KR101602079B1 - 마찰 교반 접합 방법 - Google Patents

Abstract

마찰 교반 장치에 가해지는 부하를 작게 함으로써, 맞댐부의 깊은 위치까지 접합할 수 있는 마찰 교반 접합 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 교반 핀(F2)을 구비한 본접합용 회전 툴(F)을 사용하여 2개의 금속 부재(1)를 접합하는 마찰 교반 접합 방법이며, 금속 부재(1)끼리를 맞대어 형성된 맞댐부에 회전한 교반 핀(F2)을 이동시켜 마찰 교반 접합을 행하는 본접합 공정을 포함하고, 본접합 공정에서는, 교반 핀(F2)만을 금속 부재(1)에 접촉시키는 것을 특징으로 한다.

Description

마찰 교반 접합 방법{FRICTION STIR WELDING METHOD}

본 발명은, 마찰 교반 접합 방법에 관한 것이다.

특허문헌 1에는, 금속 부재끼리의 맞댐부의 표면측 및 이면측으로부터 마찰 교반 접합을 행하고, 마찰 교반 접합에 의해 형성된 소성화 영역끼리를 접촉시킴으로써, 맞댐부를 간극 없이 접합하는 기술이 개시되어 있다. 이 기술에 따르면, 접합된 금속 부재끼리의 기밀성 및 수밀성을 향상시킬 수 있다.

한편, 특허문헌 2에는, 직각으로 맞댄 2개의 금속 부재의 내측 코너에 내측 코너 마찰 교반 접합용 회전 툴을 삽입하여 마찰 교반 접합하는 기술이 개시되어 있다. 도 37은 종래의 마찰 교반 접합 방법을 도시하는 단면도이다. 종래의 마찰 교반 접합 방법에서는, 금속 부재(101)의 단부면과, 금속 부재(102)의 측면을 맞대어 형성한 맞댐부(J)를 내측 코너 마찰 교반 접합용 회전 툴(110)에 의해 마찰 교반 접합한다. 내측 코너 마찰 교반 접합용 회전 툴(110)은, 삼각 기둥을 나타내는 압박 블록(111)과, 압박 블록(111)을 관통한 상태로 이 압박 블록(111)에 대해 회전 가능한 교반 핀(112)을 구비하고 있다. 접합할 때에는, 압박 블록(111)을 금속 부재(101, 102)의 각 측면에 접촉시킨 상태로, 교반 핀(112)을 회전시킨다.

일본 특허 출원 공개 제2008-87036호 공보 일본 특허 출원 공개 평11-320128호 공보

종래의 접합 방법에 의해, 판 두께가 큰 금속 부재끼리를 접합하는 경우에는, 교반 핀의 길이 및 외경을 크게 할 필요가 있고, 나아가서는, 이 교반 핀의 대형화에 수반하여, 숄더부의 외경도 크게 할 필요가 있다. 그런데, 숄더부의 외경을 크게 하면, 금속 부재와 숄더부의 마찰이 커지므로, 마찰 교반 장치에 가해지는 부하가 커진다고 하는 문제가 있다. 이에 의해, 특히 판 두께가 큰 금속 부재의 깊은 위치를 접합하는 것이 곤란하게 되어 있었다.

한편, 종래의 금속 부재끼리의 내측 코너부를 접합하는 마찰 교반 접합에서는, 도 37을 참조하는 바와 같이, 압박 블록(111)을 금속 부재(101, 102)에 압박하면서 접합하므로, 압박 블록(111)에 의해 금속 부재(101, 102)가 깎여 버릴 우려가 있었다. 또한, 압박 블록(111)이 있으므로, 접합 부분을 시인할 수 없었다.

또한, 도 37에 도시하는 바와 같이, 금속 부재(101, 102)의 내측 코너를 접합하기 전에, 외측 코너를 구성하는 면측으로부터 가접합을 행하는 것도 생각된다. 금속 부재(101, 102)의 두께가 큰 경우, 가접합에 의해 형성된 소성화 영역(Wa)과, 내측 코너에 형성된 소성화 영역(Wb) 사이에 간극이 발생해 버린다고 하는 문제가 있었다.

이러한 관점에서, 본 발명은, 마찰 교반 장치에 가해지는 부하를 작게 함으로써, 맞댐부의 깊은 위치까지 접합할 수 있는 마찰 교반 접합 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 접합할 때의 금속 부재의 손상을 억제함과 함께 바람직하게 접합할 수 있는 마찰 교반 접합 방법을 제공하는 것을 과제로 한다

이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 교반 핀을 구비한 회전 툴을 사용하여 2개의 금속 부재를 접합하는 마찰 교반 접합 방법이며, 상기 금속 부재끼리의 맞댐부에 회전한 상기 교반 핀을 삽입하고, 상기 교반 핀만을 상기 금속 부재에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반 접합을 행하는 본접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 따르면, 금속 부재에 접촉시키는 부분을 교반 핀만으로 함으로써, 숄더를 금속 부재에 압박하는 종래의 마찰 교반 접합 방법에 비해 금속 부재와 회전 툴의 마찰을 경감할 수 있어, 마찰 교반 장치에 가해지는 부하를 작게 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 금속 부재의 깊은 위치까지 교반 핀을 삽입할 수 있게 되므로, 판 두께가 큰 금속 부재라도 깊은 위치까지 접합할 수 있다.

또한, 교반 핀을 구비한 회전 툴을 사용하여 2개의 금속 부재를 접합하는 마찰 교반 접합 방법이며, 상기 금속 부재끼리의 맞댐부에 회전한 상기 교반 핀을 삽입하고, 상기 교반 핀만을 상기 금속 부재에 접촉시킨 상태에서 마찰 교반 접합을 행하는 본접합 공정을 포함하고, 상기 본접합 공정에서는, 상기 금속 부재의 표면측으로부터 마찰 교반 접합을 행하는 제1 본접합 공정과, 상기 금속 부재의 이면측으로부터 마찰 교반 접합을 행하는 제2 본접합 공정을 행하고, 상기 제1 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역과 상기 제2 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역을 접촉시키는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 따르면, 금속 부재에 접촉시키는 부분을 교반 핀만으로 함으로써, 숄더를 금속 부재에 압박하는 종래의 마찰 교반 접합 방법에 비해 금속 부재와 회전 툴의 마찰을 경감할 수 있어, 마찰 교반 장치에 가해지는 부하를 작게 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 금속 부재의 깊은 위치까지 교반 핀을 삽입할 수 있게 되므로, 판 두께가 큰 금속 부재라도 깊은 위치까지 접합할 수 있다. 또한, 맞댐부의 두께 방향의 전장(全長)에 대해 마찰 교반 접합할 수 있으므로, 기밀성 및 수밀성을 높일 수 있다.

또한, 상기 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역 상에 덧붙임 용접을 행하는 것이 바람직하다. 이러한 방법에 따르면, 본접합 공정에 의한 금속의 부족분을 보충할 수 있다.

또한, 상기 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역 상에 보조 부재를 배치하는 배치 공정과, 상기 금속 부재와 상기 보조 부재를 접합하는 보조 부재 접합 공정을 행하는 것이 바람직하다. 이러한 방법에 따르면, 본접합 공정에 의한 금속의 부족분을 보충할 수 있다.

또한, 상기 본접합 공정을 행하기 전에, 상기 금속 부재끼리의 가접합을 행하는 가접합 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 방법에 따르면, 본접합 공정 시에 금속 부재끼리가 이격되는 것을 막을 수 있다.

또한, 상기 맞댐부의 옆에 탭재를 배치하고 상기 탭재에 예비 구멍을 형성한 후, 상기 예비 구멍에 상기 교반 핀을 삽입하여 상기 본접합 공정을 행하는 것이 바람직하다. 이러한 방법에 따르면, 회전 툴을 금속 부재에 압입할 때의 압입 저항을 작게 할 수 있다.

또한, 본 발명은, 교반 핀을 구비한 회전 툴을 사용하여 2개의 금속 부재를 접합하는 마찰 교반 접합 방법이며, 상기 금속 부재끼리를 각도를 부여하여 맞대어 맞댐부를 형성하는 맞댐 공정과, 회전한 상기 교반 핀을 상기 금속 부재끼리의 내측 코너에 삽입하고, 상기 교반 핀만을 상기 양 금속 부재에 접촉시킨 상태에서 상기 맞댐부의 마찰 교반 접합을 행하는 본접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 발명은, 교반 핀을 구비한 회전 툴을 사용하여 2개의 금속 부재를 접합하는 마찰 교반 접합 방법이며, 상기 금속 부재끼리를 각도를 부여하여 맞대어 맞댐부를 형성하는 맞댐 공정과, 회전한 상기 교반 핀을 상기 금속 부재끼리의 내측 코너에 삽입하고, 상기 교반 핀만을 상기 양 금속 부재에 접촉시킨 상태에서 상기 맞댐부의 마찰 교반 접합을 행하는 제1 본접합 공정과, 회전한 상기 교반 핀을 상기 금속 부재끼리의 외측 코너를 구성하는 면측에 삽입하고, 상기 교반 핀만을 상기 양 금속 부재에 접촉시킨 상태에서 상기 맞댐부의 마찰 교반 접합을 행하는 제2 본접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 따르면, 교반 핀만을 금속 부재에 접촉시키므로, 접합할 때의 금속 부재의 측면의 손상을 억제할 수 있다. 또한, 종래와 같이 회전 툴에 압박 블록을 사용하지 않으므로, 접합 부분을 시인할 수 있다. 이에 의해, 작업성을 높일 수 있다.

