DE10296452T5

DE10296452T5 - Reibrührverbindungsverfahren, flaches Material zur plastischen Verarbeitung und hülsenartiger Körper mit geschlossenem Ende

Info

Publication number: DE10296452T5
Application number: DE10296452T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Narita; Yasuyuki Hama; Hiroshi Akiyama; Takenori Hashimoto; Yoshitaka Nagano; Shigetoshi Jogan
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-03-08
Also published as: WO2002070186A1; DE10296452B4

Abstract

Reibrührschweißverfahren zur Durchführung von Kontaktschweißen an zwei Schweißzielelementen, das Verfahren umfassend:
Verwenden eines Schweißwerkzeugs mit einem drehbaren Schweißkopf;
Vorbereiten zweier Schweißzielelemente mit unterschiedlichen Hochtemperaturformbeständigkeiten;
miteinander in Berührung bringen der zwei Schweißzielelemente, um eine Höhendifferenz an einer Oberflächenseite in einer Dickenrichtung zu erzeugen;
Anordnen des Drehschweißkopfs, welcher in einen Berührungsabschnitt der zwei Schweißzielelemente oder einer Umgebung des Berührungsabschnitts von der Oberflächenseite einzubetten ist; Bewegen des Schweißkopfs relativ zu den zwei Schweißzielelementen längs des Berührungsabschnitts in dem obigen Zustand;
Einstellen einer Drehrichtung des Schweißkopfs in eine Richtung, in welcher der Schweißkopf von dem Schweißzielelement mit der höheren Hochtemperaturformbeständigkeit zu dem Schweißzielelement mit der niedrigeren Hochtemperaturformbeständigkeit rückwärts von einer Schweißrichtung dreht;
sodass das Kontaktschweißen an den zwei Schweißzielelementen durchgeführt wird.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reibrührschweißverfahren (friction stir welding method), welches zur Herstellung eines metallischen Strukturelements in beispielsweise einem Automobil, einem elektronischen Computer, einer industriellen Maschine oder dgl. verwendet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Plattenmaterial zur plastischen Bearbeitung (plastic work plate material), welches dafür geeignet ist, einen mit einem Boden versehenen zylindrischen Körper auszubilden, welcher beispielsweise als ein metallener Druckbehälter (eine Flasche oder Dose für kohlensäurehaltige Getränke, wie z.B. Bier, einen Gaszylinder oder dgl.) oder als eine Softdrink-Flasche oder Dose verwendet wird und einen aus dem Material ausgebildeten mit einem Boden versehenen Zylinderkörper.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Ein Reibrührschweißverfahren, welches eine Art Festzustandschweißverfahren ist, hat ausgezeichnete Vorteile, da die Art des als ein Schweißzielelement (welding target member) verwendeten Metallmaterials nicht begrenzt ist, der Erzeugung von Schweißwärme folgende thermische Verformungen äußerst klein sind und dgl. Neuerlich wurde daher das Reibrührschweißen als Schweißmittel für verschiedene Arten von Strukturen verwendet.
Die 5 und 6 zeigen, dass zwei Schweißzielelemente, welche miteinander in Berührung gebracht sind, während eine Höhendifferenz zwischen den zwei Elementen auf einer Oberflächenseite in der Dickenrichtung erzeugt wird, Kontaktschweißen unter Verwendung dieses Reibrührschweißverfahrens unterzogen werden.
In den 5 und 6 bezeichnet die Bezugszahl 51 ein dünnes flaches erstes Schweißzielelement und 52 bezeichnet ein dickes flaches zweites Schweißzielelement. Das erste Schweißzielelement 51 und das zweite Schweißzielelement 52 unterscheiden sich in der Art des Metallmaterials und unterscheiden sich auch in der Dicke. D.h., wie in 6 gezeigt, besitzt das erste Schweißzielelement 51 eine Hochtemperaturformbeständigkeit von Y1' und eine Dicke von t1', wohingegen das zweite Schweißzielelement 52 eine Hochtemperaturformbeständigkeit von Y2' (wobei Y2' ≠ Y1' ist) und eine Dicke von t2' (wobei t2' > t1' ist) besitzt.
Zur Vereinfachung der Beschreibung wird hierin angenommen, dass die Hochtemperaturformbeständigkeit Y2' des zweiten Schweißzielelements 52 höher als die Hochtemperaturformbeständigkeit Y1' des ersten Schweißzielelements 51 ist (d.h. Y2' > Y1').
Die Schweißzielelemente 51 und 52 sind an einer Endfläche 53 in der Breitenrichtung miteinander in Berührung gebracht. In den 5 und 6 sind die Endflächen der zwei Schweißzielelemente 51 und 52 so miteinander in Berührung gebracht, dass die jeweiligen hinteren Oberflächen zueinander bündig sind (in Berührung gebrachte Abschnitte 55). Aus diesem Grund gibt es eine Höhendifferenz zwischen den zwei Elementen 51 und 53, welche der Differenz in der Dicke dazwischen auf der Oberflächenseite entspricht. Die Bezugszahl 54 bezeichnet einen Höhendifferenzabschnitt, welcher auf der Oberfläche an der Position des Berührungsabschnitts 55 zwischen den zwei Schweißzielelementen 51 und 52 ausgebildet ist, und die Bezugszahl 54a bezeichnet die Ecke des Höhendifferenzabschnitts 54.
Die Bezugszahl 60 bezeichnet ein Schweißwerkzeug zum Reibrührschweißen. Dieses Schweißwerkzeug 60 ist ein drehbares Werkzeug, welches aus einem zylindrischen Rotor 61 mit großem Durchmesser und einer Stiftsonde 62 mit kleinem Durchmesser besteht, welche von dem drehenden mittleren Abschnitt der Endfläche 61a des Rotors 61 längs einer Drehachse Q' vorsteht und integral mit dem Rotor 61 versehen ist. Die Sonde 62 dient als ein Schweißkopf 63.
Wenn die Schweißzielelemente 51 und 52 unter Verwendung dieses Schweißwerkzeugs 60 kontaktgeschweißt werden, werden die Materialien der Schweißzielelemente 51 und 52, welche durch die Reibungswärme erweicht sind, von der Umgebung der Sonde 62 des Schweißwerkzeugs 60 herumgespritzt infolge der Höhendifferenz zwischen den Berührungsabschnitten 55 der Elemente 51 und 52. In Folge dessen führt dies infolge eines Materialmangels zu einer mangelhaften Verschweißung und infolge eines Mangels der erzeugten Reibungswärmemenge auch zu einer mangelhaften Verschweißung, was es in nachteiliger Weise schwierig macht, einen gut verschweißten Abschnitt W' auszubilden.
Um diese Nachteile zu überwinden, wird in der japanischen Patentanmeldung Offenlegungsnummer 10-249553, wie in 6 gezeigt, das folgende Verfahren vorgeschlagen. Die Sonde 62 des drehenden Schweißwerkzeugs 60 ist angeordnet, um in den Berührungsabschnitt 55 eingebettet zu sein, und der Rotor 61 ist so angeordnet, dass die Drehachse Q' des Rotors 61 relativ zu den zwei Schweißzielelementen 51 und 52 zu dem Schweißzielelement an einer unteren Position (d.h. dem ersten Schweißzielelement 1) hin geneigt ist. In diesem Zustand wird die Sonde 62 relativ zu den zwei Schweißzielelementen 51 und 52 längs des Berührungsabschnitts 55 bewegt, wodurch die Schweißzielelemente 51 und 52 kontaktgeschweißt werden. In dieser Figur bezeichnet M' eine Schweißrichtung und R' bezeichnet eine Drehrichtung des Rotors 61.
Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren können die Materialien der Schweißzielelemente 51 und 52, welche in der Umgebung der Sonde 62 herumspritzen, durch die Endfläche 61a des Rotors 61 abgelenkt werden oder an der Endfläche 61a des Rotors 61 aufgenommen werden, um es auf diese Weise in vorteilhafter Weise möglich zu machen, das Auftreten einer durch den Materialmangel verursachten mangelhaften Verschweißung zu verhindern.
Zusätzlich wird der Neigungswinkel θ der Drehachse Q' des Rotors 61 zu dem ersten Schweißzielelement 51 passend geändert, um es auf diese Weise in vorteilhafter Weise möglich zu machen, die Menge an erzeugter Reibungswärme passend einzustellen und das Auftreten der durch einen Reibungswärmemangel verursachten mangelhaften Verschweißung zu verhindern. Ferner wird gemäß diesem vorgeschlagenen Verfahren die Endfläche 61a des Rotors 61 mit dem Schulterabschnitt 52a des Schweißzielelements an einer höheren Position (d.h. das zweite Schweißzielelement 52), der von dem Berührungsabschnitt 55 vorsteht, druckverschweißt, wodurch der Schulterabschnitt 52a plastisch verformt werden kann, sodass die Oberfläche des Schulterabschnitts 52a eine geneigte Oberfläche wird. Als ein Ergebnis ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Konzentration von Spannungen zu vermindern, welche in dem Höhendifferenzabschnitt 54 in einer resultierenden Kontaktschweißverbindung erzeugt werden. Das Bezugssymbol P' bezeichnet die Normale der Oberflächen der Schweißzielelemente 51 und 52 an der Sondeneinbettposition.
Unterdessen wird beim Reibrührschweißen ein Rand, welcher an einer Position angeordnet ist, an welcher die Drehrichtung R' des Rotors 61 und die Schweißrichtung M' an dem inneren Umfangsrand des geschweißten Abschnitts W' miteinander übereinstimmen, normalerweise als ein "vorrückender Rand" (advanced edge) bezeichnet, während ein an einer entgegengesetzten Position zu diesem vorrückenden Rand angeordneter Rand als ein "zurückziehender Rand" (retreating edge) bezeichnet wird.
Im Allgemeinen hat das Reibschweißen einen Nachteil, dass ein Hohlraum in der Nähe des vorrückenden Rands des geschweißten Abschnitts W' dazu neigt, aufzutreten. Dieser Hohlraum ist ein Schweißfehler, welcher kontinuierlich an der Rückseite einer Sondenbewegungsrichtung folgend der Bewegung der Sonde 62 ausgebildet wird und wird als ein Tunnelschweißfehler (tunnel welding defect) bezeichnet. Dieser Tunnelschweißfehler tritt auf, da das Material des zweiten Schweißzielelements 2 auf der Seite des vorrückenden Rands nicht ausreichend plastisch fließt.
Wenn die Drehrichtung des Rotors 61 des Schweißwerkzeugs 60 in die Richtung R' eingestellt ist, in welcher der Rotor 61 von dem ersten Schweißzielelement 51 mit einer niedrigeren Hochtemperaturformbeständigkeit zu dem zweiten Schweißzielelement 52 mit einer höheren Hochtemperaturformbeständigkeitdreht und Kontaktschweißen an der Rückseite in der Schweißrichtung M', wie in 5 gezeigt, durchgeführt wird, neigen daher gemäß dem oben angegebenen vorgeschlagenen Verfahren nicht nur Tunnelschweißfehler dazu, in der Nähe des vorrückenden Rands des geschweißten Abschnitts W, wie bereits angegeben, aufzutreten, sondern es ist auch schwieriger, das Material des zweiten Schweißzielelements 52, welches an der Seite des vorrückenden Rands angeordnet ist und welche eine höhere Hochtemperaturformbeständigkeit Y2' aufweist, plastisch fließen zu lassen. Daher hat das vorgeschlagene Verfahren den Nachteil, dass die Wahrscheinlichkeit äußerst hoch ist, dass der Tunnelschweißfehler auftritt.
