JP7102900B2 - Friction stir welding method - Google Patents
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Description
本発明は、摩擦攪拌接合方法に関する。 The present invention relates to a friction stir welding method.
例えば、下記特許文献1に記載されているように、2つの金属部材の摩擦攪拌接合方法は知られている。この摩擦拡販接合方法の第1工程(突き合わせ工程)では、まず、接合対象部材としての2つの金属部材(第1部材及び第2部材)の端面が突き合わせられる。なお、第1部材及び第2部材の境界部に段差が形成されないように両部材が配置される。第2工程(接合工程)では、摩擦攪拌ツールの先端部(プローブ部)が摩擦攪拌接合対象部位に圧入され、摩擦攪拌接合対象部位に沿って走査される。これにより、摩擦攪拌接合対象部位(つまり、前記突き合わせられた端面の両側に位置する部分)が攪拌されて塑性流動する。このようにして第1部材と第2部材とが接合される。
For example, as described in
一般に、摩擦攪拌ツールが摩擦攪拌接合対象部位に沿って走査される際、摩擦攪拌ツールの中心軸は接合対象部位の表面に垂直ではなく、前記表面(又は法線)に対して少し傾斜している。すなわち、摩擦攪拌ツールの先端側(プローブ部側)が基端側(シャンク部側)に比べて前記走査方向における前方に位置している。前記法線に対する中心軸の傾斜角度は前進角と呼ばれる。前進角は、例えば、3°に設定される。上記のように、前記法線に対して摩擦攪拌ツールが傾斜配置されることにより、摩擦攪拌ツールのショルダ部(シャンク部の先端)のうち、前記走査方向における後半部側が、前半部側に比べて、前記接合対象部位内に深く入り込む。そのため、摩擦攪拌ツールによって攪拌されて前記走査方向における後方側へ塑性流動した金属材料の浮き上がり(表面の膨出)を抑制して、接合欠陥(空洞)の発生を抑制できる。 Generally, when the friction stir tool is scanned along the friction stir welding target site, the central axis of the friction stir welding tool is not perpendicular to the surface of the friction target site but slightly inclined with respect to the surface (or normal). There is. That is, the tip side (probe portion side) of the friction stir tool is located in front of the base end side (shank portion side) in the scanning direction. The angle of inclination of the central axis with respect to the normal is called the forward angle. The advance angle is set to, for example, 3 °. As described above, by arranging the friction stir tool at an angle with respect to the normal, the latter half side in the scanning direction of the shoulder portion (tip of the shank portion) of the friction stir tool is compared with the first half side. Then, it penetrates deeply into the part to be joined. Therefore, it is possible to suppress the floating (swelling of the surface) of the metal material that has been agitated by the friction stir tool and plastically flowed to the rear side in the scanning direction, and suppress the occurrence of joint defects (cavities).
ここで、図22に示すように、突き合わせられた第1部材P1及び第2部材P2の第1摩擦攪拌接合対象部位WP1を接合し、引き続き第2摩擦攪拌接合対象部位WP2を接合する工程について考察する。なお、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1の外周面S1が平面状であり、第2摩擦攪拌接合対象部位WP2の外周面S2が、外周面S1に連続する円弧面である。 Here, as shown in FIG. 22, a process of joining the first friction stir welding target portion WP1 of the abutted first member P1 and the second member P2 and subsequently joining the second friction stir welding target portion WP2 will be considered. do. The outer peripheral surface S1 of the first friction stir welding target portion WP1 is flat, and the outer peripheral surface S2 of the second friction stir welding target portion WP2 is an arc surface continuous with the outer peripheral surface S1.
まず、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1に摩擦攪拌ツールFTが圧入される。そして、摩擦攪拌ツールFTが、第2摩擦攪拌接合対象部位WP2側(図23において右方)へ平行移動される。なお、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1の接合工程において、前進角θが、所定値(例えば3°)に設定される。言い換えれば、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1内へのショルダ部の後半部の入り込み深さdが、塑性流動した金属材料の浮き上がりを抑制可能な最適値d0(例えば0.3mm)に設定される。なお、摩擦攪拌ツールFTの先端(プローブ部)は、実際には円錐台形であるが、以下の説明において、プローブ部PRの先端DPを尖鋭形とする。また、図23において、破線Laは、外周面S1,S2からの距離が入り込み深さdの最適値d0である位置を表す。また、破線Lbは、外周面S1,S2からの距離が撹拌深さDの最適値D0である位置を表す。 First, the friction stir tool FT is press-fitted into the first friction stir welding target portion WP1. Then, the friction stir tool FT is translated to the WP2 side (right side in FIG. 23) of the second friction stir welding target portion. In the joining step of the first friction stir welding target portion WP1, the advance angle θ is set to a predetermined value (for example, 3 °). In other words, the depth d of the latter half of the shoulder portion into the first friction stir welding target portion WP1 is set to an optimum value d 0 (for example, 0.3 mm) capable of suppressing the lifting of the plastically fluidized metal material. To. The tip (probe portion) of the friction stir tool FT is actually a conical trapezoid, but in the following description, the tip DP of the probe portion PR is a sharp shape. Further, in FIG. 23, the broken line La represents a position where the distance from the outer peripheral surfaces S1 and S2 is the optimum value d0 of the depth d. Further, the broken line Lb represents a position where the distance from the outer peripheral surfaces S1 and S2 is the optimum value D0 of the stirring depth D.
図23に示すように、プローブ部PRの先端DPが、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1と第2摩擦攪拌接合対象部位WP2との境界部BD12に到達したとき、摩擦攪拌ツールFTが、外周面S2の中心軸Oの回りに回動され始める。ここで、摩擦撹拌ツールFTの中心軸Oの回りの回動角度αが増大するだけであり、前進角θ(外周面S2の各点における法線Nに対する中心軸CAの角度)、摩擦撹拌ツールFTの中心軸CAの延設方向の位置などの他のパラメータは変更されない。この場合、撹拌深さD(外周面S1,S2からプローブ部PRの先端DPまでの距離)は、最適値D0に保たれる。しかし、図23に示すように、摩擦攪拌ツールFTが中心軸Oの回りに回動され始めると、摩擦接合対象部位WP(第1摩擦攪拌接合対象部位WP1又は第2摩擦攪拌接合対象部位WP2)内へのショルダ部(シャンク部SHの先端)の入り込み深さdが、最適値d0より小さくなる。したがって、図24に示すように、塑性流動した金属材料が浮き上がり、外周面S2が膨出して、第2摩擦攪拌接合対象部位WP2の内部に接合欠陥(空洞)が生じる虞がある。なお、図24において、摩擦撹拌ツールFTのショルダ部の後端の軌跡を2点鎖線で示している。 As shown in FIG. 23, when the tip DP of the probe portion PR reaches the boundary portion BD 12 between the first friction stir welding target portion WP1 and the second friction stir welding target portion WP2, the friction stir welding tool FT moves to the outer circumference. It begins to rotate around the central axis O of the surface S2. Here, the rotation angle α around the central axis O of the friction stirring tool FT only increases, and the forward angle θ (the angle of the central axis CA with respect to the normal N at each point of the outer peripheral surface S2) and the friction stirring tool Other parameters such as the position of the central axis CA of the FT in the extension direction are not changed. In this case, the stirring depth D (distance from the outer peripheral surfaces S1 and S2 to the tip DP of the probe portion PR) is maintained at the optimum value D0. However, as shown in FIG. 23, when the friction stir tool FT starts to rotate around the central axis O, the friction stir welding target site WP (first friction stir welding target site WP1 or second friction stir welding target site WP2). The penetration depth d of the shoulder portion (tip of the shank portion SH) inward becomes smaller than the optimum value d 0 . Therefore, as shown in FIG. 24, the plastically fluidized metal material may float, the outer peripheral surface S2 may bulge, and a bonding defect (cavity) may occur inside the second friction stir welding target portion WP2. In FIG. 24, the trail of the rear end of the shoulder portion of the friction stirring tool FT is shown by a two-dot chain line.
