KR20190077460A - 마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법 - Google Patents

마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법 Download PDF

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Abstract

컨트롤러는, 마찰 교반 점 접합 중에, 회전 구동기를 제어하여 툴의 회전수를 상기 툴의 온도가 상기 중첩부의 접합 온도와 동일하다고 간주할 수 있는 소정 회전수 이하의 값으로 설정하고, 또한, 변위 구동기를 제어하여 상기 툴의 온도가 소정의 설정 범위로 유지되도록 상기 툴의 가압력 또는 압입량을 증감 조정하는 온도 유지 제어를 실행한다.

Description

마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법
본 발명은, 복수의 판재를 겹쳐서 점 접합하는 마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법에 관한 것이다.
종래, 복수의 판재를 스폿 접합하는 방법으로서, 마찰 교반 접 접합(FSJ)이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1). 마찰 교반 점 접합에서는, 선단에 돌기부를 갖는 툴(tool)을 판재의 중첩부에 회전시키면서 압입함으로써, 중첩부를 마찰열로 연화시켜 교반하고, 그 후에 툴을 빼내어 냉각함으로써 판재끼리가 접합된다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2011-115842호 공보
그러나, 종전의 마찰 교반 점 접합의 제어 수법에서는 툴의 압입량과 접합 온도가 상관되어 있고, 강도를 얻기 위해 툴을 깊게 압입하면, 접합 온도가 불필요하게 높아졌다. 강재 등과 같이 마찰 교반 점 접합 중의 온도가 높아지기 쉬운 재료를 대상으로 하는 경우에는, 접합 온도가 특정 온도를 넘어, 접합 후에 냉각되는 것으로, 재료가 변태하여 소입(燒入, quenching) 상태가 되며, 이음매(繼手)가 취화(脆化)하게 된다. 특히, 점 접합에서는 툴의 평면 방향의 이동이 없고 툴이 일정 위치에 머무르기 때문에, 승온이 현저하게 된다.
소입을 방지하기 위해 단순히 툴의 압입량을 감소시켜 접합 온도를 저온화하면, 마찰 교반 점 접합 중의 재료의 유동성이 저하하며, 충분한 접합 영역이 형성되지 않고, 이음매 강도가 저하한다. 한편, 교반성을 위해 툴의 압입량을 증가시키면, 유동성이 증가하여 큰 접합 영역이 얻어지지만, 변태 완료 온도에 도달하여 취화하는 경우가 있다. 즉, 종래에서는, 툴의 최종적인 압입량과 접합 온도를 동시에 제어/관리하는 제어 수법이 없었다. 또한, 다른 과제로서, 점 접합에서는 접합 온도가 단조롭게 상승하기 때문에, 툴 온도와 접합 온도가 괴리되기 쉽고, 툴 온도에 기초한 제어를 수행하면 정밀도가 낮아진다.
따라서 본 발명은, 교반성을 높이기 위해 접합 온도를 최대한 고온으로 하면서도, 판재의 점 접합 개소에서의 변태를 관리하기 위해 접합 온도를 높은 정밀도로 제어 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 점 접합 장치는, 복수의 판재를 중첩하여 점 접합하는 마찰 교반 점 접합 장치로서, 상기 복수의 판재의 중첩부와 툴을 서로 상대 변위시키는 변위 구동기와, 상기 툴을 회전시키는 회전 구동기와, 상기 중첩부에 상기 툴을 회전시킨 상태에서 압입하여 마찰 교반 점 접합하도록 상기 변위 구동기 및 상기 회전 구동기를 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 상기 컨트롤러는, 마찰 교반 점 접합 중에, 상기 회전 구동기를 제어하여 상기 툴의 회전수를 상기 툴의 온도가 상기 중첩부의 접합 온도와 동일하다고 간주할 수 있는 소정 회전수 이하의 값으로 설정하고, 또한, 상기 변위 구동기를 제어하여 상기 툴의 온도가 소정의 설정 범위로 유지되도록 상기 툴의 가압력 또는 압입량을 증감 조정하는 온도 유지 제어를 실행한다.
상기 구성에 의하면, 툴 온도에 따라 툴의 가압력 또는 압입량을 증감 조정하는 것으로, 접합 온도가 소망의 최고 도달 온도를 넘지 않도록 소정의 설정 범위 내에서의 온도 유지를 수행할 수 있다. 이때, 툴 회전수를 툴 온도가 판재의 접합 온도와 동일하다고 간주할 수 있는 회전수로 설정하기 때문에, 툴 온도를 참조하여도 판재의 접합 온도를 의도하는 범위로 정확하게 유지하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 교반성을 높이기 위해 접합 온도를 최대한 고온으로 하면서도, 판재의 점 접합 개소에서 변태를 제어하기 위해 접합 온도를 높은 정밀도로 제어할 수 있다.
상기 온도 유지 제어에서는, 상기 툴의 온도가 상기 설정 범위 내에 있을 때, 상기 툴의 가압력 또는 압입량이 소정의 변동 패턴으로 증감을 반복하도록 상기 변위 구동기가 제어되고, 상기 툴의 온도가 상기 설정 범위를 상회하면, 상기 툴의 가압력 또는 압입량이 감소하도록 상기 변위 구동기가 제어되며, 상기 툴의 온도가 상기 설정 범위를 하회하면, 상기 툴의 가압력 또는 압입량이 증가하도록 상기 변위 구동기가 제어되어도 좋다.
상기 구성에 의하면, 툴의 가압력 또는 압입량이 미리 정해진 변동 패턴으로 증감을 반복하기 때문에, 접합 온도가 설정 범위 내에 들어가기 쉬워짐과 동시에, 소성 유동한 재료를 규칙적으로 교반하는 것이 가능하다. 그리고 툴 온도가 설정 범위 밖으로 나갔을 때에는, 툴의 가압력 또는 압입량을 툴 온도가 설정 범위 내로 돌아오도록 증감시키는 것으로, 접합 온도를 의도하는 온도 범위 내로 유지할 수 있다.
