JPH10263852A - 金属製接合部材の摩擦撹拌接合法 - Google Patents
金属製接合部材の摩擦撹拌接合法Info
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- JPH10263852A JPH10263852A JP9071945A JP7194597A JPH10263852A JP H10263852 A JPH10263852 A JP H10263852A JP 9071945 A JP9071945 A JP 9071945A JP 7194597 A JP7194597 A JP 7194597A JP H10263852 A JPH10263852 A JP H10263852A
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- B23K20/122—Non-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 using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
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Abstract
合欠陥を生じることなく信頼性の高い接合状態を得るこ
とのできる金属製接合部材の摩擦撹拌接合法の提供。 【解決手段】 径大の円柱状回転子30の端面31回転
軸線上に径小ピン状のプローブ32が突出して設けられ
た接合装置3を用い、突き合わされた2枚の金属製接合
部材1、2の前記突き合わせ部またはその近傍に、回転
する前記プローブを32挿入し、プローブ32との接触
部を摩擦熱にて軟化させ撹拌することにより、両接合部
材1、2を突き合わせ接合するに際し、前記両接合部材
1、2の突き合わせ側の端部に厚肉部10、20が設け
られており、回転子30を前記厚肉部10、20に圧接
し摩擦熱にて厚肉部10、20を軟化することにより、
軟化した厚肉部10、20の素材を突き合わせ部の隙間
4に充填して接合することを特徴とする金属製接合部材
の摩擦撹拌接合法。
Description
の金属やその合金からなる接合部材を突き合わせ接合す
るのに用いられる金属製接合部材の摩擦撹拌接合法に関
する。
として、次のような方法が提案されている。即ち、図3
に示すように、径大の円柱状回転子(130)の端面軸
線上に、接合部材(101)(102)よりも硬質の径
小のピン状プローブ(132)が突出して一体に設けら
れた接合装置(103)を用い、前記回転子(130)
を回転させつつ、突き合わせた2枚の接合部材(10
1)(102)の突き合わせ部(103)に前記プロー
ブ(132)を挿入する。挿入は、一般には、回転子
(130)のプローブが設けられている端面(131)
が接合部材(101)(102)に当接するまで行う。
そして、プローブ挿入状態のまま突き合わせ部(10
3)に沿ってプローブ(132)を接合部材(101)
(102)に対して相対的に移動させる。プローブ(1
32)の回転により発生する摩擦熱により、プローブ
(132)との接触部分近傍において接合部材(10
1)(102)の素材は軟化しかつプローブにより撹拌
されるとともに、プローブ(132)の移動に伴って、
軟化撹拌された素材がプローブ(132)の進行圧力を
受けてプローブの通過溝を埋めるようにプローブ(13
2)の進行方向後方へと回り込む態様で塑性流動したの
ち摩擦熱を急速に失って冷却固化される。この現象がプ
ローブ(132)の移動に伴って順次繰り返されてい
き、最終的に接合部材(101)(102)が突き合わ
せ部(103)において接合されるものである。
接合であるため、接合部材である金属材の種類に制限を
受けないとか、接合時の熱歪みによる変形が少ない等の
利点がある。
部材を幅方向に突き合わせる場合など、接合部材の歪み
などによって突き合わせ部の所々に隙間が発生する場合
があるが、前記摩擦撹拌接合法では、TIG溶接等の溶
融溶接のように外部から溶加材等が供給されないため、
