JP2019089109A - 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接合する接合方法に関する。 The present invention relates to a bonding method of friction stir welding metal members.
特許文献1には、金属部材同士を嵌合状態に組み合わせ、その金属部材同士の突合せ部及び内隅に対して回転ツールで摩擦攪拌を行う接合方法が記載されている。 Patent Document 1 describes a bonding method in which metal members are combined in a fitted state, and friction stirring is performed with a rotating tool on the butting portion and the inner corner of the metal members.
前記した接合方法では、回転ツールのショルダ部を数ミリ程度金属部材に押し込んで接合しているため、摩擦攪拌装置に作用する負荷が大きくなるという問題がある。 In the above-described joining method, since the shoulder portion of the rotary tool is pressed into the metal member by several millimeters for joining, there is a problem that the load acting on the friction stir device becomes large.
そこで、本発明は、摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減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 reduce the load which acts on a friction stirring apparatus.
前記課題を解決するため、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて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、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の少なくとも一方に、嵌合用の切り欠き部を設け、前記切り欠き部において前記第一金属部材と前記第二金属部材とを嵌合状態に組み合わせる準備工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合せ部又は内隅に摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned subject, the present invention is a joining method which joins a first metallic member and a second metallic member using a rotary tool provided with a stirring pin, and the first metallic member and the second metal At least one of the members is provided with a notch for fitting, and in the notch, a preparatory step of combining the first metal member and the second metal member in a fitted state, and only the rotating stirring pin And a friction stirring step of performing friction stirring on an abutting portion or an inner corner of the first metal member and the second metal member in a state of being in contact with the first metal member and the second metal member. I assume.
また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて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、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の少なくとも一方に、嵌合用の切り欠き部を設け、前記切り欠き部において前記第一金属部材と前記第二金属部材とを嵌合状態に組み合わせる準備工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合せ部及び内隅に摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする。 Further, according to the present invention, there is provided a bonding method of bonding a first metal member and a second metal member using a rotary tool provided with a stirring pin, wherein at least one of the first metal member and the second metal member is used. Providing a notched portion for fitting, and in the notched portion, preparing step of combining the first metal member and the second metal member in a fitted state, and only the stirring pin that is rotated is the first metal member and And a friction stirring step of performing friction stirring on an abutting portion and an inner corner of the first metal member and the second metal member in a state of being in contact with the second metal member.
本発明によれば、突合せ部や内隅を接合する場合において、回転ツールの攪拌ピンのみを金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うことにより、摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減することができる。 According to the present invention, when joining the butt portion or the inner corner, the load acting on the friction stirring device is reduced by performing the friction stir welding while only the stirring pin of the rotary tool is in contact with the metal member. be able to.
前記の接合方法において、前記突合せ部又は前記内隅に補助部材を配置する配置工程を含み、前記摩擦攪拌工程では、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摩擦攪拌を行うことが好ましい。
前記の接合方法において、前記突合せ部及び前記内隅に補助部材を配置する配置工程を含み、前記摩擦攪拌工程では、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摩擦攪拌を行うことが好ましい。
前記の接合方法によれば、補助部材を配置して摩擦攪拌するので、金属部材同士の接合部の金属不足を防ぐことができる。
The joining method includes an arranging step of arranging an auxiliary member at the abutment portion or the inner corner, and in the friction stirring step, only the stirring pin is used as the first metal member, the second metal member, and the auxiliary member. It is preferable to perform friction stirring in the state which was made to contact.
The joining method includes an arranging step of arranging an auxiliary member at the abutment portion and the inner corner, and in the friction stirring step, only the stirring pin is used as the first metal member, the second metal member and the auxiliary member. It is preferable to perform friction stirring in the state which was made to contact.
According to the above bonding method, since the auxiliary members are disposed to perform friction stirring, it is possible to prevent the metal shortage of the bonding portion between the metal members.
前記の接合方法において、前記摩擦攪拌工程では、前記補助部材にバリが発生するように接合条件を設定することが好ましい。
前記の接合方法によれば、補助部材にバリを集約できるので、バリを補助部材ごと除去することができる。
In the above-mentioned joining method, in the friction stirring step, it is preferable to set joining conditions so that burrs may be generated in the auxiliary member.
According to the above-described joining method, since the burrs can be concentrated to the auxiliary members, the burrs can be removed together with the auxiliary members.
