JP2018086673A - Junction 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、第一金属部材と第二金属部材とを摩擦攪拌で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て突合せ部を形成した後、回転ツールの攪拌ピンのみを第一金属部材及び第二金属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、塑性流動化した金属を回転ツールのショルダ部で押さえないため、塑性流動化した金属が外部に溢れ出し接合部が金属不足になるという問題がある。
また、従来の接合方法では、塑性流動化した金属の温度が低下すると、接合部の金属が収縮するため、接合された金属部材同士が平坦にならずに歪んでしまう場合があり、この場合には、製品の品質が低下するという問題がある。
さらに、接合部において塑性化領域の反対側となる部位には、接合部の金属の収縮に起因して隙間が形成されてしまう虞がある。このように、接合部に溶接欠陥（Kissing Bond）が形成されると、接合部の引張強度が低下するとともに、接合部の水密性及び気密性が低下するという問題がある。
In the conventional joining method, since the plastic fluidized metal is not pressed by the shoulder portion of the rotary tool, there is a problem that the plastic fluidized metal overflows to the outside and the joint becomes insufficient.
Further, in the conventional joining method, when the temperature of the plastic fluidized metal is decreased, the metal in the joint portion contracts, and thus the joined metal members may be distorted without being flat. Has the problem that the quality of the product is degraded.
Furthermore, there is a possibility that a gap is formed at a portion on the opposite side of the plasticized region in the joint due to shrinkage of the metal in the joint. Thus, when a welding defect (Kissing Bond) is formed in a joined part, while the tensile strength of a joined part falls, there exists a problem that the water-tightness and airtightness of a joined part fall.
そこで、本発明は、前記した問題を解決し、接合部の金属不足を防ぐとともに、接合部の熱歪みを是正することで、水密性および気密性に優れた接合部を形成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。 Therefore, the present invention solves the above-described problems, prevents metal shortage at the joint, and corrects the thermal distortion of the joint, thereby forming a joint having excellent water tightness and air tightness. It is an object to provide a method.
前記課題を解決するための第一の発明は、第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、前記第一金属部材と前記第二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、前記第一金属部材又は前記第二金属部材の表面に面接触するように補助部材を配置する配置工程と、回転ツールの攪拌ピンを回転させながら前記補助部材の表面側から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材を接合する摩擦攪拌工程と、バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材又は前記第二金属部材から除去する除去工程と、前記第一金属部材及び前記第二金属部材をひっくり返して、前記突合せ部に対して裏面側から溶接する溶接工程と、を含むことを特徴とする。 1st invention for solving the said subject is the joining method which joins a 1st metal member and a 2nd metal member, Comprising: Said 1st metal member and said 2nd metal member are faced | matched, A butting part is made From the surface side of the auxiliary member while rotating the stirring pin of the rotating tool, the butting step to be formed, the arranging step of arranging the auxiliary member so as to be in surface contact with the surface of the first metal member or the second metal member Inserting the first metal member by moving the rotary tool relative to the abutting portion in a state where only the stirring pin is in contact with the first metal member, the second metal member and the auxiliary member. A friction stirring step for joining the second metal member and the auxiliary member, a removing step for removing the auxiliary member formed with burrs from the first metal member or the second metal member, the first metal member and the Second money Turn over the member, characterized in that it comprises a and a welding step of welding from the back side with respect to the butt portion.
前記課題を解決するための第二の発明は、第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、前記第一金属部材と前記第二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、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の表面の両方に面接触するように補助部材を配置する配置工程と、回転ツールの攪拌ピンを回転させながら前記補助部材の表面側から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材を接合する摩擦攪拌工程と、バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材及び前記第二金属部材から除去する除去工程と、前記第一金属部材及び前記第二金属部材をひっくり返して、前記突合せ部に対して裏面側から溶接する溶接工程と、を含むことを特徴とする。 2nd invention for solving the said subject is a joining method which joins the 1st metal member and the 2nd metal member, Comprising: The above-mentioned 1st metal member and the above-mentioned 2nd metal member are faced, and a butting part is made. A butting step to be formed, an arranging step of arranging an auxiliary member so as to be in surface contact with both surfaces of the first metal member and the second metal member, and a surface of the auxiliary member while rotating a stirring pin of a rotary tool The first metal member is inserted from the side, and the rotary tool is relatively moved along the abutting portion in a state where only the stirring pin is in contact with the first metal member, the second metal member, and the auxiliary member. A friction stirring step for joining the second metal member and the auxiliary member; a removing step for removing the auxiliary member formed with burrs from the first metal member and the second metal member; and the first metal member. And said Bimetallic member turned over, characterized in that it comprises a and a welding step of welding from the back side with respect to the butt portion.