또한, 상기 제1 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역과, 상기 제2 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역을 중복시키는 것이 바람직하다. 이러한 방법에 따르면, 맞댐부의 간극이 없어지므로, 기밀성 및 수밀성을 높일 수 있다.

또한, 상기 맞댐 공정에서는, 한쪽의 상기 금속 부재의 측면과, 다른 쪽의 상기 금속 부재의 단부면을 맞대고, 한쪽의 상기 금속 부재의 측면과 다른 쪽의 상기 금속 부재의 측면으로 이루는 내측 코너의 각도가 α인 경우에, 상기 제1 본접합 공정에서는, 상기 측면끼리의 교선에 삽입된 상기 회전 툴의 회전 중심축이, 상기 교선을 지나 상기 측면과의 이루는 각도가 α/2로 되는 가상 기준면과 상기 한쪽의 상기 금속 부재의 측면 사이에 위치하는 것이 바람직하다.

이러한 방법에 따르면, 한쪽의 상기 금속 부재측에 회전 툴을 기울어지게 함으로써, 맞댐부의 깊은 위치까지 교반 핀을 삽입할 수 있으므로, 맞댐부의 깊은 위치까지 접합할 수 있다.

또한, 상기 본접합 공정 전에, 회전한 회전 툴을 상기 금속 부재끼리의 외측 코너를 구성하는 면측에 삽입하고, 상기 맞댐부의 가접합을 행하는 가접합 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 접합 방법에 따르면, 본접합 공정을 행할 때에, 금속 부재끼리가 이격되는 것을 막을 수 있다.

또한, 상기 본접합 공정에서는, 상기 가접합 공정에서 형성된 소성화 영역과 상기 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역을 중복시키는 것이 바람직하다. 이러한 접합 방법에 따르면, 소성화 영역끼리를 중복시킴으로써, 맞댐부의 간극이 없어지므로 기밀성 및 수밀성을 높일 수 있다.

또한, 상기 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역 상에 덧붙임 용접을 행하는 것이 바람직하다. 이러한 방법에 따르면, 본접합 공정에 의한 금속의 부족분을 보충할 수 있다.

본 발명에 관한 마찰 교반 접합 방법에 따르면, 마찰 교반 장치에 가해지는 부하를 작게 함으로써, 맞댐부의 깊은 부분까지 접합할 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 마찰 교반 접합 방법에 따르면, 접합할 때의 금속 부재의 손상을 억제함과 함께 바람직하게 접합할 수 있다.

도 1의 (a)는 제1 실시 형태의 본접합용 회전 툴을 도시한 측면도이며, (b)는 본접합용 회전 툴의 접합 형태를 도시한 모식 단면도이다.
도 2의 (a)는 제1 실시 형태의 가접합용 회전 툴을 도시한 측면도이며, (b)는 가접합용 회전 툴의 접합 형태를 도시한 모식 단면도이다.
도 3은 제1 실시 형태의 준비 공정을 도시한 도면이며, (a)는 사시도, (b)는 평면도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 제1 예비 공정을 도시한 평면도이며, (a)는 접합 도중, (b)는 종료 시를 나타낸다.
도 5는 제1 실시 형태의 제1 본접합 공정을 도시한 평면도이며, (a)는 접합 도중, (b)는 종료 시를 나타낸다.
도 6은 제1 실시 형태의 제1 보수 공정을 도시한 사시도이다.
도 7은 제1 실시 형태의 제1 보수 공정에 있어서의 보수 부재 접합 공정을 도시한 도면이며, (a)는 평면도, (b)는 단면도이다.
도 8은 제1 실시 형태의 제1 보수 공정 후를 도시한 단면도이다.
도 9의 (a)는 제1 실시 형태의 제2 본접합 공정을 도시한 단면도이며, (b)는 본 실시 형태의 제2 보수 공정을 도시한 단면도이다.
도 10은 보수 공정의 변형예를 나타낸 도면이며, (a)는 절삭 공정, (b)는 덧붙임 용접 공정을 도시한다.
도 11의 (a)는 제2 실시 형태에 관한 준비 공정을 도시한 사시도, (b)는 제2 실시 형태에 관한 예비 공정을 도시한 사시도이다.
도 12는 제2 실시 형태에 관한 본접합 공정을 도시한 도면이며, (a)는 사시도이며, (b)는 단면도이다.
도 13은 제2 실시 형태에 관한 보수 공정을 도시한 단면도이다.
도 14의 (a)는 제3 실시 형태에 관한 제1 본접합 공정을 도시하는 단면도이며, (b)는 제3 실시 형태에 관한 제2 본접합 공정을 도시하는 단면도이다.
도 15는 실시예 1의 조건과 각 소성화 영역의 단면도이다.
도 16은 실시예 1을 설명하기 위한 단면도이다.
도 17은 실시예 2의 조건과 각 소성화 영역의 단면도이다.
도 18은 실시예 2, 3을 설명하기 위한 단면도이다.
도 19는 실시예 3의 조건과 각 소성화 영역의 단면도이다.
도 20은 실시예 4∼6에서 사용하는 본접합용 회전 툴의 기본 형상을 도시한 측면도이다.
도 21은 실시예 4∼6에서 사용하는 본접합용 회전 툴의 1시리즈와 2시리즈를 나타내는 측면도이다.
도 22는 실시예 4∼6에서 사용하는 본접합용 회전 툴의 3시리즈와 4시리즈를 나타내는 측면도이다.
도 23의 (a)는 실시예의 필릿부 두께 감소량을 도시하는 모식도이며, (b)는 실시예의 나사 단면적을 도시하는 모식도이다.
도 24는 실시예 4에 있어서의 1시리즈와 2시리즈의 결과를 나타낸 단면도이다.
도 25는 실시예 4에 있어서의 3시리즈와 4시리즈의 결과를 나타낸 단면도이다.
도 26은 실시예 5에 있어서의 1시리즈와 2시리즈의 결과를 나타낸 단면도이다.
도 27은 실시예 5에 있어서의 3시리즈와 4시리즈의 결과를 나타낸 단면도이다.
도 28은 실시예 4에 있어서의 나사 단면적과 필릿부 두께 감소량의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 29는 실시예 5에 있어서의 나사 단면적과 필릿부 두께 감소량의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 30은 실시예 6에 있어서, 본접합용 회전 툴 B-1의 회전수를 1000rpm으로 설정하고, 접합 속도를 100㎜/min, 200㎜/min, 300㎜/min, 500㎜/min으로 설정한 경우의 결과를 나타내는 단면도이다.
도 31은 실시예 6에 있어서, 본접합용 회전 툴 C-1의 회전수를 1000rpm으로 설정하고, 접합 속도를 100㎜/min, 200㎜/min, 300㎜/min, 500㎜/min으로 설정한 경우의 결과를 나타내는 단면도이다.
도 32는 실시예 6에 있어서, 본접합용 회전 툴 A-4의 회전수를 1000rpm으로 설정하고, 접합 속도를 100㎜/min, 200㎜/min, 300㎜/min, 500㎜/min으로 설정한 경우의 결과를 나타내는 단면도이다.
도 33은 실시예 6에 있어서, 회전수를 1000rpm으로 고정하는 것과 함께 접합 속도를 100㎜/min으로 한 경우의 결과를 나타내는 단면도이다.
도 34는 실시예 6에 있어서, 회전수를 1000rpm으로 고정하는 것과 함께 접합 속도를 200㎜/min으로 한 경우의 결과를 나타내는 단면도이다.
도 35는 실시예 6에 있어서, 회전수를 1000rpm으로 고정하는 것과 함께 접합 속도를 300㎜/min으로 한 경우의 결과를 나타내는 단면도이다.
도 36은 실시예 6에 있어서, 회전수를 1000rpm으로 고정하는 것과 함께 접합 속도를 500㎜/min으로 한 경우의 결과를 나타내는 단면도이다.
도 37은 종래의 마찰 교반 접합 방법을 도시하는 단면도이다.

[제1 실시 형태]

본 발명의 제1 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선은, 본 실시 형태에서 사용하는 본접합용 회전 툴 및 가접합용 회전 툴에 대해 설명한다.

본접합용 회전 툴(F)은, 도 1의 (a)에 도시하는 바와 같이, 연결부(F1)와, 교반 핀(F2)으로 구성되어 있다. 본접합용 회전 툴(F)은, 예를 들어 공구강으로 형성되어 있다. 연결부(F1)는, 도 1의 (b)에 도시하는 마찰 교반 장치의 회전축(D)에 연결되는 부위이다. 연결부(F1)는 원기둥 형상을 나타내고, 볼트가 체결되는 나사 구멍(B, B)이 형성되어 있다.

교반 핀(F2)은, 연결부(F1)로부터 수직 하강하고 있고, 연결부(F1)와 동축으로 되어 있다. 교반 핀(F2)은 연결부(F1)로부터 이격됨에 따라 끝이 가느다랗게 되어 있다. 교반 핀(F2)의 외주면에는 나선 홈(F3)이 형성되어 있다.