前記の接合方法において、前記摩擦攪拌工程の前に、前記突合せ部又は前記内隅にMIG溶接、TIG溶接、又はレーザ溶接によって溶接を行う仮接合工程を含むことが好ましい。
前記の接合方法において、前記摩擦攪拌工程の前に、前記突合せ部及び前記内隅にMIG溶接、TIG溶接、又はレーザ溶接によって溶接を行う仮接合工程を含むことが好ましい。
前記の接合方法によれば、予め突合せ部や内隅を溶接してから摩擦攪拌工程を行うので、摩擦攪拌工程での第一金属部材、第二金属部材の位置ずれを防ぐことができる。
The joining method preferably includes a temporary joining step of performing welding by MIG welding, TIG welding, or laser welding on the butt joint or the inner corner before the friction stirring step.
Preferably, the joining method further includes a temporary joining step of performing welding by MIG welding, TIG welding, or laser welding on the butt joint and the inner corner before the friction stirring step.
According to the joining method, the friction stir process is performed after welding the butt portion and the inner corner in advance, so that the positional deviation of the first metal member and the second metal member in the friction stir process can be prevented.
前記の接合方法において、前記摩擦攪拌工程では、前記突合せ部及び前記内隅に対して全周に亘って摩擦攪拌を行うことが好ましい。
前記の接合方法によれば、接合後の両金属部材の外面に露出する突合せ部や内隅に対して全周に亘って摩擦攪拌接合するので、水密性、気密性が高い金属部材同士の接合方法を提供することができる。
In the bonding method, in the friction stirring step, it is preferable that the friction stirring is performed over the entire circumference with respect to the butting portion and the inner corner.
According to the above joining method, the friction stir welding is performed over the entire circumference with respect to the abutting portions and the inner corners exposed on the outer surfaces of both metal members after joining, so that the metal members having high water tightness and airtightness are joined We can provide a way.
前記の接合方法において、前記摩擦攪拌工程では、前記突合せ部及び前記内隅に対して前記回転ツールを連続的に相対移動させて摩擦攪拌を行うことが好ましい。
前記の接合方法によれば、回転ツールを、摩擦攪拌を行う位置に連続的に相対移動させるので、一連の摩擦攪拌工程を効率良く行うことができる。
In the bonding method, in the friction stirring step, it is preferable that the rotary tool be continuously moved relative to the butting portion and the inner corner to perform friction stirring.
According to the above-mentioned joining method, since the rotary tool is continuously moved relative to the position where the friction stirring is performed, a series of friction stirring steps can be efficiently performed.
本発明に係る接合方法では、摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減することができる。 In the bonding method according to the present invention, the load acting on the friction stir device can be reduced.
[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1〜図6を参照して詳細に説明する。第一実施形態では、図4に示すように、二つの金属部材(第一金属部材10と第二金属部材20)を接合する。
図1に示すように、第一金属部材10は表面10aに切り欠き部11を有しており、表面10aの高さが変化している。第二金属部材20は裏面20bに切り欠き部21を有しており、裏面20bの高さが変化している。
第一実施形態に係る接合方法では、準備工程と、仮接合工程と、摩擦攪拌工程とを行う。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
The bonding method according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the first embodiment, as shown in FIG. 4, two metal members (a
As shown in FIG. 1, the
In the bonding method according to the first embodiment, a preparation step, a temporary bonding step, and a friction stirring step are performed. In the following description, "surface" means a surface opposite to "back side".