第一の発明および第二の発明における接合方法によれば、第一金属部材と第二金属部材とが接合されるとともに、第一金属部材及び第二金属部材に加え、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、突合せ部を表面側から摩擦攪拌した後に、溶接工程において突合せ部を裏面側から溶接することで、摩擦攪拌工程後の接合部の収縮による熱歪みを是正するとともに、水密性及び気密性に優れた接合部を形成することができる。
また、除去工程においてバリを補助部材ごと除去することができるため、バリを除去する作業が容易となる。
According to the joining method in the first invention and the second invention, the first metal member and the second metal member are joined, and in addition to the first metal member and the second metal member, the auxiliary member is simultaneously friction stirrer. By joining, the metal shortage of a junction part can be prevented.
In addition, after friction stir of the butt portion from the front side, the butt portion is welded from the back side in the welding process, thereby correcting the thermal distortion due to shrinkage of the joint after the friction stir step and improving water tightness and air tightness. Excellent joints can be formed.
Further, since the burr can be removed together with the auxiliary member in the removing process, the operation of removing the burr becomes easy.
また、前記摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合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、バリを除去する作業をより容易に行うことができる。 In the friction stirring step, it is preferable to set the joining conditions so that burrs generated in the friction stir welding are formed on the auxiliary member. According to such a joining method, the work of removing burrs can be performed more easily.
また、前記配置工程では、前記補助部材を前記第一金属部材及び前記第二金属部材のいずれか一方に配置しつつ、前記突合せ部を挟んで他方側にわずかに突出するように配置し、前記摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが、前記補助部材のうち前記第一金属部材及び前記第二金属部材のいずれか一方側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。 Further, in the arranging step, the auxiliary member is arranged so as to slightly protrude to the other side across the butting portion while the auxiliary member is arranged on one of the first metal member and the second metal member, In the friction stirring step, it is preferable to set the joining conditions so that burrs generated in the friction stir welding are formed on either one of the first metal member and the second metal member in the auxiliary member.
かかる接合方法によれば、バリを除去する作業をより容易に行うことができる。また、突合せ部を挟んで他方側にわずかに補助部材を突出させる分、接合部の金属不足をより防ぐことができる。 According to such a joining method, the work of removing burrs can be performed more easily. Moreover, since the auxiliary member is slightly protruded on the other side across the butting portion, it is possible to further prevent metal shortage at the joint portion.
また、前記摩擦攪拌工程において前記突合せ部に形成された塑性化領域と、前記溶接工程において前記突合せ部に形成された溶接金属とを接触させることが好ましい。かかる接合方法によれば、接合部の水密性及び気密性をより高めることができる。 Moreover, it is preferable to contact the plasticization area | region formed in the said butt | matching part in the said friction stirring process, and the weld metal formed in the said butt | matching part in the said welding process. According to this joining method, the water tightness and air tightness of the joint can be further improved.
本発明に係る接合方法によれば、接合部の金属不足を防ぐことができ、さらに、摩擦攪拌工程後の接合部の収縮による熱歪みを溶接工程によって是正するとともに、水密性及び気密性に優れた接合部を形成することができる。 According to the joining method according to the present invention, it is possible to prevent metal shortage at the joint portion, and further correct the thermal distortion due to shrinkage of the joint portion after the friction stirring process by the welding process, and excellent in water tightness and air tightness. Can be formed.
［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、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程と、溶接工程と、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 butt process, an arrangement process, a friction stirring process, a removing process, and a welding process are performed. In the following description, “front surface” means a surface opposite to the “back surface”.
突合せ工程は、図１に示すように、第一金属部材１と第二金属部材２とを突き合わせる工程である。第一金属部材１及び第二金属部材２は、金属製の板状部材である。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。
第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚は同等になっている。第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚は適宜設定すればよい。
The butting process is a process of matching the
The plate | board thickness of the
突合せ工程では、第一金属部材１の端面１ａと、第二金属部材２の端面２ａとを突き合わせて突合せ部Ｊ１を形成する。第一金属部材１の表面１ｂと、第二金属部材２の表面２ｂとは面一になる。
In the butting step, the
配置工程は、第一金属部材１又は第二金属部材２に補助部材１０を配置する工程である。補助部材１０は金属製の板状部材である。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の板厚は、後記する摩擦攪拌工程後の塑性化領域Ｗ１（図５参照）が金属不足にならないように適宜設定する。本実施形態では、補助部材１０の板厚は第一金属部材１よりも薄く設定している。
The placement step is a step of placing the
The plate | board thickness of the
配置工程では、補助部材１０の裏面１０ｃと第二金属部材２の表面２ｂとを面接触させる。補助部材１０は、第二金属部材２（又は第一金属部材１）のみと面接触するように配置する。本実施形態では、補助部材１０の端面１０ａと第二金属部材２の端面２ａとが面一となるように配置する。
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Ｔに移動不能に拘束する。なお、補助部材１０は本実施形態では板状としているが、他の形状であってもよい。
In the arranging step, the
Moreover, the
摩擦攪拌工程は、図２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 FIG. 2, 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を左回転させるため、螺旋溝は、基端から先端に向かうにつれて右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右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 clockwise as it goes from the proximal end to the distal end in order to rotate the joining rotary tool F counterclockwise. In other words, when the spiral groove is traced from the proximal end to the distal end, the spiral groove is formed clockwise when viewed from above.
