WO2009081731A1 - 接合方法 - Google Patents

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WO2009081731A1
WO2009081731A1 PCT/JP2008/072398 JP2008072398W WO2009081731A1 WO 2009081731 A1 WO2009081731 A1 WO 2009081731A1 JP 2008072398 W JP2008072398 W JP 2008072398W WO 2009081731 A1 WO2009081731 A1 WO 2009081731A1
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welding
joining
abutting
metal
friction stirring
Prior art date
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PCT/JP2008/072398
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French (fr)
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Hayato Sato
Hisashi Hori
Nobushiro Seo
Tomohiro Komoto
Kazuo Aoki
Original Assignee
Nippon Light Metal Company, Ltd.
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    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof

Definitions

  • the present invention relates to a method for joining metal members using friction stirring.
  • Friction stir welding is known as a method for joining metal members. Friction stir welding is a process of rotating a rotating tool along the abutting portion between metal members, and plastically flowing the metal at the abutting portion by frictional heat between the rotating tool and the metal member, so that the metal members are solid-phased. It is what is joined.
  • the rotating tool is formed by projecting a stirring pin (probe) on the lower end surface of a cylindrical shoulder.
  • the metal members 101, 101 contract at the joined portion, so that the joined metal members 101 are distorted without being horizontal, There was a problem that the quality of the product deteriorated. Further, for example, when a joint member (not shown) is inserted into the groove portion 103 formed between the metal members 101, 101, the bottom portion of the groove portion 103 is not flat, so that the joint member cannot be accurately arranged. was there. Further, due to the shrinkage of the metal members 101, 101, there was a concern that a notch (Kissing Bond) E was formed on the back side of the plasticized region W. As a result, the tensile strength at the joint portion is lowered, and the water tightness and the air tightness are also lowered.
  • Kissing Bond Kissing Bond
  • the metal member 105, 105 is located outside the metal member 105, 105.
  • frictional stirring there is a problem that one metal member 105 warps due to contraction of the metal members 105 and 105.
  • a notch E is formed at the corner portion (entrance corner portion) inside the joint portion of the metal members 105 and 105.
  • an object of the present invention is to provide a joining method capable of easily joining the abutting portions between a pair of metal members and improving airtightness and watertightness.
  • a joining method according to the present invention that solves such a problem is a joining method of a butting portion formed by butting a pair of metal members, and friction stirring that performs friction stirring from one surface side to the butting portion. After performing a process, it includes the welding process which welds with respect to the said butt
  • the present invention is a method of joining a butted portion formed by butting the metal members together in a cylindrical structure formed by butting a plurality of metal members, It includes a welding step of performing welding from the inner surface side of the structure to the abutting portion after performing a friction stirring step of performing friction stirring from the outer surface side.
  • this joining method after performing frictional stirring from the outside of the structure, welding is performed from the inside of the structure, so that even if a notch is formed on the inner surface of the structure, it is sealed with a weld metal. Therefore, water tightness and air tightness can be improved. Further, according to welding, even a structure surrounded by metal members can be joined relatively easily from the inside of the structure.
  • the plasticized region formed in the friction stirring step and the weld metal formed in the welding step are in contact with each other. According to this joining method, since it seals over the full length of the butt
  • the welding step includes a weld metal filling step of filling the recess formed along the abutting portion appearing on the other surface with a weld metal. Moreover, it is preferable that the welding step includes a weld metal filling step of filling a weld metal in a recess formed along the abutting portion that appears on the inner surface of the structure. According to this joining method, the workability of welding can be improved.
  • the friction stir step includes a temporary joining step in which temporary joining is performed with a small rotating tool before performing the main joining step in which main joining is performed with a large rotating tool. According to this joining method, it is possible to prevent the opening of the abutting portion when performing the main joining.
  • a tab material arranging step for arranging a pair of tab materials on both sides of the abutting portion, and a tab material temporary joining step for performing friction agitating along the abutting portion between the tab material and the metal member are preferably included. According to such a joining method, the setting of the insertion position and the separation position of the rotary tool is facilitated by using the tab material.
  • the friction stir step includes a pilot hole forming step in which a pilot hole is formed in advance at a position where the rotary tool for friction stirring is to be inserted. According to such a joining process, it is possible to reduce press-fit resistance when the rotary tool is pushed in. Thereby, while improving the precision of friction stir welding, a joining operation can be performed rapidly.
  • this invention is a joining method of the abutting part which abuts a pair of metal members, Comprising: After performing the welding process which welds from the other surface side with respect to the said abutting part, with respect to the said abutting part And a friction stirring step of performing friction stirring from one surface side.
  • the joining method is a butt portion formed by abutting the metal members, and welded from the inner surface side of the structure to the butt portion. It is preferable to include a friction agitation step of performing friction agitation from the outer surface side of the structure to the abutting portion after performing the welding step.
  • the friction stirrer can be performed with the inner surface side temporarily attached by welding from the inner surface side of the structure prior to the friction stirring step performed from the outer surface side of the structure.
  • the water tightness and air tightness of the metal member at the joint portion can be improved.
  • welding from the inner surface side of the structure body problems such as device connection at the time of joining the inside of the structure body are solved, so the joining operation can be performed relatively easily.
  • friction stirring can be performed in a state where a pair of metal members are temporarily attached to each other in the friction stirring step, workability can be improved.
  • the joining method according to the present invention can easily join the abutting portions between a pair of metal members, and can improve airtightness and watertightness.
  • FIG. 2A and 2B are diagrams showing an outer main joining process according to the first embodiment, where FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • (A) is the side view which showed the recessed part formation process which concerns on 2nd embodiment
  • (b) is the side view which showed the weld metal filling process which concerns on 2nd embodiment.
  • (A) is the perspective view which looked at the structure concerning a third embodiment from the outside
  • (b) is the perspective view which looked at the structure concerning a third embodiment from the inside. It is the disassembled perspective view which showed the structure which concerns on 4th embodiment.
  • (A) is the perspective view which showed the friction stirring process of 4th embodiment
  • (b) is the partially transparent perspective view which showed the welding process of 4th embodiment. It is the front view which showed the butt
  • FIG. 22 It is the perspective view which showed the preparation stage of the friction stirring process which concerns on 5th embodiment.
  • A) is the one part enlarged perspective view of FIG. 22,
  • (b) is the perspective view which showed the groove part formation process. It is the perspective view which showed the tab material arrangement
  • (A) is the perspective view which showed the butt
  • (b) is the perspective view which showed the welding process which concerns on 7th embodiment.
  • (A) is the tab material arrangement
  • (b) is the perspective view which showed the friction stirring process which concerns on 7th embodiment.
  • (A) is an exploded view of the to-be-joined metal member which concerns on 8th embodiment
  • (b) is the figure which showed the butt
  • (c) is 8th embodiment. It is the figure which showed the welding process and friction stirring process which concern on. It is the perspective view which showed the structure which concerns on 8th embodiment.
  • FIG. 1 As an example, a case of manufacturing a cylindrical structure 1 formed by being surrounded by four wall members H1, H2, H3, and H4 is formed. explain. In the description, the hollow portion side of the structure 1 is the inside, and the opposite side is the outside. Moreover, the surface which comprises the inner side of the structure 1 is made into an inner surface, and the surface which comprises an outer side is made into an outer surface.
  • the structure 1 is a cylindrical body having a hollow portion having a substantially rectangular cross-sectional view inside as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the structure 1 is a flat plate interposed between the corner members R1, R2, R3, and R4 that form the four corners of the structure 1 and have a substantially L shape in plan view, and the corner members R1, R2, R3, and R4. 11, 12, 13, and 14, and the side end faces of each member are joined to each other.
  • the square members R1 to R4 and the flat plates 11 to 14 are made of a metal material that can be frictionally stirred, such as aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, magnesium, and magnesium alloy.
  • the wall member H1 is composed of corner members R1, R4 that are spaced apart and a flat plate 11 that is disposed between the corner members R1, R4.
  • the wall member H2 includes a flat plate 12 disposed between the corner members R1 and R2.
  • the wall member H3 includes corner members R2 and R3 that are spaced apart and a flat plate 13 that is disposed between the corner members R2 and R3.
  • the wall member H4 includes a flat plate 14 disposed between the corner members R3 and R4 and joint members U and U.
  • the abutting portion J1 between one side end surface of the corner member R4 and the other side end surface of the flat plate 11 and the abutting portion J2 between the other side end surface of the corner member R1 and one side end surface of the flat plate 11 are outside the wall member H1. Friction stirring is performed from the (outer surface) and the inner side (inner surface), and the tip side of each plasticized region formed by friction stirring is formed overlappingly.
  • the plasticizing region includes both a state heated by frictional heat of a rotary tool, which will be described later, and being plasticized, and a state where the joining rotary tool passes and returns to room temperature.
  • the abutting portion J5 between one side end surface of R2 and the other side end surface of the flat plate 13 and the abutting portion J6 between the other side end surface of the corner member R3 and one side end surface of the flat plate 13 are the outer surface side of each wall member and Friction stirring is performed from the inner surface side, and the tip side of each plasticized region formed by friction stirring is formed overlappingly.
  • the abutting portion J7 between one side end surface of the corner member R3 and the other side end surface of the flat plate 14 and the abutting portion J8 between the other side end surface of the corner member R4 and one side end surface of the flat plate 14 are wall members H4. After being welded from the inner surface side, friction stirring is performed from the outer surface side.
  • the joining method of this embodiment will be described in detail. Note that the intermediate member having a U-shaped cross-sectional view made up of the wall members H1, H2, and H3 is substantially the same as the conventional friction stir welding, and will be described briefly.
  • the joining method according to this embodiment includes (1) an intermediate member joining step, (2) a butting step, (3) a groove forming step, (4) a friction stirring step, (5) a welding step, and (6) a joint member inserting step.
  • the intermediate member joining step is a step of forming an intermediate member 20 (see FIG. 3B) that is an intermediate of the structure 1.
  • the intermediate member 20 is a member obtained by removing only the flat plate 14 from the structure 1 and has a substantially U shape in cross section.
  • the intermediate member 20 includes the wall member H1 and the wall member H3 that are disposed to face each other, and the flat plate 12 (wall member H2) interposed between the wall member H1 and the wall member H3.
  • the flat plate 12 the wall member H1, and the wall member H3 are joined.
  • the abutting portion J1 between one side end surface of the corner member R4 and the other side end surface of the flat plate 11 is joined by friction stir from the inner surface side and the outer surface side of the wall member H1 over the entire length in the longitudinal direction of the abutting portion J1. ing. Moreover, the front end side (thickness direction center part of the flat plate 11) of the plasticization area
  • the abutting portion J2 between the other side end surface of the corner member R1 and the one side end surface of the flat plate 11 is subjected to frictional stirring from the inner surface side and the outer surface side over the entire length of the abutting portion J2.
  • the tip sides of the plasticized regions W2, W2 overlap.
  • the abutting portion J5 between one side end surface of the corner member R2 and the other side end surface of the flat plate 13 is joined by friction stir from the inner surface side and the outer surface side of the wall member H3 over the entire length in the longitudinal direction of the abutting portion J5. ing. Moreover, the front end side (thickness direction center part of the flat plate 13) of the plasticization area
  • the abutting portion J6 between the other side end surface of the corner member R3 and the one side end surface of the flat plate 13 is subjected to frictional stirring from the outer surface side and the inner surface side over the entire length in the longitudinal direction of the abutting portion J6.
  • the tip ends of the plasticized regions W6 and W6 overlap.
  • the flat plate 12 is interposed between the corner member R1 and the corner member R2.
  • the abutting portion J3 between the other side end surface of the flat plate 12 and the one side end surface of the corner member R1 is joined by friction stir from the inner surface side and the outer surface side of the flat plate 12 over the entire length in the longitudinal direction of the abutting portion J3. Yes.
  • the tip ends (the central portion in the thickness direction of the flat plate 12) of the plasticized regions W3 and W3 formed in the abutting portion J3 overlap. Thereby, since all the gaps in the depth direction of the abutting portion J3 can be frictionally stirred, airtightness and watertightness can be improved.
  • the abutting portion J4 between the other side end surface of the corner member R2 and the one side end surface of the flat plate 12 is subjected to frictional stirring from the inner surface side and the outer surface side of the flat plate 12 over the entire length in the longitudinal direction of the abutting portion J4. This is done, and the tip sides of the plasticized regions W4, W4 overlap.
  • an opening 21 into which the flat plate 14 is inserted is formed in a part of the intermediate member 20.
  • the friction stir is performed from both the outer surface side and the inner surface side at each abutting portion of the intermediate member 20, but the present invention is not limited to this.
  • welding may be performed from one of the outer surface side and the inner surface side of the intermediate member 20 and friction stirring may be performed from the other side.
  • the flat plate 14 is inserted into the opening 21 (see FIG. 3B) of the intermediate member 20.
  • the width of the flat plate 14 is formed substantially equal to the width of the opening 21. That is, when the flat plate 14 is inserted into the opening 21, the pair of side end surfaces R3b, R4a appearing in the opening 21 and both side end surfaces 14a, 14b of the flat plate 14 are brought into contact with each other. As shown in FIG. 4, the other side end surface 14a of the flat plate 14 and one side end surface R3b of the corner member R3 are abutted to form an abutting portion J7.
  • one side end face 14b of the flat plate 14 and the other side end face R4a of the corner member R4 are abutted to form an abutting portion J8.
  • the metal member formed by abutting the flat plate 14 and the corner member R4 is also referred to as a bonded metal member N hereinafter.
  • the outer surface of the metal member N to be joined is also referred to as an outer surface A, the inner surface as an inner surface B, one end surface as a first end surface C, and the other end surface as a second end surface D.
  • the backing table 25 is a member that supports the flat plate 14 from the inside of the intermediate member 20.
  • the backing table 25 includes a first backing material 25a and a second backing material 25b that are spaced apart from each other, and a vertical member 25c that is erected between the first backing material 25a and the second backing material 25b. , 25c.
  • the distance from the outer surface of the first backing material 25a to the outer surface of the second backing material 25b is substantially equal to the distance from the inner surface of the flat plate 12 to the inner surface of the flat plate 14 (see FIG. 2). Is formed.