準備工程は、図2に示すように、第一金属部材10と第二金属部材20とを嵌合状態に組み合わせる工程である。
第一金属部材10及び第二金属部材20は、図1に示すように、アルミニウム合金製の板状部材からなる。第一金属部材10及び第二金属部材20の材料は、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の摩擦攪拌可能な金属から適宜選択される。
The preparation step is a step of combining the
The
第一金属部材10は、直方体を呈している。第一金属部材10の表面10a(上面)には嵌合用の第一切り欠き部11が形成されている。第一切り欠き部11は、第一金属部材10の長手方向の中央に形成された凹部である。
第一切り欠き部11は、矩形状に窪んでおり、第一金属部材10の両側面10c,10cに露出している。第一切り欠き部11は、第一金属部材10の表面10aから高さ方向の中央まで窪んでおり、第一切り欠き部11の底面11aは、第一金属部材10の高さ方向の中央に配置されている。
第一切り欠き部11において、第一金属部材10の長手方向の幅は、第二金属部材20の長手方向に直交する方向の幅と同一に設定されている。
The
The
In the
第二金属部材20は、第一金属部材10を上下方向にひっくり返した形状である。つまり、第二金属部材20は、第一金属部材10と同じ形状の部材である。第二金属部材20の裏面20b(下面)には、第一切り欠き部11と同様に、嵌合用の第二切り欠き部21が形成されている。
The
準備工程では、第一金属部材10の長手方向と、第二金属部材20の長手方向とを直交させ、第一金属部材10の表側(上側)に第二金属部材20を配置する。
そして、図2及び図3に示すように、第二金属部材20の長手方向の中央部を第一金属部材10の第一切り欠き部11に嵌め合わせるとともに、第一金属部材10の長手方向の中央部を第二金属部材20の第二切り欠き部21に嵌め合わせる。つまり、第二金属部材20の第二切り欠き部21と第一金属部材10の第一切り欠き部11とを嵌め合わせる。これにより、第一切り欠き部11の底面11aと、第二切り欠き部21の底面21aとが突き合わされる。
In the preparation step, the longitudinal direction of the
Then, as shown in FIGS. 2 and 3, the central portion in the longitudinal direction of the
このように、第一切り欠き部11及び第二切り欠き部21において、第一金属部材10と第二金属部材20とを嵌合状態に組み合わせることにより、第一金属部材10と第二金属部材とが十字形状に組み合わせる。
第一金属部材10と第二金属部材20とを組み合わせると、第一金属部材10の表面10aと、第二金属部材20の表面20aとが面一になるとともに、第一金属部材10の裏面10bと、第二金属部材20の裏面20bとが面一になる。
Thus, by combining the
When the
そして、第一金属部材10と第二金属部材20との嵌合部には、図2に示すように、第一金属部材10の第一切り欠き部11の内面と、第二金属部材20の両側面20c,20cとが面接触して、二つの表側の突合せ部J,Jが形成される。
また、第一金属部材10と第二金属部材20との嵌合部には、図3に示すように、第二金属部材20の第二切り欠き部21の内面と、第一金属部材10の両側面10c,10cとが面接触して、二つの裏側の突合せ部J,Jが形成される。
また、第一金属部材10と第二金属部材20との嵌合部には、第一金属部材10の両側面10c,10cと、第二金属部材20の両側面20c,20cとによって四つの内隅Cが形成される。
突合せ部Jは、横方向に延びており、突合せ部Jの両端部にそれぞれ内隅Cが連続している。内隅Cは、突合せ部Jに対して直角に延びている。各突合せ部J及び各内隅Cは、環状に連続している。
And in the fitting part of the 1st
Further, as shown in FIG. 3, in the fitting portion between the
Further, in the fitting portion between the
The butt joint J extends in the lateral direction, and the inner corners C are continuous with both ends of the butt joint J, respectively. The inner corner C extends at a right angle to the butting portion J. Each abutment portion J and each inner corner C are annularly continuous.
仮接合工程は、具体的な図示は省略するが、第一金属部材10と第二金属部材20との位置関係が後記する摩擦攪拌工程でも維持できるように、両者を仮接合する工程である。
具体的には、突合せ部J及び内隅Cに対して、MIG溶接(Metal Inert Gas welding)、TIG溶接(Tungsten Inert Gas welding)、又はレーザ溶接などの手段によりスポット溶接を行って、第一金属部材10と第二金属部材20とを仮接合するものである。第一金属部材10と第二金属部材20とを接着その他の手段により仮接合してもよい。
The temporary bonding step is a step of temporarily bonding both of them so that the positional relationship between the
Specifically, spot welding is performed by means such as MIG welding (Metal Inert Gas welding), TIG welding (Tungsten Inert Gas welding), or laser welding on the butt portion J and the inner corner C, and the first metal is formed. The
摩擦攪拌工程は、図4に示すように、接合用回転ツールF(回転ツール)によって各突合せ部J及び各内隅Cを摩擦攪拌接合する工程である。つまり、摩擦攪拌工程では、第一金属部材10と第二金属部材20との嵌合部の全周に亘って摩擦攪拌接合を行うというものである。
The friction stirring step is a step of friction stir welding each butt portion J and each inner corner C by a bonding rotating tool F (rotating tool) as shown in FIG. That is, in the friction stir process, the friction stir welding is performed over the entire circumference of the fitting portion between the
接合用回転ツールFは、図5に示すように、連結部F1と、攪拌ピンF2とで構成されており、例えば工具鋼で形成されている。連結部F1は、図示しない摩擦攪拌装置に取り付けられる部位であって、円柱状をしている。
攪拌ピンF2は、連結部F1から垂下しており、連結部F1と同軸である。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まれている。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。
As shown in FIG. 5, the joint rotating tool F is constituted by a connecting portion F1 and a stirring pin F2, and is formed of, for example, tool steel. The connecting portion F1 is a portion attached to a friction stir device (not shown) and has a cylindrical shape.