도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 본접합용 회전 툴(F)을 사용하여 마찰 교반 접합을 할 때에는, 금속 부재(1)에 회전한 교반 핀(F2)만을 삽입하고, 금속 부재(1)와 연결부(F1)는 이격시키면서 이동시킨다. 바꾸어 말하면, 교반 핀(F2)의 기단부는 노출시킨 상태에서 마찰 교반 접합을 행한다. 본접합용 회전 툴(F)의 이동 궤적에는 마찰 교반된 금속이 경화됨으로써 소성화 영역(W)이 형성된다.

가접합용 회전 툴(G)은, 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 숄더부(G1)와, 교반 핀(G2)으로 구성되어 있다. 가접합용 회전 툴(G)은, 예를 들어 공구강으로 형성되어 있다. 숄더부(G1)는, 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 마찰 교반 장치의 회전축(D)에 연결되는 부위인 동시에, 소성 유동화된 금속을 압박하는 부위이다. 숄더부(G1)는 원기둥 형상을 나타낸다. 숄더부(G1)의 하단부면은, 유동화된 금속이 외부로 유출되는 것을 막기 위해 오목 형상으로 되어 있다.

교반 핀(G2)은, 숄더부(G1)로부터 수직 하강하고 있고, 숄더부(G1)와 동축으로 되어 있다. 교반 핀(G2)은 숄더부(G1)로부터 이격됨에 따라 가느다랗게 되어 있다. 교반 핀(G2)의 외주면에는 나선 홈(G3)이 형성되어 있다.

도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 가접합용 회전 툴(G)을 사용하여 마찰 교반 접합을 할 때에는, 회전한 교반 핀(G2)과 숄더부(G1)의 하단부를 금속 부재(1)에 삽입하면서 이동시킨다. 가접합용 회전 툴(G)의 이동 궤적에는 마찰 교반된 금속이 경화됨으로써 소성화 영역(W)이 형성된다.

다음으로, 본 실시 형태의 구체적인 마찰 교반 접합 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태에서는, (1)준비 공정, (2)제1 예비 공정, (3)제1 본접합 공정, (4)제1 보수 공정, (5)제2 예비 공정, (6)제2 본접합 공정, (7)제2 보수 공정을 포함하고 있다. 또한, 제1 예비 공정, 제1 본접합 공정 및 제1 보수 공정은, 금속 부재(1)의 표면측으로부터 실행되는 공정이며, 제2 예비 공정, 제2 본접합 공정 및 제2 보수 공정은, 금속 부재(1)의 이면측으로부터 실행되는 공정이다.

(1)준비 공정

도 3을 참조하여 준비 공정을 설명한다. 본 실시 형태에 관한 준비 공정은, 접합해야 하는 금속 부재(1, 1)를 맞대는 맞댐 공정과, 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)의 양측에 제1 탭재(2)와 제2 탭재(3)를 배치하는 탭재 배치 공정과, 제1 탭재(2)와 제2 탭재(3)를 용접에 의해 금속 부재(1, 1)에 가접합하는 용접 공정을 구비하고 있다.

맞댐 공정에서는, 접합해야 하는 금속 부재(1, 1)를 L자 형상으로 배치하고, 한쪽의 금속 부재(1)의 측면에 다른 쪽의 금속 부재(1)의 단부면을 밀착시킨다. 금속 부재(1)는, 마찰 교반 가능한 금속이면 되지만, 본 실시 형태에서는 알루미늄 합금을 사용한다.

탭재 배치 공정에서는, 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)의 일단부측(외측)에 제1 탭재(2)를 배치하여 제1 탭재(2)의 접촉면(21)[도 3의 (b) 참조]을 금속 부재(1, 1)의 외측의 측면에 접촉시키는 것과 함께, 맞댐부(J1)의 타단부측에 제2 탭재(3)를 배치하여 제2 탭재(3)의 접촉면(31, 31)[도 3의 (b) 참조]을 금속 부재(1, 1)의 내측의 측면에 접촉시킨다. 또한, 금속 부재(1, 1)를 L자 형상으로 조합한 경우에는, 제1 탭재(2) 및 제2 탭재(3)의 한쪽[본 실시 형태에서는 제2 탭재(3)]을, 금속 부재(1, 1)에 의해 형성된 모서리부[금속 부재(1, 1)의 내측의 측면에 의해 형성된 코너부]에 배치한다.

용접 공정에서는, 금속 부재(1)와 제1 탭재(2)에 의해 형성된 모서리부(2a, 2a)를 용접하여 금속 부재(1)와 제1 탭재(2)를 접합하고, 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)에 의해 형성된 모서리부(3a, 3a)를 용접하여 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)를 접합한다.

준비 공정이 종료되면, 금속 부재(1, 1), 제1 탭재(2) 및 제2 탭재(3)를 도시하지 않은 마찰 교반 장치의 가대에 적재하고, 클램프 등의 도시하지 않은 지그를 사용하여 이동 불가능하게 구속한다.

(2)제1 예비 공정

제1 예비 공정은, 금속 부재(1, 1)와 제1 탭재(2)의 맞댐부(J2)를 접합하는 제1 탭재 접합 공정과, 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)를 가접합하는 가접합 공정과, 금속 부재(1, 1)와 제2 탭재(3)의 맞댐부(J3)를 접합하는 제2 탭재 접합 공정과, 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 개시 위치에 예비 구멍을 형성하는 예비 구멍 형성 공정을 구비하고 있다.

도 4의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 하나의 가접합용 회전 툴(G)을 일필휘지의 이동 궤적(비드)을 형성하도록 이동시켜, 맞댐부(J1, J2, J3)에 대해 연속하여 마찰 교반을 행한다.

우선, 가접합용 회전 툴(G)의 교반 핀(G2)을 좌회전시키면서 제1 탭재(2)의 적소에 형성한 개시 위치 SP에 삽입하여 마찰 교반을 개시하고, 가접합용 회전 툴(G)을 제1 탭재 접합 공정의 시점 s2를 향해 상대 이동시킨다.

가접합용 회전 툴(G)을 상대 이동시켜 제1 탭재 접합 공정의 시점 s2까지 연속하여 마찰 교반을 행하면, 시점 s2에서 가접합용 회전 툴(G)을 이탈시키는 일 없이 그대로 제1 탭재 접합 공정으로 이행한다.

제1 탭재 접합 공정에서는, 제1 탭재(2)와 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J2)에 대해 마찰 교반을 행한다. 구체적으로는, 금속 부재(1, 1)와 제1 탭재(2)의 이음매 상에 마찰 교반의 루트를 설정하고, 당해 루트를 따라 가접합용 회전 툴(G)을 상대 이동시킴으로써, 맞댐부(J2)에 대해 마찰 교반을 행한다. 본 실시 형태에서는, 가접합용 회전 툴(G)을 도중에 이탈시키는 일 없이 제1 탭재 접합 공정의 시점 s2로부터 종점 e2까지 연속하여 마찰 교반을 행한다.

또한, 가접합용 회전 툴(G)을 좌회전시킨 경우에는, 진행 방향의 우측에 미세한 접합 결함이 발생할 우려가 있으므로, 가접합용 회전 툴(G)의 진행 방향의 좌측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록 제1 탭재 접합 공정의 시점 s2와 종점 e2의 위치를 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 금속 부재(1)측에 접합 결함이 발생하기 어려워지므로, 고품질의 접합체를 얻는 것이 가능해진다.

가접합용 회전 툴(G)이 제1 탭재 접합 공정의 종점 e2에 도달하면, 종점 e2에서 마찰 교반을 종료시키지 않고 가접합 공정의 시점 s1까지 연속하여 마찰 교반을 행하고, 그대로 가접합 공정으로 이행한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제1 탭재 접합 공정의 종점 e2로부터 가접합 공정의 시점 s1에 이르는 마찰 교반의 루트를 제1 탭재(2)에 설정하고 있다.

가접합 공정에서는, 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)에 대해 마찰 교반을 행한다. 구체적으로는, 금속 부재(1, 1)의 이음매 상에 마찰 교반의 루트를 설정하고, 당해 루트를 따라 가접합용 회전 툴(G)을 상대 이동시킴으로써, 맞댐부(J1)에 대해 마찰 교반을 행한다. 본 실시 형태에서는, 가접합용 회전 툴(G)을 도중에 이탈시키는 일 없이 가접합 공정의 시점 s1로부터 종점 e1까지 연속하여 마찰 교반을 행한다.

가접합용 회전 툴(G)이 가접합 공정의 종점 e1에 도달하면, 그대로 제2 탭재 접합 공정으로 이행한다. 즉, 제2 탭재 접합 공정의 시점 s3이기도 한 가접합 공정의 종점 e1에서 가접합용 회전 툴(G)을 이탈시키는 일 없이 제2 탭재 접합 공정으로 이행한다.

