JP2016078081A - Friction stir welding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摩擦攪拌によって一対の筒状金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法に関する。 The present invention relates to a friction stir welding method for joining a pair of cylindrical metal members by friction stirring.
一対の金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦攪拌接合は、回転ツールを金属部材同士の突合せ部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合せ部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合するものである。 Friction stir welding (FSW = Friction Stir Welding) is known as a method for joining a pair of metal members. Friction stir welding is a method of solid-phase joining metal members by moving the rotary tool along the abutting part between metal members and plastically flowing the metal at the abutting part by frictional heat between the rotating tool and the metal member. It is.
特許文献１には、二つの筒状金属部材を摩擦攪拌で接合する摩擦攪拌接合方法が開示されている。当該摩擦攪拌接合では、筒状金属部材の端面同士を突き合わせて突合せ部を形成した後、当該突合せ部に沿って回転ツールを相対移動させている。
従来の摩擦攪拌接合方法では、回転ツールを突合せ部に押し込むと、回転ツールのショルダ部の下端面で筒状金属部材を押圧するため、筒状金属部材に大きな圧力が作用する。これにより、回転ツールの押圧力を筒状金属部材が支えられなくなり、回転ツールの攪拌ピンがより深く差し込まれて筒状金属部材の内側に塑性流動化した金属材料が流出するおそれがある。 In the conventional friction stir welding method, when the rotary tool is pushed into the abutting portion, the cylindrical metal member is pressed by the lower end surface of the shoulder portion of the rotary tool, so that a large pressure acts on the cylindrical metal member. As a result, the cylindrical metal member cannot support the pressing force of the rotating tool, and the stirring pin of the rotating tool may be inserted deeper and the plastic material that is plastically fluidized may flow out of the cylindrical metal member.
かかる問題を解消する方法として、筒状金属部材とショルダ部とを離間させた状態で摩擦攪拌を行うことが考えられるが、この方法によると塑性流動化した金属が外部に溢れやすくなり金属不足になる可能性がある。 As a method for solving such a problem, it is conceivable to perform friction stir in a state where the cylindrical metal member and the shoulder portion are separated from each other. However, according to this method, the plastic fluidized metal easily overflows to the outside and the metal is insufficient. There is a possibility.
そこで、本発明は、筒状金属部材の内側又は外側への金属部材の流出を防ぐことができるとともに、摩擦攪拌による金属不足を防ぐことができる摩擦攪拌接合方法を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the friction stir welding method which can prevent the metal member flowing out to the inner side or the outer side of a cylindrical metal member, and can prevent the metal shortage by friction stirring.
前記課題を解決するために、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて二つの筒状金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、前記筒状金属部材の端面同士を突き合わせるとともに、突合せ部の外周に枠状補助部材を配置して前記突合せ部を覆う突合せ工程と、前記枠状補助部材の外周面から回転した前記攪拌ピンを挿入し、前記枠状補助部材及び前記両筒状金属部材、又は、前記枠状補助部材のみに前記攪拌ピンのみを接触させた状態で前記突合せ部を摩擦攪拌する外側本接合工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is a friction stir welding method for joining two cylindrical metal members using a rotary tool provided with a stirring pin, and the end surfaces of the cylindrical metal members are abutted against each other. In addition, a frame-shaped auxiliary member is disposed on the outer periphery of the butted portion to cover the butted portion, the stirring pin rotated from the outer peripheral surface of the frame-shaped auxiliary member is inserted, and the frame-shaped auxiliary member and the both And an outer main joining step in which the butted portion is frictionally stirred in a state where only the stirring pin is brought into contact with only the cylindrical metal member or the frame-shaped auxiliary member.
また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて二つの筒状金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、前記筒状金属部材の端面同士を突き合わせるとともに、突合せ部の内周に枠状補助部材を配置して前記突合せ部を覆う突合せ工程と、前記枠状補助部材の内周面から回転した前記攪拌ピンを挿入し、前記枠状補助部材及び前記両筒状金属部材、又は、前記枠状補助部材のみに前記攪拌ピンのみを接触させた状態で前記突合せ部を摩擦攪拌する内側本接合工程と、を含むことを特徴とする。 Further, the present invention is a friction stir welding method for joining two cylindrical metal members using a rotary tool equipped with a stirring pin, the end surfaces of the cylindrical metal members are butted together, and the inside of the butted portion A frame-shaped auxiliary member is disposed on the periphery to cover the butted portion, and the stirring pin rotated from the inner peripheral surface of the frame-shaped auxiliary member is inserted, and the frame-shaped auxiliary member and the both cylindrical metal members are inserted. Or an inner main joining step in which the butted portion is frictionally stirred in a state where only the stirring pin is in contact with only the frame-shaped auxiliary member.
かかる方法によれば、枠状補助部材及び両筒状金属部材の両方、又は、枠状補助部材のみに攪拌ピンのみを接触した状態で摩擦攪拌を行うため、従来の方法よりも筒状金属部材に作用する押圧力を低減することができる。これにより、筒状金属部材の内側又は外側に塑性流動化した金属が流出するのを防ぐことができる。また、回転ツールを挿入する側に枠状補助部材を設けることにより、摩擦攪拌による金属不足を補うことができる。 According to this method, since the friction stir is performed in a state where only the stirring pin is in contact with both the frame-shaped auxiliary member and both the cylindrical metal members or only the frame-shaped auxiliary member, the cylindrical metal member is more than the conventional method. It is possible to reduce the pressing force acting on the. Thereby, it is possible to prevent the plastic fluidized metal from flowing out to the inside or outside of the cylindrical metal member. In addition, by providing a frame-like auxiliary member on the side where the rotary tool is inserted, metal shortage due to frictional stirring can be compensated.
また、前記外側本接合工程後に、前記筒状金属部材の外周面から突出する前記枠状補助部材を切除する切除工程を含むことが好ましい。また、前記内側本接合工程後に、前記筒状金属部材の内周面から突出する前記枠状補助部材を切除する切除工程を含むことが好ましい。 Moreover, it is preferable to include the cutting process which cuts out the said frame-shaped auxiliary member which protrudes from the outer peripheral surface of the said cylindrical metal member after the said outer side main joining process. Moreover, it is preferable to include the cutting process which cuts out the said frame-shaped auxiliary member which protrudes from the internal peripheral surface of the said cylindrical metal member after the said inner side main joining process.
かかる方法によれば、筒状金属部材の外周面又は内周面を平滑にすることができる。 According to this method, the outer peripheral surface or inner peripheral surface of the cylindrical metal member can be smoothed.
また、前記外側本接合工程を行う前に、前記枠状補助部材と前記筒状金属部材とを仮接合する仮接合工程を含むことが好ましい。また、前記内側本接合工程を行う前に、前記枠状補助部材と前記筒状金属部材とを仮接合する仮接合工程を含むことが好ましい。 Moreover, it is preferable to include the temporary joining process of temporarily joining the said frame-shaped auxiliary member and the said cylindrical metal member before performing the said outer side main joining process. Moreover, it is preferable to include the temporary joining process of temporarily joining the said frame-shaped auxiliary member and the said cylindrical metal member before performing the said inner side main joining process.
かかる方法によれば、筒状金属部材に対して枠状補助部材が固定されるため、外側本接合工程又は内側本接合工程を安定して行うことができる。 According to this method, since the frame-shaped auxiliary member is fixed to the cylindrical metal member, the outer main bonding step or the inner main bonding step can be stably performed.
また、前記突合せ工程では、前記突合せ部に形成された凹部に、前記凹部の深さよりも大きな厚さの前記枠状補助部材を配置することが好ましい。 In the butting step, it is preferable that the frame-shaped auxiliary member having a thickness larger than the depth of the recess is disposed in the recess formed in the butting portion.
かかる方法によれば、枠状補助部材の位置決めを容易に行うことができるとともに、外側本接合工程又は内側本接合工程を安定して行うことができる。また、枠状補助部材の厚さを凹部の深さよりも大きくすることにより、金属不足を確実に防ぐことができる。 According to this method, the frame-shaped auxiliary member can be easily positioned, and the outer main bonding step or the inner main bonding step can be stably performed. Further, by making the thickness of the frame-shaped auxiliary member larger than the depth of the concave portion, it is possible to reliably prevent metal shortage.
また、前記凹部の両側壁と前記枠状補助部材との一対の突合せ部に対してそれぞれ摩擦攪拌を行うことが好ましい。 Moreover, it is preferable to perform frictional stirring with respect to a pair of butted portions of both side walls of the recess and the frame-shaped auxiliary member.