The stirring pin F2 is suspended from the connecting portion F1 and coaxial with the connecting portion F1. The stirring pin F2 is tapered as it separates from the connecting portion F1. Spiral grooves are formed on the outer peripheral surface of the stirring pin F2. In the present embodiment, in order to rotate the bonding rotating tool F to the right, the spiral groove is formed in a counterclockwise direction from the proximal end toward 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。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10及び第二金属部材20)の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。
接合用回転ツールFは、例えば、先端にスピンドルユニット等の回転駆動手段を備えたアームロボットに取り付けられる。アームロボットに取り付けることにより、接合用回転ツールFの回転中心軸の傾斜角度を容易に変更することができる。
In the case of rotating the bonding rotating tool F to the left, it is preferable to form the spiral groove clockwise as it goes from the base end to the tip. By setting the spiral groove in this manner, the plastically fluidized metal is guided to the tip side of the stirring pin F2 by the spiral groove during friction stirring. Thereby, the quantity of the metal which overflows to the exterior of a to-be-joined metal member (
The joint rotating tool F is attached to, for example, an arm robot provided with a rotational driving means such as a spindle unit at its tip. By attaching to the arm robot, it is possible to easily change the inclination angle of the rotation center axis of the joint rotating tool F.
突合せ部Jの摩擦攪拌接合では、図4に示すように、突合せ部Jに右回転させた攪拌ピンF2を挿入し、突合せ部Jに沿って接合用回転ツールFを相対移動させる。つまり、攪拌ピンF2の基端側は露出させた状態で、攪拌ピンF2のみを第一金属部材10及び第二金属部材20に接触させて摩擦攪拌を行う。
これにより、接合用回転ツールFの移動軌跡には線状の塑性化領域Wが形成される。
In the friction stir welding of the butt joint J, as shown in FIG. 4, the stirring pin F2 rotated right is inserted into the butt joint J, and the joint rotating tool F is relatively moved along the butt joint J. That is, with the base end side of the stirring pin F2 exposed, only the stirring pin F2 is brought into contact with the
As a result, a linear plasticized region W is formed on the movement trajectory of the joining rotary tool F.
内隅Cの摩擦攪拌接合では、図5に示すように、内隅Cに右回転させた攪拌ピンF2を挿入し、内隅Cに沿って接合用回転ツールFを相対移動させる。つまり、攪拌ピンF2の基端側は露出させた状態で、攪拌ピンF2のみを第一金属部材10及び第二金属部材20に接触させて摩擦攪拌を行う。なお、図5は内隅Cを裏側(下側)から見た断面図である。接合用回転ツールFは、図5の手前側から奥側に向けて移動する。
これにより、接合用回転ツールFの移動軌跡には線状の塑性化領域Wが形成される(図4参照)。
In the friction stir welding at the inner corner C, as shown in FIG. 5, the stirring pin F2 rotated right is inserted into the inner corner C, and the joint rotating tool F is relatively moved along the inner corner C. That is, with the base end side of the stirring pin F2 exposed, only the stirring pin F2 is brought into contact with the
As a result, a linear plasticized area W is formed on the movement trajectory of the joining rotary tool F (see FIG. 4).