제2 탭재 접합 공정에서는, 금속 부재(1, 1)와 제2 탭재(3)의 맞댐부(J3, J3)에 대해 마찰 교반을 행한다. 본 실시 형태에서는, 제2 탭재 접합 공정의 시점 s3이, 맞댐부(J3, J3)의 중간에 위치하고 있으므로, 제2 탭재 접합 공정의 시점 s3으로부터 종점 e3에 이르는 마찰 교반의 루트에 되꺾임점 m3을 형성하고, 가접합용 회전 툴(G)을 시점 s3으로부터 되꺾임점 m3으로 이동시킨 후에[도 4의 (a) 참조], 가접합용 회전 툴(G)을 되꺾임점 m3으로부터 종점 e3으로 이동시킴으로써[도 4의 (b) 참조], 제2 탭재 접합 공정의 시점 s3으로부터 종점 e3까지 연속하여 마찰 교반을 행한다. 즉, 가접합용 회전 툴(G)을 시점 s3∼되꺾임점 m3 사이에서 왕복시킨 후에, 가접합용 회전 툴(G)을 종점 e3까지 이동시킴으로써, 제2 탭재 접합 공정의 시점 s3으로부터 종점 e3까지 연속하여 마찰 교반을 행한다. 또한, 시점 s3으로부터 되꺾임점 m3에 이르는 마찰 교반의 루트 및 되꺾임점 m3으로부터 종점 e3에 이르는 마찰 교반의 루트는, 각각, 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)의 이음매 상에 설정한다.

시점 s3, 되꺾임점 m3 및 종점 e3의 위치 관계에 특별히 제한은 없지만, 본 실시 형태와 같이 가접합용 회전 툴(G)을 좌회전시키고 있는 경우에는, 적어도 되꺾임점 m3으로부터 종점 e3에 이르는 마찰 교반의 루트에 있어서 가접합용 회전 툴(G)의 진행 방향의 좌측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록, 제2 탭재 접합 공정의 시점 s3, 되꺾임점 m3 및 종점 e3의 위치를 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 시점 s3∼되꺾임점 m3 사이에 있어서는, 왕로에 있어서도 귀로에 있어서도 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)의 이음매 상에 마찰 교반의 루트를 설정하고, 당해 루트를 따라 가접합용 본접합용 회전 툴을 이동시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 시점 s3으로부터 되꺾임점 m3에 이르기까지의 사이에, 가접합용 회전 툴(G)의 진행 방향의 우측에 금속 부재(1)가 위치하고, 금속 부재(1)측에 접합 결함이 발생하였다고 해도, 그 후에 행해지는 되꺾임점 m3으로부터 종점 e3에 이르는 마찰 교반에 있어서 가접합용 회전 툴(G)의 진행 방향의 좌측에 금속 부재(1)가 위치하게 되므로, 상기한 접합 결함이 시정되어, 고품질의 접합체를 얻는 것이 가능해진다.

덧붙여 말하면, 가접합용 회전 툴(G)을 우회전시킨 경우에는, 되꺾임점으로부터 종점에 이르는 마찰 교반의 루트에 있어서 가접합용 회전 툴(G)의 진행 방향의 우측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록, 제2 탭재 접합 공정의 시점, 되꺾임점 및 종점의 위치를 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도시는 생략하지만, 가접합용 회전 툴(G)을 좌회전시킨 경우의 종점 e3의 위치에 되꺾임점을 형성하고, 가접합용 회전 툴(G)을 좌회전시킨 경우의 되꺾임점 m3의 위치에 종점을 형성하면 된다.

도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 가접합용 회전 툴(G)이 제2 탭재 접합 공정의 종점 e3에 도달하면, 종점 e3에서 마찰 교반을 종료시키지 않고, 제2 탭재(3)에 형성한 종료 위치 EP까지 연속하여 마찰 교반을 행한다. 가접합용 회전 툴(G)이 종료 위치 EP에 도달하면, 가접합용 회전 툴(G)을 회전시키면서 상승시켜 교반 핀(G2)을 종료 위치 EP로부터 이탈시킨다.

계속해서, 예비 구멍 형성 공정을 실행한다. 예비 구멍 형성 공정은, 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 개시 위치에 예비 구멍을 형성하는 공정이다. 새롭게 예비 구멍을 형성해도 되지만, 본 실시 형태에서는, 가접합용 회전 툴(G)의 교반 핀(G2)을 이탈시켰을 때에 형성되는 펀치 홀을, 드릴 등으로 직경 확장하여 예비 구멍을 형성한다. 이와 같이 하면, 예비 구멍의 가공 작업을 생략 혹은 간략화하는 것이 가능해지므로, 작업 시간을 단축하는 것이 가능해진다. 또한, 상기한 펀치 홀을 그대로 예비 구멍으로서 이용해도 된다.

(3)제1 본접합 공정

제1 예비 공정이 종료되면, 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)를 본격적으로 접합하는 제1 본접합 공정을 실행한다. 본 실시 형태에 관한 제1 본접합 공정에서는, 도 1의 (a)에 도시하는 본접합용 회전 툴(F)을 사용하고, 가접합된 상태의 맞댐부(J1)에 대해 금속 부재(1)의 표면측으로부터 마찰 교반을 행한다.

제1 본접합 공정에서는, 우선, 도 5에 도시하는 바와 같이, 본접합용 회전 툴(F)을 우회전시키면서 교반 핀(F2)을 개시 위치 SM1[즉, 도 4의 (b)에 도시하는 종료 위치 EP]에 삽입하고, 마찰 교반을 개시한다.

금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)의 일단부까지 마찰 교반을 행하면, 그대로 본접합용 회전 툴(F)을 맞댐부(J1)에 돌입시키고, 금속 부재(1, 1)의 이음매 상에 설정된 마찰 교반의 루트를 따라 본접합용 회전 툴(F)을 상대 이동시킴으로써, 맞댐부(J1)의 일단부로부터 타단부까지 연속하여 마찰 교반을 행한다. 여기에서는, 도 1의 (b)를 참조하는 바와 같이, 본접합용 회전 툴(F)의 연결부(F1)와 금속 부재(1)를 이격시켜, 교반 핀(F2)만을 맞댐부(J1)에 삽입한다. 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 맞댐부(J1)의 타단부까지 본접합용 회전 툴(F)을 상대 이동시키면, 마찰 교반을 행하면서 맞댐부(J2)를 가로지르게 하고, 그대로 종료 위치 EM1을 향해 상대 이동시킨다.

본접합용 회전 툴(F)이 종료 위치 EM1에 도달하면, 본접합용 회전 툴(F)을 회전시키면서 상승시켜 교반 핀(F2)을 종료 위치 EM1로부터 이탈시킨다. 또한, 종료 위치 EM1에 있어서 교반 핀(F2)을 상방으로 이탈시키면, 교반 핀(F2)과 대략 동형의 펀치 홀이 불가피적으로 형성되게 되지만, 본 실시 형태에서는, 그대로 남겨둔다.

(4)제1 보수 공정

제1 본접합 공정이 종료되면, 제1 본접합 공정에 의해 금속 부재(1)에 형성된 소성화 영역(W1)에 대해 제1 보수 공정을 실행한다. 본 실시 형태에 관한 제1 보수 공정에서는, 도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 오목 홈(M)을 형성하는 오목 홈 형성 공정과, 오목 홈(M)에 보조 부재(4)를 배치하는 배치 공정과, 금속 부재(1)와 보조 부재(4)를 접합하는 보조 부재 접합 공정을 실행한다.

오목 홈 형성 공정에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 본접합용 회전 툴(F)의 이동에 수반하여 형성된 소성화 영역(W1)의 표면에 오목 홈(M)을 형성한다. 오목 홈 형성 공정에서는, 예를 들어 엔드밀 등을 사용하여 버어나 소성화 영역(W1)의 표면을 절삭하여, 단면에서 볼 때 직사각형의 오목 홈(M)을 형성한다.

배치 공정에서는, 오목 홈(M)에 보조 부재(4)를 배치한다. 보조 부재(4)는, 금속 부재(1)와 동등한 재료를 포함하는 금속판이다. 보조 부재(4)는, 오목 홈(M)과 동등한 형상을 나타낸다. 보조 부재(4)의 두께는, 오목 홈(M)의 깊이와 대략 동등하게 되어 있다.

보조 부재 접합 공정에서는, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 보조 부재(4)와 금속 부재(1), 제1 탭재(2) 및 제2 탭재(3)의 맞댐 부분인 맞댐부(J4)에 대해 마찰 교반 접합을 행한다. 구체적으로는, 회전한 가접합용 회전 툴(G)을 제2 탭재(3)에 설정한 개시 위치 SH1에 삽입하고, 맞댐부(J4)를 따라 일주시켜 종료 위치 EH1까지 이동시킨다. 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 보조 부재 접합 공정에서는, 숄더부(G1)를 금속 부재(1)의 표면(12)에 압입하면서 가접합용 회전 툴(G)을 이동시킨다. 또한, 가접합용 회전 툴(G)의 교반 핀(G2)은 보조 부재(4)의 두께보다도 길게 설정되어 있다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 가접합용 회전 툴(G)을 일주시켜, 보조 부재(4)에 대해 2개의 소성화 영역(w2)이 형성되면, 보조 부재(4)는 전부 소성화 영역(w2, w2)으로 덮인다. 또한, 소성화 영역(W1)과 소성화 영역(w2)이 중복되므로, 보다 기밀성 및 수밀성을 높일 수 있다.

제1 본접합 공정 후, 금속 부재(1)의 표면(12)과 소성화 영역(W1)의 표면의 단차가 큰 경우에는, 오목 홈 형성 공정은 생략해도 된다. 또한, 보조 부재 접합 공정에서는, 금속 부재(1)와 보조 부재(4)를 용접에 의해 접합해도 된다.

