JP2023167973A - Friction stir welding device, and welding quality determination device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被接合部材同士を摩擦攪拌接合により接合する摩擦攪拌接合装置の構成とその制御に係り、特に、高品質（高精度）な接合が要求される被接合部材の接合に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to the configuration and control of a friction stir welding apparatus for joining workpieces together by friction stir welding, and is particularly applicable to joining workpieces that require high-quality (high-precision) joining. Concerning effective techniques.
円柱状の接合ツールを回転させて発生する摩擦熱で被接合材料を軟化させ、その部分を攪拌することで被接合材料同士を接合する摩擦攪拌接合（ＦＳＷ：Friction Stir Welding）は、材料以外の素材を用いないため、疲労強度が高く、材料も溶融しないことから溶接変形（ひずみ）の少ない接合が可能であり、航空機や自動車のボディなど、幅広い分野での応用が期待されている。 Friction stir welding (FSW) is a process in which materials to be joined are joined together by softening the materials to be welded using frictional heat generated by rotating a cylindrical welding tool and stirring that part. Since no material is used, the fatigue strength is high, and since the material does not melt, it is possible to join with little welding deformation (strain), and it is expected to be applied in a wide range of fields, such as aircraft and automobile bodies.
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、「被接合物の表面を回転工具により部分的に攪拌することによって、被接合物を接合し、その後に、接合部に生じている凹み量を、少なくとも接合部の接合強度の指標として用いる摩擦攪拌点接合における接合状態の評価方法」が開示されている。（特許文献１の請求項１）
As background technology in this technical field, there is a technology such as that disclosed in
上記特許文献１の方法では、被接合部材を点接合した接合部の凹み量（接合ビード部の深さ情報に相当）によって、接合強度（接合品質に相当）を評価する。
In the method disclosed in
特許文献１のような摩擦攪拌点接合においては、接合ツールを接合線に沿って、被接合部材を攪拌接合しながら進行させることがないため、接合ビード部の深さ情報のみを接合品質を判定するときの対象とすればよい。
In friction stir point welding as in
しかしながら、被接合部材を線形に摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合装置においては、接合ツールを被接合部材に挿入して回転させ、摩擦攪拌接合しながら接合線に沿って進行する必要がある。このような場合は、接合ビード部の深さ情報だけでは接合品質を十分に評価することができない。 However, in a friction stir welding apparatus that linearly friction stir welds members to be welded, it is necessary to insert a welding tool into the members to be welded, rotate it, and proceed along the welding line while performing friction stir welding. In such a case, it is not possible to sufficiently evaluate the bonding quality using only the depth information of the bonding bead portion.
そこで、本発明の目的は、被接合部材を摩擦攪拌接合した直後に接合ビード部の深さ情報と幅情報、及びバリ高さ情報に基づいて接合品質の適合または不適合を判定可能な摩擦攪拌接合装置及び接合品質の判定方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide friction stir welding that can determine whether or not the welding quality is compatible based on the depth information and width information of the weld bead and the burr height information immediately after friction stir welding of the members to be welded. The object of the present invention is to provide an apparatus and a method for determining joint quality.
上記課題を解決するために、本発明は、主軸に取り付けられた接合ツールを目標回転速度で回転させながら被接合部材に目標深度まで挿入し、前記被接合部材の挿入部及びその近傍を軟化させて摩擦攪拌接合始端部から摩擦攪拌接合終端部まで前記接合ツールを進行させて前記被接合部材を線形に摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合装置であって、前記接合ツールを進行する過程で、前記被接合部材を摩擦攪拌接合した直後に、第一の被接合部材と第二の被接合部材との突合せ部である前記被接合部材の接合線において摩擦攪拌接合した部位を示す接合ビード部の接合状態の適合または不適合を示す接合品質の判定を行うことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention inserts a welding tool attached to a main shaft into a welded member to a target depth while rotating it at a target rotational speed, and softens the insertion portion of the welded member and its vicinity. A friction stir welding apparatus for linearly friction stir welding the welded members by advancing the welding tool from a friction stir welding start end to a friction stir welding end, Immediately after friction stir welding of the joining members, the joining state of the joining bead portion showing the friction stir welded part at the joining line of the joining members, which is the butt part of the first joining member and the second joining member. The joint quality is determined to indicate conformity or nonconformity.
また、本発明は、摩擦攪拌接合装置における接合品質の判定方法であって、（ａ）第１の被接合部材と第２の被接合部材との突合せ部である被接合部材の接合線において摩擦攪拌接合した直後の接合ビード部の状態情報を取得するステップと、（ｂ）前記（ａ）ステップで取得した前記状態情報から前記接合ビード部の幅情報と深さ情報とバリ高さ情報とを取得するステップと、（ｃ）前記（ｂ）ステップで取得した前記幅情報および前記深さ情報が、それぞれ所定の要件を満たしているか否かを判定するステップと、を有することを特徴とする。 The present invention also provides a method for determining welding quality in a friction stir welding apparatus, which includes: (a) friction at a welding line of welded members, which is an abutting portion between a first welded member and a second welded member; a step of acquiring state information of the weld bead immediately after stirring welding; (b) obtaining width information, depth information, and burr height information of the weld bead from the state information obtained in step (a); and (c) determining whether the width information and the depth information acquired in step (b) each satisfy predetermined requirements.