なお、接合用回転ツールＦを右回転させる場合は、螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて左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左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 clockwise, it is preferable to form a spiral groove counterclockwise as it goes to the front-end | tip from a base end. In other words, the spiral groove in this case is formed counterclockwise as viewed from above when the spiral groove is traced from the base end to the tip 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。 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.
摩擦攪拌工程では、補助部材１０の表面１０ｂから突合せ部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に沿って図２の手前側から奥側に向けて接合用回転ツールＦを相対移動させる。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。
In the friction stirring step, only the stirring pin F2 rotated counterclockwise from the
And in the state which made the
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の進行方向左側に補助部材１０を配置しつつ、接合用回転ツールＦを右回転させてもよい。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の好ましい位置関係については後記する。
The rotation direction and the traveling direction of the joining rotary tool F are not limited to those described above, and may be set as appropriate. For example, the joining rotary tool F may be rotated to the right while the
攪拌ピンＦ２の挿入深さは、攪拌ピンＦ２と突合せ部Ｊ１とを接触させつつ、第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚等に応じて適宜設定すればよい。これにより、突合せ部Ｊ１が摩擦攪拌接合される。接合用回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗ１が形成される。摩擦攪拌工程後は、図３に示すように、補助部材１０の端部にバリＶが形成される。
What is necessary is just to set the insertion depth of the stirring pin F2 suitably according to the plate | board thickness etc. of the
除去工程は、図４に示すように、補助部材１０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、例えば手作業により、補助部材１０を第二金属部材２から離間する方向に折り曲げて第二金属部材２から除去する。これにより、図５に示すように、第一金属部材１と第二金属部材２とが接合される。
The removal step is a step of removing the
除去工程後に、図６に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２を上下方向にひっくり返して架台Ｔの上面に載置し、第一金属部材１及び第二金属部材２を治具（図示省略）を用いて架台Ｔに移動不能に拘束する。このように、第一金属部材１及び第二金属部材２を上下反転させることで、第一金属部材１及び第二金属部材２の裏面１ｃ，２ｃが上側に配置される。
なお、摩擦攪拌工程後に、接合部の温度が低下すると、塑性化領域Ｗ１の金属が収縮するため、第一金属部材１及び第二金属部材２の接合部は、塑性化領域Ｗ１側の反対側（裏面１ｃ，２ｃ側）に向けて凸形状となるように屈曲している。すなわち、第一金属部材１及び第二金属部材２の接合部は、塑性化領域Ｗ１側が窪むように屈曲している。このように、第一金属部材１と第二金属部材２とは、熱歪みによって平坦にならずに、屈曲した状態となる。
そして、第一金属部材１及び第二金属部材２を上下反転させて架台Ｔの上面に載置すると、架台Ｔの上面と、第一金属部材１及び第二金属部材２の表面１ｂ，２ｂとの間に隙間が形成される。
また、接合部において塑性化領域Ｗ１の反対側となる部位には、接合部の金属の収縮に起因して隙間Ｅが形成され、接合部に溶接欠陥（Kissing Bond）が形成されてしまう場合がある。
After the removing step, as shown in FIG. 6, the
In addition, since the metal of the plasticization area | region W1 will shrink if the temperature of a junction part falls after a friction stirring process, the junction part of the
Then, when the
In addition, a gap E may be formed at a portion on the opposite side of the plasticized region W1 in the joint due to shrinkage of the metal in the joint, and a welding defect (Kissing Bond) may be formed in the joint. is there.
