JP3317192B2 - 摩擦溶接方法及び車両構体 - Google Patents
摩擦溶接方法及び車両構体Info
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- 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
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は新規な摩擦溶接方法
及び車両構体に関し、特に金属の固相接合法によって、
船舶や自動車、航空、エレベータ、圧力容器などアルミ
ニウム合金を使用する構造体の摩擦溶接方法及び車両構
体に係るものである。
及び車両構体に関し、特に金属の固相接合法によって、
船舶や自動車、航空、エレベータ、圧力容器などアルミ
ニウム合金を使用する構造体の摩擦溶接方法及び車両構
体に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】回転ツールを用いた摩擦溶接方法とし
て、特表平7−505090 号が公知である。この特表平7−5
05090 号による摩擦溶接方法では、加工部材より実質的
に硬い材質からなるツールを加工部材の溶接部に挿入
し、前記ツールを回転させながら移動することにより、
溶接長手方向に連続的に溶接が可能である。特表平7−5
05090 号の溶接部裏面には、塑性流動によって溶接部裏
面に形状の変化をきたすことのない様、前記溶接部裏面
全体に裏当て板を配置している。つまり、溶接部裏面の
形状は溶接後も同一である。また、ツールを回転させな
がら移動するため、ツールによって溶接部表面が機械的
に切削され、溶接部の表面に凹みが生じる。
て、特表平7−505090 号が公知である。この特表平7−5
05090 号による摩擦溶接方法では、加工部材より実質的
に硬い材質からなるツールを加工部材の溶接部に挿入
し、前記ツールを回転させながら移動することにより、
溶接長手方向に連続的に溶接が可能である。特表平7−5
05090 号の溶接部裏面には、塑性流動によって溶接部裏
面に形状の変化をきたすことのない様、前記溶接部裏面
全体に裏当て板を配置している。つまり、溶接部裏面の
形状は溶接後も同一である。また、ツールを回転させな
がら移動するため、ツールによって溶接部表面が機械的
に切削され、溶接部の表面に凹みが生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記摩擦溶接方法を実
際の工業製品に適用する場合、次のような課題がある。 （１）ツールを回転させながら移動するため、ツールに
よって溶接部表面が機械的に切削され、溶接部の表面に
凹みが生じる。
際の工業製品に適用する場合、次のような課題がある。 （１）ツールを回転させながら移動するため、ツールに
よって溶接部表面が機械的に切削され、溶接部の表面に
凹みが生じる。
【０００４】（２）加工部材の溶接部において、溶接部
に挿入されたツールの先端から０.２mm程度しか、深さ
方向に対しては溶け込みが得られない。このため、溶接
部の裏面に未溶融部（溶込み欠陥）が生じる。溶接部裏
面に未溶融部を発生させずに溶接部裏面まで溶接を行う
には、溶接部に挿入されたツール先端と加工部材裏面ま
たは裏当て板との距離を、常に０.２mm 以下に制御する
必要がある。しかし、溶接部に挿入されたツール先端と
の距離を、常に０.２mm 以下に制御するのは、長尺物を
溶接する場合は特に困難である。
に挿入されたツールの先端から０.２mm程度しか、深さ
方向に対しては溶け込みが得られない。このため、溶接
部の裏面に未溶融部（溶込み欠陥）が生じる。溶接部裏
面に未溶融部を発生させずに溶接部裏面まで溶接を行う
には、溶接部に挿入されたツール先端と加工部材裏面ま
たは裏当て板との距離を、常に０.２mm 以下に制御する
必要がある。しかし、溶接部に挿入されたツール先端と
の距離を、常に０.２mm 以下に制御するのは、長尺物を
溶接する場合は特に困難である。
【０００５】（３）ツール先端が溶接部を貫通した状態
で溶接を行った場合、溶接部裏面に配置した裏当て板に
ツール先端が接触するため、ツール、あるいは裏当板が
破損する。また、溶接部裏面にも欠陥が発生する。さら
に、加工部材と裏当板が接合されることもある。
で溶接を行った場合、溶接部裏面に配置した裏当て板に
ツール先端が接触するため、ツール、あるいは裏当板が
破損する。また、溶接部裏面にも欠陥が発生する。さら
に、加工部材と裏当板が接合されることもある。
【０００６】図１は従来の摩擦溶接方法を示した図であ
る。従来の方法では被加工部材１が裏当て板２上に、図
のように配置されている。ツール４を回転させながら被
加工部材１の接合線３に挿入，被加工部材１を貫通する
直前まで挿入する。この時のツール先端４ａと被加工部
材１の裏面１ａとの距離は、通常０.２mm 以下である。
この状態で溶接方向へ移動して溶接する。この方法では
ツール先端４ａは溶接中、常に被加工部材１の裏面１ａ
