JP6451503B2 - Joining method - Google Patents
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Description
本発明は、金属部材同士を摩擦攪拌接合する接合方法に関する。 The present invention relates to a joining method for friction stir welding of metal members.
特許文献1には、第一金属部材と第二金属部材とを重ね合せて、第一金属部材の表面と第二金属部材の端面とで構成された内隅に溶接を施す接合方法が開示されている。
従来技術であると、溶接部の強度が低いため、第一金属部材と第二金属部材が分離するおそれがある。 In the prior art, since the strength of the welded portion is low, the first metal member and the second metal member may be separated.
このような観点から、本発明は、接合強度が高い接合方法を提供することを課題とする。 From such a viewpoint, an object of the present invention is to provide a bonding method having high bonding strength.
このような課題を解決するために本発明は、板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合せ工程と、前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅及び前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅に内隅用接合ツールの攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う内隅接合工程と、攪拌ピンとショルダ部とを備える回転ツールを前記第二金属部材の裏面とは反対側の表面側から挿入し、当該回転ツールの前記攪拌ピンを前記第二金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第一の本接合工程と、を含み、前記第一の本接合工程では、前記回転ツールの前記ショルダ部を前記第二金属部材の表面に押し込みながら摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。 In order to solve such a problem, the present invention includes an overlaying step of superposing the front surface of the plate-like first metal member and the back surface of the plate-like second metal member to form a superposition part, Stir the inner corner joining tool at the inner corner formed by the end surface of the metal member and the back surface of the second metal member and at the inner corner formed by the surface of the first metal member and the end surface of the second metal member. An inner corner joining process for inserting a pin to perform friction stir welding, and a rotating tool including a stirring pin and a shoulder portion are inserted from the surface side opposite to the back surface of the second metal member, and the stirring of the rotating tool is performed. Friction stirring the overlapping portion by moving the rotary tool relative to the overlapping portion while the pin is in contact with only the second metallic member or both the first metallic member and the second metallic member. A first main joining step of joining, the first In this bonding step, and carrying out friction stir welding while pushing the shoulder portion on a surface of the second metal member of the rotary tool.
かかる方法によれば、一対の内隅及び第二金属部材の表面から重合部に摩擦攪拌接合を行うことにより、重合部の接合強度を高めることができる。また、内隅接合工程を行うことにより、第一の本接合工程時における第一金属部材及び第二金属部材の位置ずれを防ぐことができる。また、第一の本接合工程では、回転ツールのショルダ部を第二金属部材に押し込むことにより、バリの発生を抑制することができる。 According to such a method, the joint strength of the overlapped portion can be increased by performing friction stir welding from the surfaces of the pair of inner corners and the second metal member to the overlapped portion. Moreover, the position shift of the 1st metal member and the 2nd metal member at the time of a 1st main joining process can be prevented by performing an inner corner joining process. Further, in the first main joining step, the occurrence of burrs can be suppressed by pushing the shoulder portion of the rotary tool into the second metal member.
また、本発明は、板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合せ工程と、前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅及び前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅に内隅用接合ツールの攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う内隅接合工程と、攪拌ピンを備える回転ツールを前記第二金属部材の裏面とは反対側の表面側から挿入し、当該回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第二金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第一の本接合工程と、を含むことを特徴とする。 In addition, the present invention provides an overlapping process in which the surface of the plate-shaped first metal member and the back surface of the plate-shaped second metal member are overlapped to form an overlapped portion, the end surface of the first metal member, and the first Friction stir by inserting the stirring pin of the inner corner joining tool into the inner corner formed by the back surface of the two metal member and the inner corner formed by the surface of the first metal member and the end surface of the second metal member Inserting an inner corner joining step for joining, and a rotating tool provided with a stirring pin from the surface side opposite to the back surface of the second metal member, only the stirring pin of the rotating tool only the second metal member, Or a first main joining step in which the rotating tool is relatively moved along the overlapping portion while being in contact with both the first metal member and the second metal member, and the overlapping portion is friction stir welded. , Including.