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、接合欠陥の発生を抑制できる摩擦攪拌接合方法を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。 The present invention has been made to address the above problems, and an object of the present invention is to provide a friction stir welding method capable of suppressing the occurrence of bonding defects. In the following description of each component of the present invention, in order to facilitate understanding of the present invention, the reference numerals of the corresponding parts of the embodiments are described in parentheses, but each component of the present invention is described. It should not be construed as limited to the configuration of the corresponding parts indicated by the reference numerals of the embodiments.
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、2つの部材(10,20)の突き合わせ面の両側に位置する部位からなる第1摩擦攪拌接合対象部位(WP1)及び第2摩擦攪拌接合対象部位(WP2)であって、所定の方向に延びる平面状の外周面(S1)を有する第1摩擦攪拌接合対象部位、及び前記第1摩擦攪拌接合対象部位の外周面の延設方向における端部から前記所定の方向に延びる曲面状の外周面(S2)を有する第2摩擦攪拌接合対象部位に沿って摩擦攪拌ツール(FT)を走査して、前記第1摩擦攪拌接合対象部位及び前記第2摩擦攪拌接合対象部位を、この順に連続的に接合する摩擦攪拌接合方法であって、摩擦撹拌ツールのショルダ部の前記走査方向における後半部が前半部に比べて前記第1摩擦攪拌接合対象部位内へ深く入り込むように、第1摩擦攪拌接合対象部位における摩擦攪拌ツールの前進角を所定値に設定し、第1摩擦攪拌接合対象部位内へのショルダ部の入り込み深さと、第2摩擦攪拌接合対象部位内へのショルダ部の入り込み深さとが同一であり、且つ、第1摩擦攪拌接合対象部位内への摩擦攪拌ツールの先端部の入り込み深さである攪拌深さと、第2摩擦攪拌接合対象部位内への前記先端部の入り込み深さである攪拌深さとが同一になるように、第1摩擦攪拌接合対象部位と第2摩擦攪拌接合対象部位との境界部に、摩擦攪拌ツールの先端部が到達したとき、摩擦攪拌ツールを、第2摩擦攪拌接合対象部位の外周面の中心軸の回りに回動させ始めるとともに、前進角を徐々に変更し始める、摩擦攪拌接合方法としたことにある。
In order to achieve the above object, the feature of the present invention is a first friction stir welding target portion (WP1) and a second friction stir welding target composed of portions located on both sides of the butt surface of the two members (10, 20). A portion (WP2), a first friction stir welding target portion having a flat outer peripheral surface (S1) extending in a predetermined direction, and an end portion of the outer peripheral surface of the first friction stir welding target portion in an extending direction. The friction stir welding tool (FT) is scanned along the second friction stir welding target portion having a curved outer peripheral surface (S2) extending from the first friction stir welding target portion and the second friction stir welding target portion. This is a friction stir welding method in which the parts to be joined by friction stir welding are continuously joined in this order, and the latter half of the shoulder portion of the friction stir tool in the scanning direction is inside the first portion to be welded by friction stir welding as compared with the first half. The advance angle of the friction stir tool at the first friction stir welding target site is set to a predetermined value so that it penetrates deeply into the first friction stir welding target, and the depth of penetration of the shoulder portion into the first friction stir welding target and the second friction stir welding target. The depth of penetration of the shoulder portion into the site is the same, and the depth of penetration of the tip of the friction stir tool into the site of the first friction stir welding target and the depth of penetration of the second friction stir welding target site. The tip of the friction stir tool is placed at the boundary between the first friction stir welding target portion and the second friction stir welding target portion so that the stirring depth, which is the penetration depth of the tip portion into the inside, is the same. When it reaches the point, the friction stir welding tool is started to rotate around the central axis of the outer peripheral surface of the second friction stir welding target portion, and the advance angle is gradually changed , which is the friction stir welding method.
本発明によれば、平面状の外周面を有する第1摩擦攪拌接合対象部位から曲面状の外周面を有する第2摩擦攪拌接合対象部位に亘り、摩擦攪拌ツールのショルダ部の入り込み深さを最適値に保つことができる。よって、図24に示すような接合欠陥の発生を抑制できる。 According to the present invention, the depth of penetration of the shoulder portion of the friction stir tool is optimized from the first friction stir welding target portion having a flat outer peripheral surface to the second friction stir welding target portion having a curved outer peripheral surface. Can be kept at a value. Therefore, the occurrence of joint defects as shown in FIG. 24 can be suppressed.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態に係る摩擦攪拌接合方法を用いて、図1に示す第1部材10と第2部材20とを接合して、一方向へ開放された箱状(ケース状)の製品を製造する手順(突き合わせ工程及び接合工程)について説明する。第1部材10及び第2部材20は、アルミニウム合金製である。第1部材10は、側壁部11及び周壁部12を有する。側壁部11は、略長方形の板状部である。すなわち、側壁部111は、対向する長辺部111,113及び短辺部112,114を有する。側壁部11の長辺部111と短辺部112との交差部(角部C1a)が円弧状に湾曲している。また、側壁部11の長辺部113と短辺部112との交差部(角部C1b)が円弧状に湾曲している。
(First Embodiment)
Hereinafter, using the friction stir welding method according to the first embodiment of the present invention, the
周壁部12は、側壁部11の周縁部から側壁部11の表面に対して垂直に延びるとともに、側壁部11の周縁部に沿って延設されている。周壁部12は、側壁部11の周縁部のうち、短辺部114を除く部分に沿って形成されている。具体的には、周壁部12は、長辺部111に沿った第1壁部121、角部C1aに沿った第2壁部122、短辺部112に沿った第3壁部123、角部C1bに沿った第4壁部124、長辺部113に沿った第5壁部125を有する。第1壁部121、第3壁部123及び第5壁部125の外周面は平面である。また、第2壁部122及び第4壁部124の外周面は、円弧面である。なお、第1壁部121乃至第5壁部125の幅(側壁部11の壁厚方向に平行な方向の寸法)は同一である。また、第1壁部121乃至第5壁部125の壁厚は同一である。また、第1壁部121乃至第5壁部125の幅方向における端面であって、側壁部11とは反対側の端面E1は、側壁部11の表面に平行である。
The
第2部材20は、第1部材10の周壁部12の端面に関して面対称形状を有する。すなわち、第2部材20は、側壁部11と同様の側壁部21、及び周壁部12と同様の周壁部22を有する。側壁部21は、長辺部211,213及び短辺部212,214を有する。側壁部21の長辺部211と短辺部212との交差部(角部C2a)が円弧状に湾曲している。また、側壁部21の長辺部213と短辺部212との交差部(角部C2b)が円弧状に湾曲している。周壁部22は、第1壁部121乃至第5壁部125と同様の第1壁部221乃至第5壁部225を有する。なお、第1壁部221乃至第5壁部225の幅方向における端面であって、側壁部21とは反対側の端面E2は、側壁部21の表面に平行である。
The
以下説明するように、第1部材10の周壁部12と第2部材20の周壁部22とが突き合わせられ、その突き合わせ面の両側に位置する部位からなる摩擦攪拌接合対象部位WPに沿って摩擦撹拌ツールFTが走査されて、第1部材10と第2部材20とが接合される(図2参照)。なお、摩擦攪拌ツールFTは、駆動装置DRに取り付けられている。駆動装置DRは、図示しない制御装置及び各種アクチュエータを備える。前記制御装置は、摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢、並びに中心軸CAの回りの回転数に関する各種パラメータを所定のコンピュータプログラムに従って制御する。また、前記各種アクチュエータは、前記パラメータに従って動作し、摩擦攪拌ツールFTの回転数、位置及び姿勢を変更する。
