JP5519166B2 - Friction stir welding method - Google Patents

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Description

本発明は、同質のある部材（部材Ａ）と他の部材（部材Ｂ）とを隙間を介して対向配置し、前記部材Ａと部材Ｂの端面同士を摩擦撹拌接合用工具によって接合する摩擦撹拌接合方法に関するものである。   In the present invention, a homogeneous stirring member (member A) and another member (member B) are arranged to face each other with a gap therebetween, and the end faces of the member A and member B are joined together by a friction stir welding tool. The present invention relates to a joining method.

摩擦撹拌接合は、対向する部材Ａと部材Ｂの端面同士を固相接合する接合方法の１種として、近年広汎に採用されるに至っている。摩擦撹拌接合を行うには、回転する摩擦撹拌接合用工具の先端部に設けられたプローブが前記端面同士の対向箇所に埋没される。これに伴って該対向箇所の周辺に摩擦熱が発生し、この摩擦熱によって端面を含む部材Ａと部材Ｂの端部の肉が塑性流動を起こし、これによって前記端面同士が接合一体化される。   In recent years, the friction stir welding has been widely adopted as a kind of joining method in which the end faces of the facing members A and B are solid-phase joined. In order to perform friction stir welding, a probe provided at the tip of a rotating friction stir welding tool is buried in a position opposite to the end surfaces. Along with this, frictional heat is generated in the vicinity of the facing portion, and the frictional heat causes plasticity of the end portions of the members A and B including the end surfaces, thereby joining and integrating the end surfaces. .

摩擦撹拌接合には、部材Ａと部材Ｂの接合部に***部が形成されないので仕上げ工程が不要となるという利点がある。しかしながら、摩擦撹拌接合では、例えば、ろう部材等の接合材料を用いないため、対向する部材Ａと部材Ｂの端面同士間に隙間（以下、ギャップと記す）があると、そのギャップを埋める部材が不足し、また両部材Ａ、Ｂを互いに接近させる圧力も加わらないために、良好な接合品質を得ることができず、該ギャップが未接合箇所として残留することがある。このような未接合箇所が一部にでも存在すると、両部材Ａ、Ｂの接合部の強度が小さくなる。そして、接合強度が過度に小さくなると、クラック発生の原因となる懸念が生じる。   Friction stir welding has the advantage that no finishing step is required because no bulge is formed at the joint between member A and member B. However, in friction stir welding, for example, since a joining material such as a brazing member is not used, if there is a gap (hereinafter referred to as a gap) between the end surfaces of the facing members A and B, a member that fills the gap is used. Insufficient pressure is also applied to bring both members A and B close to each other, so that good bonding quality cannot be obtained, and the gap may remain as an unbonded portion. If such an unjoined part exists even in part, the strength of the joint part of both members A and B becomes small. When the bonding strength is excessively reduced, there is a concern that causes cracking.

前記の不都合を回避するために、両部材Ａ、Ｂの端面同士のギャップが所定の範囲、例えば、０．２ｍｍ以下となるように厳密な管理が行われる。   In order to avoid the inconvenience, strict management is performed so that the gap between the end faces of both members A and B is within a predetermined range, for example, 0.2 mm or less.

しかしながら、そのために両部材Ａ、Ｂの端面に対し、精度良く機械加工を行うと、加工コスト高の要因となる。さらに、両部材Ａ、Ｂが相当長尺であると、前記ギャップを所定の範囲に留める管理のために精度良く加工を行って寸法出しをすることは困難である。そこで、特許文献１、２において、この不具合を解消するための摩擦撹拌接合方法が提案されている。   However, if the end faces of both members A and B are machined with high accuracy for that purpose, it causes a high processing cost. Furthermore, if both the members A and B are considerably long, it is difficult to perform processing with high accuracy for the management of keeping the gap within a predetermined range. Therefore, Patent Documents 1 and 2 propose a friction stir welding method for solving this problem.

特許文献１には、摩擦撹拌接合用工具を構成するプローブをその回転方向と進行方向とが一致しないリトリーティングサイドに存在する端部側に偏在させることにより、未接合箇所が残留することを回避する技術的思想が開示されている。   In Patent Document 1, the probe constituting the friction stir welding tool is unevenly distributed on the end side existing on the retreating side where the rotation direction and the traveling direction do not coincide with each other, thereby avoiding remaining unjoined portions. The technical idea is disclosed.

また、特許文献２には、二つの接合される部材の接合端面が互いに対応するように傾斜させて、その傾斜面に上下一組の摩擦撹拌接合用工具を埋没させるとともに接合端面に沿って移動させることにより、摩擦撹拌接合する方法が開示されている。   In Patent Document 2, the joint end surfaces of two members to be joined are inclined so as to correspond to each other, and a pair of upper and lower friction stir welding tools are buried in the inclined surfaces and moved along the joint end surfaces. Thus, a friction stir welding method is disclosed.

特開２００４−３１４０８８号公報JP 2004-314088 A 特開２００７−２８３３７９号公報JP 2007-283379 A

しかしながら、特許文献１の従来技術では、摩擦撹拌接合用工具を構成するプローブの回転方向前方に撹拌する材料が不足するため、十分な接合強度が得られない。また、特許文献２に記載されている摩擦撹拌接合は、一組のボビンツール型工具によって、上下から被接合部材を挟みこむことが前提となる接合方法である。そのため、被接合部材が一組のボビンツール型工具で上下から挟み込むことができない形状では、適用することができないという不具合がある。   However, in the prior art of Patent Document 1, there is not enough material to stir forward in the rotational direction of the probe constituting the friction stir welding tool, so that sufficient joining strength cannot be obtained. In addition, the friction stir welding described in Patent Document 2 is a joining method on the premise that a member to be joined is sandwiched from above and below by a set of bobbin tool type tools. Therefore, there is a problem that it cannot be applied to a shape in which the member to be joined cannot be sandwiched from above and below by a set of bobbin tool type tools.

