JP3751216B2 - Hollow profile for friction stir welding - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は摩擦攪拌接合に用いる中空形材に関する。
【0002】
【従来の技術】
摩擦攪拌接合方法は、接合部に挿入した丸棒(回転工具という)を回転させながら接合線に沿って移動させ、接合部を発熱、軟化させて塑性流動させ、固相接合する方法である。回転工具は大径部と小径部からなる。小径部を接合すべき部材に挿入し、大径部の端面を前記部材に接触させている。小径部にはねじを設けている。
【0003】
接合すべき2つの部材の回転工具の挿入側に凸部を設け、この凸部の金属を原資として2つの部材の間の隙間を埋めるようにしている。回転工具の大径部は凸部内に入れている。
回転工具を接合部の金属に挿入しなければならないので、接合部には大きな力がかかる。このため、中空形材を接合する際には、中空形材の2つの面板を接続する接続板の部分を他方の中空形材との摩擦攪拌接合位置としている。これは前記接続板で前記力を支え、中空形材の変形を防止しながら摩擦攪拌接合するものである。
【0004】
これらは特開平9−309164号公報(EP0797043A2)、特開平11−90655号公報(USP6050474)に示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
2つの板の突き合わせ部を溶接(または摩擦攪拌接合)すると、溶接熱によって変形する。その変形の1つとして板の厚さ方向に板が変形する。このため、溶接部の一方の板と他方の板との間に段差が生じ、平面度が悪くなりやすい。このため、中空形材においては、溶接部の近傍には並列な2つの面板を接続する板を設け、面板が厚さ方向に変形するのを防止する。この接続板は中空形材のそれぞれの溶接部の近傍に設けている。この接続板は面板に直交している。
【0006】
摩擦攪拌接合はアーク溶接に比べて接合温度は低いので、変形は少ないが、それなりの変形が考えられる。このため、前記特開平9−309164号公報(EP0797043A2)、特開平11−90655号公報(USP6050474)でも前記接合板を設けている。前記特開平11−90655号公報(USP6050474)ではそれぞれの中空形材の端部に前記接続板を設けている。このため、強度を無視して議論すれば、接続板によって質量が増大する。
【0007】
なお、前記特開平9−309164号公報(EP0797043A2)では摩擦攪拌接合する一対の中空形材の一方のみに接続板を設けている。
本発明の目的は、軽量で良好な接合ができる摩擦攪拌接合用中空形材を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的のため、本発明の中空形材は、2つの面板と、前記2つの面板を接続する接続板とからなる摩擦攪拌接合用中空形材において、前記2つの面板は中空形材の幅方向端部が突合せ部となっており、前記接続板は、前記2つの面板を接続するものであって、少なくとも一端は前記面版の突合せ部を除いた位置に接続した第1の接続板と、前記2つの面板の突合せ部同士を接続するものであって、前記面板に実質的に直交した第2の接続板と、からなり、前記第2の接続板と前記2つの面板の突合せ部との接続部には、中空形材の幅方向の外方および厚さ方向の外方に向けて開口した凹部が形成されており、前記2つの面板のうちの一方の面板の突合せ部と前記第2の接続板との接続部に形成された前記凹部には、溝または凸部が形成されており、前記溝は、中空形材の幅方向の端部側に向けて開口しており、前記凸部は、中空形材の幅方向の端部側に向けて突出している構成を具備する。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図1から図3によって説明する。鉄道車両の車体500は、側面を構成する側構体501、屋根を構成する屋根構体502、床を構成する台枠503、長手方向の端部を構成する妻構体504からなる。側構体501、屋根構体502、台枠503は、それぞれ複数の押し出し形材10、20を接合して構成している。押し出し形材10、20の長手方向(押し出し方向)を車体500の長手方向に向け、車体500の周方向に多数並べている。押し出し形材10、20はアルミニウム合金製の中空形材である。
【0011】
側構体501を構成する中空形材10と20との接合部について説明する。他の箇所の中空形材の接合部も同様にできる。