As will be described below, the
(突き合わせ工程)
つぎに、突き合わせ工程について説明する。第1部材10の周壁部12の端面E1及び第2部材20の周壁部22の端面E2が突き合わせられる。周壁部12と周壁部22との境界部において段差が形成されないように、第1部材10及び第2部材20が配置される。つまり、第1部材10の周壁部12の外周面と第2部材20の周壁部22の外周面とが連続するように、両部材が配置される。以下の説明において、第1部材10及び第2部材20との摩擦攪拌接合対象部位WPのうち、第1壁部121と第1壁部221とが接合される部分を第1摩擦攪拌接合対象部位WP1と呼ぶ。第2壁部122と第2壁部222とが接合される部分を第2摩擦攪拌接合対象部位WP2と呼ぶ。第3壁部123と第3壁部223とが接合される部分を第3摩擦攪拌接合対象部位WP3と呼ぶ。第4壁部124と第4壁部224とが接合される部分を第4摩擦攪拌接合対象部位WP4と呼ぶ。また、第5壁部125と第5壁部225とが接合される部分を第5摩擦攪拌接合対象部位WP5と呼ぶ。
(Matching process)
Next, the matching process will be described. The end face E1 of the
上記のように突き合わせられた第1部材10及び第2部材20が、図示しない支持装置に取り付けられて固定される。以下の説明において、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1の外周面S1の延設方向を前後方向と呼び、第1部材10及び第2部材20の並び方向を左右方向と呼ぶ。また、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1の外周面S1の法線方向を上下方向と呼ぶ。
The
(接合工程)
つぎに、接合工程について説明する。この工程では、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1の接合、第2摩擦攪拌接合対象部位WP2の接合、及び第3摩擦攪拌接合対象部位WP3の接合がこの順に実施される。そして、引き続き、第4接合対象部位WP4の接合、及び第5接合対象部位WP5の接合が、この順に実施される。上記の工程が連続的に実施される。第1摩擦攪拌接合対象部位WP1の接合から第3接合対象部位WP3の接合に亘る一連の工程と、第3接合対象部位WP3の接合から第5接合対象部位WP5の接合に亘る一連の工程とは略同一である。そこで、以下、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1の接合から第3接合対象部位WP3の接合に亘る一連の工程について説明し、第3接合対象部位WP3の接合から第5接合対象部位WP5の接合に亘る一連の工程についての説明を省略する。なお、図3乃至図20において、なお、摩擦攪拌ツールFTの先端(プローブ部PR)は、実際には円錐台形であるが、以下の説明において、プローブ部PRの先端DPを尖鋭形とする。また、破線Laは、外周面S1,S2,S3からの距離が入り込み深さdの最適値d0である位置を表す。また、破線Lbは、外周面S1,S2,S3からの距離が撹拌深さDの最適値D0である位置を表す。
(Joining process)
Next, the joining process will be described. In this step, the first friction stir welding target portion WP1 is joined, the second friction stir welding target portion WP2 is joined, and the third friction stir welding target portion WP3 is joined in this order. Then, the joining of the fourth joining target site WP4 and the joining of the fifth joining target site WP5 are subsequently carried out in this order. The above steps are carried out continuously. What is a series of steps from the joining of the first friction stirring joining target part WP1 to the joining of the third joining target part WP3 and the series of steps from the joining of the third joining target part WP3 to the joining of the fifth joining target part WP5? It is almost the same. Therefore, a series of steps from the joining of the first friction stirring joining target site WP1 to the joining of the third joining target site WP3 will be described below, and from the joining of the third joining target site WP3 to the joining of the fifth joining target site WP5. The description of a series of steps over the process will be omitted. In addition, in FIGS. 3 to 20, the tip (probe portion PR) of the friction stir tool FT is actually a conical trapezoid, but in the following description, the tip DP of the probe portion PR is sharpened. Further, the broken line La represents a position where the distance from the outer peripheral surfaces S1, S2, S3 is the optimum value d0 of the depth d. Further, the broken line Lb represents a position where the distance from the outer peripheral surfaces S1, S2, S3 is the optimum value D 0 of the stirring depth D.
まず、図2に示すように、摩擦攪拌ツールFTが第1部材10及び第2部材20の上方に配置される。つぎに、摩擦攪拌ツールFTの中心軸CAの左右方向における位置と、第1部材10と第2部材20との突き合わせ面(つまり、端面E1及び端面E2)の左右方向における位置とが一致するように、第1部材10及び第2部材20並びに摩擦攪拌ツールFTの左右方向における位置が設定される。また、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1の前後方向における端部であって、第2摩擦攪拌接合対象部位WP2とは反対側の端部の上方に摩擦攪拌ツールFTの先端部が位置するように、摩擦攪拌ツールFTの位置が設定される。
First, as shown in FIG. 2, the friction stir tool FT is arranged above the
つぎに、摩擦攪拌ツールFTが中心軸CAの回りに回転されながら下降され、摩擦攪拌ツールFTの先端部が第1壁部121と第1壁部221との境界部に圧入される。図3に示すように、前進角θは、例えば、3°に設定される。これにより、摩擦攪拌ツールFTのショルダ部の後半部(摩擦撹拌ツールFTの走査方向における後側部)が、前半部(摩擦撹拌ツールFTの走査方向における前側部)に比べて、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1内に深く入り込む。具体的には、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1内へのショルダ部の入り込み深さdが、塑性流動した金属材料の浮き上がりを抑制可能な最適値d0(例えば0.3mm)に設定される。なお、ショルダ部の前端は、外周面S1より少し上方に位置している。
Next, the friction stir tool FT is lowered while being rotated around the central axis CA, and the tip end portion of the friction stir tool FT is press-fitted into the boundary portion between the
つぎに、摩擦撹拌ツールFTが前方(図3における右方)へ走査(平行移動)される。なお、摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢に関するパラメータのうち、前後方向の位置に関するパラメータを除くパラメータは変更されない。これによれば、プローブ部PRの先端DPは破線Lbに沿って移動する。つまり、撹拌深さDが最適値D0に保持される。また、ショルダ部の走査方向における後端RP(すなわち、摩擦攪拌接合対象部位WP内へ最も深く入り込んだ部位)は、図3において破線Laに沿って移動する。つまり、入り込み深さdが最適値d0に保持される。図4に示すように、摩擦攪拌ツールFTのプローブ部PRの先端DPが、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1と第2摩擦攪拌接合対象部位WP2との境界部BD12に到達したとき、摩擦撹拌ツールFTの前方への走査が停止される。 Next, the friction stirring tool FT is scanned (translated) forward (to the right in FIG. 3). Of the parameters related to the position and posture of the friction stir tool FT, the parameters other than the parameters related to the position in the front-rear direction are not changed. According to this, the tip DP of the probe portion PR moves along the broken line Lb. That is, the stirring depth D is maintained at the optimum value D 0 . Further, the rear end RP of the shoulder portion in the scanning direction (that is, the portion that penetrates deepest into the friction stir welding target portion WP) moves along the broken line La in FIG. That is, the penetration depth d is maintained at the optimum value d 0 . As shown in FIG. 4, when the tip DP of the probe portion PR of the friction stir tool FT reaches the boundary portion BD 12 between the first friction stir welding target portion WP1 and the second friction stir welding target portion WP2, friction stirring The forward scanning of the tool FT is stopped.
