起部13が設けられる先端平面部12については必要に応じて全体として、あるいは部分的に、例えば5°以内程度に傾斜する傾斜角θを設けることができる。 この傾斜角θの大きさについては、摩擦撹拌工具1の水平方向の送り力、ばりの発生、摩擦撹拌工具11の移動跡(ツールマーク)31の美観の状況などを考慮して定めることが好ましい。なお、後述する被接合材2の貫通穴21の空隙の体積量が小さい場合は、突起部13は省略することができる。また、摩擦撹拌工具1の突起部13の体積量が大きくなるほど、より大きな体積量の貫通穴21に接合用素材3の一部を充満することが可能である。
The shape of the
被接合材2の形状は特に限定されないが、例えば板状であることが好ましい。また、被接合材2の材料も特に限定されず、例えば、硬質の鋼板やチタン、ガラス、CFRPなどを例示することができる。被接合材2が板状である場合、被接合材2の厚さについては特に限定されず、後述する貫通穴21の断面面積、接合用素材3が流動化する条件、摩擦撹拌工具1の設計と操作条件などを考慮して設計することができる。具体的には、例えば、被接合材2の厚さは、接合用素材3の厚さの10倍までの範囲を目安として例示することができる。また、被接合材2の設計については、例えば非特許文献1の記載を考慮することができる。
Although the shape of the material to be joined 2 is not particularly limited, it is preferably plate-shaped, for example. Further, the material of the material to be joined 2 is not particularly limited, and examples thereof include hard steel plates, titanium, glass, CFRP, and the like. When the material to be welded 2 is plate-shaped, the thickness of the material to be welded 2 is not particularly limited, and may vary depending on the cross-sectional area of the through
接合用素材3の形状は特に限定されないが、例えば板状であることが好ましい。また、接合用素材3の材料も特に限定されないが、例えば、アルミニウムおよびその合金、マグネシウム合金、銅およびその合金、チタンおよびその合金、鋼などを例示することができる。また、接合用素材3が板状である場合、その厚さは、加工装置動力の範囲と摩擦攪拌工具の全長と強度が許す範囲で摩擦攪拌工具を圧入できる深さに応じて厚くすることが可能である。したがって、接合用素材3の厚さは突起部13の高さより大きければ良く、特に限定されないが、例えば、加工装置動力の現実的な範囲と、摩擦攪拌工具の現実的な強度範囲から、接合用素材3の厚さは、30mm未満であることが好ましい。一応の目安としては、摩擦撹拌工具を水平方向に送りつつ圧入する摩擦攪拌成形(FSF)の形態の場合、厚さ3mm未満の薄板、厚さ3mm以上6mm未満の中板を好ましい接合用素材3として例示することができ、摩擦撹拌工具を水平方向に送ることなく圧入するのみのスポット摩擦攪拌成形(FSF)の形態の場合、前記例示に加え、厚さ6mm以上30mm未満の厚板を好ましい接合用素材3として例示することができる。
Although the shape of the joining
そして、本発明の異種材接合方法は、以下の工程(1)~(4)、
(1)パンチとダイを用いた穴抜き加工によって、被接合材2に貫通穴21を形成する工程、
(2)貫通穴21の一端側に位置する被接合材2の第1面部2Aに接合用素材3を当接させ、他端側に位置する被接合材2の第2面部2Bに当て板6を当接させる工程;
(3)接合用素材3に対して、摩擦撹拌工具1を回転させながら圧入して摩擦撹拌することで、流動化させた接合用素材3の一部を被接合材2の貫通穴21に充満させる工程、
(4)被接合材2から当て板6を取り外す工程
を含む。
The dissimilar material joining method of the present invention includes the following steps (1) to (4):
(1) A step of forming a through
(2) The joining
(3) By pressing the
(4) Includes the step of removing the
以下、各工程について説明する。 Each step will be explained below.
