KR101847066B1 - 마찰교반 점접합 장치 및 마찰교반 점접합 방법 - Google Patents

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Abstract

핀 부재(11)와, 숄더 부재(12)와, 회전 구동기(57)와, 진퇴 구동기(53)와, 제어기(51)를 포함하며, 제어기(51)는 클램프 부재(13)가 피접합물을 가압하기 전에 핀 부재(11) 및/또는 숄더 부재(12)가 피접합물을 가압하도록 진퇴 구동기(53)를 제어하고 그 후에 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 피접합물을 교반하도록 회전 구동기(57) 및 진퇴 구동기(53)를 제어하는 마찰교반 점접합 장치.

Description

마찰교반 점접합 장치 및 마찰교반 점접합 방법{FRICTION STIR SPOT WELDING DEVICE AND FRICTION STIR SPOT WELDING METHOD}
본 발명은 마찰교반 점접합 장치 및 마찰교반 점접합 방법에 관한 것이다.
자동차, 철도차량, 항공기 등 수송기기에 있어서는 금속재료를 연결할 때에는 저항스폿용접 또는 리벳용접이 이용되고 있었다. 하지만, 최근에는 마찰열을 이용하여 금속재료를 접합하는 방법(마찰교반 점접합 방법)이 주목받고 있다(예를 들면, 특허문헌1 참조).
특허문헌1에 개시되어 있는 마찰교반 점접합 방법에서는 대략 원기둥형의 핀 부재와, 그 핀 부재를 내부 삽입하기 위한 중공을 갖는 대략 원통형의 숄더 부재와, 클램프 부재를 구비하고 있으며, 핀 부재 및 숄더 부재가 피접합물의 일부를 교반함으로써 피접합물을 접합하고 있다.
일본특허출원공개 제2012-196682호
그런데, 가혹한 환경에서 사용되는 항공기 등의 리벳 작업에서는 내식성을 확보하기 위해 피접합물 사이에 실런트재(실링재)를 도포하는 것이 요구된다. 그래서 본 발명자들은 피접합물 사이에 실런트재를 도포하고 마찰교반 점접합 장치에 의해 접합을 하는 방법에 대해 예의 검토한 결과, 아래에 나타낸 방법에 의해 알맞은 정밀도로 양호한 접합 품질을 실현할 수 있는 것을 발견하고 본 발명을 상도(想到)하였다.
본 발명은 복동식 마찰교반 점접합법에 있어서 실런트재를 도포한 피접합물을 접합하는 경우, 양호한 접합 품질을 실현할 수 있는 마찰교반 점접합 장치 및 마찰교반 점접합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 마찰교반 점접합 장치는 회전 축선을 따라 진퇴 이동하는 회전 공구를 구비하며, 중첩된 제1 부재와 제2 부재의 접촉 부분에 실런트재가 도포된 피접합물에 상기 회전 공구의 선단부를 가압하고 상기 피접합물과의 접촉부를 회전시킴으로써 당해 피접합물을 마찰열로 연화시키고 교반하여 피접합물을 접합하는 마찰교반 점접합 장치이며, 원기둥형으로 형성되며 축선 주위의 회전과 그 축선을 따른 방향의 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 핀 부재와, 원통형으로 형성되며, 상기 핀 부재가 내부에 삽입 통과되어 있고 상기 축선 주위의 회전과 그 축선을 따른 방향의 진퇴 이동이 가능하도록 구성되어 있는 숄더 부재와, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를 상기 축선 주위로 회전시키는 회전 구동기와, 원통형으로 형성되며, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 내부에 삽입 통과되어 있고 상기 축선 방향으로 진퇴 가능하게 구성되어 있는 클램프 부재와, 상기 핀 부재, 상기 숄더 부재 및 상기 클램프 부재를 각각 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 진퇴 구동기와, 상기 진퇴 구동기 및 상기 회전 구동기를 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 제어기는 상기 클램프 부재가 상기 피접합물을 가압하기 전에 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재 중 적어도 하나의 부재가 상기 피접합물을 가압하도록 상기 진퇴 구동기를 제어하는 예비동작을 실행하고, 그 후에 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 교반하도록 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 제어하는 교반동작을 실행한다.
따라서 실런트재를 도포한 피접합물을 접합하는 경우라도 실런트재가 접합되는 부분에서 밀려나기 때문에 실런트재가 피접합물 소성 유동부에 유입(혼입)하는 것이 억제되어 양호한 접합 품질을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 마찰교반 점접합 방법은 회전 축선을 따라 진퇴 이동하는 회전 공구를 구비하며, 중첩된 제1 부재와 제2 부재의 접촉 부분에 실런트재가 도포된 피접합물에 상기 회전 공구의 선단부를 가압하고 상기 피접합물과의 접촉부을 회전시킴으로써 당해 피접합물을 마찰열로 연화시키고 교반하여 피접합물을 접합하는 마찰교반 점접합 방법이며, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재 중 적어도 하나의 부재에 실런트재를 도포하고, 상기 실런트재를 사이에 두도록 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 접촉시키는 공정(A)과, 원기둥형으로 형성되어 있는 핀 부재 및 원통형으로 형성되며, 상기 핀 부재가 내부에 삽입 통과되어 있는 숄더 부재 중 적어도 하나의 부재가 상기 피접합물을 가압하는 공정(B)과, 원통형으로 형성되며, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 내부에 삽입 통과되어 있는 클램프 부재가 상기 피접합물을 가압하는 공정(C)과, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 교반하는 공정(D)을 포함한다.
따라서 실런트재를 도포한 피접합물을 접합하는 경우라도 실런트재가 접합되는 부분에서 밀려나기 때문에 실런트재가 피접합물 소성 유동부에 유입(혼입)하는 것이 억제되어 양호한 접합 품질을 실현할 수 있다.
본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면 참조 하에 아래의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 분명하게 된다.
본 발명에 따른 마찰교반 점접합 장치 및 마찰교반 점접합 방법에 의하면, 실런트재를 도포한 피접합물을 접합하는 경우라도 양호한 접합 품질을 실현할 수 있다.
