JP3288678B2 - 摩擦撹拌接合の仮付け方法 - Google Patents
摩擦撹拌接合の仮付け方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は摩擦撹拌接合方法、殊
に摩擦撹拌接合のための仮接け方法に関するものであ
り、板材の突き合わせ面を所定ピッチの摩擦撹拌接合で
仮付けしてから連続して摩擦撹拌接合するときに口開き
を生じることを確実に抑制して、口開きによる接合部の
接合不良を防止するものである。
に摩擦撹拌接合のための仮接け方法に関するものであ
り、板材の突き合わせ面を所定ピッチの摩擦撹拌接合で
仮付けしてから連続して摩擦撹拌接合するときに口開き
を生じることを確実に抑制して、口開きによる接合部の
接合不良を防止するものである。
【０００２】
【従来の技術】アルミ板の接合に摩擦撹拌接合が用いら
れているが、新幹線の車両、在来の特急車両の床板、側
板などに使用されるアルミ型材等の接合継手の長さは極
めて長い。他方、板材Ｐの摩擦撹拌接合は図１、図２に
示すようにアルミ板Ｐを支持板４上で突き合わせた状態
で行われ、突き合わせ面及び接合部の上面が接合工具Ｔ
のピン１及び工具本体２の肩部３との摩擦熱で軟化され
て、突き合わせ面が接合される。接合工具Ｔは硬質金属
部材であり、その先端に突設された比較的細いピン１が
前進方向の強い抵抗を受けながら高速で回転するもので
ある。ダブルスキンアルミ型材などのアルミ板は型成形
されるために、長尺のものほどその直線性が低下し、こ
れを突き合わせたとき開先に隙間ができてしまう。この
ため、支持板４上で突き合された板Ｐ，Ｐを万力などで
横方向に押し付けて開先の隙間を可及的に小さくしてお
いて、所定のピッチで断続的に仮付けしてから連続して
摩擦撹拌接合が行われる。また、上記仮付け方法として
は種々の接合方法を採用できるが、摩擦撹拌接合による
方が接合部の品質、仮付け作業の簡便化の観点から望ま
しい。他方、摩擦撹拌接合装置のヘッドはＸＹＺ座標軸
の各軸方向にその位置を制御されるものであり、接合工
具Ｔが開先を追跡するように制御される。また、アルミ
板Ｐは、摩擦撹拌接合時にその接合辺だけが加熱される
ので、熱歪みのため、接合が進行するに連れて開先隙間
が徐々に増大する傾向がある。また、摩擦撹拌接合で仮
付けを行う場合、従来はその開始点、終点を連続摩擦撹
拌接合のそれと同じにして仮付け作業が行われる。
れているが、新幹線の車両、在来の特急車両の床板、側
板などに使用されるアルミ型材等の接合継手の長さは極
めて長い。他方、板材Ｐの摩擦撹拌接合は図１、図２に
示すようにアルミ板Ｐを支持板４上で突き合わせた状態
で行われ、突き合わせ面及び接合部の上面が接合工具Ｔ
のピン１及び工具本体２の肩部３との摩擦熱で軟化され
て、突き合わせ面が接合される。接合工具Ｔは硬質金属
部材であり、その先端に突設された比較的細いピン１が
前進方向の強い抵抗を受けながら高速で回転するもので
ある。ダブルスキンアルミ型材などのアルミ板は型成形
されるために、長尺のものほどその直線性が低下し、こ
れを突き合わせたとき開先に隙間ができてしまう。この
ため、支持板４上で突き合された板Ｐ，Ｐを万力などで
横方向に押し付けて開先の隙間を可及的に小さくしてお
いて、所定のピッチで断続的に仮付けしてから連続して
摩擦撹拌接合が行われる。また、上記仮付け方法として
は種々の接合方法を採用できるが、摩擦撹拌接合による
方が接合部の品質、仮付け作業の簡便化の観点から望ま
しい。他方、摩擦撹拌接合装置のヘッドはＸＹＺ座標軸
の各軸方向にその位置を制御されるものであり、接合工
具Ｔが開先を追跡するように制御される。また、アルミ
板Ｐは、摩擦撹拌接合時にその接合辺だけが加熱される
ので、熱歪みのため、接合が進行するに連れて開先隙間
が徐々に増大する傾向がある。また、摩擦撹拌接合で仮
付けを行う場合、従来はその開始点、終点を連続摩擦撹
拌接合のそれと同じにして仮付け作業が行われる。
【０００３】ところで、従来の方法で仮付け摩擦撹拌接
合を行い、その後連続して摩擦撹拌接合すると、当該連
続摩擦撹拌接合の進行につれて、未接合の開先が徐々に