Insbesondere, wenn die Schweißzielelemente 51 und 52 miteinander in Berührung gebracht werden, während eine Höhendifferenz in der Dickenrichtung zwischen den zwei Elementen 51 und 52 vorhanden ist, wird die in der Ecke 54a des Höhendifferenzabschnitts 54 vorhandene Luft in den geschweißten Abschnitt W' während des Schweißens mitgerissen mit dem Ergebnis, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein solcher Tunnelschweißfehler auftritt, weiter zunimmt.
Außerdem wird das metallene Druckgefäß wie z.B. eine Kohlensäuregetränkflasche oder Dose für Bier oder dgl. oder ein Gaszylinder, beispielsweise ausschließlich durch Ziehen ausgebildet, wie z.B. Tiefziehen, was eine Art von plastischer Bearbeitung ist. Der Grund hierfür ist, dass es möglich ist, einen Druckbehälter ohne Verbindungen durch das Ziehen auszubilden.
Bezüglich eines solchen Druckbehälters werden die Wanddicken des Bodenwandabschnitts und des obersten Wandabschnitts des Behälters vorzugsweise so ausgebildet, dass sie größer als diejenige des Umfangswandabschnitts des Behälters sind, um die benötigte Festigkeit des Druckbehälters zu erfüllen.
Trotzdem ist ein Ziehmaterial normalerweise eine Platte mit einer gleichmäßigen Wanddicke. Aus diesem Grund ist es notwendig, wenn ein solcher Druckbehälter unter Verwendung dieses Materials auszubilden ist, das Ziehen so durchzuführen, dass die Wanddicken des Bodenwandabschnitts und des obersten Wandabschnitts des Druckbehälters größer als die des Umfangswandabschnitts werden, was in nachteiliger Weise eine Bearbeitungstechnik von hohem Niveau erfordert.
Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts des oben angegebenen technischen Hintergrunds. Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Reibrührschweißverfahren zum Kontaktschweißen zweier sich in der Hochtemperaturformbeständigkeit unterscheidender Schweißzielelemente bereitzustellen, welches Verfahren das Auftreten eines Tunnelschweißfehlers infolge eines Mangels eines plastischen Flusses unterdrücken kann, selbst wenn die Schweißzielelemente miteinander in Berührung gebracht sind, während eine Höhendifferenz zwischen den Elementen an einer Oberflächenseite in der Dickenrichtung erzeugt wird.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Plattenmaterial zur plastischen Bearbeitung bereitzustellen, welches eine einfache Ausbildung eines Werkstücks mit einem dicken Wandabschnitt und einem dünnen Wandabschnitt erlaubt, und welches eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit besitzt, und einen mit einem Boden versehenen zylindrischen Körper bereitzustellen, welcher aus dem Material ausgebildet ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Das erste Merkmal der vorliegenden Erfindung betrifft ein Reibrührschweißverfahren. Die in Anspruch 1 dargestellte Erfindung ist ein Reibrührschweißverfahren zur Durchführung von Kontaktschweißen durch: Verwenden eines Schweißwerkzeugs mit einem drehbaren Schweißkopf; miteinander in Berührung bringen zweier Schweißzielelemente mit unterschiedlichen Hochtemperaturformbeständigkeiten, um eine Höhendifferenz an einer Oberflächenseite in einer Dickenrichtung zu erzeugen; Anordnen des Drehschweißkopfs, welcher in einem Berührungsabschnitt der zwei Schweißzielelemente oder einer Umgebung des Berührungsabschnitts von der Oberflächenseite einzubetten ist; und in diesem Zustand Bewegen des Schweißkopfs relativ zu den zwei Schweißzielelementen längs des Berührungsabschnitts, und ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehrichtung des Schweißkopfs in eine Richtung eingestellt ist, in welcher der Schweißkopf von dem Schweißzielelement mit der höheren Hochtemperaturformbeständigkeit zu dem Schweißzielelement mit der niedrigeren Hochtemperaturformbeständigkeit rückwärts von einer Schweißrichtung dreht und dass das Kontaktschweißen an den zwei Schweißzielelementen durchgeführt wird.
Gemäß diesem Reibrührschweißverfahren wird die Drehrichtung des Schweißkopfs in eine Richtung eingestellt, in welcher der Schweißkopf von dem Schweißzielelement mit der höheren Hochtemperaturformbeständigkeit zu dem Schweißzielelement mit der niedrigeren Hochtemperaturformbeständigkeit rückwärts von der Schweißrichtung dreht, wodurch das Schweiß zielelement mit der niedrigeren Hochtemperaturformbeständigkeit von den zwei Schweißzielelementen an der Seite des vorrückenden Rands angeordnet ist. Daher kann während des Schweißens das Material des Schweißzielelements, welches durch die Reibungswärme erweicht ist, schnell und plastisch in Reaktion auf eine Drehkraft von dem Schweißkopf fließen, um auf diese Weise das Auftreten eines tunnelartigen Schweißfehlers zu unterdrücken.
Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt der Vergleich der Höhe der Hochtemperaturformbeständigkeiten der zwei Schweißzielelemente basierend auf Formbeständigkeiten bei einer Schweißtemperatur. Insbesondere, wenn die zwei Schweißzielelemente aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sind, werden die Hochtemperaturformbeständigkeiten der zwei Schweißzielelemente basierend auf der durchschnittlichen Formbeständigkeit derselben vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 200 bis 600°C und höchst vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 400 bis 550°C verglichen. Hierdurch ist es möglich, das Auftreten eines tunnelartigen Schweißfehlers sicher zu unterdrücken.
Die in Anspruch 2 dargestellte Erfindung ist ein Reibrührschweißverfahren zur Durchführung von Kontaktschweißen an zwei Schweißzielelementen durch: Verwenden eines Schweißwerkzeugs mit einem drehbaren Schweißkopf; miteinander in Berührung bringen eines ersten Schweißzielelements mit einer Hochtemperaturformbeständigkeit von Y1 und einer Wanddicke von t1 und einem zweiten Schweißzielelement mit einer Hochtemperaturformbeständigkeit von Y2 (wobei Y2 ≠ Y1) und einer Wanddicke von t2, um eine Höhendifferenz an einer Oberflächenseite in einer Dickenrichtung zu erzeugen; Anordnen des Drehschweißkopfs, welcher in einen Berührungsabschnitt der zwei Schweißzielelemente oder eine Umgebung des Berührungsabschnitts von einer Oberflächenseite einzubetten ist; und in diesem Zustand Bewegen des Schweißkopfs relativ zu den zwei Schweißzielelementen längs des Berührungsabschnitts, und ist dadurch gekenn zeichnet, dass dann, wenn die zwei Schweißzielelemente miteinander in Berührung gebracht sind, während ein Beziehungsausdruck von Y2 × t2 Y1 × t1 erfüllt ist, eine Drehrichtung des Schweißkopfs in eine Richtung eingestellt wird, in welcher der Schweißkopf von dem ersten Schweißzielelement zu dem zweiten Schweißzielelement rückwärts von einer Schweißrichtung dreht, und dass das Kontaktschweißen an den zwei Schweißzielelementen durchgeführt wird; und wenn die zwei Schweißzielelemente miteinander in Berührung gebracht sind, während ein Beziehungsausdruck von Y2 × t2 > Y1 × t1 erfüllt ist, wird die Drehrichtung des Schweißkopfs in eine Richtung eingestellt, in welcher der Schweißkopf von dem zweiten Schweißzielelement zu dem ersten Schweißzielelement rückwärts von der Schweißrichtung dreht und das Kontaktschweißen wird an den zwei Schweißzielelementen durchgeführt.
Gemäß diesem Reibrührschweißverfahren ist es möglich, sicherzustellen, dass das Auftreten eines tunnelartigen Schweißfehlers unterdrückt wird, indem die Drehrichtung des Schweißkopfs eingestellt wird, während die Wanddicken der zwei Schweißzielelemente zusätzlich zu deren Hochtemperaturformbeständigkeiten berücksichtigt werden.
Die in Anspruch 3 dargestellte Erfindung ist ein Reibrührschweißverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Schweißkopf des Schweißwerkzeugs aus einer Sonde mit kleinem Durchmesser besteht, welche von einer Endfläche eines Rotors mit großem Durchmesser vorsteht, wobei der drehende Rotor in einem Zustand angeordnet wird, in welchem eine Drehachse des Rotors relativ zu den zwei Schweißzielelementen zu dem Schweißzielelement an einer unteren Position geneigt ist, und in einem Zustand, in welchem eine Endfläche des drehenden Rotors mit einem Schulterabschnitt des Schweißzielelements an einer höheren Position, welcher von dem Berührungsabschnitt vorsteht, druckverschweißt wird, und das Kontaktschweißen wird in diesem Zustand durchgeführt.
Gemäß diesem Verfahren ist es durch die Anordnung des Rotors des Schweißwerkzeugs in einem Zustand, in welchem die Drehachse des Rotors relativ zu den zwei Schweißzielelementen zu dem Schweißzielelement an der Seite einer unteren Position geneigt ist, möglich, die Materialien der zwei Schweißzielelemente, welche in der Nähe der Sonde herumspritzen, durch die Endfläche des Rotors zurückzuwerfen oder sie in der Endfläche des Rotors aufzunehmen und auf diese Weise eine schlechte Verschweißung infolge eines Materialmangel zu verhindern.
Ferner ist es durch die Anordnung der Endfläche des Rotors, welche mit dem Schulterabschnitt des Schweißzielelements auf der Seite einer höheren Position durch Druck zu verschweißen ist, möglich, den Schulterabschnitt so plastisch zu verformen, dass die Oberfläche des Schulterabschnitts eine geneigte Oberfläche an der Endfläche des Rotors wird. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Spannungskonzentration zu vermindern, welche an dem Höhendifferenzabschnitt einer zu erhaltenden kontaktgeschweißten Verbindung vorkommt. Zusätzlich ist es durch passendes Ändern des Neigungswinkels der Drehachse des Rotors bezüglich des Schweißzielelements an der Seite der unteren Position oder passendes Ändern des Außendurchmessers der Endfläche des Rotors möglich, die erzeugte Reibungswärmemenge passend einzustellen und auf diese Weise das Auftreten einer schlechten Verschweißung infolge eines Reibungswärmemangels zu verhindern.
Außerdem wird durch das Druckverschweißen der Endfläche des Rotors mit dem Schulterabschnitt des Schweißzielelements auf der Seite der höheren Position die Menge der erzeugten Reibungswärme erhöht. Durch eine Aufnahme dieser erhöhten Reibungswärme fließt das Material des Schweißzielelements, welches an der vorrückenden Randseite angeordnet ist, plastisch noch schneller. Als ein Ergebnis ist es möglich, das Auftreten eines tunnelartigen Schweißfehlers überdies sicher zu unterdrücken.