かかる方法によれば、一対の突合せ部が摩擦攪拌されるため、水密性及び気密性を高めることができる。 According to this method, since the pair of butting portions are frictionally stirred, the water tightness and the air tightness can be improved.
また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて二つの筒状金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、前記筒状金属部材の端面同士を突き合わせるとともに、突合せ部の外周及び内周にそれぞれ枠状補助部材を配置して前記突合せ部を覆う突合せ工程と、前記枠状補助部材の外周面から回転した前記攪拌ピンを挿入し、前記枠状補助部材及び前記両筒状金属部材、又は、前記枠状補助部材のみに前記攪拌ピンのみを接触させた状態で前記突合せ部を摩擦攪拌する外側本接合工程と、前記枠状補助部材の内周面から回転した前記攪拌ピンを挿入し、前記枠状補助部材及び前記両筒状金属部材、又は、前記枠状補助部材のみに前記攪拌ピンのみを接触させた状態で前記突合せ部を摩擦攪拌する内側本接合工程と、を含み、前記外側本接合工程で形成された塑性化領域と、前記内側本接合工程で形成された塑性化領域とを重複させることを特徴とする。 Further, the present invention is a friction stir welding method for joining two cylindrical metal members using a rotary tool provided with a stirring pin, the end surfaces of the cylindrical metal members are butted together, and the outer periphery of the butted portion A frame-shaped auxiliary member disposed on the inner periphery and covering the butted portion; and the stirring pin rotated from the outer peripheral surface of the frame-shaped auxiliary member is inserted, and the frame-shaped auxiliary member and the both cylindrical shapes are inserted. An outer main joining step in which the abutting portion is frictionally stirred in a state where only the stirring pin is brought into contact with only the metal member or the frame-shaped auxiliary member, and the stirring pin rotated from the inner peripheral surface of the frame-shaped auxiliary member An inner main joining step in which the butt portion is frictionally stirred in a state where only the stirring pin is in contact with only the frame-shaped auxiliary member and the frame-shaped auxiliary member and the cylindrical metal member. Including the outer book A plasticized region formed in case step, characterized in that to duplicate the plasticized region formed in the inner main bonding step.
かかる方法によれば、枠状補助部材及び両筒状金属部材の両方、又は、枠状補助部材のみに攪拌ピンのみを接触した状態で摩擦攪拌を行うため、従来の方法よりも筒状金属部材に作用する押圧力を低減することができる。これにより、筒状金属部材の内側又は外側に塑性流動化した金属が流出するのを防ぐことができる。また、枠状補助部材を設けることにより、摩擦攪拌による金属不足を補うことができる。また、突合せ部の外側に形成された塑性化領域と内側に形成された塑性化領域とを重複させることにより、突合せ部の全体が摩擦攪拌されるため、水密性及び気密性を高めることができる。 According to this method, since the friction stir is performed in a state where only the stirring pin is in contact with both the frame-shaped auxiliary member and both the cylindrical metal members or only the frame-shaped auxiliary member, the cylindrical metal member is more than the conventional method. It is possible to reduce the pressing force acting on the. Thereby, it is possible to prevent the plastic fluidized metal from flowing out to the inside or outside of the cylindrical metal member. In addition, by providing the frame-like auxiliary member, it is possible to compensate for a metal shortage due to friction stirring. In addition, by overlapping the plasticized region formed outside the butted portion and the plasticized region formed inside, the entire butted portion is frictionally stirred, so that watertightness and airtightness can be improved. .
本発明に係る摩擦攪拌接合方法によれば、筒状金属部材の内側又は外側への金属部材の流出を防ぐことができるとともに、摩擦攪拌による金属不足を防ぐことができる。 According to the friction stir welding method according to the present invention, it is possible to prevent the metal member from flowing out to the inside or outside of the cylindrical metal member, and to prevent metal shortage due to friction stirring.
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。まずは、本実施形態で用いる本接合用回転ツールについて説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the main welding rotary tool used in the present embodiment will be described.
図１に示すように、本接合用回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。本接合用回転ツールＦは、特許請求の範囲の「回転ツール」に相当する。本接合用回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されている。連結部Ｆ１は、摩擦攪拌装置の回転軸に連結される部位である。連結部Ｆ１は円柱状を呈し、ボルトが締結されるネジ孔Ｂ，Ｂが形成されている。 As shown in FIG. 1, the main rotating tool for joining F includes a connecting portion F1 and a stirring pin F2. The main joining rotary tool F corresponds to a “rotary tool” in the claims. The main rotating tool F for joining is formed of, for example, tool steel. The connecting part F1 is a part connected to the rotating shaft of the friction stirrer. The connecting portion F1 has a cylindrical shape, and is formed with screw holes B and B to which bolts are fastened.
攪拌ピンＦ２は、連結部Ｆ１から垂下しており、連結部Ｆ１と同軸になっている。攪拌ピンＦ２は連結部Ｆ１から離間するにつれて先細りになっている。 The stirring pin F2 hangs down from the connecting portion F1 and is coaxial with the connecting portion F1. The stirring pin F2 is tapered as it is separated from the connecting portion F1.
攪拌ピンＦ２の外周面には螺旋溝Ｆ３が刻設されている。本実施形態では、本接合用回転ツールＦを右回転させるため、螺旋溝Ｆ３は、基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。言い換えると、螺旋溝Ｆ３は、螺旋溝Ｆ３を基端から先端に向けてなぞると上から見て左回りに形成されている。 A spiral groove F3 is formed on the outer peripheral surface of the stirring pin F2. In the present embodiment, the spiral groove F3 is formed in a counterclockwise direction from the proximal end toward the distal end in order to rotate the main joining rotary tool F to the right. In other words, the spiral groove F3 is formed counterclockwise as viewed from above when the spiral groove F3 is traced from the base end to the tip.
なお、本接合用回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝Ｆ３を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成することが好ましい。言い換えると、この場合の螺旋溝Ｆ３は、螺旋溝Ｆ３を基端から先端に向けてなぞると上から見て右回りに形成されている。螺旋溝Ｆ３をこのように設定することで、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝Ｆ３によって攪拌ピンＦ２の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材（筒状金属部材１，１）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。
In addition, when rotating this welding rotation tool F counterclockwise, it is preferable to form the spiral groove F3 in the clockwise direction from the proximal end toward the distal end. In other words, the spiral groove F3 in this case is formed clockwise when viewed from above when the spiral groove F3 is traced from the proximal end to the distal end. By setting the spiral groove F3 in this way, the plastic fluidized metal at the time of frictional stirring is guided to the tip side of the stirring pin F2 by the spiral groove F3. Thereby, the quantity of the metal which overflows to the exterior of a to-be-joined metal member (
本接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合をする際には、被接合金属部材に回転した攪拌ピンＦ２のみを挿入し、被接合金属部材と連結部Ｆ１とは離間させつつ移動させる。本接合用回転ツールＦの詳細な接合形態については後記する。 When the friction stir welding is performed using the main rotating tool F, only the rotated stirring pin F2 is inserted into the metal member to be bonded, and the metal member to be bonded and the connecting portion F1 are moved while being separated from each other. A detailed joining form of the main joining rotary tool F will be described later.
［第一実施形態］
次に、第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。図２に示すように、本実施形態では、筒状金属部材１，１同士を突き合わせるとともに、外側枠状補助部材１１を配置して摩擦攪拌によって接合する。
[First embodiment]
Next, the friction stir welding method according to the first embodiment will be described. As shown in FIG. 2, in this embodiment, the
筒状金属部材１，１は、円筒状の金属製部材であって、それぞれ同等の形状になっている。筒状金属部材１，１は、少なくとも突き合わされる部分が同等の形状であればよい。筒状金属部材１，１は同等の材料で形成されている。筒状金属部材１の材料は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、 マグネシウム、マグネシウム合金等から適宜選択すればよい。
The
外側枠状補助部材（枠状補助部材）１１は、円筒状の金属部材である。外側枠状補助部材１１の材料は特に制限されないが、本実施形態のように筒状金属部材１と同等であることが好ましい。外側枠状補助部材１１の内径は、筒状金属部材１の外径と略同等になっている。外側枠状補助部材１１の板厚は一定になっている。
The outer frame-shaped auxiliary member (frame-shaped auxiliary member) 11 is a cylindrical metal member. The material of the outer frame-shaped
第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ工程と、仮接合工程と、外側本接合工程と、切除工程とを行う。 In the friction stir welding method according to the first embodiment, a butt process, a temporary bonding process, an outer main bonding process, and a cutting process are performed.
