JPH11291065A - 摩擦接合方法 - Google Patents
摩擦接合方法Info
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- JPH11291065A JPH11291065A JP9714598A JP9714598A JPH11291065A JP H11291065 A JPH11291065 A JP H11291065A JP 9714598 A JP9714598 A JP 9714598A JP 9714598 A JP9714598 A JP 9714598A JP H11291065 A JPH11291065 A JP H11291065A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tool
- joining
- friction
- joining method
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
- B23K20/1245—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 characterised by the apparatus
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】被加工物の接合部にツールを回転させながら挿
入して接合面を移動することにより接合する摩擦接合に
おいて、ツールの破断を防止する。 【解決手段】ツール１の内部を中空形状にして、中空部
に冷媒を流すことによりツール１を冷却する構造にす
る。この冷却により、ツール１の温度上昇を抑え、ツー
ル１の破断を防止する。
入して接合面を移動することにより接合する摩擦接合に
おいて、ツールの破断を防止する。 【解決手段】ツール１の内部を中空形状にして、中空部
に冷媒を流すことによりツール１を冷却する構造にす
る。この冷却により、ツール１の温度上昇を抑え、ツー
ル１の破断を防止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、アルミニ
ウム合金材等の摩擦接合に関するものである。
ウム合金材等の摩擦接合に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】摩擦接合方法は、接合用の棒状のツール
の先端の小径部を回転させながら接合部に挿入し、ツー
ルを接合方向に沿って移動させて、被加工物を塑性流動
させ、固相接合する方法である。この接合は突合せ部や
重ね部に適用される。これは特公表7−505090号公報、W
elding & Metal Fablication,January １９９５ １３頁
から１６頁に示されている。
の先端の小径部を回転させながら接合部に挿入し、ツー
ルを接合方向に沿って移動させて、被加工物を塑性流動
させ、固相接合する方法である。この接合は突合せ部や
重ね部に適用される。これは特公表7−505090号公報、W
elding & Metal Fablication,January １９９５ １３頁
から１６頁に示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記摩擦接合では、ツ
ールは被加工物中で回転している。そのため、ツールと
被加工物とのあいだには摩擦熱および摩擦力が発生す
る。この摩擦熱は被溶接物を加熱して、接合するのに必
要な熱であるが、一方では、ツールをも加熱する。その
ため、ツールの温度上昇により強度が低下する。また、
ツールには摩擦力が働く。そのため、ツールのせん断強
度以下に強度が低下すると、ツールが破断して接合がで
きなくなり、接合不良が発生する。特に、ツールの先端
は小径であるため、破断が生じ易い。
ールは被加工物中で回転している。そのため、ツールと
被加工物とのあいだには摩擦熱および摩擦力が発生す
る。この摩擦熱は被溶接物を加熱して、接合するのに必
要な熱であるが、一方では、ツールをも加熱する。その
ため、ツールの温度上昇により強度が低下する。また、
ツールには摩擦力が働く。そのため、ツールのせん断強
度以下に強度が低下すると、ツールが破断して接合がで
きなくなり、接合不良が発生する。特に、ツールの先端
は小径であるため、破断が生じ易い。
【０００４】そこで、本発明の目的は、ツールの破断を
防止して、接合不良を防止することにある。
防止して、接合不良を防止することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、ツールの
温度上昇を防止するため、ツールに冷却機構を設けて、
ツールの破断を防止することにより達成される。
温度上昇を防止するため、ツールに冷却機構を設けて、
