JPH1110367A - 摩擦撹拌接合方法 - Google Patents
摩擦撹拌接合方法Info
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- JPH1110367A JPH1110367A JP17063297A JP17063297A JPH1110367A JP H1110367 A JPH1110367 A JP H1110367A JP 17063297 A JP17063297 A JP 17063297A JP 17063297 A JP17063297 A JP 17063297A JP H1110367 A JPH1110367 A JP H1110367A
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- Japan
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- cooling
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- cooling medium
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—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
- 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
- B23K20/123—Controlling or monitoring the welding process
- B23K20/1235—Controlling or monitoring the welding process with temperature control during joining
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転子１の初期プロフィールを長く維持して
その寿命を延ばすことができ、しかも、熱影響による品
質面での問題のない高品質の接合部１２を形成すること
ができる摩擦撹拌接合方法の提供。 【解決手段】 回転子１を冷却媒体１０にて冷却しなが
らワーク６，７同士を摩擦撹拌接合していく。
その寿命を延ばすことができ、しかも、熱影響による品
質面での問題のない高品質の接合部１２を形成すること
ができる摩擦撹拌接合方法の提供。 【解決手段】 回転子１を冷却媒体１０にて冷却しなが
らワーク６，７同士を摩擦撹拌接合していく。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム等の
金属製構造材等の接合に用いられる摩擦撹拌接合方法に
関する。
金属製構造材等の接合に用いられる摩擦撹拌接合方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム等の金属製構造材の接合方
法として、摩擦撹拌接合法と称される接合法がある。
法として、摩擦撹拌接合法と称される接合法がある。
【０００３】この摩擦撹拌接合法は、構造材同士を固相
接合させるもので、図２に示されるような回転子（１）
を用いる。この回転子（１）は、円柱状回転子本体
（２）の先端軸芯部に、この円柱状回転子本体（２）よ
りも径小なピン状プローブ（３）を同軸一体に突設させ
たもので、硬質で耐熱性に優れた、鋼などの材料にて製
作されている。また、プローブ（３）の周面には、素地
を効果的に摩擦撹拌できるように、所定の凹凸が形成さ
れている。
接合させるもので、図２に示されるような回転子（１）
を用いる。この回転子（１）は、円柱状回転子本体
（２）の先端軸芯部に、この円柱状回転子本体（２）よ
りも径小なピン状プローブ（３）を同軸一体に突設させ
たもので、硬質で耐熱性に優れた、鋼などの材料にて製
作されている。また、プローブ（３）の周面には、素地
を効果的に摩擦撹拌できるように、所定の凹凸が形成さ
れている。
【０００４】接合は、図３に示されるように、この回転
子（１）を自軸回りで回転させながら、そのピン状プロ
ーブ（３）の先端を、ワーク（６）（７）の突き合わせ
境界部（８）ないしはその近傍部に押付け状態に当接さ
せ、その摩擦熱で当接部分を軟化可塑化させる。そし
て、回転子（１）を更にワーク（６）（７）に押し付け
て、ピン状プローブ（３）をワーク（６）（７）の肉厚
方向に挿入させていき、円柱状回転子本体（２）の先端
の平坦な環状肩面（４）をワーク（６）（７）に押付け