상기 온도 유지 제어에서는, 상기 툴의 온도가 상기 설정 범위를 상회하면, 상기 변동 패턴의 주파수 또는 최대 가압력의 부여 시간 중의 적어도 한 쪽이 감소하도록 상기 변위 구동기가 제어되고, 상기 툴의 온도가 상기 설정 범위를 하회하면, 상기 변동 패턴의 주파수 또는 최대 가압력의 부여 시간 중의 적어도 한 쪽이 증가하도록 상기 변위 구동기가 제어되는 구성으로 하여도 좋다.
상기 구성에 의하면, 간이하고 순조롭게 접합 온도를 조정할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 온도 유지 제어 중에 상기 툴이 상기 중첩부의 소정의 완료 깊이에 도달했다고 판정되면, 상기 변위 구동기를 제어하여 상기 툴을 상기 중첩부로부터 빼내는 구성으로 하여도 좋다.
상기 구성에 의하면, 온도 유지 제어에 의해, 접합 개소의 접합 온도를 높은 정밀도로 제어하여 변태를 관리할 수 있으므로, 툴의 압입 깊이를 마찰 교반 점 접합의 종료 조건으로, 툴이 중첩부의 충분한 깊이에 달할 때까지 접합 동작을 계속시킬 수 있다. 따라서 판재의 변태를 높은 정밀도로 관리하는 것과, 툴을 높은 정밀도로 충분한 깊이까지 압입하는 것이 양립할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 툴이 상기 중첩부의 소정의 초기 깊이에 도달했다고 판정될 때까지, 상기 툴의 가압력 및 회전수가 일정하게 되도록 상기 변위 구동기 및 상기 회전 구동기를 제어하는 초기 압입 제어를 실행하고, 상기 툴이 상기 초기 깊이에 도달했다고 판정되면, 상기 온도 유지 제어를 실행하는 구성으로 하여도 좋다.
상기 구성에 의하면, 표면의 마찰 계수가 작은 판재여도, 접합 초기에 판재의 중첩부에 툴을 확실하게 압입시킬 수 있다. 따라서 온도 유지 제어를 수행하면서도 재현성이 높은 마찰 교반 점 접합을 실현할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 툴의 온도로서, 상기 중첩부에 대한 상기 툴의 접촉면으로부터 2mm 이내의 영역의 상기 툴의 내부 온도를 취득하는 구성으로 하여도 좋다.
상기 구성에 의하면, 온도 유지 제어를 높은 정밀도로 수행할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 온도 유지 제어 중에, 또한, 상기 회전 구동기를 제어하여 상기 툴의 온도가 소정의 설정 범위로 유지되도록 상기 툴의 회전수를 조정하는 구성으로 하여도 좋다.
상기 구성에 의하면, 가압력 또는 압입량과 회전수의 양쪽에서 툴의 온도가 조정되기 때문에, 온도 조정의 응답성이 향상된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 점 접합 방법은, 복수의 판재를 서로 중첩하여 점 접합하는 마찰 교반 점 접합 방법으로서, 상기 복수의 판재의 중첩부에 툴을 회전시킨 상태에서 압입하여 마찰 교반 점 접합을 개시하는 공정과, 상기 마찰 교반 점 접합 중에, 상기 툴의 온도가 상기 중첩부의 접합 온도와 동일하다고 간주할 수 있는 회전수로 상기 툴을 회전시키는 공정과, 상기 마찰 교반 점 접합 중에, 상기 툴의 온도가 소정의 설정 범위로 유지되도록 상기 툴의 가압력 또는 압입량을 조정하는 공정을 구비한다.
본 발명에 따르면, 교반성을 높이기 위해 접합 온도를 최대한 고온으로 하면서도, 판재의 점 접합 개소에서의 변태를 제어하기 위해 접합 온도를 높은 정밀도로 제어할 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 마찰 교반 점 접합 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 마찰 교반 점 접합 장치에 사용되는 툴의 확대 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 마찰 교반 점 접합 장치의 제어 블록도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 마찰 교반 점 접합 장치의 제어 순서를 설명하는 플로 차트이다.
도 5는 도 4에 나타낸 제어의 실행 시의 툴 위치, 회전수, 툴 온도 및 가압력 지령의 타이밍 차트이다.
도 6은 변형례에서의 가압력 지령, 회전수, 툴 온도 및 툴 압입량의 타이밍 차트이다.
도 7은 툴 온도와 접합 온도의 대비 실험을 나타내는 단면도이다.
도 8의 (A)는 툴 온도가 접합 온도에서 괴리된 예의 그래프이고, (B)는 툴 온도가 접합 온도와 일치한 예의 그래프이다.
도 9는 가압력 및 회전수를 변경한 9조건에서 대비 실험을 수행한 결과를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 8의 결과를 플롯한 그래프이다.
도 11은 종래의 마찰 교반 점 접합 시의 툴 온도와 본원의 마찰 교반 점 접합 시의 툴 온도를 비교한 그래프이다.
도 12는 종래의 마찰 교반 점 접합에 의한 접합부와 본원의 마찰 교반 점 접합에 의한 접합부의 각 단면 사진이다.
도 13은 회전수, 가압력, 남은 두께 및 인장 전단 강도(TSS)의 관계를 나타내는 다른 실험 결과의 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 실시형태를 설명한다.
도 1은, 실시형태에 따른 마찰 교반 점 접합 장치(1)의 구성도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 작업물(W)은, 서로 중첩된 한 쌍의 판재(W1, W2)이고, 강재로 이루어진다. 마찰 교반 점 접합 장치(1)는, 한 쌍의 판재(W1, W2)의 중첩부(Wa)를 점 접합한다. 마찰 교반 점 접합 장치(1)는, 기체(基體, 2)와, 기체(2)에 장착된 가동체(3)와, 가동체(3)로부터 작업물(W)을 향해 돌출한 툴 지지체(4)를 구비한다. 가동체(3)는, 툴 지지체(4)의 축선을 따라 슬라이드 변위 가능하게 기체(2)에 장착된다. 툴 지지체(4)는, 그 축선 둘레로 회전 가능하게 구성되고, 툴 지지체(4)의 선단부에는, 툴(11)이 탈착 가능하게 장착된다. 기체(2)에는, 대략 L자 모양으로 만곡한 만곡 프레임(5)이 고정된다. 만곡 프레임(5)은, 그 선단부가 툴(11)에 대향하는 위치까지 연장되고, 만곡 프레임(5)의 선단부에는, 작업물(W)을 지지하는 지지대(6)가 설치된다.