Die im Anspruch 4 dargestellte Erfindung ist ein Reibrührschweißverfahren zur Durchführung von Kontaktschweißen an zwei Schweißzielelementen durch: Verwenden eines Schweißwerkzeugs mit einem drehbaren Schweißkopf, welcher aus einer Sonde mit kleinem Durchmesser besteht, welche von einer Endfläche eines Rotors mit großem Durchmesser vorsteht; miteinander in Berührung bringen eines ersten Schweißzielelements mit einer Hochtemperaturformbeständigkeit von Y1 und einer Wanddicke von t1 und eines zweiten Schweißzielelements mit einer Hochtemperaturformbeständigkeit von Y2 (wobei Y2 ≠ Y1) und einer Wanddicke von t2, um eine Höhendifferenz an einer Oberflächenseite in einer Dickenrichtung zu erzeugen, durch Anordnen des zweiten Schweißzielelement an der höheren Position, wobei die zwei Schweißzielelemente einen Beziehungsausdruck von Y2 × t2 > Y1 × t1 in diesem Berührungszustand erfüllen; Anordnen der drehenden Sonde, welche in einen Berührungsabschnitt der zwei Schweißzielelemente oder eine Umgebung des Berührungsabschnitts von einer Oberflächenseite einzubetten ist; und Anordnen des drehenden Rotors in einem Zustand, in welchem eine Drehachse des Rotors relativ zu den zwei Schweißzielelementen zu dem ersten Schweißzielelement geneigt ist, und in einem Zustand, in welchem eine Endfläche des drehenden Rotors mit einem Schulterabschnitt des zweiten Schweißzielelements, welcher von dem Berührungsabschnitt vorsteht, druckverschweißt wird, und in diesem Zustand Bewegen der Sonde relativ zu den zwei Schweißzielelementen längs des Berührungsabschnitts, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Drehrichtung des Schweißkopfs in eine Richtung eingestellt ist, in welcher der Schweißkopf von dem zweiten Schweißzielelement zu dem ersten Schweißzielelement rückwärts von einer Schweißrichtung dreht und dass das Kontaktschweißen an den zwei Schweißzielelementen durchgeführt wird.
Gemäß diesem Reibrührschweißen strömt das Material des an der vorrückenden Randseite angeordneten ersten Schweißzielelements schnell und plastisch aus demselben Grund wie dem des Anspruchs 3. Als ein Ergebnis ist es möglich, das Auftreten eines tunnelartigen Schweißfehlers ferner sicher zu unterdrücken.
Ferner nimmt das Material des Schulterabschnitts des zweiten Schweißzielelements, welches mit der Endfläche des Rotors druckverschweißt wird, eine Druckschweißkraft von der Endfläche des Rotors und die Drehkraft von dem Rotor auf und auf diese Weise strömt es plastisch zu dem ersten Schweißzielelement. Als ein Ergebnis kann das Material des Schulterabschnitts wirksam in die Ecke des Höhendifferenzabschnitts gefüllt werden, um auf diese Weise die Schweißfestigkeit einer zu erhaltenden kontaktgeschweißten Verbindung zu erhöhen.
Als Nächstes betrifft das zweite Merkmal der vorliegenden Erfindung ein Plattenmaterial zur plastischen Bearbeitung, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es einen dicken Wandabschnitt und einen dünnen Wandabschnitt umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass der dicke Wandabschnitt und der dünne Wandabschnitt durch Reibrührschweißen geschweißt und miteinander verbunden sind.
Gemäß diesem Material wird plastische Bearbeitung an diesem Material so durchgeführt, dass der dicke Wandabschnitt und der dünne Wandabschnitt davon der dicke Wandabschnitt bzw. der dünne Wandabschnitt eines zu erhaltenden Werkstücks werden. Es ist daher möglich, ein Werkstück einfach auszubilden, welches einen dicken Wandabschnitt und einen dünnen Wandabschnitt umfasst. Zusätzlich ist das Reibrührschweißen eine Art von Festzustandsschweißen und besitzt Vorteile darin, dass Verformungen, wie z.B. thermische Verwindungen, welche durch das Schweißen verursacht werden, äußerst klein sind und die durch die Schweißwärme verursachte Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der zu schweißenden Materialien ist sehr klein. Daher ist es durch Schweißen und Integrieren des dicken Wandabschnitts und des dünnen Wandabschnitts durch dieses Reibrührschweißen möglich, ein Material zu erhalten, bei dem Verformungen, wie z.B. thermische Verformungen, welche durch das Schweißen verursacht werden, verhindert oder unterdrückt werden. Zusätzlich werden der dicke Wandabschnitt und der dünne Wandabschnitt verschweißt und integriert, ohne eine Verschlechterung der Bearbeitbarkeit des geschweißten Abschnitts oder eines Bereichs in der Nähe des geschweißten Abschnitts. Zusätzlich kann gemäß dem Reibrührschweißen selbst dann, wenn ein Höhendifferenzabschnitt längs eines zu schweißenden Abschnitts an der Oberfläche des zu schweißenden Abschnitts ausgebildet ist, der zu schweißende Abschnitt so geschweißt werden, dass die Oberfläche davon eine geneigte Oberfläche wird. Daher ist es durch Schweißen und Integrieren des dicken Wandabschnitts und des dünnen Wandabschnitts durch dieses Reibrührschweißen möglich, die Spannungskonzentration zu verringern, welche in dem Höhendifferenzabschnitt, welcher in dem Anlageabschnitt zwischen dem dicken Wandabschnitt und dem dünnen Wandabschnitt auftreten kann, wenn das Material plastisch bearbeitet wird und auf diese Weise die Bearbeitbarkeit des Materials zu verbessern. Folglich ist es durch plastische Bearbeitung dieses Materials möglich, ein Werkstück mit ausgezeichneter Qualität auszubilden. Während das Material gemäß der vorliegenden Erfindung sehr unterschiedlich als verschiedene Arten von Materialien zur plastischen Bearbeitung verwendet werden kann, ist das Material besonders als ein Material zum Tiefziehen oder Drücken (spinning) geeignet.
Ferner ist es bei dem oben angegebenen Plattenmaterial zur plastischen Bearbeitung bevorzugt, dass der dünne Wandabschnitt um den dicken Wandabschnitt herum ausgebildet ist, dass der dicke Wandabschnitt ein Bereich zur Ausbildung eines Bodenwandabschnitts oder eines obersten Wandabschnitts ist und dass der dünne Wandabschnitt ein Bereich zur Ausbildung eines Umfangswandabschnitts ist.
Dieses Material wird plastisch so bearbeitet, dass der dicke Wandabschnitt der Bodenwandabschnitt oder der oberste Wandabschnitt eines zu erhalten den Werkstücks wird und dass der dünne Wandabschnitt der Umfangswandabschnitt des Werkstücks wird. Daher kann durch plastische Bearbeitung dieses Materials ein Werkstück erhalten werden, das eine ausgezeichnete Qualität besitzt und einen dicken Boden oder obersten Wandabschnitt und einen dünnen Umfangswandabschnitt umfasst, und das Material kann besonders geeignet als ein Material zur Ausbildung eines Druckbehälters, welcher ein Druckfluid enthält, verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen mit einem Boden versehenen zylindrischen Körper, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass er durch plastische Bearbeitung des Plattenmaterials zur plastischen Bearbeitung gemäß dem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird.
In diesem Fall ist es möglich, einen mit einem Boden versehenen zylindrischen Körper mit ausgezeichneter Qualität zu erhalten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, welche ein Reibrührschweißverfahren in einem Modus zur Durchführung des ersten Merkmals der vorliegenden Erfindung zeigt, wo 1(A) eine perspektivische Ansicht ist, welche einen Zustand zeigt, in welchem zwei Schweißzielelemente verschweißt werden, und
1(B) eine vergrößerte Querschnittsansicht wichtiger Teile längs einer Linie I-I ist;
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht wichtiger Teile längs einer Linie II-II von 1(A);
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht wichtiger Teile längs einer Linie III-III von 1(A);
4 ist eine Ansicht entsprechend der 3 und zeigt einen Zustand, nachdem die zwei Schweißzielelemente verschweißt sind;
5 ist eine Ansicht, welche ein herkömmliches Reibrührschweißverfahren zeigt und ist eine perspektivische Ansicht, welche einen Zustand zeigt, in welchem zwei Schweißzielelemente verschweißt werden;
6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht wichtiger Teile längs einer Linie VI-VI der 5;
7 ist eine Ansicht, welche einen mit einem Boden versehenen zylindrischen Körper in der ersten Ausführungsform des zweiten Merkmals der vorliegenden Erfindung zeigt, in der 7(A) eine perspektivische Ansicht ist und 7(B) eine Querschnittsansicht ist;
8 ist eine Ansicht, welche einen Zustand zeigt, bevor ein Plattenmaterial zur plastischen Bearbeitung zur Ausbildung des mit einem Boden versehenen zylindrischen Körpers geschweißt wird, in der 8(A) eine Draufsicht des Materials ist, 8(B) eine Querschnittsansicht längs einer Linie VIII-VIII der 8(A) ist und 8(C) eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 8(B) gezeigten Abschnitts A ist;
9 ist eine Ansicht, welche einen Zustand zeigt, in welchem das Material geschweißt wird, in der 9(A) eine perspektivische Ansicht des Materials ist und 9(B) eine vergrößerte Querschnittsansicht wichtiger Teile des Materials ist;
10 ist eine Ansicht, welche einen Zustand zeigt, nachdem das Material geschweißt ist, in der 10(A) eine perspektivische Ansicht des Materials ist, 10(B) eine Querschnittsansicht längs einer Linie X-X der 10(A) ist und 10(C) eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 10(B) gezeigten Abschnitts B ist;
11 ist eine Ansicht, welche einen mit einem Boden versehenen zylindrischen Körper in dem zweiten Modus zur Durchführung des zweiten Merkmals der vorliegenden Erfindung zeigt, in der 11(A) eine perspektivische Ansicht ist und 11(B) eine Querschnittsansicht ist;
12 ist eine Ansicht, welche einen Zustand zeigt, bevor ein plastisches Material zur plastischen Bearbeitung zur Ausbildung des mit einem Boden versehenen zylindrischen Körpers geschweißt wird, in der 12(A) eine Draufsicht des Materials ist, 12(B) eine Querschnittsansicht längs einer Linie XII-XII der 12(A) ist, 12(C) eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 12(B) gezeigten Abschnitts C ist und 12(D) eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 12(B) gezeigten Abschnitts D ist; und
13 eine Ansicht ist, welche einen Zustand zeigt, nachdem das Material geschweißt ist, in der 13(A) eine Draufsicht des Materials ist, 13(B) eine Querschnittsansicht längs einer Linie XIII-XIII der 13(A) ist, 13(C) eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 13(B) gezeigten Abschnitts E ist und 13(D) eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 13(B) gezeigten Abschnitts F ist.
DIE BESTEN MODI ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Modi zur Durchführung der vorliegenden Erfindung werden als Nächstes unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Die 1 bis 4 zeigen einen Modus zur Durchführung des ersten Merkmals der vorliegenden Erfindung. Eine kontaktgeschweißte Verbindung, welche durch Reibrührschweißen bei diesem Modus zur Durchführung des ersten Merkmals der Erfindung erhalten wird, wird als das nach Maß gearbeitete Rohmaterial eines Automobils verwendet.
In 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 ein dünnes, längliches, ebenes erstes Schweißzielelement und 2 bezeichnet ein dickes, längliches, ebenes zweites Schweißzielelement.
Das erste Schweißzielelement 1 und das zweite Schweißzielelement 2 sind aus verschiedenen Arten von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt. Daher besitzen sie eine unterschiedliche Formbeständigkeit. Zusätzlich unterscheiden sich die zwei Schweißzielelemente 1 und 2 in der Wanddicke.
Wie in 1(B) gezeigt, wird hier angenommen, dass die Hochtemperaturformbeständigkeit und die Wanddicke des ersten Schweißzielelements 1 Y1 und t1 sind und jene des zweiten Schweißzielelements 2 Y2 (wobei Y2 ≠ Y1 ist) bzw. t2 sind. Es wird hier auch angenommen, dass t2 größer als T1 ist (d.h. t2 > t1).
Das Produkt der Hochtemperaturformbeständigkeit Y1 und der Wanddicke t1 des ersten Schweißzielelements 1 (d.h. Y1 × t1) entspricht der Gesamthochtemperaturformbeständigkeit des ersten Schweißzielelements 1. Ebenso entspricht das Produkt der Hochtemperaturformbeständigkeit Y2 und der Wanddicke t2 des zweiten Schweißzielelements 2 (d.h. Y2 × t2) der Gesamthochtemperaturformbeständigkeit des zweiten Schweißzielelements 2.