隙間が存在する部分では接合に供される素材が欠乏する
場合があり、この場合には前記隙間を充填することがで
きず、接合欠陥が発生して信頼性の高い接合状態を得る
ことが困難であった。
のであり、接合部材の突き合わせ部に隙間があっても接
合欠陥を発生させることなく信頼性の高い接合状態を得
ることのできる金属製接合部材の摩擦撹拌接合法の提供
を課題とする。
に、この発明にかかる金属製接合部材の摩擦撹拌接合法
は、径大の円柱状回転子の端面回転軸線上に径小ピン状
のプローブが突出して設けられた接合装置を用い、突き
合わされた2枚の金属製接合部材の前記突き合わせ部ま
たはその近傍に、回転する前記プローブを挿入し、プロ
ーブとの接触部を摩擦熱にて軟化させ撹拌することによ
り、両接合部材を突き合わせ接合するに際し、前記両接
合部材の突き合わせ側の端部に厚肉部が設けられてお
り、回転子を前記厚肉部に圧接し摩擦熱にて厚肉部を軟
化することにより、軟化した厚肉部の素材を突き合わせ
部の隙間に充填して接合することを特徴とするものであ
る。
の強力な摺擦による摩擦熱によって軟化された厚肉部の
素材がプローブの回転に巻き込まれるため、当該素材が
プローブとの摩擦熱により軟化した素材とともに撹拌さ
れて接合に供される。したがって、突き合わせ部に隙間
が存在しても、接合に供される素材が欠乏することがな
く、隙間をほぼ完全に充填した状態で接合部材を接合す
ることができ、接合欠陥のない信頼性の高い接合状態を
得ることができる。
合部材の摩擦撹拌接合法の実施形態について図面を参照
しつつ説明する。
り、同図中(a)は接合部材(1)(2)が突き合わさ
れた状態において、隙間が発生している部分の断面を示
したものである。同図において(3)は摩擦撹拌接合用
の接合装置である。
製の板状押出材であり、幅方向に突き合わされ長さ方向
全体にわたって接合されるものとなされている。また、
突き合わせ側の端部には、片面側に突出する態様で厚肉
となされた断面矩形の厚肉部(10)(20)が一体に
設けられている。
(30)の端面(31)軸線上に径小のピン状プローブ
(32)が突出して一体に設けられ、回転子(30)を
回転させることによりプローブ(32)も回転させうる
ものとなされている。なお、プローブ(32)及び回転
子(30)は、接合部材(1)(2)よりも硬質でかつ
接合時に発生する摩擦熱に耐えうる耐熱材料によって形
成されている。
して接合部材(1)(2)を接合する。
(1)(2)の厚肉部(10)(20)を突き合わせた
状態で固定する。この状態で突き合わせ部には隙間
(4)が所々に不可避的に存在する。
装置(3)の回転子(30)を回転させつつ、厚肉部
(10)(20)の突出した側から突き合わせ面にプロ
ーブ(32)を挿入していく。そして、回転子(30)
の端面(31)が厚肉部(10)(20)の表面に当接
した状態からさらに回転子(30)を押し付け、プロー
ブ(32)とともに回転子(30)を厚肉部(10)
(20)の内部に挿入する。この状態で、回転子(3
0)と強力に摺擦される厚肉部(10)(20)は、摩
擦熱にて可塑軟化されプローブ(32)の回転に巻き込
まれる。前記回転子(30)の挿入は、その端面(3
1)が接合部材(1)(2)の本体部(11)(21)
の上面に一致するまで行うのが良い。
て回転子(30)及びプローブ(32)を接合部材
(1)(2)の長さ方向に相対的に移動させる。
(10)(20)の摺擦により発生する摩擦熱によっ
て、プローブ(32)との接触部分近傍における厚肉部
(10)(20)の素材が軟化し、かつ、撹拌されるの
に加えて、回転子(30)と厚肉部(10)(20)と
の摺擦により発生する摩擦熱によって軟化した厚肉部
(10)(20)の素材が、プローブ(32)の回転に
巻き込まれる。そして、プローブ(32)の移動に伴っ
て、前記プローブ(32)によって軟化した素材に加え
て回転子(30)によって軟化した素材がともに撹拌さ
れ、プローブ(32)の進行圧力を受けてプローブ(3
2)の通過溝及び接合部材(1)(2)間の隙間(4)
を埋めるようにプローブ(32)の進行方向後方へと回
り込む態様で塑性流動したのち摩擦熱を急速に失って冷