도 1은 본 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치의 개략적인 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 도 1에 도시된 마찰교반 점접합 장치의 제어 구성을 모식적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 4a는 도 1에 도시된 마찰교반 점접합 장치에 의한 마찰교반 점접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 나타낸 공정도이다.
도 4b는 1에 도시된 마찰교반 점접합 장치에 의한 마찰교반 점접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 나타낸 공정도이다.
도 4c는 도 1에 도시된 마찰교반 점접합 장치에 의한 마찰교반 점접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 나타낸 공정도이다.
도 5는 본 실시예2에 따른 마찰교반 점접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에서는 모든 도면에 걸쳐 동일하거나 동등한 요소에는 동일한 참조부호를 부여하고 그 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 모든 도면에서 본 발명을 설명하기 위해 필요한 구성 요소를 발췌하여 도시하고 있으며, 기타 구성 요소에 대해서는 도시를 생략하고 있는 경우가 있다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.
(실시예1)
본 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치는 제1 부재와 제2 부재가 접촉하는 부분에 실런트재가 도포되어 있는 피접합물을 부분적으로 교반함으로써 접합하는 복동식 마찰교반 점접합 장치이며, 원기둥형으로 형성되어 있는 핀 부재와, 원통형으로 형성되고, 핀 부재가 내부에 삽입 통과되어 있는 숄더 부재와, 핀 부재 및 숄더 부재를 핀 부재의 축심과 일치하는 축선 주위로 회전시키는 회전 구동기와, 원통형으로 형성되고, 핀 부재 및 숄더 부재가 내부에 삽입 통과되는 클램프 부재와, 핀 부재, 숄더 부재 및 클램프 부재를 각각 축선을 따라 진퇴 이동시키는 진퇴 구동기와, 회전 구동기 및 진퇴 구동기를 제어하는 제어기를 구비하며, 제어기는 클램프 부재가 피접합물을 가압하기 전에 핀 부재 및 숄더 부재 중 적어도 하나의 부재가 피접합물을 가압하도록 진퇴 구동기를 제어하는 예비동작을 수행하고 그 후에 핀 부재 및 숄더 부재가 피접합물을 교반하도록 회전 구동기 및 진퇴 구동기를 제어하는 접합동작을 수행한다.
여기서, "가압한다"라고 함은 피접합물이 접촉하는 부분에서 실런트재를 밀어낼 수 있는 압력을 피접합물에 가압하는 것을 말하며, 예를 들어, 1000N ~ 7000N의 압력(이하, 가압력이라고 한다)을 피접합물에 가하는 것을 말한다.
따라서 제어기는 핀 부재, 숄더 부재 및 클램프 부재를 (동시에) 피접합물에 접촉시키고 그 후에 핀 부재, 숄더 부재 및 클램프 부재의 순서로 피접합물을 가압하도록 진퇴 구동기를 제어하여도 된다. 또한, 제어기는 클램프 부재를 피접합물에 접촉시키고 그 후에 핀 부재, 숄더 부재 및 클램프 부재의 순서로 피접합물을 가압하도록 진퇴 구동기를 제어하여도 된다. 또한, "접촉한다"라고 함은 가압력보다 작은 압력을 피접합물에 가하는 것을 말하며, 예를 들어, 1000N보다 작은 압력을 피접합물에 가하는 것을 말한다.
또한, 본 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치에서는 제어기는 예비동작에 있어서 핀 부재, 숄더 부재 및 클램프 부재의 순서로 피접합물을 가압하도록 진퇴 구동기를 제어하여도 된다.
이하, 본 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치의 일례에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
[마찰교반 점접합 장치의 구성]
도 1은 본 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치의 개략적인 구성을 나타내는 모식도이다. 또한, 도 1에서는 도면의 상하 방향을 마찰교반 점접합 장치의 상하 방향으로 나타내고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)는 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 공구 고정기(52), 진퇴 구동기(53), 클램프 부재(13), 배킹 지지부(55), 배킹 부재(56) 및 회전 구동기(57)를 구비하고 있다.
핀 부재(11), 숄더 부재(12), 공구 고정기(52), 진퇴 구동기(53), 클램프 부재(13) 및 회전 구동기(57)는 C형 건(C형 프레임)으로 구성된 배킹 지지부(55)의 상부에 설치되어 있다. 또한, 배킹 지지부(55)의 하부에는 배킹 부재(56)가 설치되어 있다. 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)와 배킹 부재(56)는 서로 대향하는 위치에서 배킹 지지부(55)에 설치되어 있다. 또한, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)와 배킹 부재(56)의 사이에는 피접합물(60)이 배치된다.
핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)는 회전공구 고정기(521) 및 클램프 고정기(522)로 구성된 공구 고정기(52)에 고정되어 있다. 구체적으로는 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)는 회전공구 고정기(521)에 고정되어 있고, 클램프 부재(13)는 클램프 고정기(522)에 고정되어 있다. 그리고 회전공구 고정기(521)는 회전 구동기(57)를 통해 클램프 고정기(522)에 지지되어 있다.
또한, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)는 핀 구동기(531), 숄더 구동기(532) 및 클램프 구동기(533)로 구성된 진퇴 구동기(53)에 의해 상하 방향으로 진퇴 구동된다.
핀 부재(11)는 원기둥형으로 형성되어 있고, 도 1에는 상세하게 도시되지 않았지만, 회전공구 고정기(521)에 의해 지지되어 있다. 또한, 핀 부재(11)는 회전 구동기(57)에 의해 핀 부재(11)의 축심과 일치하는 축선(Xr)(회전축) 주위로 회전하고 핀 구동기(531)에 의해 화살표(P1) 방향, 즉 축선(Xr) 방향(도 1에서는 상하 방향)을 따라 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있다. 핀 구동기(531)는 핀 부재(11)에 가압력을 가하는 구성이면 되고, 예를 들면, 가스압, 유압, 서보모터 등을 이용한 기구를 적합하게 사용할 수 있다.