工程(1)では、パンチとダイを用いた穴抜き加工(プレスせん断加工)によって、被接合材2に貫通穴21を形成する。
In step (1), a through
図2は、パンチとダイを用いた穴抜き加工(プレスせん断加工)によって貫通穴21が形成されるメカニズムを示した概要図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a mechanism in which the through
図2に例示したように、穴抜き加工においては、ダイ4の肩部41とパンチ5の縁部51に接触する部分から材料内にせん断亀裂が生じ、それらが繋がることで貫通穴21が形成される。このため、貫通穴21の内面には、パンチ5の外径とダイ4の内径の差(クリアランス)に起因する傾斜する破断面21aがせん断方向に形成される。また、クリアランスの条件により、だれ21bも形成される。工程(1)においては、穴抜き加工によって、被接合材2の貫通穴21の内面に、だれ21bまたは傾斜する破断面21aを形成する。したがって、本発明の異種材接合方法の工程(1)では、だれ21bまたは破断面21aが形成されるように、被接合材2の材料、厚さ、クリアランスなどを設定することが好ましい。
As illustrated in FIG. 2, in the punching process, shear cracks are generated in the material from the part where the
図3は、パンチとダイの別の形態を例示した概要図である。例えば、より大きなだれ21bを得るために、図3に示すようにパンチ5の外縁やダイ4の穴内縁に曲面(R)や段差、傾斜を備えたものを使用することもできる。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating another form of the punch and die. For example, in order to obtain a
そして、好ましい接合強度が発生するクリアランスは、例えば被接合材2の材質が軟鋼の場合は、被接合材2の厚さの10%以上であることが好ましく、より大きな接合強度を発生させるためには30%以上であることがより好ましい。同様に、好ましい接合強度が発生する目安として、クリアランスは、硬鋼の場合、被接合材2の厚さの15%以上、けい素鋼の場合、被接合材2の厚さの12%以上、ステンレス鋼の場合、被接合材2の厚さの12%以上、銅の場合、被接合材2の厚さの7%以上、黄銅の場合、被接合材2の厚さの10%以上、りん青銅の場合、被接合材2の厚さの10%以上、洋白の場合、被接合材2の厚さの10%以上、アルミニウムの場合、被接合材2の厚さの8%以上、バーマロイの場合、被接合材2の厚さの8%以上の範囲を例示することができる。
The clearance at which a preferable bond strength is generated is preferably 10% or more of the thickness of the
また、被接合材2に形成する貫通穴21の数は1または2以上であってよく、2以上の場合、それぞれの貫通穴21の大きさは同じ径であっても異なる径であってもよい。また、貫通穴の断面形状は円形に限定されず、例えば、略長孔状、スリット状、曲線孔形状などであってもよい。
Further, the number of through
工程(2)では、貫通穴21の一端側に位置する被接合材2の第1面部2Aに接合用素材3を当接させ、他端側に位置する被接合材2の第2面部2Bに当て板6を当接させる。
In step (2), the joining
図1(A)(B)に例示した実施形態では、被接合材2の上側の第1面部2Aに接合用素材3が当接し、被接合材2の下側の第2面部2Bに当て板6が当接しており、貫通穴21の上下が閉鎖された状態になっている。当て板6は、貫通穴21の下側を閉鎖できるものであればよく、材料、厚さなどは適宜設計することができる。
In the embodiment illustrated in FIGS. 1A and 1B, the joining
工程(3)では、接合用素材3に対して、摩擦撹拌工具1を回転させながら圧入して摩擦撹拌することで、流動化させた接合用素材3の一部を被接合材2の貫通穴21に充満させる。
In step (3), a part of the
図1(A)(B)に示したように、摩擦撹拌工具1は、回転させながら、下降させ、必要に応じて所定の水平方向へ送りつつ、圧入して摩擦攪拌することができる。
As shown in FIGS. 1(A) and 1(B), the
摩擦撹拌工具1の設計、操作条件などは、例えば特許文献1の記載を考慮することができる。
For the design, operating conditions, etc. of the
具体的には、例えば、回転する摩擦撹拌工具1の先端平面部の面積、突起部の体積、回転速度、水平方向への移動距離および移動速度、圧入する際の押圧力および圧入量などについては、
1)接合用素材3の種類(軟化温度)と厚さ、
2)被接合材2の厚さ、貫通穴21の径、
3)摩擦撹拌工具1の外縁と接合用素材3の接触部に生じるばりの生成状況
などを考慮して、接合用素材3が流動化する条件を定めることができる。
Specifically, for example, the area of the flat end of the rotating
1) Type (softening temperature) and thickness of
2) Thickness of the material to be joined 2, diameter of the through
3) Conditions for fluidizing the
摩擦攪拌成形(FSF)においては、流動化した接合用素材3は優れた金型内充満性を有するため、被接合材2の貫通穴21に充満させることができる。また、被接合材2の貫通穴21の一方側(下側)は、当て板6によって閉鎖されているため、流動化した接合用素材3が貫通穴21から漏れ出すことが抑制されている。そして、貫通穴21には、だれ21bまたは傾斜する破断面21aが形成されているため、このわずかな傾きを利用して、流動化した接合用素材3がだれ21bまたは破断面21aを介して貫通穴21に機械的にかみ合って嵌合し、インターロックを形成することができる。このため、被接合材2と接合用素材3とを優れた接合強度で接合、一体化させることができる。
