JPH0270392A - 摩擦溶接の機械的パラメーターを制御する方法 - Google Patents

摩擦溶接の機械的パラメーターを制御する方法

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JPH0270392A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、摩擦溶接において機械的なパラメーターを制
御する方法並びにこの方法を実施する装置に関する。
〈従来の技術〉 摩擦溶接において、被加工物は接触域において材料が溶
融して一緒に流れるようになるまで、振動状の並進運動
において相互に対して摩擦される。
次にこの振動を終了させ、この過程の結果として、冷却
の間に、一体的な結合が得られる。この方法の特徴的な
パラメーターは、接合圧力を結果させる接合力Ｆと、摩
擦方向においての被加工物の相対運動Ｘである。これは
第１図に示されている。
どちらのパラメーターを時間応答性である接合圧は、原
則として一定に保たれる。しかし被加工物の相対運動は
、所定の振幅及び周波数を備えた正弦振動によって実質
的に規定される。
振動溶接法は、複数の順次の工程において実施される。
第１工程では、互に接合するべき部材は、溶接装置の受
入れ手段まで搬送され、そこに固着される。次にこれら
２つの部材は、互い接触するまで相互に向って変位させ
られる。静的な接触力の下での短かい遅延時間の後に振
動を開始する。
材料は最初に摩擦によって軟化し、次にヒステリシスせ
ん断加熱によってより多く軟化する。この過程の間に、
溶融した材料は、及ぼされた接合圧力によって、溶接ビ
ードに強制的に流入させられる。そのため被加工物は、
２方向において相互に近付くように変位させられる。接
合変位Ｓは増大する。振動は数秒後に終了する。被加工
物は、適切な冷却を許容するための短い時間の間接合圧
力又は保持圧力の下になおもおかれている。その後に受
入れ手段を開放し、被加工物を取出すことができる。
高強力の結合を得るためには、材料は、或る十分な溶融
過程と接合圧力とを経過しなければならない。従来は、
これらの要求は、最小の接合距離を保つことによって充
足されていた。更に、−様な良形の溶接ビードの形成に
ついての目視チエツクも行なわれる。しかしこれは、被
加工物の単純な幾何学的構造と公差範囲の非常に小さな
被加工物においてしか成功しない。しかし形状の複雑な
被加工物は、屡々内部に溶接域を備えている。射出成形
法によって作製された被加工物も、実質的な寸法公差を
示す。そのため、最小の接合変位距離に組合せられた被
加工物の外面に沿ったビードの光学的な検査は、もはや
十分に信頼できなくなる。
〈発明が解決しようとする課題〉 従って１本発明の目的は、特に、溶接接合部の品質及び
強度が改善されるように摩擦溶接のための特性値を選定
する様相の下に、摩擦溶接方法を改善することにある。
本発明の別の目的は、この溶接方法を実行するための溶
接装置を提供することにある。
〈課題を解決するための手段〉 この課題は１本発明によれば、接触域において材料が溶
融するまで接合部材を相対的な振動に付す工程と、該接
合部材を接合力の適用によって相互に近付くように変位
させる工程と、冷却の間に一体的な接合が得られるよう
に振動を停止させる工程とを含む、摩擦溶接の機械的パ
ラメーターを制御する方法において、振動の間の過程の
特徴を示す時間依存パラメーターを測定する工程と、溶
融域においての材料の溶融流れが連続していて変位が時
間と共にほぼ直線的に増大する工程位相に入った後に振
動を停止させる工程とを含むことを特徴とする制御方法
によって解決される。
前記パラメーター例えば変位距離又は振動振幅の時間依
存性の結果として、振動工程中において、３つの別々の
位相を生ずる（第２図）。
変位距離ｓは、この距離Ｓがごくわずかな増大をます位
相１を有する。次の位相２では変位は漸進的な増大を示
す。位相３では、もちろん接合圧力が一定に保たれてい
ることを前提として、変位は、時間に比例して増大する
。
本発明によれば、少くとも次の要件が振動位相の間に充
足されねばならないことが、良好な溶接結合の１つの条
件として示されている。即ち、振動工程の間に、位相３
が実現されねばならない。
溶接ビードの目視による観察に頼る限り、溶接されるべ
き部材のいろいろの溶接域が振動の間それぞれの異なっ
た工程位相にあるという欠陥が内在する。例えば被加工
