JP3285015B2 - 摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
摩擦攪拌接合方法Info
- Publication number
- JP3285015B2 JP3285015B2 JP23034199A JP23034199A JP3285015B2 JP 3285015 B2 JP3285015 B2 JP 3285015B2 JP 23034199 A JP23034199 A JP 23034199A JP 23034199 A JP23034199 A JP 23034199A JP 3285015 B2 JP3285015 B2 JP 3285015B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pin
- friction stir
- stir welding
- joining
- workpieces
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
- B23K20/123—Controlling or monitoring the welding process
- B23K20/124—Controlling or monitoring the welding process at the beginning or at the end of a weld
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
- B23K20/123—Controlling or monitoring the welding process
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車，鉄道車輌，建
築等の長尺構造部材の接合に適した摩擦攪拌接合方法に
関する。
築等の長尺構造部材の接合に適した摩擦攪拌接合方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】接合時に生じる熱歪みが小さく、接合後
に良好な形状精度が維持される固相接合法として、摩擦
攪拌接合法が注目されている。摩擦攪拌接合法では、図
１に示すように同軸上のピン１を先端に取り付けた回転
子２を使用する。ピン１を回転させながら被接合材Ｗ
1 ，Ｗ2 の突合せ部に挿し込み、突合せ線ＷＬに沿って
ピン１を移動させる（接合方向Ｄ）。被接合材Ｗ 1 ，Ｗ
2 は、ピン１による摩擦熱で加熱され、ピン１の回転で
攪拌される。加熱及び攪拌で塑性流動したメタルは、両
被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 の間で互いに混じり合い、熱が急速
に奪われることにより固化し、両被接合材の間に接合部
ＷＢが形成される。摩擦攪拌接合法は、接合後に良好な
形状精度が維持される長所を活用し、自動車，鉄道車
輌，建築構造体等、各種部材への適用が進められてい
る。
に良好な形状精度が維持される固相接合法として、摩擦
攪拌接合法が注目されている。摩擦攪拌接合法では、図
１に示すように同軸上のピン１を先端に取り付けた回転
子２を使用する。ピン１を回転させながら被接合材Ｗ
1 ，Ｗ2 の突合せ部に挿し込み、突合せ線ＷＬに沿って
ピン１を移動させる（接合方向Ｄ）。被接合材Ｗ 1 ，Ｗ
2 は、ピン１による摩擦熱で加熱され、ピン１の回転で
攪拌される。加熱及び攪拌で塑性流動したメタルは、両
被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 の間で互いに混じり合い、熱が急速
に奪われることにより固化し、両被接合材の間に接合部
ＷＢが形成される。摩擦攪拌接合法は、接合後に良好な
形状精度が維持される長所を活用し、自動車，鉄道車
輌，建築構造体等、各種部材への適用が進められてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】自動車，鉄道車輌，建
築構造体等の分野では、長尺の構造部材が使用されるこ
とが多い。長尺構造部材では接合部ＷＢが長く、長い突
合せ線ＷＬに沿ったピン１の相対移動が必要になる。ピ
ン１の相対移動には、被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 に対してピン
１を移動させる方式及びピン１に対して被接合材Ｗ1 ，
Ｗ2 を移動させる方式がある。被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 を移
動させる方式は、小規模の摩擦攪拌設備で済むが、長尺
の被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 を精度良く移動させることが困難
である。被接合材Ｗ1，Ｗ2 が変位しながら移動する
と、突合せ線ＷＬに関しピン１が高さ方向又は幅方向に
位置ズレし、攪拌不良等の欠陥が接合部ＷＢに発生し易
くなる。ピン１を移動させる方式では、被接合材Ｗ1 ，
Ｗ2 が固定されているため突合せ線ＷＬが定位置に確保
されており、良好な精度での接合が可能になる。しか
し、ピン１の移動可能な距離が摩擦攪拌設備のサイズで
拘束されるため、突合せ線ＷＬが長い長尺構造部材を接
合しようとすると、設備が大型化する欠点がある。
築構造体等の分野では、長尺の構造部材が使用されるこ
とが多い。長尺構造部材では接合部ＷＢが長く、長い突