In friction stir forming (FSF), the fluidized joining
さらに、被接合材2の厚さと貫通穴21の断面面積により、貫通穴21の空隙の体積量が決定されるため、接合用素材3が流動化する条件、摩擦撹拌工具1の設計と操作条件を考慮して、例えば、工程(1)において、被接合材2の厚さが厚いほどの貫通穴の断面面積が小さくなるように調整することができる。
Furthermore, since the volume of the void in the through
工程(4)では、被接合材2から当て板6を取り外す。
In step (4), the
被接合材2から当て板6を取り外すことで、被接合材2の下面が露出する。工程(3)において、当て板6によって流動化した接合用素材3が貫通穴21から漏れ出すことが抑制されているため、被接合材2の下面2Bと貫通穴21に充満した接合用素材3とが面一に形成され、継手の平坦性が確保されている。
By removing the
以上の通り、本発明の異種材接合方法では、被接合材2の貫通穴21に、だれ21bまたは傾斜する破断面21aが形成され、この傾きを利用して、流動化した接合用素材3が貫通穴21に機械的に嵌合するため、接合強度に優れている。さらに、例えば特許文献1のように、金型のキャビティと被接合材の下穴の位置合わせを行う必要がなく、作業工程がシンプルである。また、突出した継手部などを形成する必要もなく、継手の平坦性が実現される。
As described above, in the method for joining dissimilar materials of the present invention, a
また、本発明の複合部材7は、上述した異種材接合方法によって得ることができる。すなわち、複合部材7は、摩擦攪拌成形によって、被接合材2と接合用素材3とが接合している。被接合材2には、内面にだれ21bまたは傾斜する破断面21aが形成されている貫通穴21が設けられている。この貫通穴21の一端側に位置する被接合材2の第1面部(図1における上面)2Aに接合用素材3が当接しているとともに、貫通穴21に接合用素材3の一部が充満し、だれ21bまたは破断面21aを介して接合用素材3が貫通穴21に嵌合している。貫通穴21の他端側に位置する被接合材2の第2面部(図1における下面)2Bと貫通穴21に充満している接合用素材3とが面一に形成されている。
Further, the
本発明の異種材接合方法および複合部材は、以上の実施形態に限定されるものではない。 The dissimilar material joining method and composite member of the present invention are not limited to the above embodiments.
以下、実施例とともに、本発明の異種材接合方法および複合部材についてさらに詳しく説明するが、本発明の異種材接合方法および複合部材は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the dissimilar material joining method and composite member of the present invention will be described in more detail along with examples, but the dissimilar material joining method and composite member of the present invention are not limited to the following examples.
<実施例1>被接合材の貫通穴径と被接合材の厚さの決定方法
3mm厚A5083P-Oアルミニウム合金板を摩擦攪拌の接合用素材とし、図4に示したような摩擦攪拌工具を用い、摩擦攪拌成形により、内径φ2~9mmの穴の中に、接合用素材を流動させて、充満した接合用素材の体積量を評価した。
<Example 1> Method for determining the through hole diameter of the welded material and the thickness of the welded material
A 3 mm thick A5083P-O aluminum alloy plate was used as the material for friction stir welding, and the welding material was flowed into a hole with an inner diameter of 2 to 9 mm by friction stir molding using a friction stir tool as shown in Figure 4. The volume of the filled bonding material was evaluated.
図5に穴径別の体積量を示す(非特許文献1)。これに対し、被接合材の貫通穴の空隙体積が前記体積量を超えない範囲において貫通穴径と被接合材の厚さを決定した。 FIG. 5 shows the volume by hole diameter (Non-Patent Document 1). On the other hand, the diameter of the through hole and the thickness of the material to be joined were determined within a range in which the void volume of the through hole in the material to be joined did not exceed the volume.