物の或る外部域は、振動の終了時に位相３に到達してい
るのに、被加工物の或る内部域は、互に接触してさえい
ないことがありえる。そのため振動をターンオフした時
に位相１又は２に到達しただけの領域もありうる。
本発明によれば、いろいろの処理用の間の正確な識別を
可能とするために、少くとも１つの特徴的なパラメータ
ー、特に変位距離を、振動期間の量測定する。特に変位
の時間微分即ち変位速度は、位相３に到達するための好
ましいインジケーターである。この位相３では、変位は
、第１近似において、時間と共に直線的に増大する、従
って微分は一定の値となる。この一定の値は、被加工物
の全ての接触域において位相３に到達した時にのみ得ら
れる。
改良された溶接結合を得るためには、更に次の要件が充
足されねばならないことが、試験により示されている。
即ち１位相３の間において、溶融域の溶融速度は、或る
臨界値を超過してはならない。摩擦溶接結合の機械的な
特性と溶融材料の平均流れ速度との間には、或る明瞭な
関係が存在している。流れ速度は、材料特異性であり、
接合速度に相関されている。従って、摩擦溶接結合のた
めの品質基準を得るために変位距離に応答して変位速度
を定めることができる。このために、溶融速度のための
所定の目標値を続けない仕方で被加工物を相互に向って
移動させる恥動手段の接合力又は接合圧力によって変位
速度を制御するために、工程の制御量として変位速度を
用いることができる。
溶融域内の平均流速は、位相３においての変位速度、溶
接シームの厚さ、固体物質の密度、溶融材料の密度並び
に被加工物の厚みから計算できる。
溶接結合の強度例えば引裂り強度ないしは降伏強度と平
均流れ速度との間には或る明瞭な相関関係の存在するこ
とが、試験によって示された。高溶融速度は低強度を結
果させる。強度は溶融速度の低下に伴って絶えず増大す
る。固体材料のための強度特性は、或る平均溶融速度に
おいて得られる。
第３図は、強度と平均流れ速度との間の相関関係の一例
を示している。従って、溶融材料の流れ速度は、ポリプ
ロピレンの摩擦溶接においては、制限されねばならない
、５屓／秒よりも実質的に低い溶融物の平均流れ速度に
おいて良好な機械的特性の得られることが、試験により
示されている。
本発明のその他の利点は、特に以下の詳細な説明を、図
面と共に読むことによって明らかとなろう。
〈実施例〉 第１〜３図については１以上において説明した通りであ
る。
第４図は図示しない可動のクランプ装置に［着した変位
トランスジューサー１０を示し、このクランプ装置には
、−緒に溶接しようとする被加工物の１つが受入れられ
る。このクランプ装置は。
油圧シリンダーによって固定クランプの方向に移動する
。そのため第１図の２方向の変位距煎ｓが結果する。図
示しないシリンダーは所定の圧力を及ぼし、即ち成形装
置は、或る力制御の下に作動する。変位トランスジュー
サー１０によって供給される厚み信号は、増幅器１１に
おいて増幅された後、微分回路１２に供給される。従っ
て微分回路１２の出力信号は、距離Ｓの時間微分として
の接合速度を表わしている。比較回路１４は、微分回路
１２に接続してあり、微分回路１２によって供給される
厚み信号は、或る短かい距離、例えば０．１５の距離に
おいて、互に比較される。複数の同一の値が続いている
場合（これは、接合速度が一定なことを示す）には、比
較回路１４は。
「振動終了」に出力信号を送出し、それによってスイッ
チ１５を介して溶接装置の振動運動がオフとなる。これ
は、前述したように、接合されるべき被溶接物の全ての
接触域において、第２図に示した溶融工程の位相３に安
全に到達したことを意味している。
第５図には、変位トランスジューサー１ｏと増幅器１１
と微分回路１２とが再び示されている。
微分回路１２の出力は、接合速度の同一の値を定めるこ
とによって、いつ工程が位相３に到達したかを指示する
ために用いられる。第５図の実施例は、回りに振動をタ
ーンオフするようにはなってなく、その代りに微分回路
の出力信号は、或る遅延時間の後に振動をターンオフす
るために１時間遅延回路１６に供給される。
この時間の間に、微分回路１２の出力信号は、この出力
信号を平均流速の所望値と比較するために、制御部１８
に供給される。制御部１８の出力は、溶接装置の可動の
クランプ装置を作動させるための油圧シリンダーと圧力
源又はリザーバーとの間の加圧流体の流れを制御するた
めに、比例ソレノイド１９に供給される。比例ソレノイ
