KR20050047077A - 맞대기 접합부의 제작 방법, 맞대기 접합부, 굽힘 부재의제작 방법 및 마찰 교반 접합 방법 - Google Patents

맞대기 접합부의 제작 방법, 맞대기 접합부, 굽힘 부재의제작 방법 및 마찰 교반 접합 방법 Download PDF

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혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

고온 변형 저항이 상이한 2개의 접합 부재(1, 2)를 맞닿는 방식으로 배치된다. 접합 공구(10)의 프로브(12)의 회전 방향은 낮은 고온 변형 저항을 갖는 접합 부재(1)로부터 높은 고온 변형 저항을 갖는 접합 부재(2)를 향해 회전하는 회전 방향(R)과 일치하도록 설정된다. 그 후, 회전하는 프로브(12)는 접합 부재(1, 2)들의 맞닿은 부분(3) 내로 삽입된다. 프로브(12)는 마찰 교반 접합을 수행하도록 프로브(12)가 맞닿은 부분(3) 내에 삽입된 상태에서 맞닿은 부분(3)을 따라 전진된다. 결과적으로, 높은 접합 강도를 갖는 맞대기 접합부를 형성할 수 있다.

Description

맞대기 접합부의 제작 방법, 맞대기 접합부, 굽힘 부재의 제작 방법 및 마찰 교반 접합 방법{MANUFACTURING METHOD OF BUTT JOINT, BUTT JOINT, MANUFACTURING METHOD OF BENT MEMBER, AND FRICTION STIR JOINING METHOD}
본 발명은 운송 장치, 가정용 전기 용품, 산업용 기계류 등에 사용하기 위한 금속 부재로서 사용되는 맞대기 접합부(butt joint)의 제작 방법과, 또한 이러한 맞대기 접합부에 관한 것이다. 본 발명은 또한 맞대기 접합부를 제작하기 위하여 바람직하게 사용되는 마찰 교반 접합(용접) 방법과 굽힘 부재의 제작 방법에 관한 것이다.
본 출원은 그 전체 개시사항이 본 발명에 참조로서 포함된, 2002년 7월 8일자로 출원된 일본 특허 출원 제2002-198457호 및 2003년 5월 15일자로 출원된 미국 가출원 제60/470,502호로부터 우선권을 주장한다.
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C.§111(b)에 따라 2003년 5월 15일자로 출원된 가출원 제60/470,502호의 출원일의 35 U.S.C.§119(e)(1)에 따른 이득을 청구하는 35 U.S.C.§111(a) 하에 출원된 출원이다.
이하의 설명은 관련 기술에 대한 발명자의 지식과 그의 문제점을 기술하며, 종래 기술로서의 지식의 인정하는 것으로서 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에서, 설명을 목적으로, 접합 공구의 프로브(probe)가 삽입되는 두께 방향으로의 접합 부재의 표면 중 하나가 "상부면"으로서 지칭될 것이다.
마찰 교반 접합은 솔리드 용접(solid welding)의 범주에 속하며, 접합될(용접될) 금속 부재의 종류가 제한되지 않고 접합(용접)이 접합에 따른 열응력에 기인한 뒤틀림을 덜 초래하는 우수한 장점을 갖는다. 그러므로, 최근 마찰 교반 접합은 다양한 구조물을 제작하기 위한 접합 수단으로서 사용되어 왔다.
마찰 교반 접합은 도6을 참조하여 설명될 것이다. 도6에서, 도면 부호 "51"은 평탄형 금속 제1 접합 부재를 나타내며, "52"는 평탄형 금속 제2 접합 부재를 나타낸다. 제1 접합 부재(51)의 재료는 제2 접합 부재(52)의 재료와 상이하다. 제1 접합 부재(51)의 두께(t1')는 제2 접합 부재(52)의 두께(t2')와 동일하게 설정된다.(즉, t1' = t2')
이하의 설명은 제2 접합 부재(2)의 고온 변형 저항(high temperature deformation resistance)(Y2')가 제1 접합 부재(1)의 고온 변형 저항(Y1')보다 높다는(즉, Y1' < Y2') 가정 하에 이루어질 것이다.
이들 두개의 접합 부재(51, 52)는 이들의 후방 및 상부면들이 각각 서로 같은 높이에 있도록 하는 방식으로 이들이 서로에 대항하여 맞닿아 있도록 배치된다. 제1 접합 부재(51)의 맞닿은 단부면은 비평탄 부분을 갖도록 형성되며, 이에 따라 양 접합 부재(51, 52)가 서로에 대항하여 맞닿은 상태에서 간극(57)이 이들 접합 부재(51, 52)의 맞닿은 부분(접합 부분)(53)에 형성된다.
도6에서, 도면 부호 "60"은 마찰 교반 접합에 사용되는 접합 공구를 나타낸다. 이 접합 공구(60)에는 컬럼형 로터(61) 및 로터(61)의 단부면(61a)으로부터 돌출된 핀형 프로브(62)가 제공된다. 로터(61)의 단부면(61a)의 직경은 프로브(62)의 직경보다 크도록 설정된다.
접합 부재(51, 52)들의 맞닿은 부분(53)을 접합 공구(60)를 사용하여 접합하기 위하여, 먼저 접합 공구(60)의 회전하는 프로브(62)가 맞닿은 부분(53)으로 삽입된다. 그 후, 프로브(62)는 맞닿은 부분(53)을 따라, 프로브가 맞닿은 부분(53) 내에 삽입된 상태에서 전진된다. 이럼으로써, 맞닿은 부분(53)은 프로브(62)의 전진 이동에 따라 프로브가 삽입된 부분에서 접합(용접)될 것이다. 도6에서, 도면 부호 "53'"은 프로브(62)에 의해 접합(용접)되는 접합 부분(용접 부분)을 나타내며, "55"는 접합된 부분(53')에 형성되는 마찰 교반 접합 부분(마찰 교반 용접 부분)을 나타낸다. "JD'"는 본 종래 기술의 예에서 프로브(62)의 이동(전진) 방향(MD')과 동일한 방향인 접합(용접) 방향을 나타낸다.
마찰 교반 접합에서, 프로브(62)의 회전 방향(L)이 접합 방향(JD')과 일치하는 접합 부재의 한 변은 "전진하는 변"으로서 지칭되며, 다른 변은 "후퇴하는 변"으로서 지칭된다. 후퇴하는 변에서, 마찰열은 거의 발생하지 않을 것이다. 반대로, 전진하는 변에서는, 더욱 큰 마찰량이 접합 부재에서 발생하기 때문에, (도시 안된) 언더컷(undercut) 부분이 전진하는 변에 위치된 접합 부재(51)의 부분에서 마찰 교반 접합되는 부분(55)의 상부면 상에서 발생될 것이다. 도6에서, "AD"는 전진하는 변을 나타내며, "RE"는 후퇴하는 변을 나타낸다.
마찰 교반 접합에서, 프로브(12)의 회전 방향이 접합 방향(JD')의 후방측에서 제2 접합 부재(52)로부터 제1 접합 부재(51)를 향해 회전하는 방향(L)과 일치하는 방식으로 접합이 수행될 때, 이하의 문제점이 발생할 것이다.
전술한 바와 같이, 후퇴하는 변에서 발생되는 마찰열의 양은 매우 작기 때문에, 후퇴하는 변에 위치된 제2 접합 부재(52)는 연화되기 어렵다. 더욱이, 제2 접합 부재(52)는 제1 접합 부재(51)의 고온 변형 저항(Y1')보다 높은 고온 변형 저항(Y2')을 갖기 때문에, 제2 접합 부재(52)는 연화되기 더욱 어렵다. 결과적으로, 후방면 교반 영역 폭(H')(마찰 접합 부분(55)의 후방면의 폭)은 더욱 좁게 되어, 이는 맞닿은 부분(53)에서 간극(57)을 남게 할 수 있다. 간극(57)이 남게 된다면, 맞대기 접합부의 접합 강도(예컨대, 굽힘 강도, 인장 강도)는 저하된다. 따라서, 이러한 맞대기 접합부가 예컨대 굽힘 재료로서 사용되는 경우, 굽힘은 의도한 대로 수행될 수 없다.