本発明によれば、被接合部材を摩擦攪拌接合した直後に接合ビード部の深さ情報と幅情報、及びバリ高さ情報に基づいて接合品質の適合または不適合を判定可能な摩擦攪拌接合装置及び接合品質の判定方法を実現することができる。 According to the present invention, a friction stir welding apparatus and a friction stir welding apparatus capable of determining compliance or nonconformity of welding quality based on depth information and width information of a weld bead portion and burr height information immediately after friction stir welding of members to be welded; A method for determining joint quality can be realized.
これにより、被接合部材を摩擦攪拌接合した直後に接合不適合品を摘出することが可能となり、接合強度の弱い製品を確実に排除し、生産性向上及び品質向上に寄与できる。 This makes it possible to remove non-conforming welding products immediately after friction stir welding the members to be welded, reliably eliminate products with weak welding strength, and contribute to improved productivity and quality.
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be made clear by the following description of the embodiments.
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed explanations of overlapping parts will be omitted.
図１から図６を参照して、本発明の実施例１に係る摩擦攪拌接合装置及び接合品質の判定方法について説明する。 Embodiment 1 A friction stir welding apparatus and a welding quality determination method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
図１は、本実施例の摩擦攪拌接合装置１の全体概要を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an overall outline of a friction
本実施例の摩擦攪拌接合装置１は、図１に示すように、主要な構成として、装置本体２と、Ｚ軸上下動駆動機構部３を介して装置本体２に接続される主軸支持部４と、主軸支持部４により保持される主軸１５と、主軸１５により保持されるツールホルダ（接合ヘッド）５と、ツールホルダ（接合ヘッド）５により保持される接合ツール６とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 1, the friction
Ｚ軸上下動駆動機構部３には、図１に例示するように、例えばボールスクリュー、リニアガイドなどが用いられ、Ｚ軸上下動駆モータ１６により装置本体２に対して主軸支持部４をＺ軸方向（上下方向）に駆動させる。
As illustrated in FIG. 1, the Z-axis vertical
接合ツール６はショルダ部７およびプローブ部（接合ピン）８で構成され、主軸モータ１４に連結（図１では直結）されている。主軸モータ１４は、接合ツール６を所定方向に回転させる。
The welding tool 6 includes a
装置本体２は、Ｚ軸上下動駆動機構部３を介して主軸支持部４を支持し、装置本体２に搭載（付属）された制御部（制御装置）１１から主軸モータ１４に駆動信号を付与して接合ツール６を回転させながら接合線に沿って進行させる。つまり、装置本体２は、主軸支持部４と、主軸１５と、ツールホルダ（接合ヘッド）５を保持し、接合ツール６を回転させると共に、接合ツール６を図１のＸ軸方向およびＺ軸方向に移動させる。
The device
接合ツール６を所定の回転数で回転させながら、載置台１０上に載置された被接合部材９（９ａ，９ｂ）表面の接合線上にショルダ部７とプローブ部８とを押し付けることにより摩擦熱を発生させて被接合部材９を軟化させ、ショルダ部７とプローブ部８とを被接合部材９に必要量挿入し、当該回転数を保持することで塑性流動が生じ、挿入部が攪拌される。接合ツール６を引き抜く、又は移動することで攪拌部（接合部）が冷却され、被接合部材９は接合される。
While rotating the welding tool 6 at a predetermined rotation speed, the
なお、図１では、ツールホルダ（接合ヘッド）５及び接合ツール６が、主軸１５及び主軸支持部４、Ｚ軸上下動駆動機構部３を介して装置本体２に接続（保持）される構成を示しているが、これに限定されるものではなく、例えば、Ｚ軸上下動駆動機構部３のみを介して装置本体２に接続（保持）される構成や、他の可動手段を介して装置本体２に接続（保持）される構成、ツールホルダ（接合ヘッド）５及び接合ツール６が直接装置本体２に接続（保持）される構成、或いは、図１の構成に、さらにツールホルダ（接合ヘッド）５と装置本体２の間にＣ型フレームを設ける構成、多軸ロボットアームを有する装置本体２に接続（保持）される構成なども本実施例の範囲に含むものとする。
Note that FIG. 1 shows a configuration in which the tool holder (welding head) 5 and the welding tool 6 are connected (held) to the apparatus
また、ショルダ部７とプローブ部（接合ピン）８とが同一である接合ツール（つまりプローブを有さず、ショルダのみ）であっても良く、また、ショルダ部７が回転しない構造であっても良い。
Further, the welding tool may have the
装置本体２には、摩擦攪拌接合装置１の動作を制御する制御部（制御装置）１１が設置（付属）されている。制御部（制御装置）１１は、接合ツール６による接合条件を決定する接合条件信号やＺ軸上下動駆動機構部３による接合ツール６の鉛直方向（Ｚ方向）の保持位置（接合ピン８の挿入量）を決定する保持位置決定信号などの接合パラメータ（ＦＳＷ接合条件）を記憶する記憶部（図示せず）を備えている。なお、制御部１１は、制御装置として装置本体２とは別に構成してもよい。
A control section (control device) 11 that controls the operation of the friction
また、装置本体２には、Ｘ軸方向に駆動可能なＸ軸前後駆動機構部１２が設けられており、Ｘ軸前後駆動モータ１３により装置本体２の上部をＸ軸方向に設けられたリニアガイドのレールに沿って移動させることで、ツールホルダ（接合ヘッド）５及び接合ツール６をＸ軸方向（接合方向）へ移動させることができる。
Further, the device