기체(2)에는, 툴 지지체(4)의 축선 방향으로 가동체(3)를 슬라이드 변위시키는 직동(直動) 구동기(7)가 설치된다. 직동 구동기(7)는, 가동체(3)를 슬라이드 변위시키는 것으로 툴(11)을 작업물(W)에 대하여 진퇴 변위시킨다. 가동체(3)에는, 툴 지지체(4)를 그 축선 둘레로 회전시키는 회전 구동기(8)가 설치된다. 기체(2)에는, 다관절 로봇(9)이 장착된다. 다관절 로봇(9)은, 기체(2)를 변위시키는 것으로 작업물(W)에 대하여 툴(11)을 소망의 위치로 변위시킨다. 즉, 직동 구동기(7) 및 다관절 로봇(9)이, 작업물(W)과 툴(11)을 서로 상대 변위시키는 변위 구동기(10)의 역할을 한다.
마찰 교반 점 접합 장치(1)는, 직동 구동기(7), 회전 구동기(8) 및 다관절 로봇(9)을 제어하는 컨트롤러(20)를 구비한다. 컨트롤러(20)는, 한 개의 제어 유닛에 기능이 집약된 것이어도 좋고, 복수의 제어 유닛에 기능이 분산된 구성이어도 좋다. 컨트롤러(20)는, 프로세서, 휘발성 메모리, 비 휘발성 메모리 및 I/O 인터페이스 등을 갖는다. 컨트롤러(20)는, 도시하지 않은 입력 장치(예를 들어, 컴퓨터 또는 티칭 펜던트 등)으로부터 I/O 인터페이스를 통해 입력된 지령에 응답하고, 비 휘발성 메모리에 보존된 제어 프로그램에 기초해서 프로세서가 휘발성 메모리를 이용하여 연산하며, I/O 인터페이스를 통해 회전 구동기(8) 및 변위 구동기(10)와 통신한다. 마찰 교반 점 접합 장치(1)는, 컨트롤러(20)에 회전 구동기(8) 및 변위 구동기(10)를 제어시키는 것으로, 한 쌍의 판재(W1, W2)의 중첩부(Wa)에 툴(11)을 회전시킨 상태로 압입하고, 중첩부(Wa) 중 마찰열로 연화한 부분을 교반하여 소성 유동시켜, 마찰 교반 점 접합을 수행한다.
도 2는 도 1에 나타낸 마찰 교반 점 접합 장치(1)에 사용되는 툴(11)의 확대 단면도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 툴(11)은, 툴 본체부(11a)와, 툴 본체부(11a)보다 작은 직경이고 툴 본체부(11a)의 중심에서 작업물(W)을 향해 돌출한 핀부(11b)를 갖는다. 툴(11)에는, 핀부(11b)의 내부까지 도달하는 바닥을 갖는 구멍(11c)이 형성되어 있고, 그 바닥을 갖는 구멍(11c)에 온도 센서로서의 열전대(12)가 삽입되어 있다. 열전대(12)는, 작업물(W)에 대한 툴(11)의 접촉면에 가까운 위치(예를 들어, 접촉면에서 2mm 이내)에서 툴(11)의 내부에 설치되고, 툴(11)의 내부 영역의 온도를 취득한다.
마찰 교반 점 접합 중의 툴(11)에 발생하는 축선 X방향의 하중(작업물(W)로부터의 반력)은, 측주면(側周面, 11bb)보다 선단면(11ba)에 대하여 크게 발생한다. 본 실시형태에서는, 열전대(12)가 삽입되는 바닥을 갖는 구멍(11c)은, 핀부(11b)의 선단면(11ba)보다 핀부(11b)의 측주면(11bb)에 가깝도록 형성되어 있다. 즉, 열전대(12)는, 선단면(11ba)보다 측주면(11bb)에 가까운 위치에서 핀부(11b)의 내부에 배치되어 있다. 구체적으로는, 열전대(12)는, 핀부(11b)의 측주면(11bb)에서 2mm 이내(예를 들어, 1mm)의 위치에 배치되어 있다. 이에 따라, 열전대(12)를 핀부(11b)의 표면(작업물(W)과의 접촉면)에 근접 배치하면서도, 축선 X방향의 하중에 대한 핀부(11b)의 강도를 견딜 수 있다.
도 3은 도 1에 나타낸 마찰 교반 점 접합 장치(1)의 제어 블록도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(20)에는, 열전대(12)에서 검출되는 툴(11)의 온도(이하, 툴 온도라고 칭한다)가 입력됨과 동시에, 변위 구동기(10)에서 검출되는 작업물(W)에 대한 툴(11)의 위치(이하, 툴 위치라고 칭한다)가 입력된다. 컨트롤러(20)에는, 미리 제어 프로그램(21)이 보존되어 있다. 컨트롤러(20)는, 제어 프로그램(21)을 실행하고, 입력된 툴 온도 및 툴 위치에 기초하여 회전 구동기(8) 및 변위 구동기(10)를 제어한다.
도 4는 도 1에 나타낸 마찰 교반 점 접합 장치(1)의 제어 순서를 설명하는 플로 차트이다. 도 5는 도 4에 나타낸 제어의 실행 시의 툴 위치, 회전수 지령, 툴 온도 및 가압력 지령의 타이밍 차트이다. 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 먼저, 컨트롤러(20)는, 툴(11)을 작업물(W)의 중첩부(Wa)를 향해 이동시켜(툴 위치 Z1: 시각 t0-t1), 툴(11)의 회전수가 후술하는 온도 유지 제어 시보다 높은 회전수(R2)가 되는 상태에서 툴(11)을 중첩부(Wa)에 압입하도록 회전 구동기(8) 및 변위 구동기(10)를 제어하는 초기 압입 제어를 실행한다(스텝 S1: 시각 t1-t2). 이 동안, 툴(11)의 가압력 및 회전수의 지령 값은 일정하고, 툴(11)이 중첩부(Wa)에 서서히 압입됨과 동시에 툴 온도가 서서히 상승해가고, 마찰 교반 점 접합이 수행된다. 이와 같이, 툴 회전수를 후술의 온도 유지 제어 시보다 높은 회전수(R2)로 초기 압입 제어를 실행하는 것에 의해, 표면의 마찰 계수가 작은 판재(예를 들어, 도금판)여도, 접합 초기에서 작업물(W)의 중첩부(Wa)에 툴(11)을 확실하게 압입할 수 있다. 따라서, 후 공정에서 온도 유지 제어를 수행해도 재현성이 높은 마찰 교반 점 접합이 실행된다. 또한, 초기 압입 제어를 마련하지 않고 툴의 압입 개시 시점에서 온도 유지 제어가 실행되고 있어도 좋다.