内隅Cの摩擦攪拌工程では、連結部F1が第一金属部材10の側面10c及び第二金属部材20の側面20cに干渉しないように、接合用回転ツールFを第一金属部材10の側面10c及び第二金属部材20の側面20cに対して傾斜させた状態で、摩擦攪拌接合を行う。
In the friction stir process of the inner corner C, the joint rotation tool F is used as the
摩擦攪拌工程において、攪拌ピンF2の挿入角度や挿入深さは、第一金属部材10と第二金属部材20とを接合できるように適宜設定すればよい。なお、第一実施形態では、接合用回転ツールFの回転中心軸を側面10c,20cに対して45°傾けている。
In the friction stirring process, the insertion angle and the insertion depth of the stirring pin F2 may be appropriately set so that the
第一実施形態の摩擦攪拌工程では、図4に示すように、各突合せ部J及び各内隅Cに対して、接合用回転ツールFを連続的に相対移動させる。第一実施形態の摩擦攪拌工程では、内隅C、表側の突合せ部J、内隅C、裏側の突合せ部J、内隅C、表側の突合せ部J、内隅C、裏側の突合せ部Jの順に摩擦攪拌接合し、塑性化領域Wの始点に終点をオーバーラップさせる。このようにして、第一金属部材10と第二金属部材20との嵌合部の全周に亘って摩擦攪拌接合を行う。
In the friction stirring process of the first embodiment, as shown in FIG. 4, the joint rotating tool F is continuously moved relative to the respective abutting portions J and the respective inner corners C. In the friction stirring process of the first embodiment, the inner corner C, the butt joint J on the front side, the inner corner C, the butt joint J on the back side, the inner corner C, the butt joint J on the front side, the inner corner C, the butt joint J on the back side The friction stir welding is performed in order, and the end point is overlapped with the start point of the plasticized area W. In this manner, friction stir welding is performed over the entire circumference of the fitting portion between the
以上説明した第一実施形態に係る接合方法によれば、各突合せ部J及び各内隅Cの全周に亘って第一金属部材10と第二金属部材20とが接合されるため、第一金属部材10と第二金属部材20との嵌合部の周囲が全て封止され、水密性、気密性が高い金属部材同士の接合方法を提供することができる。
また、接合用回転ツールFを各突合せ部J及び各内隅Cに対して連続的に相対移動させることにより、一連の摩擦攪拌工程を効率良く行うことができる。
According to the bonding method according to the first embodiment described above, since the
In addition, by continuously moving the joining rotating tool F relative to each butt portion J and each inner corner C, a series of friction stirring steps can be efficiently performed.
また、第一実施形態に係る接合方法によれば、突合せ部J及び内隅Cを接合する場合に、接合用回転ツールFの攪拌ピンF2のみを金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うため、摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減することができる。 Moreover, according to the joining method according to the first embodiment, when joining the butt portion J and the inner corner C, friction stir welding is performed in a state where only the stirring pin F2 of the joining rotating tool F is in contact with the metal member. Since it does, the load which acts on a friction stirring apparatus can be reduced.
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。
第一実施形態の第一金属部材10と第二金属部材20とは、同じ形状の部材の向きを変えたものであるが、第一金属部材10と第二金属部材20とは、異なる形状の部材を用いてもよい。
Although 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.
Although the
また、図6に示すように、第一金属部材10及び第二金属部材20を中空な角筒状の金属部材によって構成してもよい。この場合には、第一金属部材10の中央には、第一切り欠き部11によって開口部が形成されるとともに、第二金属部材20の中央には、第二切り欠き部21によって開口部が形成される。そして、第一金属部材10と第二金属部材20とを嵌合状態に組み合わせることで開口部が塞がれている。
Moreover, as shown in FIG. 6, you may comprise the
第一実施形態では、図4に示すように、各突合せ部J及び各内隅Cの全周に亘って連続的に摩擦攪拌接合を行う例を示しているが、各突合せ部J及び各内隅Cの一部に連続的に摩擦攪拌接合を行ってもよい。このように、各突合せ部J及び各内隅Cに不連続に摩擦攪拌接合を行うようにしてもよい。また、突合せ部J及び内隅Cのいずれか一方のみに摩擦攪拌接合を行うようにしてもよい。 In the first embodiment, as shown in FIG. 4, an example in which friction stir welding is continuously performed over the entire circumference of each butt joint J and each inner corner C is shown, but each butt joint J and each inside Friction stir welding may be performed continuously on part of the corner C. As described above, the friction stir welding may be performed discontinuously at each abutment portion J and each inner corner C. In addition, friction stir welding may be performed on only one of the butt portion J and the inner corner C.
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態に係る接合方法について、図7〜図10を参照して詳細に説明する。第二実施形態では、突合せ部及び内隅に補助部材を配置している。
第二実施形態に係る接合方法では、準備工程と、仮接合工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程と、を行う。これらの各工程の内容は第一実施形態に準じるが、以下では、特に異なっている点を中心に説明する。
Second Embodiment
Next, a bonding method according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the second embodiment, the auxiliary members are disposed at the butting portion and the inner corner.
In the bonding method according to the second embodiment, a preparation step, a temporary bonding step, a placement step, a friction stirring step, and a removal step are performed. The contents of each of these steps conform to the first embodiment, but in the following, the explanation will be focused on the points that are particularly different.