状態に当接させる。しかる後、その状態を維持しなが
ら、回転子（１）をワーク（６）（７）の突き合わせ境
界部（８）に沿って移動させていく。回転子（１）の通
過する突き合わせ境界部では、周辺の材料が、回転子
（１）の回転による摩擦熱で軟化撹拌され、かつ、円柱
状回転子本体（２）の肩面（４）にて飛散を規制されな
がらピン状プローブ（３）の通過溝を埋めるように塑性
流動したのち、熱を急速に失って冷却固化される。こう
して、突き合わせ部（８）における材料の軟化、密着変
形、撹拌、冷却固化が回転子（１）の移動に伴って順次
繰り返されていき、突き合わせ部（８）においてワーク
（６）（７）同士が互いに一体化され、順次接合されて
いく。なお、摩擦撹拌接合法による重ね合わせ接合の場
合も、同様に行われる。
子（１）を自軸回りで回転させながら、そのピン状プロ
ーブ（３）の先端を、ワーク（６）（７）の突き合わせ
境界部（８）ないしはその近傍部に押付け状態に当接さ
せ、その摩擦熱で当接部分を軟化可塑化させる。そし
て、回転子（１）を更にワーク（６）（７）に押し付け
て、ピン状プローブ（３）をワーク（６）（７）の肉厚
方向に挿入させていき、円柱状回転子本体（２）の先端
の平坦な環状肩面（４）をワーク（６）（７）に押付け
状態に当接させる。しかる後、その状態を維持しなが
ら、回転子（１）をワーク（６）（７）の突き合わせ境
界部（８）に沿って移動させていく。回転子（１）の通
過する突き合わせ境界部では、周辺の材料が、回転子
（１）の回転による摩擦熱で軟化撹拌され、かつ、円柱
状回転子本体（２）の肩面（４）にて飛散を規制されな
がらピン状プローブ（３）の通過溝を埋めるように塑性
流動したのち、熱を急速に失って冷却固化される。こう
して、突き合わせ部（８）における材料の軟化、密着変
形、撹拌、冷却固化が回転子（１）の移動に伴って順次
繰り返されていき、突き合わせ部（８）においてワーク
（６）（７）同士が互いに一体化され、順次接合されて
いく。なお、摩擦撹拌接合法による重ね合わせ接合の場
合も、同様に行われる。
【０００５】この摩擦撹拌接合法は、材料を溶融させる
ことなく軟化状態でワーク（６）（７）同士を直接接合
させるものであり、溶接の場合のような熱影響等による
品質面での問題が発生せず、高品質で強固な接合部（１
２）を形成でき、しかも、上記のような回転子（１）を
用いることにより、凹凸のないスッキリとしたきれいな
外観の接合部（１２）を形成することができる。
ことなく軟化状態でワーク（６）（７）同士を直接接合
させるものであり、溶接の場合のような熱影響等による
品質面での問題が発生せず、高品質で強固な接合部（１
２）を形成でき、しかも、上記のような回転子（１）を
用いることにより、凹凸のないスッキリとしたきれいな
外観の接合部（１２）を形成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、摩擦撹拌接合
法では、回転子（１）のプロフィールがワーク（６）
（７）の接合の良否を大きく左右するところ、回転子
（１）は、上記のように材料との激しい摩擦、高温環境
下にさらされて摩耗していくことから、初期プロフィー
ルを長期にわたって維持するのは困難であった。これに
対しては、回転子（１）に表面処理を施すなどの処置法
も考えられるが、それでは回転子（１）の製作コストが
高くなる。
法では、回転子（１）のプロフィールがワーク（６）
（７）の接合の良否を大きく左右するところ、回転子
（１）は、上記のように材料との激しい摩擦、高温環境
下にさらされて摩耗していくことから、初期プロフィー
ルを長期にわたって維持するのは困難であった。これに
対しては、回転子（１）に表面処理を施すなどの処置法
も考えられるが、それでは回転子（１）の製作コストが
高くなる。
【０００７】また、摩擦撹拌接合法は、材料を溶融させ
ることなく軟化状態で固相接合させるものであるとこ
ろ、回転子（１）のごく近傍部においては材料が摩擦熱
によって一部溶融してしまうことがあり、溶接の場合と
同様の熱影響による品質面での問題も危惧されないでは
なかった。
ることなく軟化状態で固相接合させるものであるとこ
ろ、回転子（１）のごく近傍部においては材料が摩擦熱
によって一部溶融してしまうことがあり、溶接の場合と
同様の熱影響による品質面での問題も危惧されないでは
なかった。
【０００８】本発明は、上記のような技術背景のもと、
回転子の初期プロフィールを長く維持してその寿命を延
ばすことができ、しかも、熱影響による品質面での問題
のない高品質の接合部を形成することができる摩擦撹拌