숄더 부재(12)는 중공을 갖는 원통형으로 형성되어 있고, 회전공구 고정기(521)에 의해 지지되어 있다. 숄더 부재(12)의 중공 안에는 핀 부재(11)가 내부 삽입되어 있다. 환언하면 숄더 부재(12)는 핀 부재(11)의 외주면을 둘러싸도록 배치되어 있다.
또한, 숄더 부재(12)는 회전 구동기(57)에 의해 핀 부재(11)와 동일한 축선(Xr) 주위로 회전하고 숄더 구동기(532)에 의해 화살표(P2) 방향, 즉 축선(Xr) 방향을 따라 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있다. 숄더 구동기(532)는 숄더 부재(12)에 가압력을 가하는 구성이면 되고, 예를 들면, 가스압, 유압, 서보모터 등을 이용한 기구를 적합하게 사용할 수 있다.
이와 같이, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)(회전공구)는 본 실시예에서는 모두 동일한 회전공구 고정기(521)에 의해 지지되고, 모두 회전 구동기(57)에 의해 축선(Xr) 주위로 일체로 회전한다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)는 핀 구동기(531) 및 숄더 구동기(532)에 의해 각각 축선(Xr) 방향을 따라 진퇴 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 본 실시예1에서는 핀 부재(11)는 단독으로 진퇴 이동 가능함과 동시에 숄더 부재(12)의 진퇴 이동에 따라서도 진퇴 이동 가능하게 되어 있지만, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 각각 독립적으로 진퇴 이동 가능하게 구성되어도 된다.
클램프 부재(13)는 숄더 부재(12)와 마찬가지로, 중공을 갖는 원통형으로 형성되어 있고, 그 축심이 축선(Xr)과 일치하도록 설치되어 있다. 클램프 부재(13)의 중공 안에는 숄더 부재(12)가 내부 삽입되어 있다.
즉, 핀 부재(11)의 외주면을 둘러싸도록 원통형 숄더 부재(12)가 배치되어 있고, 숄더 부재(12)의 외주면을 둘러싸도록 원통형 클램프 부재(13)가 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 클램프 부재(13), 숄더 부재(12) 및 핀 부재(11)가 각각 동축심형의 이레코(入れ子) 구조로 되어 있다.
또한, 클램프 부재(13)는 클램프 구동기(533)에 의해 화살표(P3) 방향(화살표(P1 및 P2)와 같은 방향)으로 진퇴 가능하게 구성되어 있다. 클램프 구동기(533)는 클램프 부재(13)에 가압력을 가하는 구성이면 되고, 예를 들면, 가스압, 유압, 서보모터 등을 이용한 기구를 적합하게 사용할 수 있다.
핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)는 각각 선단면(11a), 선단면(12a) 및 선단면(13a)을 갖추고 있다. 또한, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)는 진퇴 구동기(53)에 의해 진퇴 이동함으로써 선단면(11a), 선단면(12a) 및 선단면(13a)은 각각 피접합물(60)의 표면에 접촉하여 피접합물(60)을 가압한다.
배킹 부재(56)는 본 실시예1에서는 평판형 피접합물(60)의 뒷면을 접촉하도록 평평한 면(지지면(56a))에 의해 지지하도록 구성되어 있다. 배킹 부재(56)는 마찰교반 점접합을 실시할 수 있도록 피접합물(60)을 적절히 지지할 수 있는 것이면, 그 구성은 특별히 한정되지 않는다. 배킹 부재(56)는 예를 들어, 복수 종류의 형상을 가진 배킹 부재(56)가 별도로 준비되고 피접합물(60)의 종류에 따라 배킹 지지부(55)에서 분리하여 교체할 수 있도록 구성되어도 된다.
또한, 본 실시예1의 핀 부재(11), 숄더 부재(12), 공구 고정기(52), 진퇴 구동기(53), 클램프 부재(13), 배킹 지지부(55) 및 회전 구동기(57)의 구체적인 구성은 전술한 구성에 한정되지 않으며 광범위하게 마찰교반접합의 분야에서 공지된 구성을 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 핀 구동기(531) 및 숄더 구동기(532)는 마찰교반접합의 분야에서 공지된 모터 및 기어 기구 등으로 구성되어 있어도 좋다.
또한, 배킹 지지부(55)는 본 실시예1에서는 C형 건으로 구성되어 있지만, 이에 한정되지 않는다. 배킹 지지부(55)는 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)를 진퇴 이동 가능하게 지지하는 동시에, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)에 대향하는 위치에 배킹 부재(56)를 지지할 수 있다면 어떻게 구성되어 있어도 좋다.
또한, 본 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)는 마찰교반 점접합용 로봇 장치(미도시)에 배치되는 형태를 채용하고 있다. 구체적으로는 배킹 지지부(55)가 로봇 장치의 암 선단부에 설치되어 있다. 따라서 배킹 지지부(55)도 마찰교반 점접합용 로봇 장치에 포함되는 것으로 간주할 수 있다. 배킹 지지부(55) 및 암을 포함하여 마찰교반 점접합용 로봇 장치의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않으며, 다관절 로봇 등 마찰교반접합의 분야에서 공지된 구성을 적합하게 이용할 수 있다.
또한, 마찰교반 점접합 장치(50)(배킹 지지부(55)를 포함한다)는 마찰교반 점접합용 로봇 장치에 적용되는 경우에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, NC공작기계, 대형 C프레임, 및 오토리베터 등 공지된 가공용 기기에도 적합하게 적용할 수 있다.
또한, 본 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)는 두쌍 이상의 로봇이 마찰교반 점접합 장치(50)의 배킹 부재(56) 이외의 부분과 배킹 부재(56)를 정면으로 마주 대하게 하도록 구성되어 있어도 좋다. 또한, 마찰교반 점접합 장치(50)는 피접합물(60)에 대해 안정적으로 마찰교반 점접합을 하는 것이 가능하면 피접합물(60)을 소형화하는 형태를 채용해도 좋고, 로봇을 피접합물(60)의 포지셔너로 이용하는 형태를 채용하여도 좋다.
