JPH10291083A - 摩擦溶接方法および装置 - Google Patents

摩擦溶接方法および装置

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JPH10291083A
JPH10291083A JP9923597A JP9923597A JPH10291083A JP H10291083 A JPH10291083 A JP H10291083A JP 9923597 A JP9923597 A JP 9923597A JP 9923597 A JP9923597 A JP 9923597A JP H10291083 A JPH10291083 A JP H10291083A
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JP
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friction welding
joint
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moving
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JP9923597A
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Takeji Arai
武二 新井
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Amada Co Ltd
Amada Engineering Center Co Ltd
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Amada Co Ltd
Amada Engineering Center Co Ltd
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    • 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
    • B23K20/122Non-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
    • B23K20/1245Non-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 characterised by the apparatus

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークの溶接部が長尺の場合であっても摩擦
溶接を行うことのできる摩擦溶接方法および装置を提供
する。 【解決手段】 溶接すべき第1,第2のワークの接合部
に摩擦溶接を行う方法において、第1,第2のワークW
1,W2の接合部Jに移動台9をセットする(a)工程
と、移動台9に移動可能に支持された加工ヘッド27に
備えたプローブ41を回転し前記接合部Jに接触せしめ
てプローブ41と接合部Jとの間の摩擦熱によって前記
接合部Jの1部を軟化する(b)工程と、加工ヘッド2
7を接合部Jに沿って移動して上記接合部Jの適宜範囲
に亘って摩擦溶接を行う(c)工程と、上記適宜範囲の
摩擦溶接後に摩擦溶接を停止し、当該摩擦溶接を行った
隣接位置へ移動台を移動して再セットした後、前記
(b),(c)工程を行うことを適数回繰り返す(d)
工程の各工程よりなる摩擦溶接方法及びその装置であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばアルミニウ
ムおよびその合金や銅およびその合金などの非鉄金属の
比較的大きな板状のワークの摩擦溶接を行う摩擦溶接方
法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】本発明に係る先行例として、例えば特表
平7−505090号公報がある。
【0003】上記先行例は、溶接すべき第1,第2のワ
ークの接合面にプローブを回転しつつ進入せしめてプロ
ーブとワークとの間に摩擦熱を発生せしめ、この摩擦熱
によってワークの接合面を軟化して溶接する構成であ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記先行例は、摩擦溶
接の原理を開示するにすぎないものであって、例えば始
点から終点まで連続して摩擦溶接を行わねばならないも
のであり、溶接部が長尺である場合には問題がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述のごとき
問題に鑑みてなされたもので、請求項1に係る発明は、
溶接すべき第1,第2のワークの接合部に摩擦溶接又は
接合を行う方法において、第1,第2のワークの接合部