合せ線ＷＬに沿ったピン１の相対移動が必要になる。ピ
ン１の相対移動には、被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 に対してピン
１を移動させる方式及びピン１に対して被接合材Ｗ1 ，
Ｗ2 を移動させる方式がある。被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 を移
動させる方式は、小規模の摩擦攪拌設備で済むが、長尺
の被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 を精度良く移動させることが困難
である。被接合材Ｗ1，Ｗ2 が変位しながら移動する
と、突合せ線ＷＬに関しピン１が高さ方向又は幅方向に
位置ズレし、攪拌不良等の欠陥が接合部ＷＢに発生し易
くなる。ピン１を移動させる方式では、被接合材Ｗ1 ，
Ｗ2 が固定されているため突合せ線ＷＬが定位置に確保
されており、良好な精度での接合が可能になる。しか
し、ピン１の移動可能な距離が摩擦攪拌設備のサイズで
拘束されるため、突合せ線ＷＬが長い長尺構造部材を接
合しようとすると、設備が大型化する欠点がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、複数の接合部を
継ぎ合わせて長尺の被接合材を接合する際、先行する摩
擦攪拌接合工程でピンを引き抜いた跡に生じる空孔を接
合方向下流側に開放された形状にすることにより、接合
部への空気の巻込みを防止し、小規模の設備を使用した
場合でも長尺部材を精度良く摩擦攪拌接合することを目
的とする。
題を解消すべく案出されたものであり、複数の接合部を
継ぎ合わせて長尺の被接合材を接合する際、先行する摩
擦攪拌接合工程でピンを引き抜いた跡に生じる空孔を接
合方向下流側に開放された形状にすることにより、接合
部への空気の巻込みを防止し、小規模の設備を使用した
場合でも長尺部材を精度良く摩擦攪拌接合することを目
的とする。
【０００５】本発明の摩擦攪拌接合方法は、その目的を
達成するため、互いに突き合わせた二つの被接合材の突
合せ部にピンを挿し込み、該ピンを回転させながら被接
合材間の突合せ線に沿って移動させることにより被接合
材を摩擦攪拌接合し、突合せ線の途中で走行中の前記ピ
ンを上昇させ、次いで前記ピンの上昇開始位置から既接
合部側の突合せ部にピンを再度挿し込み、該ピンを回転
させながら突合せ線の未接合部側に移動させることを特
徴とする。後続する摩擦攪拌接合工程では、先行する摩
擦攪拌接合工程で使用したピンよりショルダ押込み分だ
け短いピンを使用し、継ぎ部分を接合する際にショルダ
を被接合材に押し込んでも良い。ショルダの押込み量を
適正に調整することにより、先行の摩擦攪拌接合工程で
薄肉化した部分においても必要なメタルが確保され、メ
タル供給不足に起因した空洞状欠陥の発生が防止され
る。ピンの上昇形態には、連続的な上昇，間歇的な上
昇，旋回運動又はこれらの組合せを採用できる。
達成するため、互いに突き合わせた二つの被接合材の突
合せ部にピンを挿し込み、該ピンを回転させながら被接
合材間の突合せ線に沿って移動させることにより被接合
材を摩擦攪拌接合し、突合せ線の途中で走行中の前記ピ
ンを上昇させ、次いで前記ピンの上昇開始位置から既接
合部側の突合せ部にピンを再度挿し込み、該ピンを回転
させながら突合せ線の未接合部側に移動させることを特
徴とする。後続する摩擦攪拌接合工程では、先行する摩
擦攪拌接合工程で使用したピンよりショルダ押込み分だ
け短いピンを使用し、継ぎ部分を接合する際にショルダ
を被接合材に押し込んでも良い。ショルダの押込み量を
適正に調整することにより、先行の摩擦攪拌接合工程で
薄肉化した部分においても必要なメタルが確保され、メ
タル供給不足に起因した空洞状欠陥の発生が防止され
る。ピンの上昇形態には、連続的な上昇，間歇的な上
昇，旋回運動又はこれらの組合せを採用できる。
【０００６】
【実施の形態】本発明では、たとえば設備構成の概略を
図２に示す摩擦攪拌接合装置が使用される。この摩擦攪
拌接合装置は、門型フレーム１１の上部に差し渡したビ
ーム１２にＸ軸駆動モータ１３を設け、移動架台１４を
走行可能に配置する。移動架台１４は、Ｚ軸駆動モータ
１５で昇降可能になっており、主軸モータ１６を備えて
いる。主軸モータ１６の出力は、ベルト１７を介して回
転子２に伝達される。回転子２の先端にピン１（図１）
が同軸上に取り付けられており、テーブル２０上に配置
された被接合材（図示せず）にピン１が指向する。被接
合材は、接合部ＷＢに向かってピン１を３度程度の角度
でピン１が前進方向を指向するように傾斜させるため、
接合治具１８により傾斜角度を調節して架台１９上に載
置される。
図２に示す摩擦攪拌接合装置が使用される。この摩擦攪
拌接合装置は、門型フレーム１１の上部に差し渡したビ
ーム１２にＸ軸駆動モータ１３を設け、移動架台１４を
走行可能に配置する。移動架台１４は、Ｚ軸駆動モータ
１５で昇降可能になっており、主軸モータ１６を備えて
いる。主軸モータ１６の出力は、ベルト１７を介して回
転子２に伝達される。回転子２の先端にピン１（図１）
が同軸上に取り付けられており、テーブル２０上に配置
された被接合材（図示せず）にピン１が指向する。被接
合材は、接合部ＷＢに向かってピン１を３度程度の角度
でピン１が前進方向を指向するように傾斜させるため、
接合治具１８により傾斜角度を調節して架台１９上に載
置される。