第二実施形態が第一実施形態と異なるのは、図8に示すように、突合せ部J及び内隅Cに補助部材30を配置し、攪拌ピンF2を補助部材30、第一金属部材10及び第二金属部材20に接触させて摩擦攪拌を行う点である。
The second embodiment is different from the first embodiment in that the
配置工程は、図7に示すように、第一金属部材10及び第二金属部材20の各突合せ部J及び各内隅Cに沿って補助部材30を配置する工程である。
補助部材30は板状の金属部材であり、例えば、第一金属部材10及び第二金属部材20と同様の材料で形成されている。補助部材30の板厚は、摩擦攪拌工程で金属不足が発生しない程度の厚さに設定する。なお、第二実施形態では、補助部材30は板状としているが、他の形状であってもよい。
The disposing step is a step of disposing the
The
配置工程では、仮接合工程の後に、複数の補助部材30を突合せ部J及び内隅Cに沿って配置している。このとき、補助部材30の裏面を第一金属部材10の外面に面接触させている。
表側の二つの突合せ部J及び裏側の二つの突合せ部Jでは、第一金属部材10のみに補助部材30が配置されている。また、各内隅Cでは、第一金属部材10のみに補助部材30が配置されている。
なお、補助部材30は、第一金属部材10及び第二金属部材20から脱落しないように仮接合又は仮接着をしてもよい。
In the disposing step, the plurality of
The
The
摩擦攪拌工程では、図9に示すように、補助部材30にバリが発生するように接合条件を設定するのが望ましい。接合用回転ツールFは、図9の手前側から奥側に向けて移動している。
バリが発生する位置は、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)、進行方向、攪拌ピンF2の傾斜角度(テーパー角度)、被接合金属部材(第一金属部材10、第二金属部材20、補助部材30)の材質、被接合金属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。
In the friction stirring step, as shown in FIG. 9, it is desirable to set the bonding conditions so that burrs are generated in the
The position where burrs occur differs depending on the bonding conditions. The welding conditions include the rotational speed, rotational direction, moving speed (feed speed), advancing direction, inclination angle (taper angle) of the stirring pin F2, bonding metal member (
例えば、接合用回転ツールFの回転速度が遅い場合は、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(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)の方が、塑性流動材の温度が上昇し易くなるため、塑性化領域外のシアー側にバリ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、塑性化領域外のフロー側にバリが多く発生する傾向がある。 For example, when the rotation speed of the joint rotation tool F is slow, the shear side (rotation side: rotation side: the side where the movement speed of the rotation tool is subtracted from the tangential speed at the outer periphery of the rotation tool) Because the temperature of the plastic fluid material is more likely to increase when the moving speed of the rotating tool is added to the tangential speed at the outer periphery of the tool, more burrs tend to be generated on the shear side outside the plasticization region . On the other hand, for example, when the rotation speed of the bonding rotary tool F is high, although the temperature of the plastic fluid material rises on the shear side, a large amount of burrs are generated on the flow side outside the plasticization region due to the higher rotation speed. Tend.
第二実施形態の摩擦攪拌接合では、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、塑性化領域W外のフロー側である補助部材30にバリVが多く発生する傾向にある。なお、接合用回転ツールFの接合条件及び補助部材30の配置位置は、ここで説明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 friction stir welding according to the second embodiment, since the rotational speed of the joining rotary tool F is set fast, a large amount of burrs V tends to be generated in the
このようにして、バリVが発生する側が補助部材30となるように接合条件を設定すれば、補助部材30にバリVを集約することができる。そのため、後記する除去工程を容易に行うことができるため好ましい。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 this manner, if the bonding conditions are set such that the side where the burrs V occur is the
除去工程は、第一金属部材10及び第二金属部材20から補助部材30を除去する工程である。図10では、第一金属部材10から補助部材30を除去する場合を説明する。
第二実施形態の除去工程では、補助部材30の端部を第一金属部材10から離間する方向にめくり上げて、塑性化領域Wとの境界部分を折り曲げるようにして切除する。除去工程は、切削工具等を用いてもよいが、本実施例では手作業で除去している。
補助部材30にはバリVが形成されているので、補助部材30と共にバリVも一緒に除去される。
The removing step is a step of removing the
In the removal step of the second embodiment, the end of the