초기 압입 제어 중에서, 컨트롤러(20)는, 툴(11)이 중첩부(Wa)의 소정의 초기 깊이(D1)(툴 위치 Z2)에 도달했는지 여부, 즉, 툴(11)의 선단면(11ba)이 상측의 판재(W1)의 소정의 초기 깊이(D1)에 도달했는지 여부를 판정한다(스텝 S2). 툴(11)이 아직 초기 깊이(D1)에 도달하지 않았다고 판정된 경우에는, 스텝 S1을 계속한다. 한편, 툴(11)이 초기 깊이(D1)에 도달했다고 판정된 경우에는, 온도 유지 제어로 전환한다. 또한, 스텝 S2에서는, 툴 위치를 판정 대상으로 하는 대신에, 툴 온도를 판정 대상으로 해도 좋다. 즉, 스텝 S2에서, 컨트롤러(20)는, 툴(11)이 중첩부(Wa)의 소정의 초기 깊이(D1)에 도달했는지 여부를 판정하는 대신에, 툴 온도가 소정 온도(예를 들어, 후술하는 설정 범위(ST) 내의 소정 온도(TH1 이상 TH2 이하의 온도)에 도달했는지 여부를 판정해도 좋다.
온도 유지 제어에서는, 컨트롤러(20)는, 회전 구동기(8)를 제어하여, 툴 온도가 중첩부(Wa)의 접합 온도와 동일하다고 간주할 수 있는 회전수(R1)로 회전수를 설정하고(스텝 S3), 또한, 변위 구동기(10)를 제어하여, 툴(11)의 가압력이 소정의 변동 패턴으로 증감을 반복하도록 툴(11)의 가압력을 조정한다(스텝 4: 시각 t2-t7). 또한, 온도 유지 제어에서는, 컨트롤러(20)는, 작업물(W)에의 툴(11)의 압입량(즉, 위치)이 소정의 변동 패턴으로 증감을 반복하도록 툴(11)의 압입량을 조정하는 것으로, 결과적으로 툴(11)의 가압력을 조정하도록 해도 좋다.
툴 온도가 접합 온도와 동일하다고 간주할 수 있는 회전수(R1)에 대해서는 후술한다(도 6 및 7). 본 실시형태에서는, 변동 패턴은, 일정한 진폭, 평균 가압력 및 주파수를 갖는 정현(sine)파 패턴이다. 이와 같이, 툴 가압력이 미리 정해진 변동 패턴으로 증감을 반복하는 것으로, 접합 온도가 설정 범위(ST) 내에 들어가기 쉬워짐과 동시에, 소성 유동한 재료를 규칙적으로 교반할 수 있다. 또한, 변동 패턴은, 툴 온도를 소정의 설정 범위(ST)(TH1 이상 TH2 이하의 범위)로 유지하도록 가압력이 증감하는 것이라면, 다른 형태(예를 들어, 방형파 패턴)여도 좋다.
이어서, 컨트롤러(20)는, 툴 온도가 설정 범위(ST)를 상회했는지 여부, 즉, 툴 온도가 설정 범위(ST)의 상한 역치(TH2)를 넘었는지 여부를 판정한다(스텝 S5). 여기에서, 본 실시형태에서는, 상한 역치(TH2)는, Ac3 변태점(가열 시의 오스테나이트 변태 완료 온도)보다 낮은 온도로 설정된다. 보다 구체적으로는, 상한 역치(TH2)는, Ac1 변태점(가열 시의 오스테나이트 생성 개시 온도)보다 높은 온도에서 또한 Ac3 변태점(가열 시의 오스테나이트 변태 완료 온도)보다 낮은 온도로 설정된다. 다만, 양호한 교반성이 확보되는 경우에는, 상한 역치(TH2)는, Ac1 변태점보다 낮은 온도로 설정되어도 좋다. 컨트롤러(20)는, 툴 온도가 상한 역치(TH2)보다 높아졌다고 판정되면, 툴(11)의 가압력이 감소하도록 변위 구동기(10)를 제어하고(스텝 S6), 스텝 S5로 돌아간다. 본 실시형태에서는, 컨트롤러(20)는, 툴 온도가 상한 역치(TH2)보다 높아졌다고 판정되면, 변동 패턴의 진폭 및 평균 가압력은 일정한 그대로, 변동 패턴의 주파수를 툴 온도가 설정 범위(ST) 내에 있을 때의 변동 패턴의 주파수보다 낮게 하는 것으로 가압력을 감소시킨다(시각 t3-t4). 또한, 주파수를 낮게 하는 대신에 또는 주파수를 낮게 하는 것에 병행하여, 변동 패턴의 평균 가압력을 툴 온도가 설정 범위(ST) 내에 있을 때의 변동 패턴의 평균 가압력보다 낮게 하도록 해도 좋다.