ここで、本実施例の摩擦攪拌接合装置１には、図１に示すように、接合ツール６の進行方向の反対側となる主軸１５の後ろ側に計測装置１７が設置されている。
Here, in the friction
計測装置１７は、被接合部材９（９ａ，９ｂ）の接合部に対してレーザ光１８を照射することで、被接合部材９（９ａ，９ｂ）を摩擦攪拌接合した直後の接合品質情報を取得する。計測装置１７により取得した接合品質情報は、制御部（制御装置）１１に入力され、摩擦攪拌接合装置１の制御にフィードバックされる。
The measuring
図４に、計測装置１７の具体例を示す。本実施例では、図４に示すように、計測装置１７として、レーザ変位計を使用する。摩擦攪拌接合した部位を示す接合ビード部２０に対して、計測装置１７からレーザ光１８を照射することで、接合ビード部２０の深さ情報と幅情報とバリ情報を一度の計測で取得することができる。
FIG. 4 shows a specific example of the measuring
なお、図４では、被接合部材９をＸ軸方向に移動可能な載置台移動機構部１０ａを備える載置台１０の構成例を示しているが、載置台移動機構部は被接合部材９をＹ軸方向に移動可能に構成されていても良い。
Note that although FIG. 4 shows a configuration example of the mounting table 10 including a mounting table moving
次に、図６を用いて、摩擦攪拌接合装置１の運用例を説明する。図６は、主軸モータ負荷率と接合ツール挿入動作の関係を概念的に示す図である。
Next, an example of operation of the friction
本実施例の摩擦攪拌接合装置１のように、被接合部材を線形に摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合装置においては、一般的に、図６に示すような運用を行う。
In a friction stir welding apparatus that linearly friction stir welds members to be welded, such as the friction
摩擦攪拌接合始端部において、接合ツール６を所定の回転速度を示す目標回転速度で回転しながら被接合部材９（被接合部材９ａ及び被接合部材９ｂを突き合わせたもの）に目標とする深度を示す目標深度まで挿入する。
At the starting end of friction stir welding, while rotating the welding tool 6 at a target rotational speed indicating a predetermined rotational speed, a target depth is indicated to the welded member 9 (the welded
プローブ部（接合ピン）８を被接合部材９に接触させて接合ツール６の挿入を開始すると、接合ツール位置が深くなるに従い主軸モータ１４の負荷率は上昇する。
When the probe portion (welding pin) 8 is brought into contact with the
接合ツール６の挿入中にショルダ部７が被接合部材９に接触すると、主軸モータ１４の負荷率の上昇率は一時的に低下するが、接合ツール６の挿入がさらに進むと、主軸モータ１４の負荷率の上昇率は再び上昇する。
If the
目標深度、すなわち接合ツール６の挿入時の目標負荷率または目標接合ツール位置に到達した時点で、接合ツール６の挿入処理を終了する。接合ツール位置を固定した状態で、その位置において、接合ツール６近傍の被接合部材９の温度を示す接合温度が所望の値に上昇するまで入熱処理を行う。
When the target depth, that is, the target load rate or target welding tool position at the time of insertion of the welding tool 6 is reached, the insertion process of the welding tool 6 is ended. With the welding tool position fixed, heat input processing is performed at that position until the welding temperature, which indicates the temperature of the welded
その後、接合線１９（被接合部材９ａ及び被接合部材９ｂの突き合わせ部）上を所定の進行速度を示す目標進行速度で接合ツール６を摩擦攪拌接合終端部まで進行させて被接合部材９を摩擦攪拌接合する。摩擦攪拌接合処理の間は、主軸モータ負荷率と接合ツール位置をともに一定の値（目標値）を保持するように、主軸モータ１４及びＺ軸上下動駆動モータ１６の駆動を制御する。
Thereafter, the welding tool 6 is advanced on the welding line 19 (the abutting portion of the welded
摩擦攪拌接合処理が終了した時点で、接合ツール６の引き抜きを開始すると、接合ツール位置が浅くなるに従い主軸モータ１４の負荷率は低下する。
When the welding tool 6 is started to be withdrawn at the end of the friction stir welding process, the load factor of the
摩擦攪拌接合においては、摩擦攪拌接合した部位を示す接合ビード部２０の接合状態を示す接合品質の適合または不適合の判定が重要であり、不適合であれば要求される強度を達成できず、次の工程に影響することとなる。したがって、接合品質の適合または不適合をできるだけ早く判定することが必要となる。
In friction stir welding, it is important to determine whether the welding quality, which indicates the welding state of the
そこで、本実施例の摩擦攪拌接合装置１においては、次のように実現する。
Therefore, the friction
線形に摩擦攪拌接合する被接合部材では、接合後にパネルとして完成品を構成するには、要求される強度を満足する必要がある。本実施例では、強度に関しては、摩擦攪拌接合した部位を示す接合ビード部の深さの値を示す深さ情報と、接合ビード部の幅の値を示す幅情報に基づいて判定する。 For members to be welded linearly by friction stir welding, it is necessary to satisfy required strength in order to construct a finished product as a panel after welding. In this embodiment, the strength is determined based on depth information indicating the depth value of the weld bead portion indicating the friction stir welded portion and width information indicating the width value of the weld bead portion.