に対応して移動台をセットする(a)工程と、移動台に
移動可能に支持された加工ヘッドに備えたプローブを回
転し前記接合部に接触せしめてプローブと接合部との間
の摩擦熱を発生せしめ、この摩擦熱によって前記接合部
の1部を軟化する(b)工程と、加工ヘッドを接合部に
沿って移動して上記接合部の適宜範囲に亘って摩擦溶接
を行う(c)工程と、上記適宜範囲の摩擦溶接後に摩擦
溶接を停止し、当該摩擦溶接を行った隣接位置へ移動台
を移動して再セットした後、前記(b),(c)工程を
適数回繰り返す(d)工程の各工程よりなる摩擦溶接方
法である。
【0006】請求項2に係る発明は、支持台に両端部を
支持されたガイド部材に移動可能に支持された移動台
と、この移動台の移動方向と同方向へ移動可能に支持さ
れ、かつ溶接すべきワークとの間に摩擦熱を生じせしめ
るためのプローブを回転自在に備えた加工ヘッドと、を
備えてなるものである。
【0007】請求項3に係る発明は、支持台に両端部を
支持されたガイド部材に移動可能に支持された移動台
と、この移動台に上下動可能に支持された昇降台と、溶
接すべきワークとの間に摩擦熱を生じせしめるためのプ
ローブを回転自在に備え、かつ前記移動台と同方向へ移
動可能に前記昇降台に支持された加工ヘッドとを備えて
なるものである。
【0008】請求項4に係る発明は、請求項3に記載の
発明において、昇降台は、溶接すべきワークを押圧固定
する押圧固定部を備えているものである。
【0009】
【発明の実施の形態】図1を参照するに、溶接すべき第
1,第2の板状のワークW1,W2の接合部Jの摩擦溶
接を行うための摩擦溶接装置1は次のように構成されて
いる。
【0010】すなわち、摩擦溶接装置1は、前記ワーク
W1,W2の両側方に位置する支持台3(一方のみ図
示)に両端部を支持された水平なガイド部材5,7を備
えており、このガイド部材5,7には移動台9が移動可
能に支持されている。
【0011】上記移動台9は、前記ガイド部材7に備え
たラック杆11に噛合したピニオンギア(図示省略)を
回転自在に備えていると共にこのピニオンギアを正逆回
転するためのサーボモータ(図示省略)を備えている。
したがって、上記サーボモータを適宜に回転制御するこ
とにより、移動台9を、ガイド部材5,7に沿って往復
動することができるものである。
【0012】なお、ガイド部材5,7に沿って移動台9
を移動する構成は前述のごときラック・ピニオンを使用
した構成に限ることなく、ボールねじ機構,リニアモー
タ,エンドレスチェン等を利用した構成など種々の構成
を採用することができる。
【0013】前記移動台9には上下方向のガイド部13
が設けてあり、このガイド部13には昇降台15が上下
動可能に案内支持されている。さらに前記移動台9に
は、前記昇降台15を上下動するための流体圧シリンダ
のごとき上下動用アクチュエータ17を支持した支持ブ
ラケット19が複数のボルト21を介して一体に取付け
てある。
【0014】上記構成により、上下動用アクチュエータ
17を適宜に作動することにより、昇降台15が上下方
向のガイド部13に案内されて上下動されるものであ
る。
【0015】前記昇降台15の下部には、前記上下動用
アクチュエータ17によって下降されたときに前記ワー
クW1,W2をワーク載置部に押圧固定するための押圧
固定部23が水平に設けてあり、この押圧固定部23に
は、前記ワークW1,W2の接合部Jに対応する長孔2
3Hが設けてある。
【0016】さらに、前記昇降台15には、前記移動台
9の移動方向と平行な方向のガイド部25が設けてあ
り、このガイド部25には加工ヘッド27を支持した加
工ヘッド支持ベース29が移動自在に支持されている。
また、上記加工ヘッド支持ベース29をガイド部25に
沿って移動するために、昇降台15に適宜に装着したサ
ーボモータ31によって回転されるボールネジ33が回
転自在に支持されており、このボールネジ33は、加工
ヘッド支持ベース29に取付けたボールナット(図示省
略)と螺合してある。
【0017】したがって、前記サーボモータ31を適宜
に駆動することにより、前記加工ヘッド支持ベース29
はガイド部25に沿って左右方向に移動されることにな
る。なお、加工ヘッド支持ベース29をガイド部25に
沿って移動する構成は、前述のごときボールネジ等に限
ることなく、前後移動台9と同様にその他の種々の構成
を採用するこも可能である。
【0018】前記加工ヘッド27はモータ37によって
回転されるスピンドル39を備えている。このスピンド
ル39は、内装した流体圧シリンダ機構によって上下動
可能に設けられており、このスピンドル39の下端部に
はプローブ41が着脱交換可能に取付けてある。
【0019】上記プローブ41は、例えば工具鋼等より
なるものであって、アルミニウム又はその合金あるいは
銅またはその合金等の材質である前記ワークW1,W2