이어서, 컨트롤러(20)는, 툴 온도가 상한 역치(TH2)보다 높지 않다고 판정되면(스텝 S5), 툴 온도가 설정 범위(ST)를 하회했는지 여부, 즉, 툴 온도가 설정 범위(ST)의 하한 역치(TH1)보다 낮아졌는지 여부를 판정한다(스텝 S7). 여기에서, 하한 역치(TH1)는, 작업물(W)이 마찰열에 의해 소성 유동하기 시작하는 온도보다 충분히 높은 온도로, 또한 상한 역치(TH2)보다 낮은 온도이다. 컨트롤러(20)는, 툴 온도가 하한 역치(TH1)보다 낮아졌다고 판정되면, 툴(11)의 가압력이 증가하도록 변위 구동기(10)를 제어하고(스텝 S8), 스텝 S7로 돌아간다. 본 실시형태에서는, 컨트롤러(20)는, 툴 온도가 하한 역치(TH1)보다 낮아졌다고 판정되면, 변동 패턴의 진폭 및 평균 가압력은 일정한 그대로, 변동 패턴의 주파수를 툴 온도가 설정 범위(ST) 내에 있을 때의 변동 패턴의 주파수보다 높게 하는 것으로 가압력을 증가시킨다(시각 t5-t6). 또한, 주파수를 높게 하는 대신에 또는 주파수를 높게 하는 것에 병행하여, 변동 패턴의 평균 가압력을 툴 온도가 설정 범위(ST) 내에 있을 때의 변동 패턴의 평균 가압력보다 높게 하도록 해도 좋다.
이어서, 컨트롤러(20)는, 툴 온도가 하한 역치(ST1)보다 낮지 않다고 판정되면(스텝 S7), 컨트롤러(20)는, 툴(11)이 중첩부(Wa)의 소정의 완료 깊이(D2)(툴 위치 Z3)에 도달했는지 여부, 즉, 툴(11)의 선단면(11ba)이 하측의 판재(W2)의 소정의 깊이에 도달했는지 여부를 판정한다(스텝 S9). 본 실시형태에서는, 판재(W1)의 상면(중첩부(Wa)의 툴(11) 측의 면)을 0%라고 하고, 판재(W2)의 하면(중첩부(Wa)의 지지대(6) 측의 면)을 100%라고 했을 때, 완료 깊이(D2)(D2>D1)는, 중첩부(Wa)의 75% 이상의 위치에 설정된다. 툴(11)이 아직 완료 깊이(D2)에 도달하지 않았다고 판정된 경우에는, 스텝 S4로 돌아간다. 한편, 툴(11)이 완료 깊이(D2)(툴 위치 Z3)에 도달했다고 판정되면(시각 t7), 온도 유지 제어를 종료하기 위해, 변위 구동기(10)를 제어하여 툴(11)을 작업물(W)로부터 빼낸다(스텝 S10). 이상에 따라, 작업물(W)의 1개소의 마찰 교반 점 접합이 종료되고, 다음으로 작업물(W)의 다른 개소의 마찰 교반 점 접합 작업으로 전환하여 상기와 같은 절차를 실시한다.
또한, 상기 변동 패턴을 방형파로 한 경우에는, 가압력 지령의 듀티(ON 시간) 및/또는 주파수를 제어하여 온도 유지 제어를 수행해도 좋다. 예를 들어, 도 6 중의 (A)의 파형에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(20)는, 툴 온도가 상한 역치보다 높아졌다고 판정되면, 가압력 지령의 주파수를 소정 값으로 결정한 상태에서 듀티(ON 시간)를 감소시키는 것으로 툴(11)의 가압력을 감소시키는 한편, 툴 온도가 하한 역치보다 낮아졌다고 판정되면, 가압력 지령의 주파수를 소정 값으로 결정한 상태에서 듀티(ON 시간)를 증가시키는 것으로 툴(11)의 가압력을 증가시키는 구성이어도 좋다. 또는, 도 6 중의 (B)의 파형에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(20)는, 툴 온도가 상한 역치보다 높아졌다고 판정되면, 가압력 지령의 듀티(ON 시간)를 소정 값으로 결정한 상태에서 주파수를 감소시키는 것으로 툴(11)의 가압력을 감소시키는 한편, 툴 온도가 하한 역치보다 낮아졌다고 판정되면, 가압력 지령의 듀티(ON 시간)를 소정 값으로 결정한 상태에서 주파수를 증가시키는 것으로 툴(11)의 가압력을 증가시키는 구성이어도 좋다.
이어서, 툴 온도와 접합 온도의 대비 실험에 대하여 설명한다. 이 대비 실험은, 실제 제품을 마찰 교반 점 접합하기에 앞서, 툴 온도가 접합 온도와 동일하다고 간주할 수 있는 툴(11)의 회전수(R1)를 특정하기 위해 실시된다. 툴 온도는, 툴에 밀어 넣은 열전대로부터 취득된다(도 2 참조). 접합 온도는, 작업물 내 마찰 교반 점 접합 중에 접합부의 핀 근방의 영역에 밀어 넣어진 열전대로부터 취득된다. 다만, 작업 편의를 우선하는 경우에는, 본 대비 실험에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이 마찰 교반 점 접합 장치(1)의 지지대(6)와 작업물(W)의 중첩부(Wa) 사이에 작업물(W)과 동일한 재료로 이루어진 더미(dummy)부재(30)를 끼우고, 그 더미부재(30)에 열전대(31)를 밀어 넣는 것으로 한다.
더미부재(30)는 하측의 판재(W2)에 맞닿아 있다. 더미부재(30)에는, 작업물(W) 측을 향해 오목 설계(凹設)된 바닥을 갖는 구멍(30a)이 형성되어 있고, 그 바닥을 갖는 구멍(30a)에 온도 센서로서의 열전대(31)가 삽입되어 있다. 열전대(31)는, 작업물(W)에 대한 더미부재(30)의 접촉면에 가까운 위치(예를 들어, 접촉면으로부터 2mm 이내)에서 더미부재(30)의 내부에 설치된다.
더미부재(30)의 열전대(31)가 설치된 부위는, 툴(11)을 회전시킨 상태에서 작업물(W)의 중첩부(Wa)에 압입하는 마찰 교반 점 접합 중에 작업물(W)의 접합부의 핀 근방의 영역과 동일한 열 이력이 발생하는 부위이다. 그리고 툴(11)의 가압력을 실제 제품을 마찰 교반 점 접합할 때의 초기 압입 제어(스텝 S1)의 가압력과 동일하게 하면서 툴(11)의 회전수를 다르게 한 복수의 조건에서, 마찰 교반 점 접합을 수행하면서 열전대(12)에서 검출되는 툴 온도와 열전대(31)에서 검출되는 접합 온도를 동시에 취득하는 대비 실험을 각각 실시한다.