【０００７】被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 は自重又は適宜の固定
手段で接合治具１８を介して架台１９に固定され、被接
合材Ｗ1 ，Ｗ2 間の突合せ線ＷＬが移動架台１４の走行
方向に延びている（図３）。突合せ線ＷＬの一端位置
（始点Ｐ1S）でピン１を被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 間に挿し込
み、ピン１を回転させながら突合せ線ＷＬの他端に向け
て走行させる。被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 は、ピン１の回転摩
擦によって加熱されると共に攪拌され、両被接合材Ｗ
1 ，Ｗ2 に渡ってメタルが塑性流動する。ピン１が通過
した後では、熱源を失って被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 が急速に
冷却されるため、塑性流動したメタルが固化し接合部Ｗ
Ｂが順次形成される。
手段で接合治具１８を介して架台１９に固定され、被接
合材Ｗ1 ，Ｗ2 間の突合せ線ＷＬが移動架台１４の走行
方向に延びている（図３）。突合せ線ＷＬの一端位置
（始点Ｐ1S）でピン１を被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 間に挿し込
み、ピン１を回転させながら突合せ線ＷＬの他端に向け
て走行させる。被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 は、ピン１の回転摩
擦によって加熱されると共に攪拌され、両被接合材Ｗ
1 ，Ｗ2 に渡ってメタルが塑性流動する。ピン１が通過
した後では、熱源を失って被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 が急速に
冷却されるため、塑性流動したメタルが固化し接合部Ｗ
Ｂが順次形成される。
【０００８】突合せ線ＷＬ方向に沿って移動できるピン
１の可動範囲長さＭＬは、門型フレーム１１を始めとす
る摩擦攪拌接合装置のサイズ等からの拘束を受ける。そ
のため、長尺の被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 を接合するとき、突
合せ線ＷＬより可動範囲長さＭＬが短くなることがある
（図４）。このような長い突合せ線ＷＬを摩擦攪拌接合
する場合、被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 の一端側にある始点Ｐ1S
にピン１を挿し込み、突合せ線ＷＬに沿ってピン１を他
端に向けて可動範囲長さＭＬだけ走行させ、終点Ｐ1Eで
ピン１を被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 から引き抜く。
１の可動範囲長さＭＬは、門型フレーム１１を始めとす
る摩擦攪拌接合装置のサイズ等からの拘束を受ける。そ
のため、長尺の被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 を接合するとき、突
合せ線ＷＬより可動範囲長さＭＬが短くなることがある
（図４）。このような長い突合せ線ＷＬを摩擦攪拌接合
する場合、被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 の一端側にある始点Ｐ1S
にピン１を挿し込み、突合せ線ＷＬに沿ってピン１を他
端に向けて可動範囲長さＭＬだけ走行させ、終点Ｐ1Eで
ピン１を被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 から引き抜く。
【０００９】次いで、未接合部である終点Ｐ1Eから他方
の端部までがピン１の可動範囲に入るように被接合材Ｗ
1 ，Ｗ2 を移動させ、その位置で被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 を
接合治具１８を介して架台１９上に固定する。そして、
先行の摩擦攪拌接合工程における終点Ｐ1Eから始点Ｐ1S
側に若干戻った位置に後続の始点Ｐ2Sを設定し、始点Ｐ
2Sにピン１を挿し込み、被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 の他端に向
けてピン１を終点Ｐ2Eまで走行させる。このようにし
て、長い突合せ線ＷＬの全長に渡って被接合材Ｗ 1 ，Ｗ
2 を摩擦攪拌接合する。更に長い被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 を
接合する場合、突合せ線ＷＬの長さとピン１の可動範囲
長さＭＬとの関係から３回以上の摩擦攪拌接合工程を同
様に繰り返す。
の端部までがピン１の可動範囲に入るように被接合材Ｗ
1 ，Ｗ2 を移動させ、その位置で被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 を
接合治具１８を介して架台１９上に固定する。そして、
先行の摩擦攪拌接合工程における終点Ｐ1Eから始点Ｐ1S
側に若干戻った位置に後続の始点Ｐ2Sを設定し、始点Ｐ
2Sにピン１を挿し込み、被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 の他端に向
けてピン１を終点Ｐ2Eまで走行させる。このようにし
て、長い突合せ線ＷＬの全長に渡って被接合材Ｗ 1 ，Ｗ