  • one backing stand 25 is provided for each of the abutting portions J7 and J8.
  • the groove part K is formed in the outer surface A of the to-be-joined metal member N with respect to the abutting part J8.
  • a groove portion K is formed by notching a predetermined width and depth along the abutting portion J8 using a known end mill or the like.
  • the groove portion K is formed in a rectangular shape in cross section, but may have other shapes.
  • Friction stirring step friction stirring is performed using a large rotary tool G along the abutting portion J8 appearing on the bottom surface of the groove K as shown in FIG.
  • the friction stir process is a tab material placement process in which a pair of tab materials are placed, a temporary joining process in which temporary joining is performed on the abutting portion J8, and a pilot hole is formed at a planned insertion position in the main joining process A prepared hole forming step and a main joining step of performing main joining to the abutting portion J8.
  • small rotating tool F used for each friction stirrer and a rotating tool larger than the small rotating tool F (hereinafter referred to as “large rotating tool G”).
  • large rotating tool G a rotating tool larger than the small rotating tool F
  • the small rotary tool F shown in FIG. 7A is made of a metal material harder than the metal member N to be joined, such as tool steel, and protrudes into a shoulder portion F1 having a cylindrical shape and a lower end surface F11 of the shoulder portion F1.
  • a stirring pin (probe) F2 is provided.
  • the size and shape of the small rotary tool F may be set according to the material and thickness of the metal member N to be joined, but at least smaller than the large rotary tool G (see FIG. 8B). . In this way, it is possible to perform friction stir welding with a smaller load than when the large rotary tool G is used, so it is possible to reduce the load applied to the friction stirrer, and further to the small rotary tool F. Since the moving speed (feeding speed) can be made higher than the moving speed of the large rotary tool G, the working time and cost required for the friction stir welding can be reduced.
  • the lower end surface F11 of the shoulder portion F1 is a portion that plays a role of pressing the plastic fluidized metal and preventing scattering to the surroundings, and is formed in a concave shape in this embodiment.
  • the stirring pin F2 hangs down from the center of the lower end surface F11 of the shoulder portion F1, and is formed into a tapered truncated cone shape in this embodiment.
  • a stirring blade engraved in a spiral shape is formed on the peripheral surface of the stirring pin F2.
  • the size of the outer diameter of the stirring pin F2 in the present embodiment, than the maximum outer diameter of the maximum outer diameter of the stirring pin G2 of (upper diameter) X 2 is large rotating tool G (upper end diameter) Y 2 It is small, and is smaller than the minimum outer diameter minimum outer diameter (bottom diameter) X 3 is the stirring pin G2 (lower diameter) Y 3.
  • the length L A of the stirring pin F2 is smaller than the length L B of the stirring pin G2 of the large rotating tool G.
  • a large rotary tool G shown in FIG. 7B is made of a metal material harder than the metal member N to be joined, such as tool steel, and projects into a shoulder portion G1 having a cylindrical shape and a lower end surface G11 of the shoulder portion G1. It comprises a stirring pin (probe) G2 provided.
  • the lower end surface G11 of the shoulder portion G1 is formed in a concave shape like the small rotary tool F.
  • the stirring pin G2 hangs down from the center of the lower end surface G11 of the shoulder portion G1, and is formed into a tapered truncated cone shape in this embodiment.
  • a pair of tab materials are arranged on both end faces of the metal member N to be joined.
  • the 1st tab material 31 and the 2nd tab material 32 are arrange
  • the first tab member 31 and the second tab member 32 are disposed on the first backing member 25a of the backing table 25.
  • the surfaces of the first tab material 31 and the second tab material 32 are formed flush with the bottom surface of the groove K.
  • the metal member N to be joined, the first tab member 31 and the second tab member 32 are joined by welding. Thereby, when the friction stirring mentioned later is performed, it can prevent that the to-be-joined metal member N and each tab material open.
  • friction stirring is performed using the small rotary tool F along the abutting portion J8 that appears on the bottom surface of the groove portion K. That is, as shown in FIG. 8, is positioned a small rotary tool F immediately above the start position S P1 provided in place of the first tab member 31, subsequently, is lowered while the right rotating the small rotary tool F stirring pin F2 pressed (in see FIG. 7 (a)) to the starting position S P1.
  • the entire stirring pin F2 enters the first tab member 31 and the entire lower end surface F11 of the shoulder portion F1 contacts the surface of the first tab member 31, the starting point of the temporary joining step while rotating the small rotary tool F Relative movement toward s1.
  • the small rotary tool F When the small rotary tool F reaches the start point s1, the small rotary tool F is moved to the end point e1 of the temporary joining process without leaving the small rotary tool F at the start point s1. When the small rotary tool F reaches the end point e1, the small rotary tool F is moved to the end position E P1 without being released, and the small rotary tool F is released at the end position E P1 .
  • the end position E P1 of the temporary bonding process is a starting position S M1 of the main bonding process described later.
  • a small rotation tool F may be used for friction stirring (tab material temporary joining step).
  • the pilot hole P1 is formed at the friction stirring start position in the main joining step described later. That is, in the prepared hole forming step according to the present embodiment, the prepared hole P1 is formed at the start position S M1 set on the surface of the second tab member 32.
  • the pilot hole P1 is provided for the purpose of reducing the insertion resistance (press-fit resistance) of the stirring pin G2 of the large rotating tool G.
  • the formed hole n1 is formed by expanding the diameter with a drill (not shown) or the like. If the punched hole n1 is used, the process for forming the pilot hole P1 can be simplified, and the working time can be shortened.
  • the pilot hole P1 In this embodiment, it is cylindrical.
  • pilot hole P1 is formed in the 2nd tab material 32, there is no restriction
  • the butt joint J8 is joined in earnest using the large rotating tool G.
  • the large rotating tool G is used, and friction stir is performed from the outer surface A side of the joined metal member N to the abutting portion J8 in a temporarily joined state.
  • the large rotary tool G is positioned immediately above the start position S M1 (the pilot hole P1), and then the large rotary tool G is lowered while rotating clockwise to insert the tip of the stirring pin G2 into the pilot hole P1.
  • the entire stirring pin G2 enters the second tab member 32 and the entire lower end surface G11 of the shoulder portion G1 comes into contact with the surface of the second tab member 32, it is directed toward one end of the abutting portion J8 while performing frictional stirring.
  • the large rotary tool G is moved relative to the butt portion J8.
  • a friction agitation route is set on the movement trajectory on the joint of the metal member N to be bonded, and the large rotary tool G is relatively moved along the route. Friction stirring is continuously performed from one end of J8 to the other end.
  • the large rotary tool G is relatively moved to the other end of the abutting portion J8, it is relatively moved toward the end position E M1 as it is while performing frictional stirring.
  • the large rotary tool G reaches the end position E M1 , the large rotary tool G is raised while rotating, and the stirring pin G2 is detached from the end position E M1 .
  • the pair of tab members are removed by cutting.
  • a welding process is a process of welding along the abutting part J8 from the inner surface B side of the metal member N to be joined.
  • the backing table 25 is temporarily removed, and overlay welding such as TIG welding or MIG welding is performed from the inside of the groove plasticizing region W8, and the weld metal T1 is formed along the abutting portion J8. Form.
  • Overlay welding is performed to such an extent that the weld metal T1 protrudes from the inner surface B of the metal member N to be joined.
  • the notch By performing the welding process, even if a notch (Kissing Bond) is formed inside the groove plasticization region W8, the notch can be sealed, so that the strength and watertightness of the joined portion can be sealed. Sexual and airtightness can be increased. Further, even when the joint is contracted by the friction stir process and the corner member R4 and the flat plate 14 are not formed on the same plane, by welding from the inner surface B side of the metal member N to be joined, Deformation due to shrinkage can be corrected.
  • the joint member insertion step is a step of inserting the joint member U into the groove K as shown in FIG.
  • the width, depth, and length of the joint member U are formed with a metal having a composition equivalent to that of the metal member N to be joined, and are formed with dimensions substantially equivalent to the width, depth, and length of the groove K, respectively.
  • the joint member U is inserted into the groove portion K, the surface of the joint member U and the outer surface A of the metal member N to be joined are flush with each other, and both end surfaces of the joint member U are the first of the metal members N to be joined. It is formed flush with the end face C and the second end face D.
  • the bottom surface of the groove portion K is formed substantially horizontally. Thereby, the joint member U can be inserted suitably.
  • Outer temporary joining step In the outer temporary joining step, as shown in FIGS. 13 and 14, along the abutting portion J8a between the flat plate 14 and the joint member U and the abutting portion J8b between the corner member R4 and the joint member U. Temporary joining is performed using a small rotating tool F.
  • the outer temporary joining step in the present embodiment includes a tab material arranging step for arranging a pair of tab members, an outer temporary joining step for temporarily joining the abutting portion J8a and the abutting portion J8b using a small rotary tool F, It includes a pilot hole forming step of forming a pilot hole at a position where the large rotary tool G is to be inserted.
  • the first tab material 33 and the second tab material 34 are arranged on the first end surface C and the second end surface D of the metal member N to be joined.
  • the 1st tab material 33 and the 2nd tab material 34 are arrange
  • the first tab member 33 and the second tab member 34 are disposed on the first backing member 25a of the backing table 25.
  • the surfaces of the first tab member 33 and the second tab member 34 are formed substantially the same as the outer surface A of the metal member N to be joined. Although there is no restriction
  • the outer temporary joining step friction agitation is performed using the small rotary tool F along the abutting portion J8a and the abutting portion J8b that appear on the outer surface A of the metal member N to be joined.
  • one stroke is drawn from the start position S P2 set on the first tab member 33 to the end position E P2 set on the first tab member 33.
  • the small rotary tool F is relatively moved to perform friction stirring. That is, in the outer temporary joining step, the first tab material temporary joining step for joining the abutting portion J33 between the first tab member 33 and the metal member N to be joined, and the abutting portion J8a between the flat plate 14 and the joint member U are joined.
  • the first outer temporary joining step, the second tab material temporary joining step for joining the abutting portion J34 of the second tab member 34 and the metal member N to be joined, and the abutting portion J8b of the corner member R4 and the joint member U are joined.
  • the small rotary tool F is pressed to the start position SP2 set on the first tab material 33, and then the small rotary tool F is relatively moved to the start point s33 of the first tab material temporary joining step. .
  • the small rotary tool F reaches the start point s33, the small rotary tool F is moved along the abutting portion J33 to the end point e33 of the first tab material temporary joining step.
  • the small rotary tool F reaches the end point e33, the small rotary tool F is temporarily moved into the first tab member 33 without being detached, and moved to the start point s14 of the first outer temporary joining step.
  • a starting point is provided at the position of the end point e33 when the small rotating tool F is rotated to the right, and an end point is provided at the position of the starting point s33 when the small rotating tool F is rotated to the right. Just do it.
  • the process proceeds to the first outer temporary joining step as it is, and the small rotating tool F is moved along the abutting portion J8a.
  • the small rotary tool F reaches the end point e14 of the first outer provisional joining process, it once enters the second tab material 34 and moves to the start point s34 of the second tab material provisional joining process.
  • the small rotary tool F reaches the start point s34, the small rotary tool F is moved along the abutting portion J34 to the end point e34 of the second tab material temporary joining step.
  • the small rotary tool F When the small rotary tool F reaches the end point e34, the small rotary tool F is moved to the start point sR4 of the second outer temporary joining step without detaching. When the small rotary tool F reaches sR4, the small rotary tool F is moved along the abutting portion J8b, and the process proceeds to the second outer temporary joining step as it is.
  • the second outer temporary bonding step As it is plunged into the first tab member 33, disengaging the small rotary tool F at the end position E P2.
  • the end position E P2 is also the starting position S M2 described later is outside the bonding step.
  • a pilot hole is formed using a punched hole (not shown) formed at the end position EP2 . Since the pilot hole forming step is substantially the same as described above, the description thereof is omitted.
  • the outer main joining step is a step of fully joining the abutting portions J8a and J8b appearing on the outer surface A of the metal member N to be joined.
  • a large rotary tool G is used, and friction stir is performed from the outer surface A side of the joined metal member N to the abutting portion J8a and the abutting portion J8b in a temporarily joined state.
  • the stirring pin G2 of the large rotary tool G is inserted into the start position SM2, and the end position E M2 is removed without removing the inserted stirring pin G2 halfway.
  • the first tab member 33 is provided with the friction stirring start position S M2 and the end position E M2 , but is not intended to limit the positions of the start position S M2 and the end position E M2 .
  • FIGS. 15 (a) and 15 (b) The outer main joining process will be described in more detail with reference to FIGS. 15 (a) and 15 (b).
  • the large rotary tool G is positioned immediately above the pilot hole (start position S M2 ), and then the large rotary tool G is lowered while being rotated to the right to rotate the stirring pin G2. Insert the tip into the pilot hole.
  • the entire stirring pin G2 enters the first tab member 33 and the entire lower end surface G11 of the shoulder portion G1 comes into contact with the surface of the first tab member 33, it is directed toward one end of the abutting portion J8b while performing friction stirring.
  • the large rotary tool G is moved relative to the butt portion J8b.
  • outer plasticized region W8 ′ When the large rotary tool G is moved, the metal around the stirring pin G2 is plastically fluidized one after another, and at a position away from the stirring pin G2, the plastic fluidized metal is hardened again and becomes a plasticized region ( Hereinafter, “outer plasticized region W8 ′”) is formed.
  • the large rotary tool G is reciprocated (two reciprocations in the present embodiment) so that the formed outer plasticizing region W8 ′ does not contact the abutting portion J34 and the abutting portion J33, along the abutting portion J8b and the abutting portion J8a. Stir friction continuously. Finally, the large rotating tool G is detached at the end position E M2 set in the first tab member 33 through the abutting portion J33.
  • the front end side of the outer plasticized region W8 ′ is frictionally stirred so as to be in contact with the bottom surface of the groove K.
  • friction stirring can be performed over the entire length in the depth direction of the abutting portion J8a and the abutting portion J8b.