상기 대비 실험을 실시하면, 도 8의 (A)에 나타낸 바와 같이 열전대(12)에서 검출되는 툴 온도의 온도 이력이 열전대(31)에서 검출되는 접합 온도의 온도 이력으로부터 괴리하는 조건과, 도 8의 (B)에 나타낸 바와 같이 열전대(12)에서 검출되는 툴 온도의 온도 이력이 열전대(31)에서 검출되는 접합 온도의 온도 이력에 일치하는 조건이 발생한다. 이것은, 툴(11)의 회전수의 차이에 기인하는 툴(11)의 압입 속도 등의 차이에 의해 발생하는 것으로 생각된다. 그래서, 도 8의 (B)와 같이, 열전대(12)에서 검출되는 툴 온도의 온도 이력이 열전대(31)에서 검출되는 접합 온도의 온도 이력과 동일하다고 간주할 수 있는 조건의 툴(11)의 회전수 범위를 특정하고, 그 조건하의 회전수를 온도 유지 제어 시의 툴(11)의 회전수(R1)로 설정한다.
도 9는, 가압력 및 회전수를 변경한 9조건에서 대비 실험을 수행한 결과를 나타내는 도면이다. 도 10은 도 9의 결과를 플롯한 그래프이다. 본 대비 실험은 강재로 이루어진 한 쌍의 판재의 마찰 교반 접합을 수행한 것으로, 가압력 및 회전수 이외의 조건은 동일하다. 예를 들어, 툴 온도의 온도 이력이 접합 온도의 온도 이력과 동일하다고 간주할 수 있는 조건을, 툴 온도와 접합 온도 사이의 최대차(差)가 접합 온도의 최대치의 5% 미만인 것으로 한다. 도 9에서는, 해당 조건을 만족하는 것을 검정 플롯으로 하고, 해당 조건을 만족하지 않는 것을 흰 플롯으로 하고 있다. 도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 툴 가압력을 X, 툴 회전수를 Y라고 하면, 이하의 수식 1을 만족하는 범위에서, 툴 온도의 온도 이력이 접합 온도의 온도 이력과 동일하다고 간주할 수 있다. 따라서, 실제 제품을 마찰 교반 점 접합할 때에는, 이하의 수식 1을 만족하는 조건에서 툴의 회전수를 설정하는 것으로 한다.
Y ≤ -0.0765 × X + 2625 …… (수식 1)
도 11은, 종래의 마찰 교반 점 접합 시의 툴 온도와 본원의 마찰 교반 점 접합 시의 툴 온도를 비교한 그래프이다. 도 12는 종래의 마찰 교반 점 접합에 의한 접합부와 본원의 마찰 교반 점 접합에 의한 접합부의 각 단면 사진이다. 도 11 및 도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래의 마찰 교반 점 접합에서는, 툴 온도의 최대치가 작업물의 Ac3 태점보다 높아 오스테나이트 변태했기 때문에, 소입에 의해 조직 경화(취화)가 현저하게 발생하고 있지만, 본원의 마찰 교반 점 접합에서는, 툴 온도의 최대치가 작업물의 Ac3 변태점보다 낮아 오스테나이트 변태가 완료하지 않았기 때문에, 소입에 의한 조직 경화가 억제되고 있다. 게다가 본원의 마찰 교반 점 접합에서는, 툴에서는, 툴 온도의 최대치가 700℃ 이상으로 충분히 높기 때문에, 작업물의 소성 유동 역(域)의 유동성이 충분히 높은 상태에서 원활한 교반이 수행되고, 깨끗하고 매끄러운 접합 단면이 형성되어 있다. 또한, 여기까지는 가압력을 제어 대상으로 한 예를 들었지만, 압입량(즉, 툴 위치)을 제어 대상으로 해도 좋다.
도 13은 회전수, 가압력, 남은 두께(殘厚) 및 TSS(인장 전단 강도)의 관계를 나타내는 다른 실험 결과의 그래프이다. 또한, 남은 두께는 핀 구멍 바닥부와 하판 뒷면까지의 거리이고, 남은 두께가 작을수록, 툴의 압입량이 크다. 또한, 도 13 중에서의, 실선으로 연결한 플롯은 왼쪽 세로축(TSS)에 대응하며, 점선으로 연결한 플롯은 오른쪽 세로축(남은 두께)에 대응한다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 툴의 회전수가 어느 회전수에서도 작업물의 남은 두께가 작으면 TSS가 증가한다. 이것은, 점 접합에서는, 작업물에 대해 툴을 충분한 깊이까지 압입하여 마찰 교반하는 것으로, 평면에서 봤을 때 충분한 접합 영역이 얻어지기 때문이라고 생각된다. 그리고 도 13에 의하면, 그 남은 두께의 조정에는, 툴 회전수의 제어보다 툴 가압력의 제어가 유효한 것도 알 수 있다.
본 실시형태에서는, 온도 유지 제어에 의해 툴 온도에 따라 툴 가압력(또는 압입량)을 증감 조정함으로써, 접합 온도가 설정 범위(ST) 내에 유지되기 때문에, 작업물(W)의 온도가 소망의 최고 도달 온도(예를 들어, Ac3 변태점)을 넘지 않는다. 따라서 툴(11)이 완료 깊이(D2)에 도달하는 것을 마찰 교반 점 접합의 종료 조건으로, 툴(11)이 중첩부(Wa)의 충분한 깊이에 달할 때까지 접합 동작을 계속시킬 수 있다. 따라서, 접합 온도를 높은 정밀도로 제어하여 변태를 관리하는 것과, 작업물(W)에 대해 툴(11)을 충분한 깊이까지 압입하는 것이 양립할 수 있다.
이때, 툴 온도가 작업물(W)의 접합 온도와 동일하다고 간주할 수 있는 회전수(R1)로 툴 회전수가 설정되기 때문에, 툴 온도를 참조하여도 작업물(W)의 접합 온도를 의도하는 범위로 정확하게 유지하는 것이 가능하게 된다. 따라서 교반성을 높이기 위해 접합 온도를 최대한 고온으로 하면서도, 작업물(W)의 점 접합 개소에서 소망의 최고 도달 온도(예를 들어, Ac3 변태점)를 넘지 않는 마찰 교반 점 접합을 높은 정밀도로 실현할 수 있다.