よりも上を移動しなくてはならない。つまり、従来の溶
接方法では、ツール先端４ａが被加工部材１の裏面１ａ
を貫通してはならない。ツール先端４ａが被加工部材１
を貫通した場合、裏当て板２及びツール４が破損してし
まう。また、被加工部材１の裏面に欠陥が生じる。
る。従来の方法では被加工部材１が裏当て板２上に、図
のように配置されている。ツール４を回転させながら被
加工部材１の接合線３に挿入，被加工部材１を貫通する
直前まで挿入する。この時のツール先端４ａと被加工部
材１の裏面１ａとの距離は、通常０.２mm 以下である。
この状態で溶接方向へ移動して溶接する。この方法では
ツール先端４ａは溶接中、常に被加工部材１の裏面１ａ
よりも上を移動しなくてはならない。つまり、従来の溶
接方法では、ツール先端４ａが被加工部材１の裏面１ａ
を貫通してはならない。ツール先端４ａが被加工部材１
を貫通した場合、裏当て板２及びツール４が破損してし
まう。また、被加工部材１の裏面に欠陥が生じる。
【０００７】図２は溶接後の溶接部断面を示した図であ
る。従来の方法では、溶接部表面が凹んでしまう。ま
た、ツール４の先端４ａが被加工部材１の裏面１ａを貫
通した状態では溶接を行うことができない。ツール先端
４ａを被加工部材１の裏面１ａに達する直前で保持する
必要がある。しかし、被加工部材１が長尺の場合などは
溶接部の厚さが一定ではない。このため、溶融部５の下
から被加工部材１の裏面１ａに達する範囲で、未溶融部
６が発生してしまう。溶接条件によっても異なるが、ツ
ール４の先端４ａから０.２mm 程度しか溶け込みが得ら
れない。従って、未溶融部６の発生を防止するには、ツ
ール４の先端４ａと被工部材１の裏面１ａとの距離を常
に０.２mm 以下に制御しなくてはならない。この制御を
工業的に行うことは極めて困難である。
る。従来の方法では、溶接部表面が凹んでしまう。ま
た、ツール４の先端４ａが被加工部材１の裏面１ａを貫
通した状態では溶接を行うことができない。ツール先端
４ａを被加工部材１の裏面１ａに達する直前で保持する
必要がある。しかし、被加工部材１が長尺の場合などは
溶接部の厚さが一定ではない。このため、溶融部５の下
から被加工部材１の裏面１ａに達する範囲で、未溶融部
６が発生してしまう。溶接条件によっても異なるが、ツ
ール４の先端４ａから０.２mm 程度しか溶け込みが得ら
れない。従って、未溶融部６の発生を防止するには、ツ
ール４の先端４ａと被工部材１の裏面１ａとの距離を常
に０.２mm 以下に制御しなくてはならない。この制御を
工業的に行うことは極めて困難である。
【０００８】本発明の目的は、被加工部材の溶接部全体
を未接合部のない接合を行うことができる摩擦溶接方法
及び車両構体を提供することにある。
を未接合部のない接合を行うことができる摩擦溶接方法
及び車両構体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】（１）被加工部材の溶接
部近傍の裏面又は表裏両面を、非溶接部分の表面よりも
高く、突起状に形成することにより、ツール先端を被加
工部材の溶接部以外の裏面より下まで挿入させることが
できる。また、溶接部表面の凹みを被加工部材の接合部
以外の表面よりも上部に形成させることができる。前記
回転ツールの挿入反対面側に設けられる突起部はその幅
を高さ方向で小さくするものであり、接合後の作業性が
良好なものとなる。又、回転ツールの挿入面側に設けら
れる突起部はその幅を高さ方向で小さくするものであ
る。
部近傍の裏面又は表裏両面を、非溶接部分の表面よりも
高く、突起状に形成することにより、ツール先端を被加
工部材の溶接部以外の裏面より下まで挿入させることが
できる。また、溶接部表面の凹みを被加工部材の接合部
以外の表面よりも上部に形成させることができる。前記
回転ツールの挿入反対面側に設けられる突起部はその幅
を高さ方向で小さくするものであり、接合後の作業性が
良好なものとなる。又、回転ツールの挿入面側に設けら
れる突起部はその幅を高さ方向で小さくするものであ
る。
【００１０】（２）被加工部材の裏面に配置した裏当て
板の溶接部直下に溶接線に沿って溝を設けることによ
り、被加工部材と裏当て板との接触を防止できる。ま
た、被加工部材の裏面に配置した裏当板の溶接部直下に
溶接線に沿って溝を設けることにより、溶接部裏面に突
起部を形成しながら溶接することができる。その溝はそ
の幅が深さ方向で小さく、角型形状になっており、接合
後の作業性が良好なものとなる。
板の溶接部直下に溶接線に沿って溝を設けることによ
り、被加工部材と裏当て板との接触を防止できる。ま
た、被加工部材の裏面に配置した裏当板の溶接部直下に
溶接線に沿って溝を設けることにより、溶接部裏面に突
起部を形成しながら溶接することができる。その溝はそ
の幅が深さ方向で小さく、角型形状になっており、接合
後の作業性が良好なものとなる。
【００１１】前記（１）の手段により、溶接部近傍のみ
被加工部材表面を突起状に形成することで、溶接部表面