かかる方法によれば、一対の内隅及び第二金属部材の表面から重合部に摩擦攪拌接合を行うことにより、重合部の接合強度を高めることができる。また、内隅接合工程を行うことにより、第一の本接合工程時における第一金属部材及び第二金属部材の位置ずれを防ぐことができる。また、回転ツールの攪拌ピンのみを接触させて第一の本接合工程を行うことにより、摩擦攪拌装置に大きな負荷をかけずに、深い位置まで摩擦攪拌を行うことができる。 According to such a method, the joint strength of the overlapped portion can be increased by performing friction stir welding from the surfaces of the pair of inner corners and the second metal member to the overlapped portion. Moreover, the position shift of the 1st metal member and the 2nd metal member at the time of a 1st main joining process can be prevented by performing an inner corner joining process. Further, by performing only the first main joining step by bringing only the stirring pin of the rotary tool into contact, friction stirring can be performed to a deep position without applying a large load to the friction stirring device.
また、攪拌ピンとショルダ部とを備える回転ツールを前記第一金属部材の表面とは反対の裏面側から挿入し、当該回転ツールの攪拌ピンを前記第一金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第二の本接合工程と、を含み、前記第二の本接合工程では、当該回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材の裏面に押し込みながら摩擦攪拌を行うとともに、前記第一の本接合工程の塑性化領域と前記第二の本接合工程の塑性化領域とを重複させることが好ましい。
また、攪拌ピンを備える回転ツールを前記第一金属部材の表面とは反対の裏面側から挿入し、当該回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第二の本接合工程と、を含み、
前記第二の本接合工程では、前記第一の本接合工程の塑性化領域と前記第二の本接合工程の塑性化領域とを重複させることが好ましい。
Further, a rotary tool including a stirring pin and a shoulder portion is inserted from the back side opposite to the surface of the first metal member, and the stirring pin of the rotary tool is only the first metal member or the first metal member. And a second main joining step of friction stir welding the superposed part by relatively moving the rotary tool along the superposed part in a state of being in contact with both the second metal member, and the second In the main joining step, friction stir is performed while pushing the shoulder portion of the rotating tool into the back surface of the first metal member, and the plasticization region in the first main joining step and the plasticity in the second main joining step are performed. It is preferable to overlap the control region.
Further, a rotary tool provided with a stirring pin is inserted from the back side opposite to the surface of the first metal member, and only the first metal member or the first metal member and the stirring pin of the rotary tool are inserted. A second main joining step in which the rotating tool is relatively moved along the overlapping portion in contact with both of the second metal members, and the overlapping portion is friction stir welded.
In the second main joining step, it is preferable that the plasticizing region in the first main joining step overlaps the plasticizing region in the second main joining step.
かかる方法によれば、第一金属部材の裏面側からも摩擦攪拌を施しているので接合強度をより高めることができるとともに、バランス良く接合することができる。 According to this method, since the friction stir is performed also from the back surface side of the first metal member, the bonding strength can be further increased and the bonding can be performed with a good balance.
また、本発明は、板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合せ工程と、前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅及び前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅に内隅用接合ツールの攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う内隅接合工程と、一対のショルダ部と前記ショルダ部間を連結する攪拌ピンとを備えるボビン回転ツールを前記重合部に沿って相対移動させて重合部を摩擦攪拌接合する本接合工程と、を含み、前記本接合工程では、一対の前記ショルダ部を前記第一金属部材及び前記第二金属部材のそれぞれ接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする。 In addition, the present invention provides an overlapping process in which the surface of the plate-shaped first metal member and the back surface of the plate-shaped second metal member are overlapped to form an overlapped portion, the end surface of the first metal member, and the first Friction stir by inserting the stirring pin of the inner corner joining tool into the inner corner formed by the back surface of the two metal member and the inner corner formed by the surface of the first metal member and the end surface of the second metal member An inner corner joining step for joining, and a main joining step for frictionally stirring and joining the overlapped portion by relatively moving a bobbin rotating tool including a pair of shoulder portions and a stirring pin connecting between the shoulder portions along the overlapped portion. In the main joining step, friction stir is performed in a state in which the pair of shoulder portions are in contact with the first metal member and the second metal member, respectively.