開き、これが接合工具の直前にまで達して口開きを生じ
る。口開きが生じた状態で摩擦撹拌接合が行われると、
接合不良を生じる（図３（ａ）参照）。ダブルスキンア
ルミ型材などのように上下両面から同時に摩擦撹拌接合
を行う場合（図３（ｂ）参照）は、ダブルスキンアルミ
型材の中空部が断熱空間になるので摩擦撹拌接合による
熱の放熱が妨げられ、接合部に与える熱的影響が大き
い。このために口開きｘが大きくなる場合が少なくない
（図４参照）。上記のような連続した摩擦撹拌接合にお
ける口開きを可及的に防止するために、接合工具Ｔの直
ぐ後方の接合部を強制冷却する方法が採られている。こ
の強制冷却は、上下の噴射ノズル５１，５１により空気
と水との混合流体を高圧で噴射するものである。このよ
うに接合された直後に水と空気の混合流体を高圧で噴射
して強制冷却する（図５参照）ことによって、無冷却の
場合（図３の場合）に生じる口開きは抑制され、当該口
開きによる接合不良が防止される。しかし、図５の従来
の方法は接合工具Ｔの直ぐ後方の接合部を強制冷却する
ものであるので、接合直後の接合部が急冷されることに
より接合品質が低下することが懸念され、また、摩擦撹
拌接合装置に上記冷却装置を付設することになるのでこ
の点からも望ましくない。図５の従来技術は口開きを生
じる熱的影響を可及的に排除して、口開きを抑制するも
のであるが、連続摩擦撹拌接合の接合品質に悪影響を与
えない仮付け方法を工夫することで上記口開きを防止な
いしは抑制することが望まれる。
合を行い、その後連続して摩擦撹拌接合すると、当該連
続摩擦撹拌接合の進行につれて、未接合の開先が徐々に
開き、これが接合工具の直前にまで達して口開きを生じ
る。口開きが生じた状態で摩擦撹拌接合が行われると、
接合不良を生じる（図３（ａ）参照）。ダブルスキンア
ルミ型材などのように上下両面から同時に摩擦撹拌接合
を行う場合（図３（ｂ）参照）は、ダブルスキンアルミ
型材の中空部が断熱空間になるので摩擦撹拌接合による
熱の放熱が妨げられ、接合部に与える熱的影響が大き
い。このために口開きｘが大きくなる場合が少なくない
（図４参照）。上記のような連続した摩擦撹拌接合にお
ける口開きを可及的に防止するために、接合工具Ｔの直
ぐ後方の接合部を強制冷却する方法が採られている。こ
の強制冷却は、上下の噴射ノズル５１，５１により空気
と水との混合流体を高圧で噴射するものである。このよ
うに接合された直後に水と空気の混合流体を高圧で噴射
して強制冷却する（図５参照）ことによって、無冷却の
場合（図３の場合）に生じる口開きは抑制され、当該口
開きによる接合不良が防止される。しかし、図５の従来
の方法は接合工具Ｔの直ぐ後方の接合部を強制冷却する
ものであるので、接合直後の接合部が急冷されることに
より接合品質が低下することが懸念され、また、摩擦撹
拌接合装置に上記冷却装置を付設することになるのでこ
の点からも望ましくない。図５の従来技術は口開きを生
じる熱的影響を可及的に排除して、口開きを抑制するも
のであるが、連続摩擦撹拌接合の接合品質に悪影響を与
えない仮付け方法を工夫することで上記口開きを防止な
いしは抑制することが望まれる。
【０００４】
【解決しようとする課題】そこでこの発明は、連続摩擦
撹拌接合の品質に悪影響を与えることなしに、連続摩擦
撹拌接合における口開きを防止できるように、その仮付
け方法を工夫することをその課題とするものである。
撹拌接合の品質に悪影響を与えることなしに、連続摩擦
撹拌接合における口開きを防止できるように、その仮付
け方法を工夫することをその課題とするものである。
【０００５】
【課題解決のために講じた手段】上記課題解決のために
講じた手段は、板材の摩擦撹拌接合のための摩擦撹拌接
合による仮付け方法について、仮付け摩擦撹拌接合の接
合工具の進行方向を連続摩擦撹拌接合の進行方向と同じ
にし、連続摩擦撹拌接合の終端側から始端側に向かって
バックステップしながら所定のピッチで断続的に仮付け
摩擦撹拌接合を行うことである。
講じた手段は、板材の摩擦撹拌接合のための摩擦撹拌接
合による仮付け方法について、仮付け摩擦撹拌接合の接
合工具の進行方向を連続摩擦撹拌接合の進行方向と同じ
