JP2017159352A - Joining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属部材同士を摩擦攪拌で接合する接合方法に関する。 The present invention relates to a joining method for joining metal members together by friction stirring.
例えば、特許文献１には、大きさが異なる第一金属部材と第二金属部材とを摩擦攪拌接合する接合方法が開示されている。当該接合方法では、第一金属部材と第二金属部材とを突き合わせる突合せ工程と、第一金属部材と第二金属部材との内隅に三角柱状の補助部材を配置する工程と、補助部材の上から回転ツールの攪拌ピンを挿入し、攪拌ピンのみを第一金属部材、第二金属部材及び補助部材に接触させた状態で突合せ部に対して摩擦攪拌を行うというものである。
For example,
従来の接合方法であると、内隅に補助部材を配置し、攪拌ピンを第一金属部材、第二金属部材及び補助部材に接触させた状態で突合せ部に対して摩擦攪拌を行うため、接合部（内隅）が金属不足になるのを防ぐことができる。しかし、摩擦攪拌工程後に内隅にバリが多く発生するため、バリを除去する作業が煩雑になるという問題がある。 In the conventional joining method, an auxiliary member is disposed in the inner corner, and the stirring pin is brought into contact with the first metal member, the second metal member, and the auxiliary member, so that frictional stirring is performed on the butt portion. It is possible to prevent the portion (inner corner) from running out of metal. However, since many burrs are generated in the inner corner after the friction stirring step, there is a problem that the operation of removing the burrs becomes complicated.
そこで、本発明は、接合部が金属不足になるのを防ぐとともに、バリを容易に除去することができる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 joining method which can remove a burr | flash easily while preventing that a junction part runs out of metal shortage.
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、突き合わされる面の形状が互いに異なる二つの金属部材を接合する接合方法であって、一方の前記金属部材と他方の前記金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、他方の前記金属部材の周方向に亘って、前記金属部材同士の内隅に補助部材を配置する配置工程と、回転した前記攪拌ピンを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記金属部材同士及び前記補助部材に接触させた状態で、他方の前記金属部材の周方向に亘って前記突合せ部の摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、前記補助部材を一方の前記金属部材及び他方の前記金属部材の少なくとも一方から除去する除去工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is a joining method for joining two metal members having different shapes of surfaces to be abutted using a rotary tool provided with a stirring pin, and one of the metal members And the other metal member butted together to form a butted portion, and the circumferential step of the other metal member, the placement step of placing an auxiliary member in the inner corner of the metal members, rotated With the stirring pin inserted into the inner corner and only the stirring pin in contact with the metal members and the auxiliary member, the abutting portion is frictionally stirred over the circumferential direction of the other metal member. A friction stirring step, and a removal step of removing the auxiliary member from at least one of the one metal member and the other metal member.
かかる接合方法によれば、金属部材同士に加え、補助部材も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部の金属不足を防ぐことができる。また、除去工程によって、補助部材ごとバリを除去することができるため、バリを容易に除去することができる。 According to such a joining method, in addition to the metal members, the auxiliary member is also subjected to friction stir welding at the same time, so that a metal shortage at the joint portion can be prevented. Further, since the burrs can be removed together with the auxiliary member by the removing step, the burrs can be easily removed.
また、前記摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌で発生するバリが前記補助部材に形成されるように、接合条件を設定することが好ましい。かかる接合方法によれば、バリが補助部材に集約されるため、バリをより容易に除去することができる。 In the friction stirring step, it is preferable to set the joining conditions so that burrs generated by friction stirring are formed on the auxiliary member. According to such a joining method, since the burrs are collected on the auxiliary member, the burrs can be removed more easily.
また、前記金属部材は、いずれも板状を呈し、前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面とを突き合わせることが好ましい。
また、一方の前記金属部材は、板状を呈し、他方の前記金属部材は、円柱状を呈し、前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることが好ましい。
また、一方の前記金属部材は、板状を呈し、他方の前記金属部材は、筒状を呈し、前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることが好ましい。
また、一方の前記金属部材は、板状を呈し、他方の前記金属部材は、円筒状を呈し、前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることが好ましい。
また、一方の前記金属部材に貫通孔が形成されており、前記突合せ工程では、前記貫通孔を他方の前記金属部材で覆うことが好ましい。
また、一方の前記金属部材に貫通孔が形成されており、前記突合せ工程では、前記貫通孔と他方の前記金属部材の中空部とを連通させることが好ましい。
Moreover, all the said metal members are plate-shaped, and it is preferable to abut | match the surface of one said metal member, and the back surface of the other said metal member in the said butt | matching process.
