JP2012066276A - Weld end structure of friction stir welding - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、重ね合わせた被接合部材を摩擦撹拌接合によって接合するものであって、線状に接合した接合部の接合端部における疲労破壊の防止を図った摩擦撹拌接合の接合端部構造に関する。 The present invention relates to a joint end structure of friction stir welding that joins overlapped members to be joined by friction stir welding, and prevents fatigue fracture at the joint end of the joint joined linearly. .
重ね合わせた被接合板同士の摩擦撹拌接合では、回転させた回転接合工具のプローブが上側の被接合板側から重ね合わせ方向に押し込まれ、被接合板の平面方向に移動する。摩擦によって軟化した被接合部材の材料は塑性流動し、回転接合工具の通過後、重なり合う被接合板同士で混ざり合った材料が冷却固化して接合部が形成される。ところが、こうした線状に形成される接合部は、その接合端部に応力が集中し、疲労破壊を引き起こしてしまうことが問題であった。 In the friction stir welding between the stacked plates to be bonded, the probe of the rotated rotary bonding tool is pushed in the overlapping direction from the upper bonded plate side and moves in the plane direction of the bonded plates. The material of the member to be joined that has been softened by friction plastically flows, and after passing through the rotary joining tool, the material mixed between the overlapping plates to be joined is cooled and solidified to form a joint. However, such a joint formed in a linear shape has a problem that stress concentrates on the joint end portion and causes fatigue failure.
下記特許文献1には、そうした疲労破壊に対する強度向上を図った構造が提案されている。図7及び図8は、同文献に開示された摩擦撹拌接合の接合端部構造を示す図であり、図7は、加工前の断面(a)と平面(b)を示し、図8は加工後の断面(a)と平面(b)を示している。摩擦撹拌接合では、図7(a)に示すように、上部材101を貫通して下部材102の途中までの材料が撹拌された接合部105が形成されている。そして、この接合部105の先端115に応力が集中する。
Patent Document 1 below proposes a structure that improves the strength against fatigue fracture. 7 and 8 are views showing the joint end structure of the friction stir welding disclosed in the same document. FIG. 7 shows a cross section (a) and a plane (b) before processing, and FIG. A rear section (a) and a plane (b) are shown. In the friction stir welding, as shown in FIG. 7A, a
そこで、図8に示すように、先端115からある程度の長さの範囲を先端部分125とし、上部材101の表面を削り薄肉になるようにした加工が行われる。上部材101を徐々に下部材102側に薄くなるように加工し、上部材101の薄肉部111が設けられている。このような文献記載の従来構造は、先端部分125での剛性変化が滑らかになり、応力集中の緩和によって疲労破壊が防止されるというものである。
Therefore, as shown in FIG. 8, processing is performed in which a certain length range from the
図8に示す摩擦撹拌接合の接合端部構造では、摩擦撹拌接合による接合工程の後に薄肉部111を形成する切削加工が行われる。従って、上部材101及び下部材102のように平板同士の接合であればともかく、立体的な被接合部材の接合の場合には、接合後の狭い空間で切削加工を行わなければならず、薄肉部111の加工作業が困難であった。一方で、予め薄肉部111を加工した後に摩擦撹拌接合はできないため、どうしても切削加工は摩擦撹拌接合の後工程になってしまう。摩擦撹拌接合が使用される構造体には、こうした接合端部が複数存在するため、非常に手間のかかる作業になり、その分コストを上げる原因にもなってしまう。
In the joint end portion structure of the friction stir welding shown in FIG. 8, the cutting process for forming the
本発明は、かかる課題を解決すべく、疲労破壊の防止に対する接合端部の加工が摩擦撹拌接合前に可能な摩擦撹拌接合の接合端部構造を提供することを目的とする。 In order to solve such a problem, an object of the present invention is to provide a joint end structure of friction stir welding capable of processing a joint end portion for preventing fatigue fracture before friction stir welding.
本発明に係る摩擦撹拌接合の接合端部構造は、一方の第1被接合部材と、その第1被接合部材の接合面に重ねて接合されるフランジ及び当該フランジから起立した状態となるウェブを備えた第2被接合部材とが、摩擦撹拌接合によって接合された場合の、当該接合部の長手方向端部に対応して形成されたものであって、前記第2被接合部材は、前記接合部の長手方向端部に対応する所定の範囲に、前記フランジとウェブとを分割するスリットが形成されたものであることを特徴とする。
また、本発明に係る摩擦撹拌接合の接合端部構造は、前記スリットが、前記フランジ側又は前記ウェブ側に形成されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る摩擦撹拌接合の接合端部構造は、前記フランジに、前記接合部の長手方向端部を挟んで前記スリットの反対側に切欠部が形成されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る摩擦撹拌接合の接合端部構造は、前記切欠部が、前記接合部の長手方向に沿って直線状に形成され、又は前記接合部の長手方向端部に向けて前記フランジの幅を狭くするようにテーパ状に形成されたものであることが好ましい。
The joint end structure of friction stir welding according to the present invention includes a first joined member, a flange that is joined to the joining surface of the first joined member, and a web that stands up from the flange. When the provided second member to be joined is joined by friction stir welding, the second member to be joined is formed corresponding to the longitudinal end portion of the joint, and the second member to be joined is the joint The slit which divides | segments the said flange and a web is formed in the predetermined range corresponding to the longitudinal direction edge part of a part, It is characterized by the above-mentioned.