ツールの破断を防止することにより達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１及び図２
により説明する。図１において、摩擦接合に用いられる
ツール１は、大径のショルダー２とツール１先端の小径
のピン３より構成される。このショルダー２の内部は中
空であり、中空部に冷媒を流すことによりツール１を冷
却する構造である。冷媒としては、エアー，水などを用
いる。図２は溶接状況の一例を示したものである。
により説明する。図１において、摩擦接合に用いられる
ツール１は、大径のショルダー２とツール１先端の小径
のピン３より構成される。このショルダー２の内部は中
空であり、中空部に冷媒を流すことによりツール１を冷
却する構造である。冷媒としては、エアー，水などを用
いる。図２は溶接状況の一例を示したものである。
【０００７】本発明の摩擦接合法は、被加工物４を突合
わせて、その突合わせ面に沿って、ツール１を回転しな
がら移動させることにより接合する方法である。この
時、ツール１と被加工物４との間には摩擦熱が発生する
ため、ツール１の温度が上昇する。ツール１の材質は被
加工物４より硬い金属を用いるが、金属は温度の上昇に
ともない強度が低下する性質がある。
わせて、その突合わせ面に沿って、ツール１を回転しな
がら移動させることにより接合する方法である。この
時、ツール１と被加工物４との間には摩擦熱が発生する
ため、ツール１の温度が上昇する。ツール１の材質は被
加工物４より硬い金属を用いるが、金属は温度の上昇に
ともない強度が低下する性質がある。
【０００８】そのため、ツール１の温度が上昇し、ツー
ル１に加わる摩擦力に絶える限界以下の強度まで低下す
ると、ツール１が破断する。そのため、接合不良が発生
する。特に、ツール１の先端のピン３はショルダー２に
比べて小径であるため、破断が生じ易い。そこで、ツー
ル１の内部を冷却することにより、ツール１の温度上昇
を抑え、ツール１の破断を防止する。
ル１に加わる摩擦力に絶える限界以下の強度まで低下す
ると、ツール１が破断する。そのため、接合不良が発生
する。特に、ツール１の先端のピン３はショルダー２に
比べて小径であるため、破断が生じ易い。そこで、ツー
ル１の内部を冷却することにより、ツール１の温度上昇
を抑え、ツール１の破断を防止する。
【０００９】図３を用いてツール１の作製方法の一例を
説明する。ツール１の材質は、被加工物より硬い材質の
ものを用いる。この材質は、高温強度の高い合金である
ことが望ましい。ここでは、ニッケル合金の中でも高温
強度が高いインコネル７１８合金を用いた。次に、ツー
ル１の作製方法であるが、図１に示すような中空形状の
ツール１は機械加工では作製できない。
説明する。ツール１の材質は、被加工物より硬い材質の
ものを用いる。この材質は、高温強度の高い合金である
ことが望ましい。ここでは、ニッケル合金の中でも高温
強度が高いインコネル７１８合金を用いた。次に、ツー
ル１の作製方法であるが、図１に示すような中空形状の
ツール１は機械加工では作製できない。
【００１０】そのため、ツール１を２分割した形状の分
割ツール５を作製した後、一体化してツール１を作製す
る。このツール１は摩擦接合中に高温になるため、接合
部には高温強度が要求される。そのため、接合部の高温
強度が、ほぼツール１と同等の値になる拡散接合法を用
いて、分割ツール５を一体化した。
割ツール５を作製した後、一体化してツール１を作製す
る。このツール１は摩擦接合中に高温になるため、接合
部には高温強度が要求される。そのため、接合部の高温
強度が、ほぼツール１と同等の値になる拡散接合法を用
いて、分割ツール５を一体化した。
【００１１】まず、２つの分割ツール５の間に厚さ５０
μｍのインサート材６を挿入する。その後、真空中で１
１５０℃で１０分間、加熱して分割ツール５どうしを拡
散接合する。また、インサート材６の材質にはＮｉ−４
Ｓｉ−３Ｂを用いた。このようにして、中空形状のツー
ル１を作製して、中空部に冷媒を流すことによりツール
１を冷却する。
μｍのインサート材６を挿入する。その後、真空中で１
１５０℃で１０分間、加熱して分割ツール５どうしを拡
散接合する。また、インサート材６の材質にはＮｉ−４
Ｓｉ−３Ｂを用いた。このようにして、中空形状のツー
ル１を作製して、中空部に冷媒を流すことによりツール
１を冷却する。
【００１２】図４を用いて第２の実施例を説明する。本
実施例は、ツール１の温度上昇を抑えるために、ツール
１に冷媒を吹付けながら冷却しながら接合するものであ
る。ツール１の冷却ノズル７より冷媒を接合前方より吹
付ける。この時、冷媒はエアー，水，エアーと水の混合
物のいずれでもよい。ツール１の冷却効果は一般に水，
エアーと水の混合物，エアーの順に大きい。
実施例は、ツール１の温度上昇を抑えるために、ツール
１に冷媒を吹付けながら冷却しながら接合するものであ
る。ツール１の冷却ノズル７より冷媒を接合前方より吹