溶接工程は、図７に示すように、第一金属部材１と第二金属部材２との突合せ部Ｊ１を裏面側から溶接する工程である。溶接工程において、溶接の種類は特に制限されないが、例えば、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接等のアーク溶接やレーザー溶接で行うことができる。
溶接工程では、溶接トーチを突合せ部Ｊ１の裏面側に近接させ、突合せ部Ｊ１に沿って溶接トーチを相対移動させることで、突合せ部Ｊ１の裏面側を溶接する。
これにより、突合せ部Ｊ１の裏面側に溶接金属Ｗ２が形成される。溶接金属Ｗ２は、突合せ部Ｊ１の内部に形成されるとともに、突合せ部Ｊ１の裏面に肉盛りされる。溶接金属Ｗ２によって、突合せ部Ｊ１の裏面側に形成された隙間Ｅ（図６参照）は埋められた状態となる。
第一実施形態の溶接工程では、摩擦攪拌工程において突合せ部Ｊ１の表面側に形成された塑性化領域Ｗ１と、溶接工程において突合せ部Ｊ１の裏面側に形成された溶接金属Ｗ２とが接触するように、溶接の溶け込み深さが設定されている。
As shown in FIG. 7, the welding process is a process of welding a butt portion J <b> 1 between the
In the welding step, the welding torch is brought close to the back surface side of the butt portion J1, and the welding torch is relatively moved along the butt portion J1, thereby welding the back surface side of the butt portion J1.
Thereby, the weld metal W2 is formed on the back surface side of the butt portion J1. The weld metal W2 is formed inside the butt portion J1 and is built up on the back surface of the butt portion J1. A gap E (see FIG. 6) formed on the back surface side of the butt portion J1 is filled with the weld metal W2.
In the welding process of the first embodiment, the plasticized region W1 formed on the front surface side of the butt portion J1 in the friction stirring process and the weld metal W2 formed on the back surface side of the butt portion J1 in the welding process are in contact with each other. In addition, the penetration depth of welding is set.
溶接工程後に、接合部の温度が低下すると、溶接金属Ｗ２の収縮によって、接合部が表面側に向けて歪むことになる。これにより、第一金属部材１と第二金属部材２とが屈曲していた状態（図６の状態）から、第一金属部材１と第二金属部材２とは平坦になる。
When the temperature of the joint portion decreases after the welding process, the joint portion is distorted toward the surface side due to the shrinkage of the weld metal W2. Thereby, the
以上説明した第一実施形態に係る接合方法によれば、図３に示すように、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Ｗ１）の金属不足を防ぐことができる。また、第一実施形態によれば、第一金属部材１及び第二金属部材２の両方ではなく、片側のみに補助部材１０を配置するだけで金属不足を防ぐことができる。
According to the joining method which concerns on 1st embodiment demonstrated above, as shown in FIG. 3, while the
また、第一実施形態では、突合せ部Ｊ１を表面側から摩擦攪拌した後に、図７に示すように、溶接工程において突合せ部Ｊ１を裏面側から溶接することで、摩擦攪拌工程後の接合部の収縮による熱歪みを是正し、第一金属部材１と第二金属部材２とを平坦に接合することができる。また、溶接工程において突合せ部Ｊ１を裏面側から溶接することで、接合部の溶接欠陥を補修することができ、水密性及び気密性に優れた接合部を形成することができる。また、第一金属部材１及び第二金属部材２の接合強度を高めることができる。
Further, in the first embodiment, after friction-stirring the butt portion J1 from the front surface side, as shown in FIG. 7, the butt portion J1 is welded from the back surface side in the welding process, so that The thermal distortion due to the shrinkage can be corrected, and the
また、第一実施形態では、図４に示すように、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、バリを除去する作業を容易に行うことができる。図３に示すように、摩擦攪拌工程後は補助部材１０の端面が突合せ部Ｊ１に向かうにつれて板厚が薄くなるように傾斜している。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。
In the first embodiment, as shown in FIG. 4, the burrs V are formed on the
ここで、第一実施形態に係る接合方法では、補助部材１０を第一金属部材１及び第二金属部材２よりも薄く設定しているため、従来のようにショルダ部を金属部材に押し込みながら摩擦攪拌を行うと、ショルダ部と補助部材１０との接触により補助部材１０が外部に飛ばされてしまい接合部の金属不足を補うことができない。しかし、第一実施形態では、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に接触させつつ摩擦攪拌を行うため、補助部材１０が外部に飛ばされることなく接合部の金属不足を補うことができる。また、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。
Here, in the joining method according to the first embodiment, since the
第一実施形態では、図２に示すように、接合用回転ツールＦのシアー側（advancing side：回転ツールの外周における接線速度に回転ツールの移動速度が加算される側）が他方側（接合中心線Ｘよりも右側）となるように接合用回転ツールＦの移動方向と回転方向を設定している。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。 In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the shear side (advancing side: the side where the moving speed of the rotating tool is added to the tangential speed on the outer periphery of the rotating tool) is the other side (joining center). The movement direction and the rotation direction of the welding rotary tool F are set so as to be on the right side of the line X). The rotation direction and the traveling direction of the joining rotary tool F are not limited to those described above, and may be set as appropriate.
