JPH11291066A - 押出形材突合わせ継手の摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
押出形材突合わせ継手の摩擦攪拌接合方法Info
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- JPH11291066A JPH11291066A JP10145798A JP10145798A JPH11291066A JP H11291066 A JPH11291066 A JP H11291066A JP 10145798 A JP10145798 A JP 10145798A JP 10145798 A JP10145798 A JP 10145798A JP H11291066 A JPH11291066 A JP H11291066A
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Abstract
面まで達する完全溶込み形状の突合わせ継手が安定的に
得られ、またプローブの肩の被接合材上部への押し込み
深さの不適切に起因する接合部上端部の欠陥のない優れ
た接合部品質の継手を、高い接合速度で形成可能な押出
形材の突合わせ継手の摩擦攪拌接合方法の提供を課題と
する。 【解決手段】 一対の板状押出形材4、5の突合わせ
部6へ押し込むプローブ1の攪拌ピン3の先端が、板状
押出形材の裏面4ls、5lsの上方の位置{−Ple=0.
05〜0.20mm}になるように、更にプローブ1の肩
2s の板状押出形材の上面4us、5usからの押込深さh
s (mm)を接合速度VW (mm/プローブ1回転)に応じて適
切に設定することを解決手段とする。
Description
せ継手の摩擦攪拌接合方法に関し、特に接合部が上面か
ら下面まで達する完全溶け込み形状の接合部品質の良好
な突合わせ継手を安定して形成可能で、接合速度の高速
化の可能な押出形材の突合わせ継手の摩擦攪拌接合方
法、および、突合わせ部を表面から任意に決められる所
定の深さまで接合する接合部品質の良好な突合わせ継手
が安定して形成可能で、接合速度の高速化の可能な押出
形材突合わせ継手の摩擦攪拌接合方法に関する。
は、特表平7−505090号公報や特表平9−508
073号公報等に示されている。
示された方法や条件では、押出形材の突合わせ継手の接
合部が上面から下面まで達する完全溶け込み形状の突合
わせ継手を安定的に得るには不十分である。その理由は
以下の通りである。 (1)一般的なアルミニウム系押出形材では、板厚変動
が±0.15mmあり、攪拌ピンの長さを押出形材の設計
板厚から前記プローブの凹面円形底面の外周部下端縁
(肩)の板材上面からの押し込み量を引いた値で規定し
た場合、実際の板厚が設計板厚より0.15mm薄くなっ
た箇所では、攪拌ピンの先端と裏当てとが接触して、攪
拌ピンおよび/または裏当の磨耗粉が接合ビ−ド部に混
入する。 (2)また、攪拌ピン先端と裏当の接触を避けるために
攪拌ピンの長さを「設計板厚−(0.15mm+凹面円形
底面の外周端縁の板材上面からの押し込み量 )」とした
場合、板厚が設計板厚より0.15mm厚くなった箇所で
は、攪拌ピンの先端が、被接合材裏面から0.30mm上
方に位置することになり突合わせ部下端に非接合部が残
ることになり、接合部断面積の減少により接合部強度が
低下する。
押出形材の板厚変動を極力小さくすることが考えられる
が、押出形材製造コストが高くなる。
は、前記プローブの肩の前記被接合材の上面からの押し
込み深さを適切に設定する基準がなく、この押し込み深
さの不足に起因して、塑性流動固相の一部がプローブの
肩より外側へ漏れ、接合部を充填する塑性流動固相の不
足により、接合部にトンネル状の空洞欠陥が発生するこ
とがあり問題となっていた。また、接合速度の増加に伴
い、プローブの移動に対する抵抗が増加して、前記プロ
ーブの肩の押し込み深さが減少するため、前記のような
欠陥が発生しやすい傾向があり、接合速度の高速化によ