突合せ工程は、図３に示すように、筒状金属部材１，１の端面１ａ，１ａ同士を突き合わせるとともに、第一突合せ部Ｊ１の外周に外側枠状補助部材１１を配置して第一突合せ部Ｊ１を覆う工程である。突合せ工程により、筒状金属部材１，１の外周面１ｂ，１ｂが面一になるとともに内周面１ｃ，１ｃが面一になる。また、筒状金属部材１，１の外周面１ｂ，１ｂと外側枠状補助部材１１の内周面１１ｂとが面接触する。
As shown in FIG. 3, the butting process is performed by matching the end faces 1a and 1a of the
仮接合工程は、図３に示すように、筒状金属部材１，１と外側枠状補助部材１１とを仮接合する工程である。筒状金属部材１，１と外側枠状補助部材１１との接合方法は特に制限されないが、本実施形態では溶接で接合している。筒状金属部材１，１と外側枠状補助部材１１との入隅部には、溶接金属Ｗ０，Ｗ０が形成される。仮接合工程によって、筒状金属部材１，１に対して外側枠状補助部材１１が固定される。
As shown in FIG. 3, the temporary joining step is a step of temporarily joining the
外側本接合工程は、図４に示すように、本接合用回転ツールＦを用いて第一突合せ部Ｊ１の外側から摩擦攪拌する工程である。外側本接合工程では、本接合用回転ツールＦを外側枠状補助部材１１の外周面１１ａから所定の深さで挿入する。そして、外側枠状補助部材１１に対して本接合用回転ツールＦを相対移動させて第一突合せ部Ｊ１の全長を摩擦攪拌する。
As shown in FIG. 4, the outer main joining step is a step in which friction stirring is performed from the outside of the first butting portion J <b> 1 using the main welding rotary tool F. In the outer main joining step, the main joining rotary tool F is inserted from the outer
図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、外側本接合工程は、本実施形態では回転装置Ｒを用いる。回転装置Ｒは、筒状金属部材１，１の軸心周りに筒状金属部材１，１を回転させる装置である。回転装置Ｒは、第一回転ローラＲ１，Ｒ１と、第二回転ローラＲ２，Ｒ２とで構成されている。
As shown to (a) and (b) of FIG. 5, a rotation apparatus R is used for an outer side final joining process in this embodiment. The rotating device R is a device that rotates the
第一回転ローラＲ１，Ｒ１は、円柱状を呈する。第一回転ローラＲ１，Ｒ１は、駆動装置に接続されており、第一回転ローラＲ１の軸心周りに正逆回転可能になっている。第一回転ローラＲ１の外周面Ｒ１ｃは、一方の筒状金属部材１の外周面１ｂと接触している。第一回転ローラＲ１，Ｒ１は同じ高さ位置において、離間して配置されている。
The first rotating rollers R1 and R1 have a cylindrical shape. The first rotating rollers R1 and R1 are connected to a driving device, and can rotate forward and backward around the axis of the first rotating roller R1. The outer peripheral surface R1c of the first rotating roller R1 is in contact with the outer
第二回転ローラＲ２，Ｒ２は、円柱状を呈する。第二回転ローラＲ２，Ｒ２は、駆動装置に接続されており、第二回転ローラＲ２の軸心周りに正逆回転可能になっている。第二回転ローラＲ２，Ｒ２は、他方の筒状金属部材１の外周面１ｂと接触している。第二回転ローラＲ２，Ｒ２は同じ高さ位置において、離間して配置されている。
The second rotating rollers R2 and R2 have a cylindrical shape. The second rotating rollers R2 and R2 are connected to a driving device, and can rotate forward and backward around the axis of the second rotating roller R2. The second rotating rollers R2 and R2 are in contact with the outer
回転装置Ｒは、第一回転ローラＲ１，Ｒ１及び第二回転ローラＲ２，Ｒ２が各軸心周りに一方向（例えば、右回り）に回転することにより、当該回転力が筒状金属部材１，１に伝達され、筒状金属部材１，１が筒状金属部材１の軸心周りに他方向（左回り）に回転するように構成されている。
In the rotating device R, the first rotating rollers R1 and R1 and the second rotating rollers R2 and R2 rotate in one direction (for example, clockwise) around each axis, so that the rotational force is applied to the
外側本接合工程では、まず、回転装置Ｒ上に筒状金属部材１，１を配置した後、右回転させた本接合用回転ツールＦを降下させて、外側枠状補助部材１１の外周面１１ａから攪拌ピンＦ２を所定の深さで挿入する。そして、本接合用回転ツールＦの位置は固定した状態で、回転装置Ｒを駆動させて筒状金属部材１，１を軸心周りに回転させる。これにより、図５の（ｂ）に示すように、第一突合せ部Ｊ１が摩擦攪拌される。
In the outer main joining step, first, the
外側本接合工程では、外側枠状補助部材１１を貫通させ攪拌ピンＦ２の先端を筒状金属部材１，１に接触させる。外側本接合工程では、筒状金属部材１，１及び外側枠状補助部材１１に回転した攪拌ピンＦ２のみを挿入し、外側枠状補助部材１１と連結部Ｆ１とは離間させつつ相対移動させる。言い換えると、攪拌ピンＦ２の基端部は露出させた状態で摩擦攪拌接合を行う。本接合用回転ツールＦの移動軌跡には摩擦攪拌された金属が硬化することにより外側塑性化領域Ｗ１が形成される。
In the outer main joining step, the outer frame-shaped
外側塑性化領域Ｗ１は、一定の深さで形成される。外側塑性化領域Ｗ１の始端と終端とはオーバーラップするように設定することが好ましい。これにより、第一突合せ部Ｊ１の全長を確実に摩擦攪拌することができる。 The outer plasticizing region W1 is formed with a certain depth. It is preferable to set the start end and the end of the outer plasticizing region W1 to overlap. As a result, the entire length of the first butting portion J1 can be reliably frictionally stirred.