にし、連続摩擦撹拌接合の終端側から始端側に向かって
バックステップしながら所定のピッチで断続的に仮付け
摩擦撹拌接合を行うことである。
【０００６】
【作用】連続摩擦撹拌接合が進むにつれて、熱歪みによ
って開先が開く方向に板材が変形し、未接合部分の開先
が徐々に拡大され、これによって口開きが生じるものと
推測される。また、このことは程度の差はあるが仮付け
の摩擦撹拌接合を行うときにも当てはまる。そして、仮
付けの開始点、終点が、連続摩擦撹拌接合の開始点、終
点とは反対になるので、連続摩擦撹拌接合による開先の
拡大方向は仮付け摩擦撹拌接合による拡大方向と反対に
なり、また、連続摩擦撹拌接合の終端側から始端側に向
かって、バックステップしながら、所定のピッチで、す
でに、仮付けして固定された部分に向かって摩擦撹拌接
合工具を押し進めながら仮付けを行うことになるので、
仮付け摩擦撹拌接合及び連続摩擦撹拌接合時の開先の拡
大がそれだけ抑制される。実際にこのようにして仮付け
を行うと、連続摩擦撹拌接合時の口開きは極めて小さ
く、口開きによって接合部の品質が損なわれることはな
い。
って開先が開く方向に板材が変形し、未接合部分の開先
が徐々に拡大され、これによって口開きが生じるものと
推測される。また、このことは程度の差はあるが仮付け
の摩擦撹拌接合を行うときにも当てはまる。そして、仮
付けの開始点、終点が、連続摩擦撹拌接合の開始点、終
点とは反対になるので、連続摩擦撹拌接合による開先の
拡大方向は仮付け摩擦撹拌接合による拡大方向と反対に
なり、また、連続摩擦撹拌接合の終端側から始端側に向
かって、バックステップしながら、所定のピッチで、す
でに、仮付けして固定された部分に向かって摩擦撹拌接
合工具を押し進めながら仮付けを行うことになるので、
仮付け摩擦撹拌接合及び連続摩擦撹拌接合時の開先の拡
大がそれだけ抑制される。実際にこのようにして仮付け
を行うと、連続摩擦撹拌接合時の口開きは極めて小さ
く、口開きによって接合部の品質が損なわれることはな
い。
【０００７】
【実施態様１】実施態様１は、上記解決手段における仮
付け摩擦撹拌接合の接合工具を連続摩擦撹拌接合の接合
工具と同じものにしたことである。
付け摩擦撹拌接合の接合工具を連続摩擦撹拌接合の接合
工具と同じものにしたことである。
【作用】連続摩擦撹拌接合と同じ接合工具を用いて連続
摩擦撹拌接合の終端から仮付けを開始し、この仮付け摩
擦撹拌接合工具の進行方向を連続摩擦撹拌接合における
進行方向と同じにすると、連続摩擦撹拌接合の終端から
開始端に向かってバックステップしながら仮付け摩擦撹
拌接合作業が進められることになる。さらに言えば、例
えば接合される板Ｐの右端から連続摩擦撹拌接合を行う
ときは、図６における左端からピッチＰで右側に向って
バックステップしながら、仮付け１、仮付け２・・・と
ｎ箇所の仮付けがなされることになる。ｎ番目の仮付け
に引き続いて、摩擦撹拌接合工具をそのままにして、図
６における右端から連続摩擦撹拌接合を開始することが
できる。
摩擦撹拌接合の終端から仮付けを開始し、この仮付け摩
擦撹拌接合工具の進行方向を連続摩擦撹拌接合における
進行方向と同じにすると、連続摩擦撹拌接合の終端から
開始端に向かってバックステップしながら仮付け摩擦撹
拌接合作業が進められることになる。さらに言えば、例
えば接合される板Ｐの右端から連続摩擦撹拌接合を行う
ときは、図６における左端からピッチＰで右側に向って
バックステップしながら、仮付け１、仮付け２・・・と
ｎ箇所の仮付けがなされることになる。ｎ番目の仮付け
に引き続いて、摩擦撹拌接合工具をそのままにして、図
６における右端から連続摩擦撹拌接合を開始することが
できる。
【０００８】
【実施態様２】実施態様２は、ダブルスキンアルミ型材
の連続摩擦撹拌接合のための仮付けを上記解決手段また
は実施態様１によって行うことである。
の連続摩擦撹拌接合のための仮付けを上記解決手段また
は実施態様１によって行うことである。
【作用】ダブルスキンアルミ型材の連続摩擦撹拌接合に
おいて上記口開きが顕著であることは上記のとおりであ
るが、ダブルスキンアルミ型材の連続摩擦撹拌接合に先
だって、実施態様１で仮付けを行うことにより、その摩