つぎに、摩擦撹拌ツールFTが、第2摩擦攪拌接合対象部位WP2の外周面S2の中心軸Oの回りに走査(回動)され始める。その際、摩擦攪拌ツールFTのプローブ部PRの先端DPが図4において破線Lbに沿って移動し、且つショルダ部の走査方向における後端RPが図4において破線Laに沿って移動するように、摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢に関する各種パラメータが変更される。すなわち、攪拌深さD(外周面S2からプローブ部PRの先端DPまでの距離)が最適値D0に保持され、且つ摩擦攪拌ツールFTのショルダ部の入り込み深さdが、最適値d0(例えば0.3mm)に保持されるように、各種パラメータが変更される。 Next, the friction stir tool FT begins to be scanned (rotated) around the central axis O of the outer peripheral surface S2 of the second friction stir welding target portion WP2. At that time, the tip DP of the probe portion PR of the friction stir tool FT moves along the broken line Lb in FIG. 4, and the rear end RP of the shoulder portion in the scanning direction moves along the broken line La in FIG. Various parameters related to the position and orientation of the friction stir tool FT are changed. That is, the stirring depth D (distance from the outer peripheral surface S2 to the tip DP of the probe portion PR) is maintained at the optimum value D 0 , and the penetration depth d of the shoulder portion of the friction stir tool FT is the optimum value d 0 ( For example, various parameters are changed so as to be held at 0.3 mm).
図4の状態から、摩擦撹拌ツールFTの中心軸Oの回りの回動角度αが増大されることにより、プローブ部PRの先端DPは、図5において破線Lbに沿って移動する。つまり、撹拌深さDが最適値D0に保持される。ここで、仮に、図5に示すように、摩擦撹拌ツールFTの中心軸Oの回りの回動角度αが増大され始めた際、摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢に関するパラメータのうち、回動角度αを除くパラメータが変更されない場合には、ショルダ部の走査方向における後端RPは図5において破線Laから逸れる。つまり、入り込み深さdが徐々に小さくなる。そこで、図6に示すように、摩擦撹拌ツールFTの回動角度αが徐々に増大されつつ、入り込み深さdが最適値d0に保持されるように、摩擦撹拌ツールFTが、プローブ部PRの先端DPを中心として徐々に回動されて、前進角θが増大される。ショルダ部の走査方向における後端RPが境界部BD12に到達したとき(図7参照)、先端DPを中心とした摩擦撹拌ツールFTの回動(前進角θの変更)が停止される。 From the state of FIG. 4, the tip DP of the probe portion PR moves along the broken line Lb in FIG. 5 by increasing the rotation angle α around the central axis O of the friction stirring tool FT. That is, the stirring depth D is maintained at the optimum value D 0 . Here, as shown in FIG. 5, when the rotation angle α around the central axis O of the friction stir tool FT starts to increase, the rotation angle among the parameters related to the position and orientation of the friction stir tool FT When the parameters other than α are not changed, the rear end RP of the shoulder portion in the scanning direction deviates from the broken line La in FIG. That is, the penetration depth d gradually decreases. Therefore, as shown in FIG. 6, the friction stirring tool FT moves the probe portion PR so that the penetration depth d is maintained at the optimum value d 0 while the rotation angle α of the friction stirring tool FT is gradually increased. The advance angle θ is increased by gradually rotating around the tip DP of. When the rear end RP in the scanning direction of the shoulder portion reaches the boundary portion BD 12 (see FIG. 7), the rotation of the friction stirring tool FT around the tip DP (change of the advance angle θ) is stopped.
つぎに、図8に示すように、摩擦撹拌ツールFTが、中心軸Oの回りにさらに回動される。なお、摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢に関するパラメータのうち、回動角度αを除くパラメータは変更されない。すなわち、図7に示す時点の前進角θが保持される。これによれば、ショルダ部の走査方向における後端RPは、図8及び図9において破線Laに沿って移動する。つまり、入り込み深さdが最適値d0に保持される。また、プローブ部PRの先端DPは、図8及び図9において破線Lbに沿って移動する。つまり、撹拌深さDが最適値D0に保持される。回動角度αが「90°」に到達したとき(すなわち、プローブ部PRの先端DPが境界部BD23に到達したとき(図9参照))、中心軸Oの回りの摩擦撹拌ツールFTの回動が停止される。 Next, as shown in FIG. 8, the friction stirring tool FT is further rotated around the central axis O. Of the parameters related to the position and posture of the friction stir tool FT, the parameters other than the rotation angle α are not changed. That is, the advance angle θ at the time point shown in FIG. 7 is maintained. According to this, the rear end RP of the shoulder portion in the scanning direction moves along the broken line La in FIGS. 8 and 9. That is, the penetration depth d is maintained at the optimum value d 0 . Further, the tip DP of the probe portion PR moves along the broken line Lb in FIGS. 8 and 9. That is, the stirring depth D is maintained at the optimum value D 0 . When the rotation angle α reaches “90 °” (that is, when the tip DP of the probe portion PR reaches the boundary portion BD 23 (see FIG. 9)), the rotation of the friction stirring tool FT around the central axis O The movement is stopped.
つぎに、摩擦撹拌ツールFTが下方へ走査(平行移動)され始める。これによれば、プローブ部PRの先端DPは、図11及び図12において破線Lbに沿って移動する。つまり、撹拌深さDが最適値D0に保持される。ここで、仮に、図10に示すように、摩擦撹拌ツールFTが下方へ走査され始めた際、摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢に関するパラメータのうち、上下方向の位置に関するパラメータを除くパラメータが変更されない場合には、ショルダ部の走査方向における後端RPは図10において破線Laから逸れる。つまり、入り込み深さdが徐々に大きくなる。そこで、図11に示すように、摩擦撹拌ツールFTが下方へ平行移動されつつ、入り込み深さdが最適値d0に保持されるように、摩擦撹拌ツールFTが、プローブ部PRの先端DPを中心として徐々に回動されて、前進角θが減少される。ショルダ部の走査方向における後端RPが境界部BD23に到達したとき(図12参照)、先端DPを中心とした摩擦撹拌ツールFTの回動(前進角θの変更)が停止される。 Next, the friction stirring tool FT begins to be scanned (translated) downward. According to this, the tip DP of the probe portion PR moves along the broken line Lb in FIGS. 11 and 12. That is, the stirring depth D is maintained at the optimum value D 0 . Here, as shown in FIG. 10, when the friction stir tool FT starts scanning downward, the parameters related to the position and posture of the friction stir tool FT, except for the parameter related to the vertical position, are not changed. In this case, the rear end RP of the shoulder portion in the scanning direction deviates from the broken line La in FIG. That is, the penetration depth d gradually increases. Therefore, as shown in FIG. 11, the friction stirring tool FT moves the tip DP of the probe portion PR so that the penetration depth d is maintained at the optimum value d 0 while the friction stirring tool FT is translated downward. It is gradually rotated around the center, and the advance angle θ is reduced. When the rear end RP in the scanning direction of the shoulder portion reaches the boundary portion BD 23 (see FIG. 12), the rotation of the friction stirring tool FT around the tip DP (change of the advance angle θ) is stopped.