中空形材10(20)は、実質的に平行な2枚の面板11(21)、12(22)と、この2枚の面板を接続する複数の接続板13(23)、14と、からなる。接続板13(23)は面板11(21)、12(22)に対して傾斜している。つまり、面板11(21)、12(22)、接続板13(23)によってトラスを構成している。中空形材10、20の使用個所によっては、一方の面板11、21は他方の面板12、22に対して傾斜したり、円弧状になったり、全体が円弧状になっている。
【0012】
中空形材10の幅方向の端部の接続板14は面板11、12に対して実質的に直交している。中空形材20の端部には面板21、22に対して直交する接続板はない。接続板14と面板11、12とのそれぞれの接続部には中空形材20の面板21、22の端部が重なる凹部がある。前記それぞれの接続部には面板21、22を支える突出片15がある。突出片15は接続板14から中空形材10の幅方向の端部側に突出している。前記凹部は面板11(12)、接続板14、突出片15から構成される。凹部は中空形材10の幅方向の外方および厚さ方向の外方に向けて開口している。凹部に面板21、22を重ねたとき、面板21、22の端面と面板11、12の端面とが突き合わせられる。
【0013】
面板11、12(21、22)の端部には中空形材10、20の厚さ方向の外側に突出する凸部17(27)がそれぞれある。面板11、12(21、22)の端面および凸部17(27)の端面は中空形材10(20)の厚さ方向に沿っている。面板11、12および凸部17の端面(中空形材10の幅方向の端部)は接続板14の板厚の中心Cの延長線上にある。面板21、22および凸部27の端面(中空形材20の幅方向の端部)は接続板14の板厚の中心Cの延長線上にある。
【0014】
中空形材10と中空形材20とを組み合わせたとき、接続板14の板厚の中心Cの延長線上に、面板11、12、21、22および凸部17、17、27,27の端面がある。この組み合わせによって、中空形材10の面板11(12)および凸部17(17)の端面と中空形材20の面板21(22)および凸部27(27)の端面とが突き合わせられる。このとき、突き合わせ部の隙間はできるだけ小さくなるように各部を設けている。すなわち、面板21、22の間隔、凹部の間隔を定めている。
【0015】
中空形材10、20を突き合わせた時、面板11、12の外面と面板21、22の外面とは実質的に同一面にあり、凸部17、27の突出代は同一である。2つの凸部17、27の幅は同一である。2つの凸部17、27を合わせた幅は回転工具50の大径部51の径よりも大きい。凸部17、27の金属は、突き合わせた部分の隙間を埋める金属の原資となる。
【0016】
中空形材10の突き合わせ部の端面(中空形材10の厚さ方向に沿った凹部の面(面板11、12に実質的に直交する面、中心Cに沿った面。))には中空形材10の長手方向に沿って溝18、18がある。中空形材20の突き合わせ部の端面(面板21、22に実質的に直交する面、中心Cに沿った面。)には中空形材20の長手方向に沿って凸部28、28がある。凸部28は溝18に入る。
【0017】
凸部28を溝18に挿入しやすくするため、溝18および凸部28を台形状にしている。凸部28の幅は先端側が基部よりも小さい。溝18の幅は底部が開口部側よりも小さい。溝18、凸部28のそれぞれの角部は円弧状にしている。両者を組み合わせたとき、両者の間の隙間は小さくなるように、凸部28、溝18の大きさを定めている。特に、中空形材10、20の厚さ方向における溝18と凸部28との間の隙間は小さくしている。または、中空形材10、20の厚さ方向において、溝18と凸部28とは接触していることが望ましい。
【0018】
中空形材10(20)の厚さ方向における溝18(凸部28)の位置は面板11、12(21、22)と凸部17、17(27、27)とを合わせた厚さの範囲内にあればよい。
【0019】
面板11、12、21、22の突き合わせ部の板厚は他の部分の厚さよりも厚くしている。中空形材の厚さ方向の外面側は実質的に平らにしなければならないので、面板の内面側に向けて突出させて、厚くしている。この厚さは突き合わせ部から遠ざかるにしたがって徐々に薄くしている。凹部の底面は面板11、12、21、22の外面に実質的に平行である。
【0020】
接合に当たって、2つの中空形材10、20を図1のように嵌め合わせる。凸部28、28が溝18、18に入る。溝18は中空形材の幅方向の端部側に向けて開口し、凸部は中空形材の幅方向の端部側に向けて突出しているので、嵌め合わせは容易にできる。
嵌め合わせたら、中空形材10、20を架台100に固定する。101は下面の凸部17、27が入る溝である。固定後、突き合わせ部の上面側を間欠的に仮止め溶接する。
【0021】