ド１９は、油圧シリンダーによって及ぼされる力、従っ
て接合速度が設定された目標値に到達するがこれを超過
することはないように、制御部１８によって制御される
。
溶接操作の間に接合力を変更し、特にこの方を段階的に
制御することは１時に有利となりうる。
−例として、この接合力は、最初は、溶接の位相１の間
は、比較的高く、次に位相３において減少する。これに
よって溶接操作を加速できる。接合速度を変えるために
振動の振幅を制御することも有利となりうる。振幅は同
様に１位相１の間は増大し、次に、位相３において減少
する。ところで、溶融材料の固化時の被加工物保持圧力
の高さは、溶接の品質に影響する。従って、保持圧力は
、最良可能な強度が得られるように選定すべきである。
好ましくは、この保持圧力は、位相３において到達した
接合圧力に関して変更すべきではない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、直線振動溶接の原理説明図、第２図は、時間
の関数としての接合変位を示す線図、第３図は、溶接強
度と平均流速との関係を示す線図、第４図は、変位に応
答して制御されるターンオフ回路の好ましい実施例を示
すブロック図、第５図は、接合速度を制御するための実
施例を示すブロック図である。 １０・・変位トランスジューサー　１２・・微分回路、
１４・・比較回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）接触域において材料が溶融するまで接合部材を相対
    的な振動に付す工程と、 該接合部材を接合力の適用によって相互に近付くように
    変位させる工程と、 冷却の間に一体的な接合が得られるように振動を停止さ
    せる工程と を含む、摩擦溶接の機械的パラメーターを制御する方法
    において、 振動の間の過程の特徴を示す時間依存パラメーターを測
    定する工程と、 溶融域においての材料の溶融流れが連続していて変位が
    時間と共にほぼ直線的に増大する工程位相に入った後に
    振動を停止させる工程と、を含むことを特徴とする制御
    方法。 ２）前記工程位相を定めるために変位距離及び／又は接
    合速度を定めることを特徴とする請求項１記載の制御方
    法。 ３）変位の間に該接合速度を終了させ、一定の接合速度
    が定められた時に前記振動を停止させることを特徴とす
    る請求項２記載の制御方法。 ４）変位距離を測定し、この距離を微分することによっ
    て接合速度を計算することを特徴とする請求項３記載の
    制御方法。 ５）接合変位を測定することによって得た接合速度を或
    る一定の値と比較して一定の接合速度を定めることを特
    徴とする請求項４記載の制御方法。 ６）一定の接合速度に到達した後に振動をターンオフす
    ることを特徴とする請求項３記載の制御方法。 ７）溶融した材料の所定の流れ速度を超過しないように
    時間遅延の間変位距離を制御することを特徴とする請求
    項６記載の制御方法。 ８）該接合部材を相互に向って付勢する力によって該変
    位距離を制御することを特徴とする請求項７記載の制御
    方法。 ９）溶接工程の間接合力を段階的に制御することを特徴
    とする請求項８記載の制御方法。 １０）溶接工程の間振動の振幅を制御することを特徴と
    する請求項１記載の制御方法。 １１）溶接シームの最高可能な強度が得られるように溶
    融材料の固化の間の保持圧力を制御することを特徴とす
    る請求項１記載の制御方法。 １２）変位距離を測定するための変位トランスジューサ
    ーと、微分回路と、該微分回路に接続された比較回路と
    を含み、該微分回路から供給された信号を或る一定の値
    と該比較回路において比較するようにした、請求項１記
    載の制御方法を実施する制御装置。 １３）該比較回路に制御部を接続し、該制御部は、或る
    一定の接合速度に到達した後に或る所望の値と組合せて
    接合速度を制御し、振動工程は、遅延回路を介して終了
    させることを特徴とする請求項１２記載の制御装置。 １４）該制御部の出力を接合駆動手段のための作動部材
    に供給することを特徴とする請求項１３記載の制御装置
    。
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