Since the burrs V are formed in 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8に示すように、摩擦攪拌接合を行う位置に補助部材30を配置して摩擦攪拌するので、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、摩擦攪拌工程では、図10に示すように、補助部材30にバリVが発生するように接合条件を設定しているので、補助部材30と共にバリVを除去することができ、バリVの除去が容易となる。
According to the bonding method according to the second embodiment described above, as shown in FIG. 8, the
以上本発明の第二実施形態について説明したが、第一実施形態と同様に、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、第一金属部材10及び第二金属部材20を中空な角筒状の金属部材によって構成してもよい。
The second embodiment of the present invention has been described above, but as in the first embodiment, design changes can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
For example, the
また、第二実施形態の配置工程では、図8に示すように、突合せ部Jでは、第一金属部材10のみに補助部材30を配置しているが、突合せ部Jを覆うように補助部材30を第一金属部材10及び第二金属部材20に配置してもよい。このとき、摩擦攪拌工程後に、第一金属部材10及び第二金属部材20の一方のみに補助部材30が残るように、突合せ部Jに対して補助部材30を配置することが望ましい。
Further, in the arranging step of the second embodiment, as shown in FIG. 8, 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、図11〜図12を参照して詳細に説明する。第三実施形態では、図11に示すように、第一金属部材10と第二金属部材20との嵌合部の構成が第二実施形態と異なっている。
Third Embodiment
Next, a bonding method according to a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the third embodiment, as shown in FIG. 11, the configuration of the fitting portion between the
第三実施形態の第一切り欠き部11は、第一金属部材10の長手方向の中央において、表面10aと一方の側面10cとの角部に形成されている。第三実施形態の第一切り欠き部11は、第一金属部材10の表面10a及び一方の側面10cに露出している。
第三実施形態の第二切り欠き部21は、第二金属部材20の一方の端面20dと裏面20bとの角部に形成されている。第三実施形態の第二切り欠き部21は、第二金属部材20の一方の端面20d、裏面20b及び両側面20c,20cに露出している。
The
The
第三実施形態の準備工程では、図12に示すように、第一金属部材10と第二金属部材20とを直交させ、第一切り欠き部11及び第二切り欠き部21において、第一金属部材10と第二金属部材20とを嵌合状態に組み合わせる。このように、第一金属部材10と第二金属部材とをT字形状に組み合わせると、第一金属部材10及び第二金属部材20の表側にはC形状に屈曲した突合せ部J1が形成される。
In the preparation step of the third embodiment, as shown in FIG. 12, the
第三実施形態の配置工程では、裏側の突合せ部J及び各内隅Cに沿って直線状の補助部材30を配置するとともに、表側の突合せ部J1に沿ってC形状に屈曲した補助部材31を配置する。
そして、第三実施形態の摩擦攪拌工程では、各突合せ部J,J1及び各内隅Cに対して、接合用回転ツールFを連続的に相対移動させることで、第一金属部材10と第二金属部材20との嵌合部の全周に亘って摩擦攪拌接合を行う。なお、摩擦攪拌工程では、バリVが発生する側が補助部材30,31となるように接合条件を設定することが好ましい。
In the arrangement step of the third embodiment, the
Then, in the friction stirring step of the third embodiment, the
以上本発明の第三実施形態について説明したが、第二実施形態と同様に、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、第一金属部材10及び第二金属部材20を中空な角筒状の金属部材によって構成してもよい。
The third embodiment of the present invention has been described above, but as in the second embodiment, design changes can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
For example, the
また、第三実施形態では、各突合せ部J,J1及び各内隅Cに沿って補助部材30,31を配置しているが、補助部材30,31を配置することなく、各突合せ部J,J1及び各内隅Cを摩擦攪拌接合してもよい。
Further, 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接合方法について、図13〜図14を参照して詳細に説明する。第四実施形態では、図13に示すように、第一金属部材10と第二金属部材20との嵌合部の構成が第二実施形態と異なっている。
Fourth Embodiment
Next, a bonding method according to a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 13 to 14. In the fourth embodiment, as shown in FIG. 13, the configuration of the fitting portion between the
第四実施形態の第一金属部材10では、一方の側面10cに凹状の第一切り欠き部11が形成されている。第一切り欠き部11は、矩形状に窪んでおり、両端部が表面10a及び裏面10bに露出している。また、第四実施形態では、第二金属部材20に切り欠き部が形成されていない。
In the
第四実施形態の準備工程では、図14に示すように、第一金属部材10と第二金属部材20とを直交させ、第二金属部材20の一方の端部を第一金属部材10の第一切り欠き部11に嵌め合わせる。このように、第一切り欠き部11において、第一金属部材10と第二金属部材20とを嵌合させ、第一金属部材10と第二金属部材20とをT字形状に組み合わせる。これにより、第一金属部材10及び第二金属部材20の表側及び裏側には、C形状に屈曲した突合せ部J1,J1が形成される。
In the preparation step of the fourth embodiment, as shown in FIG. 14, the
第四実施形態の配置工程では、各内隅Cに沿って直線状の補助部材30を配置するとともに、表側及び裏側の突合せ部J1,J1に沿ってC形状に屈曲した補助部材31を配置する。
そして、第四実施形態の摩擦攪拌工程では、各突合せ部J,J1及び各内隅Cに対して、接合用回転ツールFを連続的に相対移動させることで、第一金属部材10と第二金属部材20との嵌合部の全周に亘って摩擦攪拌接合を行う。
In the arrangement step of the fourth embodiment, the linear
And in the friction stirring process of the fourth embodiment, the