回転工具50は大径部51の先端に小径部52を設けている。小径部52にはねじを設けている。接合に際しては、突き合わせ部に回転工具50を挿入する。回転工具50の軸心は接続板14の板厚の中心Cの延長線上に位置させる。大径部51の下端は面板11、21(12、22)の外面の延長線と凸部17、27(17、27)の頂面との間に位置させる。小径部52は面板11(12)と面板21(22)との突き合わせ部に挿入する。小径部52の下端は突出片15の上面(凹部の底面)よりも若干挿入している。少なくとも突出片15まで塑性流動するように、小径部52を挿入する。
【0022】
回転工具50の軸心を接続板14の板厚の中心Cの延長線上に位置させたとき、溝18は小径部52の径の範囲内に位置する。凸部28は小径部52の径の範囲内に位置する。この状態で、回転工具50を回転させながら、突き合わせ部の接合線に沿って移動させる。
【0023】
一方の面側の摩擦攪拌接合が終了したら、中空形材10、20を上下に反転させ、同様に摩擦攪拌接合を行う。
【0024】
次に、車体500の外面側に位置する凸部17、27を切削して、接合部の外面を面板11、21(12,22)の外面と同一面にする。
これによれば、摩擦攪拌接合による摩擦熱によって面板21(22)が変形しようとしても、凸部28と溝18とが嵌め合わせられているので、面板21(22)の上下方向の移動を防止または抑制する。このため、面板11(12)と面板21(22)との間に段差の少ない接合ができる。
【0025】
このため、摩擦攪拌接合後、前記段差を少なくする切削作業を少なくできる。このため、安価にできるものである。また、中空形材20の端部において面板21、22に直交する接続板を予め除くことができる。このため、中空形材20を安価で、軽量にできるものである。
【0026】
回転工具50の軸心を接続板14の板厚の中心Cの延長線上に位置させたとき、溝18は小径部52の径の範囲内に位置する。凸部28は小径部52の径の範囲内に位置する。このため、溝18と凸部28との間に隙間があっても、隙間は埋められ、接合される。溝18および凸部28が小径部52の径の範囲内に位置しなくても、小径部52によって、溝18および凸部28が塑性流動するように、溝18および凸部28の位置および大きさを定める。
【0027】
回転工具50は接続板14の板厚の延長線上に位置するので、摩擦接合の際の荷重は接続板14で支えられ、接合部が変形することが少ない。接続板14はこの荷重を支える剛性を有する。接続板14の板厚の中心Cの延長線上に回転工具50の軸心が位置するのがよい。
【0028】
面板11、21、12、22(凸部17、27の部分を除く)の外面の延長線よりも外面側の凸部17、27の部分(凸部17、27の突出代の部分)に、溝18および凸部28の一部を設置しているので、所要の大きさの溝18および凸部28を容易に設けることができるものである。
接続板14の板厚の中心Cの延長線上に、回転工具50の軸心、凸部17、27の端部が実質的に位置しているのが望ましい。
【0029】
上記実施例では中空形材10の凹部に溝18を設け、中空形材20に凸部28を設けているが、中空形材10の凹部に凸部を設け、中空形材20の面板21、22の端部に溝を設けることができる。しかし、前者の方が、押し出し形材を製作する際に正確にできると考えられる。
【0030】
また、一方の面板11側(一方の凹部側)に溝を設け、他方の面板12側(他方の凹部側)に凸部を設け、一方の面板21に凸部を設け、他方の面板22に溝を設けることができる。
【0031】
図4、図5の実施例を説明する。接続板14の板厚の中心Cの延長線上に、溝18の深さの中心が位置する。このため、面板11、12および凸部17の突き合わせ部の端面は接続板14の板厚の中心Cよりも中空形材10の端部側に突出している。中空形材20の突き合わせ部はこれに対応して設けている。すなわち、面板21、22および凸部27の突き合わせ部の端面(凸部28を除く。)は接続板14の板厚の中心Cの延長線上よりも中空形材10の幅方向の他端側に突出している。このため、凸部17の幅が凸部27の幅よりも大きい。
【0032】
回転工具50の軸心を接続板14の板厚の中心Cの延長線上に位置させて摩擦攪拌接合を行う。摩擦攪拌接合に当たって、凸部17、27の突き合わせ部の位置を求め、その位置から中空形材10側に所定量偏寄させた位置を回転工具50の位置とする。
これによれば、溝18および凸部28に対する回転工具50(小径部52)の軸心の位置ずれの許容量を大きくできるものである。
接続板14の板厚の中心Cの延長線上に、回転工具50の軸心、溝18の深さの中心が実質的に位置しているのが望ましい。
【0033】