기타 공보에 개시된 다양한 특징, 실시예, 방법 및 장치의 장단점에 대한 본 명세서의 설명은 본 발명을 제한하지 않는다. 게다가, 본 발명의 소정의 특징은 본 명세서에 개시된 일부 또는 모든 특징, 실시예, 방법 및 장치를 여전히 유지하면서도 소정의 단점을 극복할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 접합 공정이 진행되는 상태를 도시하는 맞대기 접합부의 제작 방법을 설명하는 도면이다.
도2는 제작 방법에 의해 얻은 맞대기 접합부에 대해 굽힘 작업이 수행되는 상태를 도시하는 사시도이다.
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따라 접합 공정이 진행되는 상태를 도시하는 맞대기 접합부의 제작 방법을 설명하는 도면이다.
도4는 도3의 선 A-A를 따라 취한 확대 단면도이다.
도5는 도3의 선 B-B를 따라 취한 확대 단면도이다.
도6은 맞대기 접합부의 종래의 제작 방법에 따라 접합 공정이 진행되는 상태를 도시하는 맞대기 접합부의 제작 방법을 설명하는 도면이다.
본 발명은 전술된 기술적 배경의 관점에서 이루어진다.
본 발명의 목적은 후방면 교반 영역 폭(접합된 부분의 후방면의 폭)과 접합 강도를 증가시킬 수 있는 맞대기 접합부의 제작 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전술된 방법에 의해 제작된 맞대기 접합부, 맞대기 접합부를 제작하기 위한 방법을 사용하는 굽힘 부재의 제작 방법 및 맞대기 접합부를 제작하기 위하여 바람직하게 사용되는 마찰 교반 접합 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 맞대기 접합부의 제작 방법은,
고온 변형 저항이 상이한 2개의 접합 부재를 서로에 대항하여 맞닿도록 배치하는 단계와,
접합 공구의 회전하는 프로브를 접합 부재들의 맞닿은 부분을 따라, 회전하는 프로브가 맞닿은 부분 내에 삽입된 상태에서 전진시킴으로써 마찰 교반 접합을 수행하는 단계를 포함하고,
마찰 교반 접합은 접합 공구의 프로브의 회전 방향이 접합 방향의 후방측에서 접합 부재들 중 낮은 고온 변형 저항을 갖는 하나의 접합 부재로부터 접합 부재들 중 높은 고온 변형 저항을 갖는 다른 하나의 접합 부재를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정된 상태에서 수행된다.
본 발명의 제1 태양에서, 접합 공구의 프로브의 회전 방향을 접합 방향의 후방측에서 접합 부재들 중 낮은 고온 변형 저항을 갖는 하나의 접합 부재로부터 접합 부재들 중 높은 고온 변형 저항을 갖는 다른 하나의 접합 부재를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정함으로써, 낮은 고온 변형 저항을 갖는 접합 부재는 처리되는 변에 위치된다. 그러므로, 접합 부재는 쉽게 연화되어 후방면 교반 영역 폭(즉, 접합된 부분의 후방면의 폭)이 증가된다. 결과적으로, 간극이 접합 부재들의 맞닿은 부분 내에 형성되는 경우에도, 간극은 접합 부재들의 재료로 확실하게 채워질 수 있어, 이는 이어서 얻은 맞대기 접합부의 접합 강도를 개선시킬 수 있다. 또한, 후방면 교반 영역 폭이 증가하기 때문에, 프로브가 접합 시점에서 맞닿은 부분에 정확한 위치로 삽입되지 않는 경우에도, 맞닿은 부분은 양호한 방식으로 접합될 수 있어, 접합 공정이 개선된다.
본 발명에서, 접합 부재들의 고온 변형 저항의 비교가 접합 온도에서의 변형 저항에 기초하여 수행된다. 구체적으로, 양 접합 부재가 알루미늄 또는 그의 합금으로 제조된 경우, 비교는 바람직하게는 200 내지 600 ℃, 더욱 바람직하게는 400 내지 550 ℃의 범위 내에서의 평균 변형 저항에 기초하여 수행된다. 이러한 경우, 후방면 교반 영역 폭은 확실하게 증가될 수 있다.
본 발명에서, 접합 부재로서, 예컨대 금속 부재가 사용될 수 있다. 특히, 알루미늄 또는 그의 합금, 구리 또는 그의 합금이 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 맞대기 접합부의 제작 방법은,
동일한 재료이지만 두께가 상이한 2개의 접합 부재들을 접합 부재들의 상부면 측들 상에 단차가 형성된 상태에서 서로에 대항하여 맞닿도록 배치하는 단계와,
접합 공구의 회전하는 프로브를 접합 부재들의 맞닿은 부분을 따라, 회전하는 프로브가 맞닿은 부분 내에 삽입된 상태에서 전진시킴으로써 마찰 교반 접합을 수행하는 단계를 포함하고,
마찰 교반 접합은 접합 공구의 프로브의 회전 방향이 접합 방향의 후방측에서 접합 부재들 중 얇은 두께를 갖는 하나의 접합 부재로부터 접합 부재들 중 두꺼운 두께를 갖는 다른 하나의 접합 부재를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정된 상태에서 수행된다.
본 발명의 제2 태양에서, 접합 공구의 프로브의 회전 방향을 접합 방향의 후방측에서 접합 부재들 중 얇은 두께를 갖는 하나의 접합 부재로부터 접합 부재들 중 두꺼운 두께를 갖는 다른 하나의 접합 부재를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정함으로써, 얇은 접합 부재는 후퇴하는 변에 위치되어 후방면 교반 영역 폭이 증가된다. 따라서, 본 발명의 제1 태양과 동일한 기능을 얻을 수 있다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 맞대기 접합부의 제작 방법은,
고온 변형 저항(Y1)과 두께(t1)를 갖는 제1 접합 부재와 고온 변형 저항(Y2)과 두께(t2)를 갖는 제2 접합 부재를 준비하는 단계와,
접합 공구의 회전하는 프로브를 접합 부재들의 맞닿은 부분을 따라, 회전하는 프로브가 맞닿은 부분 내에 삽입된 상태에서 전진시킴으로써 마찰 교반 접합을 수행하는 단계를 포함하고,
접합 부재들이 (Y1 × t1) > (Y2 × t2)의 관계를 만족시키는 상태에서 접합 부재들이 맞닿는 방식으로 배치되는 경우, 마찰 교반 접합은 접합 공구의 프로브의 회전 방향이 접합 방향의 후방측에서 제2 접합 부재로부터 제1 접합 부재를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정된 상태에서 수행되며,
접합 부재들이 (Y1 × t1) < (Y2 × t2)의 관계를 만족시키는 상태에서 접합 부재들이 맞닿는 방식으로 배치되는 경우, 마찰 교반 접합은 접합 공구의 프로브의 회전 방향이 접합 방향의 후방측에서 제1 접합 부재로부터 제2 접합 부재를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정된 상태에서 수행된다.
본 발명의 제3 태양에서, 프로브의 회전 방향을 접합 부재들의 고온 변형 저항과 두께 모두를 고려하여 설정함으로써, 후방면 교반 영역 폭은 증가될 수 있다.
본 발명의 제1 내지 제3 태양에서, 맞대기 접합부는 굽힘 작업 재료로서 사용되는 부재인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제1 내지 제3 태양에서, 맞대기 접합부는 자동차 부품을 제작하기 위한 맞춤형 블랭크 부재로서 사용되는 부재인 것이 바람직하다.