[마찰교반 점접합 장치의 제어 구성]
다음으로, 본 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)의 제어 구성에 대하여 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 마찰교반 점접합 장치의 제어 구성을 모식적으로 나타내는 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 마찰교반 점접합 장치(50)는 제어기(51), 저장기(31), 및 입력기(32)를 구비하고 있다.
저장기(31)는 각종 데이터를 판독 가능하게 저장하는 것으로, 저장기(31)로는 공지된 메모리, 하드디스크 등의 저장 장치 등으로 구성된다. 저장기(31)는 하나이어야 할 필요가 없으며 복수의 저장 장치(예를 들면, 랜덤액세스메모리 및 하드디스크드라이브)로 구성되어도 좋다. 제어기(51) 등이 마이크로컴퓨터로 구성되어 있는 경우에는 저장기(31)의 적어도 일부가 마이크로컴퓨터의 내부 메모리로 구성되어도 좋고, 독립적인 메모리로 구성되어도 좋다.
또한, 저장기(31)에는 데이터가 저장되고 제어기(51) 이외에서 데이터 판독이 가능하게 되어 있어도 좋고 제어기(51) 등에서 데이터 쓰기가 가능하게 되어 있어도 좋은 것은 말할 필요도 없다.
입력기(32)는 제어기(51)에 대하여 마찰교반 점접합의 제어에 관한 각종 파라미터 또는 기타 데이터 등을 입력 가능하게 하는 것이며, 키보드, 터치 패널, 버튼 스위치 그룹 등 공지된 입력 장치로 구성되어 있다. 본 실시예1에서는 적어도 피접합물(60)의 접합 조건, 예를 들면, 피접합물(60)의 두께, 재질 등의 데이터가 입력기(32)에 의해 입력 가능하게 되어 있다.
제어기(51)는 마찰교반 점접합 장치(50)를 구성하는 각 부재(각 기기)를 제어하도록 구성되어 있다. 구체적으로는 제어기(51)는 진퇴 구동기(53)를 구성하는 핀 구동기(531), 숄더 구동기(532) 및 클램프 구동기(533)와, 회전 구동기(57)를 제어한다. 따라서 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)의 진출 이동 또는 후퇴 이동의 전환, 진퇴 이동시 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)의 선단 위치의 제어, 이동 속도 및 이동 방향 등을 제어할 수 있다. 또한, 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)의 피접합물(60)을 가압하는 가압력을 제어할 수 있다. 또한, 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전수를 제어할 수 있다.
제어기(51)의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않으며, 본 실시예1에서는 제어기(51)는 마이크로컴퓨터로 구성되어 있고 시피유(CPU)를 갖추고 있다. 제어기(51)는 시피유(CPU)가 저장기(31)에 저장된 소정의 제어 프로그램을 읽어내고 이를 실행함으로써 진퇴 구동기(53) 및 회전 구동기(57)의 동작에 대한 연산을 수행하도록 구성되어 있다. 또한, 제어기(51)는 단일 제어기로 구성된 형태뿐만 아니라 복수의 제어기가 협동하여 마찰교반 점접합 장치(50)의 제어를 실행하는 제어기 그룹으로 구성된 형태이어도 상관없다.
그리고 제어기(51)는 피접합물(60)의 접합을 시작할 때 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)의 순서로 피접합물(60)을 가압하도록 진퇴 구동기(53)를 제어한다.
[마찰교반 점접합 방법(마찰교반 점접합 장치의 동작)]
다음으로, 본 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)의 동작에 대해 도 3, 도 4a, 도 4b 및 도 4c를 참조하여 구체적으로 설명한다. 또한, 도 4a, 도 4b 및 도 4c에서는 피접합물(60)로서 2개의 금속판(61,62)을 이용하며 금속판(62)의 상면(금속판(61)의 접촉면)에 실런트재(63)를 도포하고 이것들을 겹쳐서 점접합으로 연결하는 경우를 예로 들고 있다.
도 3은 본 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 도 4a, 도 4b 및 도 4c는 도 1에 도시된 마찰교반 점접합 장치에 의한 마찰교반 점접합의 각 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 공정도이다.
또한, 도 4a, 도 4b 및 도 4c에서는 마찰교반 점접합 장치의 일부를 생략하고, 화살표(r)는 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전 방향을 나타내고, 블록 화살표(F)는 금속판(61,62)에 가해지는 힘의 방향을 나타낸다. 또한, 배킹 부재(56)로부터도 금속판(61,62)에 대해 힘이 가해지고 있지만, 설명의 편의상 도 4a, 도 4b 및 도 4c에는 도시되어 있지 않다. 또한, 숄더 부재(12)에는 핀 부재(11) 및 클램프 부재(13)와의 구별을 명확하게 하기 위해 음영의 해칭이 되어 있다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 배킹 부재(56)의 상면에 금속판(제2 부재)(62)을 올려놓고 실런트재(63)를 도포한다. 실런트재(63)로는, 예를 들어 폴리설파이드계 합성고무, 천연고무, 실리콘고무, 불소고무 등의 합성고무, 사불화에틸렌고무 수지 등의 수지 등을 사용할 수 있다. 그 다음에, 실런트재(63)를 사이에 두도록 금속판(62)의 상면에 금속판(제1 부재)(61)를 올려놓는다(공정(A)).
다음에, 제어기(51)는 예비동작을 실행한다. 구체적으로는 도 3 및 도 4a에 도시된 바와 같이 제어기(51)는 핀 부재(11)가 미리 설정된 제1 가압력(P1)으로 피접합물(60)의 표면(60c)(금속판(61)의 상면)을 가압하도록 진퇴 구동기(53)를 구동한다(단계(S101); 공정(B1)). 여기서, 제1 가압력은 임의로 설정할 수 있으며 미리 실험 등으로 설정되고, 예를 들면, 2000 ~ 15000N이어도 좋고, 핀 부재(11)의 직경 및 피접합물(60)의 두께로부터 적절히 결정된다.