なお、本接合用回転ツールＦの挿入深さは、本接合用回転ツールＦが筒状金属部材１，１に接触せず、外側枠状補助部材１１にのみ接触するように設定してもよい。この場合は、攪拌ピンＦ２と外側枠状補助部材１１との接触によって生じた摩擦熱で、筒状金属部材１，１が塑性流動化されることにより第一突合せ部Ｊ１が接合される。
The insertion depth of the main joining rotary tool F may be set so that the main joining rotary tool F does not contact the
また、本接合用回転ツールＦを離脱させる際には、本接合用回転ツールＦと外側枠状補助部材１１及び筒状金属部材１，１とを相対的に移動させつつ、攪拌ピンＦ２を外側枠状補助部材１１から徐々に引き抜くようにしてもよい。本接合用回転ツールＦの形状、回転数や送り速度等の条件にもよるが、抜き跡の深さを細かく調整することが可能である。また、本実施形態では回転装置Ｒを用いたが、他の装置を用いて筒状金属部材１，１を回転させてもよいし、ロボットアームの先端に本接合用回転ツールＦを取り付けて、固定された筒状金属部材１，１周りに本接合用回転ツールＦを移動させてもよい。
Further, when the main welding rotary tool F is detached, the stirring pin F2 is moved outward while the main welding rotary tool F, the outer frame-shaped
切除工程は、筒状金属部材１の外周面１ｂから突出する外側枠状補助部材１１を切除する工程である。図６の（ａ）に示すように、外側本接合工程を行うと、外側枠状補助部材１１の外周面１１ａには凹溝１２が形成されるとともに、凹溝１２の周囲にバリＶが形成される。本実施形態では、ショルダ部で塑性流動化した金属を押さえないで外側本接合工程を行うため、摩擦攪拌によって形成される凹溝１２が深くなる傾向にあるとともにバリＶが多く発生しやすい。
The cutting process is a process of cutting the outer frame-shaped
外側本接合工程によって形成される凹溝１２の底面１２ａは、筒状金属部材１の外周面１ｂよりも上方に位置している。外側枠状補助部材１１の厚さや形状等は、外側本接合工程によって形成された凹溝１２の底面１２ａが筒状金属部材１の外周面１ｂよりも上方に位置するように設定することが好ましい。
The bottom surface 12 a of the concave groove 12 formed by the outer main joining process is located above the outer
切除工程は、本実施形態では、外側枠状補助部材１１、バリＶ及び溶接金属Ｗ０を切除する。切除工程では、図６の（ａ）に示すように、筒状金属部材１の外周面１ｂを含む基準面に沿って、外側枠状補助部材１１、バリＶ及び溶接金属Ｗ０を切除する。これにより、図６の（ｂ）に示すように、筒状金属部材１の外周面１ｂと外側塑性化領域Ｗ１の表面とは面一になる。
In the cutting process, in this embodiment, the outer frame-shaped
なお、切除工程では、筒状金属部材１の外周面１ｂを含む基準面よりも上方（凹溝１２側）の位置で切除してもよい。つまり、切除工程では、筒状金属部材１の外周面１ｂから突出する外側枠状補助部材１１の一部を切除するだけでもよい。また、切除工程は省略してもよい。
In the cutting step, the
以上説明した本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、筒状金属部材１，１及び外側枠状補助部材１１の両方、又は、外側枠状補助部材１１のみに攪拌ピンＦ２のみを接触した状態で摩擦攪拌を行うため、従来の方法よりも筒状金属部材１，１に作用する押圧力を低減することができる。これにより、筒状金属部材１，１の内側に塑性流動化した金属が流出するのを防ぐことができる。また、本接合用回転ツールＦを挿入する側に枠状補助部材を設けることにより、摩擦攪拌による金属不足を補うことができる。
In the friction stir welding method according to the present embodiment described above, both the
また、切除工程を行うことで、筒状金属部材１，１の外周面１ｂ，１ｂを平滑にすることができる。また、外側本接合工程を行う前に、外側枠状補助部材１１と筒状金属部材１，１とを仮接合することで、筒状金属部材１，１に対して外側枠状補助部材１１が固定されるため、外側本接合工程を安定して行うことができる。
Moreover, the outer
以上本発明の第一実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、第一実施形態では筒状金属部材１、１は円筒状を呈する部材であったが、他の形状であってもよい。
While the first embodiment of the present invention has been described above, design changes can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, in the first embodiment, the
［変形例］
図７の（ａ）及び（ｂ）に示す第一実施形態の変形例では、筒状金属部材１Ａ，１Ａが矩形筒状を呈する。また、外側枠状補助部材１１Ａも矩形枠状を呈する。外側枠状補助部材１１Ａの内周面１１Ａｂは、筒状金属部材１Ａの外周面と面接触するようになっている。
[Modification]
In the modification of the first embodiment shown in FIGS. 7A and 7B, the
第一実施形態の変形例では、第一実施形態と同じ要領で突合せ工程と、仮接合工程と、外側本接合工程と、切除工程とを行う。図７の（ｂ）に示すように、外側本接合工程では、外側枠状補助部材１１Ａの外周面１１Ａａから本接合用回転ツールＦを挿入して、本接合用回転ツールＦを直線状に相対移動させて、第一突合せ部に対して摩擦攪拌を行う。当該変形例でも、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。
In the modified example of the first embodiment, a butt process, a temporary joining process, an outer main joining process, and a cutting process are performed in the same manner as the first embodiment. As shown in FIG. 7B, in the outer main joining step, the main welding rotating tool F is inserted from the outer peripheral surface 11Aa of the outer frame-shaped
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、筒状金属部材１，１が突き合わされる部位に凹部を設ける点で第一実施形態と相違する。
[Second Embodiment]
Next, the friction stir welding method according to the second embodiment of the present invention will be described. The friction stir welding method according to the second embodiment is different from the first embodiment in that a recess is provided at a portion where the
図８の（ａ）に示すように、筒状金属部材１，１は円筒状を呈する。筒状金属部材１，１の端部の外側には、段差部１０がそれぞれ形成されている。段差部１０は、段差端面１０ａと、段差端面１０ａに対して垂直な段差周面１０ｂとで形成されている。図８の（ｂ）に示すように、筒状金属部材１，１の端面１ａ，１ａ同士を突き合わせると突合せ部Ｊ１が形成される。また、段差部１０，１０が突き合わされることにより、凹部３０が形成される。凹部３０は、筒状金属部材１，１の外側において、周方向に亘って形成される。
As shown in FIG. 8A, the
外側枠状補助部材（枠状補助部材）２１は、円筒状の金属部材である。外側枠状補助部材２１の材料は特に制限されないが、本実施形態のように筒状金属部材１と同等であることが好ましい。外側枠状補助部材２１の内周面２１ｂは、段差周面１０ｂと面接触するようになっている。外側枠状補助部材２１の板厚は一定になっている。
The outer frame-shaped auxiliary member (frame-shaped auxiliary member) 21 is a cylindrical metal member. The material of the outer frame-shaped
第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ工程と、仮接合工程と、外側本接合工程と、切除工程と、補修工程とを行う。 In the friction stir welding method according to the second embodiment, a butt process, a temporary bonding process, an outer main bonding process, a cutting process, and a repairing process are performed.
突合せ工程は、図９に示すように、筒状金属部材１，１の端面１ａ，１ａ同士を突き合わせるとともに、第一突合せ部Ｊ１の外周に形成された凹部３０に外側枠状補助部材２１を配置して第一突合せ部Ｊ１を覆う工程である。つまり、筒状金属部材１，１の端面１ａ，１ａ同士を突き合わせる際に、外側枠状補助部材２１は凹部３０に挟み込まれるように配置される。
As shown in FIG. 9, the butting step butts the end faces 1 a, 1 a of the
突合せ工程により、筒状金属部材１，１の外周面１ｂ，１ｂが同一面上に位置するとともに内周面１ｃ，１ｃが面一になる。また、凹部３０の底面を構成する段差周面１０ｂ，１０ｂと外側枠状補助部材２１の内周面２１ｂとが面接触する。また、凹部３０の側壁を構成する段差端面１０ａ，１０ａと外側枠状補助部材２１の側面２１ｃ，２１ｃとが面接触する。つまり、外側枠状補助部材２１は、凹部３０に隙間なく配置される。
By the butting process, the outer
外側枠状補助部材２１の厚さは、凹部３０の深さよりも大きくなっている。外側枠状補助部材２１の厚さは、本実施形態では、凹部３０の深さの２倍程度になっている。
The thickness of the outer frame-shaped
仮接合工程は、図９に示すように、筒状金属部材１，１と外側枠状補助部材２１とを仮接合する工程である。筒状金属部材１，１と外側枠状補助部材２１との接合方法は特に制限されないが、本実施形態では溶接で接合している。筒状金属部材１，１と外側枠状補助部材２１との入隅部には、溶接金属Ｗ０，Ｗ０が形成される。仮接合工程によって、筒状金属部材１，１に対して外側枠状補助部材２１が固定される。
The temporary joining step is a step of temporarily joining the
外側本接合工程は、図１０に示すように、本接合用回転ツールＦを用いて第一突合せ部Ｊ１の外側から摩擦攪拌を行う工程である。外側本接合工程では、本接合用回転ツールＦを外側枠状補助部材２１の外周面２１ａから所定の深さで挿入する。そして、外側枠状補助部材２１対して本接合用回転ツールＦを相対移動させて第一突合せ部Ｊ１の全長を摩擦攪拌する。第二実施形態に係る外側本接合工程は、第一実施形態に係る外側本接合工程と略同等であるため詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 10, the outer main joining step is a step of performing friction stirring from the outside of the first butting portion J1 using the main welding rotating tool F. In the outer main joining step, the main joining rotary tool F is inserted from the outer
切除工程は、筒状金属部材１の外周面１ｂから突出する外側枠状補助部材２１を切除する工程である。図１１の（ａ）に示すように、外側本接合工程を行うと、外側枠状補助部材２１の外周面２１ａには凹溝２２が形成されるとともに、凹溝２２の周囲にバリＶが形成される。本実施形態では、ショルダ部で塑性流動化した金属を押さえないで外側本接合工程を行うため、摩擦攪拌によって形成される凹溝２２が深くなる傾向にあるとともにバリＶが多く発生しやすい。
The cutting step is a step of cutting the outer frame-shaped
外側本接合工程によって形成される凹溝２２の底面２２ａは、筒状金属部材１の外周面１ｂよりも上方に位置している。外側枠状補助部材２１の厚さや形状等は、外側本接合工程によって形成された凹溝２２の底面２２ａが筒状金属部材１の外周面１ｂよりも上方に位置するように設定することが好ましい。
The bottom surface 22 a of the concave groove 22 formed by the outer main joining process is located above the outer
切除工程は、本実施形態では、外側枠状補助部材２１、バリＶ及び溶接金属Ｗ０を切除する。切除工程では、図１１の（ａ）に示すように、筒状金属部材１の外周面１ｂを含む基準面に沿って、外側枠状補助部材２１、バリＶ及び溶接金属Ｗ０を切除する。これにより、図１１の（ｂ）に示すように、筒状金属部材１の外周面１ｂ、切除後の外側枠状補助部材２１の表面及び切除後の外側塑性化領域Ｗ１の表面は面一になる。
In the cutting process, in this embodiment, the outer frame-shaped
なお、切除工程では、筒状金属部材１の外周面１ｂを含む基準面よりも上方（凹溝２２側）の位置で切除してもよい。つまり、切除工程では、筒状金属部材１の外周面１ｂから突出する外側枠状補助部材２１の一部を切除するだけでもよい。また、切除工程は省略してもよい。切除工程を行うと、外側枠状補助部材２１の側面２１ｃと筒状金属部材１，１とがそれぞれ突き合わされた一対の第二突合せ部Ｊ２，Ｊ２が露出する。
In the excision process, the
補修工程は、第二突合せ部Ｊ２，Ｊ２に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。図１２に示すように、補修工程では、小型回転ツールＨを用いて第二突合せ部Ｊ２，Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う。小型回転ツールＨは、ショルダ部とショルダ部に突設された攪拌ピンとで構成されている。 The repair process is a process of performing friction stir welding on the second butted portions J2 and J2. As shown in FIG. 12, in the repairing process, friction agitation is performed on the second butted portions J2 and J2 using a small rotary tool H. The small rotary tool H includes a shoulder portion and a stirring pin protruding from the shoulder portion.