例えば、接合用回転ツールＦの回転速度が遅い場合では、フロー側（retreating side：回転ツールの外周における接線速度から回転ツールの移動速度が減算される側）に比べてシアー側の方が塑性流動材の温度が上昇しやすくなるため、塑性化領域Ｗ１外のシアー側にバリ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、シアー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、塑性化領域Ｗ１外のフロー側にバリＶが多く発生する傾向にある。
For example, when the rotational speed of the welding rotary tool F is low, the shear side is more plastic flow than the flow side (retreating side: the side where the moving speed of the rotary tool is subtracted from the tangential speed on the outer periphery of the rotary tool). Since the temperature of the material is likely to rise, many burrs V tend to be generated on the shear side outside the plasticized region W1.
On the other hand, for example, when the rotational speed of the rotating tool F for joining is high, the temperature of the plastic fluidized material increases on the shear side, but there are more burrs V on the flow side outside the plasticizing region W1 due to the higher rotational speed. Tend to occur.
第一実施形態では、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、図３に示すように、塑性化領域Ｗ１外のフロー側にバリＶが多く発生する傾向にある。つまり、補助部材１０側にバリＶを集約させることができる。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 first embodiment, since the rotation speed of the joining rotary tool F is set high, as shown in FIG. 3, there is a tendency that many burrs V are generated on the flow side outside the plasticizing region W1. That is, the burrs V can be concentrated on the
摩擦攪拌工程の際に、図２に示すように、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の材質、補助部材１０の厚さ等の各要素とこれらの要素の組合せで決定される。接合条件に応じて、バリＶが発生する側又はバリＶが多く発生する側が、接合中心線Ｘに対して補助部材１０が第一金属部材１及び第二金属部材２と多く面接触している側となるように設定すれば、バリを除去する作業を容易に行うことができるため好ましい。
In the friction stirring process, as shown in FIG. 2, which side of the traveling direction of the welding rotary tool F generates the burr V 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
［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。第二実施形態に係る接合方法は、図８に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２の両方と接触するように補助部材１０を配置する点で第一実施形態と相違する。また、接合用回転ツールＦの回転方向も第一実施形態と相違する。第二実施形態に係る接合方法では、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. The joining method according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the
第二実施形態に係る接合方法は、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程と、溶接工程とを行う。第二実施形態の突合せ工程は、第一実施形態と同じであるため説明を省略する。 The joining method which concerns on 2nd embodiment performs a butt | matching process, an arrangement | positioning process, a friction stirring process, a removal process, and a welding process. Since the matching process of 2nd embodiment is the same as 1st embodiment, description is abbreviate | omitted.
第二実施形態の配置工程は、図８に示すように、第一金属部材１の表面１ｂ及び第二金属部材２の表面２ｂと補助部材１０の裏面１０ｃとを面接触させる工程である。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Ｗ１が金属不足にならないように適宜設定する。
第二実施形態の配置工程では、補助部材１０の中央が概ね突合せ部Ｊ１に位置するように配置する。
The arrangement process of 2nd embodiment is a process of making the surface contact of the
In the arrangement process of the second embodiment, the
摩擦攪拌工程は、図９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。
第二実施形態では、接合用回転ツールＦを右回転させるため、攪拌ピンＦ２の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。
As shown in FIG. 9, the friction stirring step is a step of joining the abutting portion J <b> 1 between the
In the second embodiment, in order to rotate the welding rotary tool F to the right, the spiral groove of the stirring pin F2 is formed counterclockwise as it goes from the proximal end to the distal end.
第二実施形態の摩擦攪拌工程では、右回転させた攪拌ピンＦ２を補助部材１０の表面１０ｂから挿入し、突合せ部Ｊ１に達するように攪拌ピンＦ２の挿入深さを設定する。
第二実施形態の摩擦攪拌工程では、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を図９の手前側から奥側に向けて相対移動させる。これにより、突合せ部Ｊ１が摩擦攪拌接合される。接合用回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗ１が形成される。
なお、第二実施形態では、接合用回転ツールＦを高速回転しているため、バリＶはシアー側に比べてフロー側の方に多く発生する傾向にある。
In the friction stirring step of the second embodiment, the stirring pin F2 rotated to the right is inserted from the
In the friction stirring process of the second embodiment, only the stirring pin F2 rotated to the right is inserted into the abutting portion J1, and the bonded metal member and the connecting portion F1 are moved 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 in the state which made the
In the second embodiment, since the bonding rotary tool F is rotated at a high speed, more burrs V tend to be generated on the flow side than on the shear side.