Bei diesem Modus zur Durchführung des ersten Merkmals der vorliegenden Erfindung erfolgt die Beschreibung unter der Annahme, dass die Hochtemperaturformbeständigkeit Y2 des zweiten Schweißzielelements 2 höher als die Hochtemperaturformbeständigkeit Y1 des ersten Schweißzielelements 1 ist (d.h. Y2 > Y1) und dass die Gesamthochtemperaturformbeständigkeit Y2 × t2 des zweiten Schweißzielelements 2 höher als die Gesamthochtemperaturformbeständigkeit Y1 × t1 des ersten Schweißzielelements 1 ist (d.h. Y2 × t2 > Y1 × t1 ), der Beschreibung zuliebe.
Die Schweißzielelemente 1 und 2 werden miteinander in Berührung gebracht an einer der Endflächen 3 in der Breitenrichtung. Die Endflächen 3 sind rechtwinklig zu den vorderen und hinteren Oberflächen der Schweiß zielelemente ausgebildet. Die Endflächen 3 der beiden Schweißzielelemente 1 und 2 werden miteinander in Berührung gebracht (im Berührungsabschnitt 5), während die hinteren Oberflächen derselben miteinander bündig sind. Aus diesem Grund wird eine Höhendifferenz zwischen den zwei Elementen 1 und 2 an der Oberflächenseite erzeugt, um einer Differenz in der Wanddicke dazwischen zu entsprechen. Ferner ist ein Unterstützungselement (nichts gezeigt) an der hinteren Oberfläche des Berührungsabschnitts 5 zwischen dem ersten und dem zweiten Schweißzielelement 1 und 2 vorgesehen. In 1(B) bezeichnet die Bezugszahl 4 einen Höhendifferenzabschnitt, welcher an der Oberfläche an einer Position des Berührungsabschnitts 5 zwischen den Schweißzielelementen 1 und 2 ausgebildet ist. Die Bezugszahl 4a bezeichnet eine Ecke dieses Höhendifferenzabschnitts 4. Zusätzlich sind die Schweißzielelemente 1 und 2 miteinander in Berührung gebracht, sodass die hinteren Oberflächen derselben miteinander bündig sind. Daher ist in diesem Berührungszustand das zweite Schweißzielelement 2 an einer Seite einer höheren Position angeordnet und das erste Schweißzielelement 1 ist an einer Seite einer niedrigeren Position angeordnet.
Die Bezugszahl 10 bezeichnet ein Schweißwerkzeug zum Reibrührschweißen. Dieses Schweißwerkzeug 10 ist ein drehbares Element wie in dem Fall von dem, welches in der üblichen Technik (siehe 5, Bezugszahl 60) gezeigt ist, welches aus einem zylindrischen Rotor 11 mit großem Durchmesser und einer Stiftsonde 12 mit kleinem Durchmesser besteht, welche von dem drehenden Mittelabschnitt der Endfläche 11a des Rotors 11 längs einer Drehachse Q vorsteht und integral mit dem Rotor 11 vorgesehen ist. Die Sonde 12 dient als ein Schweißkopf 13. Der Rotor 11 und die Sonde 12 sind aus wärmebeständigen Materialien ausgebildet, welche härter als die Schweißzielelemente 1 und 2 sind und einer Reibungswärme widerstehen, welche erzeugt wird, wenn die Elemente 1 und 2 geschweißt werden. Zusätzlich ist ein konvexer Rührabschnitt (nicht gezeigt) zum Rühren der Materialien der Schweißzielelemente 1 und 2, welche durch die Reibungswärme erweicht werden, an der äußeren Umfangsfläche der Sonde 12 vorgesehen. Ferner ist wenigstens der äußere Umfangsrand der Endfläche 11a des Rotors 11 in einer Ebene orthogonal zur Drehachse Q. In diesem Modus zur Durchführung des ersten Merkmals der vorliegenden Erfindung kann die Endfläche 11a, welche eine ebene Fläche ist, des Rotors 11 von dem äußeren Umfangsrand zum drehenden Mittelabschnitt hin vertieft sein.
Wenn die Schweißzielelemente 1 und 2 unter Verwendung dieses Schweißwerkzeugs kontaktgeschweißt werden, dreht der Rotor 11 des Schweißwerkzeugs 10 zuerst in einer vorbestimmten Drehrichtung (welche Richtung später beschrieben wird) um die Drehachse Q, um auf diese Weise die Sonde 12 zu drehen.
Als Nächstes wird, wie in 3 gezeigt, die Drehachse Q des drehenden Rotors 11 zu dem ersten Schweißzielelement 1 hin zu den Oberflächen der zwei Schweißzielelemente 1 und 2 geneigt. In diesem Zustand wird die drehende Sonde 12 in den Berührungsabschnitt 5 vom Inneren der Ecke 4a des Höhendifferenzabschnitts 4 eingebettet. Ferner wird die Endfläche 11a dieses Rotors 11 mit dem Schulterabschnitt 2a des zweiten Schweißzielelements 2, welcher von dem Berührungsabschnitt 5 vorsteht, während die Endfläche 11a über die Schweißzielelemente 1 und 2 geht, druckverschweißt. In 3 bezeichnet das Bezugssymbol P die Normale der Oberflächen der Schweißzielelemente 1 und 2 an einer Sondeneinbettposition. Zusätzlich bezeichnet das Bezugssymbol θ (wobei 0° < θ < 90° ) den Neigungswinkel der Drehachse Q des Rotors 11 bezüglich der Normalen P, mit dem die Drehachse Q zu dem ersten Schweißzielelement 1 hin geneigt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Sonde 12 in den Berührungsabschnitt 5 von den Endflächen der Schweißzielelemente 1 und 2 in einer Längsrichtung eingebettet werden. Es ist auch möglich, dass die Sonde 12 in den Berührungsabschnitt 2 eingebettet wird und dass dann die Drehachse Q des Rotors 11 zu dem ersten Schweißzielelement 1 hin ge neigt wird. Überflüssig zu sagen, dass der Zustand, in welchem die Drehachse Q zu dem ersten Schweißzielelement 1 hin geneigt wird, nicht durch Neigen des Rotors 11, sondern durch Festlegen der Stellung des Rotors 11 in einer Abwärtsrichtung und Neigen der Schweißzielelemente 1 und 2 relativ zu der horizontalen Ebene realisiert werden kann.
In diesem Zustand wird die Sonde 12 längs des Berührungsabschnitts 5 bewegt. Die Bewegungsrichtung M der Sonde 5 wird eine Schweißrichtung. Zu diesem Zeitpunkt ist es, wie in 2 gezeigt, bevorzugt, dass die Drehachse Q des Rotors 11 leicht zur Rückseite der Schweißrichtung M hin so geneigt ist, dass der vordere Abschnitt der Endfläche 11a des Rotors 11 in der Schweißrichtung von dem Schulterabschnitt 2a des zweiten Schweißzielelements 2 getragen wird und dass die Sonde 12 in diesem Zustand bewegt wird. Hierdurch ist es möglich zu verhindern, dass der vordere Abschnitt der Endfläche 11a des Rotors 11 in der Schweißrichtung in mikroskopischen Unebenheiten aufgefangen wird, welche an der Oberfläche des Schulterabschnitts 2a des zweiten Schweißzielelements 2 vorhanden sein können, und auf diese Weise die Sonde 12 in einer vorbestimmten Richtung glatt zu bewegen.
Dieser Bewegung der Sonde 12 folgend wird der Berührungsabschnitt 5 zwischen den Schweißzielelementen 1 und 2 durch die Sonde 12 an der Sondeneinbettposition fortlaufend verschweißt. Das Bezugssymbol W bezeichnet einen verschweißten Abschnitt.
Die Drehrichtung des Rotors 11 wird nun beschrieben.
Bei diesem Modus zur Durchführung des ersten Merkmals der vorliegenden Erfindung werden die Schweißzielelemente 1 und 2 miteinander in Berührung gebracht, um den Beziehungsausdruck Y2 × t2 > Y1 × t2 zu erfüllen, wie bereits oben angegeben. Daher wird die Drehrichtung des Rotors 11 in eine Richtung L eingestellt, in welcher der Rotor 11 an der Rückseite der Schweißrichtung M von dem zweiten Schweißzielelement 2 zu dem ersten Schweißzielelement 1 dreht.
Indem die Drehrichtung des Rotors 11 so eingestellt wird und die Schweißzielelemente kontaktgeschweißt werden, ist es möglich, das Auftreten eines Tunnelschweißfehlers zu vermeiden.
D.h. die Schweißzielelemente 1 und 2 werden in der Nähe der Berührungsabschnitte zwischen den Elementen 1 und 2 und der Sonde durch Reibungswärme erweicht, welche folgend der Drehung der Sonde 12 erzeugt wird, und die folgend dem Gleiten der Endfläche 11a des Rotors 11 auf den Oberflächen der Schweißzielelemente 1 und 2 erzeugt wird. Die Materialien der erweichten Teile der Schweißzielelemente 1 und 2 werden gerührt und in Reaktion auf die Drehkraft des Rotors 11 und der der Sonde 12 vermischt. Zusätzlich fließen die Materialien plastisch so, dass sie eine Nut auffüllen, durch welche die Sonde 12 hindurchgeht, folgend der Bewegung der Sonde 12. Da in diesem Moment das erste Schweißzielelement 1, welches an der Seite des vorrückenden Rands angeordnet ist, von den ersten und zweiten Schweißzielelementen 1 und 2 die niedrigere Gesamthochtemperaturformbeständigkeit aufweist, fließt das Material des ersten Schweißzielelements 1 schnell plastisch, um die Sondendurchgangsnut in Reaktion auf die Drehkräfte des Rotors 11 und der Sonde 12 aufzufüllen. Aus diesem Grund wird das Material ausreichend rasch in die Sondendurchgangsnut eingefüllt. Als ein Ergebnis wird nicht nur in der Nähe des zurückziehenden Rands, sondern auch in der Nähe den vorrückenden Rands kein Hohlraum erzeugt.
Während das Material so ausreichend schnell in die Sondendurchgangsnut eingefüllt wird, verliert das Material rasch Reibungswärme und das Material kühlt ab und erstarrt.
Ferner erhält der Schulterabschnitt 2a des zweiten Schweißzielelements 2 an der Rückseite von der Schweißrichtung M von der Endfläche 11a des Rotors 11 eine Druckschweißkraft und wird plastisch so verformt, dass die Oberfläche des Schulterabschnitts 2a geneigt wird.
Die oben angegebenen Phänomene werden der Bewegung der Sonde 12 folgend kontinuierlich wiederholt. Zum Schluss sind die Schweißzielelemente 1 und 2 verschweißt und über die gesamte Länge des Berührungsabschnitts 5 vereinigt, um auf diese Weise eine gewünschte kontaktgeschweißte Verbindung zu erhalten.
Die so erhaltene kontaktgeschweißte Verbindung besitzt eine hohe Schweißfestigkeit, da die Materialien der Schweißzielelemente 1 und 2 ausreichend in die Sondendurchgangsnut gefüllt sind, d.h. kein Tunnelschweißfehler wird in der Nähe des vorrückenden Rands des geschweißten Abschnitts W erzeugt.
Da darüber hinaus diese kontaktgeschweißte Verbindung so ausgebildet ist, dass der Schulterabschnitt 2a des zweiten Schweißzielelements 2 plastisch verformt wird und die Oberfläche des Schulterabschnitts 2a geneigt wird, ist es möglich, die Spannungskonzentration in dem Höhendifferenzabschnitt 4 zu verringern.