本発明は上記した不具合を解決するためになされたもので、摩擦撹拌接合方法において、上下から挟み込むことのできない複雑な被接合部材同士であっても、しかも該被接合部材間にギャップがあったとしても、接合端面に厳格な機械加工を施して面精度を高める必要のない、加工コストも低廉で且つ接合強度に優れた良好な接合品質を得ることができる摩擦撹拌接合方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and in the friction stir welding method, there is a gap between the members to be joined even if they are complicated members to be sandwiched from above and below. However, it is not necessary to increase the surface accuracy by applying strict machining to the joining end faces, and to provide a friction stir welding method that can obtain good joining quality with low machining cost and excellent joining strength. Objective.

請求項１又は請求項４で特定される本発明は、第１ワークの第１端面と、前記第１ワークと同質材料からなる第２ワークの第２端面とを互いに接近して対向配置させた後、回転動作する摩擦撹拌接合用工具によって前記第１端面と第２端面とを接合する摩擦撹拌接合方法であって、
前記第１端面と第２端面とは互いに補角関係を形成するように鈍角と鋭角に傾斜する傾斜面であり、
前記摩擦撹拌接合用工具を構成するプローブは前記第１ワークと第２ワークに臨む際にその先を端部が徐々に縮径する円錐台状であり、
前記第１ワークの第１端面と第２ワークの第２端面とをギャップ（Ｇ）を介して対向配置する第１の工程と、
前記プローブの先端部中心を前記ギャップよりも第１ワークのアドバンシングサイドに位置決めする第２の工程と、
前記摩擦撹拌接合用工具を回転駆動するとともに前記プローブの先端部中心を前記第１ワークに回転埋没させて前記ギャップに前記第１ワークと第２ワークの肉を塑性流動させて後固化する第３の工程と、
からなることを特徴とする。 In the present invention specified in claim 1 or claim 4, the first end face of the first work and the second end face of the second work made of the same material as the first work are arranged close to each other and face each other. And a friction stir welding method for joining the first end face and the second end face by a friction stir welding tool that rotates.
The first end surface and the second end surface are inclined surfaces inclined to an obtuse angle and an acute angle so as to form a complementary angle relationship with each other,
The probe constituting the friction stir welding tool has a truncated cone shape whose end portion gradually reduces in diameter when facing the first workpiece and the second workpiece,
A first step of disposing the first end face of the first work and the second end face of the second work in opposition via a gap (G);
A second step of positioning the center of the tip of the probe closer to the advancing side of the first work than the gap;
The friction stir welding tool is rotationally driven, and the tip center of the probe is rotationally buried in the first workpiece, and the flesh of the first workpiece and the second workpiece is plastically flowed into the gap to be solidified later. And the process of
It is characterized by comprising.

前記請求項１及び前記請求項４で特定される発明によれば、摩擦撹拌接合用工具を構成するプローブがワークのアドバンシングサイドに配置されて摩擦撹拌作業が開始されるために、前記アドバンシングサイド側の肉が塑性流動して容易に第１ワークの第１端面と第２ワークの第２端面の間に形成されたギャップを埋めることができる。 According to the invention specified in the first and fourth aspects, since the probe constituting the friction stir welding tool is arranged on the advancing side of the work and the friction stir operation is started, the advancing The gap formed between the first end surface of the first workpiece and the second end surface of the second workpiece can be easily filled by plastic flow of the side-side meat.

なお、請求項１で特定される発明は、上記の摩擦撹拌接合方法において、
前記プローブの円錐台状の周壁の傾斜角度は、該プローブの軸線Ｌ１を基準とするとき、
前記第２ワークの第２端面の傾斜角度よりも前記軸線Ｌ１側に接近するように設定されていることを特徴とする。
 The invention specified in claim 1 is the above friction stir welding method,
When the inclination angle of the frustoconical peripheral wall of the probe is based on the axis L1 of the probe,
It is set so that it may approach the said axis line L1 rather than the inclination-angle of the 2nd end surface of the said 2nd workpiece | work.

前記請求項１で特定される発明によれば、前記プローブの円錐台状の周壁の傾斜角度が第２ワークの第２端面の傾斜角度より第１ワークの第１端面側に近くなるように設定されているために、回転するツールの周速が高く、撹拌力が大きくなり、前記円錐台状の周壁がアドバンシングサイドの第１ワークの肉を容易に且つ大量にその塑性流動に供することができ、それによってギャップを確実に埋めることができる。
According to the invention specified in claim 1 , the inclination angle of the frustoconical peripheral wall of the probe is set to be closer to the first end surface side of the first workpiece than the inclination angle of the second end surface of the second workpiece. Therefore, the peripheral speed of the rotating tool is high, the stirring force is increased, and the frustoconical peripheral wall can easily and massively provide the plastic flow of the first workpiece on the advancing side. Yes, so that the gap can be filled reliably.