かかる方法によれば、一対の内隅と重合部とに摩擦攪拌接合を行うことにより、接合強度を高めることができる。また、内隅接合工程を行うことにより、本接合工程時における第一金属部材及び第二金属部材の位置ずれを防ぐことができる。また、ボビン回転ツールを用いて本接合工程を行うことにより、第一金属部材及び第二金属部材の板厚方向の全体を1パスで接合することができる。 According to such a method, joint strength can be increased by performing friction stir welding on the pair of inner corners and the overlapped portion. Moreover, the position shift of the 1st metal member and the 2nd metal member at the time of this joining process can be prevented by performing an inner corner joining process. Moreover, the whole joining process of the 1st metal member and the 2nd metal member can be joined by 1 pass by performing this joining process using a bobbin rotation tool.
また、前記内隅接合工程では、前記内隅に対して、1パスで連続して摩擦攪拌を施すことが好ましい。また、前記内隅接合工程では、前記内隅に対して、断続的に間をあけて摩擦攪拌を施すことが好ましい。かかる方法によれば、内隅接合工程を容易に行うことができる。 In the inner corner joining step, it is preferable that the inner corner is continuously subjected to friction stirring in one pass. In the inner corner joining step, it is preferable that the inner corner is intermittently spaced to perform friction stirring. According to this method, the inner corner joining process can be easily performed.
本発明に係る接合方法によれば、接合強度を高めることができる。 According to the joining method according to the present invention, the joining strength can be increased.
[第一実施形態]
本発明の第一実施形態に係る接合方法について図面を参照して詳細に説明する。まずは、本実施形態の接合方法で用いる回転ツールFについて説明する。図1の(a)に示すように、回転ツールFは、連結部F1と、攪拌ピンF2とで構成されている。回転ツールFは、例えば工具鋼で形成されている。連結部F1は、摩擦攪拌装置の回転軸に連結される部位である。連結部F1は円柱状を呈し、ボルトが締結されるネジ孔(図示省略)が形成されている。
[First embodiment]
A joining method according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the rotating tool F used in the joining method of this embodiment will be described. As shown to (a) of FIG. 1, the rotary tool F is comprised by the connection part F1 and the stirring pin F2. The rotary tool F is made of, for example, tool steel. The connecting part F1 is a part connected to the rotating shaft of the friction stirrer. The connecting portion F1 has a cylindrical shape, and is formed with a screw hole (not shown) in which a bolt is fastened.
攪拌ピンF2は、連結部F1から垂下しており、連結部F1と同軸になっている。攪拌ピンF2は連結部F1から離間するにつれて先細りになっている。攪拌ピンF2の長さは、後記する第二金属部材2の板厚よりも大きくなっている。攪拌ピンF2の外周面には螺旋溝F3が刻設されている。本実施形態では、回転ツールFを右回転させるため、螺旋溝F3は、基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。言い換えると、螺旋溝F3は、螺旋溝F3を基端から先端に向けてなぞると上から見て左回りに形成されている。
The stirring pin F2 hangs down from the connecting portion F1 and is coaxial with the connecting portion F1. The stirring pin F2 is tapered as it is separated from the connecting portion F1. The length of the stirring pin F2 is larger than the plate thickness of the
なお、回転ツールFを左回転させる場合は、螺旋溝F3を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成することが好ましい。言い換えると、この場合の螺旋溝F3は、螺旋溝F3を基端から先端に向けてなぞると上から見て右回りに形成されている。螺旋溝F3をこのように設定することで、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝F3によって攪拌ピンF2の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材(後記する第一金属部材1及び第二金属部材2)の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。
In addition, when rotating the rotation tool F counterclockwise, it is preferable to form the spiral groove F3 clockwise as it goes from the proximal end to the distal end. In other words, the spiral groove F3 in this case is formed clockwise when viewed from above when the spiral groove F3 is traced from the proximal end to the distal end. By setting the spiral groove F3 in this way, the plastic fluidized metal at the time of frictional stirring is guided to the tip side of the stirring pin F2 by the spiral groove F3. Thereby, the quantity of the metal which overflows outside the to-be-joined metal member (the
図1の(b)に示すように、回転ツールFを用いて摩擦攪拌接合をする際には、被接合金属部材に回転した攪拌ピンF2のみを挿入し、被接合金属部材と連結部F1とは離間させつつ移動させる。言い換えると、攪拌ピンF2の基端部は露出させた状態で摩擦攪拌接合を行う。回転ツールFの移動軌跡には摩擦攪拌された金属が硬化することにより塑性化領域W(W1,W2)が形成される。 As shown in FIG. 1B, when the friction stir welding is performed using the rotary tool F, only the rotated stirring pin F2 is inserted into the metal member to be joined, and the metal member to be joined and the connecting portion F1 are connected. Is moved while being separated. In other words, the friction stir welding is performed with the base end portion of the stirring pin F2 exposed. A plasticized region W (W1, W2) is formed on the movement trajectory of the rotary tool F by hardening of the friction-stirred metal.