  • the interface between the lower surface of the joint member U and the bottom surface of the groove portion K can be frictionally stirred over the entire surface by reciprocating the large rotary tool G, the water tightness and the air tightness can be further improved. it can.
  • the entire length in the depth direction of the abutting portion J8 can be sealed. Moreover, before performing each process of a friction stirring process and an outer side main joining process, the opening at the time of main joining of a butt
  • a concave portion M1 is formed along the abutting portion J8 on the distal end side (the inner surface B of the metal member N to be joined) of the groove plasticizing region W8.
  • the inner surface B can be smoothly formed by cutting out the part (T2 ') which protrudes from the inner surface B of the to-be-joined metal member N among the weld metal T2.
  • the recessed part M1 was formed in the cross sectional view rectangle, other shapes may be sufficient.
  • the joining method according to the third embodiment is such that a side face of one first metal member 1a and an end face of the other second metal member 1b are abutted to form an abutting portion J10.
  • the corner members R1 to R4 are used to form the structure by bringing the side end surfaces of each member into contact with each other.
  • the side surface of one metal member and the other side surface are formed. You may form a structure by abutting the side end surface of a metal member.
  • a pair of first metal members 1a and a pair of second metal members 1b are abutted to form a cylindrical structure 50 having a rectangular cross-sectional view.
  • the outer surface of the structure 50 with respect to the butted portion J10 formed by abutting the side surface of the first metal member 1a and the side end surface of the second metal member 1b.
  • This includes a friction stirring step of performing friction stirring from the A side and a welding step of performing welding from the inner surface B side of the structure 50.
  • the corner I first metal member 1a
  • the second metal member 1b the weld metal T3 is formed over the entire length of the abutting portion J10 that appears on the inner surface of the metal member N to be joined by welding.
  • the joining method according to the fourth embodiment is a first embodiment in that it includes a cylindrical member 10 a that has a cylindrical shape and a lid member 10 b that covers an end of the cylindrical member 10 a. It differs from the form.
  • the joining method according to the present embodiment includes a friction stirring process for performing friction stirring on the abutting portion J11 and a welding process for performing welding on the corner I '.
  • the structure 60 according to the present embodiment includes an abutting portion J11 formed by abutting the end of the tubular member 10a and one surface of the lid member 10b.
  • the friction agitation step as shown in FIG. 19A, the friction agitation is performed by rotating counterclockwise as viewed from the front side of the lid member 10b while rotating clockwise by the large rotary tool G along the abutting portion J11. I do.
  • welding is performed on the corner I ′ inside the structure 60.
  • the strength of the joint can be increased, and the airtightness and watertightness can be increased.
  • even the cylindrical structure 60 according to the present embodiment can solve the problems such as the device connection, so that the joining operation can be performed relatively easily.
  • the large-sized rotary tool G moves counterclockwise when viewed from the front side of the lid member 10b.
  • the airtightness and watertightness of the cylindrical member 10a can be improved.
  • the cylindrical member 10a and the cover member 10b are joined, you may face
  • the joining method according to this embodiment includes (1) an intermediate member joining step, (2) a butting step, (3) a welding step, (4) a groove forming step, (5) a friction stirring step, and (6) a joint member inserting step.
  • the intermediate member joining step is a step of forming an intermediate member 20 (see FIG. 3B) that is an intermediate of the structure 1. Since the intermediate member joining step is the same as that in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the (3) welding step, (4) groove forming step, (5) friction stirring step, (6) joint member insertion step, (7) outer temporary joining step, and (8) outer main joining step described below are: Although the process is performed on the abutting portion J7 and the abutting portion J8, the contents of work are substantially the same for both abutting portions, and therefore, the abutting portion J8 will be described as an example.
  • the metal member formed by abutting the flat plate 14 and the corner member R4 is also referred to as a bonded metal member N2.
  • the outer surface of the metal member N2 to be joined is also referred to as an outer surface A, the inner surface as an inner surface B, one end surface as a first end surface C, and the other end surface as a second end surface D (see FIG. 25).
  • a welding process is a process of welding along the butt
  • build-up welding such as TIG welding or MIG welding is performed to form a weld metal T1 along the abutting portion J8.
  • Overlay welding is performed to such an extent that the weld metal T1 protrudes from the inner surface B of the bonded metal member N2.
  • the groove part K is formed in the outer surface A side of the abutting part J8 along the longitudinal direction of the abutting part J8.
  • the backing table 25 it is preferable to arrange the backing table 25 on the inner side of the intermediate member 20 in the groove forming step, the friction stirring step, the joint member inserting step, the outer temporary joining step, and the outer main joining step described later. Since the groove forming step is substantially the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • the friction stirring step friction stirring is performed using the large rotary tool G along the abutting portion J8 appearing on the bottom surface of the groove K as shown in FIG.
  • the friction stirring step includes a tab material arranging step (see FIGS. 24 and 25) for arranging a pair of tab materials, and a temporary joining step (see FIG. 25) for temporarily joining the abutting portion J8.
  • a prepared hole forming step of forming a prepared hole at a planned insertion position of the main bonding step and a main bonding step (see FIG. 26) for performing main bonding to the abutting portion J8. Since the tab material arranging step, the temporary joining step, and the main joining step are substantially the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
  • the depth of friction stirring is performed so that the weld metal T1 formed on the inner surface B and the groove plasticized region W8 formed on the outer surface A are in contact with each other. Is preferably set. Thereby, since it can seal over the full length of the depth direction of the butt
  • finished it is preferable to cut the burr
  • the pair of tab members are removed by cutting.
  • the welding process is performed from the inner surface B side prior to the friction stirring step (main joining step) performed from the outer surface A side of the metal member N2 (structure 1) to be joined.
  • Friction stirring can be performed with the inner surface B temporarily attached.
  • Kissing Bond notching
  • the joining operation can be performed relatively easily. Further, in the friction stirring step, since the friction stirring can be performed in a state where the pair of metal members are temporarily attached, workability can be improved.
  • the depth direction of the abutting portion J8 can be sealed by bringing the weld metal T1 and the groove plasticized region W8 into contact with each other.
  • the welding process according to the sixth embodiment is performed along the abutting portion J8 that appears on the inner surface B of the metal member N2 composed of the flat plate 14 and the corner member R4.
  • a recess forming step for forming the recess M1 and a weld metal filling step for filling the weld metal T2 into the recess M1 are included.
  • the recess M1 is formed with a predetermined width and depth from the inner surface B along the longitudinal direction of the abutting portion J8 using a known end mill.
  • the concave portion M1 is formed in a rectangular shape in cross section, but may have other shapes. What is necessary is just to set the depth of the recessed part M1 suitably according to the depth of the plasticization area
  • the weld metal T2 is filled into the recess M1.
  • build-up welding such as MIG welding or TIG welding is performed on the recess M1, and the weld metal T2 is projected from the inner surface B.
  • the inner surface B can be formed smoothly by cutting along the inner surface B.
  • the workability of the welding process can be improved by performing the recess forming process and the weld metal filling process.
  • the concave portion M1 is formed after the corner member R4 and the flat plate 14 are brought into contact with each other.
  • the present invention is not limited to this, and the corner portions of the square member R4 and the flat plate 14 are notched in advance. After the formation, the recess M1 may be formed by abutting these notches.
  • the end of the first metal member 111a which is a pair of flat metal members, and the end of the second metal member 111b are vertically butted and joined. This is different from the sixth embodiment.
  • the joining method according to the seventh embodiment includes (1) a butt process, (2) a welding process, and (3) a friction stirring process.
  • the edge part of the 1st metal member 111a and the edge part of the 2nd metal member 111b are butted at right angle.
  • the first metal member 111a and the second metal member 111b have a flat plate shape and are made of a metal material that can be frictionally stirred, such as aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, magnesium, and magnesium alloy.
  • a concave groove portion 141 cut out in a rectangular shape in a cross-sectional view with a width approximately half the plate width of the first metal member 111a, and approximately half the plate width of the first metal member 111a.
  • a projecting portion 142 is formed so as to project in a rectangular shape in cross-sectional view.
  • a concave groove portion 143 cut out in a rectangular shape in cross section with a width approximately half the plate width of the second metal member 111b, and the plate width of the second metal member 111b.
  • a projecting portion 144 is formed so as to project a rectangular shape in cross-section with a substantially half width.
  • the protruding portion 144 of the second metal member 111b is brought into contact with the concave groove portion 141 of the first metal member 111a, so that the first metal member 111a and the second metal member 111b are butted substantially vertically.
  • the abutting part J110 is formed in the abutting surface of the first metal member 111a and the second metal member 111b.
  • the first end surface C of the metal member N3 to be joined formed by abutting the first metal member 111a and the second metal member 111b is formed in a substantially crank shape when viewed from the front. A butt J110 appears.
  • the friction stirring process includes a tab material installation process in which the tab material 146 is attached to the metal member N3 to be bonded, and a main bonding process in which friction stirring is performed from the outer surface A side to the abutting portion J10. Including.
  • a pair of tab materials 146 are attached to the first end surface C and the second end surface (not shown) of the bonded metal member N3.
  • the tab member 146 is a plate-like member having the same composition as the metal member N3 to be joined, and is formed with a thickness substantially equal to the plate thickness of the second metal member 111b.
  • the tab material 146 is disposed so that the outer surface A of the metal member N3 to be bonded and the upper surface of the tab material 146 are flush with each other, and is bonded to the metal member N3 to be bonded by welding.
  • friction stirring is performed along the abutting portion J110 from the outer surface A side of the metal member N3 to be joined using the large-sized rotating tool G.
  • on the tab member 146 to set the start position S M3 on the extension of the butting portion J110, it sets the end position to the other tab member (not shown). Then, friction stirring is performed along the abutting portion J110 using the large rotating tool G. As shown in FIG. 30B, a plasticized region W110 is formed in the abutting portion J110 by the main joining step.
  • a cavity defect is formed on the left side in the traveling direction when rotated to the right, and on the right side in the traveling direction when rotated on the left.
  • a large rotating tool G is rotated counterclockwise from the start position S M3 tab member 146 .
  • water tightness and air tightness can be improved even when a pair of metal members are vertically butted and joined. That is, prior to the friction stirring step performed from the outer surface A side of the metal member N3 to be bonded, the friction stirring can be performed with the inner surface B temporarily attached by performing the welding step from the inner surface B side. As a result, it is possible to prevent a notch (Kissing Bond) from occurring on the inner surface B side of the metal member N3 to be bonded, that is, the back surface side of the surface on which frictional stirring is performed. Can be increased.
  • Kissing Bond notch
  • the joining method according to the eighth embodiment is a modification of the seventh embodiment, and differs from the seventh embodiment in that a recess is provided in the corner I.
  • the joining method according to the eighth embodiment includes (1) a butt process, (2) a welding process, and (3) a friction stirring process.
  • the edge part of the 1st metal member 151a and the edge part of the 2nd metal member 151b are butted at right angle.
  • the first metal member 151a and the second metal member 151b have a plate shape and are made of a friction-stirring metal material such as aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, magnesium, and magnesium alloy.
  • the first metal member 151 a includes a main body portion 152, a first step portion 153 that is thinner than the main body portion 152, and a second step portion 154 that is thinner than the first step portion 153.
  • the length p of the second step portion 154 is formed substantially equal to the plate thickness of the second metal member 151b.
  • the length q of the first step portion 153 is smaller than the length of the second step portion 154.
  • the end surface 155 of the second metal member 151b is brought into contact with the second step portion 154 of the first metal member 151a.
  • the main body 152, the first step 153, and the second metal member 151b of the first metal member 151a form a recess M2 having a rectangular shape in cross section. That is, the concave portion M2 is formed along the abutting portion J111 that appears at the corner I of the metal member N4 to be joined that includes the first metal member 151a and the second metal member 151b.
  • Friction stirring step friction stirring is performed using the large rotary tool G from the outer surface A side of the abutting portion J111. Since the friction stirring step is substantially the same as that of the seventh embodiment, detailed description thereof is omitted.
  • the same effect as in the seventh embodiment can be obtained, and even when the first metal member 151a and the second metal member 151b are butted vertically, the recess M2 is formed. By providing, welding work can be performed easily.
  • a specific description is omitted, as shown in FIG. 32, using the joining method according to the eighth embodiment, it is equivalent to the first metal member 151a, the second metal member 151b, and the first metal member 151a.
  • a cylindrical structural body 150 having a rectangular shape in a cross-sectional view made of the fourth metal member 151d, which is a member equivalent to the third metal member 151c and the second metal member 151b, can be formed.
  • Such a structure 150 can be used as, for example, a vacuum container. If necessary, the plasticity region W111 formed in the friction stirring process and the weld metal T4 formed in the welding process may be overlapped to further improve the airtightness and watertightness.
  • FIGS. 33 and 34 a tubular member 161a having a cylindrical shape and a lid member 161b that covers an end of the tubular member 161a are joined.
  • the ninth embodiment is a modification of the fourth embodiment.
  • the joining method according to the present embodiment includes (1) a butt process, (2) a welding process, and (3) a friction stirring process.
  • the cylindrical member 161a is a metal member that has a cylindrical shape.
  • the end of the cylindrical member 161a includes a concave groove 162 that is cut out in a rectangular shape in cross section with a half width of the plate thickness, and a protruding portion 163 that protrudes so as to exhibit a rectangular shape in cross section with a half width in the plate thickness.
  • the lid member 161b is a member that covers the opening of the cylindrical member 161a without a gap, and includes a disk-shaped main body 164 and a protrusion 165 that protrudes toward one end of the main body 164 and has a circular shape in cross section.
  • the protrusion 165 is formed concentrically with the main body 164 and is formed smaller than the diameter of the main body 164.
  • the tubular member 161a and the lid member 161b are brought into contact with each other, and the concave groove 162 of the tubular member 161a and the projection 165 of the lid member 161b are brought into contact with each other.
  • the tubular member 161a and the lid member 161b are abutted to form an abutting portion J112.
  • a member composed of the cylindrical member 161a and the lid member 161b is a metal member N5 to be joined.