또한, 변형례로서, 컨트롤러는, 온도 유지 제어 중에서, 툴 온도가 설정 범위(ST)로 유지되도록, 툴 가압력뿐만 아니라 툴 회전수도 소정의 변동 패턴(예를 들어, 정현파 또는 방형파)으로 증감 조정해도 좋다. 그렇게 하면, 가압력과 회전수 양쪽에서 툴 온도가 조정되기 때문에, 온도 조정의 응답성이 향상된다. 이때, 툴 회전수의 변동 패턴은, 툴 가압력의 변동 패턴과 같은 위상으로 해도 좋고, 역 위상으로 해도 좋다.
1: 마찰 교반 점 접합 장치
8: 회전 구동기
10: 변위 구동기
11: 툴
20: 컨트롤러
ST: 설정 범위
W1, W2: 판재
Wa: 중첩부

Claims (8)

  1. 복수의 판재를 중첩하여 점 접합하는 마찰 교반 점 접합 장치로서,
    상기 복수의 판재의 중첩부와 툴을 서로 상대 변위시키는 변위 구동기와,
    상기 툴을 회전시키는 회전 구동기와,
    상기 중첩부에 상기 툴을 회전시킨 상태에서 압입하여 마찰 교반 점 접합하도록 상기 변위 구동기 및 상기 회전 구동기를 제어하는 컨트롤러를 구비하고,
    상기 컨트롤러는, 마찰 교반 점 접합 중에, 상기 회전 구동기를 제어하여 상기 툴의 회전수를 상기 툴의 온도가 상기 중첩부의 접합 온도와 동일하다고 간주할 수 있는 소정 회전수 이하의 값으로 설정하고, 또한, 상기 변위 구동기를 제어하여 상기 툴의 온도가 소정의 설정 범위로 유지되도록 상기 툴의 가압력 또는 압입량을 증감 조정하는 온도 유지 제어를 실행하는, 마찰 교반 점 접합 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도 유지 제어에서는,
    상기 툴의 온도가 상기 설정 범위 내에 있을 때, 상기 툴의 가압력 또는 압입량이 소정의 변동 패턴으로 증감을 반복하도록 상기 변위 구동기가 제어되고,
    상기 툴의 온도가 상기 설정 범위를 상회하면, 상기 툴의 가압력 또는 압입량이 감소하도록 상기 변위 구동기가 제어되며,
    상기 툴의 온도가 상기 설정 범위를 하회하면, 상기 툴의 가압력 또는 압입량이 증가하도록 상기 변위 구동기가 제어되는, 마찰 교반 점 접합 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 온도 유지 제어에서는,
    상기 툴의 온도가 상기 설정 범위를 상회하면, 상기 변동 패턴의 주파수 또는 최대 가압력의 부여 시간 중의 적어도 한 쪽이 감소하도록 상기 변위 구동기가 제어되고,
    상기 툴의 온도가 상기 설정 범위를 하회하면, 상기 변동 패턴의 주파수 또는 최대 가압력의 부여 시간 중의 적어도 한 쪽이 증가하도록 상기 변위 구동기가 제어되는, 마찰 교반 점 접합 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 온도 유지 제어 중에 상기 툴이 상기 중첩부의 소정의 완료 깊이에 도달했다고 판정되면, 상기 변위 구동기를 제어하여 상기 툴을 상기 중첩부로부터 빼내는, 마찰 교반 점 접합 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 온도 유지 제어의 실행 전에, 상기 툴의 회전수가 상기 온도 유지 제어시보다 높은 상태에서 상기 툴을 상기 중첩부에 압입하도록 상기 회전 구동기 및 상기 변위 구동기를 제어하는 초기 압입 제어를 실행하는, 마찰 교반 점 접합 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 툴의 온도로서, 상기 중첩부에 대한 상기 툴의 접촉면으로부터 2mm 이내의 영역의 상기 툴의 내부 온도를 취득하는, 마찰 교반 점 접합 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 온도 유지 제어 중에, 상기 회전 구동기를 제어하여 상기 툴의 온도가 소정의 설정 범위로 유지되도록 상기 툴의 회전수도 조정하는, 마찰 교반 점 접합 장치.
  8. 복수의 판재를 서로 중첩하여 점 접합하는 마찰 교반 점 접합 방법으로서,
    상기 복수의 판재의 중첩부에 툴을 회전시킨 상태에서 압입하여 마찰 교반 점 접합을 개시하는 공정과,
    상기 마찰 교반 점 접합 중에, 상기 툴의 온도가 상기 중첩부의 접합 온도와 동일하다고 간주할 수 있는 회전수로 상기 툴을 회전시키는 공정과,
    상기 마찰 교반 점 접합 중에, 상기 툴의 온도가 소정의 설정 범위로 유지되도록 상기 툴의 가압력 또는 압입량을 조정하는 공정을 구비하는, 마찰 교반 점 접합 방법.