Further, one of the metal members has a plate shape, and the other metal member has a columnar shape, and in the butting step, the surface of one of the metal members and the end surface of the other metal member are butted. Is preferred.
In addition, one of the metal members has a plate shape, and the other metal member has a cylindrical shape. In the butting step, the surface of one of the metal members and the end surface of the other metal member are butted. Is preferred.
In addition, one of the metal members has a plate shape, and the other metal member has a cylindrical shape. In the butting step, the surface of one of the metal members and the end surface of the other metal member are butted. Is preferred.
Further, it is preferable that a through hole is formed in one of the metal members, and the through hole is covered with the other metal member in the butting step.
Further, it is preferable that a through hole is formed in one of the metal members, and the through hole and the hollow portion of the other metal member are communicated with each other in the butting step.
かかる接合方法によれば、様々な形状の金属部材同士を接合することができる。 According to this joining method, metal members having various shapes can be joined together.
本発明に係る接合方法によれば、接合部が金属不足になるのを防ぐとともに、バリを容易に除去することができる。 According to the joining method according to the present invention, it is possible to prevent the burrs from being easily removed while preventing the joining portion from becoming a metal shortage.
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態に係る接合方法について図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る接合方法では、準備工程と、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程と、を行う。なお、以下の説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面という意味である。
[First embodiment]
A joining method according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the joining method according to the present embodiment, a preparation process, a butting process, an arranging process, a friction stirring process, and a removing process are performed. In the following description, “front surface” means a surface opposite to the “back surface”.
準備工程は、図１に示すように、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０を用意する工程である。第一金属部材１及び第二金属部材２はいずれも直方体（板状）を呈する。第一金属部材１は、第二金属部材２よりも大きくなっている。特許請求の範囲の「突き合わされる面の形状が互いに異なる二つの金属部材」とは、金属部材同士の突き合わされる面の形状が異なる場合と、本実施形態のように第一金属部材１の表面１ｂと、第二金属部材２の裏面２ｃのように突き合わされる面の大きさが異なる場合（相似の場合）も含む意味である。
The preparation step is a step of preparing the
第一金属部材１及び第二金属部材２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 material of the
補助部材１０は、中央に矩形の中空部１１を備えた金属製の薄板の枠状部材である。補助部材１０は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態では第一金属部材１及び第二金属部材２と同じ材料になっている。補助部材１０の一部には幅方向に亘って連続するスリット１０ｄが形成されている。
The
突合せ工程は、第一金属部材１と第二金属部材２を突き合わせる工程である。突合せ工程では、第一金属部材１の表面１ｂの中央部と、第二金属部材２の裏面２ｃとを突き合わせる。これにより、突合せ部Ｊ１が形成される。また、第一金属部材１の表面１ｂと第二金属部材２の４つの側面２ｄとで内隅が形成される。さらに、第一金属部材１の表面１ｂには、第二金属部材２で覆われない枠状の露出部が形成される。
The butting process is a process in which the
配置工程は、図２に示すように、内隅に補助部材１０を配置する工程である。配置工程では、補助部材１０の中空部１１に第二金属部材２を挿通させ、第一金属部材１の表面１ｂに補助部材１０を配置する。補助部材１０の平面形状は、第一金属部材１の露出部と同じ形状になっている。つまり、第二金属部材２に補助部材１０の中空部１１を通すと第一金属部材１の表面１ｂの露出部に隙間なく配置される。補助部材１０の内周縁は、第二金属部材２の側面２ｄに接触するか、若しくは側面２ｄと微細な隙間をあけて対向する。補助部材１０の板厚は、後記する摩擦攪拌工程後の塑性化領域Ｗが金属不足にならない程度に適宜設定する。また、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０を治具（図示省略）を用いて架台に移動不能に拘束する。
The placement step is a step of placing the
摩擦攪拌工程は、図３及び図４に示すように、接合用回転ツールＦを用いて第一金属部材１と第二金属部材２との突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌によって接合する工程である。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。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。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（図示省略）に連結される部位である。連結部Ｆ１は円柱状を呈している。
As shown in FIGS. 3 and 4, the friction stirring step is a step of joining the abutting portion J <b> 1 between the
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。攪拌ピンＦ２の外周面には螺旋溝が刻設されている。本実施形態では、接合用回転ツールＦを右回転させるため、螺旋溝は、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、螺旋溝は、螺旋溝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。 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. A spiral groove is formed on the outer peripheral surface of the stirring pin F2. In the present embodiment, the spiral groove is formed in a counterclockwise direction from the proximal end toward the distal end in order to rotate the joining rotary tool F to the right. In other words, the spiral groove is formed counterclockwise as viewed from above when the spiral groove is traced from the proximal end to the distal end.