に生じる凹みは被加工部材表面より上の突起部に形成さ
れ、被加工部材内から排除される。また、溶接部近傍の
み被加工部材裏面を突起状に形成することでツール先端
を被加工部材の溶接部以外の裏面よりも下へ挿入するこ
とができ、ツール先端より下に発生する未溶融部分は突
起部に形成され、被加工部材内から排除される。
被加工部材表面を突起状に形成することで、溶接部表面
に生じる凹みは被加工部材表面より上の突起部に形成さ
れ、被加工部材内から排除される。また、溶接部近傍の
み被加工部材裏面を突起状に形成することでツール先端
を被加工部材の溶接部以外の裏面よりも下へ挿入するこ
とができ、ツール先端より下に発生する未溶融部分は突
起部に形成され、被加工部材内から排除される。
【００１２】前記（２）の手段により、溶接の課程でツ
ールの挿入方向に対して局部的に５００〜２０００kgｆ
の大きな荷重がかかる。このため、溶接中に塑性流動し
た金属が、溶接部裏面に設けられた溝に押し込められ
る。その結果、溶接部裏面に前記溝と同一形状の裏波が
形成される。
ールの挿入方向に対して局部的に５００〜２０００kgｆ
の大きな荷重がかかる。このため、溶接中に塑性流動し
た金属が、溶接部裏面に設けられた溝に押し込められ
る。その結果、溶接部裏面に前記溝と同一形状の裏波が
形成される。
【００１３】上記手段によりツール先端を溶接部裏面か
ら貫通させて溶接を行うことができる。これにより、溶
接部裏面に発生する未溶融部を排除することができる。
また、ツール先端が貫通した場合でも、被加工部材及び
ツール先端を破損させることなく溶接することが可能と
なる。さらに、被加工部材と裏当て板が接合されること
なく溶接を行える。前記裏当て板の溝の形状は前記回転
ツールの先端形状と同一形状に形成されていること、前
記裏当て板の溝の幅は、前記ツールのピン径に対して１
〜５mm大きく形成されていること、溶接に使用するツー
ルのピン径に対して１〜２mm小さく形成されているこ
と、前記溝の形状は下方に向かって溝幅が小さくなって
いること、更に、裏当て板は溝の中央、あるいは前記溝
のほぼ中央から溶接進行方向に対して左右に分割できる
機構を備えていることが好ましい。
ら貫通させて溶接を行うことができる。これにより、溶
接部裏面に発生する未溶融部を排除することができる。
また、ツール先端が貫通した場合でも、被加工部材及び
ツール先端を破損させることなく溶接することが可能と
なる。さらに、被加工部材と裏当て板が接合されること
なく溶接を行える。前記裏当て板の溝の形状は前記回転
ツールの先端形状と同一形状に形成されていること、前
記裏当て板の溝の幅は、前記ツールのピン径に対して１
〜５mm大きく形成されていること、溶接に使用するツー
ルのピン径に対して１〜２mm小さく形成されているこ
と、前記溝の形状は下方に向かって溝幅が小さくなって
いること、更に、裏当て板は溝の中央、あるいは前記溝
のほぼ中央から溶接進行方向に対して左右に分割できる
機構を備えていることが好ましい。
【００１４】本発明においては、以下の効果を得ること
が出来るものである。 （１）被加工部材の溶接部近傍の表裏両面に突起を形成
することで、溶接部表面の凹み及び溶接部裏面の未溶融
部は突起内部に発生し、溶接後に突起を削除することで
被加工部材内部から排除できる。
が出来るものである。 （１）被加工部材の溶接部近傍の表裏両面に突起を形成
することで、溶接部表面の凹み及び溶接部裏面の未溶融
部は突起内部に発生し、溶接後に突起を削除することで
被加工部材内部から排除できる。
【００１５】（２）裏当て板に溝を設け、この溝を加工
部材の溶接部直下に配置することで、ツールが接合部裏
面を貫通した場合でもツール及び裏当て板が破損するの
を防止できる。
部材の溶接部直下に配置することで、ツールが接合部裏
面を貫通した場合でもツール及び裏当て板が破損するの
を防止できる。
【００１６】（３）常時、ツールを貫通させて溶接が行
えるため、加工部材の溶接部全体を溶融させることが可
能になる。さらに、溶接によって形成された裏波を削除
することで、溶接部裏面に発生していた未溶融部分を排
除することができる。
えるため、加工部材の溶接部全体を溶融させることが可
能になる。さらに、溶接によって形成された裏波を削除
することで、溶接部裏面に発生していた未溶融部分を排
除することができる。
【００１７】（４）ツールを貫通させて溶接を行えるた
め、溶接中にツール挿入深さの変動する許容値が従来の
方法に比べ拡大した。
め、溶接中にツール挿入深さの変動する許容値が従来の
方法に比べ拡大した。
【００１８】
【発明の実施の形態】（実施例１） 本発明をアルミニウム合金の突き合わせ溶接に適用した
場合の実施例を図面を用いて具体的に説明する。
場合の実施例を図面を用いて具体的に説明する。
【００１９】図３（ａ）及び（ｂ）は溶接部近傍の表裏
両面が突起状に形成された被加工部材の溶接方法を示し
た図である。被加工部材表面の突起は溶接部表面の凹み
を防止するためのものである。この突起幅１０は、実験