  • Friction stirring step In the friction stirring step, as shown in FIG. 34 (b), friction stirring is performed along the abutting portion J112 from the outer surface A side of the metal member N5 to be joined using a large rotary tool G.
  • friction agitation is performed by moving the large rotary tool G clockwise along the abutting portion J112 and moving it counterclockwise as viewed from the front side of the lid member 161b.
  • a cavity defect is formed on the lid member 161b side.
  • a cavity defect can be formed in the position away from the hollow part of the to-be-joined metal member N5.
  • the joining method which concerns on 9th embodiment, even when it is a case where the cylindrical member 161a and the cover member 161b which covers the one end side of the cylindrical member 161a are joined, watertightness and airtightness can be improved. . That is, prior to the friction stir process performed from the outer surface A of the metal member N5, the welding process is performed from the inner surface B side of the metal member N5 so that friction stir can be performed with the inner surface B temporarily attached. . In addition, welding is performed from the inner surface B of the metal member N5 to be joined, so that it is relatively easy to perform joining work even in places where friction stir is difficult, such as the corner I ', since the problem such as device engagement is solved. It can be carried out. In addition, since the metal members can be temporarily attached by performing a welding process prior to the friction stirring process, the work of the friction stirring process can be easily performed.

Landscapes

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Abstract

一対の金属部材同士の突合部を容易に接合するとともに、接合部分の気密性及び水密性を高めることが可能な接合方法を提供することを課題とする。本発明に係る接合方法は、金属部材である平板１４と、角部材Ｒ４とを突き合わせて形成された構造体（被接合金属部材Ｎ）において、前記金属部材同士を突き合わせてなる突合部Ｊ８の接合方法であって、突合部Ｊ８に対して構造体の外面Ａ側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を行った後、内面Ｂ側から溶接を行う溶接工程を突合部Ｊ８に対して行うことを特徴とする。

Description

接合方法
　本発明は、摩擦攪拌を利用した金属部材の接合方法に関する。
　金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction　Stir　Welding）が知られている。摩擦攪拌接合は、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。なお、回転ツールは、円柱状を呈するショルダの下端面に攪拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。
　例えば、図３５の（ａ）に示すように、一対の金属部材１０１，１０１の端面同士を突き合わせて形成された突合部Ｊに対して摩擦攪拌を行う場合、突合部Ｊの裏側に裏当材１０２を配置し、回転ツールＧを用いて突合部Ｊに沿って摩擦攪拌を行う。このような技術は、例えば、文献１、文献２に記載されている。
　　文献１．特開２００１－２２５１７９号公報
　　文献２．特開２００５－１３１６６６号公報
　しかしながら、従来の接合方法によると、図３５の（ｂ）に示すように、接合部において金属部材１０１，１０１が収縮するため、接合された金属部材１０１同士が水平にならずに歪んでしまい、製品の質が低下するという問題があった。また、例えば、金属部材１０１，１０１間に形成された溝部１０３に図示しない継手部材を挿入する場合には、溝部１０３の底部が平坦にならないため、継手部材を精度よく配置することができないという問題があった。また、金属部材１０１，１０１の収縮に起因して、塑性化領域Ｗの裏側に切欠き（Kissing　Bond）Ｅが形成される慮れがあった。これにより、接合部における引張強度が低下するとともに、水密性及び気密性の低下をも招来していた。
　また同様に、図３５の（ｃ）に示すように、金属部材１０５の側面と、金属部材１０５の端面を突き合わせて垂直に接合する場合、突合部Ｊに対して金属部材１０５，１０５の外側から摩擦攪拌を行うと、金属部材１０５，１０５の収縮により、一方の金属部材１０５が反ってしまうという問題があった。また、金属部材１０５，１０５の接合部の内側の角部分（入隅部）には、切欠きＥが形成されるという問題があった。
　ここで、例えば、金属部材１０１，１０１の裏側又は金属部材１０５，１０５の内側から摩擦攪拌を行えば、かかる問題は解消される。しかし、例えば、筒状を呈する構造体の内側から摩擦攪拌をする場合や、図３５の（ｃ）のように入隅部を摩擦攪拌する場合など、接合する金属部材同士の突き合わせの形態によっては、摩擦攪拌装置の取り合い等により回転ツールを適切に可動させることが困難となるという問題があった。
　このような観点から、本発明は、一対の金属部材同士の突合部を容易に接合するとともに、気密性及び水密性を高めることが可能な接合方法を提供することを課題とする。
　このような課題を解決する本発明に係る接合方法は、一対の金属部材同士を突き合わせてなる突合部の接合方法であって、前記突合部に対して一方の面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を行った後、前記突合部に対して他方の面側から溶接を行う溶接工程を含むことを特徴とする。
　かかる接合方法によれば、一対の金属部材同士の一方の面から摩擦攪拌を行なった後、他方の面からは溶接を行うため、仮に切欠きが形成されたとしても溶接金属で密閉することができるため、水密性及び気密性を高めることができる。また、溶接によれば、装置の取り合い等の問題が解消されるため比較的容易に接合作業を行うことができる。
　また、本発明は、複数の金属部材を突き合わせて形成された筒状の構造体において、前記金属部材同士を突き合わせてなる突合部の接合方法であって、前記突合部に対して前記構造体の外面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を行った後、前記突合部に対して前記構造体の内面側から溶接を行う溶接工程を含むことを特徴とする。
　かかる接合方法によれば、構造体の外側から摩擦攪拌を行なった後、構造体の内側からは溶接を行うため、仮に構造体の内面に切欠きが形成されたとしても溶接金属で密閉することができるため、水密性及び気密性を高めることができる。また、溶接によれば、金属部材に囲まれた構造体であっても構造体の内側から比較的容易に接合作業を行うことができる。
　また、前記摩擦攪拌工程において形成された塑性化領域と、前記溶接工程において形成された溶接金属とが接触することが好ましい。かかる接合方法によれば、突合部の深さ方向の全長に亘って密閉されるため、接合部の水密性及び気密性をより高めることができる。
　また、前記溶接工程では、前記他方の面に現れる突合部に沿って形成された凹部に、溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことが好ましい。また、前記溶接工程では、前記構造体の内面に現れる突合部に沿って形成された凹部に、溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、溶接の作業性を高めることができる。
　また、前記摩擦攪拌工程において、大型の回転ツールによって本接合を行う本接合工程を行う前に、小型の回転ツールによって仮接合を行う仮接合工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、本接合を行う際の突合部の目開きを防止することができる。
　また、前記摩擦攪拌工程において、前記突合部の両側に一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、前記タブ材と前記金属部材との突合部に沿って摩擦攪拌を行うタブ材仮接合工程とを含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、タブ材を用いることで、回転ツールの挿入位置、離脱位置の設定が容易になる。
　また、前記摩擦攪拌工程において、摩擦攪拌を行う回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成する下穴形成工程を含むことが好ましい。かかる接合工程によれば、回転ツールを押し込む際の圧入抵抗を低減することができる。これにより、摩擦攪拌接合の精度を高めるとともに、迅速に接合作業を行うことができる。
　また、本発明は、一対の金属部材同士を突き合わせてなる突合部の接合方法であって、前記突合部に対して他方の面側から溶接を行う溶接工程を行った後、前記突合部に対して一方の面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を含むことを特徴とする。
　かかる接合方法によれば、一方の面側から行う摩擦攪拌工程に先だって、他方の面側から溶接を行うことで、他方の面側を仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができる。これにより、摩擦攪拌を行う面の裏面（他方の面）側に発生しがちな切欠きの発生を防止することができるため、接合部分の金属部材の水密性及び気密性を高めることができる。また、他方の面側から溶接を行うことで、装置の取り合い等の問題が解消されるため、比較的容易に接合作業を行うことができる。また、摩擦攪拌工程では一対の金属部材同士を仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができるため、作業性を高めることができる。
　また、複数の金属部材を突き合わせて形成された筒状の構造体において、前記金属部材同士を突き合わせてなる突合部の接合方法であって、前記突合部に対して前記構造体の内面側から溶接を行う溶接工程を行った後、前記突合部に対して前記構造体の外面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を含むことが好ましい。
　かかる接合方法によれば、構造体の外面側から行う摩擦攪拌工程に先だって、構造体の内面側から溶接を行うことで、内面側を仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができる。これにより、摩擦攪拌を行う面の裏面（構造体の内面）側に発生しがちな切欠きの発生を防止することができるため、接合部分の金属部材の水密性及び気密性を高めることができる。また、構造体の内面側から溶接を行うことで、構造体の内部を接合する際の装置の取り合い等の問題が解消されるため、比較的容易に接合作業を行うことができる。また、摩擦攪拌工程では一対の金属部材同士を仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができるため、作業性を高めることができる。
　本発明に係る接合方法は、一対の金属部材同士の突合部を容易に接合するとともに、気密性及び水密性を高めることができる。
第一実施形態に係る構造体を示した斜視図である。 第一実施形態に係る構造体を示した平面図である。 第一実施形態に係る中間部材を示した図であって、（ａ）は、分解斜視図、（ｂ）は、平面図である。 第一実施形態に係る突合工程を示した斜視図である。 （ａ）は、第一実施形態に係る突合工程後を示した斜視図であって、（ｂ）は、第一実施形態に係る溝部形成工程を示した斜視図である。 第一実施形態に係るタブ材配置工程を示した斜視図である。 （ａ）は、小型回転ツールを示した側面図であり、（ｂ）は、大型回転ツールを示した側面図である。 第一実施形態に係る仮接合工程を示した平面図である。 第一実施形態に係る本接合工程を示した平面図である。 図９のＩ－Ｉ線断面図である。 第一実施形態に係る溶接工程を示した側面図である。 第一実施形態に係る継手部材挿入工程を示した斜視図である。 第一実施形態に係るタブ材配置工程を示した斜視図である。 第一実施形態に係る外側仮接合工程を示した平面図である。 第一実施形態に係る外側本接合工程を示した図であって、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のII－II線断面図である。 （ａ）は、第二実施形態に係る凹部形成工程を示した側面図であって、（ｂ）は、第二実施形態に係る溶接金属充填工程を示した側面図である。 （ａ）は、第三実施形態に係る構造体を外側から見た斜視図、（ｂ）は、第三実施形態に係る構造体を内側から見た斜視図である。 第四実施形態に係る構造体を示した分解斜視図である。 （ａ）は、第四実施形態の摩擦攪拌工程を示した斜視図であって、（ｂ）は、第四実施形態の溶接工程を示した一部透視斜視図である。 第五実施形態に係る突合工程を示した正面図である。 第五実施形態に係る溶接工程を示した斜視図である。 第五実施形態に係る摩擦攪拌工程の準備段階を示した斜視図である。 （ａ）は、図２２の一部の拡大斜視図であり、（ｂ）は、溝部形成工程を示した斜視図である。 第五実施形態に係るタブ材配置工程を示した斜視図である。 第五実施形態に係る仮接合工程を示した平面図である。 第五実施形態に係る本接合工程を示した平面図である。 図２６のＩ－Ｉ線断面図である。 第六実施形態に係る溶接工程を示した図であって、（ａ）は、凹部形成工程、（ｂ）は溶接金属充填工程を示す。 （ａ）は、第七実施形態に係る突合工程を示した斜視図、（ｂ）は、第七実施形態に係る溶接工程を示した斜視図である。 （ａ）は、第七実施形態に係るタブ材配置工程、（ｂ）は、第七実施形態に係る摩擦攪拌工程を示した斜視図である。 （ａ）は、第八実施形態に係る被接合金属部材の分解図であり、（ｂ）は、第八実施形態に係る突合工程を示した図であり、（ｃ）は、第八実施形態に係る溶接工程及び摩擦攪拌工程を示した図である。 第八実施形態に係る構造体を示した斜視図である。 第九実施形態に係る被接合金属部材の分解斜視図である。 （ａ）は、第九実施形態に係る溶接工程を示した斜視図であり、（ｂ）は、第九実施形態に係る摩擦攪拌工程を示した斜視図である。 従来の接合方法を示した断面図である。