擦撹拌接合における口開き抑制効果が顕著である。
おいて上記口開きが顕著であることは上記のとおりであ
るが、ダブルスキンアルミ型材の連続摩擦撹拌接合に先
だって、実施態様１で仮付けを行うことにより、その摩
擦撹拌接合における口開き抑制効果が顕著である。
【０００９】
【実施の形態】次いで図面を参照して実施の形態を説明
する。この実施の形態は、ダブルスキンアルミ型材の表
裏両側から同時に連続摩擦撹拌接合するものにこの発明
を適用した例であり、このダブルスキンアルミ型材Ｐ
ａ，Ｐｂは、そのスキン１１の厚さｔ１が３．０ｍｍ、
型材厚さｔが５０ｍｍ、接合長さが１２００ｍｍのアル
ミ型材である。継ぎ手は図４に示す嵌め込み式の構造を
有するもので、摩擦撹拌接合熱の放熱条件が良くないも
のである。この実施の形態の接合工具のピン１の直径は
５．０ｍｍ、ピン１の長さは４．５ｍｍ、接合工具Ｔの
回転速度は１７５０ｒｐｍ、前進速度は６００ｍｍ／分
である。仮付け摩擦撹拌接合は連続摩擦撹拌接合の接合
工具と同じものを用い、また、その接合工具の回転速
度、送り速度などの接合条件も連続摩擦撹拌接合と同じ
にし、いわゆるバックステップ方式で図６の左端から開
始する。この仮付けのピッチＰは６００ｍｍで、仮付け
１０の長さＬは５０ｍｍである。そして、仮付け１０の
個数ｎは２個であり、ｎ回バックステップしたｎ＋１の
ところ（接合線の右端になる）での摩擦撹拌接合をその
まま継続して反対側まで連続して行う。以上のようにし
て１０本の接合線を摩擦撹拌接合して、そのときの口開
きの状態を確認した。その結果、接合線の中間部におい
ても、また終端部においても口開きｘはほぼゼロであっ
た（図６参照）。ちなみに、同じ条件で無冷却の従来技
術による場合（図３参照）の口開きｘは、接合線の終端
部においてほぼ１．５ｍｍであり、また、同じ条件での
図５の従来技術による場合は、接合線の終端部において
は口開きｘはほぼゼロであった。ダブルスキンアルミ型
材などのような中空パネルにおいて上記口開きが最も顕
著であるから、このものの摩擦撹拌接合にこの発明を適
用したとき、その効果が最も顕著である。
する。この実施の形態は、ダブルスキンアルミ型材の表
裏両側から同時に連続摩擦撹拌接合するものにこの発明
を適用した例であり、このダブルスキンアルミ型材Ｐ
ａ，Ｐｂは、そのスキン１１の厚さｔ１が３．０ｍｍ、
型材厚さｔが５０ｍｍ、接合長さが１２００ｍｍのアル
ミ型材である。継ぎ手は図４に示す嵌め込み式の構造を
有するもので、摩擦撹拌接合熱の放熱条件が良くないも
のである。この実施の形態の接合工具のピン１の直径は
５．０ｍｍ、ピン１の長さは４．５ｍｍ、接合工具Ｔの
回転速度は１７５０ｒｐｍ、前進速度は６００ｍｍ／分
である。仮付け摩擦撹拌接合は連続摩擦撹拌接合の接合
工具と同じものを用い、また、その接合工具の回転速
度、送り速度などの接合条件も連続摩擦撹拌接合と同じ
にし、いわゆるバックステップ方式で図６の左端から開
始する。この仮付けのピッチＰは６００ｍｍで、仮付け
１０の長さＬは５０ｍｍである。そして、仮付け１０の
個数ｎは２個であり、ｎ回バックステップしたｎ＋１の
ところ（接合線の右端になる）での摩擦撹拌接合をその
まま継続して反対側まで連続して行う。以上のようにし
て１０本の接合線を摩擦撹拌接合して、そのときの口開
きの状態を確認した。その結果、接合線の中間部におい
ても、また終端部においても口開きｘはほぼゼロであっ
た（図６参照）。ちなみに、同じ条件で無冷却の従来技
術による場合（図３参照）の口開きｘは、接合線の終端
部においてほぼ１．５ｍｍであり、また、同じ条件での
図５の従来技術による場合は、接合線の終端部において
は口開きｘはほぼゼロであった。ダブルスキンアルミ型
材などのような中空パネルにおいて上記口開きが最も顕
著であるから、このものの摩擦撹拌接合にこの発明を適
用したとき、その効果が最も顕著である。
【００１０】
【発明の効果】この発明は、摩擦撹拌接合の接合工具に
よってアルミ板材を仮付けするについて、この仮付け作
業を連続摩擦撹拌接合の終点から開始点に向かって行
い、また、仮付けの接合工具の前進方向を連続摩擦撹拌