による経験では本溶接に使用するツール４のショルダ径
９よりも小さくした場合には溶接部表面に欠陥が発生し
やすい。突起幅１０がショルダ径９と同一、あるいはシ
ョルダ径以上では欠陥のない溶接部が得られているた
め、本実施例では突起幅１０をショルダ径９と同等、あ
るいはショルダ径９以上とした。また、突起高さ１１
は、ショルダ径９によって異なるが、ツール４の傾斜に
よるショルダ径９と被加工部材表面との隙間とほぼ同じ
高さにするのが望ましい。現状では０.５〜３mmであれ
ば問題ない。ツール挿入の際には、ショルダが被加工部
材表面まで到達しないようにツール４を挿入する。突起
８a、８ｂの幅は、いずれも高さ方向で小さくなってお
り、接合後の当て板２からの離脱が容易なものである。
両面が突起状に形成された被加工部材の溶接方法を示し
た図である。被加工部材表面の突起は溶接部表面の凹み
を防止するためのものである。この突起幅１０は、実験
による経験では本溶接に使用するツール４のショルダ径
９よりも小さくした場合には溶接部表面に欠陥が発生し
やすい。突起幅１０がショルダ径９と同一、あるいはシ
ョルダ径以上では欠陥のない溶接部が得られているた
め、本実施例では突起幅１０をショルダ径９と同等、あ
るいはショルダ径９以上とした。また、突起高さ１１
は、ショルダ径９によって異なるが、ツール４の傾斜に
よるショルダ径９と被加工部材表面との隙間とほぼ同じ
高さにするのが望ましい。現状では０.５〜３mmであれ
ば問題ない。ツール挿入の際には、ショルダが被加工部
材表面まで到達しないようにツール４を挿入する。突起
８a、８ｂの幅は、いずれも高さ方向で小さくなってお
り、接合後の当て板２からの離脱が容易なものである。
【００２０】被加工部材裏面の突起は溶接部裏面の未溶
融部を排除するためのものである。したがって、ツール
先端は被加工部材裏面を貫通して突起の内部まで挿入さ
れる。ツール先端を裏面の突起まで挿入するため、図３
（ａ）のように突起幅１２は溶接に使用するツール４の
ツール先端４ａよりも大きくする必要がある。突起高さ
１３は使用するツール４のツール先端４ａの寸法によっ
て異なるが、ツール先端Ｒ部４ｂ全体が突起内部に到達
するまでツール４を挿入することから、０.５〜３mmと
している。
融部を排除するためのものである。したがって、ツール
先端は被加工部材裏面を貫通して突起の内部まで挿入さ
れる。ツール先端を裏面の突起まで挿入するため、図３
（ａ）のように突起幅１２は溶接に使用するツール４の
ツール先端４ａよりも大きくする必要がある。突起高さ
１３は使用するツール４のツール先端４ａの寸法によっ
て異なるが、ツール先端Ｒ部４ｂ全体が突起内部に到達
するまでツール４を挿入することから、０.５〜３mmと
している。
【００２１】図３（ｂ）のように被加工部材裏面の突起
幅がツール先端４ａ以下では、溶接中、ツール４による
塑性流動で突起全体が撹拌され良好な溶接部が得られな
い。
幅がツール先端４ａ以下では、溶接中、ツール４による
塑性流動で突起全体が撹拌され良好な溶接部が得られな
い。
【００２２】（実施例２） 図４は溶接後に溶接部近傍の突起を削除した状態を示し
た図である。本溶接方法で発生する溶接部表面の凹み
は、実施例１により突起８ａに形成される。溶接後、こ
の突起８ａをグラインダ等で被加工部材表面１ｂまで切
削することで被加工部材表面１ｂと同一の高さにでき
る。被加工部材裏面の未溶融部６は突起８ｂに形成され
る。溶接後、この突起８ｂをグラインダ等で被加工部材
裏面１ａまで切削することで未溶融部６を被加工部材１
から排除でき、被加工部材裏面１ａと同じ高さにするこ
とができる。突起８ａ、８ｂの幅は、いずれも高さ方向
で小さくなっている。
た図である。本溶接方法で発生する溶接部表面の凹み
は、実施例１により突起８ａに形成される。溶接後、こ
の突起８ａをグラインダ等で被加工部材表面１ｂまで切
削することで被加工部材表面１ｂと同一の高さにでき
る。被加工部材裏面の未溶融部６は突起８ｂに形成され
る。溶接後、この突起８ｂをグラインダ等で被加工部材
裏面１ａまで切削することで未溶融部６を被加工部材１
から排除でき、被加工部材裏面１ａと同じ高さにするこ
とができる。突起８ａ、８ｂの幅は、いずれも高さ方向
で小さくなっている。
【００２３】（実施例３） 図５は溝付の裏当て板を用いた場合の溶接方法を示した
図である。本溶接方法では、図５（ａ）及び（ｂ）に示
すように、裏当て板２に設けた溝７を被加工部材１の溶
接面３の直下に配置する。なお、ツール４の先端が被加
工部材１の裏面を貫通するまでツール４を挿入して溶接
を行う。裏当て板２に設けた溝７はその幅がその深さ方
向で小さく、角型形状になっており、接合後の被加工部
材１の裏当て板２からの離脱を容易に行うことができ
る。
図である。本溶接方法では、図５（ａ）及び（ｂ）に示
すように、裏当て板２に設けた溝７を被加工部材１の溶
接面３の直下に配置する。なお、ツール４の先端が被加
工部材１の裏面を貫通するまでツール４を挿入して溶接