る接合作業能率の向上を阻んでいた。
の先端の被接合材上面からの押し込み深さを一定とした
場合、前記プローブの肩の前記被接合材の上面からの押
し込み深さが深すぎると、前記プローブの肩により押し
退けられる塑性流動化固相量の増大によって、塑性流動
化固相の一部が前記プローブの肩より外側に溢れだし、
接合ビードの幅方向外側部にバリが多く発生するという
問題点もある。
材の板厚が±0.15mm変動しても、接合部が上面から
下面まで達する完全溶け込み形状の突合わせ継手を安定
的に得ることが可能で、また、攪拌ピンの押し込み深さ
過大により、攪拌ピンの先端と裏当表面とが接触して生
じる攪拌ピンの先端および/または裏当表面の磨耗粉が
接合部下部に混入して生じる欠陥が発生することもない
接合部下端部の品質の優れた押出形材突合わせ継手を、
容易に低コストで形成可能な押出形材突合わせ継手の摩
擦攪拌接合方法の提供を第1の課題とする。
ら任意の所定深さを接合するに際して、プローブの肩の
被接合材の上面よりの押し込み深さの不適切に起因する
接合部上端部の欠陥の発生することがなく、接合部上端
部の品質が優れ、また接合速度の高速化が可能な押出形
材突合わせ継手の摩擦攪拌接合方法の提供を第2の課題
とする。
第1の課題を解決するために、一対の押出形材からなる
被接合材の被接合面同士を突合わせて突合わせ部を形成
し、該突合わせ部の裏面に接触する裏当で該裏面を支持
するとともに、凹面円形底面の中央部から回転軸方向に
突出する攪拌ピンを備えたプローブの、前記攪拌ピンを
前記突合わせ部の被接合材の中に回転させつつ押し込
み、前記凹面円形底面を前記突合わせ部近傍の被接合材
表面に押圧しながら、前記プローブを回転しつつ突合わ
せラインに沿って移動させることによって、前記突合わ
せ部を表面から裏面に達する完全溶け込み型の継手を形
成するように接合する押出形材突合わせ継手の摩擦攪拌
接合方法を、前記攪拌ピンの先端が、前記一対の被接合
材の突合わせ部の裏面から0.05〜0.2mm上方に位
置するように制御することを特徴とするように構成し
た。
課題を併せて解決するために、前記プローブの肩の前記
突合わせ部の押込深さを、接合速度が0.357mm/回
以上0.571mm/回未満の場合には0.3〜0.5mm
に、前記接合速度0.571mm/回以上の場合には0.
4〜0.6mmにそれぞれ設定することが望ましい。
を解決するために、一対の押出形材からなる被接合材の
被接合面同士を突合わせて突合わせ部を形成し、該突合
わせ部の裏面に接触する裏当で該裏面を支持するととも
に、凹面円形底面の中央部から回転軸方向に突出する攪
拌ピンを備えたプローブの、前記攪拌ピンを前記突合わ
せ部の被接合材の中に回転させつつ押し込み、前記凹面
円形底面を前記突合わせ部近傍の被接合材表面に押圧し
ながら、前記プローブを回転しつつ突合わせラインに沿
って移動させることによって、前記突合わせ部を表面か
ら任意に決められる所定の深さまで接合する押出形材突
合わせ継手の摩擦攪拌接合方法を、前記プローブの肩の
前記突合わせ部の押出形材上面からの押し込み深さを、
接合速度が0.357mm/回以上0.571mm/回未満
の場合には0.3〜0.5mmに、前記接合速度が0.5
71mm/回以上の場合には0.4〜0.6mmにそれぞれ
設定することを特徴とするように構成した。
押出形材であってもよい。
の図面と具体的な実施例に基づいて説明する。図1は、
本発明の実施の形態における各種の寸法の定義を説明す
るための板材の突合わせ継手の摩擦攪拌接合における、
摩擦攪拌接合用プローブを突合わせ部の板材に押し込ん
だ状態を示す断面図である。
形材からなる被接合材4、5の端面同士を突き合わせて
突合わせ部6が形成されている。該突合わせ部6の下端
の周辺の前記一対の被接合材4、5のそれぞれの裏面4
ls、5lsに表面7usが接触する裏当7が、前記の裏面4
ls、5lsを支持するように配置されている。摩擦攪拌接
合用のプローブ1の図示せぬ駆動源に連なるプローブ上
部1u の下端に接続された円筒体2の凹面円形底面2b