符号の説明
　１　　　構造体
　１１～１４　平板
　３１　　タブ材
　３２　　タブ材
　Ｆ　　　小型回転ツール
　Ｇ　　　大型回転ツール
　Ｈ１～Ｈ４　壁部材
　Ｊ　　　突合部
　Ｍ１　　凹部
　Ｐ１　　下穴
　Ｒ１～Ｒ４　角部材
　Ｔ　　　溶接金属
　Ｗ　　　塑性化領域
［第一実施形態］
　本発明に係る接合方法について図面を用いて詳細に説明する。本実施形態に係る接合方法については、図１に示すように、４つの壁部材Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４によって囲まれて形成された筒状を呈する構造体１を製造する場合を例にして説明する。なお、説明においては、構造体１の中空部側を内側、反対側を外側とする。また、構造体１の内側を構成する面を内面、外側を構成する面を外面とする。
　本実施形態に係る構造体１は、図１及び図２に示すように、内部に断面視略矩形の中空部を備える筒状体である。構造体１は、構造体１の四隅を構成し平面視略Ｌ字状を呈する角部材Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と、角部材Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の間にそれぞれ介設される平板１１，１２，１３，１４とからなり、各部材の側端面同士が接合されている。角部材Ｒ１～Ｒ４及び平板１１～１４は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。
　壁部材Ｈ１は、離間して配置された角部材Ｒ１，Ｒ４と、角部材Ｒ１，Ｒ４の間に配置された平板１１とで構成されている。壁部材Ｈ２は、角部材Ｒ１，Ｒ２の間に配置された平板１２で構成されている。壁部材Ｈ３は、離間して配置された角部材Ｒ２，Ｒ３と、角部材Ｒ２，Ｒ３の間に配置された平板１３とで構成されている。壁部材Ｈ４は、角部材Ｒ３，Ｒ４の間に配置された平板１４と、継手部材Ｕ，Ｕとで構成されている。
　角部材Ｒ４の一方の側端面と平板１１の他方の側端面との突合部Ｊ１及び角部材Ｒ１の他方の側端面と平板１１の一方の側端面との突合部Ｊ２は、壁部材Ｈ１の外側（外面）及び内側（内面）から摩擦攪拌されており、摩擦攪拌により形成された各塑性化領域の先端側が重複して形成されている。なお、塑性化領域とは、後記する回転ツールの摩擦熱によって加熱されて現に塑性化している状態と、接合用回転ツールが通り過ぎて常温に戻った状態の両方を含むこととする。
　また同様に、角部材Ｒ１の一方の側端面と平板１２の他方の側端面との突合部Ｊ３及び角部材Ｒ２の他方の側端面と平板１２の一方の側端面との突合部Ｊ４、角部材Ｒ２の一方の側端面と平板１３の他方の側端面との突合部Ｊ５及び角部材Ｒ３の他方の側端面と平板１３の一方の側端面との突合部Ｊ６は、各壁部材の外面側及び内面側から摩擦攪拌されており、摩擦攪拌により形成された各塑性化領域の先端側が重複して形成されている。
　一方、角部材Ｒ３の一方の側端面と平板１４の他方の側端面との突合部Ｊ７及び角部材Ｒ４の他方の側端面と平板１４の一方の側端面との突合部Ｊ８は、壁部材Ｈ４の内面側から溶接された後、外面側から摩擦攪拌が行なわれていることを特徴とする。
　以下、本実施形態の接合方法について詳細に説明する。なお、壁部材Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３からなる断面視Ｕ字状の中間部材については、従来の摩擦攪拌接合と略同等であるから、簡単に説明する。
　本実施形態に係る接合方法は、（１）中間部材接合工程、（２）突合工程、（３）溝部形成工程、（４）摩擦攪拌工程、（５）溶接工程、（６）継手部材挿入工程、（７）外側仮接合工程、（８）外側本接合工程を主に含むものである。
（１）中間部材接合工程
　中間部材接合工程は、構造体１の中間体である中間部材２０（図３の（ｂ）参照）を形成する工程である。中間部材２０は、構造体１から平板１４のみ取り除いた部材であって、断面視略Ｕ字状を呈する。中間部材２０は、対向配置された壁部材Ｈ１及び壁部材Ｈ３と、壁部材Ｈ１と壁部材Ｈ３の間に介設される平板１２（壁部材Ｈ２）とを有する。中間部材接合工程では、壁部材Ｈ１、壁部材Ｈ３をそれぞれ形成した後、平板１２と壁部材Ｈ１及び壁部材Ｈ３とを接合する。
　角部材Ｒ４の一方の側端面と平板１１の他方の側端面との突合部Ｊ１は、突合部Ｊ１の長手方向の全長に亘って、壁部材Ｈ１の内面側及び外面側から摩擦攪拌によって接合されている。また、突合部Ｊ１に形成された塑性化領域Ｗ１，Ｗ１の先端側（平板１１の厚さ方向中央部）は、重複している。これにより、突合部Ｊ１の深さ方向の隙間を全て摩擦攪拌することができるため、気密性及び水密性を高めることができる。同様に、角部材Ｒ１の他方の側端面と平板１１の一方の側端面との突合部Ｊ２は、突合部Ｊ２の長手方向の全長に亘って、内面側及び外面側から摩擦攪拌が行われており、塑性化領域Ｗ２，Ｗ２の先端側が重複している。
　角部材Ｒ２の一方の側端面と平板１３の他方の側端面との突合部Ｊ５は、突合部Ｊ５の長手方向の全長に亘って、壁部材Ｈ３の内面側及び外面側から摩擦攪拌によって接合されている。また、突合部Ｊ５に形成された塑性化領域Ｗ５，Ｗ５の先端側（平板１３の厚さ方向中央部）は、重複している。これにより、突合部Ｊ５の深さ方向の隙間を全て摩擦攪拌することができるため、気密性及び水密性を高めることができる。同様に、角部材Ｒ３の他方の側端面と平板１３の一方の側端面との突合部Ｊ６は、突合部Ｊ６の長手方向の全長に亘って、外面側及び内面側から摩擦攪拌が行われており、塑性化領域Ｗ６，Ｗ６の先端側が重複している。
　平板１２は、図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、角部材Ｒ１と角部材Ｒ２との間に介設される。平板１２の他方の側端面と角部材Ｒ１の一方の側端面との突合部Ｊ３は、突合部Ｊ３の長手方向の全長に亘って、平板１２の内面側及び外面側から摩擦攪拌によって接合されている。突合部Ｊ３に形成された塑性化領域Ｗ３，Ｗ３の先端側（平板１２の厚さ方向中央部）は、重複している。これにより、突合部Ｊ３の深さ方向の隙間を全て摩擦攪拌することができるため、気密性及び水密性を高めることができる。同様に、角部材Ｒ２の他方の側端面と平板１２の一方の側端面との突合部Ｊ４は、突合部Ｊ４の長手方向の全長に亘って、平板１２の内面側及び外面側から摩擦攪拌が行われており、塑性化領域Ｗ４，Ｗ４の先端側が重複している。
　図３の（ｂ）に示すように、中間部材２０の一部には、平板１４が挿入される開口部２１が形成されている。なお、本実施形態においては、中間部材２０の各突合部において、外面側及び内面側の両面側から摩擦攪拌を行ったが、これに限定されるものではない。例えば、中間部材２０の外面側及び内面側のいずれか一方側から溶接を行い、他方側から摩擦攪拌を行ってもよい。
（２）突合工程
　突合工程では、図４に示すように、中間部材２０の開口部２１（図３の（ｂ）参照）に平板１４を挿入する。平板１４の幅は、開口部２１の幅と略同等に形成されている。即ち、開口部２１に平板１４を挿入すると、開口部２１に現れる一対の側端面Ｒ３ｂ，Ｒ４ａと平板１４の両側端面１４ａ，１４ｂとが突き合わされる。図４に示すように、平板１４の他方の側端面１４ａと角部材Ｒ３の一方の側端面Ｒ３ｂとが突き合わされて突合部Ｊ７が形成されている。一方、平板１４の一方の側端面１４ｂと角部材Ｒ４の他方の側端面Ｒ４ａとが突き合わされて突合部Ｊ８が形成されている。
　なお、平板１４と角部材Ｒ４とが突き合わされて形成された金属部材を以下、被接合金属部材Ｎともいう。また、被接合金属部材Ｎの外側の面を外面Ａ、内側の面を内面Ｂ、一方の端面を第一端面Ｃ、他方の端面を第二端面Ｄともいう。
　突合工程の際、図４及び図５の（ａ）に示すように、中間部材２０の内側に裏当台２５を配置するのが好ましい。裏当台２５は、中間部材２０の内側から平板１４を支持する部材である。裏当台２５は、離間して配置された第一裏当材２５ａ，第二裏当材２５ｂと、第一裏当材２５ａ及び第二裏当材２５ｂの間に立設された縦部材２５ｃ，２５ｃとからなる。第一裏当材２５ａの外側の面から第二裏当材２５ｂの外側の面までの距離は、平板１２の内側の面から平板１４の内側の面（図２参照）までの距離と略同等に形成されている。裏当台２５は、本実施形態においては、突合部Ｊ７，Ｊ８ごとに一つずつ設ける。
　なお、以下に記載する（３）溝部形成工程、（４）摩擦攪拌工程、（５）溶接工程、（６）継手部材挿入工程、（７）外側仮接合工程、（８）外側本接合工程は、突合部Ｊ７及び突合部Ｊ８に対して行なう工程であるが、作業内容は両突合部ともに略同等であるため、突合部Ｊ８を例にして説明する。
（３）溝部形成工程
　溝部形成工程では、突合部Ｊ８に対して被接合金属部材Ｎの外面Ａに溝部Ｋを形成する。溝部形成工程は、図５の（ｂ）に示すように、公知のエンドミル等を用いて突合部Ｊ８に沿って所定の幅、深さで切り欠いて溝部Ｋ形成する。溝部Ｋは、本実施形態においては、断面視矩形で形成するが他の形状であってもよい。
（５）摩擦攪拌工程
　摩擦攪拌工程では、図５の（ｂ）に示すように、溝部Ｋの底面に現れる突合部Ｊ８に沿って大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。摩擦攪拌工程は、本実施形態では、一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、突合部Ｊ８に対して仮接合を行う仮接合工程と、本接合工程の挿入予定位置に下穴を形成する下穴形成工程と、突合部Ｊ８に対して本接合を行う本接合工程とを含む。
　ここで、図７を参照して、各摩擦攪拌に用いる小型の回転ツール（以下、「小型回転ツールＦ」という。）及び小型回転ツールＦよりも大型の回転ツール（以下、「大型回転ツールＧ」という。）を詳細に説明する。
　図７の（ａ）に示す小型回転ツールＦは、工具鋼など被接合金属部材Ｎよりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｆ１と、このショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｆ２とを備えて構成されている。小型回転ツールＦの寸法・形状は、被接合金属部材Ｎの材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、大型回転ツールＧ（図８の（ｂ）参照）よりも小型にする。このようにすると、大型回転ツールＧを用いる場合よりも小さな負荷で摩擦攪拌接合を行うことが可能となるので、摩擦攪拌装置に掛かる負荷を低減することが可能となり、さらには、小型回転ツールＦの移動速度（送り速度）を大型回転ツールＧの移動速度よりも高速にすることも可能になるので、摩擦攪拌接合に要する作業時間やコストを低減することが可能となる。
　ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位であり、本実施形態では、凹面状に成形されている。ショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。
　攪拌ピンＦ２は、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンＦ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。攪拌ピンＦ２の外径の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、最大外径（上端径）Ｘ２が大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の最大外径（上端径）Ｙ２よりも小さく、かつ、最小外径（下端径）Ｘ３が攪拌ピンＧ２の最小外径（下端径）Ｙ３よりも小さくなっている。また、攪拌ピンＦ２の長さＬＡは、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬＢよりも小さくなっている。
　図７の（ｂ）に示す大型回転ツールＧは、工具鋼など被接合金属部材Ｎよりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｇ１と、このショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｇ２とを備えて構成されている。
　ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１は、小型回転ツールＦと同様に、凹面状に成形されている。攪拌ピンＧ２は、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。
　タブ材配置工程では、図６及び図８に示すように、被接合金属部材Ｎの両端面に一対のタブ材を配置する。第一タブ材３１及び第二タブ材３２は、突合部Ｊ８を挟むように配置されるものであり、それぞれ第一端面Ｃ及び第二端面Ｄに現れる突合部Ｊ８を覆うことができる寸法・形状を備えている。第一タブ材３１及び第二タブ材３２は、本実施形態においては、裏当台２５の第一裏当材２５ａに配置されている。第一タブ材３１及び第二タブ材３２の表面は、溝部Ｋの底面と面一に形成されている。第一タブ材３１及び第二タブ材３２の材質に特に制限はないが、本実施形態では被接合金属部材Ｎと同一組成の金属材料で形成している。
　また、被接合金属部材Ｎと第一タブ材３１及び第二タブ材３２とは溶接により接合されている。これにより、後記する摩擦攪拌を行った際に、被接合金属部材Ｎと各タブ材とが目開きすることを防止することができる。
　仮接合工程では、溝部Ｋの底面に現れる突合部Ｊ８に沿って小型回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行う。即ち、図８に示すように、第一タブ材３１の適所に設けた開始位置ＳＰ１の直上に小型回転ツールＦを位置させ、続いて、小型回転ツールＦを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＦ２（図７の（ａ）参照）を開始位置ＳＰ１に押し付ける。攪拌ピンＦ２の全体が第一タブ材３１に入り込み、かつ、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の全面が第一タブ材３１の表面に接触したら、小型回転ツールＦを回転させつつ仮接合工程の始点ｓ１に向けて相対移動させる。小型回転ツールＦが始点ｓ１に達したら、始点ｓ１で小型回転ツールＦを離脱させずに仮接合工程の終点ｅ１まで移動させる。小型回転ツールＦが終点ｅ１まで達したら小型回転ツールＦを離脱させずに終了位置ＥＰ１まで移動させ、終了位置ＥＰ１で小型回転ツールＦを離脱させる。