2 を摩擦攪拌接合する。更に長い被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 を
接合する場合、突合せ線ＷＬの長さとピン１の可動範囲
長さＭＬとの関係から３回以上の摩擦攪拌接合工程を同
様に繰り返す。
【００１０】摩擦攪拌接合では、進行方向前方にあるメ
タルをピン１の攪拌力で後方に供給し、ピン１の通過跡
を埋めていく。このとき、後方へのメタル供給量が少な
いと、接合部ＷＢに空洞状欠陥が発生する。押出材等を
摩擦攪拌接合する場合、被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 を相互に突
き合わせると突合せ面（接合面）に隙間が生じることが
あるため、ショルダを被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 中に若干押し
込み、押し込んだ分のメタルで接合面の隙間を埋めるこ
とにより空洞状欠陥の発生を防止している。先行の摩擦
攪拌接合工程でショルダが被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 中にショ
ルダを若干（具体的には０．１〜０．４ｍｍ程度）押し
込むため、ショルダの押込み分だけ被接合材Ｗ1 ，Ｗ2
が薄肉になる。この状態で後続の摩擦攪拌接合工程を実
施するとき、後続の摩擦攪拌接合工程においてもショル
ダを若干押し込む必要がある。しかし、先行の摩擦攪拌
接合工程に使用したピン１をそのまま使用すると、被接
合材Ｗ1 ，Ｗ2 のＰ裏面に位置する接合治具１８とピン
１の先端との干渉を避けるためにショルダを押し込めな
くなる。仮にショルダを押し込めた場合でも、十分な押
込み量が確保できず、空洞状欠陥が発生し易くなり、接
合治具１８とピン１の先端が干渉したときに被接合材Ｗ
1 ，Ｗ2 の接合治具１８側の接合品質を損うことにな
る。したがって、後続の摩擦攪拌接合工程でショルダの
十分な押込み量を確保するためには、先行の摩擦攪拌接
合工程に使用したピン１よりも短いピン１を後続の摩擦
攪拌接合工程に使用することが好ましい。先行と後続の
摩擦攪拌接合工程で使用するピン１の長さの差は、ショ
ルダを押し込んで摩擦攪拌接合したときに薄肉化した被
接合材Ｗ1 ，Ｗ2 の減肉分に当たる。
タルをピン１の攪拌力で後方に供給し、ピン１の通過跡
を埋めていく。このとき、後方へのメタル供給量が少な
いと、接合部ＷＢに空洞状欠陥が発生する。押出材等を
摩擦攪拌接合する場合、被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 を相互に突
き合わせると突合せ面（接合面）に隙間が生じることが
あるため、ショルダを被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 中に若干押し
込み、押し込んだ分のメタルで接合面の隙間を埋めるこ
とにより空洞状欠陥の発生を防止している。先行の摩擦
攪拌接合工程でショルダが被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 中にショ
ルダを若干（具体的には０．１〜０．４ｍｍ程度）押し
込むため、ショルダの押込み分だけ被接合材Ｗ1 ，Ｗ2
が薄肉になる。この状態で後続の摩擦攪拌接合工程を実
施するとき、後続の摩擦攪拌接合工程においてもショル
ダを若干押し込む必要がある。しかし、先行の摩擦攪拌
接合工程に使用したピン１をそのまま使用すると、被接
合材Ｗ1 ，Ｗ2 のＰ裏面に位置する接合治具１８とピン
１の先端との干渉を避けるためにショルダを押し込めな
くなる。仮にショルダを押し込めた場合でも、十分な押
込み量が確保できず、空洞状欠陥が発生し易くなり、接
合治具１８とピン１の先端が干渉したときに被接合材Ｗ
1 ，Ｗ2 の接合治具１８側の接合品質を損うことにな
る。したがって、後続の摩擦攪拌接合工程でショルダの
十分な押込み量を確保するためには、先行の摩擦攪拌接
合工程に使用したピン１よりも短いピン１を後続の摩擦
攪拌接合工程に使用することが好ましい。先行と後続の
摩擦攪拌接合工程で使用するピン１の長さの差は、ショ
ルダを押し込んで摩擦攪拌接合したときに薄肉化した被
接合材Ｗ1 ，Ｗ2 の減肉分に当たる。
【００１１】また、先行の摩擦攪拌接合工程で使用した
ピン１よりも大きな径のピン１を後続の摩擦攪拌接合工
程で使用することによっても、接合部ＷＢへの空気の巻
込みを効果的に防止できる。すなわち、先行及び後続に
同径のピン１を使用して、先行の摩擦攪拌接合工程でピ
ン１を抜いた跡に生じる空孔Ｖを後続の摩擦攪拌接合工
程で埋めるとき、後続の摩擦攪拌接合工程に際しピン１
の通過軌跡を空孔Ｖの真上に設定する高精度の作業が要
求される。これに対し、径の大きなピン１を用いた後続
の摩擦攪拌接合工程では、ピン１を大径にした分だけ位
置ズレを許容でき、精度に関する条件が緩和される。
ピン１よりも大きな径のピン１を後続の摩擦攪拌接合工
程で使用することによっても、接合部ＷＢへの空気の巻
込みを効果的に防止できる。すなわち、先行及び後続に
同径のピン１を使用して、先行の摩擦攪拌接合工程でピ
ン１を抜いた跡に生じる空孔Ｖを後続の摩擦攪拌接合工
程で埋めるとき、後続の摩擦攪拌接合工程に際しピン１
の通過軌跡を空孔Ｖの真上に設定する高精度の作業が要
求される。これに対し、径の大きなピン１を用いた後続
の摩擦攪拌接合工程では、ピン１を大径にした分だけ位
置ズレを許容でき、精度に関する条件が緩和される。