(5)제2 예비 공정

제1 본접합 공정을 끝내면 금속 부재(1, 1)를 뒤집고, 제2 예비 공정을 실행한다. 본 실시 형태에 관한 제2 예비 공정은, 제2 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 개시 위치에 예비 구멍(도시 생략)을 형성하는 예비 구멍 형성 공정을 구비하고 있다. 또한, 제2 예비 공정에서는, 금속 부재(1, 1)의 이면(13)측으로부터 맞댐부(J1)에 대해 가접합을 행해도 된다.

(6)제2 본접합 공정

제2 예비 공정이 종료되면, 도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이, 본접합용 회전 툴(F)을 사용하여, 맞댐부(J1)에 대해 금속 부재(1)의 이면(13)측으로부터 마찰 교반 접합을 행하는 제2 본접합 공정을 실행한다. 제2 본접합 공정은, 제1 본접합 공정과 대략 동등한 작업을 이면(13)측으로부터 행한다. 제2 본접합 공정에 있어서도, 본접합용 회전 툴(F)의 연결부(F1)와 금속 부재(1)는 이격시키면서, 교반 핀(F2)만을 금속 부재(1)에 삽입한다. 맞댐부(J1)에 대해 마찰 교반 접합을 행할 때에는, 제1 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역(W1)에 본접합용 회전 툴(F)의 교반 핀(F2)을 들어가게 하면서 마찰 교반을 행한다.

(7)제2 보수 공정

제2 본접합 공정이 종료되면, 제2 본접합 공정에 의해 금속 부재(1)에 형성된 소성화 영역(W2)에 대해 제2 보수 공정을 실행한다. 제2 보수 공정은, 제1 보수 공정과 대략 동등한 작업을 이면(13)측으로부터 행한다. 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제2 보수 공정을 행하면, 2개의 소성화 영역(w3)에 의해 보조 부재(4)의 전체가 덮인다. 마지막으로, 제1 탭재(2) 및 제2 탭재(3)를 금속 부재(1, 1)로부터 절단한다.

이상 설명한 마찰 교반 접합에 따르면, 마찰 교반 접합을 행할 때에, 금속 부재(1, 1)에 접촉시키는 부분을 본접합용 회전 툴(F)의 교반 핀(F2)만으로 함으로써, 종래에 비해 금속 부재(1, 1)와 본접합용 회전 툴(F)의 마찰을 경감할 수 있어, 마찰 교반 장치에 가해지는 부하를 작게 할 수 있다. 마찰 교반 장치에 가해지는 부하가 작아지므로, 금속 부재(1, 1)의 깊은 위치까지 교반 핀(F2)을 삽입할 수 있다.

또한, 제1 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역(W1)과 제2 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역(W2)을 접촉시킴으로써, 맞댐부(J1)의 두께 방향의 전장에 대해 마찰 교반 접합할 수 있으므로, 기밀성 및 수밀성을 높일 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제2 본접합 공정을 행할 때에, 소성화 영역(W1)에 교반 핀(F2)을 접촉시키면서 마찰 교반 접합을 행하므로, 가령 소성화 영역(W1)에 접합 결함이 있었다고 해도 당해 접합 결함을 보수할 수 있다.

또한, 제1 본접합 공정 및 제2 본접합 공정에 의해, 금속 부재(1)의 표면(12) 또는 이면(13)에 단차가 형성되었다고 해도, 보수 공정을 행함으로써 금속 부재(1)의 표면(12) 또는 이면(13)을 평탄하게 할 수 있다. 또한, 보조 부재 접합 공정에서는, 적어도 금속 부재(1)와 보조 부재(4)가 접합하면 되지만, 본 실시 형태와 같이 보조 부재(4)의 전체를 마찰 교반 접합함으로써, 보조 부재(4)가 소성화 영역(w2, w3)으로 덮여 보다 기밀성 및 수밀성을 높일 수 있다.

또한, 맞댐부(J1)의 가접합 공정을 행함으로써, 본접합 공정을 행할 때에 금속 부재(1, 1)가 이격되는 것을 막을 수 있다. 또한, 탭재를 설치함으로써, 회전 툴의 삽입 및 이탈 작업이 용이해지는 동시에, 이 탭재에 예비 구멍을 형성함으로써 회전 툴을 압입할 때의 압입 저항을 작게 할 수 있다.

이상 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명의 취지에 반하지 않는 범위에 있어서 설계 변경이 가능하다. 예를 들어, 도 10은 보수 공정의 변형예를 나타낸 도면이며, (a)는 오목 홈 형성 공정, (b)는 덧붙임 용접 공정을 나타낸다. 보수 공정에서는, 보조 부재(4) 대신에, 덧붙임 용접에 의해 보수해도 된다. 즉, 도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제1 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역(W1) 상에 오목 홈(M)을 형성한 후, 이 오목 홈(M)에 덧붙임 용접을 행해도 된다. 이에 의해, 오목 홈(M)에 용접 금속(N)이 충전되므로, 금속 부재(1, 1)의 표면(12)을 평탄하게 할 수 있다. 또한, 오목 홈 형성 공정은 생략해도 된다.

또한, 가접합 공정은, 제1 실시 형태에서는 마찰 교반 접합에 의해 행하였지만, 용접이어도 된다. 또한, 보조 부재(4)를 사용한 보수 공정에서는, 가접합용 회전 툴(G)을 사용하였지만, 보조 부재(4)의 두께가 큰 경우에는 더욱 큰 회전 툴을 사용해도 된다. 또한, 보조 부재(4)와 금속 부재(1)는 용접에 의해 접합해도 된다.

[제2 실시 형태]

본 발명의 제2 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 제2 실시 형태에서는, (1)준비 공정, (2)예비 공정, (3)본접합 공정, (4)보수 공정을 포함하고 있다.

(1)준비 공정

도 11을 참조하여 준비 공정을 설명한다. 제2 실시 형태에 관한 준비 공정은, 접합해야 하는 금속 부재(201, 202)를 맞대는 맞댐 공정과, 금속 부재(201, 202)의 맞댐부(J1)의 단부에 탭재(203)를 배치하는 탭재 배치 공정과, 탭재(203)를 용접에 의해 금속 부재(201, 202)에 가접합하는 용접 공정을 구비하고 있다.

맞댐 공정에서는, 도 11의 (a)에 도시하는 바와 같이, 접합해야 하는 금속 부재(201)의 측면(201b)과 금속 부재(202)의 단부면(202a)을 맞대는 것과 함께, 금속 부재(201)의 단부면(201a)과 금속 부재(202)의 측면(202c)이 동일 높이의 면으로 되도록 한다. 즉, 맞댐 공정에서는, 금속 부재(201, 202)를 수직으로 맞대고, 측면에서 볼 때 L자 형상으로 되도록 한다. 금속 부재(201, 202)는, 마찰 교반 가능한 금속이면 되지만, 본 실시 형태에서는 알루미늄 합금을 사용한다.

탭재 배치 공정에서는, 도 11의 (b)에 도시하는 바와 같이, 금속 부재(201, 202)의 맞댐부(J1)의 일단부측에 탭재(203)를 배치하여 탭재(203)를 금속 부재(201)의 측면(201d) 및 금속 부재(202)의 측면(202d)에 접촉시킨다. 탭재(203)의 표면(203a)과, 금속 부재(202)의 측면(202c) 및 금속 부재(201)의 단부면(201a)이 동일 높이의 면으로 되도록 배치한다.

용접 공정에서는, 금속 부재(201, 202)와 탭재(203)를 용접하고, 금속 부재(201, 202)와 탭재(203)를 접합한다.

준비 공정이 종료되면, 금속 부재(201, 202) 및 탭재(203)를 도시하지 않은 마찰 교반 장치의 가대에 적재하고, 클램프 등의 도시하지 않은 지그를 사용하여 이동 불가능하게 구속한다.

(2)예비 공정

예비 공정은, 금속 부재(201, 202)의 맞댐부(J1)를 가접합하는 가접합 공정을 구비하고 있다. 구체적으로는, 도 11의 (b)에 도시하는 바와 같이, 탭재(203)에 가접합용 회전 툴(G)을 삽입하고, 금속 부재(201, 202)의 외측(외측 코너를 구성하는 면측)으로부터 맞댐부(J1)에 대해 마찰 교반 접합을 행한다. 가접합 공정에 있어서는, 도 2의 (b)를 참조하는 바와 같이, 숄더부(G1)의 하면을 금속 부재(201, 202)에 압입한 상태에서, 가접합용 회전 툴(G)을 이동시킨다. 맞댐부(J1)의 전부 또는 일부를 접합하면, 금속 부재(201, 202)로부터 탭재(203)를 절삭한다. 또한, 본 실시 형태에서는 가접합 공정을 마찰 교반 접합에 의해 행하였지만, 예를 들어 용접에 의해 금속 부재(201, 202)의 가접합을 행해도 된다.

(3)본접합 공정

예비 공정이 종료되면, 금속 부재(201, 202)의 맞댐부(J1)를 본격적으로 접합하는 본접합 공정을 실행한다. 본 실시 형태에 관한 본접합 공정에서는, 우선, 도 12의 (a)에 도시하는 바와 같이, 금속 부재(201, 202)의 외측 코너를 구성하는 면에 백킹재(T)를 배치한다. 백킹재(T)는, 평면에서 볼 때 L자 형상을 나타내는 금속제의 부재이며, 금속 부재(201)의 측면(201c), 단부면(201a) 및 금속 부재(202)의 측면(202c)에 접촉시킨다. 그리고, 금속 부재(201, 202) 및 백킹재(T)를 도시하지 않은 마찰 교반 장치의 가대에 적재하고, 클램프 등의 도시하지 않은 지그를 사용하여 이동 불가능하게 구속한다.