　なお、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２が被接合金属部材Ｎと第一タブ材３１との突合部Ｊ３１及び被接合金属部材Ｎと第二タブ材３２との突合部Ｊ３２を横切る際に、被接合金属部材Ｎと各タブ材を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材Ｎと第一タブ材３１及び第二タブ材３２により形成された入隅部を溶接により接合しているので、被接合金属部材Ｎと第一タブ材３１及び第二タブ材３２との間の目開きを防止することができる。仮接合工程の終了位置ＥＰ１は、後記する本接合工程の開始位置ＳＭ１となる。
　また、仮接工程を行う際に、被接合金属部材Ｎと第一タブ材３１との突合部Ｊ３１及び被接合金属部材Ｎと第二タブ材３２との突合部Ｊ３２に沿って、小型回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行ってもよい（タブ材仮接合工程）。これにより、被接合金属部材Ｎと第一タブ材３１及び第二タブ材３２とをより強固に接合することができるため、後記する本接合工程を行う際の目開きをより防ぐことができる。また、タブ材仮接合工程と仮接合工程を一筆書きの要領で連続して摩擦攪拌を行うことで作業性を高めることができる。
　下穴形成工程では、図７の（ｂ）に示すように、後記する本接合工程における摩擦攪拌の開始位置に下穴Ｐ１を形成する工程である。即ち、本実施形態に係る下穴形成工程においては、第二タブ材３２の表面に設定された開始位置ＳＭ１に下穴Ｐ１を形成する。
　下穴Ｐ１は、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の挿入抵抗（圧入抵抗）を低減する目的で設けられるものであり、本実施形態では、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を離脱させたときに形成される抜き穴ｎ１を図示せぬドリルなどで拡径することで形成される。抜き穴ｎ１を利用すれば、下穴Ｐ１の形成工程を簡略化することが可能となるので、作業時間を短縮することが可能となる。下穴Ｐ１の形態に特に制限はないが、本実施形態では、円筒状としている。なお、本実施形態では、第二タブ材３２に下穴Ｐ１を形成しているが、下穴Ｐ１の位置に特に制限はなく、第一タブ材３１に形成してもよく、好適には、本実施形態の如く溝部Ｋの底面に現れる継ぎ目（境界線）の延長線上に形成することが望ましい。
　本接合工程では、大型回転ツールＧを用いて突合部Ｊ８を本格的に接合する。本実施形態に係る本接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の突合部Ｊ８に対して被接合金属部材Ｎの外面Ａ側から摩擦攪拌を行う。
　本接合工程では、図９に示すように、開始位置ＳＭ１に大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入（圧入）し、挿入した攪拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ１まで移動させる。即ち、本接合工程では、下穴Ｐ１から摩擦攪拌を開始し、終了位置ＥＭ１まで連続して摩擦攪拌を行う。
　なお、本実施形態では、第二タブ材３２に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を設け、第一タブ材３１に終了位置ＥＭ１を設けているが、開始位置ＳＭ１と終了位置ＥＭ１の位置を限定する趣旨ではない。
　図９を参照して本接合工程をより詳細に説明する。
　まず、開始位置ＳＭ１（下穴Ｐ１）の直上に大型回転ツールＧを位置させ、続いて、大型回転ツールＧを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＧ２の先端を下穴Ｐ１に挿入する。攪拌ピンＧ２の全体が第二タブ材３２に入り込み、かつ、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の全面が第二タブ材３２の表面に接触したら、摩擦攪拌を行いながら突合部Ｊ８の一端に向けて大型回転ツールＧを相対移動させ、突合部Ｊ８に突入させる。大型回転ツールＧを移動させると、その攪拌ピンＧ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＧ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して塑性化領域（以下、「溝部塑性化領域Ｗ８」という。）が形成される（図１０参照）。
　被接合金属部材Ｎへの入熱量が過大になる虞がある場合には、大型回転ツールＧの周囲に溝部Ｋの底面（外面Ａ側）から水を供給するなどして冷却することが望ましい。なお、角部材Ｒ４及び平板１４の間に冷却水が入り込むと、接合面に酸化皮膜を発生させる虞があるが、本実施形態においては、仮接合工程を実行して角部材Ｒ４と平板１４の間の目地を閉塞しているので、角部材Ｒ４と平板１４の間の目地に冷却水が入り込み難く、接合部の品質を劣化させる虞がない。
　被接合金属部材Ｎの突合部Ｊ８では、被接合金属部材Ｎの継ぎ目上における移動軌跡上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って大型回転ツールＧを相対移動させることで、突合部Ｊ８の一端から他端まで連続して摩擦攪拌を行う。突合部Ｊ８の他端まで大型回転ツールＧを相対移動させたら、摩擦攪拌を行いながらそのまま終了位置ＥＭ１に向けて相対移動させる。大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ１に達したら、大型回転ツールＧを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ１から離脱させる。本接合工程が終了したら、溝部Ｋの底面に発生したバリ等を切削して底面を平滑にすることが好ましい。また、本接合工程が終了したら、一対のタブ材を切削除去する。
（５）溶接工程
　溶接工程は、被接合金属部材Ｎの内面Ｂ側から突合部Ｊ８に沿って溶接を行なう工程である。溶接工程では、図１１に示すように、裏当台２５を一旦取り外し、溝部塑性化領域Ｗ８の内側からＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行って、突合部Ｊ８に沿って溶接金属Ｔ１を形成する。肉盛溶接は、被接合金属部材Ｎの内面Ｂから溶接金属Ｔ１が突出する程度に行う。溶接工程を行うことで、仮に溝部塑性化領域Ｗ８の内側に切欠き（Kissing　Bond）が形成されている場合であっても、当該切欠きを密閉することができるため、接合部分の強度や水密性及び気密性を高めることができる。また、摩擦攪拌工程によって接合部に収縮が起こり、角部材Ｒ４及び平板１４が同一平面上に形成されない場合であっても、被接合金属部材Ｎの内面Ｂ側からから溶接を行なうことで、当該収縮による変形を是正することができる。
　なお、溶接金属Ｔ１のうち、内面Ｂから突出する部分Ｔ１’を切削することが好ましい。これにより、内面Ｂを平滑に形成することができる。
（６）継手部材挿入工程
　継手部材挿入工程は、図１２に示すように、溝部Ｋに継手部材Ｕを挿入する工程である。継手部材Ｕの幅、深さ及び長さは、溝部Ｋの幅、深さ及び長さとそれぞれ略同等の寸法で形成されるとともに、被接合金属部材Ｎと同等の組成からなる金属で形成されている。即ち、溝部Ｋに継手部材Ｕを挿入すると、継手部材Ｕの表面と被接合金属部材Ｎの外面Ａとが面一になるとともに、継手部材Ｕの両端面は、被接合金属部材Ｎの第一端面Ｃ及び第二端面Ｄと面一に形成される。継手部材挿入工程においては、前記した溶接工程によって被接合金属部材Ｎの歪みが是正されているため、溝部Ｋの底面が略水平に形成されている。これにより、継手部材Ｕを好適に挿入することができる。
（８）外側仮接合工程
　外側仮接合工程では、図１３及び図１４に示すように、平板１４と継手部材Ｕとの突合部Ｊ８ａ及び角部材Ｒ４と継手部材Ｕとの突合部Ｊ８ｂに沿って小型回転ツールＦを用いて仮接合を行なう。本実施形態における外側仮接合工程は、一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、突合部Ｊ８ａ及び突合部Ｊ８ｂに対して小型回転ツールＦを用いて仮接合を行なう外側仮接合工程と、大型回転ツールＧの挿入予定位置に下穴を形成する下穴形成工程を含むものである。
　タブ材配置工程は、図１３及び図１４に示すように、被接合金属部材Ｎの第一端面Ｃ及び第二端面Ｄに第一タブ材３３及び第二タブ材３４を配置する。第一タブ材３３及び第二タブ材３４は、突合部Ｊ８、突合部Ｊ８ａ及び突合部Ｊ８ｂを挟むように配置されるものであり、それぞれ第一端面Ｃ及び第二端面Ｄに現れる各突合部を覆うことができる寸法・形状を備えている。第一タブ材３３及び第二タブ材３４は、本実施形態においては、裏当台２５の第一裏当材２５ａに配置されている。第一タブ材３３及び第二タブ材３４の表面は、被接合金属部材Ｎの外面Ａと略同等に形成されている。第一タブ材３３及び第二タブ材３４の材質に特に制限はないが、本実施形態では被接合金属部材Ｎと同一組成の金属材料で形成している。
　外側仮接合工程では、被接合金属部材Ｎの外面Ａに現れる突合部Ｊ８ａ及び突合部Ｊ８ｂに沿って小型回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行う。外側仮接合工程は、本実施形態においては、図１４に示すように、第一タブ材３３に設定された開始位置ＳＰ２から、第一タブ材３３に設定された終了位置ＥＰ２まで一筆書きの要領で小型回転ツールＦを相対移動させて摩擦攪拌を行う。
　即ち、外側仮接合工程は、第一タブ材３３と被接合金属部材Ｎとの突合部Ｊ３３を接合する第一タブ材仮接合工程と、平板１４と継手部材Ｕとの突合部Ｊ８ａを接合する第一外側仮接合工程と、第二タブ材３４と被接合金属部材Ｎとの突合部Ｊ３４を接合する第二タブ材仮接合工程と、角部材Ｒ４と継手部材Ｕとの突合部Ｊ８ｂを接合する第二外側仮接合工程を含むものである。
　第一タブ材仮接合工程は、第一タブ材３３に設定した開始位置ＳＰ２に小型回転ツールＦを押圧した後、小型回転ツールＦを第一タブ材仮接合工程の始点ｓ３３に相対移動させる。小型回転ツールＦが始点ｓ３３に達したら、突合部Ｊ３３に沿って、第一タブ材仮接合工程の終点ｅ３３まで移動させる。小型回転ツールＦが終点ｅ３３に達したら、小型回転ツールＦを離脱させずに、一旦第一タブ材３３に入り込ませ、第一外側仮接合工程の始点ｓ１４まで移動させる。
　なお、小型回転ツールＦを右回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の左側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の右側に被接合金属部材Ｎが位置するように第一タブ材仮接合工程の始点ｓ３３と終点ｅ３３の位置を設定することが望ましい。このようにすると、被接合金属部材Ｎ側に空洞欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。
　ちなみに、小型回転ツールＦを左回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の右側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の左側に被接合金属部材Ｎが位置するように第一タブ材仮接合工程の始点と終点の位置を設定することが望ましい。具体的には、図示は省略するが、小型回転ツールＦを右回転させた場合の終点ｅ３３の位置に始点を設け、小型回転ツールＦを右回転させた場合の始点ｓ３３の位置に終点を設ければよい。
　小型回転ツールＦが第一外側仮接合工程の始点ｓ１４に達したら、そのまま第一外側仮接合工程に移行して、突合部Ｊ８ａに沿って小型回転ツールＦを移動させる。小型回転ツールＦが第一外側仮接合工程の終点ｅ１４に達したら、一旦第二タブ材３４に入りこませて、第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３４まで移動させる。小型回転ツールＦが始点ｓ３４に達したら、突合部Ｊ３４に沿って第二タブ材仮接合工程の終点ｅ３４まで小型回転ツールＦを移動させる。
　小型回転ツールＦが終点ｅ３４に達したら、小型回転ツールＦを離脱させずに、第二外側仮接合工程の始点ｓＲ４まで移動させる。小型回転ツールＦがｓＲ４に達したら、突合部Ｊ８ｂに沿って小型回転ツールＦを移動させて、そのまま第二外側仮接合工程に移行する。小型回転ツールＦが第二外側仮接合工程の終点ｅＲ４に達したら、そのまま第一タブ材３３に突入させ、終了位置ＥＰ２で小型回転ツールＦを離脱させる。なお、終了位置ＥＰ２は、後記する外側本接合工程の開始位置ＳＭ２でもある。
　外側仮接合工程が終了したら、終了位置ＥＰ２に形成された抜き穴（図示省略）を利用して下穴を形成する。下穴形成工程は、前記したものと略同等であるから説明を省略する。
（９）外側本接合工程
　外側本接合工程は、被接合金属部材Ｎの外面Ａに現れる突合部Ｊ８ａ及びＪ８ｂを本格的に接合する工程である。本実施形態に係る外側本接合工程は、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の突合部Ｊ８ａ及び突合部Ｊ８ｂに対して被接合金属部材Ｎの外面Ａ側から摩擦攪拌を行う。
　外側本接合工程では、図１５の（ａ）に示すように、開始位置ＳＭ２に大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入し、挿入した攪拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ２まで移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材３３に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ２及び終了位置ＥＭ２を設けているが、開始位置ＳＭ２と終了位置ＥＭ２の位置を限定する趣旨ではない。
　図１５（ａ）及び（ｂ）を参照して外側本接合工程をより詳細に説明する。
　まず、図１５（ａ）に示すように、下穴（開始位置ＳＭ２）の直上に大型回転ツールＧを位置させ、続いて、大型回転ツールＧを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＧ２の先端を下穴に挿入する。攪拌ピンＧ２の全体が第一タブ材３３に入り込み、かつ、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の全面が第一タブ材３３の表面に接触したら、摩擦攪拌を行いながら突合部Ｊ８ｂの一端に向けて大型回転ツールＧを相対移動させ、突合部Ｊ８ｂに突入させる。大型回転ツールＧを移動させると、その攪拌ピンＧ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＧ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して塑性化領域（以下、「外側塑性化領域Ｗ８’」という。）が形成される。
　そして、形成された外側塑性化領域Ｗ８’が突合部Ｊ３４及び突合部Ｊ３３に接触しないように大型回転ツールＧを往復（本実施形態では二往復）させて突合部Ｊ８ｂ及び突合部Ｊ８ａに沿って連続的に摩擦攪拌を行う。最後に、突合部Ｊ３３を通過させて第一タブ材３３に設定された終了位置ＥＭ２で大型回転ツールＧを離脱させる。