請求項２で特定される発明は、請求項１記載の摩擦撹拌接合方法において、
前記第１ワークの第１端面と、第２ワークの第２端面の間のギャップＧの先端部が前記プローブの先端部の半径内に位置するように該プローブを位置決めすることを特徴とする。
Invention, a FSW method as claimed in claim 1 Symbol placement specified by claim 2,
The probe is positioned such that the tip of the gap G between the first end surface of the first workpiece and the second end surface of the second workpiece is located within the radius of the tip of the probe.

前記請求項２で特定される発明によれば、前記プローブの先端部の半径内にギャップＧの先端部が位置しているために、プローブ先端が第１ワークと第２ワークに侵入して摩擦撹拌接合のための最深位置に到達した最終段階においても第１ワークと第２ワークの境界面に十分な肉の塑性流動を惹起することができる。
According to the invention specified in claim 2 , since the tip of the gap G is located within the radius of the tip of the probe, the tip of the probe enters the first work and the second work and is rubbed. Even at the final stage where the deepest position for the stir welding is reached, a sufficient plastic plastic flow can be induced at the interface between the first workpiece and the second workpiece.

請求項３で特定される発明は、請求項１又は２記載の摩擦撹拌接合方法において、
前記第１ワークの第１端面と第２ワークの第２端面とを互いにギャップＧを介して対向配置する際に、
前記第２端面の傾斜角度は前記プローブの軸線Ｌ１を中心とすると−２０°〜−３０°の範囲であることを特徴とする。
The invention specified in claim 3 is the friction stir welding method according to claim 1 or 2 ,
When the first end surface of the first workpiece and the second end surface of the second workpiece are arranged to face each other via a gap G,
The inclination angle of the second end face is in the range of −20 ° to −30 ° with the axis L1 of the probe as the center.

前記請求項３で特定される発明によれば、前記第２端面の傾斜角度が前記プローブの軸線Ｌ１を中心として−２０°〜−３０°の範囲であるので、該プローブの周壁で第１ワークと第２ワーク間のギャップを埋めるのに十分な肉の塑性流動を惹起する摩擦力を得ることが可能となる。
According to the invention specified in claim 3 , since the inclination angle of the second end surface is in the range of −20 ° to −30 ° with respect to the axis L1 of the probe, the first workpiece is formed on the peripheral wall of the probe. It is possible to obtain a frictional force that induces a plastic flow of the meat sufficient to fill the gap between the second workpiece and the second workpiece.

請求項４で特定される発明は、上記の摩擦撹拌接合方法において、
前記第１ワークの第１端面と第２ワークの第２端面とを互いにギャップＧを介して対向配置する際に、
前記第２ワークの第２端面の傾斜角度は前記プローブの円錐台状の周壁の傾斜角度と同一に形成されていることを特徴とする。
The invention specified in claim 4 is the above friction stir welding method,
When the first end surface of the first workpiece and the second end surface of the second workpiece are arranged to face each other via a gap G,
The inclination angle of the second end surface of the second workpiece is formed to be the same as the inclination angle of the frustoconical peripheral wall of the probe.

前記請求項４で特定される発明によれば、第２ワークの第２端面の傾斜角と前記プローブの周壁の傾斜角度が同一であるために、該プローブの円滑な回転が達成され、肉の塑性流動がより一層円滑化する。
According to the invention specified in claim 4 , since the inclination angle of the second end surface of the second workpiece and the inclination angle of the peripheral wall of the probe are the same, smooth rotation of the probe is achieved, Plastic flow is further smoothed.

本発明によれば、第１ワークの第１端面と第２ワークの第２端面とが互いに傾斜形成させた状態で設定配置し、摩擦撹拌接合用工具をワークのアドバンシングサイドに存在する端部側に偏在させて埋没させるようにしている。これにより、前記第１端面と第２端面との境界面にギャップを有していても、第１ワーク側からの十分な肉の塑性流動が惹起してキャップを埋め、良好な接合品質を確保することができるとともに、前記第１端面と第２端面とについて加工精度をさほどに高くする必要がないため、加工精度の管理が容易となり、しかも、前記第１端面と前記第２端面に対する機械加工のコストを低減できる効果が得られる。   According to the present invention, the first end surface of the first workpiece and the second end surface of the second workpiece are set and arranged in an inclined state, and the friction stir welding tool is located on the advanced side of the workpiece. It is unevenly distributed to the side and buried. As a result, even if there is a gap at the boundary surface between the first end surface and the second end surface, sufficient plastic flow from the first work side is induced to fill the cap and ensure good bonding quality. In addition, since it is not necessary to increase the machining accuracy of the first end surface and the second end surface, the management of the machining accuracy is facilitated, and the machining of the first end surface and the second end surface is facilitated. The effect of reducing the cost can be obtained.