図2の(a)に示すように、本実施形態に係る接合方法では、第一金属部材1と第二金属部材2とを重ね合せて摩擦攪拌により接合する。第一金属部材1及び第二金属部材2は、いずれも板状を呈する。第一金属部材1及び第二金属部材2の板厚は、異なるように形成してもよいが、本実施形態では同一である。第一金属部材1及び第二金属部材2は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、 マグネシウム、マグネシウム合金等の摩擦攪拌可能な金属から適宜選択される。
As shown in FIG. 2A, in the joining method according to this embodiment, the
本実施形態に係る接合方法では、重ね合せ工程と、内隅接合工程と、タブ材接合工程と、第一の本接合工程と、第二の本接合工程とを行う。重ね合せ工程は、図2の(a)示すように、第一金属部材1の表面1aと第二金属部材2の裏面2bとを重ね合せて重合部J1を形成する工程である。第一金属部材1及び第二金属部材2は架台(図示省略)にクランプを介して移動不能に拘束する。第一金属部材1の表面1aと、第二金属部材2の端面2cとで内隅U1が形成される。第二金属部材2の裏面2bと、第一金属部材1の端面1cとで内隅U2が形成される。なお、「表面」とは、「裏面」とは反対側の面を意味する。
In the bonding method according to the present embodiment, an overlapping process, an inner corner bonding process, a tab material bonding process, a first main bonding process, and a second main bonding process are performed. As shown in FIG. 2A, the overlapping step is a step in which the superposed portion J1 is formed by overlapping the
内隅接合工程は、図2の(b)に示すように、内隅U1,U2に対して回転ツール(内隅用接合ツール)Fを用いて摩擦攪拌接合を行う工程である。内隅接合工程では、回転させた回転ツールFの攪拌ピンF2のみを内隅U1に挿入しつつ、内隅U1に沿って回転ツールFを相対移動させる。つまり、回転ツールFの連結部F1は被接合金属部材に接触させずに攪拌ピンF2の基端側を露出させて摩擦攪拌接合を行う。本実施形態では、内隅U1の全長に対して1パスで連続的に摩擦攪拌接合を行う。回転ツールFの移動軌跡には、塑性化領域Wが形成される。また同様に、内隅U2に対しても摩擦攪拌接合を行う。 The inner corner joining step is a step of performing friction stir welding on the inner corners U1 and U2 using a rotary tool (inner corner joining tool) F as shown in FIG. 2 (b). In the inner corner joining step, the rotating tool F is relatively moved along the inner corner U1 while only the stirring pin F2 of the rotated rotating tool F is inserted into the inner corner U1. That is, the connecting portion F1 of the rotary tool F performs the friction stir welding by exposing the base end side of the stirring pin F2 without contacting the metal member to be joined. In the present embodiment, friction stir welding is continuously performed in one pass over the entire length of the inner corner U1. A plasticized region W is formed on the movement locus of the rotary tool F. Similarly, friction stir welding is also performed on the inner corner U2.
なお、内隅接合工程は、例えば、先端にスピンドルユニット等の回転駆動手段を備えたロボットアームに回転ツールFを取り付けて摩擦攪拌を行うことができる。このような摩擦攪拌装置によれば、鉛直軸に対する回転ツールFの回転中心軸の角度を容易に変更することができる。 In the inner corner joining step, for example, the rotating tool F can be attached to a robot arm having a rotation driving means such as a spindle unit at the tip, and friction stirring can be performed. According to such a friction stirrer, the angle of the rotation center axis of the rotary tool F with respect to the vertical axis can be easily changed.