　図１５の（ｂ）に示すように、外側塑性化領域Ｗ８’の先端側は、溝部Ｋの底面に接触するように摩擦攪拌することが好ましい。かかる構成により、突合部Ｊ８ａ及び突合部Ｊ８ｂの深さ方向の全長に亘って摩擦攪拌を行うことができる。また、大型回転ツールＧをずらしながら往復させることで、継手部材Ｕの下面と溝部Ｋの底面との界面を全面に亘って摩擦攪拌することができるため、水密性及び気密性をより高めることができる。
　なお、外側塑性化領域Ｗ８’が突合部Ｊ３４及び突合部Ｊ３３に接触しないように大型回転ツールＧを往復させることで、突合部Ｊ３４及び突合部Ｊ３３の酸化皮膜の巻き込みを防止することができる。
　以上説明した本実施形態の接合方法によれば、図１１に示すように、平板１４と角部材Ｒ４の突合部Ｊ８に対して被接合金属部材Ｎ（構造体１）の外側から摩擦攪拌を行なった後、内側からは溶接を行うため、仮に内面Ｂに現れる突合部Ｊ８に切欠き（図３５の（ｂ）、（ｃ）参照）が形成されたとしても溶接金属Ｔ１で密閉することができるため、水密性及び気密性を高めることができるとともに、接合部分の接合強度を高めることができる。また、溶接によれば、本実施形態のように例えば四方を壁部材に囲まれた構造体１であっても、機械の取り合い等の制限を受けることなく内側から比較的容易に接合作業を行うことができる。
　また、溝部塑性化領域Ｗ８と溶接金属Ｔ１が接触することにより、突合部Ｊ８の深さ方向の全長に亘って密閉することができる。また、摩擦攪拌工程及び外側本接合工程の各工程を行う前に、仮接合工程を行うことで、突合部を本接合する際の目開きを防止することができる。
　以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。他の実施形態の説明においては、第一実施形態と重複する説明は省略する。
　例えば、第一実施形態においては、継手部材Ｕを用いて接合を行ったが、被接合金属部材Ｎの壁部材の厚みが大きい場合は、複数個の継手部材Ｕ及び溝部Ｋによって接合を行ってもよい。一方、被接合金属部材Ｎの厚みが小さい場合は、継手部材Ｕを用いずに、被接合金属部材Ｎの外側から摩擦攪拌を行なった後、内側から溶接を行えばよい。
［第二実施形態］
　また、例えば、図１６に示すように、前記した溶接工程を行う際に、溝部塑性化領域Ｗ８の先端側（被接合金属部材Ｎの内面Ｂ）において、突合部Ｊ８に沿って凹部Ｍ１を形成する凹部形成工程と、凹部Ｍ１に溶接金属Ｔ２を充填する溶接金属充填工程を含んでもよい。かかる接合方法によれば、溶接を行う際の作業性を高めることができる。また、溶接金属Ｔ２のうち、被接合金属部材Ｎの内面Ｂから突出する部分（Ｔ２’）を切除することで、内面Ｂを平滑に形成することができる。なお、本実施形態においては、凹部Ｍ１は断面視矩形に形成したが、他の形状であってもよい。
［第三実施形態］
　第三実施形態に係る接合方法は、図１７に示すように、一方の第一金属部材１ａの側面と他方の第二金属部材１ｂの端面とを突き合わせて突合部Ｊ１０が形成されている点で、第一実施形態と相違する。即ち、第一実施形態では、角部材Ｒ１～Ｒ４を用いて、各部材の側端面同士を当接させて構造体を形成したが、本実施形態のように一方の金属部材の側面と他方の金属部材の側端面を突き合わせて構造物を形成してもよい。本実施形態では、例えば、一対の第一金属部材１ａと、一対の第二金属部材１ｂとを突き合わせて断面視矩形の筒状の構造体５０を形成するものとする。
　本実施形態に係る接合方法は、第一金属部材１ａの側面と第二金属部材１ｂの側端面とを突き合わせて形成された突合部Ｊ１０に対して構造体５０（被接合金属部材Ｎ１）の外面Ａ側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、構造体５０の内面Ｂ側から溶接を行う溶接工程とを含むものである。
　本実施形態に係る溶接工程は、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂから形成された被接合金属部材Ｎ１の外面Ａから摩擦攪拌を行なった後、入隅部Ｉ（第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂの内側の角部分）に対して溶接を行う。即ち、溶接によって被接合金属部材Ｎの内面に現れる突合部Ｊ１０の全長に亘って溶接金属Ｔ３を形成する。これにより、仮に摩擦攪拌工程において入隅部Ｉに切欠き（図３５の（ｃ）参照）が形成されていたとしても、溶接によって当該切欠きを密閉することができるため、水密性及び気密性を高めることができるとともに、接合部分の強度を高めることができる。また、図３５の（ｃ）に示すように、一方の金属が接合の際の収縮によって反ってしまったとしても、溶接によって当該反りを是正することができる。また、入隅部Ｉに対して摩擦攪拌を行うことは困難であるが、溶接によれば比較的容易に接合作業を行なうことができる。なお、摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域Ｗ１０と、溶接工程で形成された溶接金属Ｔ３とを接触させて、より水密性及び気密性を高めるように形成してもよい。
［第四実施形態］
　第四実施形態に係る接合方法は、図１８及び図１９に示すように、円筒状を呈する筒状部材１０ａと、筒状部材１０ａの端部を覆う蓋部材１０ｂとからなる点で第一実施形態と相違する。本実施形態に係る接合方法は、突合部Ｊ１１に対して摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、入隅部Ｉ’に対して溶接を行う溶接工程とを含むものである。
　本実施形態に係る構造体６０は、筒状部材１０ａの端部と蓋部材１０ｂの一方の面とを突き合わせて形成された突合部Ｊ１１を備えている。摩擦攪拌工程においては、図１９の（ａ）に示すように、突合部Ｊ１１に沿って大型回転ツールＧによって右回転させながら、蓋部材１０ｂの正面側からみて反時計回りに移動させて摩擦攪拌を行う。
　摩擦攪拌工程を行なった後、図１９の（ｂ）に示すように、構造体６０の内部の入隅部Ｉ’に対して溶接を行う。入隅部Ｉ’に対して溶接金属Ｔ３を形成することにより、接合部の強度を高めるとともに、気密性及び水密性を高めることができる。また、溶接工程によれば、本実施形態に係る円筒状の構造体６０であっても装置の取り合い等の問題が解消されるため比較的容易に接合作業を行うことができる。
　なお、大型回転ツールＧは、蓋部材１０ｂの正面側からみて反時計回りに移動するのが好ましい。これにより、蓋部材１０ｂ側に欠陥ができる可能性が高いため、筒状部材１０ａの気密性及び水密性を高めることができる。また、本実施形態では、筒状部材１０ａと蓋部材１０ｂとを接合しているが、一対の筒状部材１０ａの側端面同士を突き合わせて接合してもよい。
［第五実施形態］
　以下に示す第五実施形態～第九実施形態に係る接合方法は、構造体の内側から溶接工程を行なった後に、外側から摩擦攪拌工程を行う点で第一実施形態～第四実施形態に係る接合方法と相違する。第五実施形態に係る接合方法は、図１に示す構造体１を製造する工程を例に説明する。
　本実施形態に係る接合方法は、（１）中間部材接合工程、（２）突合工程、（３）溶接工程、（４）溝部形成工程、（５）摩擦攪拌工程、（６）継手部材挿入工程、（７）外側仮接合工程、（８）外側本接合工程を主に含むものである。
（１）中間部材接合工程
　中間部材接合工程は、構造体１の中間体である中間部材２０（図３の（ｂ）参照）を形成する工程である。中間部材接合工程は、第一実施形態と同等であるため、説明を省略する。
（２）突合工程
　突合工程では、図２０に示すように、中間部材２０の上下を逆さまにした後、中間部材２０の開口部２１（図３の（ｂ）参照）に平板１４を挿入する。平板１４の幅は、開口部２１の幅と略同等に形成されている。即ち、開口部２１に平板１４を挿入すると、開口部２１に現れる一対の側端面Ｒ３ｂ，Ｒ４ａと平板１４の側端面１４ａ，１４ｂとがそれぞれ突き合わされる。図２０に示すように、平板１４の他方の側端面１４ａと角部材Ｒ３の一方の側端面Ｒ３ｂとの突合面には突合部Ｊ７が形成されている。一方、平板１４の一方の側端面１４ｂと角部材Ｒ４の他方の側端面Ｒ４ａとの突合面には突合部Ｊ８が形成されている。
　なお、以下に記載する（３）溶接工程、（４）溝部形成工程、（５）摩擦攪拌工程、（６）継手部材挿入工程、（７）外側仮接合工程、（８）外側本接合工程は、突合部Ｊ７及び突合部Ｊ８に対して行う工程であるが、作業内容は両突合部ともに略同等であるため、突合部Ｊ８を例にして説明する。
　また、図２１に示すように、平板１４と角部材Ｒ４とが突き合わされて形成された金属部材を、被接合金属部材Ｎ２ともいう。また、被接合金属部材Ｎ２の外側の面を外面Ａ、内側の面を内面Ｂ、一方の端面を第一端面Ｃ、他方の端面を第二端面Ｄ（図２５参照）ともいう。
（３）溶接工程
　溶接工程は、被接合金属部材Ｎ２の内面Ｂ側から突合部Ｊ８に沿って溶接を行う工程である。溶接工程では、図２１に示すように、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行って、突合部Ｊ８に沿って溶接金属Ｔ１を形成する。肉盛溶接は、被接合金属部材Ｎ２の内面Ｂから溶接金属Ｔ１が突出する程度に行う。溶接工程を行うことで、後記する本接合工程（摩擦攪拌工程）を行う際に、突合部Ｊ８の内面Ｂ側に切欠き（Kissing　Bond）が形成されることを防止することができる。なお、溶接金属Ｔ１のうち、内面Ｂから突出する部分は、切削することが好ましい。これにより、内面Ｂを平滑に形成することができる。
（４）溝部形成工程
　溝部形成工程では、図２２及び図２３に示すように、突合部Ｊ８の外面Ａ側に、突合部Ｊ８の長手方向に沿って溝部Ｋを形成する。ここで、溝部形成工程、後記する摩擦攪拌工程、継手部材挿入工程、外側仮接合工程及び外側本接合工程では、中間部材２０の内側に裏当台２５を配置するのが好ましい。溝部形成工程は、第一実施形態と略同等であるため、説明を省略する。
（５）摩擦攪拌工程
　摩擦攪拌工程では、図２３の（ｂ）に示すように、溝部Ｋの底面に現れる突合部Ｊ８に沿って大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。摩擦攪拌工程は、本実施形態では、一対のタブ材を配置するタブ材配置工程（図２４及び図２５参照）と、突合部Ｊ８に対して仮接合を行う仮接合工程（図２５参照）と、本接合工程の挿入予定位置に下穴を形成する下穴形成工程と、突合部Ｊ８に対して本接合を行う本接合工程（図２６参照）とを含む。タブ材配置工程、仮接合工程及び本接合工程は、第一実施形態と略同等であるため、詳細な説明を省略する。
　図２７に示すように、本実施形態に係る本接合工程では、内面Ｂに形成された溶接金属Ｔ１と外面Ａに形成された溝部塑性化領域Ｗ８とが接触するように、摩擦攪拌の深さを設定することが好ましい。これにより、突合部Ｊ８の深さ方向の全長に亘って密閉することができるため、水密性及び気密性を高めることができる。なお、本接合工程が終了したら、溝部Ｋの底面に発生したバリ等を切削して底面を平滑にすることが好ましい。また、本接合工程が終了したら、一対のタブ材を切削除去する。
　なお、（６）継手部材挿入工程、（７）外側仮接合工程及び（８）外側本接合工程は、第一実施形態と略同等であるため、説明を省略する。
　以上説明した本実施形態の接合方法によれば、被接合金属部材Ｎ２（構造体１）の外面Ａ側から行う摩擦攪拌工程（本接合工程）に先だって、内面Ｂ側から溶接工程を行うことで、内面Ｂを仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができる。これにより、被接合金属部材Ｎ２の内面Ｂ側、即ち、摩擦攪拌を行う面の裏面側に切欠き（Kissing　Bond）が発生するのを防止することができるため、接合部分の水密性及び気密性を高めることができる。
　また、構造体１の内面Ｂ側から溶接を行うことで、摩擦攪拌を行う場合に比べて装置の取り合い等の制限が解消されるため、比較的容易に接合作業を行うことができる。また、摩擦攪拌工程では、一対の金属部材同士を仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができるため、作業性を高めることができる。
　また、図２７に示すように、溶接金属Ｔ１と溝部塑性化領域Ｗ８とを接触させることで、突合部Ｊ８の深さ方向を密閉することができる。
［第六実施形態］
　次に、本発明の第六実施形態について説明する。第五実施形態に係る溶接工程においては、突合部Ｊ８に直接溶接を行ったが、第六実施形態に係る溶接工程のように、突合部Ｊ８に沿って予め凹部Ｍ１を形成してもよい。なお、第六実施形態に係る接合方法は、溶接工程を除いては第五実施形態と同一であるため、他の工程の説明を省略する。
　第六実施形態に係る溶接工程は、図２８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、平板１４及び角部材Ｒ４からなる被接合金属部材Ｎ２の内面Ｂに現われる突合部Ｊ８に沿って、凹部Ｍ１を形成する凹部形成工程と、凹部Ｍ１に対して溶接金属Ｔ２を充填する溶接金属充填工程とを含む。
　凹部形成工程では、図２８の（ａ）に示すように、公知のエンドミルを用いて内面Ｂから突合部Ｊ８の長手方向に沿って、所定の幅、深さで凹部Ｍ１を形成する。本実施形態では、凹部Ｍ１を断面視矩形で形成したが、他の形状であってもよい。凹部Ｍ１の深さは、後に行う摩擦攪拌工程における塑性化領域の深さに応じて適宜設定すればよい。
　溶接金属充填工程では、図２８の（ｂ）に示すように、凹部Ｍ１に対して、溶接金属Ｔ２を充填する。溶接金属充填工程では、凹部Ｍ１に対してＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接等の肉盛溶接を行って、内面Ｂから溶接金属Ｔ２を突出させる。内面Ｂから突出した溶接金属Ｔ２の部分については、内面Ｂに沿って切削することで、内面Ｂを平滑に形成することができる。
　このように、溶接工程において、凹部形成工程及び溶接金属充填工程を行うことで、溶接工程の作業性を高めることができる。なお、本実施形態では、角部材Ｒ４と平板１４とを突き合わせた後に凹部Ｍ１をしたが、これに限定されるものではなく、予め角部材Ｒ４及び平板１４の角部を切り欠いて切欠きを形成した後に、これらの切欠きを突き合わせて凹部Ｍ１を形成してもよい。
[第七実施形態]
　次に、本発明の第七実施形態について説明する。第七実施形態では、図２９に示すように、一対の平板状の金属部材である第一金属部材１１１ａの端部と、第二金属部材１１１ｂの端部とを垂直に突き合わせて接合する点で、第六実施形態と相違する。第七実施形態に係る接合方法では、（１）突合工程、（２）溶接工程、（３）摩擦攪拌工程を含む。
（１）突合工程
　突合工程では、図２９の（ａ）に示すように、第一金属部材１１１ａの端部と、第二金属部材１１１ｂの端部とを直角に突き合わせる。第一金属部材１１１ａ及び第二金属部材１１１ｂは、平板状を呈し、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。第一金属部材１１１ａの端部には、第一金属部材１１１ａの板幅の略半分の幅で断面視矩形に切り欠かれた凹溝部１４１と、第一金属部材１１１ａの板幅の略半分の幅で断面視矩形を呈するように突出する突出部１４２とが形成されている。同様に、第二金属部材１１１ｂの端部には、第二金属部材１１１ｂの板幅の略半分の幅で断面視矩形に切り欠かれた凹溝部１４３と、第二金属部材１１１ｂの板幅の略半分の幅で断面視矩形を呈するように突出する突出部１４４とが形成されている。