이로써 핀 부재(11)와 배킹 부재(56)가 금속판(61), 실런트재(63) 및 금속판(62)을 끼워 넣는다. 그리고 핀 부재(11)가 피접합물(60)의 표면(60c)을 가압함으로써 수직 방향에서 볼 때 핀 부재(11)의 선단면(11a)과 겹치는 부분 근처에 위치한 실런트재(63)가 원래의 위치보다 부분보다 바깥쪽으로 밀려난다. 따라서 피접합물(60)의 둘레면에서 비어져 나온다.
다음에, 제어기(51)는 숄더 부재(12)가 미리 설정된 제2 압박력으로 피접합물(60)의 표면(60c)을 가압하도록 진퇴 구동기(53)를 구동한다(단계(S102); 공정(B2)). 여기서, 제2 가압력은 임의로 설정할 수 있으며, 미리 실험 등으로 설정되고, 예를 들면, 2000 ~ 15000N이어도 좋고, 숄더 부재(12)의 내외경 및 피접합물(60)의 두께로부터 적절히 결정된다.
이로써 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)와, 배킹 부재(56)가 금속판(61), 실런트재(63) 및 금속판(62)을 끼워 넣는다. 그리고 핀 부재(11)뿐만 아니라 클램프 부재(13)가 피접합물(60)의 표면(60c)을 가압함으로써 수직 방향에서 볼 때 클램프 부재(13)의 선단면(12a)과 겹치는 부분 근처에 위치한 실런트재(63)가 당해 부분보다 바깥쪽으로 밀려나서 피접합물(60)의 둘레면에서 비어져 나온다.
다음에, 제어기(51)는 클램프 부재(13)가 미리 설정된 제3 가압력으로 피접합물(60)의 표면(60c)을 가압하도록 진퇴 구동기(53)를 구동한다(단계(S103); 공정(C)). 여기서, 제3 가압력은 임의로 설정할 수 있으며 미리 실험 등으로 설정되고 예를 들면, 2000 ~ 15000N이어도 좋고, 클램프 부재(13)의 내외경 및 피접합물(60)의 두께로부터 적절히 결정된다.
이로써 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)와, 배킹 부재(56)가 금속판(61), 실런트재(63) 및 금속판(62)을 끼워 넣는다. 그리고 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)뿐만 아니라 클램프 부재(13)가 피접합물(60)의 표면(60c)을 가압함으로써 수직 방향에서 볼 때 클램프 부재(13)의 선단면(12a)과 겹치는 부분 근처에 위치한 실런트재(63)가 당해 부분보다 바깥쪽으로 밀려나서 피접합물(60)의 둘레면에서 비어져 나온다. 또한, 실런트재(63)의 일부는 피접합물(60)의 주변부에 존재하여 피접합물(60)의 접합면을 실링할 수 있다.
다음에, 제어기(51)는 접합동작을 실행한다(공정(D)). 구체적으로는 제어기(51)는 미리 설정된 소정의 회전수로 회전 구동기(57)를 구동시켜 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 피접합물(60)의 표면(60c)에 접촉시킨 상태로 회전시킨다(단계(S104); 공정(D1)). 이 상태에서는 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12) 모두가 진퇴 이동하지 않기 때문에 피접합물(60)의 표면(60c)을 "예비 가열"하게 된다. 이에 따라 금속판(61)의 접촉 영역의 금속재료가 마찰에 의해 발열함으로써 연화하여 피접합물(60)의 표면(60c) 근처에 소성 유동부(60a)가 생긴다.
다음에, 제어기(51)는 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12)가 소정의 동작을 하도록 진퇴 구동기(53)를 제어한다(단계(S105)). 구체적으로는 제어기(51)는 저장기(31)에 저장되어 있는 소정의 제어 프로그램에 따라 진퇴 구동기(53)를 제어한다.
이때, 제어기(51)는 핀 부재(11)의 선단면의 단면적을 Ap, 숄더 부재(12)의 선단면의 단면적을 As로 하고 핀 부재(11)의 압입 깊이를 Pp, 숄더 부재(12)의 압입 깊이를 Ps로 했을 때, 다음의 수식1로 정의되는 툴 평균 위치(Tx)의 절대값을 줄이도록 진퇴 구동기(53)를 제어하는 것이 바람직하고, 툴 평균 위치(Tx) ＝ 0이 되도록 진퇴 구동기(53)를 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 툴 평균 위치(Tx)의 절대값을 줄이는 구체적인 제어에 대해서는 특허문헌1에 상세하게 개시되어 있기 때문에 여기에서는 그 설명을 생략한다.
[수식 1]
Ap·Pp ＋ As·Ps ＝ Tx
다음에, 제어기(51)는 핀 구동기(531) 및/또는 숄더 구동기(532)(도 1 참조)를 제어하여 핀 부재(11)를 피접합물(60)의 표면(60c)에서 후퇴시킴으로써 숄더 부재(12)를 피접합물(60)의 표면(60c)에서 더욱 내부로 진입(압입)시킨다(도 4b의 공정(D2) 참조). 이때, 금속재료의 연화 부위는 상측 금속판(61)에서 하측 금속판(62)까지 이르게 되어 소성 유동부(60a)의 볼륨이 증가한다. 또한, 소성 유동부(60a)의 연화된 금속재료는 숄더 부재(12)에 의해 밀려나 숄더 부재(12)의 바로 아래에서 핀 부재(11)의 바로 아래로 유동하기 때문에 핀 부재(11)는 후퇴하여 숄더 부재(12)에 대해 떠오른다.
다음에, 제어기(51)는 핀 구동기(531)를 제어하여 후퇴시킨 핀 부재(11)를 서서히 금속판(61)에 진입(압입)시킨다. 이에 따라 숄더 부재(12)가 금속판(61)에서 후퇴한다(도 4c의 공정(D3) 참조). 또한, 당해 공정(D3)은 후술하는 공정 (D4)에 의해 금속판(61)의 표면(60c)이 충분히 형성되는 경우에는 실행되지 않아도 된다.