タブ材接合工程は、図3に示すように、重合部J1の両側にタブ材T1,T2を接合する工程である。タブ材T1,T2は、第一金属部材1及び第二金属部材2と同じ材料で形成されており直方体を呈する。タブ材T1,T2の高さは、第一金属部材1及び第二金属部材2の板厚方向の和と同等になっている。タブ材接合工程では、タブ材T1と第一金属部材1及び第二金属部材2とで形成される内隅を溶接により接合する。同様に、タブ材T2と第一金属部材1及び第二金属部材2とで形成される内隅を溶接により接合する。タブ材T1の表面T1aと第二金属部材2の表面2aとを面一にするとともに、裏面T1bと第一金属部材1の裏面1bとを面一にする。同様に、タブ材T2の表面T2aと第二金属部材2の表面2aとを面一にするとともに、裏面T2bと第一金属部材1の裏面1bを面一にする。
As shown in FIG. 3, the tab material joining step is a step of joining the tab materials T1 and T2 to both sides of the overlapping portion J1. Tab material T1, T2 is formed with the same material as the
第一の本接合工程は、図4の(a)に示すように、第二金属部材2の表面2a側から重合部J1を摩擦攪拌接合する工程である。第一の本接合工程では、回転ツールGを用いて接合する。回転ツールGは、円柱状のショルダ部G1と、ショルダ部G1から垂下する攪拌ピンG2とで構成されている。攪拌ピンG2は先端に向けて先細りになっている。攪拌ピンG2の外周面には螺旋溝が形成されている。
The first main joining step is a step of friction stir welding the superposed portion J1 from the
第一の本接合工程では、タブ材T1の表面T1aに開始位置Sp1を設定し、タブ材T2の表面T2aに終了位置Ep1を設定する。第一の本接合工程では、開始位置Sp1に回転する回転ツールGの攪拌ピンG2を挿入する。そして、重合部J1に沿うようにして、回転ツールGを終了位置Ep1に向けて相対移動させる。回転ツールGの移動軌跡には、塑性化領域W1が形成される。 In the first main joining step, a start position Sp1 is set on the surface T1a of the tab material T1, and an end position Ep1 is set on the surface T2a of the tab material T2. In the first main joining step, the stirring pin G2 of the rotating tool G that rotates to the start position Sp1 is inserted. Then, the rotary tool G is relatively moved toward the end position Ep1 along the overlapping portion J1. A plasticized region W1 is formed in the movement locus of the rotary tool G.
図4の(b)に示すように、第一の本接合工程では、回転ツールGのショルダ部G1の下端面を第二金属部材2に数ミリ程度押し込みながら摩擦攪拌を行う。攪拌ピンG2の挿入深さは適宜設定すればよいが、重合部J1に攪拌ピンG2が達するように設定することが好ましい。つまり、攪拌ピンG2を第一金属部材1及び第二金属部材2の両方に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。
As shown in FIG. 4B, in the first main joining step, friction stirring is performed while pushing the lower end surface of the shoulder portion G1 of the rotary tool G into the
攪拌ピンG2が重合部J1に達しない場合、つまり、攪拌ピンG2を第二金属部材2のみに接触させる場合は、回転ツールGと第二金属部材2との摩擦熱によって重合部J1が塑性流動化して接合される。回転ツールGが終了位置Ep1に達したら、回転ツールGをタブ材T2から離脱させる。第一の本接合工程が終了したら、第一金属部材1及び第二金属部材2をひっくり返し、架台に再度クランプする。
When the stirring pin G2 does not reach the overlapping portion J1, that is, when the stirring pin G2 is brought into contact only with the
第二の本接合工程は、図5に示すように、第一金属部材1の裏面1b側から重合部J1を摩擦攪拌接合する工程である。第二の本接合工程では、回転ツールGを用いて接合する。第二の本接合工程では、タブ材T1及びタブ材T2の一方に開始位置を設定し、他方に終了位置を設定する。第二の本接合工程では、第一の本接合工程と同じ要領で摩擦攪拌接合を行う。つまり、回転ツールGのショルダ部G1の下端面を第一金属部材1の裏面1bに数ミリ程度押し込みつつ、重合部J1に沿って回転ツールGを相対移動させて摩擦攪拌を行う。回転ツールGの移動軌跡には、塑性化領域W2が形成される。
As shown in FIG. 5, the second main joining step is a step of friction stir welding the overlapping portion J <b> 1 from the