また、摩擦攪拌接合した後の作業工程において、摩擦攪拌した際に発生するバリの高さを示すバリ高さ情報も影響する。バリ高さ情報が大きいと、バリ削除に時間を要し、生産性に影響することになる。 Furthermore, in the work process after friction stir welding, burr height information indicating the height of burrs generated during friction stir welding also has an influence. If the burr height information is large, it will take time to remove the burr, which will affect productivity.
したがって、本実施例では、接合品質を接合ビード部の深さ情報と幅情報、及びバリ高さ情報により適合または不適合を判定する。 Therefore, in this embodiment, the welding quality is determined as conformity or nonconformity based on the depth information and width information of the weld bead portion, and the burr height information.
先ず、摩擦攪拌接合した被接合部材９の使用目的により、接合強度としての接合ビード部の深さ情報と幅情報の要求値を、深さ要件および幅要件として設定する。
First, depending on the purpose of use of the welded
それぞれの要件は基準値を設定し、（基準値±Δ）として、若干の幅を持たせる。つまり、接合ビード部の深さ情報、幅情報の計測値が、（基準値－Δ≦計測値≦基準値＋Δ）を満たすことで適合とする。 A reference value is set for each requirement, and a slight width is provided as (reference value ±Δ). In other words, the measurement value of the depth information and the width information of the joining bead portion satisfies (reference value - Δ≦measurement value≦reference value +Δ), and is determined to be compatible.
当然、Δの値を小さくするほど要求仕様は厳しくなり、接合品質は高精度となる。また、Δの値は、深さ情報と幅情報とで同じ場合も異なる場合もある。用途に応じて設定すれば良い。 Naturally, the smaller the value of Δ, the stricter the required specifications and the higher the accuracy of the bonding quality. Further, the value of Δ may be the same or different between the depth information and the width information. You can set it according to the purpose.
実際の接合品質の判定においては、接合ビード部の深さ情報と幅情報を取得し、これらの値がそれぞれの要件を満たしているかを判定する。接合ビード部の深さ情報に関して、（基準値（深さ要件）－Δ≦深さ情報≦基準値（深さ要件）＋Δ）が成立すること、さらに、接合ビード部の幅情報に関して、（基準値（幅要件）－Δ≦幅情報≦基準値（幅要件）＋Δ）が成立することをＡＮＤで満たすことで接合品質（強度）が適合となり、何れかを満たしていないときには接合品質（強度）が不適合となる。 In determining the actual joint quality, depth information and width information of the joint bead portion are acquired, and it is determined whether these values satisfy the respective requirements. Regarding the depth information of the weld bead, (reference value (depth requirement) - Δ≦depth information≦reference value (depth requirement) + Δ) holds true, and regarding the width information of the weld bead, (reference The bonding quality (strength) is determined to be compliant by satisfying the AND condition that the value (width requirement) - Δ≦width information≦standard value (width requirement) + Δ), and if any of the conditions is not satisfied, the bonding quality (strength) is satisfied. becomes nonconforming.
図２Ａから図２Ｅを用いて、具体例を説明する。図２Ａから図２Ｅは、ビード形状による接合品質（強度）の判定例を示す図である。 A specific example will be described using FIGS. 2A to 2E. FIGS. 2A to 2E are diagrams showing examples of determining bonding quality (strength) based on bead shape.
図２Ａは、接合品質（強度）適合の例である。接合ビード部の深さ情報、接合ビード部の幅情報が、ともに要件を満たしている。 FIG. 2A is an example of bond quality (strength) matching. Both the depth information of the joining bead portion and the width information of the joining bead portion meet the requirements.
図２Ｂは、接合品質（強度）不適合の例である。深さ情報は適正であるが、幅情報が不適合（小）である。 FIG. 2B is an example of a bond quality (strength) mismatch. The depth information is appropriate, but the width information is inappropriate (small).
図２Ｃは、接合品質（強度）不適合の例である。幅情報は適正であるが、深さ情報が不適合（浅い）である。 FIG. 2C is an example of a bond quality (strength) mismatch. Although the width information is appropriate, the depth information is inappropriate (shallow).
