JP6435533B2 - 金属材の摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
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少なくとも一方の被接合材が面心立方格子構造を有し再結晶温度が300℃以下の金属材である被接合材同士を接合部において当接させ、
前記接合部に回転する棒状のツールを挿入し、前記接合部に冷却した冷媒を供給するとともに、前記ツールを移動させることにより、前記被接合材同士を接合する摩擦攪拌接合工程を有すること、
を特徴とする金属材の摩擦攪拌接合方法を提供する。
図1は、本発明の金属材の摩擦攪拌接合方法を示す概略図である。本発明の金属材の摩擦攪拌接合方法は、少なくとも一方の被接合材2が面心立方格子構造を有し再結晶温度が300℃以下の金属材である被接合材2同士を接合部4において当接させ、接合部4に回転する棒状のツール6を挿入し、接合部4に冷却した冷媒を供給しながら、ツール6を接合部4に沿って移動させることで被接合材2同士を接合する摩擦攪拌接合工程を有する。
本発明の金属材の摩擦攪拌接合方法は、少なくとも一方の被接合材が面心立方格子構造を有し再結晶温度が300℃以下の金属材である被接合材同士を接合するものである。
市販の工業用純銅(純度99.97%,1/2H)の板材(140mmL×70mmW×2mmT)を2枚突合せ、図1に示すように接合部及び回転ツールに液体CO2を供給しつつ摩擦攪拌接合を行った。回転ツールはショルダ径12mm、プローブ径4mm、プローブ長さ1.9mmを有する超硬合金製のものを用い、回転速度800rpm、移動速度150mm/min、回転ツールへの荷重1500kgfの条件で摩擦攪拌接合を行い、継手1を得た。なお、ツールの前進角は3°とした。
冷媒を液体N2とし、ツールの回転速度を400rpm、移動速度を400mm/minとした以外は実施例1と同様にして摩擦攪拌接合を行い、継手2を得た。
冷媒を液体N2とし、ツールの回転速度を350rpm、移動速度を400mm/minとした以外は実施例1と同様にして摩擦攪拌接合を行い、継手3を得た。
冷媒を液体N2とし、ツールの回転速度を300rpm、移動速度を400mm/minとした以外は実施例1と同様にして摩擦攪拌接合を行い、継手4を得た。
市販の工業用七三黄銅(1/4H,冷間圧延)の板材(140mmL×70mmW×2mmT)を2枚突合せ、図1に示すように接合部及び回転ツールに液体CO2を供給しつつ摩擦攪拌接合を行った。なお、板材の化学組成は、Cu:69.5wt%、Pb:0.004wt%、Fe:0.001wt%、Zn:残部である。回転ツールはショルダ径12mm、プローブ径4mm、プローブ長さ1.9mmを有する超硬合金製のものを用い、回転速度800rpm、移動速度200mm/min、回転ツールへの荷重800kgfの条件で摩擦攪拌接合を行い、継手5を得た。なお、ツールの前進角は3°とした。
実施例5と同様の摩擦攪拌接合を同一の接合部に重畳して2回施し、継手6を得た。
実施例5と同様の摩擦攪拌接合を同一の接合部に重畳して3回施し、継手7を得た。
市販の工業用純アルミニウム(A1050P−H24)の板材(140mmL×70mmW×2mmT)を2枚突合せ、実施例1と同様にして摩擦攪拌接合を行った。回転ツールはショルダ径12mm、プローブ径4mm、プローブ長さ1.9mmを有する工具鋼製のものを用い、回転速度600rpm、移動速度200mm/min、回転ツールへの荷重300kgfの条件で摩擦攪拌接合を行い、継手8を得た。なお、ツールの前進角は3°とした。
実施例8と同様の摩擦攪拌接合を同一の接合部に重畳して2回施し、継手9を得た。
実施例8と同様の摩擦攪拌接合を同一の接合部に重畳して3回施し、継手10を得た。
市販の工業用アルミニウム合金(A6N01)の板材(330mmL×100mmW×3mmT)と市販の工業用アルミニウム合金(A7N01)の板材(330mmL×100mmW×3mmT)とを2枚突合せ、実施例1と同様にして摩擦攪拌接合を行った。ここで、A7N01合金板を回転ツールの進行方向と回転ツールの回転方向が同一となる前進側(Advancing Side:AS)に、A6N01合金板を回転ツールの進行方向と回転ツールの回転方向が逆向きとなる後退側(Retreating Side:RS)に配置した。回転ツールはショルダ径15mm、プローブ径5mm、プローブ長さ2.9mmを有する工具鋼製のものを用い、回転速度1200rpm、移動速度600mm/min、ツール前進角3°、ツール位置制御の条件で摩擦攪拌接合を行った。同一の接合部に重畳して3回の摩擦攪拌接合を施し、継手11を得た。
市販の工業用アルミニウム合金(A6N01)の板材(330mmL×100mmW×3mmT)と市販の工業用アルミニウム合金(ASTM M1)の板材(330mmL×100mmW×3mmT)とを2枚突合せ、実施例1と同様にして摩擦攪拌接合を行った。ここで、A6N01合金板を回転ツールの進行方向と回転ツールの回転方向が同一となる前進側(Advancing Side:AS)に、M1合金板を回転ツールの進行方向と回転ツールの回転方向が逆向きとなる後退側(Retreating Side:RS)に配置した。回転ツールはショルダ径15mm、プローブ径5mm、プローブ長さ2.9mmを有する工具鋼製のものを用い、回転速度1750rpm、移動速度1200mm/min、ツール前進角3°、ツール位置制御の条件で摩擦攪拌接合を行い、継手12を得た。