接合の前進方向と同じにするという、極めて単純な手段
の付加によって、連続摩擦撹拌接合における口開きを顕
著に抑制することができ、口開きによる接合不良を防止
することができる。また、口開き防止のための特別な設
備を付加する必要は無いから、この発明を適用すること
による特別なコスト増はない。
よってアルミ板材を仮付けするについて、この仮付け作
業を連続摩擦撹拌接合の終点から開始点に向かって行
い、また、仮付けの接合工具の前進方向を連続摩擦撹拌
接合の前進方向と同じにするという、極めて単純な手段
の付加によって、連続摩擦撹拌接合における口開きを顕
著に抑制することができ、口開きによる接合不良を防止
することができる。また、口開き防止のための特別な設
備を付加する必要は無いから、この発明を適用すること
による特別なコスト増はない。
【図１】は摩擦撹拌接合装置の斜視図である。
【図２】は図１のＹ−Ｙ断面図である。
【図３】（ａ）は冷却をしない従来例によって仮付けし
た摩擦撹拌接合の平面図であり、（ｂ）はその正面図で
ある。
た摩擦撹拌接合の平面図であり、（ｂ）はその正面図で
ある。
【図４】はダブルスキンアルミ型材の継ぎ手構造の断面
である。
である。
【図５】（ａ）は強制冷却する他の従来例によって仮付
けした摩擦撹拌接合の平面図であり、（ｂ）はその正面
図である。
けした摩擦撹拌接合の平面図であり、（ｂ）はその正面
図である。
【図６】は実施例による仮付け作業手順を模式的に示す
平面図である。
平面図である。
【図７】は実施例によって仮付けした摩擦撹拌接合の平
面図である。
面図である。
Ｐ：アルミ板材 Ｐａ，Ｐｂ：ダブルスキンアルミ型材 Ｔ：摩擦撹拌接合の接合工具 ｔ：ダブルスキンアルミ型材の厚さ ｔ１：ダブルスキンアルミ型材のスキン厚さ ｘ：口開き １：摩擦撹拌接合工具のピン ２：摩擦撹拌接合工具の本体 ３：摩擦撹拌接合工具の肩部 ４：支持板 １０：仮付け １１：スキン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−94156（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−309164（ＪＰ，Ａ) 特開2000−233284（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−179568（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 20/12
Claims (3)
- 【請求項１】板材の摩擦撹拌接合のための摩擦撹拌接合
による仮付け方法において、仮付け摩擦撹拌接合の接合工具の進行方向を連続摩擦撹
拌接合の進行方向と同じにし、 連続摩擦撹拌接合の終端側から始端側に向かってバック
ステップしながら所定のピッチで断続的に仮付け摩擦撹
拌接合を行う、摩擦撹拌接合の仮付け方法。 - 【請求項２】仮付け摩擦撹拌接合の接合工具を連続摩擦
撹拌接合の接合工具と同じものにした請求項１の摩擦撹
拌接合の仮付け方法。 - 【請求項３】上記板材がダブルスキンアルミ型材である
請求項１又は請求項２の摩擦撹拌接合の仮付け方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000182512A JP3288678B2 (ja) | 2000-06-19 | 2000-06-19 | 摩擦撹拌接合の仮付け方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2000182512A JP3288678B2 (ja) | 2000-06-19 | 2000-06-19 | 摩擦撹拌接合の仮付け方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002001551A JP2002001551A (ja) | 2002-01-08 |
| JP3288678B2 true JP3288678B2 (ja) | 2002-06-04 |
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ID=18683254