なお、接合用回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝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、この場合の螺旋溝は、螺旋溝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（第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。螺旋溝は省略してもよい。
In addition, when rotating the rotation tool F for joining counterclockwise, it is preferable to form a spiral groove clockwise as it goes to a front-end | tip from a base end. In other words, the spiral groove in this case is formed clockwise when viewed from above when the spiral groove is traced from the proximal end to the distal end. By setting the spiral groove in this way, the metal plastically fluidized during friction stirring is guided to the tip side of the stirring pin F2 by the spiral groove. Thereby, the quantity of the metal which overflows outside the to-be-joined metal member (the
接合用回転ツールＦは、マシニングセンタ等の摩擦攪拌装置に取り付けてもよいが、例えば、先端にスピンドルユニット等の回転手段を備えたアームロボットに取り付けてもよい。アームロボットに接合用回転ツールＦを取り付けることにより接合用回転ツールＦの回転中心軸Ｆｃの傾斜角度を容易に変更することができる。 The joining rotary tool F may be attached to a friction stirrer such as a machining center, but may be attached to, for example, an arm robot having a rotating means such as a spindle unit at the tip. By attaching the joining rotary tool F to the arm robot, the inclination angle of the rotation center axis Fc of the joining rotary tool F can be easily changed.
摩擦攪拌工程では、図３に示すように、まず、補助部材１０の表面１０ｂに設定した開始位置Ｓｐに右回転させた接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を挿入し、内隅に向けて相対移動させる。そして、攪拌ピンＦ２が内隅に達したら図４に示すように、接合用回転ツールＦの回転中心軸Ｆｃを第二金属部材２に対して外側に傾斜させる。そして、傾斜させた状態で接合用回転ツールＦを第二金属部材２の周囲に亘って相対移動させて突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する。接合用回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗが形成される。
In the friction agitation step, as shown in FIG. 3, first, the agitation pin F2 of the rotating tool F for rotation rotated to the start position Sp set on the
摩擦攪拌工程では、突合せ部Ｊ１に右回転させた攪拌ピン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。そして、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０と攪拌ピンＦ２とを接触させた状態で突合せ部Ｊ１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。
In the friction stirring step, only the stirring pin F2 rotated to the right is inserted into the abutting portion J1, and the metal member to be joined and the connecting portion F1 are moved relative to each other while being separated from each other. In other words, the friction stir welding is performed with the base end portion of the stirring pin F2 exposed. And the rotation tool F for joining is relatively moved along the abutting part J1 in the state which made the
本実施形態では、接合用回転ツールＦの進行方向右側に補助部材１０が位置するように接合用回転ツールＦの進行方向を設定する。接合用回転ツールＦの回転方向及び進行方向は前記したものに限定されるものではなく適宜設定すればよい。例えば、接合用回転ツールＦの進行方向右側に補助部材１０を配置しつつ、接合用回転ツールＦを左回転させてもよい。もしくは、接合用回転ツールＦの進行方向左側に補助部材１０を配置し、接合用回転ツールＦを左右いずれかに回転させてもよい。接合用回転ツールＦの回転方向等の条件と補助部材１０との好ましい位置関係については後記する。
In this embodiment, the advancing direction of the joining rotary tool F is set so that the
攪拌ピンＦ２の挿入深さは、攪拌ピンＦ２と突合せ部Ｊ１とが接触するように設定すればよい。図５に示すように、接合用回転ツールＦを第二金属部材２の周囲に一周させて、塑性化領域Ｗをオーバーラップさせたら、補助部材１０の表面１０ｂに設定された終了位置Ｅｐで接合用回転ツールＦを離脱させる。なお、この際に、接合用回転ツールＦの抜き穴が形成されるが、当該抜き穴に肉盛溶接を行って補修してもよい。もしくは、抜き穴が形成されないように接合用回転ツールＦを相対移動させながら徐々に引き抜いてもよい。
What is necessary is just to set the insertion depth of the stirring pin F2 so that the stirring pin F2 and the butt | matching part J1 may contact. As shown in FIG. 5, when the joining rotary tool F is made to make a round around the