摩擦撹拌接合用工具によって、摩擦撹拌接合する状態を示す斜視説明図である。It is a perspective explanatory view which shows the state which carries out friction stir welding with the tool for friction stir welding. 摩擦撹拌用工具を構成するプローブの軸線がワークの接合面に対向して配置される境界面からアドバンシングサイド側に存在する状態で、摩擦撹拌接合している状態を示す要部拡大断面図である。The main part enlarged sectional view showing a state where the friction stir welding is performed in a state in which the axis of the probe constituting the friction stir tool exists on the advanced side from the boundary surface arranged to face the workpiece joining surface. is there. 図２の平面図である。FIG. 3 is a plan view of FIG. 2. 図４（ａ）は、摩擦撹拌接合用工具を構成するプローブの軸線Ｌ１とワークの傾斜面との角度関係を示す説明図であり、図４（ｂ）〜（ｅ）は、ワークの傾斜面の角度をそれぞれ−１０〜−４０°の範囲内で設定した際の、アドバンシングサイドからリトリーティングサイドへの肉の流動状態を示す説明図である。4A is an explanatory view showing an angular relationship between the axis L1 of the probe constituting the friction stir welding tool and the inclined surface of the workpiece, and FIGS. 4B to 4E are inclined surfaces of the workpiece. It is explanatory drawing which shows the flow state of the meat from an advancing side to a retreating side when each angle is set in the range of -10 to -40 degrees. 第４ワークに、第３ワークを載置する段差が設けられた、該第３ワークと第４ワークとを摩擦撹拌接合によって一体化している状態の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the state which provided the level | step difference which mounts a 3rd workpiece in the 4th workpiece | work, and has integrated this 3rd workpiece and the 4th workpiece | work by friction stir welding.

以下、本発明に係る摩擦撹拌接合方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。   Preferred embodiments of the friction stir welding method according to the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図１は、摩擦撹拌接合用工具１０により、ワークＷ１とワークＷ２とを摩擦撹拌接合する状態を示す斜視説明図である。   FIG. 1 is a perspective explanatory view showing a state where the workpiece W1 and the workpiece W2 are friction stir welded by the friction stir welding tool 10. FIG.

図２に示すように、ワークＷ１の傾斜する第１端面１２とワークＷ２の傾斜する第２端面１４とを突き合わせると、その境界面にはギャップＧが形成される。前記第１端面１２の傾斜角と第２端面１４の傾斜角は互いに補角の関係を有し、第１端面の傾斜角は鈍角であり、第２端面１４の傾斜角は鋭角である。前記第１端面１２と前記第２端面１４とを摩擦撹拌接合するための摩擦撹拌接合用工具１０は、図示しない摩擦撹拌接合装置のスピンドルに固定された円柱状の回転体１６と、該回転体１６の先端部に設けられて該第１端面１２と該第２端面とを接合するために、ワークＷ１とワークＷ２に埋没されるプローブ１８とを有する。ここで、プローブ１８の外周面の形状を、先端にいくほど縮径する円錐台状とするのが好ましいが、場合によっては可及的に円柱に近づけてもよい。なお、後述する理由に基づき、プローブ１８を、その中心線Ｌ１がワークＷ１側に偏在するように埋没させる。好ましくは、前記プローブ１８の中心線Ｌ１がワークＷ１の傾斜面開始位置、すなわち、鈍角を形成する隅角部と一致させるとよい。十分な摩擦撹拌作用が得られるからである。   As shown in FIG. 2, when the first end surface 12 on which the workpiece W1 is inclined and the second end surface 14 on which the workpiece W2 is inclined are brought into contact with each other, a gap G is formed on the boundary surface. The tilt angle of the first end surface 12 and the tilt angle of the second end surface 14 are complementary to each other, the tilt angle of the first end surface is an obtuse angle, and the tilt angle of the second end surface 14 is an acute angle. A friction stir welding tool 10 for friction stir welding of the first end surface 12 and the second end surface 14 includes a columnar rotating body 16 fixed to a spindle of a friction stir welding apparatus (not shown), and the rotating body. 16 has a workpiece W1 and a probe 18 embedded in the workpiece W2 to join the first end surface 12 and the second end surface. Here, the shape of the outer peripheral surface of the probe 18 is preferably a frustoconical shape that decreases in diameter toward the tip, but in some cases, it may be as close to a cylinder as possible. For the reason described later, the probe 18 is buried so that the center line L1 is unevenly distributed on the workpiece W1 side. Preferably, the center line L1 of the probe 18 may coincide with the inclined surface start position of the workpiece W1, that is, the corner portion forming the obtuse angle. This is because a sufficient friction stirring action can be obtained.

図２のワークＷ１、ワークＷ２と工具１０との関係を平面視した状態を図３に示す。この図３において、摩擦撹拌接合用工具１０を構成するプローブ１８は、矢印Ｘ方向に回転動作する。この状態で、プローブ１８を矢印Ｙ方向に沿って移動させると、ワークＷ１、Ｗ２の肉がプローブ１８で撹拌されることに伴って塑性流動する。その後、該プローブ１８が矢印Ｙ方向に指向して撹拌箇所から離間すると、この肉が硬化するに至る。この現象が逐次的に繰り返されることにより、第１端面１２と第２端面１４とが一体的に固相接合され、その結果、第１端面１２と第２端面１４が接合一体化される。   FIG. 3 shows a plan view of the relationship between the workpiece W1, the workpiece W2 and the tool 10 in FIG. In FIG. 3, the probe 18 constituting the friction stir welding tool 10 rotates in the arrow X direction. In this state, when the probe 18 is moved along the arrow Y direction, the flesh of the workpieces W1 and W2 plastically flows as the probe 18 is agitated. Thereafter, when the probe 18 is directed in the direction of the arrow Y and separated from the stirring portion, the meat is cured. By sequentially repeating this phenomenon, the first end surface 12 and the second end surface 14 are integrally solid-phase bonded, and as a result, the first end surface 12 and the second end surface 14 are bonded and integrated.