接合方法を提供することを課題とする。
回転子の初期プロフィールを長く維持してその寿命を延
ばすことができ、しかも、熱影響による品質面での問題
のない高品質の接合部を形成することができる摩擦撹拌
接合方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題は、回転子を冷
却媒体にて冷却しながらワーク同士を摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする摩擦撹拌接合方法によって解決され
る。
却媒体にて冷却しながらワーク同士を摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする摩擦撹拌接合方法によって解決され
る。
【００１０】即ち、接合中、回転子は、冷却媒体による
冷却を受けることによって、材料との摩擦による昇温を
抑制されて、その摩耗の進行が抑制される。これによ
り、回転子は、その初期プロフィールを長く維持し、寿
命を延ばすことができる。
冷却を受けることによって、材料との摩擦による昇温を
抑制されて、その摩耗の進行が抑制される。これによ
り、回転子は、その初期プロフィールを長く維持し、寿
命を延ばすことができる。
【００１１】しかも、回転子は、冷却によって摩擦熱に
よる昇温を抑制されることから、接合中、回転子のごく
近傍部において材料が摩擦熱によって一部溶融してしま
うというようなことも抑制ないしは防止され、熱影響に
よる品質面での問題のない高品質な接合部を形成するこ
とができる。
よる昇温を抑制されることから、接合中、回転子のごく
近傍部において材料が摩擦熱によって一部溶融してしま
うというようなことも抑制ないしは防止され、熱影響に
よる品質面での問題のない高品質な接合部を形成するこ
とができる。
【００１２】回転子としては、円柱状回転子本体の先端
軸芯部に、該円柱状回転子本体よりも径小なピン状プロ
ーブを同軸一体に突設させたものを好適に用いることが
できる。
軸芯部に、該円柱状回転子本体よりも径小なピン状プロ
ーブを同軸一体に突設させたものを好適に用いることが
できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００１４】図１（イ）に示される第１実施形態は、回
転子（１）を外部から冷却するもので、回転子（１）の
側方にノズル（９）を配備させ、回転子（１）を回転、
移動させながら接合を行っていく間、このノズル（９）
から冷却媒体（１０）を噴出させ、回転子（１）に吹き
付けるようにしたものである。冷却媒体（１０）として
は、例えば、エアーや液体窒素などを好適に用いること
ができる。この冷却により、接合中、回転子（１）、特
にピン状プローブ（３）は、ワーク（６）（７）との摩
擦による摩耗の進行を効果的に抑制され、初期プロフィ
ールを長く維持して、ワーク（６）（７）を接合安定長
さ長く接合していくことができる。また、この冷却によ
り、ピン状プローブ（３）のごく近傍部においてワーク
（６）（７）が摩擦熱によって一部溶融してしまうとい
うようなことも抑制ないし防止され、熱影響による品質
面での問題のない高品質な接合部（１２）が形成されて
いく。
転子（１）を外部から冷却するもので、回転子（１）の
側方にノズル（９）を配備させ、回転子（１）を回転、
移動させながら接合を行っていく間、このノズル（９）
から冷却媒体（１０）を噴出させ、回転子（１）に吹き
付けるようにしたものである。冷却媒体（１０）として
は、例えば、エアーや液体窒素などを好適に用いること
ができる。この冷却により、接合中、回転子（１）、特
にピン状プローブ（３）は、ワーク（６）（７）との摩
擦による摩耗の進行を効果的に抑制され、初期プロフィ
ールを長く維持して、ワーク（６）（７）を接合安定長
さ長く接合していくことができる。また、この冷却によ
り、ピン状プローブ（３）のごく近傍部においてワーク
（６）（７）が摩擦熱によって一部溶融してしまうとい
うようなことも抑制ないし防止され、熱影響による品質
面での問題のない高品質な接合部（１２）が形成されて
いく。
【００１５】図１（ロ）に示される第２実施形態は、回
転子（１）をその内部から冷却するもので、回転子
（１）の円柱状回転子本体（２）の内部に冷却媒体の通
路（１１）が設けられている。通路（１１）の先端は、
円柱状回転子本体（２）の先端部周側面において開口さ
れ、冷却媒体（１０）は、円柱状回転子本体（２）内を
通過して回転子（１）を冷却したのち、側方へと放出さ
れる。本実施形態方法においても、上記実施形態と同様