본 발명의 제4 태양에 따르면, 본 발명의 전술된 제1 내지 제3 태양 중 어느 한 태양에 기술된 제작 방법에 의해 얻은 맞대기 접합부는 굽힘성이 우수하다.
본 발명의 제4 태양에 있어서, 본 발명의 제1 내지 제3 태양 중 어느 한 태양에 따른 맞대기 접합부의 제작 방법에 의해 얻은 맞대기 접합부에서, 맞닿은 부분에 형성된 간극은 접합 부재의 재료에 의해 확실하게 채워진다. 그러므로, 맞대기 접합부는 굽힘성이 우수하다. 결과적으로, 맞대기 접합부에 대해 굽힘 공정을 수행함으로써, 굽힘 작업 결함의 발생이 방지될 수 있어, 고품질의 굽힘 부재를 형성한다.
본 발명의 제5 태양에 따르면, 굽힘 부재의 제작 방법은 본 발명의 전술된 제1 내지 제3 태양 중 어느 한 태양에 기술된 제작 방법에 의해 얻은 맞대기 접합부에 대한 굽힘 공정을 수행한다.
이러한 제작 방법에 있어서, 본 발명의 제4 태양과 동일한 이유에 의해 고품질의 굽힘 부재를 얻을 수 있다.
본 발명의 제5 태양에서, 굽힘 작업의 종류는 특정한 방법으로 제한되지 않으며, 굽힘 작업은 프레스 굽힘 작업이거나 프레스 다이, 다이 또는 롤을 사용하는 다양한 굽힘 작업일 수 있다.
본 발명의 제6 태양에 따르면, 맞대기 접합부는 마찰 교반 접합 방법에 의해 서로에 대항하여 맞닿은 2개의 접합 부재를 일체형으로 접합함으로써 형성된 접합부이며,
접합 부재들 중 하나는 고온 변형 저항(Y1)과 두께(t1)를 갖고, 접합 부재들 중 다른 하나는 고온 변형 저항(Y2)과 두께(t2)를 가지며,
언더컷 부분이 접합 부재들 중 더 큰 (Y1 × t1) 또는 (Y2 × t2) 값을 갖는 하나의 접합 부재 측에서 마찰 교반 접합 부분의 표면 상에 형성된다.
이러한 맞대기 접합부에 있어서, 언더컷 부분은 접합 부재들 중 더 큰 (Y1 × t1) 또는 (Y2 × t2) 값을 갖는 하나의 접합 부재의 측에서 마찰 교반 접합 부분의 표면 상에 형성되기 때문에, 언더컷 부분에 의한 접합 강도의 영향은 거의 주어지지 않으므로, 접합 강도의 저하는 거의 없게 된다. 따라서, 맞대기 접합부는 접합 강도가 우수하다.
본 발명의 제6 태양에 따른 맞대기 접합부는 본 발명의 제1 내지 제3 태양 중 어느 한 태양에 따른 맞대기 접합부의 제작 방법에 의해 확실하게 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 제6 태양에 따른 맞대기 접합부는 본 발명의 제7 내지 제9 태양 중 어느 한 태양에 따른 마찰 교반 접합에 의해 확실하게 얻을 수 있다.
본 발명의 제6 태양에서, 언더컷 부분인 더 큰 (Y2 × t2) 값을 갖는 접합 부재와 더 작은 (Y1 × t1) 값을 갖는 접합 부재 모두의 측들에서 마찰 교반 접합 부분의 표면 상에 형성되는 경우, 더 큰 값을 갖는 접합 부재 측에서 마찰 교반 접합 부분의 표면 상에 형성된 언더컷 부분이 더 작은 값을 갖는 접합 부재 측에서 마찰 교반 접합 부분의 표면 상에 형성된 언더컷 부분보다 상대적으로 큰 것이 바람직하다.
본 발명의 제6 태양에서, 맞대기 접합부는 굽힘 작업 재료로서 사용되는 부재인 것이 바람직하다.
본 발명의 제6 태양에서, 맞대기 접합부는 자동차 부품을 제작하기 위한 맞춤형 블랭크 부재로서 사용되는 부재인 것이 바람직하다.
본 발명의 제7 태양에 따르면, 마찰 교반 접합 방법은,
고온 변형 저항이 상이한 2개의 접합 부재를 서로에 대항하여 맞닿도록 배치하는 단계와,
접합 공구의 회전하는 프로브를 접합 부재들의 맞닿은 부분을 따라, 회전하는 프로브가 맞닿은 부분 내에 삽입된 상태에서 전진시킴으로써 마찰 교반 접합을 수행하는 단계를 포함하고,
마찰 교반 접합은 접합 공구의 프로브의 회전 방향이 접합 방향의 후방측에서 접합 부재들 중 낮은 고온 변형 저항을 갖는 하나의 접합 부재로부터 접합 부재들 중 높은 고온 변형 저항을 갖는 다른 하나의 접합 부재를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정된 상태에서 수행된다.
본 발명의 제7 태양에서, 본 발명의 제1 태양과 동일한 기능을 얻을 수 있다.
본 발명의 제8 태양에 따르면, 마찰 교반 접합 방법은,
동일한 재료이지만 두께가 상이한 2개의 접합 부재들을 접합 부재들의 표면 측들 상에 단차가 형성된 상태에서 서로에 대항하여 맞닿도록 배치하는 단계와,
접합 공구의 회전하는 프로브를 접합 부재들의 맞닿은 부분을 따라, 회전하는 프로브가 맞닿은 부분 내에 삽입된 상태에서 전진시킴으로써 마찰 교반 접합을 수행하는 단계를 포함하고,
마찰 교반 접합은 접합 공구의 프로브의 회전 방향이 접합 방향의 후방측에서 접합 부재들 중 얇은 두께를 갖는 하나의 접합 부재로부터 접합 부재들 중 두꺼운 두께를 갖는 다른 하나의 접합 부재를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정된 상태에서 수행된다.
본 발명의 제8 태양에서, 본 발명의 제2 태양과 동일한 기능을 얻을 수 있다.
본 발명의 제9 태양에 따르면, 마찰 교반 접합 방법은,
고온 변형 저항(Y1)과 두께(t1)를 갖는 제1 접합 부재와 고온 변형 저항(Y2)과 두께(t2)를 갖는 제2 접합 부재를 준비하는 단계와,
접합 공구의 회전하는 프로브를 접합 부재들의 맞닿은 부분을 따라, 회전하는 프로브가 맞닿은 부분 내에 삽입된 상태에서 전진시킴으로써 마찰 교반 접합을 수행하는 단계를 포함하고,
접합 부재들이 (Y1 × t1) > (Y2 × t2)의 관계를 만족시키는 상태에서 접합 부재들이 맞닿는 방식으로 배치되는 경우, 마찰 교반 접합은 접합 공구의 프로브의 회전 방향이 접합 방향의 후방측에서 제2 접합 부재로부터 제1 접합 부재를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정된 상태에서 수행되며,
접합 부재들이 (Y1 × t1) < (Y2 × t2)의 관계를 만족시키는 상태에서 접합 부재들이 맞닿는 방식으로 배치되는 경우, 마찰 교반 접합은 접합 공구의 프로브의 회전 방향이 접합 방향의 후방측에서 제1 접합 부재로부터 제2 접합 부재를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정된 상태에서 수행된다.
본 발명의 제9 태양에서, 본 발명의 제3 태양과 동일한 기능을 얻을 수 있다.
다양한 실시예의 전술된 및/또는 다른 태양, 특징 및/또는 장점은 첨부 도면과 관련된 후속 설명에 비추어 더욱 양호하게 인식될 것이다. 다양한 실시예는 적용 가능한 상이한 태양, 특징 및/또는 장점을 포함 및/또는 배제할 수 있다. 또한, 다양한 실시예는 적용 가능한 다른 실시예의 하나 이상의 태양 또는 특징을 조합할 수 있다. 특정한 실시예의 태양, 특징 및/또는 장점의 설명은 다른 실시예 또는 청구의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 맞대기 접합부의 제작 방법을 도시하는 설명적인 도면을 도시한다.