の接合部Jとの間の相対的な回転によって上記接合部J
に摩擦熱を発生せしめるためのものである。なお、上記
プローブ41は、スピンドル39を下降したときに、前
記長孔23Hを貫通してワークW1,W2の接合部Jに
臨むものである。
【0020】さらに、前記昇降台15には、前記ワーク
W1,W2の接合部Jを検出するための接合部検出装置
43が設けてある。この接合部検出装置43は、例えば
前記ワークW1,W2照射した走査光の反射を検出し、
検出光の強度の相違によって前記接合部Jの位置を検出
するものである。しかし、接合部検出装置43は、ガイ
ド部材5,7に沿って移動台9を移動するときに、移動
台9の移動、すなわちプローブ41の移動線(移動軌
跡)と接合部Jとに、移動方向に対して交差する水平方
向にずれがないか否かを検出し得る構成であれば良いも
のであり、前述のごとき光学的センサに限ることなく、
その他の構成でも良いものである。
【0021】以上のごとき構成において、左右の支持台
3の間に第1,第2のワークW1,W2を配置し、その
接合部Jがプローブ41の左右方向へ移動線と上下方向
の位置が一致するように位置決めする。または、第1,
第2のワークW1,W2の左右両側方に支持台3を位置
せしめて、接合部Jとプローブ41の左右方向へ移動位
置とが上下に一致するように位置決めする。
【0022】その後、移動台9をガイド部材5,7に沿
ってワークW1,W2の接合部Jの左端部に対応した位
置に位置決めすると共に加工ヘッド27をガイド部25
に沿って左端部に位置決めする。そして、上下動用アク
チュエータ17を作動して昇降台15を下降せしめ、昇
降台15の下部に備えた押圧固定部23でもってワーク
W1,W2をワーク載置部に不動状態に押圧固定する。
【0023】その後、モータ37によってスピンドル3
9,プローブ41を回転すると共にピンドル39を下降
せしめ、長孔23Hを通してプローブ41をワークW
1,W2の接合部Jに臨ませ接触させる。そして、上記
接合部Jとプローブ41との相対的な回転により摩擦熱
を発生せしめ、この摩擦熱によって前記接合部Jを軟化
する。
【0024】上述のごとく接合部Jの1部を軟化した
後、プローブ41の下端部を接合部Jの軟化した部分に
没入し、サーボモータ31を駆動してガイド部25に沿
って右方向へ移動すると、摩擦熱による軟化部が接合部
Jに沿って次第に右方向へ移動すると共に、接合部Jの
軟化した金属はプローブ41の回転によってプローブ4
1の進行方向の後側へ流動され、固化してワークW1,
W2の溶接が行われる。
【0025】加工ヘッド27がガイド部25の右端部に
近接し、プローブ41が長孔23Hの右端部に近接する
と、接合部Jの軟化部からプローブ41が引き抜かれる
と共に回転が停止される。そして、前記上下動用アクチ
ュエータ17によって昇降台15が上昇され、押圧固定
部23によるワークW1,W2の押圧固定が解除され
る。
【0026】その後、サーボモータ31の駆動によって
加工ヘッド27がガイド部25の左端部の初期の位置に
復帰されると共に、移動台9がガイド部材5,7に沿っ
て右方向に移動される。この移動台9の右方向への移動
は、前述の溶接終了端に連続して再び摩擦溶接を行うこ
とのできる範囲の移動である。この移動台9の右方向へ
の移動時には、接合部検出装置43がワークW1,W2
の接合部Jの位置を検出し、位置ずれが生じたか否かを
検出するので、常に接合部Jに沿っての溶接を行うこと
ができるものである。
【0027】上述のごとく先に溶接した部分の隣接した
位置へ移動台9を移動し位置決めした後、上下動用アク
チュエータ17を作動して昇降台15を下降せしめ、押
圧固定部23でもってワークW1,W2を再び押圧固定
して前述したごとき動作を繰り返すことにより、前述の
溶接部に連続して接合部Jの摩擦溶接を行うことができ
る。
【0028】以上のごとき説明より明らかなように、ワ
ークW1,W2の接合部Jの短い範囲の摩擦溶接を連続
的に繰り返すことによって接合部Jの全長に亘って摩擦
溶接を行うので休みながら摩擦溶接を行うこととなり、
熱歪みを抑制でき、接合部Jが長尺の場合であっても摩
擦溶接を行うことができるものである。
【0029】ところで、本発明は、前記例に限ることな
く適宜の変更を行うことにより、その他の態様でも実施
し得るものである。すなわち、前記例においては昇降台
15に加工ヘッド27を左右方向へ移動可能に装着した
が、移動台9に加工ヘッド27を左右方向へ移動可能に
装着し、昇降台15と加工ヘッド27とを別個に設ける
構成とすることができる。
【0030】また、ワークW1,W2の接合部Jに対応
して移動台9等をセットした後に、ガイド部材5,7に
沿って移動台を移動し、接合部検出装置43によって前
記接合部Jを全長に亘って予め検出することも可能なも
のである。
【0031】
【発明の効果】以上のごとき説明より理解されるよう