付ける。この時、冷媒はエアー，水，エアーと水の混合
物のいずれでもよい。ツール１の冷却効果は一般に水，
エアーと水の混合物，エアーの順に大きい。
【００１３】この冷媒の選択は、接合条件によって、適
便、選択してもよい。例えば、接合長が短い場合には、
ツール１の温度上昇が低く、エアーによる冷却でもよい
が、接合長が長い場合には、接合中にしだいにツール１
の温度が上昇するため、冷却効果の大きい水が有効であ
る。また、水を用いて冷却した場合、その水を排水する
設備が必要がある。
便、選択してもよい。例えば、接合長が短い場合には、
ツール１の温度上昇が低く、エアーによる冷却でもよい
が、接合長が長い場合には、接合中にしだいにツール１
の温度が上昇するため、冷却効果の大きい水が有効であ
る。また、水を用いて冷却した場合、その水を排水する
設備が必要がある。
【００１４】このような場合には、エアーと水の混合物
を用いて、水を霧状にして高温のツール１に吹付け、水
分を蒸発させることにより、水の廃水処理は不要にな
る。このようにして、冷媒の吹付けにより、ツール１が
冷却され、ツール１の強度低下を抑え、ツール１の破断
を防止できるものである。
を用いて、水を霧状にして高温のツール１に吹付け、水
分を蒸発させることにより、水の廃水処理は不要にな
る。このようにして、冷媒の吹付けにより、ツール１が
冷却され、ツール１の強度低下を抑え、ツール１の破断
を防止できるものである。
【００１５】図５を用いて第３の実施例を説明する。本
実施例も第２の実施例と同様にツール１に冷媒を吹付け
ながら冷却しながら接合するものであが、冷却ノズル７
を２本設けたものである。ツール１は円筒形のため、１
本の冷却ノズル７では片面しか冷却できない。そのた
め、２本の冷却ノズル７により、ツール１の冷却効果を
向上させることができる。
実施例も第２の実施例と同様にツール１に冷媒を吹付け
ながら冷却しながら接合するものであが、冷却ノズル７
を２本設けたものである。ツール１は円筒形のため、１
本の冷却ノズル７では片面しか冷却できない。そのた
め、２本の冷却ノズル７により、ツール１の冷却効果を
向上させることができる。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、ツールを冷却しながら
接合することにより、ツールの強度低下を防ぎ、ツール
の破断を防止することにある。
接合することにより、ツールの強度低下を防ぎ、ツール
の破断を防止することにある。
【図１】本発明の一実施例であるツールの断面図であ
る。
る。
【図２】本発明の実施例である摩擦接合方法を説明する
斜視図である。
斜視図である。
【図３】本発明のルーツの作製方法の一例を示す斜視図
である。
である。
【図４】本発明の一実施例である摩擦接合方法を説明す
る斜視図である。
る斜視図である。
【図５】図４の摩擦接合方法を説明する斜視図である。
１…ツール、２…ショルダー、３…ピン、４…被加工
物、５…分割ツール、６…インサート材、７…冷却ノズ
ル。
物、５…分割ツール、６…インサート材、７…冷却ノズ
ル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 征彦 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 石丸 靖男 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 江角 昌邦 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 佐藤 章弘 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内
Claims (9)
- 【請求項１】被溶接物より実質的に硬い材質からなる棒
状のツールを前記被加工物の接合部に回転させながら挿
入して接合面を移動することにより接合する摩擦接合に
おいて、前記被加工物前記ツールは中空であり、中空部
に冷媒を流しながら接合することを特徴とする摩擦接合
方法。 - 【請求項２】請求項１において、前記冷媒は水であるこ
とを特徴とする摩擦接合方法。 - 【請求項３】請求項１において、前記冷媒剤はエアーで
あることを特徴とする摩擦接合方法。 - 【請求項４】請求項１において、前記ツールを分割して
作製し、拡散接合により一体化するツール作製方法であ
ることを特徴とする摩擦接合方法。 - 【請求項５】被溶接物より実質的に硬い材質からなる棒
状のツールを前記被加工物の接合部に回転させながら挿
入して接合面を移動することにより接合する摩擦接合に
おいて、前記ツールに冷媒を吹付けながら接合すること
を特徴とする摩擦接合方法。 - 【請求項６】請求項５において、前記冷媒を吹付けるノ
ズルは複数であることを特徴とする摩擦接合方法。 - 【請求項７】請求項５において、前記冷媒は水であるこ