つぎに、図13に示すように、摩擦撹拌ツールFTがさらに下方へ走査(平行移動)される。なお、摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢に関するパラメータのうち、上下方向の位置に関するパラメータを除くパラメータは変更されない。これによれば、プローブ部PRの先端DPは図13において破線Lbに沿って移動する。つまり、撹拌深さDが最適値D0に保持される。また、ショルダ部の走査方向における後端RPは図13において破線Laに沿って移動する。つまり、入り込み深さdが最適値d0に保持される。上記のようにして、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1乃至第3摩擦攪拌接合対象部位WP3が接合される。 Next, as shown in FIG. 13, the friction stirring tool FT is further scanned (translated) downward. Of the parameters related to the position and posture of the friction stir tool FT, the parameters other than the parameters related to the vertical position are not changed. According to this, the tip DP of the probe portion PR moves along the broken line Lb in FIG. That is, the stirring depth D is maintained at the optimum value D 0 . Further, the rear end RP of the shoulder portion in the scanning direction moves along the broken line La in FIG. That is, the penetration depth d is maintained at the optimum value d 0 . As described above, the first friction stir welding target portion WP1 to the third friction stir welding target portion WP3 are joined.
上記のように、本実施形態では、プローブ部PRの先端DPが破線Lbに沿って移動するように、摩擦攪拌ツールFTの前後方向における位置、上下方向における位置、及び回動角度αが制御される。そのうえ、ショルダ部の走査方向における後端RPが破線Laに沿って移動するように、前進角θが適宜変更される。つまり、本実施形態によれば、攪拌深さDを最適値D0に保つことにより、各部位の接合強度を均一化するとともに、入り込み深さdを最適値d0に保つことにより、接合欠陥の発生を抑制できる。 As described above, in the present embodiment, the position of the friction stir tool FT in the front-rear direction, the position in the up-down direction, and the rotation angle α are controlled so that the tip DP of the probe portion PR moves along the broken line Lb. To. Moreover, the advance angle θ is appropriately changed so that the rear end RP of the shoulder portion in the scanning direction moves along the broken line La. That is, according to the present embodiment, by keeping the stirring depth D at the optimum value D 0 , the joining strength of each part is made uniform, and by keeping the penetration depth d at the optimum value d 0 , the joining defect Can be suppressed.
(第2実施形態)
つぎに、本発明の第2実施形態に係る摩擦攪拌接合方法を用いて、第1実施形態と同様の製品を製造する手順について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a procedure for manufacturing a product similar to that of the first embodiment will be described using the friction stir welding method according to the second embodiment of the present invention.
(突き合わせ工程)
本実施形態においても、第1実施形態と同様に、第1部材10と第2部材20とが突き合わせられる。この突き合わせ工程の具体的手順は、第1実施形態と同一であるので、その説明を省略する。
(Matching process)
In this embodiment as well, the
(接合工程)
第1実施形態と同様に、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1乃至第5摩擦攪拌接合対象部位WP5が、この順に連続的に接合される。第1摩擦攪拌接合対象部位WP1の接合から第3摩擦攪拌接合対象部位WP3の接合に亘る一連の工程と、第3摩擦攪拌接合対象部位WP3の接合から第5摩擦攪拌接合対象部位WP5の接合に亘る一連の工程とは略同一である。そこで、以下、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1の接合から第3摩擦攪拌接合対象部位WP3の接合に亘る一連の工程について説明し、第3摩擦攪拌接合対象部位WP3の接合から第5摩擦攪拌接合対象部位WP5の接合に亘る一連の工程についての説明を省略する。
(Joining process)
Similar to the first embodiment, the first friction stir welding target portion WP1 to the fifth friction stir welding target portion WP5 are continuously joined in this order. A series of steps from the joining of the first friction stir welding target site WP1 to the joining of the third friction stir welding target site WP3, and from the joining of the third friction stir welding target site WP3 to the joining of the fifth friction stir welding target site WP5. It is almost the same as the series of steps. Therefore, a series of steps from the joining of the first friction stir welding target site WP1 to the joining of the third friction stir welding target site WP3 will be described below, and the joining of the third friction stir welding target site WP3 to the fifth friction stir welding will be described. The description of a series of steps including the joining of the target portion WP5 will be omitted.
まず、第1部材10及び第2部材20に対する摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢が、第1実施形態の接合開始時と同様に設定される。
First, the position and orientation of the friction stir tool FT with respect to the
つぎに、第1実施形態と同様に、摩擦攪拌ツールFTが中心軸CAの回りに回転されながら下降され、摩擦攪拌ツールFTの先端部が第1摩擦攪拌接合対象部位WP1の後端部に圧入される(図3参照)。前進角θは、例えば、3°に設定される。これにより、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1内へのショルダ部の入り込み深さdが最適値d0(例えば0.3mm)に設定される。 Next, as in the first embodiment, the friction stir tool FT is lowered while being rotated around the central axis CA, and the tip end portion of the friction stir welding tool FT is press-fitted into the rear end portion of the first friction stir welding target portion WP1. (See FIG. 3). The advance angle θ is set to, for example, 3 °. As a result, the penetration depth d of the shoulder portion into the first friction stir welding target portion WP1 is set to the optimum value d 0 (for example, 0.3 mm).
つぎに、摩擦撹拌ツールFTが前方(図3における右方)へ走査(平行移動)される。なお、摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢に関するパラメータのうち、前後方向の位置に関するパラメータを除くパラメータは変更されない。これによれば、ショルダ部の走査方向における後端RPは図3において破線Laに沿って移動する。つまり、入り込み深さdが最適値d0に保持される。また、プローブ部PRの先端DPは破線Lbに沿って移動する。つまり、撹拌深さDが最適値D0に保持される。 Next, the friction stirring tool FT is scanned (translated) forward (to the right in FIG. 3). Of the parameters related to the position and posture of the friction stir tool FT, the parameters other than the parameters related to the position in the front-rear direction are not changed. According to this, the rear end RP of the shoulder portion in the scanning direction moves along the broken line La in FIG. That is, the penetration depth d is maintained at the optimum value d 0 . Further, the tip DP of the probe portion PR moves along the broken line Lb. That is, the stirring depth D is maintained at the optimum value D 0 .
第2実施形態では、第1実施形態とは異なり、摩擦攪拌ツールFTのプローブ部PRの先端DPが境界部BD12に到達しても摩擦攪拌ツールFTの前方への移動が停止されない。第2実施形態では、図14に示すように、摩擦攪拌ツールFTのショルダ部の走査方向における後端RPが、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1と第2摩擦攪拌接合対象部位WP2との境界部BD12に到達したとき、摩擦撹拌ツールFTの前方への移動が停止される。これによれば、プローブ部PRの先端DPは、図14に示すように、プローブ部PRの先端DPが境界部BD12を通過し、破線Lbから逸れて前方へ移動する。つまり、プローブ部PRの先端DPが境界部BD12を通過すると、撹拌深さDが最適値D0より浅くなる。 In the second embodiment, unlike the first embodiment, the forward movement of the friction stir tool FT is not stopped even if the tip DP of the probe portion PR of the friction stir tool FT reaches the boundary portion BD 12 . In the second embodiment, as shown in FIG. 14, the rear end RP of the friction stir welding tool FT in the scanning direction is the boundary portion between the first friction stir welding target portion WP1 and the second friction stir welding target portion WP2. When the BD 12 is reached, the forward movement of the friction stir tool FT is stopped. According to this, as shown in FIG. 14, the tip DP of the probe portion PR moves forward when the tip DP of the probe portion PR passes through the boundary portion BD 12 and deviates from the broken line Lb. That is, when the tip DP of the probe portion PR passes through the boundary portion BD 12 , the stirring depth D becomes shallower than the optimum value D 0 .