ここで、図３中の左側のワークＷ１では、プローブ１８における第１端面１２と第２端面１４との境界線Ｌ２から最も離間する箇所での回転方向（矢印Ｘ方向）のベクトル成分Ｖ１が指向する方向は、プローブ１８の移動方向（矢印Ｙ方向）と一致する。以下の説明においては、このように前記ベクトル成分Ｖ１が指向する方向がプローブ１８の移動方向と一致する側（以下、アドバンシングサイドという）の第１端面１２を有するワークＷ１を、アドバンシングサイドに存在するワークＷ１ともいう。   Here, in the work W1 on the left side in FIG. 3, the vector component V1 in the rotational direction (arrow X direction) at the position farthest from the boundary line L2 between the first end surface 12 and the second end surface 14 of the probe 18 is directed. The direction of movement coincides with the moving direction of the probe 18 (arrow Y direction). In the following description, the workpiece W1 having the first end face 12 on the side where the direction in which the vector component V1 is directed coincides with the moving direction of the probe 18 (hereinafter referred to as an advancing side) is used as the advancing side. It is also called existing work W1.

一方、図３中の右側のワークＷ２では、プローブ１８における第１端面１２と第２端面１４との境界線Ｌ２から最も離間する箇所での回転方向（矢印Ｘ方向）のベクトル成分Ｖ２が指向する方向は、プローブ１８の移動方向（矢印Ｙ方向）と反対となる。以下、前記ベクトル成分Ｖ２が指向する方向と該プローブ１８の移動方向とが逆になる側（以下、リトリーティングサイドという）の第２端面１４を有するワークＷ２を、リトリーティングサイドに存在するワークＷ２ともいう。   On the other hand, in the work W2 on the right side in FIG. 3, the vector component V2 in the rotational direction (arrow X direction) at the position farthest from the boundary line L2 between the first end surface 12 and the second end surface 14 of the probe 18 is directed. The direction is opposite to the moving direction of the probe 18 (arrow Y direction). Hereinafter, a workpiece W2 having a second end face 14 on the side where the direction in which the vector component V2 is directed and the moving direction of the probe 18 are reversed (hereinafter referred to as a retreating side) is a workpiece W2 existing on the retreating side. Also called.

図２に示すように、摩擦撹拌接合される前記第１端面１２と前記第２端面１４とは、互いに補角となる傾斜した平面によって形成される。ここで、摩擦撹拌接合用工具１０のプローブ１８がワークＷ１に埋没する角度を０°とした際（プローブ１８の軸線Ｌ１を０°とする）、前記第１端面１２と前記第２端面１４との境界面の角度は、好ましくは−２０°〜−３０°の範囲内になるように設定しておく。十分な摩擦撹拌作用を営むためである。ここで、以下に、プローブ１８がワークに埋没する角度と境界面の角度との関係を図４（ａ）〜（ｅ）に基づき、説明する。   As shown in FIG. 2, the first end face 12 and the second end face 14 to be friction stir welded are formed by inclined planes that are complementary to each other. Here, when the angle at which the probe 18 of the friction stir welding tool 10 is buried in the workpiece W1 is set to 0 ° (the axis L1 of the probe 18 is set to 0 °), the first end surface 12 and the second end surface 14 The angle of the boundary surface is preferably set to be within a range of −20 ° to −30 °. This is to provide a sufficient friction stirring action. Here, the relationship between the angle at which the probe 18 is buried in the workpiece and the angle of the boundary surface will be described below with reference to FIGS.

図４（ａ）は、摩擦撹拌接合用工具１０により、第１端面１２と第２端面１４とを摩擦撹拌接合する場合の側面説明図であり、図４（ｂ）〜（ｅ）は、摩擦撹拌接合用工具１０のプローブ１８をワークに埋没させる角度を図２の中心線Ｌ１に沿う０°とし、第１端面と第２端面を突き合わせて形成される境界面の角度を−１０°〜−４０°と変化させた場合、それぞれ撹拌前から撹拌後までワークＷ１とワークＷ２の間の塑性流動の状態を示す平面説明図である。   4A is an explanatory side view when the first end surface 12 and the second end surface 14 are friction stir welded by the friction stir welding tool 10, and FIGS. 4B to 4E are friction stir welds. The angle at which the probe 18 of the stir welding tool 10 is buried in the workpiece is 0 ° along the center line L1 in FIG. 2, and the angle of the boundary surface formed by abutting the first end surface and the second end surface is −10 ° to − It is a plane explanatory view which shows the state of the plastic flow between work W1 and work W2 from before agitation to after agitation, when it is changed with 40 degrees.

ここで、図４（ｂ）は前記境界面の傾斜角度を−１０°とした場合であり、また、図４（ｃ）は前記境界面の傾斜角度を−２０°とした場合であり、さらに、図４（ｄ）は前記境界面の傾斜角度を−３０°とした場合であり、図４（ｅ）は前記境界面の傾斜角度を−４０°とした場合である。ここで、図４（ｂ）〜（ｅ）中の矢印Ｘ方向はプローブ１８の回転方向を示し、矢印Ｙ方向はプローブ１８の移動方向を示す。また、図４（ｂ）〜（ｅ）中の左側はアドバンシングサイドとなり、図４（ｂ）〜（ｅ）中の右側はリトリーティングサイドとなる。   Here, FIG. 4B shows a case where the inclination angle of the boundary surface is −10 °, and FIG. 4C shows a case where the inclination angle of the boundary surface is −20 °. FIG. 4D shows the case where the inclination angle of the boundary surface is −30 °, and FIG. 4E shows the case where the inclination angle of the boundary surface is −40 °. Here, the arrow X direction in FIGS. 4B to 4E indicates the rotation direction of the probe 18, and the arrow Y direction indicates the movement direction of the probe 18. Further, the left side in FIGS. 4B to 4E is an advanced side, and the right side in FIGS. 4B to 4E is a retrieving side.