除去工程は、図６に示すように、補助部材１０を第一金属部材１から除去する工程である。補助部材１０は、スリット１０ｄ（図５参照）を境にして補助部材１０の端部をめくり上げるとともに、図７に示すように、第一金属部材１の表面１ｂから離間する方向に補助部材１０を折り曲げて、第一金属部材１から補助部材１０を除去する。
The removing step is a step of removing the
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、第一金属部材１と第二金属部材２とが接合されるとともに、第一金属部材１及び第二金属部材２に加え、補助部材１０も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部（塑性化領域Ｗ）の金属不足を防ぐことができる。
According to the joining method according to the present embodiment described above, the
また、本実施形態によれば、摩擦攪拌工程によって補助部材１０にバリＶが形成されるが、除去工程において補助部材１０ごと取り除くことができる。これにより、バリＶを除去する作業を容易に行うことができる。補助部材１０は除去装置等を用いてもよいが、本実施形態では手作業で容易に補助部材１０を取り除くことができる。また、本実施形態では、攪拌ピンＦ２のみを被接合金属部材に接触させるため、回転ツールのショルダ部を接触させる場合に比べて摩擦攪拌装置に作用する負荷を低減することができる。また、接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０に接触させた状態で摩擦攪拌を行うため、突合せ部Ｊ１の深い位置まで攪拌ピンを挿入することができる。これにより、第一金属部材１と第二金属部材２とを好適に接合することができる。
Moreover, according to this embodiment, although the burr | flash V is formed in the
また、図４に示すように、本実施形態に係る摩擦攪拌工程では進行方向右側に補助部材１０を配置するとともに接合用回転ツールＦを右回転させるため、補助部材１０側がＲｅ側となる。Ｒｅ側とは、接合用回転ツールＦの外周における接線速度の大きさから送り速度の大きさが減算される側である。一方、Ｒｅ側の反対側がＡｄ側となる。Ａｄ側とは、接合用回転ツールＦの外周における接線速度の大きさから送り速度の大きさが加算される側である。
In addition, as shown in FIG. 4, in the friction stirring step according to the present embodiment, the
例えば、接合用回転ツールＦの回転速度が遅い場合では、塑性化領域ＷのＲｅ側に比べてＡｄ側の方が塑性流動材の温度が上昇しやすくなるため、Ａｄ側にバリＶが多く発生する傾向にある。一方、例えば、接合用回転ツールＦの回転速度が速い場合、Ａｄ側の方が塑性流動材の温度が上昇するものの、回転速度が速い分、Ｒｅ側にバリＶが発生する傾向にある。 For example, when the rotational speed of the welding rotary tool F is low, the temperature of the plastic fluidized material is more likely to rise on the Ad side than on the Re side of the plasticizing region W, so that more burrs V are generated on the Ad side. Tend to. On the other hand, for example, when the rotational speed of the bonding rotary tool F is high, the temperature of the plastic fluidized material increases on the Ad side, but there is a tendency that burrs V are generated on the Re side due to the higher rotational speed.
本実施形態では、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定しているため、Ｒｅ側即ち補助部材１０側にバリＶが発生する。つまり、本実施形態ではバリＶが補助部材１０側に多く形成されるように接合用回転ツールＦの回転速度、回転方向及び進行方向等を設定している。これにより、補助部材１０に形成されたバリＶは、補助部材１０ごと除去されるため、バリ除去工程をより容易に行うことができる。また、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定することにより、接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）を高めることができる。これにより、接合サイクルを短くすることができる。
In the present embodiment, since the rotation speed of the bonding rotary tool F is set to be high, a burr V is generated on the Re side, that is, the
上記したように、摩擦攪拌工程の際に、接合用回転ツールＦの進行方向のどちら側にバリＶが発生するかは接合条件によって異なる。当該接合条件とは、接合用回転ツールＦの回転速度、回転方向、移動速度（送り速度）、攪拌ピンＦ２の傾斜角度（テーパー角度）、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０の材料、各部材の厚さ等の各要素とこれらの要素の組み合わせで決定される。接合条件に応じて、バリＶが発生する側又はバリＶが多く発生する側に補助部材１０を配置するようにすれば、バリ除去工程を容易に行うことができるため好ましい。
As described above, in the friction stirring step, which side of the traveling direction of the welding rotary tool F the burr V is generated varies depending on the joining conditions. The joining conditions include the rotational speed, rotational direction, moving speed (feed speed) of the rotating tool F for joining, the inclination angle (taper angle) of the stirring pin F2, the
また、補助部材１０にスリット１０ｄを設けているため、除去工程の際に、スリット１０ｄを起点に補助部材１０を容易に除去することができる。また、摩擦攪拌工程において、塑性化領域Ｗの始端と終端とをオーバーラップさせることにより接合強度を高めることができる。
Moreover, since the
［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法では、準備工程と、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程と、を行う。第二実施形態では、図８に示すように、補助部材２０を第二金属部材２側に沿って配置する点で第一実施形態と主に相違する。本実施形態に係る説明では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