Zusätzlich nimmt gemäß diesem Reibrührschweißen das Material des Schulterabschnitts 2a des zweiten Schweißzielelements 2, welcher durch die Reibungswärme erweicht wird, eine Druckschweißkraft von der Endfläche 11a des Rotors 11 und die Drehkraft des Rotors 11 auf und fließt auf diese Weise plastisch zu dem ersten Schweißzielelement 1 hin. Als ein Ergebnis wird das Material des Schulterabschnitts 2a effizient in die Ecke 4a des Höhendifferenzabschnitts 4 gefüllt. Daher ist bei der so erhaltenen kontaktgeschweißten Verbindung das Material des Schulterabschnitts 2a ausreichend in die Ecke 4a des Höhendifferenzabschnitts 4 gefüllt, d.h. sie besitzt eine hohe Schweißfestigkeit.
Darüber hinaus ist es gemäß diesem Reibrührschweißverfahren möglich, durch Druckverschweißen der Enfläche 11a des Rotors 11 mit dem Schulterabschnitt 2a des zweiten Schweißzielelements 2, mehr Reibungswärme zu erzeugen und auf diese Weise dem Material des ersten Schweißzielelements 1 zu erlauben, durch diese Reibungswärme schneller plastisch zu fließen. Es ist daher möglich, das Auftreten des Tunnelschweißfehlers weiter sicher zu unterdrücken.
Gemäß diesem Reibrührschweißverfahren können die Materialien der beiden Schweißzielelemente 1 und 2, welche in der Nähe der Sonde herumspritzen, durch die Endfläche 11a des Rotors 11 zurückgeworfen werden oder in der Endfläche 11a des Rotors 11 aufgenommen (contained) werden, um auf diese Weise eine durch den Materialmangel verursachte mangelhafte Verschweißung zu verhindern. Zusätzlich ist es durch geeignetes Ändern des Neigungswinkels der Drehachse Q des Rotors 11 zu dem ersten Schweißzielelement 1 hin oder geeignetes Ändern des Außendurchmessers der Endfläche 11a des Rotors 11 möglich, die Menge an erzeugter Reibungswärme geeignet einzustellen und auf diese Weise das Auftreten einer schlechten Verschweißung, welche durch einen Mangel an Reibungswärme verursacht wird, zu verhindern.
Das Reibrührschweißverfahren in diesem Modus zur Durchführung des ersten Merkmals der vorliegenden Erfindung wurde bis jetzt in einem Fall beschrieben, wo die Schweißzielelemente 1 und 2 miteinander in Berührung gebracht werden, während der Beziehungsausdruck von Y2 x t2 > Y1 × t1 erfüllt ist. Wenn umgekehrt die Schweißzielelemente 1 und 2 miteinander in Berührung gebracht werden, während der Beziehungsausdruck von Y2 × t2 < Y1 × t1 erfüllt ist, wird die Drehrichtung des Rotors 11 in die Richtung R eingestellt, in welcher der Rotor 11 von dem ersten Schweißzielelement 1 zu dem zweiten Schweißzielelement 2 an der Rückseite der Schweißrichtung M dreht und Kontaktschweißen wird durchgeführt. Hierdurch ist es möglich, das Auftreten eines Tunnelschweißfehlers zu unterdrücken. Die anderen Schweißverfahren in diesem Fall sind dieselben wie die oben angegebenen Schweißverfahren und werden hier nicht wiederholt beschrieben.
Ein Modus zur Durchführung der Erfindung wurde bis jetzt beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf den oben angegebenen Modus beschränkt, sondern kann verschiedenartig eingestellt und modifiziert werden.
Bei dem oben angegebenen Modus wird beispielsweise das Schweißen ^` durchgeführt, während die Sonde 12 des Schweißwerkzeugs 10 längs des Berührungsabschnitts 5 bewegt wird. Alternativ kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Position der Sonde 12 festgelegt werden und die Schweißzielelemente 1 und 2 können so bewegt und verschweißt werden, dass der Berührungsabschnitt 5 nacheinander durch diese Sonde 12 läuft. In diesem Fall ist eine zu der Bewegungsrichtung der Schweißzielelemente 1 und 2 entgegengesetzte Richtung die Schweißrichtung.
Ein Modus zur Durchführung des zweiten Merkmals der vorliegenden Erfindung wird als Nächstes unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
10 zeigt den ersten Modus zur Bearbeitung eines Plattenmaterials zur plastischen Bearbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung und 7 zeigt einen mit einem Boden versehenen zylindrischen Körper, welcher aus diesem Material ausgebildet ist.
Der in 7 gezeigte, mit einem Boden versehene zylindrische Körper 101 wird als ein Druckbehälter, welcher ein Druckfluid enthält, wie z.B.
eine Kohlensäuregetränkflasche oder eine Dose für Bier oder dgl., oder als ein Gaszylinder verwendet. Der mit einem Boden versehene zylindrische Körper 101 ist aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt und besteht aus einem dicken scheibenförmigen Bodenwandabschnitt 102 und einem dünnen zylindrischen Umfangswandabschnitt 103, welcher auf dem äußeren Umfangsrand des Bodenwandabschnitts 102 ausgebildet ist. Dieser mit einem Boden versehene zylindrische Körper 101 wird ausgebildet, indem ein Material 101 tiefgezogen wird.
Wie in den 10(A) und 10(B) gezeigt, ist das Material 110 gänzlich zu einer Scheibe ausgebildet, wobei ein dicker Wandabschnitt K in dem mittleren Abschnitt des Materials 110 ausgebildet ist und ein dünner Wandabschnitt N um den dicken Wandabschnitt K herum ausgebildet ist. Der dicke Wandabschnitt K ist aus einem dicken scheibenartigen ersten Materialstück 101 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wie in 8(A) und 8(B) gezeigt, ausgebildet. Der dünne Wandabschnitt N ist aus einem dünnen zweiten Materialstück 112 in Form einer ringförmigen Platte aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet, und besitzt ein scheibenartiges erstes Materialstück-Einpassloch 112b, das in einem zentralen Abschnitt desselben vorgesehen ist.
Bei diesem Material 110 ist das erste Materialstück 111 ein Bereich, welcher den Bodenwandabschnitt 102 des mit einem Boden versehenen zylindrischen Körpers 101 ausbildet und es wird angenommen, dass es eine Wanddicke von beispielsweise 5 mm besitzt und aus beispielsweise A5083 besteht. Das zweite Materialstück 112 ist ein Bereich, welcher den Umfangswandabschnitt 103 des mit einem Boden versehenen zylindrischen Körpers 101 ausbildet und es wird angenommen, dass er eine Wanddicke von beispielsweise 3 mm besitzt und beispielsweise aus A5083 besteht. Das erste Materialstück 101 wird exakt in das Einpassloch 112b des zweiten Materialstücks 112 eingepasst und der äußere Umfangsrand des ersten Materialstücks 111 und der von dem Einpassloch 112b des zweiten Mate rialstücks 112 werden über den gesamten Umfang durch Reibrührschweißen in diesem eingepassten Zustand verschweißt (Bezugssymbol W bezeichnet einen geschweißten Abschnitt), wodurch das erste Materialstück 111 mit dem zweiten Materialstück 112 verbunden (integriert) wird.
Dieses Material 110 wird wie folgt hergestellt.
D.h. wie in den 8(A) und 8(B) gezeigt, wird das erste Materialstück 111 in das Einpassloch 112b des zweiten Materialstücks 112 eingepasst, welches auf einem Schweißbett (nicht gezeigt) angebracht ist, sodass die untere Oberfläche des zweiten Materialstücks 112 mit der des ersten Materialstücks 111 bündig ist. In diesem Einpasszustand wird, da das erste Materialstück 111 sich in der Wanddicke von dem zweiten Materialstück 112 unterscheidet, eine Höhendifferenz zwischen den Materialstücken 111 und 112 an der Position des Umfangsrands des Einpasslochs 112b des zweiten Materialstücks 112 an den oberen Oberflächen der Materialstücke 111 und 112 in der Dickenrichtung, wie in 8(C) gezeigt, erzeugt. In 8(C) bezeichnet die Bezugszahl 115 den Höhendifferenzabschnitt zwischen den Materialstücken 111 und 112 und die Bezugszahl 115a bezeichnet die Ecke dieses Höhendifferenzabschnitts 115. Zusätzlich bezeichnet die Bezugszahl 114 den Einpassabschnitt zwischen dem ersten Materialstück 111 und dem zweiten Materialstück 112. Die Bezugszahl 111a bezeichnet den Schulterabschnitt des ersten Materialstücks 111 , welcher von diesem Einpassabschnitt 115 zu der oberen Oberflächenseite in der Dickenrichtung vorsteht.
Als Nächstes wird in diesem Einpasszustand, wie in den 9(A) und 9(B) gezeigt, der äußere Umfangsrand des ersten Materialstücks 111 und der des Einpasslochs 112b des zweiten Materialstücks 112 über den gesamten Umfang durch das Reibrührschweißen verschweißt. Dieses Reibrührschweißen wird wie folgt beschrieben.
Die Bezugszahl 120 bezeichnet ein Schweißwerkzeug zum Reibrührschweißen, welches einen zylindrischen Rotor 121 mit großem Durchmesser und eine Stiftsonde 122 mit kleinem Durchmesser umfasst, welche von dem drehenden Mittelabschnitt der Endfläche 121a des Rotors 121 längs der Drehachse des Rotors 121 vorsteht und mit dem Rotor 121 integriert ist. Der Rotor 121 und die Sonde 122 sind aus Materialien ausgebildet, welche härter als die Materialstücke 101 und 102 sind und gegenüber einer Reibungswärme, welche erzeugt wird, wenn die Materialstücke 101 und 102 verschweißt werden, widerstandsfähig sind. Zusätzlich ist ein konvexer Rührabschnitt (nicht gezeigt), welcher die Materialien der Materialstücke 101 und 102, welche durch die Reibungswärme erweicht sind, rührt, an der äußeren Umfangsfläche der Sonde 122 ausgebildet.
Bei der Verwendung dieses Schweißwerkzeugs 120 wird der Rotor 121 und die Sonde 122 gedreht und die Drehachse wird relativ zu den Materialstücken 111 und 112 zu dem zweiten Materialstück 112 hin geneigt. In diesem Zustand wird die Sonde 122, welche gedreht wird, in den Einpassabschnitt 114 zwischen den Materialstücken 111 und 112 von der oberen Oberflächenseite her eingebettet und die Endfläche 121a des drehenden Rotors 111 wird an den Schulterabschnitt 111a des ersten Materialstücks 111 , welcher von dem Einpassabschnitt 114 vorsteht, angelegt. In diesem Zustand wird die Sonde 122 relativ zu den Materialstücken 111 und 112 längs des Einpassabschnitts 114 bewegt, um die Sonde 122 einmal zu drehen.
Dieser Bewegung der Sonde 122 folgend wird der Einpassabschnitt 114 allmählich durch die Sonde 122 an einer Sondeneinbettposition verschweißt.
D.h. die Materialstücke 111 und 112 werden in der Nähe der Sondeneinbettposition durch die Reibungswärme erweicht, welche durch die Drehung der Sonde 122 erzeugt wird, und diejenige, welche durch das Gleiten der Endfläche 121a des Rotors 121 auf dem Schulterabschnitt 111a des ersten Materialstücks 111 erzeugt wird. Zusätzlich wird der Schulterabschnitt 111a des ersten Materialstücks 111 plastisch so verformt, dass die Oberfläche des Schulterabschnitts 111a in Reaktion auf eine Druckkraft von der Endfläche 121a des Rotors 121 geneigt wird und das Material des Schulterabschnitts 111a wird in die Ecke 115a des Höhendifferenzabschnitts 115 gefüllt.