<実施例2>継手の成形方法
3mm厚A5083P-Oアルミニウム合金板を摩擦攪拌の接合用素材とし、1mm厚SPCE鋼板を被接合部材として、複合部材の実証試験を行った。
<Example 2> Method of forming a joint
A demonstration test of a composite member was conducted using 3mm thick A5083P-O aluminum alloy plates as the material for friction stir welding and 1mm thick SPCE steel plates as the welded parts.
外径φ4mmのパンチ、内径φ4.2~6mmの円孔金型(ダイ)を用いて、穴抜き加工によってSPCE鋼板(被接合部材)に貫通穴を開けた(工程(1))。この貫通穴には、だれおよび傾斜する破断面が形成されている。この被接合部材を、突板としたSUS304製ステンレス板(当て板)上に置き、図4に示したような摩擦攪拌工具を用い、摩擦攪拌成形を施した(工程(2)(3))。 Using a punch with an outer diameter of 4 mm and a circular hole die with an inner diameter of 4.2 to 6 mm, a through hole was punched in the SPCE steel plate (part to be joined) (step (1)). This through hole has a droop and an inclined fracture surface. The members to be joined were placed on a stainless steel plate made of SUS304 (covering plate) and subjected to friction stir molding using a friction stir tool as shown in FIG. 4 (steps (2) and (3)).
この実験では工具は水平に送らず、スポット摩擦攪拌成形(FSF)を行い(図1(A))、主軸回転数は1240rpm、工具の圧入深さは2.7mmとし,圧入の下死点で30秒間工具を回転状態のまま保持した。その後、当て板を取り除いた(工程(4))。 In this experiment, the tool was not fed horizontally, and spot friction stir forming (FSF) was performed (Fig. 1 (A)), the spindle rotation speed was 1240 rpm, the press-in depth of the tool was 2.7 mm, and the bottom dead center of press-in was 30 mm. The tool was held in a rotating state for seconds. Thereafter, the caul plate was removed (step (4)).
図6に、摩擦攪拌成形(FSF)後の接合用素材と被接合部材の写真を示す。 Figure 6 shows a photograph of the joining material and the parts to be joined after friction stir forming (FSF).
穴抜き加工(プレスせん断加工)によって開けられた貫通穴に、接合用素材が充満し、隙間は見られなかった。また、被接合部材には摩擦熱による焼けが見られたが、貫通穴付近には盛り上がりなどの変形は観察されず、平坦であることが確認された。 The through-hole made by punching (press shearing) was filled with the bonding material, and no gaps were observed. In addition, although burnt due to frictional heat was observed on the members to be joined, no deformation such as bulges was observed near the through holes, and it was confirmed that the members were flat.
<実施例3>十字引張試験
図7に示すような十字引張試験片を用いて、十字引張強さを測定した。試験機はSHIMADZU AUTOGRAPH AG-10TB/ AG-X/Rを用い、クロスヘッド速度は1mm/minとした。
<Example 3> Cross tensile test Cross tensile strength was measured using a cross tensile test piece as shown in FIG. The test machine used was SHIMADZU AUTOGRAPH AG-10TB/AG-X/R, and the crosshead speed was 1 mm/min.
図8に十字引張試験の結果を示す。 Figure 8 shows the results of the cross tension test.
板厚の10%にあたる0.1mmまでのパンチ-ダイクリアランスで貫通穴を穿孔し、そこに形成した継手については接合強度が発現することを確認したが、十字引張強度(CTS)は,300N未満であった。一方、30%以上にあたる0.3mmより大きいパンチ‐ダイクリアランスで貫通穴を穿孔し、形成した継手については平均で300Nを超え、十分な接合強度を有していることが確認された。また、この継手の十字引張強度は、貫通穴の周長に比例すると考えられることから,周長がより長くなるような円形以外の下穴形状の工夫や、高密度に配置した多数の小円孔などの採用などの工夫をすることで、さらに強度を高めることができると考えられる。 It was confirmed that the joints formed in the through-holes with a punch-die clearance of up to 0.1mm, which is 10% of the plate thickness, exhibited joint strength, but the cross tensile strength (CTS) was less than 300N. there were. On the other hand, the joints formed by drilling through-holes with a punch-die clearance larger than 0.3 mm, which is more than 30%, exceeded 300 N on average, confirming that they had sufficient joint strength. In addition, since the cross tensile strength of this joint is thought to be proportional to the circumference of the through-hole, it is necessary to devise a prepared hole shape other than circular so that the circumference is longer, or to create a hole with a large number of small circles arranged in high density. It is thought that the strength can be further increased by making improvements such as using holes.