つぎに、図15に示すように、摩擦攪拌ツールFTが、外周面S2の中心軸Oの回りに走査(回動)される。なお、摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢に関するパラメータのうち、中心軸Oの回りの回動角度αを除くパラメータは変更されない。これによれば、ショルダ部の走査方向における後端RPは図15において破線Laに沿って移動する。つまり、入り込み深さdが最適値d0に保持される。一方、プローブ部PRの先端DPは、図15において破線Lbから逸れて移動する。つまり、攪拌深さDが最適値D0より浅い。中心軸Oの回りの摩擦撹拌ツールFTの回動角度αが「90°」に達すると、ショルダ部の走査方向における後端RPが第2摩擦攪拌接合対象部位WP2と第3摩擦攪拌接合対象部位WP3との境界部BD23に達する。また、プローブ部PRの先端DPは、境界部BD23を超えて第3摩擦攪拌接合対象部位WP3内へ進入した後、破線Lbに交差する。この時点で、中心軸Oの回りの摩擦攪拌ツールFTの回動が停止される。 Next, as shown in FIG. 15, the friction stir tool FT is scanned (rotated) around the central axis O of the outer peripheral surface S2. Of the parameters related to the position and posture of the friction stir tool FT, the parameters other than the rotation angle α around the central axis O are not changed. According to this, the rear end RP of the shoulder portion in the scanning direction moves along the broken line La in FIG. That is, the penetration depth d is maintained at the optimum value d 0 . On the other hand, the tip DP of the probe portion PR deviates from the broken line Lb in FIG. 15 and moves. That is, the stirring depth D is shallower than the optimum value D 0 . When the rotation angle α of the friction stir tool FT around the central axis O reaches “90 °”, the rear end RP of the shoulder portion in the scanning direction becomes the second friction stir welding target portion WP2 and the third friction stir welding target portion. It reaches the boundary portion BD 23 with WP3. Further, the tip DP of the probe portion PR crosses the broken line Lb after entering the third friction stir welding target portion WP3 beyond the boundary portion BD 23 . At this point, the rotation of the friction stir tool FT around the central axis O is stopped.
つぎに、摩擦攪拌ツールFTが下方へ走査(平行移動)される。なお、摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢に関するパラメータのうち、上下方向の位置に関するパラメータを除くパラメータは変更されない。これによれば、ショルダ部の走査方向における後端RPは図15において破線Laに沿って移動する。つまり、入り込み深さdが最適値d0に保持される。また、プローブ部PRの先端DPは図15において破線Lbに沿って移動する。つまり、撹拌深さDが最適値D0に保持される。上記のようにして、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1乃至第3摩擦攪拌接合対象部位WP3が接合される。 Next, the friction stir tool FT is scanned (translated) downward. Of the parameters related to the position and posture of the friction stir tool FT, the parameters other than the parameters related to the vertical position are not changed. According to this, the rear end RP of the shoulder portion in the scanning direction moves along the broken line La in FIG. That is, the penetration depth d is maintained at the optimum value d 0 . Further, the tip DP of the probe portion PR moves along the broken line Lb in FIG. That is, the stirring depth D is maintained at the optimum value D 0 . As described above, the first friction stir welding target portion WP1 to the third friction stir welding target portion WP3 are joined.
上記のように、本実施形態では、ショルダ部の走査方向における後端RPが破線Laに沿って移動するように、摩擦攪拌ツールFTの前後方向における位置、上下方向における位置、及び回動角度αが制御される。すなわち、入り込み深さdが最適値d0に保持される。よって、接合欠陥の発生を抑制できる。本実施形態では、摩擦攪拌ツールFTの前後方向における位置、上下方向における位置、及び回動角度αだけが制御される。すなわち、例えば第1実施形態とは異なり、前進角θが制御されない。よって、摩擦攪拌ツールFTを制御するコンピュータプログラム及び各種アクチュエータの構成を簡略化できる。 As described above, in the present embodiment, the position in the front-rear direction, the position in the vertical direction, and the rotation angle α of the friction stir tool FT so that the rear end RP in the scanning direction of the shoulder portion moves along the broken line La. Is controlled. That is, the penetration depth d is maintained at the optimum value d 0 . Therefore, the occurrence of joint defects can be suppressed. In this embodiment, only the position of the friction stirring tool FT in the front-rear direction, the position in the up-down direction, and the rotation angle α are controlled. That is, unlike the first embodiment, for example, the advance angle θ is not controlled. Therefore, the configuration of the computer program for controlling the friction stir tool FT and various actuators can be simplified.
(第3実施形態)
つぎに、本発明の第3実施形態に係る摩擦攪拌接合方法を用いて、第1実施形態と同様の製品を製造する手順について説明する。
(Third Embodiment)
Next, a procedure for manufacturing a product similar to that of the first embodiment will be described using the friction stir welding method according to the third embodiment of the present invention.
(突き合わせ工程)
本実施形態においても、第1実施形態と同様に、第1部材10と第2部材20とが突き合わせられる。この突き合わせ工程の具体的手順は、第1実施形態と同一であるので、その説明を省略する。
(Matching process)
In this embodiment as well, the
(接合工程)
第1実施形態と同様に、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1乃至第5摩擦攪拌接合対象部位WP5が、この順に連続的に接合される。第1摩擦攪拌接合対象部位WP1の接合から第3摩擦攪拌接合対象部位WP3の接合に亘る一連の工程と、第3摩擦攪拌接合対象部位WP3の接合から第5摩擦攪拌接合対象部位WP5の接合に亘る一連の工程とは略同一である。そこで、以下、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1の接合から第3摩擦攪拌接合対象部位WP3の接合に亘る一連の工程について説明し、第3摩擦攪拌接合対象部位WP3の接合から第5摩擦攪拌接合対象部位WP5の接合に亘る一連の工程についての説明を省略する。
(Joining process)
Similar to the first embodiment, the first friction stir welding target portion WP1 to the fifth friction stir welding target portion WP5 are continuously joined in this order. A series of steps from the joining of the first friction stir welding target site WP1 to the joining of the third friction stir welding target site WP3, and from the joining of the third friction stir welding target site WP3 to the joining of the fifth friction stir welding target site WP5. It is almost the same as the series of steps. Therefore, a series of steps from the joining of the first friction stir welding target site WP1 to the joining of the third friction stir welding target site WP3 will be described below, and the joining of the third friction stir welding target site WP3 to the fifth friction stir welding will be described. The description of a series of steps including the joining of the target portion WP5 will be omitted.
まず、第1部材10及び2部材20に対する摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢が、第1実施形態の接合開始時と同様に設定される。
First, the position and orientation of the friction stir tool FT with respect to the
つぎに、第1実施形態と同様に、摩擦攪拌ツールFTが中心軸CAの回りに回転されながら下降され、摩擦攪拌ツールFTの先端部が第1摩擦攪拌接合対象部位WP1の後端部に圧入される(図3参照)。前進角θは、例えば、3°に設定される。これにより、入り込み深さdが、最適値d0(例えば0.3mm)に設定される。 Next, as in the first embodiment, the friction stir tool FT is lowered while being rotated around the central axis CA, and the tip end portion of the friction stir welding tool FT is press-fitted into the rear end portion of the first friction stir welding target portion WP1. (See FIG. 3). The advance angle θ is set to, for example, 3 °. As a result, the penetration depth d is set to the optimum value d 0 (for example, 0.3 mm).