Wie gesehen werden kann, werden die Materialien der Materialstücke 111 und 112 in Reaktion auf die Drehkraft der Sonde 122 verrührt und vermischt, während der Schulterabschnitt 111a des ersten Materialstücks 111 plastisch verformt wird. Zusätzlich fließen die Materialien der Materialstücke 111 und 112 plastisch so, dass sie eine Nut auffüllen, durch welche die Sonde 122 in Reaktion auf den progressiven Druck der Sonde 122 hindurchgeht. Danach verlieren die Materialien rasch Reibungswärme und kühlen ab und verfestigen sich. Die Phänomene werden an der Sondeneinbettposition der Bewegung der Sonde 122 folgend sequenziell wiederholt. Zum Schluss sind die Einpassabschnitte 114 der Materialstücke 111 und 112 über den gesamten Umfang verschweißt und die Materialstücke 111 und 112 sind miteinander in den eingepassten Abschnitten integriert (verbunden), um auf diese Weise das in 10 gezeigte Material 110 zu erhalten.
Da das erste Materialstück 111 und das zweite Materialstück 112 des so erhaltenen Materials 110 durch das Reibrührschweißen verschweißt und integriert sind, treten Verformungen, wie z.B. thermische Verzüge, im Anschluss an das Schweißen kaum auf.
Beim Tiefziehen dieses Materials 110 durch eine gut bekannte Tiefziehvorrichtung mit einem Stempel und einer Form unter Verwendung dieses Materials, sodass das erste Materialstück 111 und das zweite Materialstück 112 zu dem Bodenwandabschnitt 102 bzw. dem Umfangswandab schnitt 103 des mit einem Boden versehenen zylindrischen Körpers 111 ausgebildet werden, wird der in 7 gezeigte, mit einem Boden versehene zylindrische Körper 101 erhalten. Der geschweißte Abschnitt W ist an dem äußeren Umfangsrand des Bodenwandabschnitts 102 dieses mit einem Boden versehenen zylindrischen Körpers 101 ausgebildet.
Wenn dieses Tiefziehen durchgeführt wird, wird der Schulterabschnitt 111a des ersten Materialstücks 111 des Materials 110 plastisch verformt und die Oberfläche des Schulterabschnitts 111a wird dadurch als eine geneigte Oberfläche ausgebildet, welche über die obere Oberfläche des ersten Materialstücks 111 und die des zweiten Materialstücks 112 verläuft, wie in 10(C) gezeigt. Daher kann die Spannungskonzentration, welche an dem Höhendifferenzabschnitt (siehe 8(C), Bezugszahl 115 ) auftreten kann, wenn das Material 110 dem Tiefziehen unterzogen wird, abgeschwächt werden. Da zusätzlich das Material 110 durch Schweißen und Integrieren des ersten Materialstücks 111 und des zweiten Materialstücks 112 durch das Reibrührschweißen ausgebildet ist, hat das Material eine sehr geringe Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften infolge der Schweißwärme und der geschweißte Abschnitt W und ein Bereich in der Nähe des geschweißten Abschnitts W besitzen eine gute Bearbeitbarkeit. Folglich tritt selbst dann, wenn Tiefziehen an diesem Material 110 durchgeführt wird, ein Formungsfehler, wie z.B. ein Riss, in der Nähe eines gebogenen Abschnitts, welcher den Bodenwandabschnitt 102 und den Umfangswandabschnitt 103 verbindet, oder dem geschweißten Abschnitt W nicht auf, was es ermöglicht, das Tiefziehen einfach durchzuführen. Als ein Ergebnis kann der mit einem Boden versehene zylindrische Körper 111 mit ausgezeichneter Qualität ausgebildet werden. Aus diesem Grund kann der so ausgebildete, mit einem Boden versehene zylindrische Körper 101 besonders für einen Druckbehälter geeignet sein, welcher ein Druckfluid enthält.
13 zeigt den zweiten Modus zur Bearbeitung des Plattenmaterials zur plastischen Bearbeitung gemäß dem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung. 12 zeigt einen mit einem Boden versehenen zylindrischen Körper, welcher aus dem Material ausgebildet ist. Das Material und der mit einem Boden versehene zylindrische Körper werden mit Fokus auf den Unterschied des zweiten Modus von dem oben bereits angegebenen ersten Modus beschrieben.
Der in 12 gezeigte, mit einem Boden versehene zylindrische Körper 131 besteht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und besteht aus einem dicken scheibenartigen Bodenwandabschnitt 132, einem dünnen zylindrischen Umfangswandabschnitt 133, welcher integral an dem äußeren Umfangsrand des Bodenwandabschnitts 132 ausgebildet ist, und einem dicken kuppelartigen obersten Wandabschnitt 134, welcher integral an dem Umfangsrand des oberen Endes des Umfangswandabschnitts 133 ausgebildet ist. Ein kreisförmiges Loch 134a ist in dem obersten Abschnitt des obersten Wandabschnitts 134 ausgebildet. Dieser mit einem Boden versehene zylindrische Körper 131 wird ausgebildet, indem ein Material 140 Tiefziehen und Drücken (spinning) unterzogen wird.
Wie in den 13(A) und 13(B) gezeigt, ist das Material 140 ausschließlich zu einer Scheibe ausgebildet, wobei ein erster dicker Wandabschnitt K1 in dem mittleren Abschnitt des Materials 140 ausgebildet ist, ein dünner Wandabschnitt N um den ersten dicken Wandabschnitt K1 herum ausgebildet ist und ein zweiter dicker Wandabschnitt K2 um den dünnen Wandabschnitt N herum ausgebildet ist. Wie in den 12(A) und 12(B) gezeigt, ist der erste dicke Wandabschnitt K1 aus einem dicken scheibenartigen ersten Materialstück 141 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Der dünne Wandabschnitt N besteht aus einem dünnen ringförmigen plattenartigen zweiten Materialstück 142 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und besitzt ein scheibenartiges erstes Materialstück-Einpassloch 142b, welches in einem mittleren Abschnitt desselben vorgesehen ist. Der zweite dickwandige Abschnitt K2 besteht aus einem dicken ringförmigen plattenartigen dritten Materialstück 143 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und besitzt ein scheibenartiges zweites Materialstück-Einpassloch 143b, welches in einem mittleren Abschnitt desselben ausgebildet ist.
Was dieses Material 140 betrifft, ist das erste Materialstück 141 ein Bereich, welcher den Bodenwandabschnitt 132 des mit einem Boden versehenen zylindrischen Körpers 131 ausbildet und besitzt eine Wanddicke von beispielsweise 5 mm, und ein Material, das beispielsweise aus A5083 besteht. Das zweite Materialstück 142 ist ein Bereich, welcher den Umfangswandabschnitt 133 des mit einem Boden versehenen zylindrischen Körpers 131 ausbildet und besitzt eine Wanddicke von beispielsweise 3 mm und ein Material, das beispielsweise aus A5083 besteht. Das dritte Materialstück 143 ist ein Bereich, welcher den obersten Wandabschnitt 134 des mit einem Boden versehenen zylindrischen Körpers 131 ausbildet und besitzt eine Wanddicke von beispielsweise 5 mm und ein Material, welches beispielsweise aus A5083 besteht. Das zweite Materialstück 142 ist exakt in das Einpassloch 143b des dritten Materialstücks 143 eingepasst und das erste Materialstück 141 ist exakt in das Einpassloch 142b des zweiten Materialstücks 142 eingepasst. In diesem Einpasszustand werden der äußere Umfangsrand des ersten Materialstücks 141 und der des Einpasslochs 142b des zweiten Materialstücks 142 über den gesamten Umfang durch Reibrührschweißen verschweißt, wodurch das erste Materialstück 141 mit dem zweiten Materialstück 142 integriert ist. Zusätzlich werden der äußere Umfangsrand des zweiten Materialstücks 142 und der des Einpasslochs 143b des dritten Materialstücks 143 über den gesamten Umfang durch das Reibrührschweißen verschweißt, wodurch das zweite Materialstück 142 mit dem dritten Materialstück 143 integriert ist.
Dieses Material 140 wird wie folgt hergestellt.
Wie in den 12(A) und 12(B) gezeigt, wird nämlich das zweite Materialstück 142 in das Einpassloch 143b des dritten Materialstücks 143 eingepasst, das auf einem Schweißbett (nicht gezeigt) angebracht ist, so dass die untere Oberfläche des dritten Materialstücks 143 mit der unteren Oberfläche des zweiten Materialstücks 142 bündig ist. Da sich in diesem Einpasszustand das zweite Materialstück 142 in der Wanddicke von dem dritten Materialstück 143 unterscheidet, wird eine Höhendifferenz zwischen den Materialstücken 142 und 143 an der Position des Umfangsrands des Einpasslochs 143b des dritten Materialstücks 143 an den oberen Oberflächen der Materialstücke 142 und 143 in der Dickenrichtung erzeugt, um einer Differenz in der Wanddicke dazwischen, wie in 12(C) gezeigt, zu entsprechen. In 12(C) bezeichnet die Bezugszahl 147 einen Höhendifferenzabschnitt zwischen den Materialstücken 142 und 143 und die Bezugszahl 147a bezeichnet die Ecke dieses Höhendifferenzabschnitts 147. Zusätzlich bezeichnet die Bezugszahl 146 den Einpassabschnitt zwischen dem zweiten Materialstück 142 und dem dritten Materialstück 143. Die Bezugszahl 143a bezeichnet den Schulterabschnitt des dritten Materialstücks 143, welcher von diesem Einpassabschnitt 146 zu der oberen Oberflächenseite in der Dickenrichtung vorsteht. Ferner ist dieses erste Materialstück 141 in das Einpassloch 142b des zweiten Materialstücks 142 so eingepasst, dass die untere Oberfläche des zweiten Materialstücks 142 mit der des ersten Materialstücks 141 bündig ist. In diesem Einpasszustand wird, da das erste Materialstück 141 sich in der Wanddicke von dem zweiten Materialstück 142 unterscheidet, eine Höhendifferenz zwischen den Materialstücken 141 und 142 an der Position des Umfangsrands des Einpasslochs 142b des zweiten Materialstücks 142 an den oberen Oberflächen der Materialstücke 141 und 142 in der Dickenrichtung erzeugt, um einer Differenz in der Wanddicke dazwischen zu entsprechen, wie in 12(D) gezeigt. In Figur 121D) bezeichnet die Bezugszahl 145 den Höhendifferenzabschnitt zwischen den Materialstücken 141 und 142 und die Bezugszahl 145a bezeichnet die Ecke dieses Höhendifferenzabschnitts 145. Zusätzlich bezeichnet die Bezugszahl 144 den Einpassabschnitt zwischen dem ersten Materialstück 141 und dem zweiten Materialstück 142. Die Bezugszahl 141a bezeichnet den Schulterabschnitt des ersten Materialstücks 141, welcher von diesem Einpassabschnitt 144 zu der oberen Oberflächenseite in der Dickenrichtung vorsteht.
Als Nächstes wird in diesem Einpasszustand unter Verwendung des Schweißwerkzeugs (siehe 9, Bezugszahl 120) zum Reibrührschweißen, welches in dem oben angegebenen ersten Modus gezeigt ist, der äußere Umfangsrand des zweiten Materialstücks 142 und der der Einpasswand 143b des dritten Materialstücks 143 über den gesamten Umfang durch Reibrührschweißen verschweißt, um auf diese Weise das dritte Materialstück 143 mit dem zweiten Materialstück 142 zu integrieren. Ferner werden der äußere Umfangsrand des ersten Materialstücks 141 und der von der Einpasswand 142b des zweiten Materialstücks 142 über den gesamten Umfang durch Reibrührschweißen verschweißt, um auf diese Weise das zweite Materialstück 142 mit dem ersten Materialstück 141 zu verbinden. Dieses Reibrührschweißen wird durch denselben Schweißvorgang und dieselben Schweißverfahren, wie jene in dem ersten Modus durchgeführt und eine Beschreibung davon wird hier nicht wiederholt.
Bei dem so erhaltenen Material 140 kommen, da das erste Materialstück 141 und das zweite Materialstück 142 durch Reibrührschweißen verschweißt und integriert werden, Verformungen, wie z.B. thermische Verzüge, welche durch das Schweißen verursacht werden, kaum vor. Da in gleicher Weise das zweite Materialstück 142 und das dritte Materialstück 143 durch das Reibrührschweißen verschweißt und integriert sind, kommen Verformungen, wie z.B. thermische Verzüge, welche durch das Schweißen verursacht werden, kaum vor.
Unter Verwendung dieses Materials 140 wird an diesem Tiefziehen durch eine gut bekannte Tiefziehvorrichtung durchgeführt, welche einen Stempel und eine Form umfasst, sodass das erste Materialstück 141 und das zweite Materialstück 142 der Bodenwandabschnitt 132 bzw. der Umfangswandabschnitt 133 des mit einem Boden versehenen zylindrischen Körpers 131 werden. Ferner wird Drücken (spinning) an dem Material 140 durch eine gut bekannte Druckvorrichtung (spinner) so durchgeführt, dass das dritte Materialstück 132 der oberste Wandabschnitt 134 des mit einem Boden versehenen zylindrischen Körpers 131 wird. Als ein Ergebnis wird der in 1 gezeigte mit einem Boden versehene zylindrische Körper 131 ausgebildet. Bei diesem mit einem Boden versehenen zylindrischen Körper 131 ist ein geschweißter Abschnitt W1, in welchem das erste Materialstück 141 mit dem zweiten Materialstück 142 verschweißt ist, an dem äußeren Umfangsrand des Bodenwandabschnitts 132 ausgebildet und ein geschweißter Abschnitt W2, in welchem das zweite Materialstück 142 mit dem dritten Materialstück 143 verschweißt ist, ist an dem äußeren Umfangsrand des obersten Wandabschnitts 134 ausgebildet.
Wenn Tiefziehen durchgeführt wird, wird der Schulterabschnitt 141a des ersten Materialstücks 141 des Materials 140 plastisch verformt, wodurch die Oberfläche des Schulterabschnitts zu einer geneigten Oberfläche ausgebildet wird, welche über die obere Oberfläche des ersten Materialstücks 141 und die des zweiten Materialstücks 142, wie in 13(D) gezeigt, verläuft. Wenn daher das Material 140 dem Tiefziehen unterzogen wird, wird die Spannungskonzentration, welche in dem Höhendifferenzabschnitt (siehe 12(D), Bezugszahl 145) auftreten kann, wenn das Material 140 dem Tiefziehen unterzogen wird, abgeschwächt. Da zusätzlich das Material 140 durch Schweißen und Integrieren des ersten Materialstücks 141 und des zweiten Materialstücks 142 durch das Reibrührschweißen ausgebildet ist, besitzen der geschweißte Abschnitt W1 und der Bereich in der Nähe des geschweißten Abschnitts W1 eine gute Bearbeitbarkeit. Folglich tritt selbst dann, wenn dieses Material 140 tiefgezogen wird, ein Formfehler, wie z.B. ein Riss, welcher in der Nähe eines gebogenen Abschnitts, welcher den Bodenwandabschnitt 132 mit dem Umfangswandabschnitt 133 verbindet, oder dem geschweißten Abschnitt W 1 auftreten kann, nicht auf, was es ermöglicht, das Tiefziehen einfach durchzuführen. Wenn zusätzlich Drücken durchgeführt wird, wird, da der Schulterabschnitt 143a des dritten Materialstücks 143 des Materials 140 plastisch verformt wird und die Oberfläche des Schulterabschnitts zu einer geneigten Oberfläche ausgebildet ist, welche über die obere Oberfläche des zweiten Materialstücks 142 und die des dritten Materialstücks 143, wie in 13(C) gezeigt, verläuft, wird die Spannungskonzentration, welche an dem Höhendifferenzabschnitt (siehe 12(C), Bezugszahl 147) auftreten kann, wenn das Material 140 dem Drücken unterzogen wird, abgeschwächt. Da ferner das Material 140 durch Schweißen und Integrieren des dritten Materialstücks 143 und des zweiten Materialstücks 142 durch Reibrührschweißen ausgebildet ist, besitzen der geschweißte Abschnitt W2 und ein Bereich in der Nähe des geschweißten Abschnitts W2 eine gute Bearbeitbarkeit. Folglich tritt selbst dann, wenn Drücken an diesem Material 140 durchgeführt wird, ein Bearbeitungsfehler, wie z.B. ein Riss, welcher in der Nähe eines gebogenen Abschnitts, welcher den Umfangswandabschnitt 133 mit dem oberen Wandabschnitt 134 verbindet, und dem geschweißten Abschnitt W2 auftreten kann, nicht auf, was es ermöglicht, das Drücken einfach durchzuführen. Als ein Ergebnis kann der mit einem Boden versehene zylindrische Körper 131 mit einer ausgezeichneten Qualität ausgebildet werden. Daher kann der so ausgebildete mit einem Boden versehene zylindrische Körper 131 besonders als ein Druckbehälter geeignet sein, welcher ein Druckfluid enthält.
Die ersten und zweiten Modi gemäß dem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung wurden bisher beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Modi begrenzt und kann verschiedenartig eingestellt und modifiziert werden.
Während beispielsweise die mit einem Boden versehenen zylindrischen Körper 101 und 131 in den oben angegebenen Modi zylindrisch sind, kann der mit einem Boden versehene zylindrische Körper gemäß der vorliegenden Erfindung rechteckig säulenförmig sein. Während in gleicher Weise die Materialien 110 und 140 in den oben angegebenen Modi scheibenartige Materialien sind, kann das Material der vorliegenden Erfindung ein rechteckiges Plattenmaterial sein.
Während die Materialien 110 und 140 bei den oben angegebenen Modi gezogen werden, wie z.B. Tiefziehen oder Drücken, kann das Material gemäß der vorliegenden Erfindung einer anderen plastischen Bearbeitung unterzogen werden.
Darüber hinaus kann das Material gemäß der vorliegenden Erfindung aus einer Mehrzahl von metallischen Materialstücken gebildet sein, welche nicht nur aus demselben Material, sondern auch aus verschiedenen Materialien bestehen. Auf diese Weise kann selbst dann, wenn das Material aus einer Mehrzahl von aus verschiedenen Materialien bestehenden Materialstücken gebildet ist, das Reibrührschweißen in vorteilhafter Weise eine gute Verschweißung der verschiedenen metallischen Materialien sicherstellen, sodass es möglich ist, ein Material mit einem gut verschweißten Zustand bereitzustellen.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DES ERSTEN MERKMALS
Als Nächstes werden konkrete Ausführungsformen des ersten Merkmals der vorliegenden Erfindung beschrieben.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Als das erste Schweißzielelement 1 wurde ein flaches Aluminiumlegierungsmaterial (aus A6063-T5 hergestellt, Wanddicke t1 = 1,0 mm) vorbereitet. Als das zweite Schweißzielelement 2 wurde ein flaches Aluminiumlegierungsmaterial (aus A5052-H34 hergestellt, Wanddicke t2 = 2,0 mm) vorbereitet.
Es ist normalerweise bekannt, dass dann, wenn die mittlere Formbeständigkeit von 6063-T5 in dem Temperaturbereich von 400 bis 550° C mit der von 5052-H34 in demselben Temperaturbereich verglichen wird, die mittlere Formbeständigkeit von 5052-H34 höher ist. In demselben Temperaturbereich ist daher, wenn die Gesamthochtemperaturformbeständigkeit des ersten Schweißzielelements 1 mit der des zweiten Schweißzielelements 2 verglichen wird, die Gesamthochtemperaturformbeständigkeit des zweiten Schweißzielelements 2 höher.
Als Nächstes wurden, wie in dem Fall des oben angegebenen Modus, die Schweißzielelemente 1 und 2 so miteinander in Berührung gebracht, dass die hinteren Oberflächen derselben miteinander bündig waren. Die Drehrichtung des Rotors 11 des Schweißwerkzeugs 10 wurde in die Richtung L eingestellt, in welcher der Rotor 11 an der Rückseite von der Schweißrichtung M von dem zweiten Schweißzielelement 2 zu dem ersten Schweißzielelement 1 drehte und die Schweißzielelemente 1 und 2 wurden dem Kontaktschweißen gemäß den in dem oben angegebenen Modus gezeigten Schweißverfahren unterzogen.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
Die Drehrichtung des Rotors 11 des Schweißwerkzeugs 10 wurde in die Richtung R eingestellt, in welcher der Rotor 11 von dem ersten Schweißzielelement 1 zu dem zweiten Schweißzielelement 2 an der Rückseite der Schweißrichtung M dreht und die Schweißzielelemente 1 und 2 wurden dem Kontaktschweißen unterzogen. Die verwendeten Schweißzielelemente und die anderen Schweißbedingungen waren dieselben wie jene in der ersten Ausführungsform.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
Als das erste Schweißzielelement 1 wurde ein ebenes Aluminiumlegierungsmaterial (aus A5083-H34 hergestellt, Wanddicke t1 = 1,0 mm) vorbereitet. Als das zweite Schweißzielelement 2 wurde ein ebenes Alumi niumlegierungsmaterial (aus A6063-T5 hergestellt, Wanddicke t2 = 3,0 mm) vorbereitet.
Wenn die mittlere Formbeständigkeit des 5083-H34 in dem Temperaturbereich von 400 bis 550° C mit der des 6063-T5 in demselben Temperaturbereich verglichen wird, ist die mittlere Formbeständigkeit des 5083-H34 höher. Wenn jedoch die Wanddicken der beiden Materialien auch berücksichtigt werden, die Gesamthochtemperaturformbeständigkeiten der jeweiligen Schweißzielelemente berechnet werden und die Gesamthochtemperaturformbeständigkeit des ersten Schweißzielelements 1 und die des zweiten Schweißzielelements 2 im selben Temperaturbereich verglichen werden, dann ist die Gesamthochtemperaturformbeständigkeit des zweiten Schweißzielelements 2 höher.
Als Nächstes wurden wie in dem Fall des oben angegebenen Modus die Schweißzielelemente 1 und 2 so miteinander in Berührung gebracht, dass die hinteren Oberflächen derselben zueinander bündig waren. Die Drehrichtung des Rotors 11 des Schweißwerkzeugs 10 wurde in die Richtung L eingestellt, in welcher der Rotor R von dem zweiten Schweißzielelement 2 zu dem ersten Schweißzielelement 1 an der Rückseite der Schweißrichtung M drehte und die Schweißzielelemente 1 und 2 wurden Kontaktschweißen unterzogen gemäß den in dem oben angegebenen Modus gezeigten Schweißverfahren.
SCHWEISSERGEBNISSE
Querschnitte der geschweißten Abschnitte von kontaktgeschweißten Verbindungen, welche in der ersten Ausführungsform, der zweiten Ausführungsform und dem ersten Vergleich erhalten wurden, wurden mit einem Mikroskop untersucht, um die jeweiligen Schweißzustände zu bewerten.
Als ein Ergebnis wurde herausgefunden, dass viele Tunnelschweißfehler in der Nähe des vorrückenden Rands des geschweißten Abschnitts W der in dem Vergleichsbeispiel 1 erhaltenen kontaktgeschweißten Verbindung auftraten.