除去工程は、図１０に示すように、摩擦攪拌工程によって分断された補助部材１０を第一金属部材１及び第二金属部材２から除去する工程である。除去工程では、補助部材１０，１０を第一金属部材１及び第二金属部材２から離間する方向にそれぞれ折り曲げて除去する。
The removal step is a step of removing the
除去工程後に、図１１に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２を上下方向にひっくり返して架台Ｔの上面に載置する。
溶接工程は、第一金属部材１と第二金属部材２との突合せ部Ｊ１を裏面側から溶接する工程である。溶接工程において、溶接の種類は特に制限されないが、例えば、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接等のアーク溶接やレーザー溶接で行うことができる。
溶接工程において、突合せ部Ｊ１の裏面側を溶接すると、突合せ部Ｊ１の裏面側に溶接金属Ｗ２が形成される。
摩擦攪拌工程後に、接合部の温度が低下すると、第一金属部材１と第二金属部材２とは、熱歪みによって屈曲した状態となるが、溶接工程後に接合部は表面側に向けて歪むため、第一金属部材１と第二金属部材２とは平坦になる。
After the removing step, as shown in FIG. 11, the
A welding process is a process of welding the butt | matching part J1 of the
In the welding process, when the back surface side of the butt portion J1 is welded, a weld metal W2 is formed on the back surface side of the butt portion J1.
When the temperature of the joint portion decreases after the friction stirring step, the
以上説明した第二実施形態に係る接合方法によれば、図１０に示すように、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Ｗ１）の金属不足を防ぐことができる。また、第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に跨るように補助部材１０を配置するため、接合部の金属不足をより確実に防ぐことができるとともに、金属をバランスよく補充することができる。
According to the joining method which concerns on 2nd embodiment demonstrated above, as shown in FIG. 10, while the
また、第二実施形態では、突合せ部Ｊ１を表面側から摩擦攪拌した後に、図１１に示すように、溶接工程において突合せ部Ｊ１を裏面側から溶接することで、摩擦攪拌工程後の接合部の収縮による熱歪みを是正し、第一金属部材１と第二金属部材２とを平坦に接合することができる。また、溶接工程において突合せ部Ｊ１を裏面側から溶接することで、接合部の溶接欠陥を補修することができ、水密性及び気密性に優れた接合部を形成することができる。また、第一金属部材１及び第二金属部材２の接合強度を高めることができる。
Moreover, in 2nd embodiment, after friction-stirring the butt | matching part J1 from the surface side, as shown in FIG. 11, the butt | joint part J1 is welded from the back surface side in a welding process, and the joining part after a friction stirring process is shown. The thermal distortion due to the shrinkage can be corrected, and the
また、第二実施形態によれば、図１０に示すように、摩擦攪拌工程によって分断された補助部材１０にそれぞれバリ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。
Further, according to the second embodiment, as shown in FIG. 10, the burrs V are formed on the
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態に係る接合方法について説明する。図１２に示すように、第三実施形態に係る接合方法では、配置工程において補助部材１０を第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に配置しつつ、補助部材１０に対する第一金属部材１と第二金属部材２との接触割合を変更する点で第一実施形態と相違する。また、接合用回転ツールＦの回転方向も第一実施形態と相違する。第三実施形態に係る接合方法では、第一実施形態と相違する点を中心に説明する。
[Third embodiment]
Next, the joining method according to the third embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 12, in the joining method according to the third embodiment, the first metal member with respect to the
第三実施形態に係る接合方法は、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程と、溶接工程とを行う。第三実施形態の突合せ工程は、第一実施形態と同じであるため説明を省略する。 The joining method which concerns on 3rd embodiment performs a butt | matching process, an arrangement | positioning process, a friction stirring process, a removal process, and a welding process. Since the matching process of 3rd embodiment is the same as 1st embodiment, description is abbreviate | omitted.
第三実施形態の配置工程は、図１２に示すように、第一金属部材１の表面１ｂ及び第二金属部材２の表面２ｂと補助部材１０の裏面１０ｃとを面接触させる工程である。
第三実施形態の配置工程では、補助部材１０の９割程度を第一金属部材１に配置し、残りの１割程度を第二金属部材２に配置する。つまり、突合せ部Ｊ１に対して補助部材１０がわずかに第二金属部材２側に突出するように配置する。
第三実施形態において、補助部材１０の配置位置は、補助部材１０が第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に面接触するように配置するとともに、後記する除去工程を行った際に第二金属部材２側（補助部材１０との接触面積が少ない側）に補助部材１０が残存しないように調節する。
The arrangement process of the third embodiment is a process of bringing the
In the arrangement process of the third embodiment, about 90% of the
In the third embodiment, the
摩擦攪拌工程は、図１３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。
第三実施形態では、接合用回転ツールＦを右回転させるため、攪拌ピンＦ２の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。
As shown in FIG. 13, the friction agitation step is a step of joining the butted portion J <b> 1 between the
In the third embodiment, the spiral groove of the stirring pin F2 is formed in a counterclockwise direction from the proximal end toward the distal end in order to rotate the welding rotary tool F to the right.