[Second Embodiment]
Next, the joining method according to the second embodiment will be described. In the joining method according to the present embodiment, a preparation process, a butting process, an arranging process, a friction stirring process, and a removing process are performed. As shown in FIG. 8, the second embodiment is mainly different from the first embodiment in that the
準備工程は、図８に示すように、第一金属部材１と第二金属部材２と４つの補助部材２０とを用意する工程である。補助部材２０は、第一金属部材１及び第二金属部材２と同じ材料からなる板状部材である。補助部材２０の板厚は、後記する摩擦攪拌工程の後の塑性化領域Ｗが金属不足にならない程度に適宜設定する。補助部材２０の高さは、第二金属部材２の側面２ｄの高さと略同等になっている。また、補助部材２０の長さは、側面２ｄの長さと略同等になっている。なお、補助部材２０は、本実施形態では４つの板状部材で構成しているが、一体形成された枠状部材としてもよい。
The preparation step is a step of preparing the
突合せ工程は、第一実施形態と同等であるため説明を省略する。配置工程は、内隅に補助部材２０を配置する工程である。図８及び図９に示すように、配置工程では、第二金属部材２の４つの側面２ｄに、４つの補助部材２０をそれぞれ配置する。つまり、配置工程では、第二金属部材２の側面２ｄと補助部材２０の側面２０ｂとを面接触させ、第二金属部材２の外側周面を補助部材２０で覆う。補助部材２０の端面は、第一金属部材１の表面１ｂに当接させる。
Since the matching process is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted. An arrangement | positioning process is a process of arrange | positioning the
摩擦攪拌工程は、図１０及び図１１に示すように、接合用回転ツールＦを用いて第一金属部材１と第二金属部材２との突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌によって接合する工程である。まず、第一金属部材１の表面１ｂに設定した開始位置Ｓｐに左回転させた接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を挿入し、内隅に向けて相対移動させる。そして、攪拌ピンＦ２が内隅に達したら図１１に示すように、接合用回転ツールＦの回転中心軸Ｆｃを外側に傾斜させる。そして、傾斜させた状態で接合用回転ツールＦを第二金属部材２の周囲に亘って相対移動させて突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する。接合用回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗが形成される。
As shown in FIGS. 10 and 11, the friction stirring step is a step of joining the butted portion J <b> 1 between the
摩擦攪拌工程では、突合せ部Ｊ１に左回転させた攪拌ピン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。そして、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材２０と攪拌ピンＦ２とを接触させた状態で突合せ部Ｊ１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。
In the friction stirring step, only the stirring pin F2 rotated counterclockwise is inserted into the butting portion J1, and the metal member to be joined and the connecting portion F1 are moved relative to each other while being separated from each other. In other words, the friction stir welding is performed with the base end portion of the stirring pin F2 exposed. And the rotation tool F for joining is relatively moved along the abutting part J1 in the state which made the
本実施形態では、接合用回転ツールＦの進行方向左側に補助部材２０が位置するように接合用回転ツールＦの進行方向を設定する。また、接合用回転ツールＦの回転速度は、Ｒｅ側にバリＶが発生する程度に高速回転させる。攪拌ピンＦ２の挿入深さは、攪拌ピンＦ２と突合せ部Ｊ１とが接触するように設定すればよい。図１０に示すように、接合用回転ツールＦを第二金属部材２の周囲に一周させて、塑性化領域Ｗをオーバーラップさせたら、第一金属部材１の表面１ｂに設定された終了位置Ｅｐで接合用回転ツールＦを離脱させる。
In the present embodiment, the traveling direction of the joining rotary tool F is set so that the
除去工程は、図１２に示すように、４つの補助部材２０を第二金属部材２から除去する工程である。除去工程では、第二金属部材２の側面２ｄから離間する方向に補助部材２０を折り曲げて、第二金属部材２から補助部材２０をそれぞれ除去する。
The removal step is a step of removing the four
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、第一金属部材１と第二金属部材２とが接合されるとともに、第一金属部材１及び第二金属部材２に加え、補助部材２０も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部（塑性化領域Ｗ）の金属不足を防ぐことができる。
According to the joining method according to the present embodiment described above, the
また、本実施形態によれば、摩擦攪拌工程によって補助部材２０にバリＶが形成されるが、除去工程において補助部材２０ごと取り除くことができる。これにより、バリＶを除去する作業を容易に行うことができる。補助部材２０は除去装置等を用いてもよいが、本実施形態では手作業で容易に補助部材２０を取り除くことができる。また、本実施形態では、攪拌ピンＦ２のみを被接合金属部材に接触させるため、回転ツールのショルダ部を接触させる場合に比べて摩擦攪拌装置に作用する負荷を低減することができる。