に、請求項1に係る発明は、溶接すべき第1,第2のワ
ークの接合部に摩擦溶接又は接合を行う方法において、
第1,第2のワークの接合部に対応して移動台をセット
する(a)工程と、移動台に移動可能に支持された加工
ヘッドに備えたプローブを回転し前記接合部に接触せし
めてプローブと接合部との間の摩擦熱を発生せしめ、こ
の摩擦熱によって前記接合部の1部を軟化する(b)工
程と、加工ヘッドを接合部に沿って移動して上記接合部
の適宜範囲に亘って摩擦溶接を行う(c)工程と、上記
適宜範囲の摩擦溶接後に摩擦溶接を停止し、当該摩擦溶
接を行った隣接位置へ移動台を移動して再セットした
後、前記(b),(c)工程を適数回繰り返す(d)工
程の各工程よりなる摩擦溶接方法であるから、第1,第
2のワークの接合部を休みながら摩擦溶接することとな
り、接合部が長尺の場合であっても熱歪みを抑制して摩
擦溶接を行うことができるものである。
【0032】すなわち、長尺の接合部を全長に亘って一
度に摩擦溶接する場合に比較して熱歪を少なくでき、よ
り精度が向上するものである。
【0033】請求項2に係る発明は、支持台に両端部を
支持されたガイド部材に移動可能に支持された移動台
と、この移動台の移動方向と同方向へ移動可能に支持さ
れ、かつ溶接すべきワークとの間に摩擦熱を生じせしめ
るためのプローブを回転自在に備えた加工ヘッドと、を
備えてなるものであるから、ガイド部材に沿って移動台
を間欠的に移動位置決めして長尺の接合部を摩擦溶接す
ることができるものである。
【0034】請求項3に係る発明は、支持台に両端部を
支持されたガイド部材に移動可能に支持された移動台
と、この移動台に上下動可能に支持された昇降台と、溶
接すべきワークとの間に摩擦熱を生じせしめるためのプ
ローブを回転自在に備え、かつ前記移動台と同方向へ移
動可能に前記昇降台に支持された加工ヘッドとを備えて
なるものであるから、ガイド部材に沿って移動台を間欠
的に移動位置決めして摩擦溶接を行うことができるもの
である。
【0035】請求項4に係る発明は、請求項3に記載の
発明において、昇降台は、溶接すべきワークを押圧固定
する押圧固定部を備えているものであるから、摩擦溶接
時のワークの移動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る摩擦溶接装置に係る構成を概念的
に示した部分斜視図である。
【符号の説明】
1 摩擦溶接装置 3 支持台 5,7 ガイド部材 9 移動台 15 昇降台 17 上下動用アクチュエータ 23 押圧固定部 27 加工ヘッド 39 スピンドル 41 プローブ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶接すべき第1,第2のワークの接合部
    に摩擦溶接又は接合を行う方法において、(a)第1,
    第2のワークの接合部に対応して移動台をセットする工
    程、(b)移動台に移動可能に支持された加工ヘッドに
    備えたプローブを回転し前記接合部に接触せしめてプロ
    ーブと接合部との間の摩擦熱を発生せしめ、この摩擦熱
    によって前記接合部の1部を軟化する工程、(c)加工
    ヘッドを接合部に沿って移動して上記接合部の適宜範囲
    に亘って摩擦溶接を行う工程、(d)上記適宜範囲の摩
    擦溶接後に摩擦溶接を停止し、当該摩擦溶接を行った隣
    接位置へ移動台を移動して再セットした後、前記
    (b),(c)工程を適数回繰り返す工程、 の各工程よりなることを特徴とする摩擦溶接方法。
  2. 【請求項2】 支持台に両端部を支持されたガイド部材
    に移動可能に支持された移動台と、この移動台の移動方
    向と同方向へ移動可能に支持され、かつ溶接すべきワー
    クとの間に摩擦熱を生じせしめるためのプローブを回転
    自在に備えた加工ヘッドと、を備えてなることを特徴と
    する摩擦溶接装置。
  3. 【請求項3】 支持台に両端部を支持されたガイド部材
    に移動可能に支持された移動台と、この移動台に上下動
    可能に支持された昇降台と、溶接すべきワークとの間に
    摩擦熱を生じせしめるためのプローブを回転自在に備
    え、かつ前記移動台と同方向へ移動可能に前記昇降台に
    支持された加工ヘッドとを備えてなることを特徴とする
    摩擦溶接装置。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の発明において、昇降台
    は、溶接すべきワークを押圧固定する押圧固定部を備え
    ていることを特徴とする摩擦溶接装置。
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Cited By (5)

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