그리고 제어기(51)는 공정(D2)에서 공정(D4)으로 이행하는 경우에는 핀 구동기(531)를 제어하여 핀 부재(11)를 서서히 진입시킨다. 한편, 제어기(51)는 공정(D2)에서 공정(D3)을 거쳐 공정(D4)으로 이행하는 경우에는 핀 구동기(531)를 제어하여 핀 부재(11)를 서서히 끌어넣게 한다. 이때, 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12)는 모두 끌어넣음 동작 중이라도 그 선단부에 의한 가압력은 유지되고 있다(도 4b의 공정(D2)의 화살표(F) 및 도 4c의 공정(D3)의 화살표(F) 참조).
따라서 숄더 부재(12)가 끌려들어가는 경우에는 핀 부재(11)에 의한 회전 및 가압이 유지되고 있기 때문에 소성 유동부(60a)의 연화된 금속재료는 핀 부재(11)의 바로 아래에서 숄더 부재(12)의 바로 아래로 유동하여 숄더 부재(12)의 압입에 의해 생긴 오목부가 되메워져 간다.
한편, 핀 부재(11)가 끌려들어가는 경우에는 숄더 부재(12)에 의한 회전 및 가압이 유지되고 있기 때문에 소성 유동부(60a)의 연화된 금속재료는 숄더 부재(12)의 바로 아래에서 핀 부재(11)의 바로 아래로 유동하고, 그 결과, 핀 부재(11)의 압입에 의해 생긴 오목부가 되메워져 간다.
다음에, 제어기(51)는 진퇴 구동기(53)를 제어하여 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)을 서로 단차가 거의 생기지 않을 정도로 맞춘다(수평으로 만든다)(도 4c의 공정(D4) 참조). 이로써 피접합물(60)의 표면(60c)이 정형(整形)되어 실질적인 오목부가 생기지 않을 정도의 거의 평평한 평면이 얻어진다.
다음에, 제어기(51)는 진퇴 구동기(53)를 제어하여 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)를 피접합물(60)에서 떼어내고, 그 후에 회전 구동기(57)를 제어하여 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 회전을 정지시키고 일련의 마찰교반 점접합(피접합물(60)의 접합 공정)을 종료시킨다(도 4c의 공정(E) 참조). 이로써 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)의 접촉에 의한 회전(및 가압)은 금속판(61,62)에 가해지지 않게 되므로, 금속판(61,62) 모두에 이르는 소성 유동부(60a)에서는 소성 유동이 정지하여 접합부(60b)가 된다.
이렇게 하여 2개의 금속판(61,62)은 접합부(60b)에 의해 연결(접합)된다. 또한, 실런트재(63)는 소정 기간이 경과하면 경화하여 금속판(61) 및 금속판(62)의 접합면이 실링된다.
이와 같이, 본 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)에서는 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)의 순서로 피접합물(60)의 표면(60c)을 가압함으로써 수직 방향에서 볼 때 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)의 각 선단면과 겹치는 부분 근처에서 실런트재(63)가 밀려난다. 따라서 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 회전시켜 소성 유동부(60a)를 발생시킬 때 실런트재(63)가 소성 유동부(60a)에 유입(혼입)하는 것을 억제할 수 있어 양호한 접합 품질을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)에서는 실런트재(63)가 소성 유동부(60a)에 유입(혼입)하는 것을 억제할 수 있기 때문에 핀 부재(11) 및/또는 숄더 부재(12)에 실런트재(63)가 부착하는 것이 억제된다. 따라서 피접합물(60)을 연속적으로 접합하는 경우에, 핀 부재(11) 및/또는 숄더 부재(12)의 선단면이 피접합물(60)의 표면(60c)을 안정적으로 가압할 수 있다. 또한, 피접합물(60)의 표면(60c)에 실런트재(63)가 부착하는 것이 억제되어 양호한 접합 품질을 실현할 수 있다.
(실시예2)
본 실시예2에 따른 마찰교반 점접합 장치는 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치에 있어서, 제어기가 핀 부재 및 숄더 부재가 (동시에) 피접합물을 가압하고, 그 후에 클램프 부재가 피접합물을 가압하도록 진퇴 구동기를 제어한다.
이하, 본 실시예2에 따른 마찰교반 점접합 장치의 일례에 대해 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한, 본 실시예2에 따른 마찰교반 점접합 장치는 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치와 기본적인 구성은 동일하므로 그 구성의 설명은 생략한다.
[마찰교반 점접합 방법(마찰교반 점접합 장치의 동작)]
도 5는 본 실시예2에 따른 마찰교반 점접합 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
먼저, 실시예1과 마찬가지로, 배킹 부재(56)의 상면에 금속판(62)을 올려 놓고 실런트재(63)를 도포한다. 그 다음에, 실런트재(63)를 사이에 두도록 금속판(62)의 상면에 금속판(61)을 올려 놓는다(도 4a의 공정(A) 참조).
그러고 나서, 도 5에 도시된 바와 같이 제어기(51)는 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 미리 설정된 제4 가압력(P4)으로 피접합물(60)의 표면(60c)(금속판(61)의 상면)을 가압하도록 진퇴 구동기(53)를 구동한다(단계(S201)). 여기서, 제4 가압력은 임의로 설정할 수 있으며 미리 실험 등으로 구성되고, 예를 들면, 2000 ~ 15000N이어도 좋다.
이로써 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)와 배킹 부재(56)가 금속판(61), 실런트재(63) 및 금속판(62)을 끼워 넣는다. 그리고 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)가 피접합물(60)의 표면(60c)을 가압함으로써 수직 방향에서 볼 때 핀 부재(11)의 선단면(11a) 및 숄더 부재(12)의 선단면(12a)과 겹치는 부분 근처에 위치한 실런트재(63)가 당해 부분보다 바깥쪽으로 밀려나서 피접합물(60)의 둘레면에서 비어져 나온다.