In the joint end structure for friction stir welding according to the present invention, the slit is preferably formed on the flange side or the web side.
Moreover, it is preferable that the joining edge part structure of the friction stir welding which concerns on this invention is a thing by which the notch part was formed in the said flange on the opposite side of the said slit on both sides of the longitudinal direction edge part.
Further, in the joint end structure of the friction stir welding according to the present invention, the notch is formed linearly along the longitudinal direction of the joint, or the flange toward the longitudinal end of the joint. It is preferably formed in a tapered shape so as to narrow the width.
本発明によれば、第2被接合部材に対し第1接合部材へ摩擦撹拌接合による接合を行う前にスリットを加工しておくことができる。従って、第1被接合部材へ摩擦撹拌接合によって接合された第2被接合部材には、接合後に疲労強度を向上させるための加工が不要になり、接合作業が簡素化できる。そして、スリットによってフランジがウェブから分離したことで、第1被接合部材の変形に伴う応力集中が緩和し、疲労破壊を防止することができる。 According to the present invention, the slit can be processed before the second bonded member is bonded to the first bonded member by friction stir welding. Therefore, the second joined member joined to the first joined member by friction stir welding does not require processing for improving fatigue strength after joining, and the joining work can be simplified. And since the flange has been separated from the web by the slit, the stress concentration accompanying the deformation of the first member to be joined is relaxed, and fatigue failure can be prevented.
次に、本発明に係る摩擦撹拌接合の接合端部構造について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図1乃至図3は、摩擦撹拌接合の接合端部構造を示した図であり、図1は平面図、図2は図1のA方向から見た側面図、そして図3は図1のB−B断面図である。本実施形態は、航空機の胴体や鉄道車両の構体などに採用される接合構造であって、外板10に対して縦横に縦通材11とフレーム12が骨部材として接合されている。縦通材11は構体などの長手方向に延びた部材であり、フレーム12は、その縦通材11に直交する方向に沿って接合されている。
Next, an embodiment of the joint end structure of friction stir welding according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 to FIG. 3 are views showing a joining end structure of friction stir welding, FIG. 1 is a plan view, FIG. 2 is a side view seen from the direction A in FIG. 1, and FIG. It is -B sectional drawing. The present embodiment is a joint structure that is employed in an aircraft fuselage, a railway vehicle structure, and the like, in which a
交差する縦通材11とフレーム12は、フレーム12側に切欠部21が形成され、縦通材11がその切欠部21を通って構体などの長手方向に連続している。縦通材11及びフレーム12は、共に外板10に重ねられるフランジ11a,12aと、それに直交するウェブ11b,12bを備える断面L字形の骨部材である。図2に示すように、縦通材11の方がフレーム12よりウェブ11bの背が低く、フレーム12に形成された切欠部21内を通過するようにして配置されている。
The crossing
縦通材11及びフレーム12は、共にフランジ11a,12a側から回転する不図示の回転接合工具のプローブが重ね合わせ方向に押し込まれ、各部材の長手方向に沿って移動する。摩擦によって軟化した被接合材の材料は塑性流動し、回転接合工具の通過後、重なり合う外板10とフランジ11a,12aとの材料が混ざり合い、冷却固化して接合部22,23が形成される。
Both the
この場合、縦通材11は、構体などの全長に渡って途切れることなく接合部22が連続しているため、接合端部は接合部22の始点と終点の2箇所となる。一方で、フレーム12は、縦通材11が交差する位置に形成された切欠部21によってフランジ12aが切断されている。そのため、一つのフレーム12には、複数本の接合部23が断続的に形成され、始点及び終点の接合端部231が複数存在する。
In this case, the
図示するように、切欠部21を挟んで接合部23の接合端部231が位置する。外板10にかかる外力により、接合端部231に応力が集中し、剥離など疲労破壊が生じ得る。そこで、本実施形態では、その接合端部231が存在する範囲に、フランジ12aをウェブ12aから切り離すスリット25が形成されている。このようにスリット25を形成することにより、当該範囲におけるフレーム12の剛性を低下させている。断面L字形の縦通材11やフレーム12は、骨部材として機能し、胴体や構体の剛性を高める機能を果たしているため、前記従来例のように薄肉部を形成するだけでは、接合端部231に加わる応力を十分には抑えられないからである。
As shown in the drawing, the joining
航空機の胴体や鉄道車両の構体に外力が作用した場合、外板10が変形しようとするのを抑えるようにフランジ12aに曲げ応力が作用する。しかし、フランジ12a自体はウェブ12bによって曲げが抑えられるため、フランジ12aが薄肉になっても依然として外板10の曲げに対する剛性は高い。従って、疲労破壊を十分に抑えることはできない。そこで、本実施形態では、フランジ12aとウェブ12bを分離し、フランジ12aが接合端部231が存在する所定の範囲で外板10の曲げ変形に倣うようにし、応力集中を緩和させるようにした。