の作用効果が奏される。
転子（１）をその内部から冷却するもので、回転子
（１）の円柱状回転子本体（２）の内部に冷却媒体の通
路（１１）が設けられている。通路（１１）の先端は、
円柱状回転子本体（２）の先端部周側面において開口さ
れ、冷却媒体（１０）は、円柱状回転子本体（２）内を
通過して回転子（１）を冷却したのち、側方へと放出さ
れる。本実施形態方法においても、上記実施形態と同様
の作用効果が奏される。
【００１６】因みに、エアーにて冷却を行った場合と、
冷却を行わなかった場合とについて摩擦撹拌接合を実施
した。冷却を行わなかった場合は、接合中の回転子
（１）の温度が約４００℃となり、接合安定長さは７ｍ
であった。これに対し、冷却を行った場合は、接合中の
回転子（１）の温度は約３００℃で、接合安定長さは１
０ｍであった。なお、接合安定長さとは、一定の表面状
態が得られる長さをいう。以上の試験から、接合中、回
転子（１）を冷却することにより、接合安定長さを長く
でき、回転子（１）の寿命を延ばし得ることを確認し得
た。
冷却を行わなかった場合とについて摩擦撹拌接合を実施
した。冷却を行わなかった場合は、接合中の回転子
（１）の温度が約４００℃となり、接合安定長さは７ｍ
であった。これに対し、冷却を行った場合は、接合中の
回転子（１）の温度は約３００℃で、接合安定長さは１
０ｍであった。なお、接合安定長さとは、一定の表面状
態が得られる長さをいう。以上の試験から、接合中、回
転子（１）を冷却することにより、接合安定長さを長く
でき、回転子（１）の寿命を延ばし得ることを確認し得
た。
【００１７】以上に、本発明の実施形態を示したが、本
発明は、これら実施形態に限定されるものではなく、各
種の変更が可能である。例えば、回転子（１）の構造
は、ワーク（６）（７）同士を摩擦撹拌にて固相接合さ
せるものであればよく、各種構造のものが用いられてよ
い。また、接合中、ワーク（６）（７）と回転子（１）
とは互いに相対移動されればよく、従って、固定された
ワーク（６）（７）に対して回転子（１）を移動させて
いく形式の他、固定された回転子（１）に対してワーク
（６）（７）を移動させていく形式、あるいは回転子
（１）もワーク（６）（７）もともに移動させる形式な
どであってもよい。また、ワーク（６）（７）も、アル
ミニウム材のほか、各種金属材、その他の材料によるも
のであってもよい。
発明は、これら実施形態に限定されるものではなく、各
種の変更が可能である。例えば、回転子（１）の構造
は、ワーク（６）（７）同士を摩擦撹拌にて固相接合さ
せるものであればよく、各種構造のものが用いられてよ
い。また、接合中、ワーク（６）（７）と回転子（１）
とは互いに相対移動されればよく、従って、固定された
ワーク（６）（７）に対して回転子（１）を移動させて
いく形式の他、固定された回転子（１）に対してワーク
（６）（７）を移動させていく形式、あるいは回転子
（１）もワーク（６）（７）もともに移動させる形式な
どであってもよい。また、ワーク（６）（７）も、アル
ミニウム材のほか、各種金属材、その他の材料によるも
のであってもよい。
【００１８】
【発明の効果】上述の次第で、本発明の摩擦撹拌接合方
法は、回転子を冷却媒体にて冷却しながらワーク同士を
摩擦撹拌接合するものであるから、接合中、回転子は、
材料との摩擦による摩耗の進行を効果的に抑制され、そ
の初期プロフィールを長く維持し、寿命を延ばすことが
できる。また、コスト的に安く寿命を延ばすことができ
る。
法は、回転子を冷却媒体にて冷却しながらワーク同士を
摩擦撹拌接合するものであるから、接合中、回転子は、
材料との摩擦による摩耗の進行を効果的に抑制され、そ
の初期プロフィールを長く維持し、寿命を延ばすことが
できる。また、コスト的に安く寿命を延ばすことができ
る。
【００１９】しかも、回転子は、冷却によって摩擦熱に
よる昇温を抑制されることから、接合中、回転子のごく
近傍部において材料が摩擦熱によって一部溶融してしま
うというようなことも抑制ないし防止しえて、熱影響に
よる品質面での問題のない高品質な接合部を形成するこ
とができる。
よる昇温を抑制されることから、接合中、回転子のごく
近傍部において材料が摩擦熱によって一部溶融してしま
うというようなことも抑制ないし防止しえて、熱影響に
よる品質面での問題のない高品質な接合部を形成するこ
とができる。
【００２０】更に、回転子を冷却することにより、高速
回転による接合速度の向上を図ることもできる。
回転による接合速度の向上を図ることもできる。
【図１】本発明にかかるもので、図（イ）は第１実施形