図２Ｄは、接合品質（強度）不適合の例である。幅情報は適正であるが、深さ情報が不適合（深い）である。 FIG. 2D is an example of a bond quality (strength) mismatch. The width information is appropriate, but the depth information is inappropriate (deep).
図２Ｅは、接合品質（強度）不適合の例である。深さ情報及び幅情報ともに不適合（幅：小，深さ：浅い）である。 FIG. 2E is an example of a bond quality (strength) mismatch. Both depth information and width information are inconsistent (width: small, depth: shallow).
接合品質（強度）が不適合となった被接合部材は、要求された仕様（強度）を満たさないことから、完成品を構成する部品としては使用できないこととなる。 A member to be joined whose joining quality (strength) does not meet the required specifications (strength) cannot be used as a component of a finished product.
次に、摩擦攪拌接合工程の次工程（例えばプレス成形工程やバリ削除工程）において要求されるバリ要件を設定する。すなわち、（基準値（バリ要件）＋Δ）を設定する。当然、Δの値を小さくするほど要求仕様は厳しくなり、接合品質は高精度となるが、用途に応じて設定すれば良い。 Next, burr requirements required in the next process (for example, press forming process or burr removal process) after the friction stir welding process are set. That is, (reference value (burr requirement) + Δ) is set. Naturally, the smaller the value of Δ, the stricter the required specifications and the higher the accuracy of the bonding quality, but it may be set according to the application.
実際の接合品質の判定においては、接合ビード部のバリ高さ情報を取得し、設定した要件を満たしているかを判定する。（バリ高さ情報≦基準値（バリ要件）＋Δ）が成立することで接合品質（バリ）が適合となり、満たしていないときは接合品質（バリ）が不適合となる。 In determining the actual bonding quality, information on the burr height of the bonding bead is obtained and it is determined whether the set requirements are met. If (burr height information ≦ reference value (burr requirement) + Δ) is satisfied, the bonding quality (burr) is compliant, and if it is not satisfied, the bonding quality (burr) is noncompliant.
なお、接合品質（バリ）が適合と判定するには、接合ツールの進行方向のＡＳ側（アドバンシングサイド）及びＲＳ側（リトリーティングサイド）の両側においてバリ要件を満たす必要がある。ＡＳ側またはＲＳ側の何れかだけがバリ要件を満たしても接合品質（バリ）適合とならない。 Note that in order to determine that the welding quality (burr) is suitable, it is necessary to satisfy the burr requirements on both sides of the AS side (advancing side) and the RS side (retreating side) in the advancing direction of the welding tool. Even if only either the AS side or the RS side satisfies the burr requirements, the joint quality (burr) will not be met.
接合品質（バリ）不適合となった被接合部材は、次工程でバリ削除作業に必要以上の時間を要することとなり、全体の生産性に影響を与える。 If the welding quality (burrs) of the welded parts is non-conforming, it will take more time than necessary to remove the burrs in the next process, which will affect the overall productivity.
図３Ａから図３Ｃを用いて、具体例を説明する。図３Ａから図３Ｃは、バリ形状による接合品質（バリ）の判定例を示す図である。 A specific example will be described using FIGS. 3A to 3C. FIGS. 3A to 3C are diagrams showing examples of determining bonding quality (burrs) based on burr shapes.
図３Ａは、接合品質（バリ）適合の例である。ＡＳ側のバリ高さ情報、ＲＳ側のバリ高さ情報が、ともに要件を満たしている。 FIG. 3A is an example of joint quality (burr) adaptation. Both the burr height information on the AS side and the burr height information on the RS side meet the requirements.
図３Ｂは、接合品質（バリ）不適合の例である。ＡＳ側のバリ高さ情報及びＲＳ側のバリ高さ情報ともに要件を満たしていない。 FIG. 3B is an example of joint quality (burr) nonconformity. Both the burr height information on the AS side and the burr height information on the RS side do not meet the requirements.
図３Ｃは、接合品質（バリ）不適合の例である。ＡＳ側のバリ高さ情報は要件を満たしているが、ＲＳ側のバリ高さ情報は要件を満たしていない。 FIG. 3C is an example of joint quality (burr) nonconformity. The burr height information on the AS side satisfies the requirements, but the burr height information on the RS side does not meet the requirements.
なお、接合品質の判定では、先ず、接合ビード部の深さ情報及び幅情報による強度の判定を行い、その結果が適合である場合にバリ発生量の判定を行う。これは、作業時間を短縮するためである。強度の判定において不適合と判定した場合には、バリ発生量の判定を行う必要がない。 Note that in determining the joint quality, first, the strength is determined based on the depth information and width information of the joint bead portion, and if the result is suitable, the amount of burr generation is determined. This is to shorten the working time. If the strength is determined to be non-conforming, there is no need to determine the amount of burr generation.
図５のフローチャートを用いて、本実施例の接合品質の判定方法について詳述する。 The joining quality determination method of this embodiment will be described in detail using the flowchart of FIG.