また、従来の高強度の異種材接合継手の形成方法の多くは、ファスナーの被接合板外への飛び出し、あるいは、被接合材(鋼板)の大変形、ツールの接触による被接合材(鋼板)接触面の変形や破壊を伴っている。これに対し、この実施例の方法は、ツールと被接合材(鋼板)側の接触がなく、かつ被接合材側の継手の面が平坦であり、機械的接合であることからくるリサイクル上の優位性に加え、工具寿命、あるいは継手の外観の点から、独自性および優位性を有している。 In addition, in many conventional methods of forming high-strength dissimilar material joints, the fasteners protrude outside of the plates to be joined, or the materials to be joined (steel plates) are greatly deformed, or the materials to be joined (steel plates) are brought into contact with tools. This is accompanied by deformation and destruction of the contact surface. On the other hand, the method of this example has no contact between the tool and the material to be joined (steel plate), and the surface of the joint on the material to be joined is flat, making it difficult to recycle due to mechanical joining. In addition to its superiority, it also has uniqueness and superiority in terms of tool life and joint appearance.
1 摩擦撹拌工具
2 被接合材
2A 第1面部
2B 第2面部
21 貫通穴
3 接合用素材
4 ダイ
5 パンチ
6 当て板
7 複合部材
1
Claims (4)
以下の工程:
(1)パンチとダイを用いた穴抜き加工によって、前記被接合材に貫通穴を形成する工程;
(2)前記貫通穴の一端側に位置する前記被接合材の第1面部に接合用素材を当接させ、他端側に位置する前記被接合材の第2面部に当て板を当接させる工程;
(3)前記接合用素材に対して、前記摩擦撹拌工具を回転させながら圧入して摩擦撹拌することで、流動化した前記接合用素材の一部を前記被接合材の前記貫通穴に充満させる工程;および
(4)前記被接合材から前記当て板を取り外す工程
を含み、
前記工程(1)において、前記被接合材の前記貫通穴の内面に、だれまたは傾斜する破断面が形成され、前記工程(3)において、前記だれまたは前記破断面を介して前記接合用素材が前記貫通穴に嵌合することを特徴とする異種材接合方法。 A dissimilar material joining method for joining materials to be joined and materials for joining using a friction stir tool, the method comprising:
The following steps:
(1) forming a through hole in the material to be joined by punching using a punch and a die;
(2) A joining material is brought into contact with the first surface of the material to be joined located at one end of the through hole, and a patch plate is brought into contact with the second surface of the material to be joined located at the other end. Process;
(3) By pressing the friction stirring tool into the welding material while rotating and friction stirring, a part of the fluidized welding material is filled into the through hole of the welded material. and (4) a step of removing the caul plate from the material to be joined,
In the step (1), a groove or an inclined fracture surface is formed on the inner surface of the through hole of the material to be joined, and in the step (3), the joining material is formed through the groove or the fracture surface. A method for joining dissimilar materials, characterized by fitting into the through hole.
前記被接合材には、内面にだれまたは傾斜する破断面が形成されている貫通穴が設けられており、
この貫通穴の一端側に位置する前記被接合材の第1面部に前記接合用素材が当接しているとともに、前記貫通穴に前記接合用素材の一部が充満し、前記だれまたは前記破断面を介して前記接合用素材が前記貫通穴に嵌合しており、かつ、前記貫通穴の他端側に位置する前記被接合材の第2面部と前記貫通穴に充満している前記接合用素材とが面一に形成されていることを特徴とする複合部材。 A composite member in which a material to be joined and a material for joining are joined by friction stir molding,
The material to be joined is provided with a through hole in which a drooping or inclined fracture surface is formed on the inner surface,
The joining material is in contact with the first surface of the material to be joined located on one end side of the through hole, and a part of the joining material is filled in the through hole, causing the droop or the fractured surface to The welding material is fitted into the through hole through the through hole, and the second surface portion of the welded material located on the other end side of the through hole and the welding material filling the through hole. A composite member characterized by being formed flush with the material.
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