다음으로, 본접합 공정에서는, 금속 부재(201)와 금속 부재(202)의 내측 코너[측면(201b)과 측면(202b)으로 구성되는 코너부]에 회전한 본접합용 회전 툴(F)을 삽입하고, 맞댐부(J1)에 대해 마찰 교반 접합을 행한다. 본접합 공정에서는, 도 12의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 본접합용 회전 툴(F)의 연결부(F1)와 금속 부재(201, 202)를 이격시켜, 교반 핀(F2)만을 맞댐부(J1)에 삽입한다.

또한, 본접합 공정에서는, 도 12의 (b)에 도시하는 바와 같이, 본접합용 회전 툴(F)의 회전 중심축(Fc)을 기울여 마찰 교반 접합을 행한다. 즉, 본접합 공정에서는, 측면(201b)과 측면(202b)의 교선(C1)에 삽입된 본접합용 회전 툴(F)의 회전 중심축(Fc)이, 교선(C1)을 지나 측면(201b)과 측면(202b)이 이루는 각도가 α/2(본 실시 형태에서는 α＝90°)로 되는 가상 기준면(C)과 금속 부재(201)의 측면(201b) 사이에 위치하도록 설정한다. 본접합 공정에서는, 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역(W1)과, 가접합 공정에서 형성된 소성화 영역(w)이 중복되도록 한다. 또한, 회전 중심축(Fc)의 위치는, 측면(201b) 및 가상 기준면(C)에 겹치는 위치는 포함하지 않는다.

(4)보수 공정

본접합 공정이 종료되면, 본접합 공정에 의해 금속 부재(201, 202)에 형성된 소성화 영역(W1)에 대해 보수 공정을 실행한다. 본 실시 형태에 관한 보수 공정에서는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 소성화 영역(W1)의 상면에 덧붙임 용접을 행한다.

본접합 공정에 의해, 소성화 영역(W1)의 상면(표면)은 금속이 부족하여 홈이 발생하는 경향이 있지만, 덧붙임 용접을 행함으로써 부족한 금속을 보충할 수 있다. 도 13에 도시하는 바와 같이, 금속 부재(201)의 측면(201b) 및 금속 부재(202)의 측면(202b)과, 덧붙임 용접에 의해 형성된 용접 금속(N)이 동일 높이의 면으로 되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 덧붙임 용접을 행하기 전에, 소성화 영역(W1)의 상면을 깎아 미리 오목 홈을 형성하고, 이 오목 홈에 덧붙임 용접을 행해도 된다. 또한, 홈이 비교적 얕은 경우에는, 덧붙임 용접을 생략하여, 금속 부재(201)의 측면(201b) 및 금속 부재(202)의 측면(202b)에 면삭 가공을 실시함으로써, 마찰 교반 접합에 의해 형성된 홈을 제거해도 된다.

이상 설명한 본 실시 형태에 관한 마찰 교반 접합에 따르면, 금속 부재(201, 202)의 내측 코너를 접합하는 본접합 공정에 있어서, 교반 핀(F2)만을 금속 부재(201, 202)에 접촉시키므로, 접합할 때의 금속 부재(201)의 측면(201b) 및 금속 부재(202)의 측면(202b)의 손상을 억제할 수 있다. 또한, 종래와 같이 압박 블록을 사용하지 않으므로, 접합 부분을 시인할 수 있다. 이에 의해, 접합 상황 등을 파악할 수 있으므로 작업성을 높일 수 있다.

또한, 본접합 공정에서는, 가접합 공정에서 형성된 소성화 영역(w)과 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역(W1)을 중복시킴으로써, 기밀성 및 수밀성을 높일 수 있다. 또한, 본접합용 회전 툴(F)보다도 작은 가접합용 회전 툴(G)을 사용하여 가접합 공정을 행함으로써, 본접합 공정 시에, 금속 부재(201, 202)가 이격되는 것을 막을 수 있다.

또한, 본접합 공정에서는, 한쪽의 금속 부재(201)측에 본접합용 회전 툴(F)을 기울어지게 함으로써, 예를 들어, 도 12의 (b)에 도시하는 가상 기준면(C)을 따라 교반 핀(F2)을 삽입하는 경우, 즉, 수직인 금속 부재(201, 202)에 대해 측면(201b, 202b)과 회전 중심축(Fc)이 이루는 각도가 45°로 되도록 삽입하는 경우에 비해, 맞댐부(J1)의 깊은 위치까지 교반 핀(F2)을 삽입할 수 있다. 이에 의해, 맞댐부(J1)의 깊은 위치까지 접합할 수 있다.

또한, 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역(W2) 상에 덧붙임 용접을 행함으로써, 본접합 공정에 있어서의 금속의 부족분을 보충할 수 있다.

<제3 실시 형태>

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 마찰 교반 접합 방법에 대해 설명한다. 제3 실시 형태에서는, (1)준비 공정, (2)예비 공정, (3)제1 본접합 공정, (4)제2 본접합 공정, (5)보수 공정을 포함하고 있다. 제3 실시 형태는, 제2 실시 형태보다도 두꺼운 금속 부재(1, 2)를 접합하는 경우를 예시한다. 제3 실시 형태는, 본접합 공정을 2회 행하는 점에서 제2 실시 형태와 상이하다. 또한, (1)준비 공정, (2)예비 공정은, 제2 실시 형태와 동등하므로, 상세한 설명은 생략한다.

(3)제1 본접합 공정

제1 본접합 공정에서는, 도 14의 (a)에 도시하는 바와 같이, 상기한 제2 실시 형태의 본접합 공정과 대략 동등한 요령으로, 맞댐부(J1)에 대해 금속 부재(201, 202)의 내측 코너에 회전한 본접합용 회전 툴(F)을 삽입하여, 마찰 교반 접합을 행한다. 제3 실시 형태에서는, 금속 부재(201, 202)의 두께가 크므로, 본접합용 회전 툴(F)의 삽입 각도를 금속 부재(201)측에 기울였다고 해도, 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역(W1)과, 가접합 공정에서 형성된 소성화 영역(w)을 중복시킬 수 없다.

(4)제2 본접합 공정

제2 본접합 공정에서는, 금속 부재(201, 202)의 외측 코너를 구성하는 면측으로부터 본접합용 회전 툴(F)을 사용하여 마찰 교반 접합을 행한다. 구체적으로는, 도 14의 (b)에 도시하는 바와 같이, 금속 부재(201)의 단부면(201a)과 금속 부재(202)의 측면(202c)측으로부터 회전한 본접합용 회전 툴(F)의 교반 핀(F2)을 삽입하고, 맞댐부(J1)를 따라 이동시킨다. 제2 본접합 공정에서는, 본접합용 회전 툴(F)의 연결부(F1)와 금속 부재(201, 202)를 이격시켜, 교반 핀(F2)만을 맞댐부(J1)에 삽입한다. 제2 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역(W2)은, 제1 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역(W1)과 중복시킨다. 본 실시 형태의 제2 본접합 공정에서는, 소성화 영역(W1)에 교반 핀(F2)이 도달하도록 한다. 이에 의해, 보다 확실하게 맞댐부(J1)를 접합할 수 있다.

또한, 제2 본접합 공정에서는, 금속 부재(201, 202)에 탭재를 적절하게 설치하여 마찰 교반 접합을 행해도 된다. 가접합 공정 시에 사용한 탭재를 절삭 제거하지 않고, 제2 본접합 공정에서 이용해도 된다.

(5)보수 공정

보수 공정에서는, 제2 실시 형태의 보수 공정과 동일한 요령으로, 제1 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역(W1)과 제2 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역(W2)의 상면에 덧붙임 용접을 행하여, 부족한 금속을 보충한다.

이상 설명한, 제3 실시 형태에 따르면, 제2 실시 형태와 대략 동등한 효과가 얻어지는 동시에, 제2 본접합 공정을 행함으로써, 금속 부재(1, 2)가 두꺼운 경우라도, 맞댐부(J1)의 전장에 걸쳐 마찰 교반 접합을 행할 수 있으므로, 기밀성 및 수밀성을 높일 수 있다. 또한, 본접합용 회전 툴(F)에 따르면, 마찰 교반 장치에 가해지는 부하를 억제하면서, 교반 핀(F2)을 깊은 위치까지 삽입할 수 있다.

또한, 제2 본접합 공정은, 본 실시 형태에서는 본접합용 회전 툴(F)을 사용하여 행하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어, 숄더부 및 교반 핀을 구비한 회전 툴이며, 교반 핀의 길이가 긴 것을 사용해도 된다.

이상 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명의 취지에 반하지 않는 범위에 있어서 적절하게 설계 변경이 가능하다. 예를 들어, 본 실시 형태에서는 금속 부재(201, 202)를 직각으로 맞대었지만, 금속 부재(201)의 측면(201b)과 금속 부재(202)의 측면(202b)이 이루는 각도가 180도 이외이면 몇 도로 맞대어도 된다. 또한, 예를 들어 금속 부재(1)의 단부면(201a)과 금속 부재(202)의 단부면(202a)을 비스듬히 절결하여 금속 부재(201, 202)를 맞대어도 된다.