【００１２】先行の摩擦攪拌接合工程において終点Ｐ1E
でピン１を引き抜いた跡には空孔Ｖ（図５）が形成され
ている。空孔Ｖは、後続の摩擦攪拌接合工程における始
点Ｐ 2Sを終点Ｐ1Eよりも始点Ｐ1S側に設定し、先行及び
後続の摩擦攪拌接合工程で形成される接合部ＷＢをオー
バラップさせることにより塞がれる。しかし、先行の摩
擦攪拌接合工程で接合方向Ｄと直角な方向、すなわち被
接合材Ｗ1 ，Ｗ2 の表面に垂直な方向にピン１を引き抜
くと、接合方向Ｄに関して下流側に位置する空孔Ｖの内
壁Ｓが接合方向Ｄとほぼ直角になる。接合方向Ｄに直交
する内壁Ｓは、後続の摩擦攪拌接合工程において空孔Ｖ
から空気を抜け難くし、残留空気が接合部ＷＢに巻き込
まれる原因になる。
でピン１を引き抜いた跡には空孔Ｖ（図５）が形成され
ている。空孔Ｖは、後続の摩擦攪拌接合工程における始
点Ｐ 2Sを終点Ｐ1Eよりも始点Ｐ1S側に設定し、先行及び
後続の摩擦攪拌接合工程で形成される接合部ＷＢをオー
バラップさせることにより塞がれる。しかし、先行の摩
擦攪拌接合工程で接合方向Ｄと直角な方向、すなわち被
接合材Ｗ1 ，Ｗ2 の表面に垂直な方向にピン１を引き抜
くと、接合方向Ｄに関して下流側に位置する空孔Ｖの内
壁Ｓが接合方向Ｄとほぼ直角になる。接合方向Ｄに直交
する内壁Ｓは、後続の摩擦攪拌接合工程において空孔Ｖ
から空気を抜け難くし、残留空気が接合部ＷＢに巻き込
まれる原因になる。
【００１３】残留空気の巻込みは、接合方向Ｄに対して
内壁Ｓを傾斜させ、接合方向Ｄの下流側で空孔Ｖを開放
することにより解消される。傾斜した内壁Ｓは、先行の
摩擦攪拌接合工程でピン１を引き上げる際、接合方向Ｄ
にピン１を走行させながらピン１を連続的又は間歇的に
上昇させ、或いは主軸モータ１６（図２）や回転子２等
を中心としてピン１を旋回運動させることにより形成さ
れる。たとえば、接合方向Ｄにピン１を走行させながら
引抜き方向Ｕに上昇させると、接合方向Ｄ及び引抜き方
向Ｕの運動成分が合成され、所定の上昇角度θの傾斜線
Ｉに沿ってピン１の下端が斜め上方に移動する（図６
ａ）。したがって、終点Ｐ1Eの位置で形成される空孔Ｖ
の接合方向Ｄに関して下流側の壁面は、ピン１の下端の
移動軌跡に倣った傾斜面ＶＩになる。傾斜面ＶＩによ
り、空孔Ｖが接合方向Ｄの下流側に向けて開放される。
始点Ｐ1Sから終点Ｐ1Eまでの距離は、ピン１の可動範囲
長さＭＬの範囲で適宜の値に設定される。
内壁Ｓを傾斜させ、接合方向Ｄの下流側で空孔Ｖを開放
することにより解消される。傾斜した内壁Ｓは、先行の
摩擦攪拌接合工程でピン１を引き上げる際、接合方向Ｄ
にピン１を走行させながらピン１を連続的又は間歇的に
上昇させ、或いは主軸モータ１６（図２）や回転子２等
を中心としてピン１を旋回運動させることにより形成さ
れる。たとえば、接合方向Ｄにピン１を走行させながら
引抜き方向Ｕに上昇させると、接合方向Ｄ及び引抜き方
向Ｕの運動成分が合成され、所定の上昇角度θの傾斜線
Ｉに沿ってピン１の下端が斜め上方に移動する（図６
ａ）。したがって、終点Ｐ1Eの位置で形成される空孔Ｖ
の接合方向Ｄに関して下流側の壁面は、ピン１の下端の
移動軌跡に倣った傾斜面ＶＩになる。傾斜面ＶＩによ
り、空孔Ｖが接合方向Ｄの下流側に向けて開放される。
始点Ｐ1Sから終点Ｐ1Eまでの距離は、ピン１の可動範囲
長さＭＬの範囲で適宜の値に設定される。
【００１４】後続の摩擦攪拌接合工程では、終点Ｐ1Eか
ら始点Ｐ1S側にある位置に始点Ｐ2Sを設定し、始点Ｐ2S
の接合部ＷＢにピン１を挿し込む（図６ｂ）。挿し込ま
れたピン１は、先行の摩擦攪拌接合工程と同様に回転し
ながら接合方向Ｄに走行する。このとき、接合方向Ｄの
下流側で空孔Ｖが開放されているので、空孔Ｖから空気
が抜け易くなる。したがって、ピン１の回転摩擦によっ
て接合部ＷＢが接合方向Ｄに形成されていく過程で残留
空気の巻込みが防止され、後続の摩擦攪拌接合工程によ
る接合部ＷＢが先行の接合部ＷＢにオーバーラップして
形成される（図６ｃ）。このようにして、空洞状欠陥及
び残留空気の巻込みがない健全な接合部ＷＢが突合せ線
ＷＬの全長に渡って形成される。空孔Ｖから空気をスム
ーズに排出させるためには、接合ツールのピン１の先端
とショルダ外周との間の角度αよりも上昇角度θを大き
くすることが好ましい。ピン１の先端とショルダ外周と
の間の角度αよりも上昇角度θが小さいと、ショルダ下
面による干渉で空孔Ｖから抜けにくく、残留空気が接合
部に巻込まれ易くなる。
ら始点Ｐ1S側にある位置に始点Ｐ2Sを設定し、始点Ｐ2S
の接合部ＷＢにピン１を挿し込む（図６ｂ）。挿し込ま
れたピン１は、先行の摩擦攪拌接合工程と同様に回転し
ながら接合方向Ｄに走行する。このとき、接合方向Ｄの
下流側で空孔Ｖが開放されているので、空孔Ｖから空気
が抜け易くなる。したがって、ピン１の回転摩擦によっ
て接合部ＷＢが接合方向Ｄに形成されていく過程で残留
空気の巻込みが防止され、後続の摩擦攪拌接合工程によ
る接合部ＷＢが先行の接合部ＷＢにオーバーラップして
形成される（図６ｃ）。このようにして、空洞状欠陥及
び残留空気の巻込みがない健全な接合部ＷＢが突合せ線
ＷＬの全長に渡って形成される。空孔Ｖから空気をスム
ーズに排出させるためには、接合ツールのピン１の先端
とショルダ外周との間の角度αよりも上昇角度θを大き
くすることが好ましい。ピン１の先端とショルダ外周と
の間の角度αよりも上昇角度θが小さいと、ショルダ下
面による干渉で空孔Ｖから抜けにくく、残留空気が接合
部に巻込まれ易くなる。