When an external force is applied to an aircraft fuselage or a railway vehicle structure, a bending stress is applied to the
こうしたフレーム12は、外板10に対して摩擦撹拌接合によって接合する前に切欠部21が形成される。そこで、切欠部21の形成が行われる際、スリット25の加工も合わせて行われる。外板10に縦通材11が接合された後、フレーム12は、切欠部21によって縦通材11を跨ぐように配置され、フランジ12aに沿って摩擦撹拌接合が行われる。よって、本実施形態によれば、接合後に疲労強度を向上させるための加工が不要になり、接合作業が簡素化された。そして、スリット25によってフランジ12aがウェブ12bから分離したことで、外板10の変形に伴う応力集中を緩和させ、疲労破壊を防止することができる。
The
ところで、本実施形態は、フランジ12aとウェブ12bとの分割によって、接合端部231におけるフレーム12の剛性低下を行った。そのためにフランジ12a側にスリット25を形成したものを示したが、そのスリットはウェブ12b側に形成するものであってもよい。図4は、ウェブ12bにスリット26を形成した場合の側面図である。この場合も、切欠部21を形成する際にスリット26が一緒に形成できるため、接合後に疲労強度を向上させるための加工が不要になり、接合作業が簡素化された。そして、スリット26によってフランジ12aがウェブ12bから分離したことで、外板10の変形に伴う応力集中を緩和させ、疲労破壊を防止することができる。
By the way, this embodiment performed the rigidity reduction of the flame |
更に、フランジ12aとウェブ12bとを分割する他、図5及び図6に示すように、図1に示す構造に加え、フランジ12aの幅を狭くする直線状の切欠部27やテーパ状の切欠部28を形成することも有効である。なお、この切欠部27,28は、図4に示すウェブ12bにスリット26を形成したものとの組み合わせであっても良い。こうして切欠部27,28を設けることにより、接合端部231におけるフランジ12aの断面積が小さくなることにより剛性が低下し、外板10の変形に伴う応力集中を緩和させ、疲労破壊を防止することができる。特に、テーパ状の切欠部28は、接合端部231に向かって断面積が徐々に小さくなり、外板10とフランジ12aとの間の剛性差も小さくなるため、応力集中の緩和に効果がある。更に、切欠部27,28も接合前に加工することができるため、接合作業が簡素化できる。
Furthermore, in addition to dividing the
以上、本発明に係る摩擦撹拌接合の接合端部構造について実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。 As mentioned above, although embodiment was described about the joining edge part structure of the friction stir welding based on this invention, this invention is not limited to this, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning.
10 外板
11 縦通材
12 フレーム
21 切欠部
22,23 接合部
25 スリット
231 接合端部
11a,12a フランジ
11b,12b ウェブ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第2被接合部材は、前記接合部の長手方向端部に対応する所定の範囲に、前記フランジとウェブとを分割するスリットが形成されたものであることを特徴とする摩擦撹拌接合の接合端部構造。 Friction stir welding includes one first member to be joined, a flange that is overlapped and joined to the joining surface of the first member to be joined, and a second member to be web that stands up from the flange. In the joint end structure of the friction stir welding formed corresponding to the longitudinal direction end of the joint when joined,
Friction stir welding joining, wherein the second member to be joined is formed with a slit for dividing the flange and the web in a predetermined range corresponding to the longitudinal end of the joining portion. End structure.
前記スリットは、前記フランジ側又は前記ウェブ側に形成されたものであることを特徴とする摩擦撹拌接合の接合端部構造。 In the joint end structure of the friction stir welding according to claim 1,
The slit is formed on the flange side or the web side, and a joint end structure for friction stir welding.
前記フランジには、前記接合部の長手方向端部を挟んで前記スリットの反対側に切欠部が形成されたものであることを特徴とする摩擦撹拌接合の接合端部構造。 In the joint end structure of the friction stir welding according to claim 1 or claim 2,
2. A joint end structure for friction stir welding, wherein the flange is formed with a notch on the opposite side of the slit across the longitudinal end of the joint.
前記切欠部は、前記接合部の長手方向に沿って直線状に形成され、又は前記接合部の長手方向端部に向けて前記フランジの幅を狭くするようにテーパ状に形成されたものであることを特徴とする摩擦撹拌接合の接合端部構造。 In the joint end structure of the friction stir welding according to claim 3,
The notch is linearly formed along the longitudinal direction of the joint, or is tapered so as to narrow the width of the flange toward the longitudinal end of the joint. A joint end structure of friction stir welding characterized by that.
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