도1에서, 도면 부호 "1"은 판형 제1 접합 부재를 나타내며, "2"는 판형 제2 접합 부재를 나타낸다.
이후, 제1 접합 부재(1)의 고온 변형 저항은 "Y1"이고 두께는 "t1"인 것으로 가정한다. 또한, 제2 접합 부재(2)의 고온 변형 저항은 "Y2"이고 두께는 "t2"인 것으로 가정한다.
제1 실시예에서, 제1 접합 부재(1)의 두께(t1)와 제2 접합 부재(2)의 두께(t2)는 동일하게 설정된다.(즉, t1 = t2)
한편, 제1 접합 부재(1)의 재료와 제2 접합 부재(2)의 재료는 서로 상이하다. 따라서, 제1 접합 부재(1)의 고온 변형 저항(Y1)과 제2 접합 부재(2)의 고온 변형 저항(Y2)은 서로 상이하다.(즉, Y1 ≠ Y2) 상세하게는, 제2 접합 부재(2)의 고온 변형 저항(Y2)은 제1 접합 부재(1)의 고온 변형 저항(Y1)보다 높게 설정된다.(즉, Y1 < Y2)
결과적으로, 제1 접합 부재(1)의 고온 변형 저항(Y1)과 두께(t1)의 곱(Y1 × t1)을 제2 접합 부재(2)의 고온 변형 저항(Y2)과 두께(t2)의 곱(Y2 × t2)과 비교하면, (Y2 × t2)의 값이 (Y1 × t1)보다 크다.[즉, (Y1 × t1) < (Y2 × t2)]
이러한 제1 실시예에서, 제1 접합 부재(1)와 제2 접합 부재(2)는 재료면에서 서로 상이한 알루미늄 또는 그의 합금으로 제조된다.
이들 2개의 접합 부재(1, 2)는 이들의 후방면들과 상부면들이 각각 서로 동일한 높이에 있는 상태에서 접합 부재(1, 2)들의 대응하는 단부면들이 서로 대항하여 맞닿은 방식으로 배치된다. 이와 같이 맞닿은 상태에서, 양 접합 부재(1, 2)는 이들의 후방면으로부터 (도시 안된) 지지 부재에 의해 지지된다. 또한, 이들 접합 부재(1, 2)의 맞닿은 부분(3)의 후방면 상에는 (도시 안된) 배킹(backing) 부재가 부착된다.
접합 부재(1, 2)들 중 적어도 하나[도1에 도시된 실시예에서는 제1 접합 부재(1)]는 절단 공정 등에 의해 발생된 고르지 않은 맞닿은 단부면을 갖는다. 그러므로, 양 접합 부재(1, 2)가 서로에 대항하여 맞닿은 상태에서, 고르지 않은 맞닿은 단부면에 기인한 간극(7)이 접합 부재(1, 2)의 맞닿은 부분(3)에 형성된다. 도1에서, 간극(7)은 설명을 위하여 과장되어 도시되어 있다.
도1에서, 도면 부호 "10"은 마찰 교반 접합을 위한 접합 공구를 나타낸다. 공구(10)에는 컬럼형 로터(columnar rotor; 11)와 로터(11)의 단부면(11a)으로부터 돌출된 핀형 프로브(pin-shaped probe; 12)가 제공된다. 로터(11)의 단부면(11a)의 직경은 프로브(12)의 직경보다 크게 설정된다. 로터(11)와 프로브(12)는 양 접합 부재(1, 2)보다 경질이고 접합 공정 중에 발생될 마찰열을 견딜 수 있는 내열성 재료로 제조된다. 프로브(12)의 외부면 상에는 마찰열에 의해 연화(soften)된 접합 부재(1, 2)의 재료를 교반시키기 위한 (도시 안된) 교반 돌기가 나선형 방식으로 형성된다.
이와 같은 접합 공구(10)에서, 로터(11)의 적어도 외주연 단부는 회전축(P)에 수직한 평면 상에 존재한다. 이러한 실시예에서, 로터(11)의 단부면(11a)은 평탄 형상으로 형성된다. 그러나, 본 발명에서, 로터(11)의 단부면(11a)은 외주연 단부로부터 회전 중심부까지 내향으로 만입된 오목한 형상으로 형성될 수 있다.
다음으로, 접합 공구(10)를 사용하여 접합 부재(1, 2)의 맞닿은 부분(3)을 접합하기 위한 방법이 설명될 것이다. 이 실시예에서, 이러한 방법에 의해 얻게 될 맞대기 접합부(20)는 굽힘 작업을 받게 될 것이다.(도2 참조) 구체적으로, 맞대기 접합부(20)는 다양한 자동차 부품(예컨대, 도어 내부 패널, 프레임, 필라, 자동차 차체)을 제작하기 위한 맞춤형 블랭크 부재로서 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명에서, 맞대기 접합부(20)는 굽힘 작업 재료 또는 맞춤형 블랭크 재료로서 사용되는 부재로 제한되지 않는다.
먼저, 도1에 도시된 바와 같이, 접합 공구(10)의 로터(11)와 프로브(12)는 소정의 회전 방향으로 회전축(P)을 중심으로 회전된다.(이 회전 방향은 이후에 상세히 설명될 것이다.) 그 후, 회전하는 프로브(12)는 접합 부재(1, 2)의 맞닿은 부분(3) 내로 이들의 상부면 측으로부터 삽입된다. 또한, 로터(11)의 단부면(11a)은 접합 부재(1, 2)의 표면 상에서 가압되도록 배치된다. 맞닿은 부분(3) 내로의 프로브(12)의 삽입은 접합 부재(1, 2)의 하나의 길이방향 단부로부터 수행될 수 있다.
이러한 상태로부터, 프로브(12)는 접합 부재(1, 2)의 맞닿은 부분(3)을 따라 전진된다. 이러한 전진 이동에 따라, 프로브 삽입 부분에서의 접합 부재(1, 2)의 맞닿은 부분(3)은 프로브(12)에 의해 맞닿은 부분(3)을 따라 순차적으로 접합(용접)될 것이다. 도1에서, 도면 부호 "3'"은 프로브(12)에 의해 접합(용접)될 맞닿은 부분을 나타내며, "5"는 맞닿은 부분(3')에 형성된 마찰 교반 접합(용접) 부분을 나타낸다. "MD"는 프로브(12)의 이동(주행) 방향을 나타낸다. 이러한 실시예에서, 프로브(12)의 이동 방향(MD)은 접합 방향 "JD"과 일치한다.
이제, 접합 공구(10)의 프로브(12)의 회전 방향이 설명될 것이다.
이러한 실시예에서, 전술된 바와 같이, 접합 부재(1, 2)는 (Y1 × t1) < (Y2 × t2)로 표현된 관계를 만족시키는 상태에서 맞닿는 방식으로 배치된다. 그러므로, 접합 방향(JD)의 후방으로의 프로브(12)의 회전 방향은 제1 접합 부재로부터 제2 접합 부재(2)를 향해 회전하는 회전 방향으로 설정된다. 그 후, 로터(11)와 프로브(12)가 회전 방향(R)으로 회전하는 상태에서, 프로브(12)는 접합 부재(1, 2)의 맞닿은 부분(3) 내로 삽입된다. 이어서, 프로브(12)는 맞닿은 부분(3)을 따라 전진된다.