Moreover, according to this embodiment, although the burr | flash V is formed in the
また、図１１に示すように、本実施形態に係る摩擦攪拌工程では接合用回転ツールＦの進行方向左側に補助部材２０を配置するとともに、接合用回転ツールＦを左回転させるため、補助部材２０側がＲｅ側となる。本実施形態では、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定しているため、Ｒｅ側即ち補助部材２０側にバリＶが発生する。つまり、本実施形態ではバリＶが補助部材２０側に多く形成されるように接合用回転ツールＦの回転速度、回転方向及び進行方向等を設定している。これにより、補助部材２０に形成されたバリＶは、補助部材２０ごと除去されるため、バリ除去工程をより容易に行うことができる。また、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定することにより、接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）を高めることができる。これにより、接合サイクルを短くすることができる。また、本実施形態の配置工程ように、第二金属部材２の側面２ｄに沿うようにして、内隅に補助部材２０を配置してもよい。
In addition, as shown in FIG. 11, in the friction stirring process according to the present embodiment, the
［第三実施形態］
次に、第三実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法では、準備工程と、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程と、を行う。第三実施形態では、図１３に示すように、第二金属部材３が円柱状を呈する点で第一実施形態と主に相違する。
[Third embodiment]
Next, the joining method according to the third embodiment will be described. In the joining method according to the present embodiment, a preparation process, a butting process, an arranging process, a friction stirring process, and a removing process are performed. As shown in FIG. 13, the third embodiment is mainly different from the first embodiment in that the second metal member 3 has a cylindrical shape.
準備工程は、図１３に示すように、第一金属部材１と第二金属部材３と補助部材３０とを用意する工程である。第二金属部材３は、円柱状を呈する金属部材である。第二金属部材３の材料は、第一金属部材１と同等である。
As shown in FIG. 13, the preparation process is a process of preparing the
補助部材３０は、薄板状を呈し、かつ、円筒状を呈する金属部材である。補助部材３０の材料は、第一金属部材１と同等である。補助部材３０の内径は、第二金属部材３の外径と略同等になっている。補助部材３０の板厚は、後記する摩擦攪拌工程の際に、塑性化領域Ｗが金属不足にならない程度に適宜設定する。補助部材３０の一部には、高さ方向に連続するスリット３０ｄが形成されている。
The
突合せ工程は、第一金属部材１の表面１ｂと第二金属部材３の端面３ｃとを突き合わせる工程である。第一金属部材１の表面１ｂと第二金属部材３の端面３ｃとを突き合わせることにより、突合せ部Ｊ２が形成される。突合せ部Ｊ２の平面形状は円形となる。突合せ工程によって、第一金属部材１の表面１ｂと、第二金属部材３の外周面３ｄとで内隅が形成される。
The butting process is a process in which the
配置工程は、図１４に示すように、内隅に補助部材３０を配置する工程である。配置工程では、補助部材３０の端面を第一金属部材１の表面１ｂに当接させつつ、補助部材３０の側面３０ｂを第二金属部材３の外周面３ｄに面接触させる。
The placement step is a step of placing the
摩擦攪拌工程は、具体的な図示は省略するが、接合用回転ツールＦを用いて第一金属部材１と第二金属部材３との突合せ部Ｊ２を摩擦攪拌によって接合する工程である。摩擦攪拌工程の接合条件は、第二実施形態と同じ要領で、補助部材３０にバリが発生するように設定する。摩擦攪拌工程については、第二実施形態の摩擦攪拌工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
Although a specific illustration is omitted, the friction stirring step is a step of joining the abutting portion J2 between the
除去工程は、具体的な図示は省略するが、補助部材３０を第二金属部材３から除去する工程である。除去工程では、補助部材３０の上端部を第二金属部材３から離間する方向に折り曲げて、第二金属部材３から補助部材３０を除去する。また、除去工程では、スリット３０ｄの部分を起点としてめくるようにすると補助部材３０を除去しやすい。
Although a specific illustration is omitted, the removal step is a step of removing the
以上説明した第三実施形態に係る接合方法によれば、第二実施形態に係る接合方法と略同等の効果を得ることができる。また、本実施形態に係る接合方法によれば、板状を呈する第一金属部材１と円柱状を呈する第二金属部材３とを接合することができる。また、第一金属部材１及び第二金属部材３に加え、補助部材３０を同時に摩擦攪拌することにより接合部（塑性化領域Ｗ）の金属不足を防ぐことができる。また、本実施形態に係る除去工程によれば、スリット３０ｄを起点として、補助部材３０を容易に除去することができる。
According to the joining method according to the third embodiment described above, substantially the same effect as that of the joining method according to the second embodiment can be obtained. Moreover, according to the joining method which concerns on this embodiment, the
なお、第三実施形態にかかる接合方法では、例えば、第二金属部材を断面多角形からなる柱状部材としてもよい。また、第一金属部材１の高さ方向に貫通する貫通孔を設けてもよい。この場合の突合せ工程では、第一金属部材１の貫通孔を第二金属部材で覆うように突き合わせる。
In the joining method according to the third embodiment, for example, the second metal member may be a columnar member having a polygonal cross section. Further, a through hole penetrating in the height direction of the