の中心から前記円筒体の回転軸方向に突出する攪拌ピン
3を回転させつつ、前記突合わせ部6を形成する一対の
被接合材4、5の内部に、前記被接合材4、5の表面4
us、5usから所定の深さhp (mm)だけ押し込み、前記攪
拌ピン3の先端が前記被接合材4、5の裏面4ls、5ls
の上方{−Ple(mm)}の位置に位置するようにしてい
る。そして、前記プローブ1を矢印Fでしめす方向へ所
定の押圧力F(kgf) で前記凹面円形底面2b を前記一対
の被接合材4、5のそれぞれの上面4us、5usに押圧し
ながら、前記プローブの肩2s が、前記上面4us、5us
から所定の深さhs (mm)だけ押し込まれている。このよ
うな状態で、前記プローブ1を回転させつつ、突合わせ
ライン(突合わせ部6の上端線)にそって、図1の紙面
に垂直な方向に所定の接合速度Vw (mm /回)で移動さ
せることによって、突合わせ部6が摩擦攪拌接合され
る。なお、図1に示すhps(mm)は、プローブの肩2s を
基準とした攪拌ピン3の押込深さを示し、hps=hp −
hs (mm)となる。
拌ピンの先端位置と、実際に接合された接合部の下端位
置との関係を調査するため、板厚が4mmの、「JIS
H 4100」に規定されたアルミニウム合金押出形材
6061−T6、5052−H34、2024−T6の
板材のそれぞれを試験片として用いて、一対の板状部の
端面同士の突合わせ接合を行った。接合後の試験片を接
合部ラインに直交し、かつ板材表面に垂直な面で切断
し、接合部組織の観察を行った。この時用いた攪拌ピン
の突合わせ部の板表面から押し込み深さhp (mm)を3m
m、プローブ肩の前記突合わせ部の板表面からの押し込
み深さhs (mm)を0.3mmとした。
金材料の種類に関係なく、攪拌ピンの先端位置より略
0.20mm下方まで接合されていた。このことから、前
記突合わせ部を表面から裏面に達する完全溶け込み型の
継手を形成するように接合するためには、前記攪拌ピン
の先端が、一対の被接合材の突合わせ部の裏面から上方
0.2mm以下に位置するように制御すればよいことがわ
かる。
突合わせ部を表面から裏面に達する完全溶け込み型の継
手を安定して形成可能な摩擦攪拌接合方法を検討するた
めに、前記アルミニウム合金押出形材5052−H34
を、板厚t(mm)がそれぞれ、3.85mm、4.00mmお
よび4.15mmになるように切削加工された板厚の等し
い一対の板材の突合わせ部の摩擦攪拌接合実験を行い、
接合後の接合部の品質を、接合部下端部の品質(完全
溶け込み形状が得られたかどうか、攪拌ピンと裏当との
接触による欠陥の発生の有無)と、接合部上端部の品
質(プローブの肩の押し込み深さの不足に起因するトン
ネル状空洞欠陥発生の有無、接合ビ−ド表面外側のバリ
の多少)との二つの観点から評価した。なお、これらの
評価結果を後記の表2および表3に判定記号で示した
が、該判定記号の意味は下記表1に示すとうりである。
また、本実験における接合速度は0.357mm/回であ
った。
下記の2種類のプローブ位置制御方法を行った。 A)攪拌ピン先端の板材下面に対する位置を優先する制
御方法 突合わせ部におけるプローブの肩を基準とした攪拌ピン
の押し込み深さhps(mm)を、3.30〜3.60mmの間
で6段階に変化させ、前記6段階の攪拌ピンの押し込み
深さhps (mm) の各々に対応して、板材裏面を基準位置
(0mm) とし該板材裏面から上方を負の値とする攪拌ピ
ンの先端位置Ple(mm)が−0.25〜+0.05mmにな
るように攪拌ピン押し込み深さを決め、前記板厚t(mm)
のそれぞれに対する前記プローブ肩の前記突合わせ部の
板表面からの押し込み深さhs (mm)を板厚t(mm)に応じ
て変化させる。このとき、t=hps−Ple+hs という
関係が成り立っている。
る制御方法 プローブの肩の押し込み深さhs (mm)を、0.3mmの一
定値とし、突合わせ部におけるプローブの肩を基準とし
た攪拌ピンの押し込み深さhps(mm)を、3.45〜3.