補修工程では、前記した回転装置Ｒ（図５参照）を用いて、筒状金属部材１，１を軸心周りに回転させながら摩擦攪拌を行う。補修工程では、第二突合せ部Ｊ２に小型回転ツールＨのショルダ部を数ミリ程度押込んだ後、小型回転ツールＨの位置は固定した状態で、筒状金属部材１，１を軸心周りに回転させる。これにより、第二突合せ部Ｊ２，Ｊ２の周方向の全体が摩擦攪拌される。小型回転ツールＨの移動軌跡には塑性化領域Ｗ２，Ｗ２が形成される。補修工程では、第二突合せ部Ｊ２の深さ方向の全体が摩擦攪拌されることが好ましい。これにより、水密性及び気密性を高めることができる。なお、補修工程は省略してもよい。
In the repair process, friction stirring is performed using the rotating device R (see FIG. 5) while rotating the
以上説明した第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によっても第一実施形態と略同等の効果を得ることができる。また、凹部３０を設けることにより、筒状金属部材１，１に対する外側枠状補助部材２１の位置決めを容易に行うことができるとともに、外側本接合工程を安定して行うことができる。また、本実施形態では、凹部３０に外側枠状補助部材２１を配置するとともに仮接合工程を行うため、より安定して外側本接合工程を行うことができる。
The effect substantially equivalent to 1st embodiment can be acquired also by the friction stir welding method which concerns on 2nd embodiment demonstrated above. Moreover, by providing the recessed
また、補修工程を行うことで、外側枠状補助部材２１と筒状金属部材１，１とが突き合わされて形成された第二突合せ部Ｊ２，Ｊ２が摩擦攪拌される。これにより、筒状金属部材１，１の水密性及び気密性を向上させることができる。また、本実施形態のように仮接合工程を溶接によって行う場合、切除工程を行った後に筒状金属部材１の外周面１ｂが変色していたり、改質したりする場合があるが、補修工程を行うことでこれらの変色箇所や改質箇所等の接合痕を補修することができる。
Further, by performing the repairing process, the second butted portions J2 and J2 formed by abutting the outer frame-shaped
以上本発明の第二実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、第二実施形態では筒状金属部材１，１は円筒状を呈する部材であったが、他の形状であってもよい。
Although the second embodiment of the present invention has been described above, design changes can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, in the second embodiment, the
［変形例］
図１３の（ａ）及び（ｂ）に示す第二実施形態の変形例では、筒状金属部材１Ｂ，１Ｂが矩形筒状を呈する。筒状金属部材１Ｂ，１Ｂの端部の外側には、段差部１０Ｂ，１０Ｂがそれぞれ形成されている。段差部１０Ｂは、段差端面１０Ｂａと、段差端面１０Ｂａに対して垂直な段差周面１０Ｂｂとで形成されている。具体的な図示は省略するが、筒状金属部材１Ｂ，１Ｂの端面１Ｂａ，１Ｂａ同士を突き合わせると突合せ部が形成されるとともに、凹部が形成される。
[Modification]
In the modification of the second embodiment shown in FIGS. 13A and 13B, the
外側枠状補助部材２１Ａも矩形枠状を呈する。外側枠状補助部材２１Ａは、筒状金属部材１Ｂ，１Ｂが突き合わされて形成された凹部に配置される。具体的には、筒状金属部材１Ｂ，１Ｂの端面１Ｂａ，１Ｂａ同士を突き合わせる際に、外側枠状補助部材２１Ａは凹部に挟み込まれるように配置される。外側枠状補助部材２１Ａの厚さは、当該凹部の深さよりも大きくなっている。外側枠状補助部材２１Ａの内周面２１Ａｂは、凹部の底面（段差周面１０Ｂｂ，１０Ｂｂ）と面接触するようになっている。
The outer frame-shaped
第二実施形態の変形例では、第二実施形態と同じ要領で突合せ工程と、仮接合工程と、外側本接合工程と、切除工程と、補修工程とを行う。図１３の（ｂ）に示すように、外側本接合工程では、外側枠状補助部材２１Ａの外周面２１Ａａから本接合用回転ツールＦを挿入して、本接合用回転ツールＦを直線状に相対移動させて、第一突合せ部に対して摩擦攪拌を行う。当該変形例でも、第二実施形態と略同等の効果を奏することができる。
In the modification of the second embodiment, a butt process, a temporary joining process, an outer main joining process, an excision process, and a repair process are performed in the same manner as the second embodiment. As shown in FIG. 13B, in the outer main joining step, the main welding rotating tool F is inserted from the outer peripheral surface 21Aa of the outer frame-shaped
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、内側枠状補助部材３１を用いて筒状金属部材１，１の内側から接合する点で第一実施形態と相違する。
[Third embodiment]
Next, the friction stir welding method according to the third embodiment of the present invention will be described. The friction stir welding method according to the third embodiment is different from the first embodiment in that the inner frame-shaped
図１４に示すように、筒状金属部材１，１は第一実施形態と同等である。内側枠状補助部材３１は、円筒状の金属部材である。内側枠状補助部材３1の材料は特に制限されないが、本実施形態のように筒状金属部材１と同等であることが好ましい。内側枠状補助部材３１の外径は、筒状金属部材１の内径と略同等になっている。内側枠状補助部材３１の板厚は一定になっている。
As shown in FIG. 14, the
第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ工程と、仮接合工程と、内側本接合工程と、切除工程とを行う。 In the friction stir welding method according to the third embodiment, a butt process, a temporary bonding process, an inner main bonding process, and a cutting process are performed.