第三実施形態の摩擦攪拌工程では、右回転させた攪拌ピンＦ２を補助部材１０の表面１０ｂから挿入し、突合せ部Ｊ１に達するように攪拌ピンＦ２の挿入深さを設定する。
第三実施形態の摩擦攪拌工程では、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に沿って図１３の手前側から奥側に向けて接合用回転ツールＦを相対移動させる。これにより、突合せ部Ｊ１が摩擦攪拌接合される。接合用回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗ１が形成される。
なお、第三実施形態では、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。第三実施形態では、接合用回転ツールＦを高速回転しているため、バリＶはシアー側に比べてフロー側の方に多く発生する傾向にある。そして、第三実施形態では、第一金属部材１側がフロー側となるため、補助部材１０に多くのバリＶが発生する。
In the friction stirring step of the third embodiment, the stirring pin F2 rotated to the right is inserted from the
In the friction stirring step of the third embodiment, 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 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 in the state which made the
In the third embodiment, the traveling direction of the joining rotary tool F is set so that the
除去工程は、図１４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。除去工程では、例えば手作業により、補助部材１０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から除去する。
The removal step is a step of removing the
除去工程後に、図１５に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２を上下方向にひっくり返して架台Ｔの上面に載置する。
溶接工程は、第一金属部材１と第二金属部材２との突合せ部Ｊ１を裏面側から溶接する工程である。溶接工程において、溶接の種類は特に制限されないが、例えば、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接等のアーク溶接やレーザー溶接で行うことができる。
溶接工程において、突合せ部Ｊ１の裏面側を溶接すると、突合せ部Ｊ１の裏面側に溶接金属Ｗ２が形成される。
摩擦攪拌工程後に、接合部の温度が低下すると、第一金属部材１と第二金属部材２とは、熱歪みによって屈曲した状態となるが、溶接工程後に接合部が表面側に向けて歪むため、第一金属部材１と第二金属部材２とは平坦になる。
After the removing step, as shown in FIG. 15, the
A welding process is a process of welding the butt | matching part J1 of the
In the welding process, when the back surface side of the butt portion J1 is welded, a weld metal W2 is formed on the back surface side of the butt portion J1.
When the temperature of the joint portion decreases after the friction stirring step, the
以上説明した第三実施形態に係る接合方法によれば、第一金属部材１と第二金属部材２とが平面状に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Ｗ１）の金属不足を防ぐことができる。
According to the joining method according to the third embodiment described above, the
また、第三実施形態では、突合せ部Ｊ１を表面側から摩擦攪拌した後に、図１５に示すように、溶接工程において突合せ部Ｊ１を裏面側から溶接することで、摩擦攪拌工程後の接合部の収縮による熱歪みを是正し、第一金属部材１と第二金属部材２とを平坦に接合することができる。また、溶接工程において突合せ部Ｊ１を裏面側から溶接することで、接合部の溶接欠陥を補修することができ、水密性及び気密性に優れた接合部を形成することができる。また、第一金属部材１及び第二金属部材２の接合強度を高めることができる。
Further, in the third embodiment, after friction-stirring the abutting portion J1 from the front surface side, as shown in FIG. 15, the butting portion J1 is welded from the back surface side in the welding process, thereby The thermal distortion due to the shrinkage can be corrected, and the
また、第三実施形態の接合条件によれば、図１３に示すように、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、フロー側にバリＶが多く発生する傾向にある。つまり、第三実施形態ではバリＶが補助部材１０のうち第一金属部材１側に多く形成されるように接合用回転ツールＦの回転方向及び進行方向等（接合条件）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、除去工程において補助部材１０ごと除去されるため、バリを除去する作業をより容易に行うことができる。
また、摩擦攪拌工程後は、補助部材１０の端面が突合せ部Ｊ１に向かうにつれて板厚が薄くなるように傾斜している。補助部材１０は除去装置等を用いてもよいが、第三実施形態では、手作業で容易に補助部材１０を容易に取り除くことができる。
Moreover, according to the joining conditions of 3rd embodiment, as shown in FIG. 13, since the rotational speed of the rotation tool F for joining is set fast, it exists in the tendency for many burr | flashes V to generate | occur | produce on the flow side. That is, in the third embodiment, the rotation direction, the traveling direction, and the like (joining conditions) of the joining rotary tool F are set so that a large number of burrs V are formed on the
Thereby, since the burr | flash V formed in the
In addition, after the friction stirring step, the end surface of the
ここで、前記した第二実施形態の除去工程では、突合せ部Ｊ１を挟んで両側にある補助部材１０，１０を除去する必要がある。しかし、第三実施形態では摩擦攪拌工程後に第二金属部材２側（補助部材１０との接触面積が少ない側）に補助部材１０が残存しないように補助部材１０の配置位置を調節しているため、除去工程では片側の補助部材１０を除去するだけでよい。これにより除去工程の作業手間を少なくすることができる。また、配置工程では、突合せ部Ｊ１を挟んで第二金属部材２側（他方側）にわずかに補助部材１０を突出させる分、接合部の金属不足をバランス良く、かつ、より確実に防ぐことができる。
Here, in the removing process of the second embodiment described above, it is necessary to remove 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