［第四実施形態］
次に、第四実施形態に係る接合方法について説明する。第四実施形態に係る接合方法では、準備工程と、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程と、を行う。第四実施形態では、図１５に示すように、第二金属部材４が円筒状を呈する点で第一実施形態と相違する。
[Fourth embodiment]
Next, the joining method according to the fourth embodiment will be described. In the joining method according to the fourth embodiment, a preparation process, a butting process, an arrangement process, a friction stirring process, and a removal process are performed. As shown in FIG. 15, the fourth embodiment is different from the first embodiment in that the second metal member 4 has a cylindrical shape.
準備工程は、図１５に示すように、第一金属部材１と第二金属部材４と補助部材４０とを用意する工程である。第一金属部材１の中央には、高さ方向に貫通する貫通孔１ｅが形成されている。第二金属部材４は、円筒状を呈する金属部材である。補助部材４０の材料は、第一金属部材と同等である。第二金属部材４の中空部は、貫通孔１ｅと連通するようになっている。
The preparation step is a step of preparing the
補助部材４０は、中空部４１を備えた板状の金属部材である。補助部材４０の材料は、第一金属部材１と同等である。中空部４１の内径は、第二金属部材４の外径と略同等になっている。補助部材４０の板厚は、後記する摩擦攪拌工程の際に、塑性化領域Ｗが金属不足にならない程度に適宜設定する。補助部材４０には、幅方向に連続するスリット４０ｄが形成されている。
The
突合せ工程は、図１５に示すように、第一金属部材１の表面１ｂと、第二金属部材４の端面４ｃとを突き合わせる工程である。第一金属部材１の表面１ｂと、第二金属部材４の端面４ｃとを突き合わせることにより、突合せ部Ｊ３が形成される。突合せ部Ｊ３の平面形状はリング状になる。突合せ工程によって、第一金属部材１の表面１ｂと、第二金属部材４の外周面４ｄとで内隅が形成される。
The butting process is a process of butting the
配置工程は、図１６に示すように、内隅に補助部材４０を配置する工程である。配置工程では、補助部材４０の裏面４０ｃを第一金属部材１の表面１ｂに面接触させる。
The placement step is a step of placing the
摩擦攪拌工程は、具体的な図示は省略するが、接合用回転ツールＦを用いて第一金属部材１と第二金属部材４との突合せ部Ｊ３を摩擦攪拌によって接合する工程である。摩擦攪拌工程の接合条件は、第一実施形態と同じ要領で、補助部材４０にバリが発生するように設定する。摩擦攪拌工程については、第一実施形態の摩擦攪拌工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
Although a specific illustration is omitted, the friction stirring step is a step of joining the butted portion J3 of the
除去工程は、具体的な図示は省略するが、補助部材４０を第一金属部材１から除去する工程である。除去工程では、補助部材４０を第一金属部材１から離間する方向に折り曲げて、第一金属部材１から補助部材４０を除去する。また、除去工程では、スリット４０ｄの部分を起点にめくるようにすると除去しやすい。
Although a specific illustration is omitted, the removal step is a step of removing the
以上説明した第四実施形態に係る接合方法によれば、第三実施形態に係る接合方法と略同等の効果を得ることができる。また、本実施形態に係る接合方法によれば、板状を呈する第一金属部材１と円筒状を呈する第二金属部材４とを接合することができる。また、第一金属部材１及び第二金属部材４に加え、補助部材４０を同時に摩擦攪拌することにより接合部（塑性化領域Ｗ）の金属不足を防ぐことができる。また、本実施形態に係る除去工程によれば、スリット４０ｄを起点として、補助部材４０を容易に除去することができる。
According to the joining method according to the fourth embodiment described above, substantially the same effect as that of the joining method according to the third embodiment can be obtained. Moreover, according to the joining method which concerns on this embodiment, the
なお、第四実施形態にかかる接合方法では、第二金属部材４を円筒状としたが、例えば、他の断面を呈する筒状部材としてもよい。また、第一金属部材１の貫通孔１ｅを設けないようにしてもよい。
In addition, in the joining method concerning 4th embodiment, although the 2nd metal member 4 was made into cylindrical shape, it is good also as a cylindrical member which exhibits another cross section, for example. Further, the through
また、上記の実施形態では、接合用回転ツールＦに対して片側にのみ補助部材を配置したが、接合用回転ツールＦの両側に補助部材を配置してもよい。この場合の除去工程では、接合用回転ツールＦの両側に配置された補助部材を除去する。つまり、本発明の除去工程では、第一金属部材１及び第二金属部材２の少なくとも一方から補助部材を除去すればよい。また、第一実施形態及び第二実施形態の配置工程では、第一金属部材１の表面１ｂ（露出部）の全部又は第二金属部材２の側面２ｄの全部を補助部材１０，２０でそれぞれ覆うようにしているが、少なくとも一部を覆うようにしてもよい。
In the above embodiment, the auxiliary member is arranged only on one side with respect to the joining rotary tool F. However, the auxiliary member may be arranged on both sides of the joining rotary tool F. In the removing step in this case, the auxiliary members arranged on both sides of the joining rotary tool F are removed. That is, in the removing step of the present invention, the auxiliary member may be removed from at least one of the