【００１５】走行中のピン１を連続的に上昇させると、
一定した上昇角度θの傾斜面ＶＩが形成される（図７
ａ）。ピン１を間歇的に上昇させると、階段状の傾斜面
ＶＩが形成される（図７ｂ）。主軸モータ１６（図
２），回転子２等を中心としてピン１を旋回運動させる
と、円弧状に湾曲した傾斜面ＶＩが形成される（図７
ｃ）。何れの傾斜面ＶＩであっても、接合方向Ｄの下流
側で空孔Ｖが開放されているので、接合方向Ｄに向けて
接合部ＷＢが形成されていく過程で空孔Ｖ内の空気が円
滑に排出され、残留空気の巻込みがない接合部ＷＢが形
成される。
一定した上昇角度θの傾斜面ＶＩが形成される（図７
ａ）。ピン１を間歇的に上昇させると、階段状の傾斜面
ＶＩが形成される（図７ｂ）。主軸モータ１６（図
２），回転子２等を中心としてピン１を旋回運動させる
と、円弧状に湾曲した傾斜面ＶＩが形成される（図７
ｃ）。何れの傾斜面ＶＩであっても、接合方向Ｄの下流
側で空孔Ｖが開放されているので、接合方向Ｄに向けて
接合部ＷＢが形成されていく過程で空孔Ｖ内の空気が円
滑に排出され、残留空気の巻込みがない接合部ＷＢが形
成される。
【００１６】
【実施例】（実施例）幅５００ｍｍ，長さ５０００ｍ
ｍ，板厚４ｍｍのＪＩＳ ６Ｎ０１合金の押出形材２本
を被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 として用意し、双方の側面を相互
に突き合わせた平行状態で接合治具１８を介して架台１
９上に固定した。摩擦攪拌接合装置には、ショルダ直径
１５ｍｍ，ピン直径５．０ｍｍ，ピン長さ３．６ｍｍの
回転ツールを組み込んだ装置（図２）を使用した。この
場合、ピン１の可動範囲長さＭＬは、４０００ｍｍであ
った。
ｍ，板厚４ｍｍのＪＩＳ ６Ｎ０１合金の押出形材２本
を被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 として用意し、双方の側面を相互
に突き合わせた平行状態で接合治具１８を介して架台１
９上に固定した。摩擦攪拌接合装置には、ショルダ直径
１５ｍｍ，ピン直径５．０ｍｍ，ピン長さ３．６ｍｍの
回転ツールを組み込んだ装置（図２）を使用した。この
場合、ピン１の可動範囲長さＭＬは、４０００ｍｍであ
った。
【００１７】ピン１及びショルダの先端０．２ｍｍ部を
突合せ線ＷＬの一端部に位置する始点Ｐ1Sで被接合材Ｗ
1 ，Ｗ2 内に挿し込み、１５００ｒｐｍで回転させなが
らピン１を突合せ線ＷＬの他端に向けて５００ｍｍ／分
の速度で走行させた。始点Ｐ 1Sから３０００ｍｍ離れた
位置に終点Ｐ1Eを設定し、終点Ｐ1Eにピン１が到達した
時点から同速度でピン１を走行させながら上昇速度５０
０ｍｍ／分で上昇させた。ピン１の上昇が開始した終点
Ｐ1Eから３．７ｍｍ離れた位置でピン１が被接合材Ｗ
1 ，Ｗ2 から完全に抜け、傾斜角度θ＝４５度の傾斜面
ＶＩをもつ空孔Ｖが形成されていた。
突合せ線ＷＬの一端部に位置する始点Ｐ1Sで被接合材Ｗ
1 ，Ｗ2 内に挿し込み、１５００ｒｐｍで回転させなが
らピン１を突合せ線ＷＬの他端に向けて５００ｍｍ／分
の速度で走行させた。始点Ｐ 1Sから３０００ｍｍ離れた
位置に終点Ｐ1Eを設定し、終点Ｐ1Eにピン１が到達した
時点から同速度でピン１を走行させながら上昇速度５０
０ｍｍ／分で上昇させた。ピン１の上昇が開始した終点
Ｐ1Eから３．７ｍｍ離れた位置でピン１が被接合材Ｗ
1 ，Ｗ2 から完全に抜け、傾斜角度θ＝４５度の傾斜面
ＶＩをもつ空孔Ｖが形成されていた。
【００１８】次いで、ショルダ径及びピン径が同じでピ
ン長さが３．４ｍｍの回転ツールに交換し、終点Ｐ1Eか
ら始点Ｐ1S側に２００ｍｍ戻った位置に設定した始点Ｐ
2Sで接合部ＷＢにピン１及びショルダの先端０．２ｍｍ
を挿し込み、ピン１を１５００ｒｐｍで回転させながら
５００ｍｍ／分の速度で突合せ線ＷＬの他端に向けて走
行させた。突合せ線ＷＬの他端にピン１が達した時点で
ピン１の走行を停止し、ピン１を垂直上方に引き抜い
た。このようにして、被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 の全長５００
０ｍｍにわたって空洞状欠陥及び空気巻込みがない接合
部ＷＢが形成され、接合強度も６０Ｎ／ｍｍ2 以上の高
い値を示した。
ン長さが３．４ｍｍの回転ツールに交換し、終点Ｐ1Eか
ら始点Ｐ1S側に２００ｍｍ戻った位置に設定した始点Ｐ
2Sで接合部ＷＢにピン１及びショルダの先端０．２ｍｍ
を挿し込み、ピン１を１５００ｒｐｍで回転させながら
５００ｍｍ／分の速度で突合せ線ＷＬの他端に向けて走
行させた。突合せ線ＷＬの他端にピン１が達した時点で
ピン１の走行を停止し、ピン１を垂直上方に引き抜い
た。このようにして、被接合材Ｗ1 ，Ｗ2 の全長５００
０ｍｍにわたって空洞状欠陥及び空気巻込みがない接合
部ＷＢが形成され、接合強度も６０Ｎ／ｍｍ2 以上の高
い値を示した。
【００１９】（比較例）ピン１が終点Ｐ1Eに達した時点
でピン１の走行を停止し、ピン１を垂直上方に引き抜く
以外は実施例と同じ条件下で押出形材を摩擦攪拌接合し
た。この場合に得られた接合部ＷＢを観察すると、先行
及び後続の摩擦攪拌接合工程の間の継目に当たる接合部
ＷＢに空気の巻込みが検出され、この部分での接合強度
が４０Ｎ／ｍｍ2 と大幅に低下していた。
でピン１の走行を停止し、ピン１を垂直上方に引き抜く
以外は実施例と同じ条件下で押出形材を摩擦攪拌接合し
た。この場合に得られた接合部ＷＢを観察すると、先行