KR1020197015265A 2016-10-31 2017-10-31 마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법 KR102156352B1 (ko)

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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10919108B2 (en) * 2015-09-14 2021-02-16 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Configured to set the plunging force
JP6554029B2 (ja) * 2015-11-24 2019-07-31 川崎重工業株式会社 摩擦撹拌点接合装置及び摩擦撹拌点接合方法
EP3533556B1 (en) * 2016-10-31 2022-11-30 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Friction stir spot welding device and friction stir spot welding method
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
US20210339337A1 (en) * 2018-10-11 2021-11-04 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Friction stir joining device, method of operating the same and joint structure
US10442029B1 (en) 2019-04-10 2019-10-15 King Saud University Method of friction stir spot welding
JP7223651B2 (ja) * 2019-07-01 2023-02-16 川崎重工業株式会社 接合システム及びその運転方法
CN112386090B (zh) * 2019-08-16 2022-03-11 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 烹饪设备及其控制方法、控制装置、存储介质
CN112453681B (zh) * 2020-10-22 2022-06-14 北京工业大学 一种可回抽的搅拌摩擦焊电主轴
IT202100005096A1 (it) * 2021-03-04 2022-09-04 Miwenti S R L Utensile per friction stir welding, metodo di saldatura e macchina di saldatura per lamiera
JP7231798B1 (ja) * 2021-08-31 2023-03-01 Ｊｆｅスチール株式会社 摩擦攪拌点接合継手およびその製造方法、ならびに、摩擦攪拌点接合方法
WO2023032515A1 (ja) * 2021-08-31 2023-03-09 Ｊｆｅスチール株式会社 摩擦攪拌点接合継手およびその製造方法、ならびに、摩擦攪拌点接合方法
WO2023032514A1 (ja) * 2021-08-31 2023-03-09 Ｊｆｅスチール株式会社 摩擦攪拌点接合継手およびその製造方法、ならびに、摩擦攪拌点接合方法
EP4360797A1 (en) * 2021-08-31 2024-05-01 JFE Steel Corporation Friction stir spot welding joint, manufacturing method therefor, and friction stir spot welding method
CN115213542B (zh) * 2022-09-08 2023-01-20 中国核动力研究设计院 真空扩散焊设备控制方法、真空扩散焊设备及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008073694A (ja) * 2006-09-19 2008-04-03 Mazda Motor Corp 摩擦接合方法
JP2011115842A (ja) 2009-12-07 2011-06-16 Kawasaki Heavy Ind Ltd 摩擦攪拌接合装置及びその接合方法
JP5883978B1 (ja) * 2015-08-06 2016-03-15 株式会社日立パワーソリューションズ 摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合制御方法

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4106167A (en) * 1970-10-23 1978-08-15 Penelope Jane Vesey Luc Frictional method and machine for seaming tubular sections
JP3867475B2 (ja) * 2000-04-28 2007-01-10 マツダ株式会社 金属部材の処理方法
DE10139687C1 (de) * 2001-08-11 2003-02-20 Eads Deutschland Gmbh Reibrührwerkzeug zum Reibschweißen
SE522075C2 (sv) * 2001-10-23 2004-01-13 Svensk Kaernbraenslehantering Förfarande för friktionsomröringssvetsning
US7530486B2 (en) * 2003-05-05 2009-05-12 Sii Megadiamond, Inc. Applications of friction stir welding using a superabrasive tool
US20050051602A1 (en) * 2003-05-13 2005-03-10 Babb Jonathan Allyn Control system for friction stir welding of metal matrix composites, ferrous alloys, non-ferrous alloys, and superalloys
US6913186B2 (en) * 2003-09-11 2005-07-05 The Boeing Company Apparatus and method for friction stir welding with a variable speed pin
JP4481736B2 (ja) * 2004-06-18 2010-06-16 住友軽金属工業株式会社 金属板の板継ぎ方法及び装置
JP5059337B2 (ja) * 2006-04-11 2012-10-24 川崎重工業株式会社 鋳造物の組織改質方法
US20100178526A1 (en) * 2006-08-21 2010-07-15 Osaka University Process for working metal members and structures
US7992761B2 (en) * 2006-10-05 2011-08-09 The Boeing Company Process control system for friction stir welding
US20090255980A1 (en) * 2008-04-15 2009-10-15 Lockheed Martin Corporation Control systems for friction stir welding of titanium alloys and other high temperature materials
FR2933016B1 (fr) * 2008-06-30 2010-12-24 Alcan Rhenalu Procede de soudage par friction malaxage pulse
US7909231B2 (en) 2008-08-11 2011-03-22 Megastir Technologies Llc Method for using modifiable tool control parameters to control the temperature of the tool during friction stir welding
US8469256B2 (en) * 2008-08-11 2013-06-25 Megastir Technologies Llc Method for using a non-linear control parameter ramp profile to approach a temperature set point of a tool or weld that prevents temperature overshoot during friction stir welding
US20100136369A1 (en) * 2008-11-18 2010-06-03 Raghavan Ayer High strength and toughness steel structures by friction stir welding
WO2012081100A1 (ja) * 2010-12-16 2012-06-21 三菱重工業株式会社 摩擦攪拌スポット接合装置、及びその部材支持器
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
EP2812146B1 (en) * 2012-02-09 2021-07-07 Esab AB Backing arrangement for use in friction stir welding
US8657179B1 (en) * 2012-03-26 2014-02-25 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Weld nugget temperature control in thermal stir welding
EP2834033A4 (en) * 2012-03-30 2016-01-20 Univ Brigham Young EXPANSION MODULATION FOR PROCESS CONTROL OF FRAME WELDING OPERATIONS
US9033205B2 (en) * 2012-07-27 2015-05-19 Alfredo CASTILLO Friction stir welding with temperature control
US8556156B1 (en) * 2012-08-30 2013-10-15 Apple Inc. Dynamic adjustment of friction stir welding process parameters based on weld temperature
WO2014130190A1 (en) * 2013-01-22 2014-08-28 University Of Utah Research Foundation Friction spot welding and friction seam welding
WO2016063538A1 (ja) * 2014-10-23 2016-04-28 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
JP2016124002A (ja) * 2014-12-26 2016-07-11 トヨタ自動車株式会社 摩擦点接合装置および摩擦点接合方法
CN107250745A (zh) * 2015-02-25 2017-10-13 株式会社山本金属制作所 温度测量装置
DE102015010638A1 (de) * 2015-08-13 2017-02-16 Grenzebach Maschinenbau Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum homogenen Verschweißen flächig gebogener Strukturen durch Rührreibschweißen
GB201603247D0 (en) * 2016-02-25 2016-04-13 Rolls Royce Plc Friction welding
EP3533556B1 (en) * 2016-10-31 2022-11-30 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Friction stir spot welding device and friction stir spot welding method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008073694A (ja) * 2006-09-19 2008-04-03 Mazda Motor Corp 摩擦接合方法
JP2011115842A (ja) 2009-12-07 2011-06-16 Kawasaki Heavy Ind Ltd 摩擦攪拌接合装置及びその接合方法
JP5883978B1 (ja) * 2015-08-06 2016-03-15 株式会社日立パワーソリューションズ 摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合制御方法

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KR102156352B1 (ko) 2020-09-15

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