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2000182512A Expired - Fee Related JP3288678B2 (ja) | 2000-06-19 | 2000-06-19 | 摩擦撹拌接合の仮付け方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3288678B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102267007A (zh) * | 2006-10-02 | 2011-12-07 | 日本轻金属株式会社 | 接合方法及摩擦搅拌方法 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7240821B2 (en) | 2005-07-21 | 2007-07-10 | The Boeing Company | Method for joining at least two adjoining work-pieces by friction stir and/or friction stir spot welding |
| US7857192B2 (en) | 2006-03-16 | 2010-12-28 | Showa Denko K.K. | Friction stir welding tool and friction stir welding method |
| JP4844328B2 (ja) * | 2006-10-02 | 2011-12-28 | 日本軽金属株式会社 | 接合方法 |
| JP4638525B2 (ja) * | 2008-06-17 | 2011-02-23 | 三菱重工業株式会社 | 摩擦攪拌による複数列部材の製造方法 |
| EP2524760B1 (en) * | 2010-01-15 | 2019-06-19 | Mitsubishi Heavy Industries Engineering, Ltd. | Method for producing joint member by friction stir welding |
| MX2016003933A (es) * | 2013-09-30 | 2016-06-17 | Jfe Steel Corp | Metodo de soldadura por friccion-agitacion para laminas de acero y metodo de fabricacion de junta. |
-
2000
- 2000-06-19 JP JP2000182512A patent/JP3288678B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102267007A (zh) * | 2006-10-02 | 2011-12-07 | 日本轻金属株式会社 | 接合方法及摩擦搅拌方法 |
| US8479971B2 (en) | 2006-10-02 | 2013-07-09 | Nippon Light Metal Company, Ltd. | Joining method and friction stir welding method |
| US8672212B2 (en) | 2006-10-02 | 2014-03-18 | Nippon Light Metal Company, Ltd. | Joining method and friction stir welding method |
| CN102267007B (zh) * | 2006-10-02 | 2015-11-25 | 日本轻金属株式会社 | 接合方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002001551A (ja) | 2002-01-08 |
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