図４（ｂ）中の点Ｐ１は摩擦撹拌前のワークの肉の位置を示し、点Ｐ２は該点Ｐ１から摩擦撹拌された後の肉の位置を示す。図４（ｃ）〜（ｅ）についても、同様に、それぞれ点Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７が摩擦撹拌前の肉の位置を示し、それらの点の摩擦撹拌後の肉の位置をそれぞれ点Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８に示す。なお、Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６およびＰ８から反時計方向に延在する線はそれぞれワークの肉の塑性流動の量を概念的に示すものである。   A point P1 in FIG. 4B indicates the position of the meat of the workpiece before friction stirring, and a point P2 indicates the position of the meat after friction stirring from the point P1. Similarly, in FIGS. 4C to 4E, points P3, P5, and P7 indicate the positions of the meat before friction stirring, and the positions of the meat after the friction stirring at points P4, P6, respectively. , P8. The lines extending in the counterclockwise direction from P2, P4, P6 and P8 conceptually indicate the amount of plastic flow of the workpiece.

図４（ｃ）、（ｄ）より、前記境界面の傾斜角度を−２０°と−３０°とに設定した際の点Ｐ３から点Ｐ４への変位と点Ｐ５から点Ｐ６への変位とにおいて、ワークの肉の塑性流動量が徐々に多くなり、第１端面１２と第２端面１４との間のギャップＧに対し、肉の高い充填効果を発揮することが諒解される。さらに、摩擦撹拌前の点Ｐ３、Ｐ５と摩擦撹拌後の点Ｐ４、Ｐ６とを対比すると、プローブ１８の回転方向に伴って、肉がアドバンシングサイド側からリトリーティングサイド側に移動していることが諒解されよう。なお、前記境界面の角度を−４０°に設定すると、プローブが挿入される領域からギャップの一部がはみ出してしまう。一方、これを防ぐためにプローブを大径な形状のものにすると、ツール全体として大型化は避けられず、またプローブを回転させる装置自体も大型化する不都合を露呈する。   4C and 4D, in the displacement from the point P3 to the point P4 and the displacement from the point P5 to the point P6 when the inclination angle of the boundary surface is set to −20 ° and −30 °. It is understood that the amount of plastic flow of the workpiece meat gradually increases and exhibits a high filling effect on the gap G between the first end surface 12 and the second end surface 14. Furthermore, when the points P3 and P5 before friction stirring are compared with the points P4 and P6 after friction stirring, the meat is moving from the advanced side to the retreating side with the rotation direction of the probe 18. Will be understood. If the angle of the boundary surface is set to −40 °, a part of the gap protrudes from the region where the probe is inserted. On the other hand, if the probe has a large diameter in order to prevent this, an increase in size of the entire tool is inevitable, and an inconvenience of increasing the size of the device itself for rotating the probe is exposed.

そこで、本実施の形態においては、図２に示すように、プローブ１８の中心線Ｌ１を、第１端面１２と第２端面１４との境界面からアドバンシングサイドに存在するワークＷ１側に偏在させる。すなわち、プローブ１８は、アドバンシングサイドに存在するワークＷ１側に偏在させて埋没させる。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the center line L1 of the probe 18 is unevenly distributed from the boundary surface between the first end surface 12 and the second end surface 14 toward the workpiece W1 existing on the advanced side. . That is, the probe 18 is unevenly distributed and buried in the workpiece W1 side existing on the advanced side.

換言すれば、図２及び図３に示すように、前記第１端面１２と第２端面１４との境界面をリトリーティングサイドにオフセットする量は、プローブ１８が埋没される側の第１端面１２と第２端面１４との境界線Ｌ２からプローブ１８の先端の直径ｄの１／２の範囲内とし、第１端面１２と第２端面１４とから形成される傾斜した境界面がプローブ１８の先端の直径ｄの１／２の範囲と重なるように設定すると、より良好に摩擦撹拌接合される。円錐台状のプローブ１８の回転する周壁部が十分な摩擦撹拌力を発揮するからである。さらに、プローブ１８の中心線Ｌ１が、第１ワークＷ１の第１端面１２である鈍角端面（隅角部）を通るように設定すると、確実に前記境界面がプローブ１８の円錐台状の傾斜する周壁と重なるように配置されため、良好な接合品質を確保することが可能となる。   In other words, as shown in FIGS. 2 and 3, the amount of offset of the boundary surface between the first end surface 12 and the second end surface 14 to the retreating side is the first end surface 12 on the side where the probe 18 is buried. The inclined boundary surface formed between the first end surface 12 and the second end surface 14 is within a range of ½ of the diameter d of the tip end of the probe 18 from the boundary line L2 between the first end surface 14 and the second end surface 14. If it is set so as to overlap with a range of ½ of the diameter d, the friction stir welding is performed better. This is because the rotating peripheral wall portion of the truncated conical probe 18 exhibits a sufficient friction stirring force. Further, when the center line L1 of the probe 18 is set so as to pass through an obtuse angle end surface (corner portion) that is the first end surface 12 of the first workpiece W1, the boundary surface is surely inclined in a truncated cone shape of the probe 18. Since it arrange | positions so that it may overlap with a surrounding wall, it becomes possible to ensure favorable joining quality.