上記各実施例では、摩擦攪拌接合時の荷重を支持するために、接続板14を設けている。しかし、面板11、12、21、22、および接続板13、23からなる空間に支持部材を配置して、前記荷重を支持するようにすれば、接続板14を除くことができる。中空形材10、20の幅方向の端部の位置(溝18、凸部28の位置、すなわち突き合わせ部の位置)は実質的に同一位置にある。支持部材は例えば下方の面板12、22に載る。
【0034】
本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の各請求項に記載の文言あるいは課題を解決するための手段の項に記載の文言に限定されず、当業者がそれから容易に置き換えられる範囲にも及ぶものである。
【0035】
【発明の効果】
本発明のよれば、軽量で良好な摩擦攪拌接合ができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の中空形材の接合部の縦断面図。
【図2】図1の中空形材の接合部の全体の縦断面図。
【図3】鉄道車両の車体の斜視図。
【図4】本発明の他の実施例の中空形材10の接合部の縦断面図。
【図5】図4の接合部に用いる中空形材20の接合部の縦断面図。
【符号の説明】
10、20:中空形材、11、12、21、22:面板、15:突出片、17、27:凸部、18:溝、28:凸部、50:回転工具、51:大径部、52:小径部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hollow material used for friction stir welding.
[0002]
[Prior art]
The friction stir welding method is a method in which a round bar (referred to as a rotary tool) inserted into a joint is moved along a joining line while rotating, and the joint is heated and softened to be plastically flowed for solid phase joining. A rotary tool consists of a large diameter part and a small diameter part. The small diameter portion is inserted into the member to be joined, and the end surface of the large diameter portion is brought into contact with the member. A screw is provided in the small diameter portion.
[0003]
A convex part is provided on the insertion side of the rotary tool of the two members to be joined, and the gap between the two members is filled using the metal of the convex part as a source. The large-diameter portion of the rotary tool is placed in the convex portion.
Since the rotary tool must be inserted into the metal at the joint, a large force is applied to the joint. For this reason, when joining a hollow shape member, the part of the connection plate which connects two face plates of a hollow shape member is made into the friction stir welding position with the other hollow shape member. This supports the force by the connecting plate and performs friction stir welding while preventing deformation of the hollow shape member.