실시예

실시예 1∼3에서는, 치수가 다른 3종류의 본접합용 회전 툴(FA, FB, FC)을 사용하고, 각 회전 툴의 회전수나 예비 구멍의 조건을 바꾸고, 평탄한 알루미늄 합금인 금속 부재(1)의 표면(12)을 소정의 길이 이동시켜, 형성된 소성화 영역의 단면을 관찰하였다. 실시예에서의 부호 및 치수는 적절하게 도 1을 참조한다. 마찰 교반 접합 시에는, 본접합용 회전 툴을 우회전시키고, 본접합용 회전 툴의 연결부(F1)와 금속 부재(1)는 이격시켜, 교반 핀(F2)만을 금속 부재(1)에 삽입시켜 행하였다.

<실시예 1>

도 15는 실시예 1의 조건과 각 소성화 영역의 단면도이다. 실시예 1에서는, 본접합용 회전 툴(FA)을 사용하여, 시험체 NO.1∼3의 각 조건에서 시험을 행하였다. 본접합용 회전 툴(FA)의 연결부(F1)의 외경 X1[도 1의 (a) 참조]은 140㎜, 두께 X2는 40㎜로 되어 있다. 교반 핀(F2)의 길이 Y1은 55㎜, 기단부 외경 Y2는 32㎜, 선단 외경 Y3은 16㎜로 되어 있다. 교반 핀(F2)의 외주면에는, 깊이 2㎜, 피치 2㎜로 좌측 나사의 나선 홈(F3)이 형성되어 있다.

도 16은 실시예 1을 설명하기 위한 단면도이다. 삽입 깊이 치수 t1은, 압입한 교반 핀(F2)의 선단으로부터 표면(12)까지의 길이이다. 예비 구멍(K)은 원기둥 형상을 나타내고, 직경 t2＝20㎜, 깊이 t3＝45㎜로 설정되어 있다.

도 15에 나타내는 바와 같이, 실시예 1의 시험체 NO.1∼3에서는 모두 접합 결함은 보이지 않았다. 금속 부재(1)의 표면(12)에는 단차(P)가 형성되어 있다. 단차(P)는, 본접합용 회전 툴(FA)의 진행 방향 좌측으로 갈수록 깊게 되어 있다. 단차(P)는, 마찰 교반 접합에 의해 소성 유동화된 금속이 비산하거나 버어(L)로 되어 외부에 유출됨으로써 형성된다고 생각된다. 버어(L)는 본접합용 회전 툴(FA)의 진행 방향 우측에 집중하고 있다. 본접합용 회전 툴(FA)에서는, 툴의 회전 속도의 변화에는 그다지 영향을 받고 있지 않다.

<실시예 2>

도 17은 실시예 2의 조건과 각 소성화 영역의 단면도이다. 실시예 2에서는, 본접합용 회전 툴(FB)을 사용하여, 시험체 NO.4∼7의 각 조건에서 시험을 행하였다. 본접합용 회전 툴(FB)의 연결부(F1)의 외경 X1[도 1의 (a) 참조]은 140㎜, 두께 X2는 55㎜로 되어 있다. 교반 핀(F2)의 길이 Y1은 77㎜, 기단부 외경 Y2는 38㎜, 선단 외경 Y3은 16㎜로 되어 있다. 교반 핀(F2)의 외주면에는, 깊이 2㎜, 피치 2㎜로 좌측 나사의 나선 홈(F3)이 형성되어 있다.

도 18은 실시예 2를 설명하기 위한 단면도이다. 삽입 깊이 치수 t4는, 압입한 교반 핀(F2)의 선단으로부터 표면(12)까지의 길이이다. 예비 구멍(K)은 광폭부(K1)와, 광폭부(K1)의 저면에 형성된 협폭부(K2)로 구성되어 있다. 광폭부(K1) 및 협폭부(K2)는 모두 원기둥 형상을 나타낸다. 광폭부(K1)의 직경을 t5, 깊이 치수를 t7로 하고, 협폭부(K2)의 직경을 t6, 깊이 치수를 t8로 한다.

도 17에 나타내는 바와 같이, 실시예 2의 시험체 NO.4∼7에서는 모두 접합 결함은 보이지 않았다. 금속 부재(1)의 표면(12)에는 단차(P)가 형성되어 있다. 단차(P)는, 마찰 교반 접합에 의해 소성 유동화된 금속이 비산하거나 버어(L)로 되어 외부에 유출됨으로써 형성된다고 생각된다. NO.4, 5에서는, 소성화 영역(W)의 상부와 하부에서 금속의 모양이 다른 것을 알 수 있다. 이것은, NO.4, 5에서는 툴의 회전수가 높으므로, 소성 유동화된 금속 중, 상측의 금속이 고온으로 되기 쉽기 때문이라고 생각된다. 한편, NO.6, 7에서는, 툴의 회전수가 낮으므로 소성화 영역(W)의 모양은 거의 균일하게 되어 있다. 시험체 NO.7에서는 비교적 단차(P)가 작았다.

<실시예 3>

도 19는 실시예 3의 조건과 각 소성화 영역의 단면도이다. 실시예 3에서는, 본접합용 회전 툴(FC)을 사용하여, 시험체 8∼11의 각 조건에서 시험을 행하였다. 본접합용 회전 툴(FC)의 연결부(F1)의 외경 X1[도 1의 (a) 참조]은 140㎜, 두께 X2는 45㎜로 되어 있다. 교반 핀(F2)의 길이 Y1은 157㎜, 기단부 외경 Y2는 54.7㎜, 선단 외경 Y3은 16㎜로 되어 있다. 교반 핀(F2)의 외주면에는, 깊이 2㎜, 피치 2㎜로 좌측 나사의 나선 홈(F3)이 형성되어 있다.

도 19에 나타내는 바와 같이, 실시예 3의 시험체 NO.8∼10의 부호 Q의 부분(회전 툴의 진행 방향 좌측)에서는 접합 결함이 보였다. 금속 부재(1)의 표면(12)에는 비교적 큰 단차(P)가 형성되어 있다. 단차(P)는, 마찰 교반 접합에 의해 소성 유동화된 금속이 비산하거나 버어로 되어 외부에 유출됨으로써 형성된다고 생각된다. 한편, 시험체 NO.11에서는 삽입 깊이를 짧게 하였으므로[교반 핀(F2)의 길이에 대해 대략 절반 정도 삽입하였으므로], 단차가 거의 없는 상태로 되었다.

<실시예 4∼6>

실시예 4∼6에서는, 도 20에 나타내는 바와 같이, 핀 각도(회전축과 교반 핀의 외주면의 각도)가 5종류와, 나사의 깊이 및 나사 피치가 4종류인 합계 20개의 본접합용 회전 툴을 준비하여, 각각의 접합 상황에 대해 조사하였다.

도 20에 나타내는 바와 같이, 접합하는 금속 부재(Z)는, 알루미늄 합금제이며, 단면 V자 형상의 V자 홈(Za)이 형성되어 있다. V자 홈(Za)의 각도는 90도로 되어 있다. 각 실시예에 있어서는, V자 홈(Za)에 각 본접합용 회전 툴의 교반 핀만을 소정의 깊이로 삽입하고, V자 홈(Za)의 길이 방향으로 소정의 길이로 이동시켰다. 교반 핀의 삽입 깊이는 각 실시예마다 공통의 깊이로 하였다.

도 21 및 도 22의 종방향으로 나타내는 바와 같이, 본접합용 회전 툴의 A시리즈는 핀 각도가 9.5도이며, B시리즈는 핀 각도가 14도이며, C시리즈는 핀 각도가 18.4도이며, D시리즈는 핀 각도가 23도이며, E시리즈는 핀 각도가 27.6도로 되어 있다.

또한, 도 21 및 도 22의 횡방향으로 나타내는 바와 같이, 1시리즈는 나사 깊이가 0.4㎜, 나사 피치가 0.5㎜이며, 2시리즈는 나사 깊이가 1.0㎜, 나사 피치가 1.0㎜이며, 3시리즈는 나사 깊이가 1.8㎜, 나사 피치가 2.0㎜이며, 4시리즈는 나사 깊이가 2.5㎜, 나사 피치가 3.0㎜이다. 예를 들어, 도 21에 나타내는 바와 같이, 「본접합용 회전 툴 C-2」는, 핀 각도가 18.4도, 나사 깊이가 1.0㎜ 및 나사 피치가 1.0㎜로 되어 있다.

또한, 후기하는 「필릿부 두께 감소량(㎟)」이라 함은, 도 23의 (a)에 도시하는 바와 같이, 마찰 교반 접합을 행한 후의 소성화 영역(W)의 상면(Z1)과, 금속 부재(Z)의 측벽(Z2, Z2)과, V자 홈(Za)의 가상 연장선(Z3)으로 둘러싸인 영역의 단면적을 의미한다. 또한, 소성화 영역(W)의 내부에 접합 결함이 존재하는 경우에는, 이 접합 결함의 영역의 단면적도 「필릿부 두께 감소량(㎟)」으로서 가산하였다.

또한, 후기하는 「나사 단면적(㎟)」이라 함은, 도 23의 (b)에 도시하는 바와 같이, 교반 핀(F2)의 외주면을 통과하는 가상선(F4)과 나선 홈(F3)으로 둘러싸인 영역의 단면적의 합(빗금으로 나타내어진 부분)을 의미한다.