다음에, 제어기(51)는 클램프 부재(13)가 미리 설정된 제1 가압력으로 피접합물(60)의 표면(60c)을 가압하도록 진퇴 구동기(53)를 구동한다(단계(S202)).
이로써 핀 부재(11), 숄더 부재(12) 및 클램프 부재(13)와, 배킹 부재(56)가 금속판(61), 실런트재(63) 및 금속판(62)을 끼워 넣는다. 그리고 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)뿐만 아니라 클램프 부재(13)가 피접합물(60)의 표면(60c)을 가압함으로써 수직 방향에서 볼 때 클램프 부재(13)의 선단면(13a)과 겹치는 부분 근처에 위치한 실런트재(63)가 당해 부분보다 바깥쪽으로 밀려나 피접합물(60)의 둘레면에서 비어져 나온다.
다음에, 제어기(51)는 미리 설정된 소정의 회전수로 회전 구동기(57)를 구동시켜 핀 부재(11) 및 숄더 부재(12)를 피접합물(60)의 표면(60c)에 접촉시킨 상태로 회전시킨다(단계(S203)).
다음에, 제어기(51)는 핀 부재(11) 또는 숄더 부재(12)가 소정의 동작을 하도록 진퇴 구동기(53)를 제어한다(단계(S204)). 또한, 소정의 동작은 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)와 같은 동작을 수행하므로 그 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이 구성된 본 실시예2에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)이라도 실시예1에 따른 마찰교반 점접합 장치(50)와 동일한 작용 효과를 나타낸다.
상기 설명으로부터 당업자에게는 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시예가 분명하다. 따라서 상기 설명은 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실시하는 최선의 형태를 당업자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 그 구조 및/또는 기능의 상세한 내용을 실질적으로 변경할 수 있다. 또한, 상기 실시예에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적절한 조합에 의해 다양한 발명을 형성할 수 있다.
본 발명의 마찰교반 점접합 장치 및 마찰교반 점접합 방법은 실런트재를 도포한 피접합물을 접합하는 경우라도 양호한 접합 품질을 실현할 수 있기 때문에 유용하다.
11: 핀 부재 11a: 선단면
12: 숄더 부재 12a: 선단면
13: 클램프 부재 13a: 선단면
31: 저장기 32: 입력기
50: 마찰교반 점접합 장치 51: 제어기
52: 공구 고정기 53: 진퇴 구동기
55: 배킹 지지부 56: 배킹 부재
56a: 지지면 57: 회전 구동기
60: 피접합물 60a: 소성 유동부
60b: 접합부 60c: 표면
60d: 뒷면 61: 금속판
62: 금속판 63: 실런트재
521: 회전공구 고정기 522: 클램프 고정기
531: 핀 구동기 532: 숄더 구동기
533: 클램프 구동기

Claims (5)

  1. 회전 축선을 따라 진퇴 이동하는 회전 공구를 구비하며, 중첩된 제1 부재와 제2 부재의 접촉 부분에 실런트재가 도포된 피접합물에 상기 회전 공구의 선단부를 가압하고, 상기 피접합물과의 접촉부를 회전시킴으로써, 상기 피접합물을 마찰열로 연화시키고 교반하여 피접합물을 접합하는 마찰교반 점접합 장치로서,
    원기둥형으로 형성되어 있는 핀 부재와,
    원통형으로 형성되며, 상기 핀 부재가 내부에 삽입 통과되어 있는 숄더 부재와,
    상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재를, 상기 핀 부재의 축심과 일치하는 축선 주위로 회전시키는 회전 구동기와,
    원통형으로 형성되며, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 내부에 삽입 통과되어 있는 클램프 부재와,
    상기 핀 부재, 상기 숄더 부재 및 상기 클램프 부재를 각각 상기 축선을 따라 진퇴 이동시키는 진퇴 구동기와,
    제어기를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 클램프 부재가 상기 피접합물을 가압하기 전에, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재 중 적어도 하나의 부재가 상기 피접합물을 가압하도록 상기 진퇴 구동기를 제어하는 예비동작을 실행하고, 그 후에 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 교반하도록, 상기 회전 구동기 및 상기 진퇴 구동기를 제어하는 접합동작을 실행하는 것을 특징으로 하는 마찰교반 점접합 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 예비동작에서, 상기 핀 부재, 상기 숄더 부재 및 상기 클램프 부재의 순서로 상기 피접합물을 가압하도록 상기 진퇴 구동기를 제어하는 것을 특징으로 하는 마찰교반 점접합 장치.