を行う。裏当て板２に設けた溝７はその幅がその深さ方
向で小さく、角型形状になっており、接合後の被加工部
材１の裏当て板２からの離脱を容易に行うことができ
る。
【００２４】図５（ｂ）では被加工部材の溶接部表面に
突起８ａが形成された被加工部材を示す。本溶接方法で
は、溶接部において、被加工部材の一部を裏当て板２に
設けた溝７に塑性流動させている。溶接中、溶接部表面
は部材がツール４の押し付け力により下方へと押されて
塑性流動しているため、溝に金属が充填されると、溶接
部表面では逆に金属が減少する。そのため溶接後の表面
は凹状になる。予め溶接部表面に突起８を形成しておく
ことで、この突起８ａにより溝の内部に充填される金属
を補うことができる。
突起８ａが形成された被加工部材を示す。本溶接方法で
は、溶接部において、被加工部材の一部を裏当て板２に
設けた溝７に塑性流動させている。溶接中、溶接部表面
は部材がツール４の押し付け力により下方へと押されて
塑性流動しているため、溝に金属が充填されると、溶接
部表面では逆に金属が減少する。そのため溶接後の表面
は凹状になる。予め溶接部表面に突起８を形成しておく
ことで、この突起８ａにより溝の内部に充填される金属
を補うことができる。
【００２５】図６は、本発明を用いて溶接を行った被加
工部材の溶接部周辺を断面で示した図である。被加工部
材１の溶接部直下に溝を設けることで、溶接部裏面に裏
波を形成することができる。また、ツール４の先端４ａ
を被加工部材１の裏面１ａから貫通させて溶接すること
ができるため、図２で示した位置に未溶融部が発生する
ことはない。つまり、未溶融部を被加工部材１内部から
排除できる。本方法においても、溶接条件によっても異
なるが、ツール４の先端４ａから０.２mm以上の下方で
は未溶融部が発生する。しかし、未溶融部の発生は被加
工部材１の裏面よりも下方、裏波１４内部である。裏当
て板２に設けた溝７はその幅がその深さ方向で小さく、
角型形状になっており、接合後の被加工部材１の裏当て
板２からの離脱を容易に行うことができる。
工部材の溶接部周辺を断面で示した図である。被加工部
材１の溶接部直下に溝を設けることで、溶接部裏面に裏
波を形成することができる。また、ツール４の先端４ａ
を被加工部材１の裏面１ａから貫通させて溶接すること
ができるため、図２で示した位置に未溶融部が発生する
ことはない。つまり、未溶融部を被加工部材１内部から
排除できる。本方法においても、溶接条件によっても異
なるが、ツール４の先端４ａから０.２mm以上の下方で
は未溶融部が発生する。しかし、未溶融部の発生は被加
工部材１の裏面よりも下方、裏波１４内部である。裏当
て板２に設けた溝７はその幅がその深さ方向で小さく、
角型形状になっており、接合後の被加工部材１の裏当て
板２からの離脱を容易に行うことができる。
【００２６】図７は、本発明により形成された裏波をグ
ラインダ、又は切削などにより機械的に除去した状態を
断面で示した図である。本発明では、前述したように裏
波１４内部に未溶融部が発生する。そこで、溶接終了後
に被加工部材１の裏面に形成された裏波１４を、図６に
示すように被加工部材１裏面まで削除することで未溶融
部を完全に排除することが可能である。
ラインダ、又は切削などにより機械的に除去した状態を
断面で示した図である。本発明では、前述したように裏
波１４内部に未溶融部が発生する。そこで、溶接終了後
に被加工部材１の裏面に形成された裏波１４を、図６に
示すように被加工部材１裏面まで削除することで未溶融
部を完全に排除することが可能である。
【００２７】（実施例４） 図８は実施例１で示した摩擦溶接方法で接合された被加
工部材の接合部裏面を、アーク又はレーザなどの溶融溶
接方法により再度、溶接した状態を断面で示した図であ
る。本発明では、ツール４を被加工部材１から貫通させ
るこができるため、溶け込み不足による未溶融部の発生
を従来の位置から排除できる。しかし、本発明により溶
け込み不足が大きく改善される期待は小さい。したがっ
て、本発明により形成されたＦＳＷによる溶接部１５の
裏波部分に未溶融部が生じる場合がある。そこで、本発
明により形成された裏波を、アーク又はレーザなどの熱
源を用いて再度溶接し、アーク溶接による溶接部１６を
形成することで未溶融部を排除した。本実施例では溶接
箇所が突出しているため、溶融させる範囲が極めて少な
いため低入熱で溶融させることが可能であり、他の溶接
方法に比べ溶接後の変形を小さくすることができる。ま
た、フィラーワイヤを使用することなく溶接できる。
工部材の接合部裏面を、アーク又はレーザなどの溶融溶
接方法により再度、溶接した状態を断面で示した図であ
る。本発明では、ツール４を被加工部材１から貫通させ
るこができるため、溶け込み不足による未溶融部の発生
を従来の位置から排除できる。しかし、本発明により溶
け込み不足が大きく改善される期待は小さい。したがっ
て、本発明により形成されたＦＳＷによる溶接部１５の
裏波部分に未溶融部が生じる場合がある。そこで、本発