先ず、ステップＳ１において、被接合部材９の材質と厚みに基づいて、接合ツール６の目標回転速度と目標進行速度、目標深度を設定する。
First, in step S1, a target rotational speed, target advancement speed, and target depth of the welding tool 6 are set based on the material and thickness of the welded
ステップＳ１と並行して、ステップＳ２において、摩擦攪拌接合する被接合部材９の用途により要求される接合品質を確保できる要件として、接合ビード部２０の深さ要件と幅要件、及びバリ要件を設定し、接合品質の判定を行う間隔を設定する。間隔は、時間で設定しても良いし、接合ツール６の進む距離で設定しても良い。
In parallel with step S1, in step S2, depth requirements, width requirements, and burr requirements of the
次に、ステップＳ３において、接合ツール６を被接合部材９の摩擦攪拌始端部にセットし、目標回転速度で接合ツール６を回転させながら被接合部材９に目標深度まで挿入する。その位置において、挿入部の温度が所望の温度になるまで入熱処理を行い、その後、目標進行速度で接合ツール６を接合線に沿って進行する。
Next, in step S3, the welding tool 6 is set at the friction stirring starting end of the welded
続いて、ステップＳ４において、接合ツール６の進行方向後ろ側に設置した計測装置１７により接合ビード部２０の状態情報（深さ情報・幅情報・バリ情報）を取得する。
Subsequently, in step S4, state information (depth information, width information, burr information) of the
次に、ステップＳ５において、接合ビード部２０の深さ情報が深さ要件を満たしているか、かつ、接合ビード部２０の幅情報が幅要件を満たしいているかを判定する。両要件を満たしているときに接合品質（強度）適合と判定し、ステップＳ６に進む。一方、何れかの要件を満たしていないとき、または両方の要件を満たしていないときは、接合品質（強度）不適合として、不適合信号を出力する。
Next, in step S5, it is determined whether the depth information of the joining
続いて、ステップＳ６において、バリ情報がバリ要件を満たしているかを判定する。バリ要件を満たしているときは接合品質（バリ）適合と判定し、ステップＳ７に進む。一方、バリ要件を満たしていないときは接合品質（バリ）不適合として、不適合信号を出力する。 Subsequently, in step S6, it is determined whether the burr information satisfies the burr requirements. If the burr requirements are met, it is determined that the bonding quality (burr) is compliant, and the process proceeds to step S7. On the other hand, if the burr requirements are not met, it is determined that the bonding quality (burr) is non-conforming and a non-conformity signal is output.
次に、ステップＳ７において、接合ツール６の移動量または経過時間が所定の値（位置・時間）に達したか否かを判定する。所定の値に達したと判定した場合（Yes）、ステップＳ８に進み、被接合部材９の接合部から接合ツール６を引き抜いて、摩擦攪拌接合処理を終了する。
Next, in step S7, it is determined whether the moving amount or elapsed time of the welding tool 6 has reached a predetermined value (position/time). If it is determined that the predetermined value has been reached (Yes), the process proceeds to step S8, where the welding tool 6 is pulled out from the welded portion of the welded
一方、接合ツール６の移動量または経過時間が所定の値（位置・時間）に達していないと判定した場合（No）には、ステップＳ４に戻り、ステップＳ４以降の処理を繰り返す。 On the other hand, if it is determined that the moving amount or the elapsed time of the welding tool 6 has not reached the predetermined value (position/time) (No), the process returns to step S4 and the processes from step S4 onwards are repeated.
上記のステップＳ４からステップＳ６の処理を定間隔で、被接合部材９を摩擦攪拌接合した直後に行いながら、摩擦攪拌接合終端部まで接合ツール６を進行させることにより、接合品質不適合を速やかに検出することが可能となる。
Immediately after friction stir welding the
図７を参照して、本発明の実施例２に係る摩擦攪拌接合装置について説明する。図７は、本実施例の計測装置を示す図であり、実施例１（図４）の変形例に相当する。 With reference to FIG. 7, a friction stir welding apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a diagram showing the measuring device of this embodiment, and corresponds to a modification of the first embodiment (FIG. 4).
実施例１（図４）では、計測装置１７としてレーザ変位計を用いる例を説明したが、本実施例（図７）では、計測装置として、ＣＣＤカメラなどの撮像装置２１を使用する。
In the first embodiment (FIG. 4), an example was explained in which a laser displacement meter is used as the measuring
接合ツール６（ショルダ部７及びプローブ部８）の進行方向の反対側となる主軸１５の後ろ側に設置した撮像装置２１により接合ビード部２０を撮像することで、撮像した画像情報２２から接合ビード部２０の深さ情報と幅情報とバリ情報を一度の撮像で取得することができる。
By capturing an image of the
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and includes various modifications. For example, the embodiments described above are described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to having all the configurations described. Furthermore, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Furthermore, it is possible to add, delete, or replace some of the configurations of each embodiment with other configurations.