  3. 회전 축선을 따라 진퇴 이동하는 회전 공구를 구비하며, 중첩된 제1 부재와 제2 부재의 접촉 부분에 실런트재가 도포된 피접합물에 상기 회전 공구의 선단부를 가압하고, 상기 피접합물과의 접촉부을 회전시킴으로써, 상기 피접합물을 마찰열로 연화시키고 교반하여 피접합물을 접합하는 마찰교반 점접합 방법으로서,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재 중 적어도 하나의 부재에 실런트재를 도포하고, 상기 실런트재를 사이에 두도록 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 접촉시키는 공정(A)과,
    원기둥형으로 형성되어 있는 핀 부재와, 원통형으로 형성되며 상기 핀 부재가 내부에 삽입 통과되어 있는 숄더 부재 중 적어도 하나의 부재가 상기 피접합물을 가압하는 공정(B)과,
    원통형으로 형성되며, 상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 내부에 삽입 통과되어 있는 클램프 부재가 상기 피접합물을 가압하는 공정(C)과,
    상기 핀 부재 및 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 교반하는 공정(D)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰교반 점접합 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 공정(B)은 상기 핀 부재가 상기 피접합물을 가압하는 공정(B1)과, 공정(B1) 후에 상기 숄더 부재가 상기 피접합물을 가압하는 공정(B2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰교반 점접합 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 공정(A), 상기 공정(B), 상기 공정(C) 및 상기 공정(D)이 순서대로 실행되는 것을 특징으로 하는 마찰교반 점접합 방법.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6505618B2 (ja) * 2016-02-05 2019-04-24 株式会社東芝 摩擦攪拌接合方法および接合体
DE112017004020T5 (de) * 2016-08-10 2019-05-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Reibrührschweißanlage, Bearbeitungspositionseinstellsystem, und Messsystem
JP7030127B2 (ja) * 2017-09-04 2022-03-04 川崎重工業株式会社 複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法及び複動式摩擦攪拌接合装置
WO2019049814A1 (ja) * 2017-09-05 2019-03-14 川崎重工業株式会社 複動式摩擦攪拌点接合方法及び複動式摩擦攪拌点接合装置
JP6796042B2 (ja) * 2017-09-08 2020-12-02 川崎重工業株式会社 複動式摩擦攪拌点接合用保持治具および保持治具セット、並びに、複動式摩擦攪拌点接合装置および複動式摩擦攪拌点接合方法
JP6782674B2 (ja) * 2017-09-08 2020-11-11 川崎重工業株式会社 複動式摩擦攪拌点接合装置用クランプ部材、複動式摩擦攪拌点接合装置、及び、複動式摩擦攪拌点接合方法
JP6887922B2 (ja) * 2017-09-08 2021-06-16 川崎重工業株式会社 複動式摩擦攪拌点接合方法、押圧ツールセット、及び、複動式摩擦撹拌点接合装置
JP6796565B2 (ja) * 2017-09-08 2020-12-09 川崎重工業株式会社 複動式摩擦攪拌点接合方法
JP6770014B2 (ja) * 2018-03-19 2020-10-14 Ｐｒｉｍｅｔａｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｊａｐａｎ株式会社 摩擦攪拌接合装置用アイロニングプレートとそれを備えた摩擦攪拌接合装置、ならびに摩擦攪拌接合方法
GB2574377A (en) * 2018-05-29 2019-12-11 Acergy France SAS Sealing hollow structures
JP7149181B2 (ja) * 2018-12-26 2022-10-06 川崎重工業株式会社 摩擦攪拌点接合装置及びその運転方法
JP7216551B2 (ja) * 2019-01-07 2023-02-01 川崎重工業株式会社 摩擦攪拌点接合装置及び摩擦攪拌点接合方法
CN109910312B (zh) * 2019-03-14 2020-12-08 哈尔滨工业大学（威海） 一种提高纤维增强型树脂基复合材料回填式摩擦点焊焊接强度的方法
EP4316722A3 (en) * 2019-04-24 2024-04-10 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Friction stir spot welding device and method for operating same
CN112108754A (zh) * 2020-08-06 2020-12-22 山东碳垣纳米科技有限公司 搅拌头、点焊机头以及回抽点焊设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009082977A (ja) 2007-10-03 2009-04-23 Mazda Motor Corp 摩擦点接合方法
JP2012121027A (ja) 2010-12-06 2012-06-28 Honda Motor Co Ltd 異材接合構造体
JP2012196681A (ja) 2011-03-18 2012-10-18 Kawasaki Heavy Ind Ltd 摩擦攪拌点接合装置および摩擦攪拌点接合方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5697544A (en) * 1996-03-21 1997-12-16 Boeing North American, Inc. Adjustable pin for friction stir welding tool
NO995093D0 (no) 1999-10-19 1999-10-19 Norsk Hydro As Fremgangsmåte og anordning for punktsveising
US7732033B2 (en) * 2005-08-26 2010-06-08 The Curators Of The University Of Missouri Sealants for structural member joints and methods of using same
US7628876B2 (en) 2005-10-25 2009-12-08 Gm Global Technology Operations, Inc. Friction stir weld bonding of metal-polymer-metal laminates
CN1927518A (zh) * 2006-06-13 2007-03-14 兰州理工大学 搅拌摩擦焊摩擦头控制装置
US20080029581A1 (en) 2006-08-04 2008-02-07 Sumitomo Light Metal Industries, Ltd. Method of joining together dissimilar metal members
US20100008997A1 (en) * 2007-10-25 2010-01-14 Revalesio Corporation Compositions and methods for treating asthma and other lung disorders
US7997472B2 (en) * 2008-10-14 2011-08-16 GM Global Technology Operations LLC Friction stir welding using an adhesive, copper, tin and zinc interlayer
JP5535502B2 (ja) * 2009-03-16 2014-07-02 川崎重工業株式会社 摩擦撹拌接合装置及び方法
US8339161B2 (en) * 2009-07-07 2012-12-25 Analog Devices, Inc. High performance voltage buffers with distortion cancellation
US20110068150A1 (en) * 2009-09-18 2011-03-24 The Boeing Company Friction Stir Weld Assembly And Associated Method For Mitigating Distortion In A Friction Stir Weld Joint
CN101890573B (zh) * 2010-08-20 2012-06-06 哈尔滨工业大学 一种搅拌针与轴肩差速旋转的搅拌摩擦焊接方法
JP5588385B2 (ja) 2011-03-18 2014-09-10 川崎重工業株式会社 摩擦攪拌点接合装置および摩擦攪拌点接合方法
WO2014024474A1 (ja) * 2012-08-06 2014-02-13 川崎重工業株式会社 複動式摩擦攪拌接合または複動式摩擦攪拌点接合に用いられる接合ツールおよびこれを用いた接合装置
JP6020501B2 (ja) * 2014-03-27 2016-11-02 トヨタ自動車株式会社 接合方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009082977A (ja) 2007-10-03 2009-04-23 Mazda Motor Corp 摩擦点接合方法
JP2012121027A (ja) 2010-12-06 2012-06-28 Honda Motor Co Ltd 異材接合構造体
JP2012196681A (ja) 2011-03-18 2012-10-18 Kawasaki Heavy Ind Ltd 摩擦攪拌点接合装置および摩擦攪拌点接合方法

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