　突合工程では、第一金属部材１１１ａの凹溝部１４１に第二金属部材１１１ｂの突出部１４４を当接させて、第一金属部材１１１ａと第二金属部材１１１ｂとを略垂直に突き合わせる。これにより、第一金属部材１１１ａと第二金属部材１１１ｂとの突合せ面には突合部Ｊ１１０が形成される。図２９の（ｂ）に示すように、第一金属部材１１１ａと第二金属部材１１１ｂとを突き合わせて形成された被接合金属部材Ｎ３の第一端面Ｃには、正面視略クランク状に形成された突合部Ｊ１１０が現れる。
（２）溶接工程
　溶接工程では、図２９の（ｂ）に示すように、被接合金属部材Ｎ３の入隅部Ｉに現われる突合部Ｊ１１０に対して溶接を行う。ここで、入隅部Ｉとは、第一金属部材１１１ａと第二金属部材１１１ｂとで形成された内側の角部分をいう。即ち、溶接工程では、被接合金属部材Ｎ３の内面Ｂ（被接合金属部材Ｎ３の内側）から、突合部Ｊ１１０の長手方向に沿ってＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行う。なお、溶接工程によって形成された溶接金属Ｔ３において、被接合金属部材Ｎ３の内面Ｂから突出した部分については、切削して平滑に形成するのが好ましい。
（３）摩擦攪拌工程
　本実施形態に係る摩擦攪拌工程は、被接合金属部材Ｎ３にタブ材１４６を取り付けるタブ材設置工程と、突合部Ｊ１０に対して外面Ａ側から摩擦攪拌を行う本接合工程とを含む。タブ材設置工程では、図３０の（ａ）に示すように、被接合金属部材Ｎ３の第一端面Ｃ及び第二端面（図示省略）に一対のタブ材１４６を取り付ける。タブ材１４６は、被接合金属部材Ｎ３と同一組成からなる板状部材であって、第二金属部材１１１ｂの板厚と略同等の厚みで形成されている。タブ材１４６は、被接合金属部材Ｎ３の外面Ａとタブ材１４６の上面とが面一になるように配置されており、溶接により被接合金属部材Ｎ３に接合されている。
　本接合工程では、大型回転ツールＧを用いて、被接合金属部材Ｎ３の外面Ａ側から突合部Ｊ１１０に沿って摩擦攪拌を行う。本実施形態では、タブ材１４６上において、突合部Ｊ１１０の延長線上に開始位置ＳＭ３を設定し、図示しない他方のタブ材に終了位置を設定する。そして、大型回転ツールＧを用いて突合部Ｊ１１０に沿って摩擦攪拌を行う。図３０の（ｂ）に示すように、本接合工程によって突合部Ｊ１１０に塑性化領域Ｗ１１０が形成される。
　なお、回転ツールは、右回転させた場合は進行方向左側に、左回転させた場合は進行方向右側に空洞欠陥が形成される可能性がある。従って、例えば、図３０の（ａ）に示すように、本実施形態においては、大型回転ツールＧを左回転させてタブ材１４６の開始位置ＳＭ３から突合部Ｊ１１０に沿って移動させるのが好ましい。これにより、仮に空洞欠陥が形成されたとしても、被接合金属部材Ｎ３の内側から遠い位置に形成することができる。
　本実施形態に係る接合方法によれば、一対の金属部材を垂直に突き合わせて接合する場合であっても、水密性及び気密性を高めることができる。即ち、被接合金属部材Ｎ３の外面Ａ側から行う摩擦攪拌工程に先だって、内面Ｂ側から溶接工程を行うことで、内面Ｂを仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができる。これにより、被接合金属部材Ｎ３の内面Ｂ側、即ち、摩擦攪拌を行う面の裏面側に切欠き（Kissing　Bond）が発生するのを防止することができるため、接合部分の水密性及び気密性を高めることができる。また、被接合金属部材Ｎ３の内面Ｂから溶接を行うことで、入隅部Ｉのような摩擦攪拌が困難な箇所でも比較的容易に接合作業を行うことができる。また、摩擦攪拌工程では、一対の金属部材同士を仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができるため、作業性を高めることができる。また、被接合金属部材Ｎ３の内面Ｂ側から溶接を行うことで、塑性化領域Ｗ１１０の熱収縮により第二金属部材１１１ｂが外面Ａ側に反ってしまうのを防止することができる。
[第八実施形態]
　次に、本発明の第八実施形態について説明する。第八実施形態に係る接合方法は、第七実施形態の変形例であって、入隅部Ｉに凹部を備える点で第七実施形態と相違する。第八実施形態に係る接合方法は、（１）突合工程、（２）溶接工程、（３）摩擦攪拌工程を含む。
（１）突合工程
　突合工程では、図３１の（ａ）に示すように、第一金属部材１５１ａの端部と、第二金属部材１５１ｂの端部とを直角に突き合わせる。第一金属部材１５１ａ及び第二金属部材１５１ｂは、板状を呈し、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。第一金属部材１５１ａは、本体部１５２と、本体部１５２によりも板薄に形成された第一段部１５３と、第一段部１５３よりも板薄に形成された第二段部１５４とを有する。第二段部１５４の長さｐは、第二金属部材１５１ｂの板厚と略同等に形成されている。第一段部１５３の長さｑは、第二段部１５４の長さよりも小さく形成されている。
　突合工程では、図３１の（ｂ）に示すように、第一金属部材１５１ａの第二段部１５４に、第二金属部材１５１ｂの端面１５５を当接させる。すると、第一金属部材１５１ａの本体部１５２、第一段部１５３及び第二金属部材１５１ｂによって断面視矩形の凹部Ｍ２が形成される。即ち、第一金属部材１５１ａと第二金属部材１５１ｂとからなる被接合金属部材Ｎ４の入隅部Ｉに現れる突合部Ｊ１１１に沿って凹部Ｍ２が形成される。
（２）溶接工程
　溶接工程では、図３１の（ｃ）に示すように、被接合金属部材Ｎ４の突合部Ｊ１１１に沿って形成された凹部Ｍ２に対してＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行う。なお、溶接工程によって、形成された溶接金属Ｔ４において、被接合金属部材Ｎ４の内面Ｂから突出した部分については、切削して平滑に形成するのが好ましい。
（３）摩擦攪拌工程
　摩擦攪拌工程では、突合部Ｊ１１１の外面Ａ側から大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。摩擦攪拌工程については、第七実施形態と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
　本実施形態に係る接合方法によれば、第七実施形態と同等の効果を得られると共に、第一金属部材１５１ａと第二金属部材１５１ｂとを垂直に突き合わせる場合であっても、凹部Ｍ２を設けることで、溶接作業を容易に行うことができる。
　また、具体的な説明は省略するが、図３２に示すように、第八実施形態に係る接合方法を用いて、第一金属部材１５１ａ、第二金属部材１５１ｂ、第一金属部材１５１ａと同等の部材である第三金属部材１５１ｃ及び第二金属部材１５１ｂと同等の部材である第四金属部材１５１ｄからなる断面視矩形の筒状の構造体１５０を形成することができる。このような構造体１５０を例えば、真空容器として使用することができる。なお、必要に応じて、摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域Ｗ１１１と溶接工程で形成された溶接金属Ｔ４とを重複させて、より気密性及び水密性を高めてもよい。
[第九実施形態]
　次に、本発明の第九実施形態について説明する。第九実施形態に係る接合方法では、図３３及び図３４に示すように、円筒状を呈する筒状部材１６１ａと、筒状部材１６１ａの端部を覆う蓋部材１６１ｂとを接合する。第九実施形態は、第四実施形態の変形例である。本実施形態に係る接合方法は、（１）突合工程、（２）溶接工程、（３）摩擦攪拌工程を含む。
　突合工程では、図３３に示すように、筒状部材１６１ａの端面と蓋部材１６１ｂとを突き合わせる。筒状部材１６１ａは、円筒を呈する金属部材である。筒状部材１６１ａの端部は、板厚の半分の幅で断面視矩形に切り欠かれた凹溝部１６２と、板厚の半分の幅で断面視矩形を呈するように突出する突出部１６３とを有する。
　蓋部材１６１ｂは、筒状部材１６１ａの開口部を隙間なく覆う部材であって、円板状の本体部１６４と、本体部１６４の一端側に突出し断面視円形を呈する突部１６５とを有する。突部１６５は、本体部１６４と同心で形成されており、本体部１６４の直径よりも小さく形成されている。
　図３４に示すように、筒状部材１６１ａと蓋部材１６１ｂとを突き合わせて、筒状部材１６１ａの凹溝部１６２と、蓋部材１６１ｂの突部１６５とを当接させる。筒状部材１６１ａと蓋部材１６１ｂとが突き合わされて突合部Ｊ１１２が形成される。筒状部材１６１ａと蓋部材１６１ｂとからなる部材を被接合金属部材Ｎ５とする。
（２）溶接工程
　溶接工程では、図３４の（ａ）に示すように、被接合金属部材Ｎ５の入隅部Ｉ’に形成された突合部Ｊ１１２に沿って、溶接を行う。本実施形態では、被接合金属部材Ｎ５の内面Ｂに平面視円形に溶接金属Ｔ５が形成されるように、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行う。
（３）摩擦攪拌工程
　摩擦攪拌工程では、図３４の（ｂ）に示すように、大型回転ツールＧを用いて被接合金属部材Ｎ５の外面Ａ側から突合部Ｊ１１２に沿って摩擦攪拌を行う。摩擦攪拌工程においては、突合部Ｊ１１２に沿って大型回転ツールＧを右回転させながら、蓋部材１６１ｂの正面側からみて反時計回りに移動させて摩擦攪拌を行う。このように、大型回転ツールＧを右回転させて進行方向左側に蓋部材１６１ｂが配置されるように設定することで、蓋部材１６１ｂ側に空洞欠陥が形成される可能性が高い。これにより、空洞欠陥を被接合金属部材Ｎ５の中空部から離れた位置で形成することができる。
　第九実施形態に係る接合方法によれば、筒状部材１６１ａと、筒状部材１６１ａの一端側を覆う蓋部材１６１ｂとを接合する場合であっても、水密性及び気密性を高めることができる。即ち、被接合金属部材Ｎ５の外面Ａから行う摩擦攪拌工程に先だって、被接合金属部材Ｎ５の内面Ｂ側から溶接工程を行うことで、内面Ｂを仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができる。また、被接合金属部材Ｎ５の内面Ｂから溶接を行うことで、入隅部Ｉ’のような摩擦攪拌が困難な箇所でも装置の取り合い等の問題が解消されるため比較的容易に接合作業を行うことができる。また、摩擦攪拌工程に先だって溶接工程を行って、金属部材同士を仮付けすることができるため、摩擦攪拌工程の作業を容易に行うことができる。
　以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜変更が可能である。例えば、溶接工程では、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接に限定されるものではなく、他の公知の溶接方法を採用してもよい。

Claims (16)

  1. 　一対の金属部材同士を突き合わせてなる突合部の接合方法であって、
    　前記突合部に対して一方の面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を行った後、
    　前記突合部に対して他方の面側から溶接を行う溶接工程を含むことを特徴とする接合方法。
  2. 　複数の金属部材を突き合わせて形成された筒状の構造体において、前記金属部材同士を突き合わせてなる突合部の接合方法であって、
    　前記突合部に対して前記構造体の外面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を行った後、
    　前記突合部に対して前記構造体の内面側から溶接を行う溶接工程を含むことを特徴とする接合方法。
  3. 　前記摩擦攪拌工程において形成された塑性化領域と、前記溶接工程において形成された溶接金属とを接触させることを特徴とする請求の範囲第１項又は請求の範囲第２項に記載の接合方法。
  4. 　前記溶接工程では、前記他方の面に現れる突合部に沿って形成された凹部に、溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の接合方法。
  5. 　前記溶接工程では、前記構造体の内面に現れる突合部に沿って形成された凹部に、溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の接合方法。
  6. 　前記摩擦攪拌工程において、大型の回転ツールによって本接合を行う本接合工程を行う前に、小型の回転ツールによって仮接合を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求の範囲第１項又は請求の範囲第２項に記載の接合方法。
  7. 　前記摩擦攪拌工程において、前記突合部の両側に一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、前記タブ材と前記金属部材との突合部に沿って摩擦攪拌を行うタブ材仮接合工程とを含むことを特徴とする請求の範囲第１項又は請求の範囲第２項に記載の接合方法。
  8. 　前記摩擦攪拌工程において、摩擦攪拌を行う回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成する下穴形成工程を含むことを特徴とする請求の範囲第１項又は請求の範囲第２項に記載の接合方法。
  9. 　一対の金属部材同士を突き合わせてなる突合部の接合方法であって、
    　前記突合部に対して他方の面側から溶接を行う溶接工程を行った後、
    　前記突合部に対して一方の面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を含むことを特徴とする接合方法。
  10. 　複数の金属部材を突き合わせて形成された筒状の構造体において、前記金属部材同士を突き合わせてなる突合部の接合方法であって、
    　前記突合部に対して前記構造体の内面側から溶接を行う溶接工程を行った後、
    　前記突合部に対して前記構造体の外面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を含むことを特徴とする接合方法。
  11. 　前記溶接工程おいて形成された溶接金属と、前記摩擦攪拌工程において形成された塑性化領域とを接触させることを特徴とする請求の範囲第９項又は請求の範囲第１０項に記載の接合方法。
  12. 　前記溶接工程では、前記他方の面に現れる突合部に沿って形成された凹部に、溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の接合方法。
  13. 　前記溶接工程では、前記構造体の内面に現れる突合部に沿って形成された凹部に、溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の接合方法。
  14. 　前記摩擦攪拌工程において、大型の回転ツールによって本接合を行う本接合工程を行う前に、小型の回転ツールによって仮接合を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求の範囲第９項又は請求の範囲第１０項に記載の接合方法。
  15. 　前記摩擦攪拌工程において、前記突合部の両側に一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、前記タブ材と前記金属部材との突合部に沿って摩擦攪拌を行うタブ材仮接合工程とを含むことを特徴とする請求の範囲第９項又は請求の範囲第１０項に記載の接合方法。
  16. 　前記摩擦攪拌工程において、摩擦攪拌を行う回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成する下穴形成工程を含むことを特徴とする請求の範囲第９項又は請求の範囲第１０項に記載の接合方法。
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