１…摩擦攪拌接合装置、２…装置本体、３…Ｚ軸上下動駆動機構部、４…主軸支持部、５…ツールホルダ（接合ヘッド）、６…接合ツール、７…ショルダ部、８…プローブ部（接合ピン）、９，９ａ，９ｂ…被接合部材、１０…載置台、１０ａ…載置台移動機構部、１１…制御部（制御装置）、１２…Ｘ軸前後駆動機構部、１３…Ｘ軸前後駆動モータ、１４…主軸モータ、１５…主軸、１６…Ｚ軸上下動駆動モータ、１７…計測装置、１８…レーザ光、１９…接合線、２０…接合ビード部、２１…撮像装置、２２…画像情報。
DESCRIPTION OF
上記課題を解決するために、本発明は、主軸に取り付けられた接合ツールを目標回転速度で回転させながら被接合部材に目標深度まで挿入し、前記被接合部材の挿入部及びその近傍を軟化させて摩擦攪拌接合始端部から摩擦攪拌接合終端部まで前記接合ツールを進行させて前記被接合部材を線形に摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合装置であって、前記被接合部材を摩擦攪拌接合する前段階において、前記被接合部材の摩擦攪拌接合後の用途に応じて接合ビード部の幅要件と深さ要件とバリ要件とを設定し、前記接合ツールを進行する過程で、前記被接合部材を摩擦攪拌接合した直後に、第１の被接合部材と第２の被接合部材との突合せ部である前記被接合部材の接合線において摩擦攪拌接合した部位を示す前記接合ビード部の接合状態の適合または不適合を示す接合品質の判定を行うことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention inserts a welding tool attached to a main shaft into a welded member to a target depth while rotating it at a target rotational speed, and softens the insertion portion of the welded member and its vicinity. A friction stir welding apparatus for linearly friction stir welding the welded members by advancing the welding tool from a friction stir welding start end to a friction stir welding end, the step before friction stir welding the welded members. In this step, the width requirements, depth requirements, and burr requirements of the welding bead portion are set according to the use of the welded members after friction stir welding, and in the process of advancing the welding tool, the welded members are subjected to friction stir welding. Immediately after welding, suitability or incompatibility of the welding state of the welding bead portion indicating the friction stir welded portion at the welding line of the welded members, which is the abutting portion of the first welded member and the second welded member. The method is characterized in that it determines the joint quality that indicates.
また、本発明は、摩擦攪拌接合装置における接合品質の判定方法であって、（ａ）被接合部材を摩擦攪拌接合する前段階において、前記被接合部材の摩擦攪拌接合後の用途に応じて幅要件と深さ要件とバリ要件とを設定するステップと、（ｂ）第１の被接合部材と第２の被接合部材との突合せ部である被接合部材の接合線において摩擦攪拌接合した直後の接合ビード部の状態情報を取得するステップと、（ｃ）前記（ｂ）ステップで取得した前記状態情報から前記接合ビード部の幅情報と深さ情報とバリ高さ情報とを取得するステップと、（ｄ）前記（ｃ）ステップで取得した前記幅情報および前記深さ情報が、それぞれ前記（ａ）ステップで設定した要件を満たしているか否かを判定するステップと、を有することを特徴とする。 The present invention also provides a method for determining welding quality in a friction stir welding apparatus , comprising: (a) In a step before friction stir welding the welded members, the welding quality is determined according to the use of the welded members after friction stir welding. a step of setting requirements, depth requirements, and burr requirements; (c) obtaining width information, depth information, and burr height information of the bonding bead from the condition information obtained in step (b) ; (d) determining whether the width information and the depth information obtained in step (c) each satisfy the requirements set in step (a). .
Claims (11)
前記接合ツールを進行する過程で、前記被接合部材を摩擦攪拌接合した直後に、第１の被接合部材と第２の被接合部材との突合せ部である前記被接合部材の接合線において摩擦攪拌接合した部位を示す接合ビード部の接合状態の適合または不適合を示す接合品質の判定を行うことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 The welding tool attached to the main shaft is inserted into the welded parts to the target depth while rotating at a target rotational speed, and the inserted part of the welded parts and its vicinity are softened, from the friction stir welding start end to the friction stir welding end. A friction stir welding apparatus for linearly friction stir welding the welded members by advancing the welding tool up to
In the process of advancing the welding tool, immediately after friction stir welding the members to be welded, friction stir is applied at the welding line of the members to be welded, which is the butt portion of the first member to be welded and the second member to be welded. A friction stir welding apparatus characterized in that the welding quality is determined to indicate suitability or non-conformity of the welding state of a welded bead portion indicating a welded part.
前記接合品質を不適合と判定した場合に、接合品質不適合を示す信号を出力することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 The friction stir welding apparatus according to claim 1,
A friction stir welding apparatus characterized in that when the welding quality is determined to be non-conforming, a signal indicating non-conformity of the welding quality is output.
前記接合ツールの進行方向の反対側となる前記主軸の後ろ側に計測装置を備え、
前記計測装置により、摩擦攪拌接合した直後の前記接合ビード部の状態情報を取得する状態情報取得処理を行い、前記接合ビード部の状態情報を取得することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 The friction stir welding apparatus according to claim 1,
A measuring device is provided on the back side of the main shaft, which is opposite to the direction of movement of the welding tool,
A friction stir welding apparatus characterized in that the measurement device performs a state information acquisition process to acquire state information of the weld bead immediately after friction stir welding, and acquires state information of the weld bead.