明により形成された裏波を、アーク又はレーザなどの熱
源を用いて再度溶接し、アーク溶接による溶接部１６を
形成することで未溶融部を排除した。本実施例では溶接
箇所が突出しているため、溶融させる範囲が極めて少な
いため低入熱で溶融させることが可能であり、他の溶接
方法に比べ溶接後の変形を小さくすることができる。ま
た、フィラーワイヤを使用することなく溶接できる。
【００２８】（実施例５） 本発明の特徴である裏当て板について、本実施例では以
下に示す形状あるいは構造の物を幾つか用いて溶接を行
った。
下に示す形状あるいは構造の物を幾つか用いて溶接を行
った。
【００２９】図９は、本溶接で使用した裏当て板の溝周
辺部を断面で示した図である。図９（ａ）及び（ｂ）に
示すように、溝７の幅が下方に向かって小さくなって
る。これは、溶接後に被加工部材を裏当て板から取り外
す作業を容易にするためである。図９（ｃ）は溝７の中
央から左右に分割が可能な構造の裏当て板である。この
構造を用いることでも、溶接終了後に被加工部材１に形
成された裏波１４を、裏当て板から容易に取り外すこと
ができる。
辺部を断面で示した図である。図９（ａ）及び（ｂ）に
示すように、溝７の幅が下方に向かって小さくなって
る。これは、溶接後に被加工部材を裏当て板から取り外
す作業を容易にするためである。図９（ｃ）は溝７の中
央から左右に分割が可能な構造の裏当て板である。この
構造を用いることでも、溶接終了後に被加工部材１に形
成された裏波１４を、裏当て板から容易に取り外すこと
ができる。
【００３０】（実施例６） 図１０は、溝周辺に冷却構造を備えた裏当て板を断面に
より示した図である。図に示すように溝７の周辺、裏当
て板２の内部に溶接方向に向かって冷却口１７を設け、
溶接中、この冷却口１７に水を循環させることで溝７周
辺を冷却させた。この方法でも、被加工部材の取り外し
が容易になった。なお、冷却口１７には、水以外にも、
圧縮空気などでも目的を達成できる。裏当て板２に設け
た溝７の幅はその深さ方向で小さくなっており、接合後
の被加工部材１の裏当て板２からの離脱を容易に行うこ
とができる。
より示した図である。図に示すように溝７の周辺、裏当
て板２の内部に溶接方向に向かって冷却口１７を設け、
溶接中、この冷却口１７に水を循環させることで溝７周
辺を冷却させた。この方法でも、被加工部材の取り外し
が容易になった。なお、冷却口１７には、水以外にも、
圧縮空気などでも目的を達成できる。裏当て板２に設け
た溝７の幅はその深さ方向で小さくなっており、接合後
の被加工部材１の裏当て板２からの離脱を容易に行うこ
とができる。
【００３１】
【００３２】
【００３３】（実施例７） 本発明を鉄道車両に適用した例について説明する。図１
１は鉄道車両の一部を斜視図で示した図であり、本実施
例は、図１１に示す鉄道車両構体の溶接箇所２０の一部
に使用した。
１は鉄道車両の一部を斜視図で示した図であり、本実施
例は、図１１に示す鉄道車両構体の溶接箇所２０の一部
に使用した。
【００３４】図１２は鉄道車両の構体での本発明の実施
方法を示した断面図である。被接合部材は押し出し型材
２１，２２，２３である。型材２１，２２，２３を裏当
て板２上に配置，溶接線の直下が溝７になるようにして
拘束する。型材の拘束は万力や装置で上方から裏当て板
２に押さえることによって行う。材質はＳｉ量が０.４
〜０.９ｗｔ％ ，Ｍｇ量が０.４〜０.８ｗｔ％を主組成
とするアルミニウム合金である。溶接終了後に溶接部裏
面に形成された裏波をグラインダで切削した。なお、本
実施例での溶接条件は、ツールの回転数１８００rpm ，
溶接速度６００mm／min であり、長さ３ｍの溶接部に適
用した。回転ツール４の挿入面側に設けられる突起部８
ａはその幅を高さ方向で小さくするものである。
方法を示した断面図である。被接合部材は押し出し型材
２１，２２，２３である。型材２１，２２，２３を裏当
て板２上に配置，溶接線の直下が溝７になるようにして
拘束する。型材の拘束は万力や装置で上方から裏当て板
２に押さえることによって行う。材質はＳｉ量が０.４
〜０.９ｗｔ％ ，Ｍｇ量が０.４〜０.８ｗｔ％を主組成
とするアルミニウム合金である。溶接終了後に溶接部裏
面に形成された裏波をグラインダで切削した。なお、本
実施例での溶接条件は、ツールの回転数１８００rpm ，
溶接速度６００mm／min であり、長さ３ｍの溶接部に適
用した。回転ツール４の挿入面側に設けられる突起部８
ａはその幅を高さ方向で小さくするものである。
【００３５】（実施例８） 図１３は溶接部近傍の表裏両面に突起が形成された鉄道
車両の構体での実施方法を示した断面図である。被接合
部材は押し出し型材２４，２５である。型材２４，２５
を裏当て板２上に配置，溶接線の直下が溝７になるよう
にして拘束する。回転ツール４の挿入面側に設けられる
突起部８ａはその幅を高さ方向で小さくするものであ
る。型材の拘束は万力や装置で上方から裏当て板２に押
さえることによって行う。材質はＳｉ量が０.４〜０.９