つぎに、摩擦撹拌ツールFTが前方(図3における右方)へ走査(平行移動)される。なお、摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢に関するパラメータのうち、前後方向の位置に関するパラメータを除くパラメータは変更されない。これによれば、ショルダ部の走査方向における後端RPは、図3において破線Laに沿って移動する。つまり、入り込み深さdが最適値d0に保持される。また、プローブ部PRの先端DPは破線Lbに沿って移動する。つまり、撹拌深さDが最適値D0に保持される。図4に示すように、摩擦攪拌ツールFTのプローブ部PRの先端DPが、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1と第2摩擦攪拌接合対象部位WP2との境界部BD12に到達したとき、摩擦撹拌ツールFTの前方への走査が停止される。 Next, the friction stirring tool FT is scanned (translated) forward (to the right in FIG. 3). Of the parameters related to the position and posture of the friction stir tool FT, the parameters other than the parameters related to the position in the front-rear direction are not changed. According to this, the rear end RP of the shoulder portion in the scanning direction moves along the broken line La in FIG. That is, the penetration depth d is maintained at the optimum value d 0 . Further, the tip DP of the probe portion PR moves along the broken line Lb. That is, the stirring depth D is maintained at the optimum value D 0 . As shown in FIG. 4, when the tip DP of the probe portion PR of the friction stir tool FT reaches the boundary portion BD 12 between the first friction stir welding target portion WP1 and the second friction stir welding target portion WP2, friction stirring The forward scanning of the tool FT is stopped.
つぎに、摩擦撹拌ツールFTが、第2摩擦攪拌接合対象部位WP2の外周面S2の中心軸Oの回りに走査(回動)され始める。その際、摩擦攪拌ツールFTのショルダ部の走査方向における後端RPが図18において破線Laに沿って移動するように、摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢に関する各種パラメータが変更される。すなわち、摩擦攪拌ツールFTのショルダ部の入り込み深さdが、最適値d0(例えば0.3mm)に保持されるように、各種パラメータが変更される。 Next, the friction stir tool FT begins to be scanned (rotated) around the central axis O of the outer peripheral surface S2 of the second friction stir welding target portion WP2. At that time, various parameters related to the position and orientation of the friction stir tool FT are changed so that the rear end RP in the scanning direction of the shoulder portion of the friction stir tool FT moves along the broken line La in FIG. That is, various parameters are changed so that the penetration depth d of the shoulder portion of the friction stir tool FT is maintained at the optimum value d 0 (for example, 0.3 mm).
仮に、図16に示すように、摩擦撹拌ツールFTの中心軸Oの回りの回動角度αが増大され始めた際、摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢に関するパラメータのうち、回動角度αを除くパラメータが変更されない場合には、ショルダ部の走査方向における後端RPは図16において破線Laから逸れる。つまり、入り込み深さdが徐々に小さくなる。そこで、図17に示すように、摩擦撹拌ツールFTの回動角度αが徐々に増大されつつ、入り込み深さdが最適値d0に保持されるように、摩擦撹拌ツールFTが、中心軸CAの延設方向に徐々に移動されて、摩擦攪拌接合対象部位WP内への摩擦攪拌ツールFTの押し込み量が徐々に増大される。これによれば、プローブ部PRの先端DPは、図17において破線Lbから少し逸れる。つまり、撹拌深さDが最適値D0より少し深くなる。ショルダ部の走査方向における後端RPが境界部BD12に到達したとき(図18参照)、中心軸CAの延設方向への摩擦撹拌ツールFTの移動(押し込み量の変更)が停止される。 Assuming that, as shown in FIG. 16, when the rotation angle α around the central axis O of the friction stir tool FT begins to increase, the rotation angle α is excluded from the parameters related to the position and orientation of the friction stir tool FT. If the parameters are not changed, the rear end RP of the shoulder portion in the scanning direction deviates from the broken line La in FIG. That is, the penetration depth d gradually decreases. Therefore, as shown in FIG. 17, the friction stir tool FT is set to the central axis CA so that the penetration depth d is maintained at the optimum value d 0 while the rotation angle α of the friction stir tool FT is gradually increased. The amount of the friction stir tool FT pushed into the friction stir welding target portion WP is gradually increased. According to this, the tip DP of the probe portion PR deviates slightly from the broken line Lb in FIG. That is, the stirring depth D becomes slightly deeper than the optimum value D 0 . When the rear end RP in the scanning direction of the shoulder portion reaches the boundary portion BD 12 (see FIG. 18), the movement of the friction stirring tool FT in the extension direction of the central axis CA (change in the pushing amount) is stopped.
つぎに、摩擦撹拌ツールFTが、中心軸Oの回りにさらに回動される。なお、摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢に関するパラメータのうち、回動角度αを除くパラメータは変更されない。すなわち、図17に示す時点の押し込み量が保持される。これによれば、ショルダ部の走査方向における後端RPは、図18において破線Laに沿って移動する。つまり、入り込み深さdが最適値d0に保持される。一方、プローブ部PRの先端DPは、図18において破線Lbから少し逸れている。つまり、撹拌深さDが最適値D0より少し深い。回動角度αが「90°」に到達したとき(すなわち、プローブ部PRの先端DPが境界部BD23に到達したとき)、中心軸Oの回りの摩擦撹拌ツールFTの回動が停止される。 Next, the friction stirring tool FT is further rotated around the central axis O. Of the parameters related to the position and posture of the friction stir tool FT, the parameters other than the rotation angle α are not changed. That is, the pushing amount at the time shown in FIG. 17 is maintained. According to this, the rear end RP of the shoulder portion in the scanning direction moves along the broken line La in FIG. That is, the penetration depth d is maintained at the optimum value d 0 . On the other hand, the tip DP of the probe portion PR deviates slightly from the broken line Lb in FIG. That is, the stirring depth D is slightly deeper than the optimum value D 0 . When the rotation angle α reaches “90 °” (that is, when the tip DP of the probe portion PR reaches the boundary portion BD 23 ), the rotation of the friction stirring tool FT around the central axis O is stopped. ..
つぎに、摩擦撹拌ツールFTが下方へ走査(平行移動)され始める。仮に、図19に示すように、摩擦撹拌ツールFTが下方へ走査され始めた際、摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢に関するパラメータのうち、上下方向の位置に関するパラメータを除くパラメータが変更されない場合には、入り込み深さdが徐々に大きくなる。そこで、図20に示すように、摩擦撹拌ツールFTが下方へ平行移動されつつ、入り込み深さdが最適値d0に保持されるように、摩擦撹拌ツールFTが中心軸CAの延設方向に移動されて、押し込み量が徐々に減少される。なお、プローブ部PRの先端DPは、図20において破線Lbから少し逸れて移動する。つまり、撹拌深さDが最適値D0より少し深い。ショルダ部の走査方向における後端RPが境界部BD23に到達したとき(図21参照)、プローブ部PRの先端DPは、図20において破線Lbに交差する。この時点で、中心軸CAの延設方向への摩擦撹拌ツールFTの移動(押し込み量の変更)が停止される。 Next, the friction stirring tool FT begins to be scanned (translated) downward. If, as shown in FIG. 19, when the friction stir tool FT starts to be scanned downward, the parameters related to the position and posture of the friction stir tool FT, excluding the parameters related to the vertical position, are not changed. , The penetration depth d gradually increases. Therefore, as shown in FIG. 20, the friction stirring tool FT is moved in the extending direction of the central axis CA so that the penetration depth d is maintained at the optimum value d 0 while the friction stirring tool FT is translated downward. It is moved and the amount of pushing is gradually reduced. The tip DP of the probe portion PR moves slightly deviating from the broken line Lb in FIG. 20. That is, the stirring depth D is slightly deeper than the optimum value D 0 . When the rear end RP of the shoulder portion in the scanning direction reaches the boundary portion BD 23 (see FIG. 21), the tip DP of the probe portion PR intersects the broken line Lb in FIG. 20. At this point, the movement (change of the pushing amount) of the friction stirring tool FT in the extending direction of the central axis CA is stopped.