態法による接合中のワークの断面正面図、図（ロ）は第
２実施形態法による接合中のワークの断面正面図であ
る。
態法による接合中のワークの断面正面図、図（ロ）は第
２実施形態法による接合中のワークの断面正面図であ
る。
【図２】摩擦撹拌接合に用いる回転子を示すもので、図
（イ）は側面図、図（ロ）の先端面図である。
（イ）は側面図、図（ロ）の先端面図である。
【図３】従来の摩擦撹拌接合法を示すもので、図（イ）
は接合中のワークの断面正面図、図（ロ）は平面図であ
る。
は接合中のワークの断面正面図、図（ロ）は平面図であ
る。
１…回転子 ２…回転子本体 ３…プローブ ６…ワーク ７…ワーク ９…ノズル １０…冷却媒体 １１…通路
フロントページの続き (72)発明者 成願 茂利 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニウ ム株式会社内 (72)発明者 橋本 武典 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニウ ム株式会社内 (72)発明者 橋本 一郎 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニウ ム株式会社内 (72)発明者 道阪 浩三 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニウ ム株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 回転子を冷却媒体にて冷却しながらワー
ク同士を摩擦撹拌接合することを特徴とする摩擦撹拌接
合方法。 - 【請求項２】 前記回転子が、円柱状回転子本体の先端
軸芯部に、該円柱状回転子本体よりも径小なピン状プロ
ーブを同軸一体に突設させたものからなる請求項１に記
載の摩擦撹拌接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17063297A JP3891642B2 (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 摩擦撹拌接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17063297A JP3891642B2 (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 摩擦撹拌接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1110367A true JPH1110367A (ja) | 1999-01-19 |
| JP3891642B2 JP3891642B2 (ja) | 2007-03-14 |
Family
ID=15908483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17063297A Expired - Fee Related JP3891642B2 (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 摩擦撹拌接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3891642B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6352193B1 (en) | 2000-08-01 | 2002-03-05 | General Electric Company | Apparatus for joining electrically conductive materials |
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| JP2003236681A (ja) * | 2001-12-26 | 2003-08-26 | Boeing Co:The | 構造アセンブリ、構造アセンブリの製造方法、および摩擦攪拌溶接装置および方法 |
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-
1997
- 1997-06-26 JP JP17063297A patent/JP3891642B2/ja not_active Expired - Fee Related
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