１ 第一金属部材
２ 第二金属部材
１０ 補助部材
Ｆ 接合用回転ツール（回転ツール）
Ｆ１ 連結部
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｊ１ 突合せ部
Ｖ バリ
Ｗ 塑性化領域
DESCRIPTION OF
F1 connecting part F2 stirring pin J1 butt part V burr W plasticizing region
Claims (8)
一方の前記金属部材と他方の前記金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
他方の前記金属部材の周方向に亘って、前記金属部材同士の内隅に補助部材を配置する配置工程と、
回転した前記攪拌ピンを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記金属部材同士及び前記補助部材に接触させた状態で、他方の前記金属部材の周方向に亘って前記突合せ部の摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、
前記補助部材を一方の前記金属部材及び他方の前記金属部材の少なくとも一方から除去する除去工程と、を含むことを特徴とする接合方法。 Using a rotary tool equipped with a stirring pin, a joining method for joining two metal members having different shapes of surfaces to be abutted with each other,
A butting step of butting one metal member and the other metal member to form a butting portion;
An arrangement step of arranging an auxiliary member at an inner corner between the metal members over the circumferential direction of the other metal member;
The rotated stirring pin is inserted into the inner corner, and only the stirring pin is in contact with the metal members and the auxiliary member, and the friction stir of the butted portion is performed over the circumferential direction of the other metal member. A friction stirring step,
And a removing step of removing the auxiliary member from at least one of the one metal member and the other metal member.
前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面とを突き合わせることを特徴とする請求項1又は請求項２に記載の接合方法。 Each of the metal members has a plate shape,
The joining method according to claim 1 or 2, wherein, in the abutting step, a surface of one of the metal members and a back surface of the other metal member are abutted.
他方の前記金属部材は、円柱状を呈し、
前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合方法。 One of the metal members has a plate shape,
The other metal member has a cylindrical shape,
3. The joining method according to claim 1, wherein, in the abutting step, a surface of one of the metal members and an end surface of the other metal member are abutted.
他方の前記金属部材は、筒状を呈し、
前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合方法。 One of the metal members has a plate shape,
The other metal member has a cylindrical shape,
3. The joining method according to claim 1, wherein, in the abutting step, a surface of one of the metal members and an end surface of the other metal member are abutted.
他方の前記金属部材は、円筒状を呈し、
前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合方法。 One of the metal members has a plate shape,
The other metal member has a cylindrical shape,
3. The joining method according to claim 1, wherein, in the abutting step, a surface of one of the metal members and an end surface of the other metal member are abutted.
前記突合せ工程では、前記貫通孔を他方の前記金属部材で覆うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の接合方法。 A through hole is formed in one of the metal members,
5. The joining method according to claim 1, wherein in the butting step, the through hole is covered with the other metal member.
前記突合せ工程では、前記貫通孔と他方の前記金属部材の中空部とを連通させることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の接合方法。 A through hole is formed in one of the metal members,
The joining method according to claim 5 or 6, wherein, in the abutting step, the through hole and the hollow portion of the other metal member are communicated with each other.
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