[0004]
These are disclosed in JP-A-9-309164 (EP0797043A2) and JP-A-11-90655 (USP6050474).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When the butted portions of the two plates are welded (or friction stir welding), they are deformed by welding heat. As one of the deformations, the plate is deformed in the thickness direction of the plate. For this reason, a level | step difference arises between one board and the other board of a welding part, and flatness tends to worsen. For this reason, in the hollow shape member, a plate connecting two parallel face plates is provided in the vicinity of the welded portion to prevent the face plate from being deformed in the thickness direction. This connection plate is provided in the vicinity of each welded portion of the hollow shape member. This connecting plate is orthogonal to the face plate.
[0006]
Friction stir welding has a lower joining temperature than arc welding, so there is little deformation, but some deformation can be considered. For this reason, the joining plate is also provided in Japanese Patent Laid-Open No. 9-309164 (EP0797043A2) and Japanese Patent Laid-Open No. 11-90655 (USP 6050474). In JP-A-11-90655 (USP 6050474), the connection plate is provided at the end of each hollow shape member. For this reason, if the strength is neglected, the mass is increased by the connection plate.
[0007]
In JP-A-9-309164 (EP0797043A2), a connection plate is provided only on one of a pair of hollow members to be friction stir welded.
An object of the present invention is to provide a hollow member for friction stir welding that is lightweight and can be satisfactorily bonded.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Me other above object, the hollow shape member of the present invention includes two face plates, the two in the hollow shape member for friction stir welding comprising a connection plate for connecting the face plates, said two face plates the width of the hollow profile A direction end portion is a butting portion, and the connecting plate connects the two face plates, and at least one end is connected to a position excluding the butting portion of the face plate and a first connecting plate And connecting the butted portions of the two face plates, and comprising a second connecting plate substantially orthogonal to the face plate, the second connecting plate and the butted portions of the two face plates, The connecting portion is formed with a recess that opens outward in the width direction and in the thickness direction of the hollow shape member, and the butted portion of one of the two face plates and the first face plate A groove or a convex portion is formed in the concave portion formed in the connecting portion with the two connecting plates. Cage, wherein the groove is open toward the end portion side in the width direction of the hollow shape member, said convex portion comprises a structure protruding toward the end portion side in the width direction of the hollow profile.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. A
[0011]
A joint portion between the
The hollow shape member 10 (20) includes two substantially parallel face plates 11 (21) and 12 (22), and a plurality of connection plates 13 (23) and 14 that connect the two face plates. Become. The connection plate 13 (23) is inclined with respect to the face plates 11 (21) and 12 (22). That is, the truss is constituted by the face plates 11 (21) and 12 (22) and the connection plate 13 (23). Depending on where the
[0012]
The
[0013]
The end portions of the face plates 11 and 12 (21 and 22) have convex portions 17 (27) protruding outward in the thickness direction of the
[0014]
When the
[0015]
When the
[0016]
The end face of the butted portion of the hollow shape member 10 (the surface of the recess along the thickness direction of the hollow shape member 10 (the surface substantially perpendicular to the
[0017]
In order to facilitate the insertion of the
[0018]
The position of the groove 18 (convex portion 28) in the thickness direction of the hollow shape member 10 (20) is a range of thickness in which the face plates 11, 12 (21, 22) and the
[0019]
The thickness of the butted portion of the
[0020]
In joining, the two
After the fitting, the
[0021]
The
[0022]
When the axis of the
[0023]
When the friction stir welding on one surface side is completed, the
[0024]
Next, the
According to this, even if the face plate 21 (22) is to be deformed by frictional heat generated by friction stir welding, the
[0025]
For this reason, after the friction stir welding, it is possible to reduce the cutting work to reduce the step. For this reason, it can be made inexpensive. Further, the connection plate orthogonal to the
[0026]
When the axis of the
[0027]
Since the
[0028]
To the portions of the
It is desirable that the axial center of the
[0029]
In the above embodiment, the
[0030]
Further, a groove is provided on one face plate 11 side (one concave side), a convex part is provided on the
[0031]
The embodiment of FIGS. 4 and 5 will be described. The center of the depth of the
[0032]
Friction stir welding is performed with the axis of the
According to this, the allowable amount of positional deviation of the axial center of the rotary tool 50 (small diameter portion 52) with respect to the
It is desirable that the axial center of the
[0033]
In each of the above embodiments, the
[0034]
The technical scope of the present invention is not limited to the language described in each claim of the claims or the language described in the means for solving the problem, and is also within a range easily replaced by those skilled in the art. It extends.