及び後続の摩擦攪拌接合工程の間の継目に当たる接合部
ＷＢに空気の巻込みが検出され、この部分での接合強度
が４０Ｎ／ｍｍ2 と大幅に低下していた。
【００２０】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、長尺部材を長手方向に摩擦攪拌接合する際、先行す
る摩擦攪拌接合工程でピンを抜いた跡に生じる空孔を接
合方向下流側に向けて開放された形状とすることによ
り、後続する摩擦攪拌接合工程で接合部を形成する際に
空孔から空気が円滑に排出され、残留空気の巻込みがな
い健全な接合部が形成される。このようにして摩擦攪拌
接合装置のサイズで制約される可動範囲でピンを移動す
ることにより形成される複数の接合部を継ぎ合わせるこ
とによって、健全で高品質の接合部を介した長尺部材の
接合が可能になる。
は、長尺部材を長手方向に摩擦攪拌接合する際、先行す
る摩擦攪拌接合工程でピンを抜いた跡に生じる空孔を接
合方向下流側に向けて開放された形状とすることによ
り、後続する摩擦攪拌接合工程で接合部を形成する際に
空孔から空気が円滑に排出され、残留空気の巻込みがな
い健全な接合部が形成される。このようにして摩擦攪拌
接合装置のサイズで制約される可動範囲でピンを移動す
ることにより形成される複数の接合部を継ぎ合わせるこ
とによって、健全で高品質の接合部を介した長尺部材の
接合が可能になる。
【図１】 摩擦攪拌接合法の概略説明図
【図２】 本発明で使用される摩擦攪拌接合装置の概略
図
図
【図３】 長尺部材を摩擦攪拌接合している説明図
【図４】 複数回の摩擦攪拌接合工程で重ね合せながら
長い突合せ線にわたる接合部を形成する説明図
長い突合せ線にわたる接合部を形成する説明図
【図５】 垂直上方に引き抜いたピンの跡に空孔が形成
された接合部
された接合部
【図６】 走行中のピンを上昇させることにより、接合
方向下流側が開放された空孔が形成される説明図
方向下流側が開放された空孔が形成される説明図
【図７】 空孔の開放側壁面の形状がピンの上昇形態に
よって変わることを示した図
よって変わることを示した図
１：ピン ２：回転子 θ：ピン下端の上昇角度 Ｗ1 ，Ｗ2 ：被接合材 ＷＬ：突合せ線 ＷＢ：接
合部 Ｄ：接合方向 Ｕ：ピンの引抜き方向 ＭＬ：可動
範囲長さ Ｐ1S：先行摩擦攪拌接合工程の始点 Ｐ1E：先行摩擦
攪拌接合工程の終点 Ｐ2S：後続摩擦攪拌接合工程の始点 Ｐ2E：後続摩擦
攪拌接合工程の終点 空孔Ｖ： Ｓ：空孔の内壁 ＶＩ：空孔の傾斜面
合部 Ｄ：接合方向 Ｕ：ピンの引抜き方向 ＭＬ：可動
範囲長さ Ｐ1S：先行摩擦攪拌接合工程の始点 Ｐ1E：先行摩擦
攪拌接合工程の終点 Ｐ2S：後続摩擦攪拌接合工程の始点 Ｐ2E：後続摩擦
攪拌接合工程の終点 空孔Ｖ： Ｓ：空孔の内壁 ＶＩ：空孔の傾斜面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−334583（ＪＰ，Ａ) 特開2000−42781（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−197856（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−52771（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 20/12
Claims (2)
- 【請求項１】 互いに突き合わせた二つの被接合材の突
合せ部にピンを挿し込み、該ピンを回転させながら被接
合材間の突合せ線に沿って移動させることにより被接合
材を摩擦攪拌接合し、突合せ線の途中で走行中の前記ピ
ンを上昇させ、次いで前記ピンの上昇開始位置から既接
合部側の突合せ部にピンを再度挿し込み、該ピンを回転
させながら突合せ線の未接合部側に移動させることを特
徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項２】 先行する摩擦攪拌接合で使用したピンよ
りショルダ押込み分だけ短いピンを後続する摩擦攪拌接
合で使用し、後続する摩擦攪拌接合で継ぎ部分を接合す
る際、ショルダを被接合材に押し込む請求項１記載の摩
擦攪拌接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23034199A JP3285015B2 (ja) | 1999-08-17 | 1999-08-17 | 摩擦攪拌接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23034199A JP3285015B2 (ja) | 1999-08-17 | 1999-08-17 | 摩擦攪拌接合方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001379449A Division JP2002210570A (ja) | 2001-12-13 | 2001-12-13 | 摩擦攪拌接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001047259A JP2001047259A (ja) | 2001-02-20 |