突合せ工程は、図１５に示すように、筒状金属部材１，１の端面１ａ，１ａ同士を突き合わせるとともに、第一突合せ部Ｊ１の内周に内側枠状補助部材３１を配置して第一突合せ部Ｊ１を覆う工程である。
As shown in FIG. 15, the butting process is performed by first butting the end faces 1 a and 1 a of the
突合せ工程により、筒状金属部材１，１の外周面１ｂ，１ｂが面一になるとともに内周面１ｃ，１ｃが面一になる。また、筒状金属部材１，１の内周面１ｃ，１ｃと内側枠状補助部材３１の外周面３１ａとが面接触する。
By the butting process, the outer
仮接合工程は、図１５に示すように、筒状金属部材１，１と内側枠状補助部材３１とを仮接合する工程である。筒状金属部材１，１と内側枠状補助部材３１との接合方法は特に制限されないが、本実施形態では溶接で接合している。筒状金属部材１，１と内側枠状補助部材３１との入隅部には、溶接金属Ｗ０，Ｗ０が形成される。仮接合工程によって、筒状金属部材１，１に対して内側枠状補助部材３１が固定される。
The temporary joining step is a step of temporarily joining the
内側本接合工程は、図１６に示すように、本接合用回転ツールＦを用いて第一突合せ部Ｊ１の内側から摩擦攪拌する工程である。内側本接合工程では、本接合用回転ツールＦを用いて第一突合せ部Ｊ１の内側から摩擦攪拌を行う工程である。具体的な図示は省略するが、例えば、ロボットアームの先端に本接合用回転ツールＦを取り付けておき、ロボットアームを筒状金属部材１の開口部から挿入することによって、第一突合せ部Ｊ１の内側から摩擦攪拌を行うことができる。内側本接合工程では、本接合用回転ツールＦを内側枠状補助部材３１の内周面３１ｂから所定の深さで挿入する。内側本接合工程の本接合用回転ツールＦの挿入深さは、本接合用回転ツールＦが内側枠状補助部材３１及び筒状金属部材１，１の両方に接触するように設定しているが、本接合用回転ツールＦが内側枠状補助部材３１のみに接触するように設定してもよい。
As shown in FIG. 16, the inner main joining step is a step of friction stirring from the inner side of the first abutting portion J <b> 1 using the main welding rotary tool F. The inner main joining step is a step of performing frictional stirring from the inner side of the first butting portion J1 using the main welding rotating tool F. Although not specifically illustrated, for example, by attaching the main welding rotary tool F to the tip of the robot arm and inserting the robot arm through the opening of the
そして、内側枠状補助部材３１に対して本接合用回転ツールＦを相対移動させて第一突合せ部Ｊ１の全長を摩擦攪拌する。本接合用回転ツールＦの移動軌跡には内側塑性化領域Ｗ３が形成される。
Then, the main rotating tool F is moved relative to the inner frame-shaped
図１７に示すように、第三実施形態では回転装置Ｒを用いて摩擦攪拌を行う。第三実施形態に係る内側本接合工程は、筒状金属部材１，１の内側から摩擦攪拌を行うことを除いては第一実施形態に係る外側本接合工程と略同等であるため詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 17, in the third embodiment, friction stirring is performed using a rotating device R. The inner main joining process according to the third embodiment is substantially the same as the outer main joining process according to the first embodiment except that the friction stir is performed from the inside of the
切除工程は、筒状金属部材１の内周面１ｃから突出する内側枠状補助部材３１を切除する工程である。図１８の（ａ）に示すように、内側本接合工程を行うと、内側枠状補助部材３１の内周面３１ｂには凹溝３２が形成されるとともに、凹溝３２の周囲にバリＶが形成される。本実施形態では、ショルダ部で塑性流動化した金属を押さえないで内側本接合工程を行うため、摩擦攪拌によって形成される凹溝３２が深くなる傾向にあるとともにバリＶが多く発生しやすい。
The cutting step is a step of cutting the inner frame-shaped
内側本接合工程によって形成される凹溝３２の底面３２ａは、筒状金属部材１の内周面１ｃよりも上方に位置している。内側枠状補助部材３１の厚さや形状等は、内側本接合工程によって形成された凹溝３２の底面３２ａが筒状金属部材１の内周面１ｃよりも上方に位置するように設定することが好ましい。
The bottom surface 32 a of the concave groove 32 formed by the inner main joining process is located above the inner
切除工程は、本実施形態では、内側枠状補助部材３１、バリＶ及び溶接金属Ｗ０を切除する。切除工程では、図１８の（ａ）に示すように、筒状金属部材１の内周面１ｃを含む基準面に沿って、内側枠状補助部材３１、バリＶ及び溶接金属Ｗ０を切除する。これにより、図１８の（ｂ）に示すように、筒状金属部材１の内周面１ｃと内側塑性化領域Ｗ３の表面とは面一になる。
In the cutting process, in this embodiment, the inner frame-shaped
なお、切除工程では、筒状金属部材１の内周面１ｃを含む基準面よりも上方（凹溝３２側）の位置で切除してもよい。つまり、切除工程では、筒状金属部材１の内周面１ｃから突出する内側枠状補助部材３１の一部を切除するだけでもよい。また、切除工程は省略してもよい。
In the excision process, the
以上説明した本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、筒状金属部材１，１及び内側枠状補助部材３１の両方、又は、内側枠状補助部材３１のみに攪拌ピンＦ２のみを接触した状態で摩擦攪拌を行うため、従来の方法よりも筒状金属部材１，１に作用する押圧力を低減することができる。これにより、筒状金属部材１，１の外側に塑性流動化した金属が流出するのを防ぐことができる。また、本接合用回転ツールＦを挿入する側に枠状補助部材を設けることにより、摩擦攪拌による金属不足を補うことができる。
In the friction stir welding method according to the present embodiment described above, both the
また、切除工程を行うことで、筒状金属部材１，１の内周面１ｃ，１ｃを平滑にすることができる。また、内側本接合工程を行う前に、内側枠状補助部材３１と筒状金属部材１，１とを仮接合することで、筒状金属部材１，１に対して内側枠状補助部材３１が固定されるため、内側本接合工程を安定して行うことができる。
Moreover, the internal
以上本発明の第三実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、第三実施形態では筒状金属部材１，１は円筒状を呈する部材であったが、他の形状であってもよい。具体的な図示は省略するが、図７を参照するように、第三実施形態に係る摩擦攪拌接合の筒状金属部材１，１及び内側枠状補助部材３１を矩形筒状としてもよい。
Although the third embodiment of the present invention has been described above, design changes can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, in the third embodiment, the
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、筒状金属部材１，１が突き合わされる部位に凹部を設ける点で第三実施形態と相違する。
[Fourth embodiment]
Next, a friction stir welding method according to a fourth embodiment of the present invention will be described. The friction stir welding method according to the fourth embodiment is different from the third embodiment in that a recess is provided in a portion where the
図１９の（ａ）に示すように、筒状金属部材１，１は円筒状を呈する。筒状金属部材１，１の端部の内側には、段差部４０がそれぞれ形成されている。段差部４０は、段差端面４０ａと、段差端面４０ａに対して垂直な段差周面４０ｂとで形成されている。図１９の（ｂ）に示すように、筒状金属部材１，１の端面１ａ，１ａ同士を突き合わせると、突合せ部Ｊ１が形成される。また、段差部４０，４０が突き合わされることにより、凹部４２が形成される。凹部４２は、筒状金属部材１，１の内側において、周方向に亘って形成される。
As shown in FIG. 19A, the
内側枠状補助部材（枠状補助部材）４１は、円筒状の金属部材である。内側枠状補助部材４１の材料は特に制限されないが、本実施形態のように筒状金属部材１と同等であることが好ましい。内側枠状補助部材４１の外周面４１ａは、段差周面４０ｂと面接触するようになっている。内側枠状補助部材４１の板厚は一定になっている。
The inner frame-shaped auxiliary member (frame-shaped auxiliary member) 41 is a cylindrical metal member. The material of the inner frame
第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ工程と、仮接合工程と、内側本接合工程と、切除工程と、補修工程とを行う。 In the friction stir welding method according to the fourth embodiment, a butt process, a temporary bonding process, an inner main bonding process, a cutting process, and a repairing process are performed.