市販の工業用アルミニウム合金(A6N01)の板材(330mmL×100mmW×3mmT)を2枚突合せ、実施例1と同様にして摩擦攪拌接合を行った。回転ツールはショルダ径15mm、プローブ径5mm、プローブ長さ2.9mmを有する工具鋼製のものを用い、回転速度800rpm、移動速度1000mm/min、ツール前進角3°、ツール位置制御の条件で摩擦攪拌接合を行い、継手13を得た。
冷媒による冷却を伴わず、ツールの回転速度を300rpm、移動速度を400mm/minとした以外は実施例1と同様にして摩擦攪拌接合を行い、比較継手1を得た。
冷媒による冷却を伴わず、ツールの回転速度を350rpm、移動速度を400mm/minとした以外は実施例1と同様にして摩擦攪拌接合を行い、比較継手2を得た。
冷媒による冷却を伴わず、ツールの回転速度を400rpm、移動速度を400mm/minとした以外は実施例1と同様にして摩擦攪拌接合を行い、比較継手3を得た。
冷媒による冷却を伴わず、ツールの回転速度を500rpm、移動速度を200mm/minとした以外は実施例1と同様にして摩擦攪拌接合を行い、比較継手4を得た。
冷媒による冷却を伴わず、ツールの回転速度を550rpm、移動速度を200mm/minとした以外は実施例1と同様にして摩擦攪拌接合を行い、比較継手5を得た。
冷媒による冷却を伴わず、ツールの回転速度を600rpm、移動速度を200mm/minとした以外は実施例1と同様にして摩擦攪拌接合を行い、比較継手6を得た。
冷媒による冷却を伴わない以外は実施例8と同様にして摩擦攪拌接合を行い、比較継手7を得た。
冷媒による冷却を伴わない以外は実施例11と同様にして摩擦攪拌接合を行い、比較継手8を得た。
冷媒による冷却を伴わない以外は実施例12と同様にして摩擦攪拌接合を行い、比較継手9を得た。
市販のマグネシウム合金(AZ31)の板材(150mmL×75mmW×4mmT)を2枚突合せ、実施例1と同様にして摩擦攪拌接合を行った。回転ツールはショルダ径15mm、プローブ径5mm、プローブ長さ3.8mmを有する工具鋼製のものを用い、回転速度1400rpm、移動速度300mm/min、回転ツールへの荷重800kgfの条件で摩擦攪拌接合を行い、比較継手10を得た。なお、ツールの前進角は3°とした。
冷媒による冷却を伴わない以外は比較例8と同様にして摩擦攪拌接合を行い、比較継手11を得た。
冷媒による冷却を伴わず、ツールの回転速度を300rpm、移動速度を50mm/minとした以外は実施例13と同様にして摩擦攪拌接合を行い、比較継手12を得た。
実施例1、比較例3及び比較例5における摩擦攪拌接合時の被接合材の温度プロファイルを図2に示す。熱電対の分岐点が接合部裏面となるように設置し、回転ツールが通り過ぎていく際の被接合材の温度変化を測定及び記録した。
4・・・接合部、
6・・・ツール、
8・・・冷媒供給用ノズル。
Claims (2)
- 少なくとも一方の被接合材が面心立方格子構造を有し再結晶温度が300℃以下の金属材である被接合材同士を接合部において当接させ、
前記接合部に回転する棒状のツールを挿入し、前記接合部に液体CO 2 を供給するとともに、前記ツールを移動させることにより、前記被接合材同士を接合する摩擦攪拌接合工程を有し、
前記摩擦攪拌接合工程を前記接合部に対して2回以上施すこと、
を特徴とする金属材の摩擦攪拌接合方法。 - 前記面心立方格子構造を有し再結晶温度が300℃以下の金属材が銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金よりなる群から選ばれること、
を特徴とする請求項1に記載の金属材の摩擦攪拌接合方法。
Priority Applications (1)
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JP2014163168A JP6435533B2 (ja) | 2013-08-09 | 2014-08-08 | 金属材の摩擦攪拌接合方法 |
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JP2013166408 | 2013-08-09 | ||
JP2013166408 | 2013-08-09 | ||
JP2014163168A JP6435533B2 (ja) | 2013-08-09 | 2014-08-08 | 金属材の摩擦攪拌接合方法 |
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JP2014163168A Active JP6435533B2 (ja) | 2013-08-09 | 2014-08-08 | 金属材の摩擦攪拌接合方法 |
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