60mmの間で4段階に変化させ、攪拌ピンの先端位置P
le(mm)を、前記攪拌ピンの押し込み深さhps (mm) と板
厚t(mm)に応じて変化させる。このとき、前記A)項の
場合と同様に、t=hps−Ple+hs という関係が成り
立っている。
下記表2に、上記B)項の制御方法の場合の実験結果を
下記表3にそれぞれ示す。
0.05mmの範囲にあれば、完全溶込形状の継手が得ら
れており、攪拌ピンの先端位置Ple(mm)が−0.20mm
より上方の−0.25mmではやや不完全溶込みとなって
いる。また、攪拌ピンの先端位置Ple(mm)が0mmの場合
と+0.05mmのばあいには、攪拌ピンの先端がそれぞ
れ接合ラインの一部及び接合ライン全長にわたって裏当
と接触し、攪拌ピン先端およびまたは裏当の磨耗粉が接
合部の下端部に混入していた。 (2)プローブの肩の押し込み深さhs (mm)が0.3mm
の場合は、接合部上端部にトンネル状空洞欠陥もなく接
合ビード表面外側のバリも少なく、品質は良好であっ
た。 (3)プローブの肩の押し込み深さhs (mm)が0.45
mmの場合は、接合部上端部にトンネル状空洞欠陥はなか
ったが、接合ビード表面外側のバリが多かった。 (4)プローブの肩の押し込み深さhs (mm)が0.60
mmの場合は、接合部上端部にトンネル状空洞欠陥はなか
ったが、接合ビード表面外側のバリが非常に多かった。
(mm)が突合わせ部の板材裏面を基準位置として所定の範
囲−0.20〜−0.05mmに入るように制御し、か
つ、接合速度が0.357m /回の場合は、プローブの
肩の押し込み深さhs (mm)が0.3mm以上であれば、押
出形材の板厚変動が±0.15mmの範囲に有るかぎり板
厚変動の影響を受けにくく、優れた接合部品質が安定し
て得られるといえる。
すなわち、プローブの肩の押し込み深さhs (mm)を0.
3mmの一定とした場合、 (1)板厚t(mm)が3.85mmおよび4.00mmの場合
は、攪拌ピンの先端位置Ple(mm)が−0.20〜−0.
05mmの範囲にあれば、完全溶込形状の継手が得られて
おり、攪拌ピンの先端位置Ple(mm)が−0.20mmより
上方の−0.25mmではやや不完全溶込みとなってい
る。また、攪拌ピンの先端位置Ple(mm)が0mmの場合と
+0.05mmのばあいには、攪拌ピンの先端がそれぞれ
接合ラインの一部および接合ライン全長にわたって裏当
と接触し、攪拌ピン先端およびまたは裏当の磨耗粉が接
合部の下端部に混入していた。 (2)板厚t(mm)が4.15mmの場合は、攪拌ピンの先
端位置Ple(mm)がすべて−0.40〜−0.25mmの範
囲にあり、完全溶け込み形状の継手が得られていない。 (3)プローブの肩の押し込み深さhs (mm)が0.3mm
の一定とした結果、プローブの肩の押し込み深さの不足
に起因するトンネル状空洞欠陥や、プローブの肩の押し
込み深さの過多に起因する接合ビード表面外側のバリも
少なく、接合部上端部の品質は優良である。
深さhs (mm)を優先的に一定に制御する方法は、プロー
ブの肩の押し込み深さhs (mm)の不適切に起因する欠陥
は少なく優良である。しかし、完全溶込み形状の継手が
得られるかどうかという観点からは、被接合板材の板厚
変動の影響を受けやすく、板厚変動による接合部下端部
の接合不良や攪拌ピン先端と裏当との接触に起因する攪
拌ピン先端およびまたは裏当の磨耗粉が接合部の下端部
に混入するという接合部下端部の欠陥発生による接合部
下端部の品質不良の発生や品質のバラツキが多くなり、
優れた接合部品質を安定して得ることは困難であるとい
える。
2−H34を用いて、プローブの回転速度1400rpm
で突合わせ摩擦攪拌接合を行った。この時、プローブの
肩の被接合板材への押し込み深さhs (mm)を0〜0.5
mmの範囲で、接合速度VW を0.357〜0.714mm
/回の範囲で、それぞれ変化させ、得られた接合部上端
部の品質について、X線透過写真および接合部断面組織
の観察、接合ビ−ド部および近傍の表面外観観察を行
い、下記の2つの観点から評価した。 プローブの肩の押し込み深さhs (mm)の不足に起因す
るトンネル状空洞欠陥の有無と接合ビ−ド表面外側部の