前記状態情報から前記接合ビード部の幅情報と前記接合ビード部の深さ情報を取得し、
前記状態情報取得処理の後に判定処理を行うことにより、前記幅情報が所定の幅要件を満たし、かつ、前記深さ情報が所定の深さ要件を満たしている場合には接合強度は適合と判定し、
前記幅情報が前記所定の幅要件を満たしていない場合、または、前記深さ情報が前記所定の深さ要件を満たしていない場合には接合強度は不適合と判定することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 The friction stir welding apparatus according to claim 3,
Obtaining width information of the joining bead portion and depth information of the joining bead portion from the state information,
By performing a determination process after the state information acquisition process, if the width information satisfies a predetermined width requirement and the depth information satisfies a predetermined depth requirement, the joint strength is determined to be suitable. death,
Friction stir welding, characterized in that if the width information does not meet the predetermined width requirements, or if the depth information does not meet the predetermined depth requirements, the welding strength is determined to be unsuitable. Device.
前記判定処理において、前記接合ビード部の深さ情報が前記所定の深さ要件を満たし、かつ、前記接合ビード部の幅情報が前記所定の幅要件を満たしている場合、前記状態情報から前記接合ビード部のバリの高さを示すバリ高さ情報を取得し、
前記バリ高さ情報が所定のバリ要件を満たしている場合にはバリ高さは適合と判定し、前記バリ高さ情報が前記所定のバリ要件を満たしていない場合にはバリ高さは不適合と判定することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 The friction stir welding apparatus according to claim 4,
In the determination process, if the depth information of the joining bead portion satisfies the predetermined depth requirement and the width information of the joining bead portion satisfies the predetermined width requirement, the joining bead portion is determined based on the state information. Obtain burr height information indicating the burr height of the bead part,
If the burr height information satisfies predetermined burr requirements, the burr height is determined to be compliant, and if the burr height information does not meet the predetermined burr requirements, the burr height is determined to be nonconforming. A friction stir welding device characterized by making a judgment.
予め定めた時間間隔または距離間隔で、前記状態情報取得処理と前記判定処理を繰り返し行うことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 The friction stir welding apparatus according to claim 4 or 5,
A friction stir welding apparatus characterized in that the state information acquisition process and the determination process are repeatedly performed at predetermined time intervals or distance intervals.
前記被接合部材を摩擦攪拌接合する前段階において、前記被接合部材の摩擦攪拌接合後の用途に応じて前記幅要件と前記深さ要件と前記バリ要件を設定することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 The friction stir welding apparatus according to claim 5,
Friction stir welding characterized in that, in a step before friction stir welding the members to be joined, the width requirements, the depth requirements, and the burr requirements are set according to the use of the members to be joined after friction stir welding. Device.
前記計測装置は、レーザ変位計または撮像装置であることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 The friction stir welding apparatus according to claim 3,
A friction stir welding apparatus characterized in that the measuring device is a laser displacement meter or an imaging device.
（ａ）第１の被接合部材と第２の被接合部材との突合せ部である被接合部材の接合線において摩擦攪拌接合した直後の接合ビード部の状態情報を取得するステップと、
（ｂ）前記（ａ）ステップで取得した前記状態情報から前記接合ビード部の幅情報と深さ情報とバリ高さ情報とを取得するステップと、
（ｃ）前記（ｂ）ステップで取得した前記幅情報および前記深さ情報が、それぞれ所定の要件を満たしているか否かを判定するステップと、
を有することを特徴とする接合品質の判定方法。 A method for determining welding quality in a friction stir welding device, the method comprising:
(a) acquiring state information of a welding bead immediately after friction stir welding at a welding line of the welded members, which is the butt portion of the first welded member and the second welded member;
(b) acquiring width information, depth information, and burr height information of the joining bead portion from the state information acquired in step (a);
(c) determining whether the width information and the depth information obtained in step (b) each satisfy predetermined requirements;
A method for determining joint quality, comprising:
前記（ｃ）ステップの後、（ｄ）前記（ｂ）ステップで取得した前記バリ高さ情報が、所定の要件を満たしているか否かを判定するステップを有することを特徴とする接合品質の判定方法。 The method for determining joint quality according to claim 9,
After the step (c), the method further comprises the step of (d) determining whether the burr height information acquired in the step (b) satisfies predetermined requirements. Method.
前記被接合部材を摩擦攪拌接合する前段階において、前記被接合部材の摩擦攪拌接合後の用途に応じて幅要件と深さ要件とバリ要件を設定することを特徴とする接合品質の判定方法。 The method for determining joint quality according to claim 10,
A method for determining welding quality, characterized in that, in a step before friction stir welding the welded members, width requirements, depth requirements, and burr requirements are set according to the use of the welded members after friction stir welding.
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