ｗｔ％，Ｍｇ量が０.４〜０.８ｗｔ％を主組成とするア
ルミニウム合金である。溶接終了後に溶接部近傍の表裏
両面の突起をグラインダにより削除した。なお、本実施
例での溶接条件は、ツールの回転数１０００rpm，溶接
速度４００mm／min であり、長さ２ｍの溶接部に適用し
た。
車両の構体での実施方法を示した断面図である。被接合
部材は押し出し型材２４，２５である。型材２４，２５
を裏当て板２上に配置，溶接線の直下が溝７になるよう
にして拘束する。回転ツール４の挿入面側に設けられる
突起部８ａはその幅を高さ方向で小さくするものであ
る。型材の拘束は万力や装置で上方から裏当て板２に押
さえることによって行う。材質はＳｉ量が０.４〜０.９
ｗｔ％，Ｍｇ量が０.４〜０.８ｗｔ％を主組成とするア
ルミニウム合金である。溶接終了後に溶接部近傍の表裏
両面の突起をグラインダにより削除した。なお、本実施
例での溶接条件は、ツールの回転数１０００rpm，溶接
速度４００mm／min であり、長さ２ｍの溶接部に適用し
た。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、被加工部材の溶接部全
体を未接合部のない接合を行うことができる摩擦溶接方
法及び車両構体を得ることが出来る。
体を未接合部のない接合を行うことができる摩擦溶接方
法及び車両構体を得ることが出来る。
【図１】従来の摩擦溶接方法を示した図である。
【図２】溶接後の溶接部断面を示した図である。
【図３】溶接部近傍の表裏両面が突起状に形成された被
加工部材の摩擦溶接方法を示した図である。
加工部材の摩擦溶接方法を示した図である。
【図４】溶接後、表裏両面の突起を削除した状態を示し
た図である。
た図である。
【図５】本発明による摩擦溶接方法を示した図である。
【図６】本発明により溶接された被加工部材の溶接部を
断面により示した図である。
断面により示した図である。
【図７】本発明により形成された裏波を除去した状態を
断面により示した図である。
断面により示した図である。
【図８】本発明により溶接された被加工部材の溶接部裏
面をアーク又はレーザ等の溶融溶接方法により再度、溶
接した状態を断面により示した図である。
面をアーク又はレーザ等の溶融溶接方法により再度、溶
接した状態を断面により示した図である。
【図９】本溶接で使用した裏当て板の溝周辺部を断面で
示した図である。
示した図である。
【図１０】溝周辺に冷却構造を備えた裏当て板を断面に
より示した図である。
より示した図である。
【図１１】鉄道車両の構体を示した斜視図である。
【図１２】鉄道車両の構体に本発明を適用した実施方法
を示した断面図である。
を示した断面図である。
【図１３】溶接部近傍の表裏両面に突起が形成された鉄
道車両の構体での実施方法を示した断面図である。
道車両の構体での実施方法を示した断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−225780（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−216964（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−263852（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−52769（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 20/12
Claims (7)
- 【請求項１】ショルダ部と該ショルダ部より細いネジ部
を有する回転ツールによって被加工部材の接合を行う摩
擦溶接方法において、前記被加工部材の接合部の前記回
転ツールの挿入反対面側に突起部が形成され、該突起部
の幅は高さ方向で小さくなっていることを特徴とする摩
擦溶接方法。 - 【請求項２】ショルダ部と該ショルダ部より細いネジ部
を有する回転ツールによって被加工部材の接合を行う摩
擦溶接方法において、前記被加工部材の接合部の表裏両
面に突起部が形成され、該突起部の前記回転ツール挿入
反対面側の幅は高さ方向で小さくなっていることを特徴
とする摩擦溶接方法。 - 【請求項３】ショルダ部と該ショルダ部より細いネジ部
を有する回転ツールによって被加工部材の接合を行う摩
擦溶接方法において、前記被加工部材接合部の前記回転
ツールの挿入面側に突起部が形成され、該突起部の幅は
その高さ方向で小さくなっており、前記回転ツールの挿
入反対面側に前記被加工部材の突出部を形成しながら前
記接合することを特徴とする摩擦溶接方法。 - 【請求項４】請求項１〜３のいずれかにおいて、前記摩
擦溶接後、前記突起部の表裏の少なくとも一方又は前記
摩擦溶接によって形成された前記突出部を機械的に削除
するか又はアーク溶接により溶融することを特徴とする
摩擦溶接方法。 - 【請求項５】ショルダ部と該ショルダ部より細いネジ部
を有する回転ツールによって被加工部材の摩擦接合を行