Ｗ１ 塑性化領域
Ｗ２ 溶接金属
DESCRIPTION OF
F1 connecting portion F2 stirring pin J1 butt portion V burr W1 plasticizing region W2 weld metal
Claims (5)
前記第一金属部材と前記第二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、
前記第一金属部材又は前記第二金属部材の表面に面接触するように補助部材を配置する配置工程と、
回転ツールの攪拌ピンを回転させながら前記補助部材の表面側から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材を接合する摩擦攪拌工程と、
バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材又は前記第二金属部材から除去する除去工程と、
前記第一金属部材及び前記第二金属部材をひっくり返して、前記突合せ部に対して裏面側から溶接する溶接工程と、
を含むことを特徴とする接合方法。 A joining method for joining a first metal member and a second metal member,
A butting step of butting the first metal member and the second metal member to form a butting portion;
An arranging step of arranging an auxiliary member so as to be in surface contact with the surface of the first metal member or the second metal member;
While rotating the stirring pin of the rotating tool, it is inserted from the surface side of the auxiliary member, and only the stirring pin is in contact with the first metal member, the second metal member, and the auxiliary member along the abutting portion. A friction stirring step of joining the first metal member, the second metal member and the auxiliary member by relatively moving the rotating tool;
Removing the auxiliary member formed with burrs from the first metal member or the second metal member;
A welding step in which the first metal member and the second metal member are turned upside down and welded to the butt portion from the back side;
A bonding method comprising:
前記第一金属部材と前記第二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、
前記第一金属部材及び前記第二金属部材の表面の両方に面接触するように補助部材を配置する配置工程と、
回転ツールの攪拌ピンを回転させながら前記補助部材の表面側から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材を接合する摩擦攪拌工程と、
バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材及び前記第二金属部材から除去する除去工程と、
前記第一金属部材及び前記第二金属部材をひっくり返して、前記突合せ部に対して裏面側から溶接する溶接工程と、
を含むことを特徴とする接合方法。 A joining method for joining a first metal member and a second metal member,
A butting step of butting the first metal member and the second metal member to form a butting portion;
An arranging step of arranging an auxiliary member so as to be in surface contact with both surfaces of the first metal member and the second metal member;
While rotating the stirring pin of the rotating tool, it is inserted from the surface side of the auxiliary member, and only the stirring pin is in contact with the first metal member, the second metal member, and the auxiliary member along the abutting portion. A friction stirring step of joining the first metal member, the second metal member and the auxiliary member by relatively moving the rotating tool;
Removing the auxiliary member formed with burrs from the first metal member and the second metal member;
A welding step in which the first metal member and the second metal member are turned upside down and welded to the butt portion from the back side;
A bonding method comprising:
前記摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが、前記補助部材のうち前記第一金属部材及び前記第二金属部材のいずれか一方側に形成されるように接合条件を設定することを特徴とする請求項３に記載の接合方法。 In the arranging step, the auxiliary member is arranged on one of the first metal member and the second metal member, and is arranged so as to slightly protrude to the other side across the butting portion,
In the friction stir step, the joining condition is set so that burrs generated in the friction stir welding are formed on either the first metal member or the second metal member of the auxiliary member. The joining method according to claim 3.
前記溶接工程において前記突合せ部に形成された溶接金属と、が接触していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の接合方法。 A plasticized region formed in the butt portion in the friction stirring step;
The welding method according to any one of claims 1 to 4, wherein a weld metal formed in the butt portion is in contact in the welding step.
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