とを特徴とする摩擦接合方法。 - 【請求項８】請求項５において、前記冷媒は水であるこ
とを特徴とする摩擦接合方法。 - 【請求項９】請求項５において、前記冷媒はエアーと水
の混合物であることを特徴とする摩擦接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9714598A JPH11291065A (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | 摩擦接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9714598A JPH11291065A (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | 摩擦接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11291065A true JPH11291065A (ja) | 1999-10-26 |
Family
ID=14184416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9714598A Pending JPH11291065A (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | 摩擦接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11291065A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005021204A1 (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 摩擦攪拌接合方法及び摩擦攪拌接合装置 |
| JP2005230874A (ja) * | 2004-02-20 | 2005-09-02 | Mazda Motor Corp | 摩擦接合装置の回転ツール |
| WO2006085602A1 (ja) * | 2005-02-14 | 2006-08-17 | Sanko Gosei Kabushiki Kaisha | 加工品の溶着加工方法及び溶着加工製品 |
| JP2006518671A (ja) * | 2003-01-30 | 2006-08-17 | スミス インターナショナル、インコーポレテッド | 高融点材料のアウト−オブ−ポジション摩擦攪拌溶接 |
| JP4827359B2 (ja) * | 2000-05-08 | 2011-11-30 | ブリガム ヤング ユニバーシティ | 高耐摩耗性工具を使用する摩擦撹拌接合 |
| CN105921878A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-09-07 | 江苏科技大学 | 一种复合产热的搅拌摩擦焊具 |
-
1998
- 1998-04-09 JP JP9714598A patent/JPH11291065A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4827359B2 (ja) * | 2000-05-08 | 2011-11-30 | ブリガム ヤング ユニバーシティ | 高耐摩耗性工具を使用する摩擦撹拌接合 |
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| JP2006218822A (ja) * | 2005-02-14 | 2006-08-24 | Sanko Gosei Ltd | 加工品の溶着加工方法及び溶着加工製品 |
| GB2426483A (en) * | 2005-02-14 | 2006-11-29 | Sanko Gosei Kk | Method for welding processed article and welded processed product |
| GB2426483B (en) * | 2005-02-14 | 2009-08-12 | Sanko Gosei Kk | Method for welding processed article and welded processed product |
| JP4583198B2 (ja) * | 2005-02-14 | 2010-11-17 | 三光合成株式会社 | 加工品の溶着加工方法及び溶着加工製品 |
| CN105921878A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-09-07 | 江苏科技大学 | 一种复合产热的搅拌摩擦焊具 |
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