バリ発生の量 プローブの肩の押し込み深さhs (mm)の過多に起因す
る接合ビ−ド表面外側部のバリ発生の量 上記の実験結果を図2に示した。なお、図2に示す記号
の意味は、前記表1の接合部上端部の品質の欄に定義し
たとうりである。
るためには、プローブの肩の被接合板材への押し込み深
さhs (mm)を、接合速度VW が0.357mm/回以上
0.571mm/回未満では0.3〜0.5mmに、接合速
度VW が0.571mm/回以上では0.4〜0.6mm
に、それぞれ設定すればよいことが分かる。
じたプローブの肩の被接合板材への押し込み深さhs (m
m)の限定は、必ずしも完全溶け込み形状の突合わせ継手
を形成する場合に限られず、例えば、中空押出形材や断
面形状がC字形やL字形等の押出形材のリブの外面同士
を接触させて突合わせ部を形成し、該突合わせ部の形材
上面から任意に決められた所定の深さだけ摩擦攪拌接合
する場合にも有効に適用でき、プローブの肩の押し込み
深さhs (mm)の不適切に起因する接合上端部の欠陥のな
い良好な接合部の形成が可能である。
具体的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上記の
実施の形態に限られるものではなく、構成の趣旨を逸脱
しない範囲内であれば、他の実施の形態を含むものであ
ることは論を待たない。
する。 (1)請求項1に係る本発明によれば、押出形材の板厚
が±0.15mm変動しても、接合部が上面から下面まで
達する完全溶け込み形状の突合わせ継手を安定的に得る
ことが可能で、また、攪拌ピンの押し込み深さ過大によ
り、攪拌ピンの先端と裏当表面とが接触して生じる攪拌
ピンの先端および/または裏当表面の磨耗粉が接合部下
端部に混入して生じる欠陥が発生することもないという
接合部下端部の品質の優れた押出形材突合わせ継手を、
容易にかつ低コストで形成することが可能である。
記(1)項の効果に加えて、プローブの肩の被接合材の
上面よりの押し込み深さの不適切に起因する接合部上端
部の欠陥の発生することのない接合部品質の優れた押出
形材突合わせ継手を、高い接合速度で容易にかつ低コス
トで形成することが可能である。
意に決められる所定の接合深さまで接合する押出形材の
突合わせ継手の摩擦攪拌接合に際して、プローブの肩の
被接合材の上面よりの押し込み深さの不適切に起因する
接合部上端部の欠陥の発生することのない接合部品質の
優れた押出形材突合わせ継手を、高い接合速度で容易に
形成することが可能である。
義を説明するための板材の突合わせ継手の摩擦攪拌接合
における、摩擦攪拌接合用プローブを突合わせ部の板材
に押し込んだ状態を示す断面図である。
し込み深さの組合わせが接合部上端部の品質に与える影
響を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 一対の押出形材からなる被接合材の被
接合面同士を突合わせて突合わせ部を形成し、該突合わ
せ部の裏面に接触する裏当で該裏面を支持するととも
に、凹面円形底面の中央部から回転軸方向に突出する攪
拌ピンを備えたプローブの、前記攪拌ピンを前記突合わ
せ部の被接合材の中に回転させつつ押し込み、前記凹面
円形底面を前記突合わせ部近傍の被接合材表面に押圧し
ながら、前記プローブを回転しつつ突合わせラインに沿
って移動させることによって、前記突合わせ部を表面か
ら裏面に達する完全溶け込み型の継手を形成するように
接合する押出形材突合わせ継手の摩擦攪拌接合方法であ
って、 前記攪拌ピンの先端が、前記一対の被接合材の突合わせ
部の裏面から0.05〜0.2mm上方に位置するように
制御することを特徴とした押出形材突合わせ継手の摩擦
攪拌接合方法。 - 【請求項2】 前記プローブの凹面円形底面の外周部下
端縁(以後プローブ肩と称する)の前記突合わせ部の押
出形材上面からの押し込み深さを、前記プローブの前記
突合わせライン方向のプローブ一回転当たりの移動速度
(以後接合速度と称する)が0.357mm/回以上0.
571mm/回未満の場合には0.3〜0.5mmに、前記
接合速度が0.571mm/回以上の場合には0.4〜
0.6mmにそれぞれ設定することを特徴とする請求項1