った後に、前記被加工部材の接合部の片面側又は両面側
を前記摩擦接合以外の手段によって溶融溶接することを
特徴とする摩擦溶接方法。 - 【請求項６】ショルダ部と該ショルダ部より細いネジ部
を有する回転ツールによって被加工部材の接合を行う摩
擦溶接方法において、前記被加工部材の接合部裏面の前
記回転ツールの挿入部に対応する部分に溝が設けられた
裏当て板を配置し、該裏当て板の溝周辺、又は前記裏当
て板全体を強制的に冷却しながら前記接合することを特
徴とする摩擦溶接方法。 - 【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の摩擦溶接
方法により製作されたことを特徴とする車両構体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17147397A JP3317192B2 (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 摩擦溶接方法及び車両構体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17147397A JP3317192B2 (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 摩擦溶接方法及び車両構体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1110364A JPH1110364A (ja) | 1999-01-19 |
| JP3317192B2 true JP3317192B2 (ja) | 2002-08-26 |
Family
ID=15923765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17147397A Expired - Lifetime JP3317192B2 (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 摩擦溶接方法及び車両構体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3317192B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6352193B1 (en) | 2000-08-01 | 2002-03-05 | General Electric Company | Apparatus for joining electrically conductive materials |
| JP4723081B2 (ja) * | 2000-11-29 | 2011-07-13 | 株式会社日立製作所 | 構造体の製作方法 |
| US7093745B2 (en) | 2003-01-14 | 2006-08-22 | Honda Motor Co., Ltd. | Method of and apparatus for friction stir welding |
| JP5223326B2 (ja) * | 2007-12-21 | 2013-06-26 | 日本軽金属株式会社 | 接合方法 |
| JP5233557B2 (ja) * | 2008-09-30 | 2013-07-10 | 日本軽金属株式会社 | 接合方法 |
| KR101196561B1 (ko) | 2007-12-21 | 2012-11-01 | 니폰게이긴조쿠가부시키가이샤 | 접합 방법 |
| CN103501953B (zh) * | 2011-04-28 | 2016-01-20 | 普锐特冶金技术日本有限公司 | 摩擦搅拌接合方法及装置、工具组 |
| JP5435109B2 (ja) * | 2012-11-27 | 2014-03-05 | 日本軽金属株式会社 | 接合方法 |
| JP6129672B2 (ja) * | 2013-07-25 | 2017-05-17 | 株式会社日立製作所 | 摩擦撹拌接合用継手及びこの継手を用いた摩擦撹拌接合部 |
| EP3296055A1 (de) * | 2016-09-16 | 2018-03-21 | Wartmann Technologie AG | Vorrichtung und verfahren zum vollkommenen rührreib-durchschweissen einer rundnaht an rotationssymmetrischen hohlkörpern |
-
1997
- 1997-06-27 JP JP17147397A patent/JP3317192B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1110364A (ja) | 1999-01-19 |
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