| JP3285015B2 true JP3285015B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=16906340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23034199A Expired - Fee Related JP3285015B2 (ja) | 1999-08-17 | 1999-08-17 | 摩擦攪拌接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3285015B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5050675B2 (ja) * | 2007-06-11 | 2012-10-17 | 日本軽金属株式会社 | 接合方法 |
| JP5338936B2 (ja) * | 2012-03-22 | 2013-11-13 | 日本軽金属株式会社 | 接合方法 |
| JP5459339B2 (ja) * | 2012-03-22 | 2014-04-02 | 日本軽金属株式会社 | 接合方法 |
| JP5338955B2 (ja) * | 2012-07-19 | 2013-11-13 | 日本軽金属株式会社 | 接合方法 |
| JP5800038B2 (ja) * | 2014-01-07 | 2015-10-28 | 日本軽金属株式会社 | 接合方法 |
| EP2965849A1 (en) * | 2014-07-11 | 2016-01-13 | RC Simit, d.o.o. Poslovna enota Ljubljana | Friction stir welding tool cleaning method during welding cycle |
| JP6276716B2 (ja) * | 2015-01-27 | 2018-02-07 | 日本軽金属株式会社 | 接合方法 |
| JP6168188B2 (ja) * | 2016-04-05 | 2017-07-26 | 日本軽金属株式会社 | 接合方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000334583A (ja) | 1999-05-26 | 2000-12-05 | Hitachi Ltd | 摩擦攪拌接合部の補修方法 |
-
1999
- 1999-08-17 JP JP23034199A patent/JP3285015B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000334583A (ja) | 1999-05-26 | 2000-12-05 | Hitachi Ltd | 摩擦攪拌接合部の補修方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001047259A (ja) | 2001-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2004025296A (ja) | 摩擦接合装置及び摩擦接合方法 | |
| JP3510612B2 (ja) | 摩擦撹拌接合方法 | |
| JPH1110366A (ja) | 摩擦撹拌接合法及び摩擦撹拌接合装置 | |
| JP5413495B2 (ja) | 接合方法 | |
| JPH11320127A (ja) | 摩擦撹拌接合法及び摩擦撹拌接合装置 | |
| JP2002210570A (ja) | 摩擦攪拌接合方法 | |
| JP3285015B2 (ja) | 摩擦攪拌接合方法 | |
| JP2002011583A (ja) | 摩擦撹拌接合法 | |
| JP3283434B2 (ja) | 摩擦攪拌接合用治具及びそれを用いた摩擦攪拌接合方法 | |
| JP4014289B2 (ja) | 摩擦撹拌接合法 | |
| JP6927163B2 (ja) | 接合方法及び複合圧延材の製造方法 | |
| JP2002248582A (ja) | 摩擦攪拌接合方法 | |
| JP2003181654A (ja) | 摩擦撹拌接合装置 | |
| JP3886596B2 (ja) | リブ付きアルミニウム製品の製造法 | |
| JP3264322B2 (ja) | 摩擦攪拌接合を利用した筒の製造方法およびこれに用いる製造装置 | |
| WO2018096844A1 (ja) | アルミニウム構造部材の製造方法 | |
| JP3947271B2 (ja) | 摩擦撹拌接合によるｔ継手の形成方法 | |
| JP4008593B2 (ja) | 摩擦撹拌接合法及び摩擦撹拌接合装置 | |
| JPH11104860A (ja) | 摩擦撹拌接合法及び摩擦撹拌接合装置 | |
| JP3480913B2 (ja) | 構造体の製作方法 | |
| JPH1158038A (ja) | 摩擦撹拌接合装置 | |
| JP4413644B2 (ja) | 摩擦撹拌接合方法および摩擦撹拌接合装置 | |
| JP2001300744A (ja) | 摩擦撹拌接合法及び摩擦撹拌接合工具 | |
| JP4215999B2 (ja) | 摩擦攪拌接合材の製造方法 | |
| JP4033522B2 (ja) | 摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090308 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100308 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |