JP2007075839A - Aluminum structure and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のアルミニウム板を摩擦攪拌接合した後曲げ加工して製造したアルミニウム構造体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an aluminum structure manufactured by bending a plurality of aluminum plates after friction stir welding and a method for manufacturing the same.
図6に示すように、2つのアルミニウム板1,2の端部同士を突き合わせ(図6(a))、突き合わせ部をアーク溶接等により溶接して接合板3とし(図6(b))、溶接後、仮に突き合わせ部(ビード4の中心位置)で曲げ加工を行う場合、ビード4の部分は鋳造組織になるため、事実上変形せず、その両側のHAZ(熱影響部)5,5は軟化しているため、そこを起点に曲げ変形が進行し、その結果、図6(c)に示すように、突き合わせ部で曲がらず、HAZ5の部分を中心にして曲がり、高い曲げ位置精度が得られない。
As shown in FIG. 6, the ends of the two
一方、図7に示すように、2つのアルミニウム板1,2の端部同士を突き合わせ(図7(a))、突き合わせ部を摩擦攪拌接合して接合板3とし(図7(b))、接合後、突き合わせ部(接合部6の中心位置)で曲げ加工を行う場合も、接合部6の両側のHAZ(熱影響部)7,7が軟化しているため、そこを起点に曲げ加工が進行し、その結果、図7(c)に示すように、接合板3の中心で曲がらず、HAZ7の部分を中心にして曲がり、高い曲げ位置精度が得られない。ただし、摩擦攪拌接合の接合部6及びHAZ7の幅はアーク溶接に比べて小さくできるので、アーク溶接の場合よりは曲げ位置精度が改善される。
なお、アルミニウム板又はマグネシウム板を摩擦攪拌接合した後、接合部で曲げ加工又は接合した板をプレス成形することが、下記非特許文献1及び特許文献1,2に記載されている。
On the other hand, as shown in FIG. 7, the ends of the two
Non-Patent Document 1 and
図7(a)に示すように、摩擦攪拌接合は、アルミニウム板1,2を突き合わせて定盤8の上に固定し、回転ツール9をアルミニウム板1,2に押し付け、先端のプローブ11を突き合わせ部に挿入し、突き合わせ部に沿って移動させることによって行われる。回転ツール9の回転による摩擦熱によりアルミニウムは加熱されて塑性流動し(攪拌され)、その部位の組織が入り交じることにより、突き合わせ部が接合される。接合部6はアルミニウムが塑性流動して攪拌された部分であり、結晶粒は微細化されている。その両側のHAZ7は接合部6からの熱影響を受け、接合部6やHAZ7の外側の母材(非熱影響部)の部分より軟化している。
As shown in FIG. 7 (a), in friction stir welding, the
摩擦攪拌接合したアルミニウム板3を突き合わせ部又はその近傍で曲げ加工する場合、アーク溶接のビード4とは違って接合部6は母材と遜色ない伸びを示し、結晶粒は微細化されているため割れの抑制に有利であり、確実にこの接合部6に曲げ中心がくるようにして、精度よく曲げ加工ができることが望ましい。しかし、従来は、突き合わせ部を曲げの中心とした曲げ加工を行っても、図7(c)に示すように軟化したHAZ7が曲げの起点となりやすく、高い曲げ位置精度を得ることができなかった。
従って、本発明は、摩擦攪拌接合したアルミニウム板を、接合部に曲げ中心がくるように曲げ加工ができるようにして、高い曲げ位置精度を達成することを目的とする。
When the friction stir welded
Accordingly, an object of the present invention is to achieve a high bending position accuracy by allowing an aluminum plate subjected to friction stir welding to be bent so that the bending center comes to the joint.
本発明は、第1及び第2のアルミニウム板が端部同士で突き合わされ、直線状の突き合わせ部に沿って摩擦攪拌接合され、接合部が長手方向に沿って曲げ加工されたアルミニウム構造体において、前記接合部とその両側の熱影響部からなる所定幅の領域をみたとき幅方向に板厚差があり、前記領域では熱影響部を含む幅方向外側の板厚が内側の板厚より厚く形成されていることを特徴とする。
より具体的には、上記アルミニウム構造体において、幅方向の板厚差は、段差による場合(段差の外側の板厚が内側の板厚より厚く形成されている)と連続的に板厚が変化している場合(前記領域で外側ほど板厚が厚い)の両方が含まれる。また、上記アルミニウム構造体は、前記第1又は/及び第2のアルミニウム板がアルミニウム押出材の一部である場合を含む。アルミニウム押出材は、例えば両面の互いに平行なフランジ板とそれらの間を連結するリブからなるダブルスキンパネル材である。
本発明において、アルミニウムとは、アルミニウム合金を含む。アルミニウム合金としては、JIS5000系、6000系、7000系等が好適に利用できる。アルミニウム合金が熱処理型合金の場合、例えばT1処理材を摩擦攪拌接合及び曲げ加工後にT5処理し、あるいはT5処理材を摩擦攪拌接合及び曲げ加工するなど、適宜の時点で熱処理を行うことができる。
The present invention is an aluminum structure in which the first and second aluminum plates are butted at ends, friction stir welded along the straight butted portion, and the joint is bent along the longitudinal direction. There is a difference in plate thickness in the width direction when a region having a predetermined width composed of the joint portion and the heat affected zone on both sides thereof is seen, and the plate thickness on the outer side in the width direction including the heat affected zone is thicker than the inner plate thickness in the region. It is characterized by being.
More specifically, in the above aluminum structure, the thickness difference in the width direction is continuously changed when the difference in level is due to a level difference (the thickness outside the level difference is formed thicker than the thickness inside). In the case (the plate is thicker toward the outside in the region). Moreover, the said aluminum structure includes the case where the said 1st or / and 2nd aluminum plate is a part of aluminum extrusion material. The aluminum extruded material is a double skin panel material composed of, for example, parallel flange plates on both sides and ribs connecting between them.
In the present invention, aluminum includes an aluminum alloy. As the aluminum alloy, JIS 5000 series, 6000 series, 7000 series and the like can be suitably used. When the aluminum alloy is a heat treatment type alloy, the heat treatment can be performed at an appropriate time, for example, T1 treatment material is subjected to T5 treatment after friction stir welding and bending, or T5 treatment material is subjected to friction stir welding and bending.
上記アルミニウム構造体を得るための方法は、第1及び第2のアルミニウム板を突き合わせ、直線状の突き合わせ部に沿って摩擦攪拌接合し、接合部を長手方向に沿って曲げ加工するアルミニウム構造体の製造方法において、前記アルミニウム構造体は、摩擦攪拌接合により形成される接合部とその両側の熱影響部からなる所定幅の領域をみたとき幅方向に板厚差があり、前記領域では前記熱影響部を含む幅方向外側の板厚が内側の板厚より厚く形成され、前記第1及び第2アルミニウム板は、突き合わせたとき突き合わせ部を中心とする前記所定幅の領域において幅方向外側の板厚が内側の板厚より厚く形成されていることを特徴とする。要するに、アルミニウム板の接合部と熱影響部が形成される領域に、幅方向の板厚差を予め形成しておくということである。 The method for obtaining the aluminum structure includes: an aluminum structure in which the first and second aluminum plates are abutted, friction stir welded along the straight abutting portion, and the joint portion is bent along the longitudinal direction. In the manufacturing method, the aluminum structure has a plate thickness difference in a width direction when a region having a predetermined width composed of a joint portion formed by friction stir welding and a heat-affected portion on both sides thereof is seen, and in the region, the thermal influence is present. The first and second aluminum plates are formed to have a thickness outside the width direction in the region of the predetermined width centered on the butted portion when they are butted. Is formed thicker than the inner plate thickness. In short, a plate thickness difference in the width direction is formed in advance in a region where the joining portion and the heat affected zone of the aluminum plate are formed.
本発明に係るアルミニウム構造体は、摩擦攪拌接合した第1及び第2のアルミニウム板の突き合わせ部近傍の所定幅の領域(接合部とその両側の熱影響部)をみたとき、幅方向に板厚差が形成され、かつ熱影響部を含む幅方向外側の板厚がそれより内側の板厚より厚く形成されている。いいかえれば、前記領域において、軟化した熱影響部の板厚がその内側の接合部より厚肉に形成されている。そのため、突き合わせ部を曲げ中心として曲げ加工するとき、従来のように熱影響部で曲がりにくく、予定どおり突き合わせ部又はその近傍(接合部)を曲げの中心として曲げ加工でき、高い曲げ位置精度を達成することができる。熱影響部の板厚は、ここが曲げ加工による変形の起点にならないように、アルミニウム合金の軟化のレベルを考慮して適宜設定する。 The aluminum structure according to the present invention has a plate thickness in the width direction when a region having a predetermined width (joint portion and heat-affected portions on both sides) in the vicinity of the butted portion of the first and second aluminum plates subjected to friction stir welding is observed. A difference is formed, and the plate thickness on the outer side in the width direction including the heat affected zone is formed thicker than the plate thickness on the inner side. In other words, in the said area | region, the board | plate thickness of the softened heat affected zone is formed thicker than the junction part inside. Therefore, when bending with the butt portion as the bending center, it is difficult to bend at the heat affected zone as in the past, and the butt portion or its vicinity (joined portion) can be bent as planned to achieve high bending position accuracy. can do. The plate thickness of the heat affected zone is appropriately set in consideration of the softening level of the aluminum alloy so that this does not become the starting point of deformation due to bending.
なお、本発明では、第1及び第2アルミニウム板の端部同士を突き合わせて摩擦攪拌接合し、接合後にその接合部を所望の形状に曲げ加工する。従って、接合部がアルミニウム構造体のコーナー部や湾曲部に位置していたとしても、摩擦攪拌接合自体はフランジ板の端部同士が平面をなす状態で行うことができ、接合にあたってのアルミニウム板同士の位置決めも容易である。 In the present invention, the end portions of the first and second aluminum plates are brought into contact with each other and subjected to friction stir welding, and after the joining, the joined portion is bent into a desired shape. Therefore, even if the joint portion is located at a corner portion or a curved portion of the aluminum structure, the friction stir welding itself can be performed in a state in which the end portions of the flange plates are flat, and the aluminum plates are joined together. Is easy to position.
以下、図1〜図5を参照して、本発明をより具体的に説明する。
図1(a)〜(c)は、本発明の製造方法の一例である。図7と同等の部位には同じ番号を付与している。
図1(a)に示すように、第1及び第2のアルミニウム板1,2を、端部同士を突き合わせて定盤8の上に固定し、回転ツール9をアルミニウム板1,2に押し付け、先端のプローブ11を突き合わせ部に挿入し、突き合わせ部に沿って直線的に(図1の紙面に垂直)移動させ、摩擦攪拌接合を行う。アルミニウム板1,2は、突き合わせ部から所定距離離れた箇所に板厚が厚い厚肉部12が形成され、図1(a)のように突き合わせた状態で見ると、突き合わせ部を中心とする所定幅の領域R(下記領域Wと同じ幅)において幅方向外側の板厚が内側の板厚より厚く形成されている。いいかえれば、アルミニウム板1,2は、それぞれ突き合わせ端のごく近傍が薄肉で、それより離れた箇所が厚肉に形成されている。なお、アルミニウム板1,2は押出材からなるが、差厚圧延材からなっていてもよい。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to FIGS.
Fig.1 (a)-(c) is an example of the manufacturing method of this invention. The same parts as those in FIG. 7 are given the same numbers.
As shown in FIG. 1 (a), the first and
図1(b)は摩擦攪拌接合後の接合板3であり、幅W1の接合部6の両側に、幅W2の熱影響部(以下、HAZという)7が形成されている。なお、幅W1は接合部6の最大幅であり、幅W2は幅W1の接合部6の外側に形成されたHAZ7の幅である。
接合部6とHAZ7からなる幅W(=W1+2W2)の領域をみると、下面幅方向に段差が形成されて板厚差があり、HAZ7を含む幅方向外側(段差の外側)の板厚T2が、内側(段差の内側)の板厚T1より厚く形成されている。この例では、幅W1を有する接合部6の中央部が板厚T1の部分に形成され、その一部(両端部)と幅W2を有するHAZ7が板厚T2の部分に形成されている。
FIG. 1B shows the joining
Looking at the region of width W (= W1 + 2W2) consisting of the
図1(c)はこの接合板3を接合部6の中心(元の突き合わせ部)を曲げ中心として曲げ加工したものである。幅W2の軟化したHAZ7は、板厚の厚い部分に形成されているので、曲げ加工に際し従来のように優先的に変形することが抑えられ、接合板3を接合部6の中心を曲げ中心とし、高い曲げ位置精度で曲げ加工することができる。
なお、この例では、摩擦攪拌接合を行った側(回転ツール9を押し当てた側)が曲げの外側になるように曲げ加工を行っているが、摩擦攪拌接合を行った側を曲げの内側にして曲げ加工を行うこともできる。この点は、以下の例でも同じである。
FIG. 1C shows the joining
In this example, bending is performed so that the side on which the friction stir welding is performed (the side on which the
図2(a)〜(c)は、本発明の製造方法の他の例である。図1と同等の部位には同じ番号を付与している。
図1の製造方法との違いは、第1及び第2のアルミニウム板1,2の突き合わせ部近傍のみが薄肉とされ、かつ段差が板の上面に形成され、回転ツール9が突き合わせ部近傍に形成された凹部13に挿入される点である。
図2(b)は摩擦攪拌接合後の接合板3であり、幅W1の接合部6の両側に、幅W2のHAZ7が形成されている。接合部6とHAZ7からなる幅W(=W1+2W2)の領域をみると、幅方向に段差が形成されて板厚差があり、HAZ7が形成された幅方向外側(段差の外側)の板厚T2が、内側(段差の内側)の板厚T1より厚く形成されている。この例では、幅W2のHAZ7が板厚T2の部分に形成され、幅W1の接合部6が板厚T1の部分に形成されている。
なお、図1の例では、定盤の上面に板の段差に対応した凹凸を形成していたが、図2の例では、段差が板の上面に形成され、板の下面は平らであるため、平らな定盤を用いることができる。下記図4の例も同じである。
2A to 2C are other examples of the production method of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are given the same numbers.
The difference from the manufacturing method of FIG. 1 is that only the vicinity of the abutting portion of the first and
FIG. 2B shows the joining
In the example of FIG. 1, irregularities corresponding to the step of the plate are formed on the upper surface of the surface plate. However, in the example of FIG. 2, the step is formed on the upper surface of the plate, and the lower surface of the plate is flat. A flat surface plate can be used. The same applies to the example shown in FIG.
図2(c)はこの接合板3を接合部6の中心(元の突き合わせ部)を曲げ中心として曲げ加工したものである。幅W2の軟化したHAZ7は、板厚の厚い部分に形成されているので、曲げ加工に際し従来のように優先的に変形することが抑えられ、接合板3を接合部6の中心を曲げ中心とし、高い曲げ位置精度で曲げ加工することができる。
FIG. 2C shows the joining
図3(a),(b)は、本発明の製造方法の他の例である。図1と同等の部位には同じ番号を付与している。
図1の製造方法との違いは、第1及び第2のアルミニウム板1,2の下面突き合わせ部近傍に傾斜部14が形成され、突き合わせ部に向かって連続的に板厚が薄くなっている点である。
図3(b)は摩擦攪拌接合後の接合板3であり、幅W1の接合部6の両側に、幅W2のHAZ7が形成されている。接合部6とHAZ7からなる幅W(=W1+2W2)の領域をみると、幅方向に連続的に板厚が変化して板厚差があり、この板厚の変化によって、HAZ7が形成された幅方向外側の板厚の方が、内側の板厚より厚く形成されている。
3A and 3B are other examples of the production method of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are given the same numbers.
The difference from the manufacturing method of FIG. 1 is that an
FIG. 3B shows the joining
この接合板3を接合部6の中心(元の突き合わせ部)を曲げ中心として曲げ加工すると、幅W2の軟化したHAZ7は、板厚の相対的に厚い部分に形成されているので、曲げ加工に際し従来のように優先的に変形することが抑えられ、接合板3を接合部6の中心を曲げ中心とし、高い曲げ位置精度で曲げ加工することができる。
When this joining
図4(a),(b)は、本発明の製造方法の他の例である。図1と同等の部位には同じ番号を付与している。
図1の製造方法との違いは、第1及び第2のアルミニウム板1,2が厚肉部を有さず、全体が均一な肉厚の板である点、及び回転ツール9の円柱部がアルミニウム板1,2に所定厚さ分(T2−T1)押し込まれた状態で摩擦攪拌接合が行われる点である。なお、回転ツール9の円柱部を押し込むことにより排除されるアルミニウムが、接合部6に沿ってバリとして残るが、これは摩擦攪拌接合後に除去される。
図2(b)は摩擦攪拌接合後の接合板3であり、幅W1の接合部6の両側に、幅W2のHAZ7が形成されている。接合部6とHAZ7からなる幅W(=W1+2W2)の領域をみると、幅方向に段差が形成されて板厚差があり、HAZ7が形成された幅方向外側(段差の外側)の板厚T2が、内側(段差の内側)の板厚T1より厚く形成されている。この例では、HAZが板厚T2の部分に形成され、接合部6が板厚T1の部分に形成されている。
4A and 4B show another example of the production method of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are given the same numbers.
The difference from the manufacturing method of FIG. 1 is that the first and
FIG. 2B shows the joining
この接合板3を接合部6の中心(元の突き合わせ部)を曲げ中心として曲げ加工すると、幅W2の軟化したHAZ7は、板厚の相対的に厚い部分に形成されているので、曲げ加工に際し従来のように優先的に変形することが抑えられ、接合板3を接合部6の中心を曲げ中心とし、高い曲げ位置精度で曲げ加工することができる。
When this joining
図5(a)〜(c)は、本発明を押出材に適用した例を示す。図5(a)に示すように、接合される押出材15,16は、それぞれ互いに平行な両面のフランジ板15a,15b、16a,16bと、両フランジ板15a,15b、16a,16bを接続する複数のリブ15c、16cからなるダブルスキンパネルであり、押出材15のフランジ板15aと押出材16のフランジ板16aが突き合わされ、摩擦攪拌接合される。なお、フランジ板15a,16aの端部は、突き合わせ部から所定距離離れた箇所から板厚が厚くなり、図5(a)のように突き合わせた状態で見ると、突き合わせ部を中心とする所定幅の領域R(下記領域Wと同じ幅)において幅方向外側の板厚が内側の板厚より厚く形成されている。
FIGS. 5A to 5C show examples in which the present invention is applied to an extruded material. As shown in FIG. 5A, the
図5(b)は摩擦攪拌接合後の接合部材17であり、幅W1の接合部18の両側に、幅W2のHAZ19が形成されている。幅W1は接合部18の最大幅であり、幅W2は幅W1の接合部18の外側に形成されたHAZ19の幅である。
接合部18とHAZ19からなる幅W(=W1+2W2)の領域をみると、下面幅方向に段差が形成されて板厚差があり、HAZ19を含む幅方向外側(段差の外側)の板厚T2が、内側(段差の内側)の板厚T1より厚く形成されている。この例では、幅W1を有する接合部6の中央部が板厚T1の部分に形成され、その一部(両端部)と幅W2を有するHAZ7が板厚T2の部分に形成されている。
FIG. 5B shows the joining
Looking at the region of the width W (= W1 + 2W2) consisting of the joint 18 and the
図5(c)はこの接合部材17を接合部18の中心(元の突き合わせ部)を曲げ中心として曲げ加工したものである。幅W2の軟化したHAZ19は、板厚の厚い部分に形成されているので、曲げ加工に際し従来のように優先的に変形することが抑えられ、接合部材17を接合部18の中心を曲げ中心とし、高い曲げ位置精度で曲げ加工することができる。
FIG. 5C shows the joining
このようなダブルスキンパネルを接合した構造体は、例えば衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収部材(いわゆるクラッシャブル部材)のように、構造体全体が強度的に均一性を必要とする場合に好適である。
このような構造体を、複数の押出形材を例えばアーク溶接することにより製造した場合、ビードは鋳造組織であり、その両側のHAZ(熱影響部)は軟化するため、構造体には強度の不均一な部分ができ、衝突時の変形が安定しない。そのため溶接後に構造体を焼鈍処理してO材とし、全体の材質を均質化して使用せざるを得ない。そうなると構造体の強度が低下し、所定のエネルギーを吸収するためには構造体を大型化又は厚肉化するか、その個数を増やす必要が出てくる。一方、構造体の接合部が全て摩擦攪拌接合されている場合、強度の不均一性が小さいため、O材処理を行うことなく(熱処理型アルミニウム合金であればT5材のままで)使用することが可能である。T5材は高強度であるから、構造体を小型化又は薄肉化でき、あるいはその個数を減らすことができる。
A structure in which such a double skin panel is joined is suitable when the entire structure needs to be uniform in strength, such as an energy absorbing member that absorbs collision energy (so-called crushable member). .
When such a structure is manufactured by, for example, arc welding a plurality of extruded profiles, the bead is a cast structure, and the HAZ (heat affected zone) on both sides thereof is softened. Uneven portions are formed and deformation at the time of collision is not stable. For this reason, the structure must be annealed after welding to form O material, and the entire material must be homogenized. Then, the strength of the structure is lowered, and in order to absorb a predetermined energy, it is necessary to enlarge the structure or increase the number of the structures. On the other hand, when all the joints of the structure are friction stir welded, the non-uniformity of strength is small, so use without treatment with O material (if it is heat treated aluminum alloy, use T5 material) Is possible. Since the T5 material has high strength, the structure can be downsized or thinned, or the number thereof can be reduced.
1,2,15a,16a アルミニウム板
3,17 接合体
6,18 摩擦攪拌接合の接合部
7,19 摩擦攪拌接合のHAZ(熱影響部)
8 定盤
9 回転ツール
15,16 押出材
1, 2, 15a,
8
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