この状態で、図１に示す矢印Ｙ方向に沿ってプローブ１８が移動し、プローブ１８によって肉が撹拌されることによって塑性流動する。そして、図２に示すように、第１端面１２と第２端面１４とから形成される傾斜した境界面に沿って、撹拌され軟化した肉が塑性流動し、第１端面１２と第２端面１４との間に存在するギャップＧを埋めることができる。結局、図１に示すように、ワークＷ１、Ｗ２に対し、摩擦撹拌接合用工具１０によって、摩擦撹拌接合することにより、接合強度に優れた接合部が得られる。   In this state, the probe 18 moves along the arrow Y direction shown in FIG. Then, as shown in FIG. 2, the agitated and softened meat plastically flows along the inclined boundary surface formed by the first end surface 12 and the second end surface 14, and the first end surface 12 and the second end surface 14. The gap G existing between the two can be filled. After all, as shown in FIG. 1, the friction stir welding is performed on the workpieces W <b> 1 and W <b> 2 by the friction stir welding tool 10, thereby obtaining a joint having excellent bonding strength.

本実施の形態に係る摩擦撹拌接合方法は、例えば、図５に示すような薄肉部を備えたワークＷ３と厚肉部を備えたワークＷ４とから構成される形状にも適することができる。ここで、ワークＷ３とワークＷ４とは鋳造成形品である。   The friction stir welding method according to the present embodiment can be also suitable for a shape including, for example, a workpiece W3 having a thin portion and a workpiece W4 having a thick portion as shown in FIG. Here, the workpiece W3 and the workpiece W4 are cast products.

ここで、ワークＷ３がアドバンシングサイド側に存在するものとし、ワークＷ４がリトリーディング側に存在するものとする。   Here, it is assumed that the work W3 is present on the advanced side and the work W4 is present on the retreading side.

ワークＷ３の外周面である第１端面３０に対し、ワークＷ４には、該第１端面３０に対応した第２端面３２が設けられている。ここで、第２端面３２には段部３４が設けられており、第１端面３０は、該段部３４上に配置される。その際、前記第１端面３０と該第２端面３２とから形成される境界面の角度が、摩擦撹拌接合用工具１０のプローブ１８を前記ワークＷ３に埋没させる角度を０°とした場合に（中心軸Ｌ１に沿って埋没する角度を０°とする）、−２０°〜−３０°の範囲内となるように設けられる。   The work W4 is provided with a second end face 32 corresponding to the first end face 30 with respect to the first end face 30 which is the outer peripheral face of the work W3. Here, a step portion 34 is provided on the second end surface 32, and the first end surface 30 is disposed on the step portion 34. At that time, when the angle of the boundary surface formed by the first end surface 30 and the second end surface 32 is 0 °, the angle at which the probe 18 of the friction stir welding tool 10 is buried in the workpiece W3 is The angle embedded along the central axis L1 is 0 °), and is provided in a range of −20 ° to −30 °.

そして、摩擦撹拌接合用工具１０のプローブ１８をアドバンシングサイド側に存在するワークＷ３にオフセットして配置する。その際のオフセット量は、該プローブ１８が埋没する側の第１端面３０と第２端面３２との境界線から該プローブ１８の直径の１／２以内である。好ましくは、プローブ１８の中心Ｌ１がワークＷ３の鈍角を形成する隅角部と一致するか、あるいはアドバンシング側に偏在させてもよい。そして、前記プローブ１８を中心軸Ｌ１に沿って移動させ、摩擦撹拌接合を行うと、前記ワークＷ３と前記ワークＷ４とが良好に接合される。   Then, the probe 18 of the friction stir welding tool 10 is offset from the work W3 existing on the advanced side. The offset amount at that time is within ½ of the diameter of the probe 18 from the boundary line between the first end face 30 and the second end face 32 on the side where the probe 18 is buried. Preferably, the center L1 of the probe 18 may coincide with the corner portion forming the obtuse angle of the workpiece W3 or may be unevenly distributed on the advanced side. When the probe 18 is moved along the central axis L1 and the friction stir welding is performed, the workpiece W3 and the workpiece W4 are favorably joined.

本発明に係る摩擦撹拌接合方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。   Of course, the friction stir welding method according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

１０…摩擦撹拌接合用工具 １２、３０…第１端面
１４、３２…第２端面 １６…回転体
１８…プローブ Ｌ１…プローブの中心線
Ｌ２…境界線 Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４…ワーク
Ｖ１、Ｖ２…ベクトル DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Friction stir welding tool 12, 30 ... 1st end surface 14, 32 ... 2nd end surface 16 ... Rotating body 18 ... Probe L1 ... Probe centerline L2 ... Boundary line W1, W2, W3, W4 ... Workpieces V1, V2 …vector

Claims (4)