결과적으로, 프로브(12)의 회전에 기인하여 발생되는 마찰열과 로터(11)의 단부면(11a)과 접합 부재(1, 2)의 상부면 사이의 마찰에 의해 발생되는 마찰열에 의해, 접합 부재(1, 2)는 프로브 삽입 부분 및 그 부근에서 연화된다. 접합 부재(1, 2)의 연화된 재료는 프로브(12)의 회전력에 의해 교반된다. 그 다음, 연화된 재료는 프로브(12) 주위로 이동하여, 프로브(12)의 전진에 의해 형성된 홈을 채우고 마찰열을 방출시킴으로써 신속하게 고화된다. 이러한 현상은 프로브(12)의 전진 이동에 따라 순차적으로 반복되어, 프로브 주행 부분을 따라 접합 부재(1, 2)들을 접합시킴으로써 접합 부재(1, 2)들의 일체형 접합부가 형성된다.
전술된 마찰 교반 접합 방법에서, 제1 접합 부재(1)는 후퇴하는 변(RE)에 배치되고, 제1 접합 부재(1)의 (Y1 × t1)의 값은 전술된 바와 같이 제2 접합 부재(2)의 (Y2 × t2)의 값보다 작다.[즉, (Y1 × t1) < (Y2 × t2)] 따라서, 제1 접합 부재(1)는 제2 접합 부재(2)보다 쉽게 연화될 수 있다. 결과적으로, 후방면 교반 영역 폭(H)(즉, 접합된 부분(5)의 후방면의 폭)은 증가한다. 그러므로, 접합 부재(1, 2)의 맞닿은 부분(3)에서 발생된 간극(7)은 접합 부재(1, 2)의 재료에 의해 확실하게 채워질 수 있다. 따라서, 전술된 제조 방법에 의해 얻어진 맞대기 접합부(20)는 높은 접합 강도를 갖는다.
도2는 U자형 프레싱(pressing)(또는 V자형 프레싱)이 공지된 프레스 기계를 사용하여 수행된 맞대기 접합부(20)를 도시하는 사시도이다. 도2에 도시된 실시예에서, 맞대기 접합부(20)는 접합된 부분(5)의 후방면이 외측을 향하도록 마찰 교반 접합된 부분(5)을 따라 U자형 단면(또는 V자형 단면)으로 굽힘된다. 전술된 바와 같이, 맞대기 접합부(20)에서, 맞닿은 부분(3)에서 발생된 간극(7)은 접합 부재(1, 2)의 재료에 의해 확실하게 채워지고, 이에 따라 맞대기 접합부는 높은 접합 강도를 갖는다. 결과적으로, U자형 프레스 굽힘이 맞대기 접합부(20)에 대해 수행되는 경우에서, 균열과 같은 굽힘 결함은 접합된 부분(5)에서 발생하지 않을 것이며, 이는 고품질의 굽힘 부재를 얻을 수 있게 한다. 그러므로, 맞대기 접합부(20)는 특히 자동차를 위한 맞춤형 블랭크 부재로서 사용될 수 있다.
본 발명에서, 굽힘은 U자형 굽힘(또는 V자형 굽힘)으로 제한되지 않으며, 다양한 굽힘이 채용될 수 있다.
이러한 맞대기 접합부의 제조 방법에 따르면, 후방면 교반 영역 폭(H)이 증가될 수 있기 때문에, 맞닿은 부분(3)의 접합은 프로브(12)의 맞닿은 부분(3)에 대한 삽입 위치의 정확한 설정 없이 양호한 상태로 수행될 수 있다. 이는 효율적인 접합 공정을 가능하게 한다.
도3 내지 도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 맞대기 접합부의 제작 방법을 도시한다. 이들 도면에서, 제1 실시예와 동일한 도면 부호가 대응하는 위치에 할당된다. 이하에서, 제2 실시예와 제1 실시예 사이의 차이점이 주로 설명될 것이다.
이러한 제2 실시예에서, 제1 접합 부재(1)의 두께(t1)와 제2 접합 부재(2)의 두께(t2)는 서로 상이하다.(즉, t1 ≠ t2) 상세하게는, 제2 접합 부재(2)의 두께(t2)는 제1 접합 부재(1)의 두께(t1)보다 두껍게 설정된다.(즉, t1 < t2)
한편, 제1 접합 부재(1)의 재료와 제2 접합 부재(2)의 재료는 동일하다.(즉, Y1 = Y2)
결과적으로, 제1 접합 부재(1)의 고온 변형 저항(Y1)과 두께(t1)의 곱(Y1 × t1)을 제2 접합 부재(2)의 고온 변형 저항(Y2)과 두께(t2)의 곱(Y2 × t2)과 비교하면, (Y2 × t2)의 값이 (Y1 × t1)보다 크다.[즉, (Y1 × t1) < (Y2 × t2)]
이러한 제2 실시예에서, 제1 접합 부재(1)와 제2 접합 부재(2)는 알루미늄 또는 그의 합금으로 동일한 재료로 제조된다.
이들 2개의 접합 부재(1, 2)는 이들의 후방면들이 서로 동일한 높이에 있는 상태에서 접합 부재(1, 2)의 대응하는 단부면들이 서로에 대항하여 맞닿은 방식으로 배치된다. 그러므로, 두께의 차이에 해당하는 단차 부분이 접합 부재(1, 2)의 상부면 측들 상에 형성된다. 도4에서, 도면 부호 "4"는 단차 부분을 나타내며, "4a"는 단차 부분(4)의 코너 부분을 나타낸다.
이들 접합 부재(1, 2)의 나머지 구조는 제1 실시예의 구조와 동일하다. 즉, 도3과 도4에서, 도면 부호 "7"은 접합 부재(1, 2)의 맞닿은 부분(3)에 형성된 간극(7)을 나타낸다.
접합 공구(10)의 구조는 제1 실시예와 동일하며, 따라서 중복되는 설명은 생략될 것이다.
다음으로, 접합 공구(10)를 사용하는 접합 부재(1, 2)의 맞닿은 부분(3)을 접합하기 위한 방법이 설명될 것이다.
먼저, 접합 공구(10)의 로터(11)와 프로브(12)는 회전축(P)의 중심을 중심으로 소정의 회전 방향으로 회전된다.(이 회전 방향은 이후에 상세히 설명될 것이다.) 그 다음, 회전하는 프로브(12)는, 회전하는 프로브(12)가 제1 접합 부재 측을 향해 경사진 상태에서 접합 부재(1, 2)의 맞닿은 부분(3) 내로 그의 상부면으로부터 삽입된다. 또한, 로터(11)의 단부면(11a)은 접합 부재(1, 2)의 표면 상에서 가압되도록 배치된다. 제2 실시예에서, 로터(11)의 단부면(11a)은 맞닿은 부분(3)으로부터 상향으로 돌출된 견부(shoulder portion; 도4 참조, "2a") 상으로 가압되도록 배치된다. 맞닿은 부분(3) 내로의 프로브(12)의 삽입은 접합 부재(1, 2)의 하나의 길이방향 단부로부터 수행될 수 있다. 또한, 맞닿은 부분(3) 내로의 프로브(12)의 삽입 후에, 회전축(P)은 제1 접합 부재 측을 향해 경사질 수 있다. 대안적으로, 회전축(P)의 경사 없이, 전술된 경사진 상태는 접합 부재(1, 2)의 경사짐에 의해 실현될 수 있다.
이러한 상태로부터, 프로브(12)는 접합 부재(1, 2)의 맞닿은 부분(3)을 따라 전진된다. 이러한 전진 이동에 따라, 프로브 삽입 부분에서 접합 부재(1, 2)의 맞닿은 부분(3)은 프로브(12)에 의해 맞닿은 부분(3)을 따라 순차적으로 접합(용접)될 것이다.
결과적으로, 프로브(12)의 회전에 기인하여 발생되는 마찰열과 로터(11)의 단부면(11a)과 제2 접합 부재(2)의 견부(2a) 사이의 마찰에 의해 발생되는 마찰열에 의해, 접합 부재(1, 2)는 프로브 삽입 부분과 그의 부근에서 연화된다. 또한, 제2 접합 부재(2)의 견부(2a)는 로터(11)의 단부면(11a)에 의해 가압되고, 이에 따라 견부(2a)의 표면은 경사진 표면으로 소성 변형된다. 견부(2a)의 소성 변형에 의해, 견부(2a)의 재료의 일부는 단차 부분(4)의 코너 부분(4a)을 채울 것이다.