[0035]
【The invention's effect】
According to the present invention, lightweight and good friction stir welding can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a joint portion of a hollow member according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the entire joint of the hollow profile shown in FIG.
FIG. 3 is a perspective view of a vehicle body of a railway vehicle.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a joint portion of a
5 is a longitudinal sectional view of a joint portion of a
[Explanation of symbols]
10, 20: Hollow profile, 11, 12, 21, 22: Face plate, 15: Projection piece, 17, 27: Convex part, 18: Groove, 28: Convex part, 50: Rotating tool, 51: Large diameter part, 52: Small diameter part.
Claims (6)
前記2つの面板を接続する接続板とからなる摩擦攪拌接合用中空形材において、前記2つの面板は中空形材の幅方向端部が突合せ部となっており、
前記接続板は、
前記2つの面板を接続するものであって、少なくとも一端は前記面版の突合せ部を除いた位置に接続した第1の接続板と、
前記2つの面板の突合せ部同士を接続するものであって、前記面板に実質的に直交した第2の接続板と、からなり、
前記第2の接続板と前記2つの面板の突合せ部との接続部には、中空形材の幅方向の外方および厚さ方向の外方に向けて開口した凹部が形成されており、
前記2つの面板のうちの一方の面板の突合せ部と前記第2の接続板との接続部に形成された前記凹部には、溝または凸部が形成されており、
前記溝は、中空形材の幅方向の端部側に向けて開口しており、
前記凸部は、中空形材の幅方向の端部側に向けて突出していること、
を特徴とする摩擦攪拌接合用中空形材。Two faceplates,
In the hollow shape member for friction stir welding composed of the connection plate connecting the two face plates, the two face plates have a butt portion at the end in the width direction of the hollow shape material,
The connecting plate is
A first connecting plate for connecting the two face plates, wherein at least one end is connected to a position excluding the butted portion of the face plate;
Connecting the butted portions of the two face plates, and comprising a second connection plate substantially orthogonal to the face plate,
In the connecting portion between the second connecting plate and the butted portion of the two face plates, a concave portion is formed that opens outward in the width direction and outward in the thickness direction of the hollow shape member,
A groove or a convex portion is formed in the concave portion formed in the connecting portion between the butted portion of one of the two face plates and the second connecting plate,
The groove is open toward the end in the width direction of the hollow shape member,
The protrusion protrudes toward the end in the width direction of the hollow shape member,
A hollow shape material for friction stir welding characterized by
前記第2の凸部に前記凹部が形成されており、
前記溝の一部または前記凸部の一部は、前記第2の凸部の突出代の範囲に位置していること、
を特徴とする摩擦攪拌接合用中空形材。2. The hollow shape member for friction stir welding according to claim 1, wherein a second convex portion projecting in a thickness direction of the hollow shape material is provided at a connection portion between the second connection plate and the butted portion of the two face plates. Formed,
The recess is formed in the second protrusion,
Some of a part or the convex portion of the groove, that is positioned within the range of the projecting margin of the second convex portion,
A hollow shape material for friction stir welding characterized by
他方の凹部には、前記凸部が形成されていること
を特徴とする摩擦攪拌接合用中空形材。The hollow shape member for friction stir welding according to claim 1 , wherein the groove is formed in a concave portion in one direction among the concave portions of the connecting portion between the second connecting plate and the butted portion of the two face plates. ,
The hollow part for friction stir welding , wherein the convex part is formed in the other concave part .
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