つぎに、摩擦撹拌ツールFTがさらに下方へ走査(平行移動)される。なお、摩擦攪拌ツールFTの位置及び姿勢に関するパラメータのうち、上下方向の位置に関するパラメータを除くパラメータは変更されない。これによれば、ショルダ部の走査方向における後端RPは図121において破線Laに沿って移動する。つまり、入り込み深さdが最適値d0に保持される。また、プローブ部PRの先端DPは図21において破線Lbに沿って移動する。つまり、撹拌深さDが最適値D0に保持される。上記のようにして、第1摩擦攪拌接合対象部位WP1乃至第3摩擦攪拌接合対象部位WP3が接合される。 Next, the friction stirring tool FT is further scanned (translated) downward. Of the parameters related to the position and posture of the friction stir tool FT, the parameters other than the parameters related to the vertical position are not changed. According to this, the rear end RP of the shoulder portion in the scanning direction moves along the broken line La in FIG. 121. That is, the penetration depth d is maintained at the optimum value d 0 . Further, the tip DP of the probe portion PR moves along the broken line Lb in FIG. 21. That is, the stirring depth D is maintained at the optimum value D 0 . As described above, the first friction stir welding target portion WP1 to the third friction stir welding target portion WP3 are joined.
上記のように、本実施形態では、ショルダ部の走査方向における後端RPが破線Laに沿って移動するように、摩擦攪拌ツールFTの前後方向における位置、上下方向における位置、回動角度α及び押し込み量が制御される。すなわち、入り込み深さdが最適値d0に保持される。よって、接合欠陥の発生を抑制できる。また、本実施形態では、湾曲部(第2摩擦攪拌接合対象部位WP2及び第4摩擦攪拌接合対象部位WP4)において、摩擦攪拌ツールFTの押し込み量が直線部(第1摩擦攪拌接合対象部位WP1、第3摩擦攪拌接合対象部位WP3及び第5摩擦攪拌接合対象部位WP5)に比べて少し増大される。すなわち、湾曲部の攪拌深さD(つまり接合された部分の深さ)が直線部の攪拌深さDに比べて少し大きい。よって、直線部の接合強度に比べて、湾曲部の接合強度を高く設定できる。 As described above, in the present embodiment, the position of the friction stirring tool FT in the front-rear direction, the position in the up-down direction, the rotation angle α, and so as to move the rear end RP of the shoulder portion in the scanning direction along the broken line La. The amount of pushing is controlled. That is, the penetration depth d is maintained at the optimum value d 0 . Therefore, the occurrence of joint defects can be suppressed. Further, in the present embodiment, in the curved portion (second friction stir welding target portion WP2 and fourth friction stir welding target portion WP4), the pushing amount of the friction stir tool FT is a linear portion (first friction stir welding target portion WP1, It is slightly increased as compared with the third friction stir welding target portion WP3 and the fifth friction stir welding target portion WP5). That is, the stirring depth D of the curved portion (that is, the depth of the joined portion) is slightly larger than the stirring depth D of the straight portion. Therefore, the joint strength of the curved portion can be set higher than the joint strength of the straight portion.
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 Furthermore, the practice of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made as long as the object of the present invention is not deviated.
上記実施形態では、第1部材10及び第2部材20を固定しておき、第1部材10及び第2部材20に対して、摩擦攪拌ツールFTを移動させている。これに代えて、第1部材10及び第2部材20と、摩擦攪拌ツールFTとの相対的な位置及び姿勢が上記実施形態と同一になるように、摩擦攪拌ツールFTを固定しておき、摩擦攪拌ツールFTに対して、第1部材10及び第2部材20を移動させてもよい。また、摩擦攪拌ツールFTとの相対的な位置及び姿勢が上記実施形態と同一になるように、摩擦攪拌ツールFTを移動させるとともに、摩擦攪拌ツールFTに対して、第1部材10及び第2部材20を移動させてもよい。
In the above embodiment, the
10・・・第1部材、20・・・第2部材、11・・・側壁部、12・・・周壁部BD12・・・境界部、BD23・・・境界部、CA・・・中心軸、DP・・・先端、DR・・・駆動装置、FT・・・摩擦攪拌ツール、N・・・法線、O・・・中心軸、PR・・・プローブ部、RP・・・後端、S1,S2,S3・・・外周面、WP・・・摩擦攪拌接合対象部位、WP1・・・第1摩擦攪拌接合対象部位、WP2・・・第2摩擦攪拌接合対象部位、WP3・・・第3摩擦攪拌接合対象部位、WP4・・・第4摩擦攪拌接合対象部位、WP5・・・第5摩擦攪拌接合対象部位、α・・・回動角度、θ・・・前進角 10 ... 1st member, 20 ... 2nd member, 11 ... Side wall, 12 ... Peripheral wall BD 12 ... Boundary, BD 23 ... Boundary, CA ... Center Shaft, DP ... Tip, DR ... Drive, FT ... Friction stir tool, N ... Normal, O ... Central axis, PR ... Probe, RP ... Rear end , S1, S2, S3 ... Outer surface, WP ... Friction stir welding target site, WP1 ... First friction stir welding target site, WP2 ... Second friction stir welding target site, WP3 ... Third friction stir welding target part, WP4 ... Fourth friction stir welding target part, WP5 ... Fifth friction stir welding target part, α ... Rotation angle, θ ... Advance angle
Claims (1)
前記摩擦撹拌ツールのショルダ部の前記走査方向における後半部が前半部に比べて前記第1摩擦攪拌接合対象部位内へ深く入り込むように、前記第1摩擦攪拌接合対象部位における摩擦攪拌ツールの前進角を所定値に設定し、
前記第1摩擦攪拌接合対象部位内への前記ショルダ部の入り込み深さと、前記第2摩擦攪拌接合対象部位内への前記ショルダ部の入り込み深さとが同一であり、且つ、
前記第1摩擦攪拌接合対象部位内への前記摩擦攪拌ツールの先端部の入り込み深さである攪拌深さと、前記第2摩擦攪拌接合対象部位内への前記先端部の入り込み深さである攪拌深さとが同一になるように、
前記第1摩擦攪拌接合対象部位と前記第2摩擦攪拌接合対象部位との境界部に、前記摩擦攪拌ツールの先端部が到達したとき、前記摩擦攪拌ツールを、前記第2摩擦攪拌接合対象部位の外周面の中心軸の回りに回動させ始めるとともに、前記前進角を徐々に変更し始める、摩擦攪拌接合方法。
A first friction stir welding target part and a second friction stir welding target part composed of parts located on both sides of the butt surface of the two members, and having a flat outer peripheral surface extending in a predetermined direction. A friction stir tool is provided along the target portion and the second friction stir welding target portion having a curved outer peripheral surface extending in the predetermined direction from the end portion of the outer peripheral surface of the first friction stir welding target portion in the extending direction. A friction stir welding method in which the first friction stir welding target portion and the second friction stir welding target portion are continuously joined in this order by scanning.
The forward angle of the friction stir tool at the first friction stir welding target portion so that the latter half of the shoulder portion of the friction stir tool in the scanning direction penetrates deeper into the first friction stir welding target portion than the first half portion. To the specified value,
The depth of penetration of the shoulder portion into the first friction stir welding target portion and the penetration depth of the shoulder portion into the second friction stir welding target portion are the same, and
The stirring depth, which is the depth of penetration of the tip of the friction stir tool into the first friction stir welding target portion, and the stirring depth, which is the penetration depth of the tip into the second friction stir welding target portion. So that it is the same as
When the tip of the friction stir tool reaches the boundary between the first friction stir welding target portion and the second friction stir welding target portion, the friction stir tool is used on the second friction stir welding target portion. A friction stir welding method in which the advance angle is gradually changed while starting to rotate around the central axis of the outer peripheral surface .
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