마찰열에 의한 접합 부재(1, 2)의 연화된 재료는 견부(2a)가 변형된 상태에서 프로브(12)의 회전력에 의해 교반된다. 그 다음, 연화된 재료는 프로브(12) 주위로 이동하여, 전진하는 프로브(12)에 의해 형성된 홈을 채우고 마찰열을 방출시킴으로써 신속하게 고화된다. 이러한 현상은 프로브(12)의 전진 이동에 따라 순차적으로 반복되어, 프로브 주행 부분을 따라 접합 부재(1, 2)들을 접합시킴으로써 접합 부재(1, 2)들의 일체형 접합부를 형성한다.
이제, 로터(10)의 프로브(12)의 회전 방향이 설명될 것이다.
제2 실시예에서, 전술된 바와 같이, 접합 부재(1, 2)는 (Y1 × t1) < (Y2 × t2)로 표현된 관계를 만족시키는 상태에서 맞닿는 방식으로 배치된다. 그러므로, 접합 방향(JD)의 후방측으로의 프로브(12)의 회전 방향은 제1 접합 부재로부터 제2 접합 부재(2)를 향해 회전하는 회전 방향으로 설정된다. 그 후, 로터(11)와 프로브(12)가 회전 방향(R)으로 회전하는 상태에서, 프로브(12)는 전술된 마찰 교반 접합을 수행하도록 맞닿은 부분(3)을 따라 전진된다.
마찰 교반 접합 방법에서, 제1 접합 부재(1)는 후퇴하는 변(RE)에 배치되며, 제1 접합 부재(1)의 (Y1 × t1)의 값은 제2 접합 부재(2)의 (Y2 × t2)의 값보다 작다.[즉, (Y1 × t1) < (Y2 × t2)] 따라서, 제1 접합 부재(1)는 제2 접합 부재보다 쉽게 연화될 수 있다. 결과적으로, 후방면 교반 영역 폭(H)은 증가한다. 그러므로, 접합 부재(1, 2)의 맞닿음 부분(3)에서 발생되는 간극(7)은 접합 부재(1, 2)의 재료로 확실하게 채워질 수 있다. 그러므로, 전술된 제작 방법에 의해 얻어진 맞대기 접합부(20)는 제1 실시예와 동일한 방식으로 높은 접합 강도를 갖는다. 또한, 공지된 프레스 기계를 사용하여 U자형 프레스 굽힘(또는 V자형 프레스 굽힘)이 맞대기 접합부에 대해 수행되는 경우에도, 접합된 부분(5)에서 성형 결함이 거의 발생하지 않아서, 고품질의 굽힘 부재를 형성할 수 있다.
특히, 맞대기 접합부의 이러한 제작 방법은 이하의 우수한 장점을 갖는다. 즉, 전술된 바와 같이, 접합 공구(10)의 로터(11)의 단부면(11a)은 단부면이 제1 접합 부재(1)를 향해 경사진 상태로 배치되고, 로터(11)의 단부면(11a)은 제2 접합 부재(2)의 견부(2a) 상에서 가압되도록 배치된다. 그러므로, 접합된 부분(5)의 표면은 제1 접합 부재(1)의 상부면과 제2 접합 부재(2)의 상부면을 연결하는 경사진 표면으로 형성된다. 결과적으로, 굽힘 공정이 이러한 맞대기 접합부에 대해 수행되는 경우에도, 굽힘 시에 단차 부분(도4 참조, "4")에서 발생되기 쉬운 응력 집중은 감소될 수 있다. 따라서, 맞대기 접합부는 매우 우수한 굽힘 작업성을 갖는다. 그러므로, 굽힘이 이러한 맞대기 접합부에 대해 수행되는 경우, 매우 높은 품질을 갖는 굽힘 부재가 얻어질 수 있다.
또한, 도5에 도시된 바와 같이, 이러한 맞대기 접합부에서, 언더컷 부분(8)은 접합된 부분(5)의 표면 상에서 제2 접합 부재(2)에 인접한 부분에 형성된다. 그러나, 제2 접합 부재(2)의 (Y2 × t2)의 값은 제1 접합 부재(1)의 (Y1 × t1)의 값보다 크기 때문에, 이러한 맞대기 접합부에서 언더컷 부분(8)은 접합 강도에 영향을 거의 미치지 않고, 이로써 접합 강도의 저하는 거의 없다. 그러므로, 이러한 맞대기 접합은 우수한 접합 강도를 유지한다. 도5에서, 언더컷 부분(8)은 설명을 목적으로 과장되어 도시되어 있다.
이러한 제2 실시예의 맞대기 접합부의 제작 방법의 다른 장점은 제1 실시예에서와 동일하며, 따라서 설명은 생략될 것이다.
제1 및 제2 실시예의 전술된 제작 방법에서, 양 접합 부재(1, 2)는 (Y1 × t1) < (Y2 × t2)로 표현된 관계를 만족시키는 상태로 배치된다. 그러나, 반대로 접합 부재(1, 2)가 (Y1 × t1) > (Y2 × t2)로 표현된 관계를 만족시키는 상태로 배치되는 경우, 접합 방향(JD)의 후방측에서의 프로브(12)의 회전 방향은 제2 접합 부재(2)로부터 제1 접합 부재(1)를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정된다. 이는 전술된 효과를 얻을 수 있게 한다. 이러한 경우의 접합 방법은 제1 및 제2 실시예와 동일하며, 이에 따라 중복되는 설명은 생략될 것이다.
본 발명은 전술된 실시예로 제한되지 않으며, 다양한 방식으로 변경될 수 있다.
예를 들면, 전술된 실시예에서, 제1 및 제2 접합 부재(1, 2)의 맞닿은 부분(3)의 접합은 제1 및 제2 접합 부재(1, 2)를 고정시킨 상태에서 접합 부재(1, 2)의 상부면 측으로부터 맞닿은 부분(3)으로 삽입된 회전 프로브(12)를 전진시킴으로써 수행된다. 그러나, 본 발명에서, 제1 및 제2 접합 부재(1, 2)의 맞닿은 부분(3)의 접합은 회전하는 프로브(12)가 고정된 접합 부재(1, 2)의 상부면 측으로부터 맞닿은 부분(3) 내로 삽입된 상태에서 회전 프로브(12)에 대항하여 제1 및 제2 접합 부재(1, 2)를 전진시킴으로써 수행될 수 있다. 이러한 경우에서, 접합 부재(1, 2)의 전진 방향과 반대의 방향이 접합 방향이다.
다음으로, 구체적인 예 및 참조 예가 설명될 것이다.
<예 1>
평판형(flat plate-shaped) 알루미늄 합금의 제1 접합 부재(JIS-A6061-T6, 두께 t1 = 2 mm)와 평판형 알루미늄 합금의 제2 접합 부재(JIS-A5083-O, 두께 t2 = 2 mm)를 준비한다.
일반적으로, 400 내지 500 ℃의 온도 범위에서 A6061-T6의 평균 변형 저항은 동일한 온도 범위에서의 A5083-O의 평균 변형 저항보다 낮은 것으로 공지되어 있다. 따라서, 전술된 온도 범위에서, 제1 접합 부재(1)의 고온 변형 저항(Y1)과 두께(t1)의 곱, 즉 (Y1 × t1)의 값은 제2 접합 부재(2)의 고온 변형 저항(Y2)과 두께(t2)의 곱, 즉 (Y2 × t2)의 값보다 작다.[즉, (Y1 × t1) < (Y2 × t2)]
한편, 접합 공구(10)로서는, 12 mm의 직경을 갖는 로터(11)의 단부면(11a)과 5 mm의 직경을 갖는 프로브를 구비한 접합 공구를 준비한다.