突合せ工程は、図１９に示すように、筒状金属部材１，１の端面１ａ，１ａ同士を突き合わせるとともに、第一突合せ部Ｊ１の内周に形成された凹部４２に内側枠状補助部材４１を配置して第一突合せ部Ｊ１を覆う工程である。つまり、筒状金属部材１，１の端面１ａ，１ａ同士を突き合わせる際に、内側枠状補助部材４１は凹部４２に挟み込まれるように配置される。
As shown in FIG. 19, the butting step butts the end faces 1 a, 1 a of the
突合せ工程により、筒状金属部材１，１の外周面１ｂ，１ｂが面一になるとともに内周面１ｃ，１ｃが同一面上に位置する。また、図２０に示すように、凹部４２の底面を構成する段差周面４０ｂ，４０ｂと内側枠状補助部材４１の外周面４１ａとが面接触する。また、凹部４２の側壁を構成する段差端面４０ａ，４０ａと内側枠状補助部材４１の側面４１ｃ，４１ｃとが面接触する。
By the butting process, the outer
仮接合工程は、図２０に示すように、筒状金属部材１，１と内側枠状補助部材４１とを仮接合する工程である。筒状金属部材１，１と内側枠状補助部材４１との接合方法は特に制限されないが、本実施形態では溶接で接合している。筒状金属部材１，１と内側枠状補助部材４１との入隅部には、溶接金属Ｗ０，Ｗ０が形成される。仮接合工程によって、筒状金属部材１，１に対して内側枠状補助部材４１が固定される。
The temporary joining step is a step of temporarily joining the
内側本接合工程は、図２１に示すように、本接合用回転ツールＦを用いて第一突合せ部Ｊ１の内側から摩擦攪拌を行う工程である。内側本接合工程では、本接合用回転ツールＦを内側枠状補助部材４１の内周面４１ｂから所定の深さで挿入する。そして、内側枠状補助部材４１に対して本接合用回転ツールＦを相対移動させて第一突合せ部Ｊ１の全長を摩擦攪拌する。第四実施形態に係る内側本接合工程は、第三実施形態に係る内側本接合工程と略同等であるため詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 21, the inner main joining step is a step of performing frictional stirring from the inner side of the first butting portion J1 using the main welding rotating tool F. In the inner main joining step, the main joining rotary tool F is inserted from the inner
切除工程は、本実施形態では、内側枠状補助部材４１、バリＶ及び溶接金属Ｗ０を切除する。切除工程では、図２１に示すように、筒状金属部材１の内周面１ｃを含む基準面に沿って、内側枠状補助部材４１、バリＶ及び溶接金属Ｗ０を切除する。これにより、図２２に示すように、筒状金属部材１の内周面１ｃと内側塑性化領域Ｗ３の表面とは面一になる。
In the cutting process, in this embodiment, the inner frame-shaped
なお、切除工程では、筒状金属部材１の内周面１ｃを含む基準面よりも上方の位置で切除してもよい。つまり、切除工程では、筒状金属部材１の内周面１ｃから突出する内側枠状補助部材４１の一部を切除するだけでもよい。また、切除工程は省略してもよい。
In the excision process, the
補修工程は、第二突合せ部Ｊ２，Ｊ２に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。本実施形態では、第二実施形態の補修工程とは異なり、図２２に示すように、小型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２のみを第二突合せ部Ｊ２，Ｊ２に接触させた状態で摩擦攪拌を行う。本実施形態では、筒状金属部材１の内周面１ｃにおける第二突合せ部Ｊ２，Ｊ２に対して摩擦攪拌を行うため、仮に小型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１を筒状金属部材１の内周面１ｃに接触させると小型回転ツールＧと筒状金属部材１との相対移動が阻害されて、摩擦攪拌を円滑に実行できなくなるおそれがある。なお、小型回転ツールＧに替えて本接合用回転ツールＦを用いて、攪拌ピンＦ２のみを第二突合せ部Ｊ２，Ｊ２に接触させた状態で補修工程を行ってもよい。
The repair process is a process of performing friction stir welding on the second butted portions J2 and J2. In the present embodiment, unlike the repair process of the second embodiment, as shown in FIG. 22, the friction stir is performed with only the stirring pin G2 of the small rotary tool G in contact with the second butting portions J2 and J2. . In the present embodiment, the frictional stirring is performed on the second butted portions J <b> 2 and J <b> 2 on the inner
以上説明した第四実施形態に係る摩擦攪拌接合によっても第三実施形態と略同等の効果を得ることができる。また、凹部４２を設けることにより、筒状金属部材１，１に対する内側枠状補助部材４１の位置決めを容易に行うことができるとともに、内側本接合工程を安定して行うことができる。また、本実施形態では、凹部４２に内側枠状補助部材４１を配置するとともに仮接合工程を行うため、より安定して内側本接合工程を行うことができる。
Also by the friction stir welding according to the fourth embodiment described above, substantially the same effect as that of the third embodiment can be obtained. Moreover, by providing the recessed
また、補修工程を行うことで、内側枠状補助部材４１と筒状金属部材１，１とが突き合わされて形成された第二突合せ部Ｊ２，Ｊ２が摩擦攪拌される。これにより、筒状金属部材１，１の水密性及び気密性を向上させることができる。また、本実施形態のように仮接合工程を溶接によって行う場合、切除工程を行うと筒状金属部材１の内周面１ｃが変色していたり、改質したりする場合があるが、補修工程を行うことでこれらの変色箇所や改質箇所等の接合痕を補修することができる。
Further, by performing the repairing process, the second butted portions J2 and J2 formed by abutting the inner frame-shaped
以上本発明の第四実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、第四実施形態では筒状金属部材１，１は円筒状を呈する部材であったが、他の形状であってもよい。具体的な図示は省略するが、図１３を参照するように、第四実施形態に係る摩擦攪拌接合の筒状金属部材１，１及び内側枠状補助部材４１を矩形筒状としてもよい。
Although the fourth embodiment of the present invention has been described above, design changes can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, in the fourth embodiment, the
［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法は、筒状金属部材１，１の外側及び内側の両方から第一突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う点で第一実施形態と相違する。第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、特徴的な部分を中心に説明する。
[Fifth embodiment]
Next, a friction stir welding method according to the fifth embodiment of the present invention will be described. The friction stir welding method according to the fifth embodiment is different from the first embodiment in that friction stir welding is performed on the first butted portion J1 from both the outside and the inside of the
第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ工程と、仮接合工程と、外側本接合工程と、内側本接合工程と、切除工程とを行う。 In the friction stir welding method according to the fifth embodiment, a butt process, a temporary bonding process, an outer main bonding process, an inner main bonding process, and a cutting process are performed.
突合せ工程では、図２３に示すように、筒状金属部材１，１の端面１ａ，１ａ同士を突き合わせる。また、突合せ工程では、第一突合せ部Ｊ１の外側に外側枠状補助部材１１を配置するとともに、内側に内側枠状補助部材３１を配置する。
In the butting process, as shown in FIG. 23, the end surfaces 1a and 1a of the
仮接合工程では、筒状金属部材１，１と外側枠状補助部材１１とを溶接で仮接合する。また、仮接合工程では、筒状金属部材１，１と内側枠状補助部材３１とを溶接で仮接合する。
In the temporary joining step, the
外側本接合工程は、第一実施形態に係る外側本接合工程と略同等である。外側本接合工程によって、外側塑性化領域Ｗ１が形成される。 The outer main bonding process is substantially the same as the outer main bonding process according to the first embodiment. The outer plasticizing region W1 is formed by the outer main joining process.
内側本接合工程は、第三実施形態に係る内側本接合工程と略同等である。内側本接合工程によって、内側塑性化領域Ｗ３が形成される。内側本接合工程では、本接合用回転ツールＦの挿入深さを、その先端が外側塑性化領域Ｗ１に入り込むように設定する。これにより、外側塑性化領域Ｗ１と内側塑性化領域Ｗ３とが重複する。 The inner main joining step is substantially equivalent to the inner main joining step according to the third embodiment. The inner plasticizing region W3 is formed by the inner main joining step. In the inner main joining process, the insertion depth of the main welding rotary tool F is set so that the tip thereof enters the outer plasticizing region W1. Thereby, the outer plasticizing region W1 and the inner plasticizing region W3 overlap.
切除工程では、筒状金属部材１の外周面１ｂら突出する外側枠状補助部材１１を切除するとともに、筒状金属部材１の内周面１ｃから突出する内側枠状補助部材３１を切除する工程である。
In the cutting process, the outer frame
以上説明した第五実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によれば、外側塑性化領域Ｗ１と内側塑性化領域Ｗ３とを重複させることができるため、第一突合せ部Ｊ１の深さ方向の全体が摩擦攪拌される。これにより、筒状金属部材１，１の水密性及び気密性を高めることができる。
According to the friction stir welding method according to the fifth embodiment described above, the outer plasticized region W1 and the inner plasticized region W3 can be overlapped, so that the entire depth direction of the first butted portion J1 is frictional. Stir. Thereby, the watertightness and airtightness of the
また、外側本接合工程及び内側本接合工程は、どちらを先に行ってもよい。第五実施形態では、外側本接合工程を行うときは、内側枠状補助部材３１が裏当て材として機能する。また、内側本接合工程を行うときは、外側枠状補助部材１１が裏当て材として機能する。
In addition, either the outer main bonding step or the inner main bonding step may be performed first. In the fifth embodiment, when the outer main joining step is performed, the inner frame-shaped
［第六実施形態］
次に、本発明の第六実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。第六実施形態に係る摩擦攪拌接合方法は、筒状金属部材１，１の突合せ部Ｊ１に凹部３０，４２を設けるとともに、当該凹部３０に外側枠状補助部材２１を配置し、当該凹部４２に内側枠状補助部材４１を配置する点で第五実施形態と相違する。第六実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、特徴的な部分を中心に説明する。
[Sixth embodiment]
Next, a friction stir welding method according to the sixth embodiment of the present invention will be described. In the friction stir welding method according to the sixth embodiment, the
第六実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ工程と、仮接合工程と、外側本接合工程と、内側本接合工程と、切除工程と、補修工程とを行う。 In the friction stir welding method according to the sixth embodiment, a butt process, a temporary bonding process, an outer main bonding process, an inner main bonding process, an excision process, and a repair process are performed.