第１ワークの第１端面と、前記第１ワークと同質材料からなる第２ワークの第２端面とを互いに接近して対向配置させた後、回転動作する摩擦撹拌接合用工具によって前記第１端面と第２端面とを接合する摩擦撹拌接合方法であって、
前記第１端面と第２端面とは互いに補角関係を形成するように鈍角と鋭角に傾斜する傾斜面であり、
前記摩擦撹拌接合用工具を構成するプローブは前記第１ワークと第２ワークに臨む際にその先を端部が徐々に縮径する円錐台状であり、
前記第１ワークの第１端面と第２ワークの第２端面とをギャップ（Ｇ）を介して対向配置する第１の工程と、
前記プローブの先端部中心を前記ギャップよりも第１ワークのアドバンシングサイドに位置決めする第２の工程と、
前記摩擦撹拌接合用工具を回転駆動するとともに前記プローブの先端部中心を前記第１ワークに回転埋没させて前記ギャップに前記第１ワークと第２ワークの肉を塑性流動させて後固化する第３の工程と、
からなり、
前記プローブの円錐台状の周壁の傾斜角度は、該プローブの軸線Ｌ１を基準とするとき、
前記第２ワークの第２端面の傾斜角度よりも前記軸線Ｌ１側に接近するように設定されていることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 After the first end surface of the first workpiece and the second end surface of the second workpiece made of the same material as the first workpiece are arranged close to each other and facing each other, the first end surface is rotated by a friction stir welding tool that rotates. A friction stir welding method for joining the second end face and
The first end surface and the second end surface are inclined surfaces inclined to an obtuse angle and an acute angle so as to form a complementary angle relationship with each other,
The probe constituting the friction stir welding tool has a truncated cone shape whose end portion gradually reduces in diameter when facing the first workpiece and the second workpiece,
A first step of disposing the first end face of the first work and the second end face of the second work in opposition via a gap (G);
A second step of positioning the center of the tip of the probe closer to the advancing side of the first work than the gap;
The friction stir welding tool is rotationally driven, and the tip center of the probe is rotationally buried in the first workpiece, and the flesh of the first workpiece and the second workpiece is plastically flowed into the gap to be solidified later. And the process of
Tona is,
When the inclination angle of the frustoconical peripheral wall of the probe is based on the axis L1 of the probe,
Friction stir welding wherein the Rukoto than the inclination angle of the second end surface of the second workpiece is set so as to approach the axis L1 side. 請求項１記載の摩擦撹拌接合方法において、前記第１ワークの第１端面と、第２ワークの第２端面の間のギャップＧの先端部が前記プローブの先端部の半径内に位置するように該プローブを位置決めすることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 A FSW method as claimed in claim 1 Symbol placement, the first end surface of said first workpiece such that the distal end portion of the gap G between the second end surface of the second workpiece is positioned within the radius of the tip of the probe A friction stir welding method, wherein the probe is positioned in a position. 請求項１又は２記載の摩擦撹拌接合方法において、
前記第１ワークの第１端面と第２ワークの第２端面とを互いにギャップＧを介して対向配置する際に、
前記第２端面の傾斜角度は前記プローブの軸線Ｌ１を中心とすると−２０°〜−３０°の範囲であることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method according to claim 1 or 2 ,
When the first end surface of the first workpiece and the second end surface of the second workpiece are arranged to face each other via a gap G,
The friction stir welding method according to claim 1, wherein an inclination angle of the second end face is in a range of -20 ° to -30 ° with respect to the axis L1 of the probe. 第１ワークの第１端面と、前記第１ワークと同質材料からなる第２ワークの第２端面とを互いに接近して対向配置させた後、回転動作する摩擦撹拌接合用工具によって前記第１端面と第２端面とを接合する摩擦撹拌接合方法であって、
前記第１端面と第２端面とは互いに補角関係を形成するように鈍角と鋭角に傾斜する傾斜面であり、
前記摩擦撹拌接合用工具を構成するプローブは前記第１ワークと第２ワークに臨む際にその先を端部が徐々に縮径する円錐台状であり、
前記第１ワークの第１端面と第２ワークの第２端面とをギャップ（Ｇ）を介して対向配置する第１の工程と、
前記プローブの先端部中心を前記ギャップよりも第１ワークのアドバンシングサイドに位置決めする第２の工程と、
前記摩擦撹拌接合用工具を回転駆動するとともに前記プローブの先端部中心を前記第１ワークに回転埋没させて前記ギャップに前記第１ワークと第２ワークの肉を塑性流動させて後固化する第３の工程と、
からなり、
前記第１ワークの第１端面と第２ワークの第２端面とを互いにギャップＧを介して対向配置する際に、
前記第２ワークの第２端面の傾斜角度は前記プローブの円錐台状の周壁の傾斜角度と同一に形成されていることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 After the first end surface of the first workpiece and the second end surface of the second workpiece made of the same material as the first workpiece are arranged close to each other and facing each other, the first end surface is rotated by a friction stir welding tool that rotates. A friction stir welding method for joining the second end face and
The first end surface and the second end surface are inclined surfaces inclined to an obtuse angle and an acute angle so as to form a complementary angle relationship with each other,
The probe constituting the friction stir welding tool has a truncated cone shape whose end portion gradually reduces in diameter when facing the first workpiece and the second workpiece,
A first step of disposing the first end face of the first work and the second end face of the second work in opposition via a gap (G);
A second step of positioning the center of the tip of the probe closer to the advancing side of the first work than the gap;
The friction stir welding tool is rotationally driven, and the tip center of the probe is rotationally buried in the first workpiece, and the flesh of the first workpiece and the second workpiece is plastically flowed into the gap to be solidified later. And the process of
Consists of
When the first end surface of the first workpiece and the second end surface of the second workpiece are arranged to face each other via a gap G,
2. The friction stir welding method according to claim 1, wherein an inclination angle of the second end surface of the second workpiece is formed to be equal to an inclination angle of the frustoconical peripheral wall of the probe.
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