전술된 접합 부재(1, 2)는 그 후방면들과 상부면들이 각각 서로 동일한 높이에 있는 상태에서 맞닿는 방식으로 배치된다. 그 다음, 접합 공구(10)의 로터(11)의 회전 방향과 프로브(12)의 회전 방향은 접합 방향(JD)의 후방측에서 제1 접합 부재(1)로부터 제2 접합 부재(2)를 향해 회전하는 회전 방향(R)과 일치하도록 설정된다. 그 후, 제1 실시예에 도시된 접합 절차에 따라, 접합 부재(1, 2)의 맞닿은 부분(3)을 접합시킨다.
따라서, 이러한 예 1에서, 제1 접합 부재(1)는 후퇴하는 변(RE)에 위치되고, 제2 접합 부재(2)는 전진하는 변에 위치된다.
<비교예 1>
접합 공구(10)의 로터(11)의 회전 방향과 프로브(12)의 회전 방향은 접합 방향(JD)의 후방측에서 제2 접합 부재(2)로부터 제1 접합 부재(1)를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정되며, 제1 접합 부재(1)와 제2 접합 부재(2)의 맞닿은 부분(3)이 접합된다. 다른 접합 조건은 예 1과 동일하다.
따라서, 비교예 1에서, 제2 접합 부재(2)는 후퇴하는 변(RE)에 위치되고 제1 접합 부재(1)는 전진하는 변에 위치된다.
<예 2>
평판형 알루미늄 합금의 제1 접합 부재(JIS-A5052-O, 두께 t1 = 1 mm)와 평판형 알루미늄 합금의 제2 접합 부재(JIS-A5052-O, 두께 t2 = 2 mm)를 준비한다.
제1 접합 부재(1)의 재료와 제2 접합 부재(2)의 재료가 동일하기 때문에, 제1 접합 부재(1)의 (Y1 × t1) 값은 제2 접합 부재의 (Y2 × t2)의 값보다 작다.[즉, (Y1 × t1) < (Y2 × t2)]
전술된 접합 부재(1, 2)는 그 후방면들이 서로 동일한 높이에 있는 상태에서 맞닿는 방식으로 배치된다. 그 다음, 접합 공구(10)의 로터(11)의 회전 방향과 프로브(12)의 회전 방향은 접합 방향(JD)의 후방측에서 제1 접합 부재(1)로부터 제2 접합 부재(2)를 향해 회전하는 회전 방향(R)과 일치하도록 설정된다. 그 후, 제2 실시예에 도시된 접합 절차에 따라, 접합 부재(1, 2)의 맞닿은 부분(3)을 접합시킨다. 접합 공구로서, 제1 실시예와 동일한 접합 공구가 사용된다.
따라서, 이러한 예 2에서, 제1 접합 부재(1)는 후퇴하는 변(RE)에 위치되고, 제2 접합 부재(2)는 전진하는 변에 위치된다.
<비교예 2>
접합 공구(10)의 로터(11)의 회전 방향과 프로브(12)의 회전 방향은 접합 방향(JD)의 후방측에서 제2 접합 부재(2)로부터 제1 접합 부재(1)를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정되며, 제1 접합 부재(1)와 제2 접합 부재(2)의 맞닿은 부분(3)이 접합된다. 다른 접합 조건은 예 2와 동일하다.
따라서, 비교예 2에서, 제2 접합 부재(2)는 후퇴하는 변(RE)에 위치되고 제1 접합 부재(1)는 전진하는 변에 위치된다.
[접합 결과]
예 1, 비교예 1, 예2 및 비교예 2에 의해 얻어진 각각의 맞대기 접합부의 각각의 후방면 교반 영역 폭(H)을 측정한다. 이들의 결과는 표1에 도시되어 있다.
후퇴하는 변 전진하는 변 후방면 교반 영역 폭(H)
재료 두께 재료 두께
예 1 A6061-T6 2 mm A5083-O 2 mm 3.1 mm
비교예 1 A5083-O 2 mm A6061-T6 2 mm 2.5 mm
예 2 A5052-O 1 mm A5052-O 2 mm 3.8 mm
비교예 2 A5052-O 2 mm A5052-O 1 mm 3.0 mm
표 1에 도시된 바와 같이, 예 1과 예 2에서 얻은 각각의 맞대기 접합부의 후방면 교반 영역 폭(H)은 비교예 1과 비교예 2에서 얻은 각각의 맞대기 접합부의 폭보다 크다. 따라서, 본 발명에 따른 맞대기 접합부의 제작 방법은 후방면 교반 영역 폭(H)을 증가시킬 수 있음이 확인된다.
또한, U자형 프레스가 예 1과 예 2에서 얻은 각각의 맞대기 접합부에 대해 수행되더라도, 작업 결함이 발생되지 않고, 고품질의 굽힘 부재를 얻게 된다.
본 발명의 효과는 이하와 같이 요약될 수 있다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 마찰 교반 접합이 소정의 방향과 일치하는 접합 공구의 프로브의 회전 방향으로 수행되기 때문에, 후방면 교반 영역 폭(접합된 부분의 후방면 폭)은 증가될 수 있다. 그러므로, 접합 부재들의 접합 부분 내에 간극이 형성되는 경우에서도, 간극은 접합 부재의 재료에 의해 확실하게 채워질 수 있고, 이는 이어서 맞대기 접합부의 접합 강도를 개선시킬 수 있다. 또한, 후방면 교반 영역 폭이 증가될 수 있기 때문에, 프로브가 접합 시점에서 맞닿은 부분에 대해 정확한 위치로 삽입되지 않은 경우에도, 맞닿은 부분은 양호한 방식으로 접합될 수 있고, 그 결과 효율적인 접합 공정이 수행된다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 본 발명의 제1 태양과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 프로브의 회전 방향은 접합 부재들의 고온 변형 저항과 두께 모두를 고려하여 설정되기 때문에, 후방면 교반 영역 폭은 확실하게 증가될 수 있다. 따라서, 맞대기 접합부의 접합 강도는 확실하게 증가될 수 있고, 접합 작업은 매우 효율적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 제4 태양에 따르면, 굽힘 작업 결함의 발생은 확실하게 방지될 수 있어, 고품질의 굽힘 부재를 형성한다.
본 발명의 제5 태양에 따르면, 고품질의 굽힘 부재를 얻을 수 있다.
본 발명의 제6 태양에 따르면, 마찰 교반 접합부 표면에 대한 Y1(Y2)과 t1(t2)의 곱이 다른 접합 부재의 Y2(Y1)와 t2(t1)의 곱보다 큰 접합 부재 부분에 언더컷 부분이 형성되고, 언더컷 부분에 기인한 접합 강도의 영향은 거의 없으므로, 접합 강도는 거의 저하되지 않는다. 결과적으로, 우수한 접합 강도를 갖는 맞대기 접합부가 제공될 수 있다.
본 발명의 제7 태양에 따르면, 제1 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 제8 태양에 따르면, 제2 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 제9 태양에 따르면, 제3 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예가 본 명세서에서 설명되었지만, 본 발명은 본 발명세서에서 설명된 다양한 양호한 실시예로 제한되지 않으며, 본 발명의 개시에 기초하여 본 기술 분야의 숙련자들에 의해 인식될 수 있는 수정, 생략, 조합(예컨대, 다양한 실시예들에 걸친 태양들의 조합), 개조 및/또는 대안을 갖는 임의의 그리고 모든 실시예들을 포함한다. 청구의 범위의 한정은 청구의 범위에 사용된 언어에 기초하여 넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서 설명된 또는 본원이 수행되는 예로 제한되지 않으며, 이 예들은 비배타적인 것으로 해석되어야 한다. 예를 들면, 본원의 설명에서, 용어 "바람직하게는"은 비배타적이며 "바람직하지만 이로 제한되지 않는"의 의미를 갖는다. 기능적 수단(means-plus-function) 또는 기능적 단계(step-plus-function) 제한은 구체적인 청구의 범위의 제한에 대하여, 모든 후속하는 상태가 a) "수단" 또는 "단계"가 명백히 기술되어 있고, b) 대응하는 기능이 명백히 기술되어 있으며, c) 구조, 재료 또는 그 구조를 지지하는 작용이 기술되어 있지 않은 제한 내에 존재하는 경우에만 채용될 것이다.