<실시예 4>

실시예 4에서는, 상기한 본접합용 회전 툴 A-1∼A-4, 본접합용 회전 툴 B-1∼B-4, 본접합용 회전 툴 C-1∼C-4, 본접합용 회전 툴 D-1∼D-4, 본접합용 회전 툴 E-1∼E-4의 합계 20종류의 본접합용 회전 툴을 사용하여 회전수 1000rpm, 접합 속도(이동 속도) 100㎜/min으로 설정하여 마찰 교반 접합을 행하였다.

도 24 및 도 25에 나타내는 바와 같이, 핀 각도가 커짐에 따라, 소성화 영역(W)의 단면적이 커지고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 나사 깊이 및 나사 피치가 커짐에 따라 소성화 영역(W)이 깊은 위치에 형성되는 것과 함께, 필릿부 두께 감소량이 커지고 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 24 및 도 25에 나타내는 바와 같이, 본접합용 회전 툴 A-1에서는, 접합 결함(Q)이 발생하고 있다. 본접합용 회전 툴 B-2에서는, 두께 감소량이 많아 접합 불량으로 되어 있다. 본접합용 회전 툴 A-1, B-2 이외는, 접합 상황이 대략 양호한 것을 알 수 있다.

도 25에 나타내는, 4시리즈(A-4, B-4, C-4, D-4)에서는, 금속 부재(Z)의 하면이 하방으로 돌출되도록 변형하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 1시리즈 및 4시리즈에서는 버어가 많이 발생하고 있는 것을 알 수 있다.

<실시예 5>

실시예 5에서는, 상기한 20종류의 본접합용 회전 툴을 사용하여 회전수 1000rpm, 접합 속도 200㎜/min으로 설정하여 마찰 교반 접합을 행하였다.

도 26 및 도 27에 나타내는 바와 같이, 본접합용 회전 툴 A-1, B-1, C-1, D-1, B-2, C-2에서는, 접합 결함(Q)이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 본접합용 회전 툴 A-2에서는 두께 감소량이 많아 접합 불량으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 그 밖의 본접합용 회전 툴에 대해서는 접합 상황이 대략 양호한 것을 알 수 있다.

실시예 4와 실시예 5를 종합적으로 관찰하면, 접합 속도가 느린 쪽(실시예 4)이, 접합 결함(Q)의 발생률이 낮은 것을 알 수 있다. 또한, 나사 깊이 및 나사 피치가 커짐에 따라, 두께 감소량은 많아져 버리지만, 접합 결함의 발생률이 낮은 것을 알 수 있다.

도 28은 실시예 4에 있어서의 나사 단면적과 필릿부 두께 감소량의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 29는 실시예 5에 있어서의 나사 단면적과 필릿부 두께 감소량의 관계를 나타낸 그래프이다. 나사 단면적이 지나치게 작으면 접합 결함(Q)이 발생하기 쉬운 경향이 있다. 한편, 나사 단면적이 지나치게 크면 필릿부 두께 감소량이 커지는 경향이 있다. 따라서, 나사 단면적은 50∼180㎟가 바람직하고, 100∼150㎟이면 보다 바람직하다.

<실시예 6>

실시예 6에서는, 평판 형상의 금속 부재(Z)(V자 홈 없음)에 대해 상기한 20종류의 본접합용 회전 툴을 이동시켜 형성된 소성화 영역의 단면을 관찰하였다. 실시예 6에서는, 회전수를 1000rpm으로 고정하는 것과 함께 접합 속도를 100㎜/min, 200㎜/min, 300㎜/min, 500㎜/min으로 가변시켰다.

도 30은 실시예 6에 있어서, 본접합용 회전 툴 B-1의 회전수를 1000rpm으로 설정하고, 접합 속도를 100㎜/min, 200㎜/min, 300㎜/min, 500㎜/min으로 설정한 경우의 결과를 나타내는 단면도이다.

도 31은 실시예 6에 있어서, 본접합용 회전 툴 C-1의 회전수를 1000rpm으로 설정하고, 접합 속도를 100㎜/min, 200㎜/min, 300㎜/min, 500㎜/min으로 설정한 경우의 결과를 나타내는 단면도이다.

도 32는 실시예 6에 있어서, 본접합용 회전 툴 A-4의 회전수를 1000rpm으로 설정하고, 접합 속도를 100㎜/min, 200㎜/min, 300㎜/min, 500㎜/min으로 설정한 경우의 결과를 나타내는 단면도이다.

도 30 및 도 31을 보면, 접합 속도가 오를수록, 접합 결함(Q)이 커지는 것을 알 수 있다. 또한, 도 30∼32를 보면, 접합 속도가 오를수록 버어의 양이 많아지는 것을 알 수 있다.

도 33은 실시예 6에 있어서, 회전수를 1000rpm으로 고정하는 것과 함께 접합 속도를 100㎜/min으로 한 경우의 결과를 나타내는 단면도이다.

도 34는 실시예 6에 있어서, 회전수를 1000rpm으로 고정하는 것과 함께 접합 속도를 200㎜/min으로 한 경우의 결과를 나타내는 단면도이다.

도 35는 실시예 6에 있어서, 회전수를 1000rpm으로 고정하는 것과 함께 접합 속도를 300㎜/min으로 한 경우의 결과를 나타내는 단면도이다.

도 36은 실시예 6에 있어서, 회전수를 1000rpm으로 고정하는 것과 함께 접합 속도를 500㎜/min으로 한 경우의 결과를 나타내는 단면도이다.

도 33∼36을 종합적으로 판단하면, 접합 속도에 대해서는 느린 쪽이 바람직하고, 나사 깊이 및 나사 피치에 대해서는 큰 쪽이 바람직한 것을 알 수 있다.

1 : 금속 부재
2 : 제1 탭재
3 : 제2 탭재
4 : 보조 부재
12 : 표면
13 : 이면
F : 본접합용 회전 툴
F1 : 연결부
F2 : 교반 핀
G : 가접합용 회전 툴
G1 : 숄더부
G2 : 교반 핀
J1∼J4 : 맞댐부
K : 예비 구멍
M : 오목 홈
W1 : 소성화 영역
w1∼w3 : 소성화 영역

Claims (13)

1. 교반 핀을 구비하고, 마찰 교반 장치의 회전축에 연결된 회전 툴을 사용하여 2개의 금속 부재를 접합하는 마찰 교반 접합 방법이며,
   상기 교반 핀의 외주면에는 나선 홈이 형성되어 있고,
   상기 금속 부재끼리를 각도를 부여하여 맞대어 맞댐부를 형성하는 맞댐 공정과,
   회전한 상기 교반 핀을 상기 금속 부재끼리의 내측 코너에 삽입하고, 상기 마찰 교반 장치 및 상기 회전 툴 중 상기 회전 툴의 상기 교반 핀만을 상기 양 금속 부재에만 접촉시킨 상태에서 상기 맞댐부의 마찰 교반 접합을 행하는 본접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 마찰 교반 접합 방법.
2. 교반 핀을 구비하고, 마찰 교반 장치의 회전축에 연결된 회전 툴을 사용하여 2개의 금속 부재를 접합하는 마찰 교반 접합 방법이며,
   상기 교반 핀의 외주면에는 나선 홈이 형성되어 있고,
   상기 금속 부재끼리를 각도를 부여하여 맞대어 맞댐부를 형성하는 맞댐 공정과,
   회전한 상기 교반 핀을 상기 금속 부재끼리의 내측 코너에 삽입하고, 상기 마찰 교반 장치 및 상기 회전 툴 중 상기 회전 툴의 상기 교반 핀만을 상기 양 금속 부재에만 접촉시킨 상태에서 상기 맞댐부의 마찰 교반 접합을 행하는 제1 본접합 공정과,
   회전한 상기 교반 핀을 상기 금속 부재끼리의 외측 코너를 구성하는 면측에 삽입하고, 상기 마찰 교반 장치 및 상기 회전 툴 중 상기 회전 툴의 상기 교반 핀만을 상기 양 금속 부재에 접촉시킨 상태에서 상기 맞댐부의 마찰 교반 접합을 행하는 제2 본접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 마찰 교반 접합 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역과, 상기 제2 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역을 중복시키는 것을 특징으로 하는, 마찰 교반 접합 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 맞댐 공정에서는, 한쪽의 상기 금속 부재의 측면과, 다른 쪽의 상기 금속 부재의 단부면을 맞대고, 한쪽의 상기 금속 부재의 측면과 다른 쪽의 상기 금속 부재의 측면으로 이루는 내측 코너의 각도가 α인 경우에,
   상기 제1 본접합 공정에서는, 상기 측면끼리의 교선에 삽입된 상기 회전 툴의 회전 중심축이, 상기 교선을 지나 상기 측면과의 이루는 각도가 α/2로 되는 가상 기준면과 상기 한쪽의 상기 금속 부재의 측면 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는, 마찰 교반 접합 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 본접합 공정 전에, 회전한 회전 툴을 상기 금속 부재끼리의 외측 코너를 구성하는 면측에 삽입하고, 상기 맞댐부의 가접합을 행하는 가접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 마찰 교반 접합 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 본접합 공정에서는, 상기 가접합 공정에서 형성된 소성화 영역과 상기 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역을 중복시키는 것을 특징으로 하는, 마찰 교반 접합 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역 상에 덧붙임 용접을 행하는 것을 특징으로 하는, 마찰 교반 접합 방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제

Images