Was die in den ersten und zweiten Ausführungsformen erhaltenen kontaktgeschweißten Verbindungen betrifft, traten im Gegensatz keine Tunnelschweißfehler nicht nur in der Nähe des rückziehenden Rands des geschweißten Abschnitts W von jeder Verbindung, sondern auch in der Nähe des vorrückenden Rands davon auf. Es war daher möglich, festzustellen, dass ein gut verschweißter Abschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden kann.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DES ZWEITEN MERKMALS ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Um den mit einem Boden versehenen zylindrischen Körper 1 in dem ersten Modus zur Durchführung des zweiten Merkmals der vorliegenden Erfindung durch Tiefziehen auszubilden, wurden das erste Material 11 mit einer Wanddicke von 5 mm und aus A5083 hergestellt und das zweite Material 12 mit einer Wanddicke von 3 mm und aus A5083 hergestellt, vorbereitet. Das erste Material 111 und das zweite Material 112 wurden durch Reibrührschweißen gemäß dem Schweißvorgang und Verfahren in dem ersten Modus zur Durchführung des zweiten Merkmals der vorliegenden Erfindung geschweißt und integriert, wodurch das Tiefziehzielelement 110 hergestellt wurde. Als Nächstes wurde der mit einem Boden versehene zylindrische Körper 101 ausgebildet, indem dieses Material 110 Tiefziehen unterzogen wurde.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
Das erste Material und das zweite Material wurden durch MIG-Schweißen verschweißt und integriert, wodurch ein Tiefziehzielelement hergestellt wurde. Als Nächstes wurde ein mit einem Boden versehener zylindrischer Körper ausgebildet, indem dieses Material Tiefziehen unterzogen wurde. Die anderen Formungsbedingungen sind dieselben wie jene in der ersten Ausführungsform.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
Das erste Material und das zweite Material wurden durch Laserstrahlschweißen verschweißt und integriert, wodurch ein Tiefziehzielelement hergestellt wurde. Als Nächstes wurde ein mit einem Boden versehener zylindrischer Körper ausgebildet, indem dieses Material Tiefziehen unterzogen wurde. Die anderen Formungsbedingungen sind dieselben wie in der ersten Ausführungsform.
Die Verformungszustände und die Tiefziehbearbeitbarkeit der in der ersten Ausführungsform und den ersten und zweiten Vergleichen hergestellten Materialien wurden untersucht. Der Grund ist in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
In den Verformungszustandsspalten in Tabelle 1 bedeutet das Symbol O eine äußerst kleine Verformung, ⧍ bedeutet eine etwas größere Verformung und X bedeutet eine äußerst große Verformung. Ferner bedeutet in den Bearbeitbarkeitsspalten O eine gute Bearbeitbarkeit und X bedeutet eine schlechte Bearbeitbarkeit.
Wie aus Tabelle 1 entnommen werden kann, besitzt das Material des ersten Vergleichs eine durch das Schweißen bewirkte äußerst große Verformung und schlechte Bearbeitbarkeit. Das Material des zweiten Vergleichs besitzt eine durch das Schweißen bewirkte nicht so große Verformung und schlechte Bearbeitbarkeit. Das Material der ersten Ausführungsform besitzt im Gegensatz dazu eine durch das Schweißen bewirkte äußerst kleine Verformung und besitzt eine gute Bearbeitbarkeit.
Zusammenfassung
Ein Reibrührschweißverfahren ist vorgesehen, welches Kontaktschweißen an zwei Schweißzielelementen mit unterschiedlichen Hochtemperaturformbeständigkeiten durchführt durch Verwenden eines Schweißwerkzeugs mit einem drehbaren Schweißkopf, miteinander in Berührung bringen der zwei Schweißzielelemente mit unterschiedlichen Hochtemperaturformbeständigkeiten, um eine Höhendifferenz zwischen den zwei Schweißzielelementen an einer Oberflächenseite in einer Dickenrichtung zu erzeugen, Anordnen des Schweißkopfs in einem Zustand, in welchem der Kopf in einen Berührungsabschnitt der zwei Schweißzielelemente oder eine Umgebung des Berührungsabschnitts von der Oberflächenseite her eingebettet ist, und Bewegen des Schweißkopfs relativ zu den zwei Schweißzielelementen längs des Berührungsabschnitts in diesem Zustand. Eine Drehrichtung des Schweißkopfs ist in eine Richtung eingestellt, in welcher der Schweißkopf von dem Schweißzielelement mit der höheren Hochtemperaturformbeständigkeit zu dem Schweißzielelement mit der niedrigeren Hochtemperaturformbeständigkeit an der Rückseite einer Schweißrichtung dreht und das Kontaktschweißen wird an den zwei Schweißzielelementen durchgeführt.

Claims

Reibrührschweißverfahren zur Durchführung von Kontaktschweißen an zwei Schweißzielelementen, das Verfahren umfassend: Verwenden eines Schweißwerkzeugs mit einem drehbaren Schweißkopf; Vorbereiten zweier Schweißzielelemente mit unterschiedlichen Hochtemperaturformbeständigkeiten; miteinander in Berührung bringen der zwei Schweißzielelemente, um eine Höhendifferenz an einer Oberflächenseite in einer Dickenrichtung zu erzeugen; Anordnen des Drehschweißkopfs, welcher in einen Berührungsabschnitt der zwei Schweißzielelemente oder einer Umgebung des Berührungsabschnitts von der Oberflächenseite einzubetten ist; Bewegen des Schweißkopfs relativ zu den zwei Schweißzielelementen längs des Berührungsabschnitts in dem obigen Zustand; Einstellen einer Drehrichtung des Schweißkopfs in eine Richtung, in welcher der Schweißkopf von dem Schweißzielelement mit der höheren Hochtemperaturformbeständigkeit zu dem Schweißzielelement mit der niedrigeren Hochtemperaturformbeständigkeit rückwärts von einer Schweißrichtung dreht; sodass das Kontaktschweißen an den zwei Schweißzielelementen durchgeführt wird.
Reibrührschweißverfahren zur Durchführung von Kontaktschweißen an zwei Schweißzielelementen, das Verfahren umfassend: Verwenden eines Schweißwerkzeugs mit einem drehbaren Schweißkopf; Vorbereiten eines ersten Schweißzielelements mit einer Hochtemperaturformbeständigkeit von Y1 und einer Wanddicke von t1 und eines zweiten Schweißzielelements mit einer Hochtemperaturformbeständigkeit von Y2 (Y2 ≠ Y1) und einer Wanddicke von t2; miteinander in Berührung bringen der zwei Schweißzielelemente, um eine Höhendifferenz an einer Oberflächenseite in einer Dickenrichtung zu erzeugen; Anordnen des in einen Berührungsabschnitt der zwei Schweißzielelemente oder eine Umgebung des Berührungsabschnitts von einer Oberflächenseite einzubettenden Drehschweißkopfs; Bewegen des Schweißkopfs relativ zu den zwei Schweißzielelementen längs des Berührungsabschnitts in dem obigen Zustand; Einstellen einer Drehrichtung des Schweißkopfs in eine Richtung, in welcher der Schweißkopf von dem ersten Schweißzielelement zu dem zweiten Schweißzielelement rückwärts von einer Schweißrichtung dreht, wenn die zwei Schweißzielelemente miteinander in Berührung gebracht sind, während ein Beziehungsausdruck von Y2 × t2 < Y1 × t1 erfüllt ist; Einstellen der Drehrichtung des Schweißkopfs in eine Richtung, in welcher der Schweißkopf von dem zweiten Schweißzielelement zu dem ersten Schweißzielelement rückwärts von der Schweißrichtung dreht, wenn die zwei Schweißzielelemente miteinander in Kontakt gebracht sind, während ein Beziehungsausdruck Y2 × t2 > Y1 × t1 erfüllt ist; sodass das Kontaktschweißen an den zwei Schweißzielelementen durchgeführt wird.
Reibrührschweißverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Schweißkopf des Schweißwerkzeugs aus einer Sonde mit kleinem Durchmesser besteht, welche von einer Endfläche eines Rotors mit großem Durchmesser vorsteht, der drehende Rotor in einem Zustand angeordnet wird, in welchem eine Drehachse des Rotors relativ zu den zwei Schweißzielelementen zu dem Schweißzielelement an einer unteren Position geneigt ist und in einem Zustand, in welchem eine Endfläche des drehenden Rotors mit einem Schulterabschnitt des Schweißzielelements an einer höheren Position, der von dem Berührungsabschnitt vorsteht, druckverschweißt wird, sodass das Kontaktschweißen in diesem Zustand durchgeführt wird.
Reibrührschweißverfahren zur Durchführung von Kontaktschweißen an zwei Schweißzielelementen, das Verfahren umfassend: Verwenden eines Schweißwerkzeugs mit einem drehbaren Schweißkopf, welcher aus einer Sonde mit kleinem Durchmesser besteht, welche von einer Endfläche eines Rotors mit großem Durchmesser vorsteht; Vorbereiten eines ersten Schweißzielelements mit einer Hochtemperaturformbeständigkeit von Y1 und einer Wanddicke von t1 und eines zweiten Schweißzielelements mit einer Hochtemperaturformbeständigkeit von Y2 (Y2 ≠ Y1) und einer Wanddicke von t2; miteinander in Berührung bringen der zwei Schweißzielelemente, um eine Höhendifferenz auf einer Oberflächenseite in einer Dickenrichtung zu erzeugen durch Anordnen des zweiten Schweißzielelements an der höheren Position; Erfüllen eines Beziehungsausdrucks von Y2 × t2 > Y1 × t1 der zwei Schweißzielelemente in diesem Berührungszustand; Anordnen der drehenden Sonde, welche in einen Berührungsabschnitt der zwei Schweißzielelemente oder eine Umgebung des Berührungsabschnitts von einer Oberflächenseite einzubetten ist; Anordnen des drehenden Rotors in einem Zustand, in welchem eine Drehachse des Rotors relativ zu den zwei Schweißzielelementen zu dem ersten Schweißzielelement geneigt ist; Anordnen des drehenden Rotors in einem Zustand, in welchem eine Endfläche des drehenden Rotors mit einem Schulterabschnitt des zweiten Schweißzielelements, welcher von dem Berührungsabschnitt vorsteht, druckverschweißt wird; Bewegen der Sonde relativ zu den zwei Schweißzielelementen längs des Berührungsabschnitts in dem obigen Zustand; Einstellen einer Drehrichtung des Schweißkopfs in eine Richtung, in welcher der Schweißkopf von dem zweiten Schweißzielelement zu dem ersten Schweißzielelement rückwärts von einer Schweißrichtung dreht; sodass das Kontaktschweißen an den zwei Schweißzielelementen durchgeführt wird.
Plattenmaterial zur plastischen Bearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass es einen dicken Wandabschnitt und einen dünnen Wandabschnitt umfasst und dass der dicke Wandabschnitt und der dünne Wandabschnitt durch Reibrührschweißen verschweißt und miteinander verbunden sind.
Plattenmaterial zur plastischen Bearbeitung gemäß Anspruch 5, wobei der dünne Wandabschnitt um den dicken Wandabschnitt herum ausgebildet ist, der dicke Wandabschnitt ein Bereich zur Ausbildung eines Bodenwandabschnitts oder eines obersten Wandabschnitts ist und der dünne Wandabschnitt ein Bereich zur Ausbildung eines Umfangswandabschnitts ist.
Mit einem Boden versehener zylindrischer Körper, dadurch gekennzeichnet, dass er durch plastische Bearbeitung des Plattenmaterials zur plastischen Bearbeitung gemäß Anspruch 5 oder Anspruch 6 ausgebildet ist.