突合せ工程では、図２４に示すように、筒状金属部材１，１の端面同士を突き合わせる。また、突合せ工程では、第一突合せ部Ｊ１の外側に形成された凹部３０に外側枠状補助部材２１を配置するとともに、内側に形成された凹部４２に内側枠状補助部材４１を配置する。
In the butting process, as shown in FIG. 24, the end faces of the
仮接合工程では、筒状金属部材１，１と外側枠状補助部材２１とを溶接で仮接合する。また、仮接合工程では、筒状金属部材１，１と内側枠状補助部材４１とを溶接で仮接合する。
In the temporary joining step, the
外側本接合工程は、第二実施形態に係る外側本接合工程と略同等である。外側本接合工程によって、外側塑性化領域Ｗ１が形成される。 The outer main bonding process is substantially the same as the outer main bonding process according to the second embodiment. The outer plasticizing region W1 is formed by the outer main joining process.
内側本接合工程は、第四実施形態に係る内側本接合工程と略同等である。内側本接合工程によって、内側塑性化領域Ｗ３が形成される。内側本接合工程では、本接合用回転ツールＦの挿入深さを、その先端が外側塑性化領域Ｗ１に入り込むように設定する。これにより、外側塑性化領域Ｗ１と内側塑性化領域Ｗ３とが重複する。 The inner main bonding process is substantially the same as the inner main bonding process according to the fourth embodiment. The inner plasticizing region W3 is formed by the inner main joining step. In the inner main joining process, the insertion depth of the main welding rotary tool F is set so that the tip thereof enters the outer plasticizing region W1. Thereby, the outer plasticizing region W1 and the inner plasticizing region W3 overlap.
切除工程では、筒状金属部材１の外周面１ｂら突出する外側枠状補助部材２１を切除するとともに、筒状金属部材１の内周面１ｃから突出する内側枠状補助部材４１を切除する工程である。
In the cutting step, the outer frame-shaped
補修工程では、切除工程によって露出する第二突合せ部Ｊ２，Ｊ２（図１２，２２参照）に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。 In the repair process, friction stir welding is performed on the second butted portions J2 and J2 (see FIGS. 12 and 22) exposed in the cutting process.
以上説明した第六実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によれば、外側塑性化領域Ｗ１と内側塑性化領域Ｗ３とを重複させることができるため、第一突合せ部Ｊ１の深さ方向の全体が摩擦攪拌される。これにより、筒状金属部材１，１の水密性及び気密性を高めることができる。また、凹部３０，４２を設けることで、外側枠状補助部材２１及び内側枠状補助部材４１の位置決めが容易となる。
According to the friction stir welding method according to the sixth embodiment described above, since the outer plasticized region W1 and the inner plasticized region W3 can be overlapped, the entire depth direction of the first butted portion J1 is frictional. Stir. Thereby, the watertightness and airtightness of the
また、外側本接合工程及び内側本接合工程は、どちらを先に行ってもよい。第六実施形態では、外側本接合工程を行うときは、内側枠状補助部材４１が裏当て材として機能する。また、内側本接合工程を行うときは、外側枠状補助部材２１が裏当て材として機能する。
In addition, either the outer main bonding step or the inner main bonding step may be performed first. In 6th embodiment, when performing an outer side final joining process, the inner side frame-shaped
１ 筒状金属部材
１ａ 端面
１ｂ 外周面
１ｃ 内周面
１０ 段差部
１１ 外側枠状補助部材
２１ 外側枠状補助部材
３１ 内側枠状補助部材
３０ 凹部
４０ 段差部
４１ 内側枠状補助部材
４２ 凹部
Ｊ１ 第一突合せ部
Ｊ２ 第二突合せ部
Ｆ 本接合用回転ツール
Ｆ１ 連結部
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｈ 小型回転ツール
Ｗ１ 外側塑性化領域
Ｗ２ 塑性化領域
Ｗ３ 内側塑性化領域
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記筒状金属部材の端面同士を突き合わせるとともに、突合せ部の外周に枠状補助部材を配置して前記突合せ部を覆う突合せ工程と、
前記枠状補助部材の外周面から回転した前記攪拌ピンを挿入し、前記枠状補助部材及び前記両筒状金属部材、又は、前記枠状補助部材のみに前記攪拌ピンのみを接触させた状態で前記突合せ部を摩擦攪拌する外側本接合工程と、を含むことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 A friction stir welding method for joining two cylindrical metal members using a rotary tool equipped with a stirring pin,
Abutting step of abutting the end faces of the cylindrical metal member and placing a frame-shaped auxiliary member on the outer periphery of the abutting part to cover the abutting part;
In a state where the stirring pin rotated from the outer peripheral surface of the frame-shaped auxiliary member is inserted and only the stirring pin is in contact with only the frame-shaped auxiliary member and both the cylindrical metal members or the frame-shaped auxiliary member. A friction stir welding method comprising: an outer main joining step of friction stir the butt portion.
前記筒状金属部材の端面同士を突き合わせるとともに、突合せ部の内周に枠状補助部材を配置して前記突合せ部を覆う突合せ工程と、
前記枠状補助部材の内周面から回転した前記攪拌ピンを挿入し、前記枠状補助部材及び前記両筒状金属部材、又は、前記枠状補助部材のみに前記攪拌ピンのみを接触させた状態で前記突合せ部を摩擦攪拌する内側本接合工程と、を含むことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 A friction stir welding method for joining two cylindrical metal members using a rotary tool equipped with a stirring pin,
While abutting the end surfaces of the cylindrical metal member, a butting step of covering the butting portion by placing a frame-shaped auxiliary member on the inner periphery of the butting portion,
The stirring pin rotated from the inner peripheral surface of the frame-shaped auxiliary member is inserted, and only the stirring pin is brought into contact with the frame-shaped auxiliary member and both the cylindrical metal members, or only the frame-shaped auxiliary member A friction stir welding method comprising: an inner main joining step of friction stir the butt portion.
前記筒状金属部材の端面同士を突き合わせるとともに、突合せ部の外周及び内周にそれぞれ枠状補助部材を配置して前記突合せ部を覆う突合せ工程と、
前記枠状補助部材の外周面から回転した前記攪拌ピンを挿入し、前記枠状補助部材及び前記両筒状金属部材、又は、前記枠状補助部材のみに前記攪拌ピンのみを接触させた状態で前記突合せ部を摩擦攪拌する外側本接合工程と、
前記枠状補助部材の内周面から回転した前記攪拌ピンを挿入し、前記枠状補助部材及び前記両筒状金属部材、又は、前記枠状補助部材のみに前記攪拌ピンのみを接触させた状態で前記突合せ部を摩擦攪拌する内側本接合工程と、を含み、
前記外側本接合工程で形成された塑性化領域と、前記内側本接合工程で形成された塑性化領域とを重複させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 A friction stir welding method for joining two cylindrical metal members using a rotary tool equipped with a stirring pin,
Abutting step of abutting the end faces of the cylindrical metal member, and placing a frame-shaped auxiliary member on the outer periphery and the inner periphery of the abutting part to cover the abutting part,
In a state where the stirring pin rotated from the outer peripheral surface of the frame-shaped auxiliary member is inserted and only the stirring pin is in contact with only the frame-shaped auxiliary member and both the cylindrical metal members or the frame-shaped auxiliary member. An outer main joining step in which the butt portion is frictionally stirred;
The stirring pin rotated from the inner peripheral surface of the frame-shaped auxiliary member is inserted, and only the stirring pin is brought into contact with the frame-shaped auxiliary member and both the cylindrical metal members, or only the frame-shaped auxiliary member And an inner main joining step in which the butt portion is frictionally stirred.
A friction stir welding method, wherein the plasticized region formed in the outer main joining step and the plasticized region formed in the inner main joining step are overlapped.
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