却固化される。この現象がプローブ(32)の移動に伴
って順次繰り返されていき、最終的に、図1(c)に示
すように、接合部材(1)(2)の突き合わせ部が長さ
方向全体にわたって摩擦攪拌接合される。
に隙間が存在する場合でも、回転子(30)によって軟
化した厚肉部(10)(20)の素材が接合部分に供給
されるため、軟化した素材が欠乏することなく前記隙間
を埋めることができ、接合欠陥のない信頼性の高い接合
状態とすることができる。
形例を説明する。
は、突き合わせ方向に向かって厚さが増加するように傾
斜した断面形状となされている。図2(b)に示す厚肉
部(10)(20)は、突き合わせ方向に突出し、互い
に噛み合うようになされた断面L字形状の突出部(1
2)(22)を有している。また、厚肉部(10)(2
0)の幅は、突き合わされた状態で回転子(30)の外
径よりも小さく設定されている。以上のように、厚肉部
(10)(20)の形状は任意に設定することができ
る。特に、厚肉部(10)(20)の形状を、図2
(b)に示すように、互いに嵌合しうる形状とすれば、
接合率が向上するため好ましい。
上記実施形態に限定されるわけではない。例えば、形状
は板形状に限らず任意の形状とすることができ、その材
質は鋼や銅や真鍮等のアルミニウム以外の金属でも構わ
ない。その製造方法も展伸加工の他鋳造やダイキャスト
等でも構わない。
実施形態のように回転子を厚肉部に挿入した状態で移動
させる方法に限定されるわけではなく、例えば、挿入し
た回転子を厚肉部からいったん離脱させた後、接合装置
を移動させ、再び厚肉部に挿入することを繰り返しても
良い。
要領で製造した。
質) 製法 押出加工
いに嵌合可能なL字状突出部を有する形状をそれぞれ製
造する) 本体部 厚さ3mm×幅125mm 他は(実施例1)と同様
肉部側の端面が当接するように幅方向に突き合わせ、実
施例2においては、図2(b)に示すように、厚肉部を
嵌合状態で突き合わせ、比較例3においては、単純に幅
方向に突き合わせて固定し、以下に示す摩擦撹拌接合の
条件で突き合わせ部を長さ方向全体にわたって接合し
た。なお、前記いずれの場合も、突き合わせ状態で幅約
0.5mmの隙間を長さ方向に形成した。
初期段階において、回転子の端面が肉厚部の表面に当接
した状態からさらに1mm挿入し、この状態でプローブ
及び回転子を突き合わせ部に沿って移動させ、厚肉部の
素材を軟化しつつ接合を行った。一方、比較例3におい
ては、回転子の端面は接合部材の表面に当接した状態で
プローブ及び回転子を突き合わせ部に沿って移動させて
接合を行った。
察し、接合率は母材強度に対する継手引張強度の割合に
より求めた。その結果を表1に記す。
かかる実施例1及び2は比較例3よりも接合率が高く、
信頼性の高い接合状態となされている。
わせ接合する摩擦撹拌接合法であって、回転子との摩擦
熱によって軟化された厚肉部の素材を、隙間充填用に用
いる接合方法である。したがって、突き合わせ部に隙間
が存在しても、接合に供される素材が欠乏することなく
隙間を充填して接合することができ、接合欠陥のない信
頼性の高い接合状態とすることができるものである。
あり、(a)は接合装置挿入前の状態、(b)は回転子
が厚肉部に挿入された状態、(c)は接合後の状態をそ
れぞれ示す断面図である。
す断面図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 径大の円柱状回転子の端面回転軸線上に
径小ピン状のプローブが突出して設けられた接合装置を
用い、突き合わされた2枚の金属製接合部材の前記突き
合わせ部またはその近傍に、回転する前記プローブを挿
入し、プローブとの接触部を摩擦熱にて軟化させ撹拌す
ることにより、両接合部材を突き合わせ接合するに際
し、 前記両接合部材の突き合わせ側の端部に厚肉部が設けら
れており、 回転子を前記厚肉部に圧接し摩擦熱にて厚肉部を軟化す
ることにより、軟化した厚肉部の素材を突き合わせ部の
隙間に充填して接合することを特徴とする金属製接合部
材の摩擦撹拌接合法。
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