に記載の押出形材突合わせ継手の摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項3】 一対の押出形材からなる被接合材の被
接合面同士を突合わせて突合わせ部を形成し、該突合わ
せ部の裏面に接触する裏当で該裏面を支持するととも
に、凹面円形底面の中央部から回転軸方向に突出する攪
拌ピンを備えたプローブの、前記攪拌ピンを前記突合わ
せ部の被接合材の中に回転させつつ押し込み、前記凹面
円形底面を前記突合わせ部近傍の被接合材表面に押圧し
ながら、前記プローブを回転しつつ突合わせラインに沿
って移動させることによって、前記突合わせ部を表面か
ら任意に決められる所定の深さまで接合する押出形材突
合わせ継手の摩擦攪拌接合方法であって、 前記プローブの肩の前記突合わせ部の押出形材上面から
の押し込み深さを、前記プローブの前記突合わせライン
方向の移動速度(以後接合速度と称する)が0.357
mm/回以上0.571mm/回未満の場合には0.3〜
0.5mmに、前記接合速度が0.571mm/回以上の場
合には0.4〜0.6mmにそれぞれ設定すとすることを
特徴とする押出形材突合わせ継手の摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項4】 前記一対の押出形材がアルミニウムま
たはアルミニウム合金(以下アルミニウム系と称する)
押出形材である請求項1〜請求項3の何れか1項に記載
の押出形材突合わせ継手の摩擦攪拌接合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10145798A JP3285081B2 (ja) | 1998-04-13 | 1998-04-13 | 押出形材突合わせ継手の摩擦攪拌接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10145798A JP3285081B2 (ja) | 1998-04-13 | 1998-04-13 | 押出形材突合わせ継手の摩擦攪拌接合方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11291066A true JPH11291066A (ja) | 1999-10-26 |
JP3285081B2 JP3285081B2 (ja) | 2002-05-27 |
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ID=14301236
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP10145798A Expired - Fee Related JP3285081B2 (ja) | 1998-04-13 | 1998-04-13 | 押出形材突合わせ継手の摩擦攪拌接合方法 |
Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP3285081B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100967704B1 (ko) | 2007-11-16 | 2010-07-07 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 라인 용접 방법 및 이를 수행하기 위한 용접 장치 |
-
1998
- 1998-04-13 JP JP10145798A patent/JP3285081B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100967704B1 (ko) | 2007-11-16 | 2010-07-07 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 라인 용접 방법 및 이를 수행하기 위한 용접 장치 |
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JP3285081B2 (ja) | 2002-05-27 |
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