본 발명에 따른 맞대기 접합부를 제작하기 위한 방법은 운송 장치, 가정용 전기 용품, 산업용 기계류 등에 사용되는 금속 부재를 제작하는 데에 사용될 수 있다. 맞대기 접합부는 예컨대 금속 부재로서 바람직하게 사용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 맞대기 접합부의 제작 방법이며,
    고온 변형 저항이 상이한 2개의 접합 부재를 서로에 대항하여 맞닿도록 배치하는 단계와,
    접합 공구의 회전하는 프로브를 접합 부재들의 맞닿은 부분을 따라, 회전하는 프로브가 맞닿은 부분 내에 삽입된 상태에서 전진시킴으로써 마찰 교반 접합을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 마찰 교반 접합은 접합 공구의 프로브의 회전 방향이 접합 방향의 후방측에서 접합 부재들 중 낮은 고온 변형 저항을 갖는 하나의 접합 부재로부터 접합 부재들 중 높은 고온 변형 저항을 갖는 다른 하나의 접합 부재를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정된 상태에서 수행되는 맞대기 접합부의 제작 방법.
  2. 맞대기 접합부의 제작 방법이며,
    동일한 재료이지만 두께가 상이한 2개의 접합 부재들을 접합 부재들의 상부면 측들 상에 단차가 형성된 상태에서 서로에 대항하여 맞닿도록 배치하는 단계와,
    접합 공구의 회전하는 프로브를 접합 부재들의 맞닿은 부분을 따라, 회전하는 프로브가 맞닿은 부분 내에 삽입된 상태에서 전진시킴으로써 마찰 교반 접합을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 마찰 교반 접합은 접합 공구의 프로브의 회전 방향이 접합 방향의 후방측에서 접합 부재들 중 얇은 두께를 갖는 하나의 접합 부재로부터 접합 부재들 중 두꺼운 두께를 갖는 다른 하나의 접합 부재를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정된 상태에서 수행되는 맞대기 접합부의 제작 방법.
  3. 맞대기 접합부의 제작 방법이며,
    고온 변형 저항(Y1)과 두께(t1)를 갖는 제1 접합 부재와 고온 변형 저항(Y2)과 두께(t2)를 갖는 제2 접합 부재를 준비하는 단계와,
    접합 공구의 회전하는 프로브를 접합 부재들의 맞닿은 부분을 따라, 회전하는 프로브가 맞닿은 부분 내에 삽입된 상태에서 전진시킴으로써 마찰 교반 접합을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 접합 부재들이 (Y1 × t1) > (Y2 × t2)의 관계를 만족시키는 상태에서 접합 부재들이 맞닿는 방식으로 배치되는 경우, 마찰 교반 접합은 접합 공구의 프로브의 회전 방향이 접합 방향의 후방측에서 제2 접합 부재로부터 제1 접합 부재를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정된 상태에서 수행되며,
    상기 접합 부재들이 (Y1 × t1) < (Y2 × t2)의 관계를 만족시키는 상태에서 접합 부재들이 맞닿는 방식으로 배치되는 경우, 마찰 교반 접합은 접합 공구의 프로브의 회전 방향이 접합 방향의 후방측에서 제1 접합 부재로부터 제2 접합 부재를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정된 상태에서 수행되는 맞대기 접합부의 제작 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 맞대기 접합부는 굽힘 작업 재료로서 사용되는 부재인 맞대기 접합부의 제작 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 맞대기 접합부는 자동차 부품을 제작하기 위한 맞춤형 블랭크 부재로서 사용되는 부재인 맞대기 접합부의 제작 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 제작 방법에 의해 형성된 굽힘성이 우수한 맞대기 접합부.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 제작 방법에 의해 형성된 맞대기 접합부의 굽힘 공정을 수행하는 굽힘 부재의 제작 방법.
  8. 마찰 교반 접합 방법에 의해 서로에 대항하여 맞닿은 2개의 접합 부재를 일체형으로 접합함으로써 형성된 맞대기 접합부이며,
    상기 접합 부재들 중 하나는 고온 변형 저항(Y1)과 두께(t1)를 갖고, 접합 부재들 중 다른 하나는 고온 변형 저항(Y2)과 두께(t2)를 가지며,
    상기 언더컷 부분이 접합 부재들 중 더 큰 (Y1 × t1) 또는 (Y2 × t2) 값을 갖는 하나의 접합 부재 측에서 마찰 교반 접합 부분의 표면 상에 형성되는 맞대기 접합부.
  9. 제8항에 있어서, 상기 맞대기 접합부는 굽힘 작업 재료로서 사용되는 부재인 맞대기 접합부.
  10. 제8항에 있어서, 상기 맞대기 접합부는 자동차 부품을 제작하기 위한 맞춤형 블랭크 부재로서 사용되는 부재인 맞대기 접합부.
  11. 마찰 교반 접합 방법이며,
    고온 변형 저항이 상이한 2개의 접합 부재를 서로에 대항하여 맞닿도록 배치하는 단계와,
    접합 공구의 회전하는 프로브를 접합 부재들의 맞닿은 부분을 따라, 회전하는 프로브가 맞닿은 부분 내에 삽입된 상태에서 전진시킴으로써 마찰 교반 접합을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 마찰 교반 접합은 접합 공구의 프로브의 회전 방향이 접합 방향의 후방측에서 접합 부재들 중 낮은 고온 변형 저항을 갖는 하나의 접합 부재로부터 접합 부재들 중 높은 고온 변형 저항을 갖는 다른 하나의 접합 부재를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정된 상태에서 수행되는 마찰 교반 접합 방법.
  12. 마찰 교반 접합 방법이며,
    동일한 재료이지만 두께가 상이한 2개의 접합 부재들을 접합 부재들의 상부면 측들 상에 단차가 형성된 상태에서 서로에 대항하여 맞닿도록 배치하는 단계와,
    접합 공구의 회전하는 프로브를 접합 부재들의 맞닿은 부분을 따라, 회전하는 프로브가 맞닿은 부분 내에 삽입된 상태에서 전진시킴으로써 마찰 교반 접합을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 마찰 교반 접합은 접합 공구의 프로브의 회전 방향이 접합 방향의 후방측에서 접합 부재들 중 얇은 두께를 갖는 하나의 접합 부재로부터 접합 부재들 중 두꺼운 두께를 갖는 다른 하나의 접합 부재를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정된 상태에서 수행되는 마찰 교반 접합 방법.
  13. 마찰 교반 접합 방법이며,
    고온 변형 저항(Y1)과 두께(t1)를 갖는 제1 접합 부재와 고온 변형 저항(Y2)과 두께(t2)를 갖는 제2 접합 부재를 준비하는 단계와,
    접합 공구의 회전하는 프로브를 접합 부재들의 맞닿은 부분을 따라, 회전하는 프로브가 맞닿은 부분 내에 삽입된 상태에서 전진시킴으로써 마찰 교반 접합을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 접합 부재들이 (Y1 × t1) > (Y2 × t2)의 관계를 만족시키는 상태에서 접합 부재들이 맞닿는 방식으로 배치되는 경우, 마찰 교반 접합은 접합 공구의 프로브의 회전 방향이 접합 방향의 후방측에서 제2 접합 부재로부터 제1 접합 부재를 향해 회전하는 회전 방향과 일치하도록 설정된 상태에서 수행되며,
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