以上本発明の第四実施形態について説明したが、第二実施形態と同様に、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、第一金属部材10及び第二金属部材20を中空な角筒状の金属部材によって構成してもよい。
Although the fourth embodiment of the present invention has been described above, as in the second embodiment, design changes can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
For example, the
また、第四実施形態では、各突合せ部J,J1及び各内隅Cに沿って補助部材30,31を配置しているが、補助部材30,31を配置することなく、各突合せ部J,J1及び各内隅Cを摩擦攪拌接合してもよい。
Further, in the fourth embodiment, the
また、第二金属部材20に切り欠き部を形成し、第一金属部材10に切り欠き部を形成しなくてもよい。この場合には、第一金属部材10の端部を第二金属部材20の切り欠き部に嵌め合わせることで、第一金属部材10と第二金属部材20とを嵌合状態に組み合わせる。
Further, the notch may not be formed in the
10 第一金属部材
10a 表面
10b 裏面
10c 側面
11 第一切り欠き部
11a 底面
20 第二金属部材
20a 表面
20b 裏面
20c 側面
20d 端面
21 第二切り欠き部
21a 底面
30 補助部材
31 補助部材
C 内隅
F 接合用回転ツール
F1 連結部
F2 攪拌ピン
J 突合せ部
J1 突合せ部
V バリ
W 塑性化領域
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記第一金属部材及び前記第二金属部材の少なくとも一方に、嵌合用の切り欠き部を設け、前記切り欠き部において前記第一金属部材と前記第二金属部材とを嵌合状態に組み合わせる準備工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合せ部又は内隅に摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする接合方法。 A bonding method for bonding a first metal member and a second metal member using a rotary tool provided with a stirring pin,
A preparing step of providing a notch for fitting in at least one of the first metal member and the second metal member, and combining the first metal member and the second metal member in a fitting state in the notch. When,
Friction stirring which carries out friction stirring to the abutment part or the inner corner of the 1st metallic member and the 2nd metallic member in the state where only the rotating stirring pin is in contact with the 1st metallic member and the 2nd metallic member And a step of bonding.
前記摩擦攪拌工程では、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摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項1に記載の接合方法。 Including an arranging step of arranging an auxiliary member at the butt joint or the inner corner,
2. The bonding method according to claim 1, wherein, in the friction stirring step, the friction stirring is performed in a state where only the stirring pin is in contact with the first metal member, the second metal member and the auxiliary member.
前記第一金属部材及び前記第二金属部材の少なくとも一方に、嵌合用の切り欠き部を設け、前記切り欠き部において前記第一金属部材と前記第二金属部材とを嵌合状態に組み合わせる準備工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合せ部及び内隅に摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする接合方法。 A bonding method for bonding a first metal member and a second metal member using a rotary tool provided with a stirring pin,
A preparing step of providing a notch for fitting in at least one of the first metal member and the second metal member, and combining the first metal member and the second metal member in a fitting state in the notch. When,
Friction agitation which performs friction agitation to the butting part and inner corner of the 1st metallic member and the 2nd metallic member in the state where only the rotating stirring pin is in contact with the 1st metallic member and the 2nd metallic member And a step of bonding.
前記摩擦攪拌工程では、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摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項5に記載の接合方法。 Including an arranging step of arranging an auxiliary member at the butting portion and the inner corner,
The bonding method according to claim 5, wherein in the friction stirring step, the friction stirring is performed in a state where only the stirring pin is in contact with the first metal member, the second metal member and the auxiliary member.
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