第二の本接合工程における攪拌ピンG2の挿入深さは適宜設定すればよいが、本実施形態では、重合部J1に攪拌ピンG2が達するように設定することが好ましい。つまり、攪拌ピンG2を第一金属部材1及び第二金属部材2の両方に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。攪拌ピンG2の先端が、塑性化領域W1に入り込むように挿入深さを設定することで、塑性化領域W1と塑性化領域W2とが重複する。
The insertion depth of the stirring pin G2 in the second main joining step may be set as appropriate, but in the present embodiment, it is preferable to set the stirring pin G2 so as to reach the overlapping portion J1. That is, friction stir welding is performed in a state where the stirring pin G2 is in contact with both the
攪拌ピンG2が重合部J1に達しない場合、つまり、攪拌ピンG2を第一金属部材1のみに接触させる場合は、回転ツールGと第一金属部材1との摩擦熱によって重合部J1が塑性流動化して接合される。回転ツールGが終了位置に達したら、回転ツールGをタブ材から離脱させる。以上により、第一金属部材1と第二金属部材2とが接合される。
When the stirring pin G2 does not reach the overlapping portion J1, that is, when the stirring pin G2 is brought into contact only with the
なお、必要に応じて、内隅接合工程、第一の本接合工程及び第二の本接合工程で発生したバリを切除するバリ切除工程を行ってもよい。これにより、内隅U1,U2、第一金属部材1の裏面1b及び第二金属部材2の表面2aをきれいに仕上げることができる。
In addition, you may perform the burr cutting process which cuts the burr | flash which generate | occur | produced in the inner corner joining process, the 1st main joining process, and the 2nd main joining process as needed. Thereby, the inner corners U1 and U2, the
以上説明した第一実施形態に係る接合方法によれば、一対の内隅U1,U2に加えて、第二金属部材2の表面2aから重合部J1に摩擦攪拌接合を行うことにより、重合部J1の接合強度を高めることができる。また、内隅接合工程を行うことにより、第一の本接合工程時における第一金属部材1及び第二金属部材2の位置ずれを防ぐことができる。また、ショルダ部G1を第二金属部材2に押し込むことにより、バリの発生を抑制することができる。また、第二の本接合工程は省略してもよいが、本実施形態のように第一の本接合工程及び第二の本接合工程の両方を行うことで、接合強度をより高めることができるとともに、バランス良く接合することができる。
According to the joining method according to the first embodiment described above, in addition to the pair of inner corners U1 and U2, by performing friction stir welding from the
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態では、内隅接合工程、第一の本接合工程及び第二の本接合工程を、回転ツールFを用いて摩擦攪拌接合する点で、第一実施形態と相違する。本実施形態に係る接合方法では、重ね合せ工程と、内隅接合工程と、タブ材接合工程と、第一の本接合工程と、第二の本接合工程とを行う。重ね合せ工程は、第一実施形態と同一であるため、説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, the joining method according to the second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that the inner corner joining step, the first main joining step, and the second main joining step are friction stir welded using the rotary tool F. In the bonding method according to the present embodiment, an overlapping process, an inner corner bonding process, a tab material bonding process, a first main bonding process, and a second main bonding process are performed. Since the overlapping process is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
内隅接合工程では、図6の(a)に示すように、内隅U1,U2に対して回転ツール(内隅用接合ツール)Fを用いて摩擦攪拌接合を行う工程である。内隅接合工程では、内隅U1,U2の全長に対して、断続的に摩擦攪拌を行う。内隅U1,U2には、間隔をあけて塑性化領域Wが形成される。タブ材接合工程は、第一実施形態と同一であるため、説明を省略する。 In the inner corner joining step, as shown in FIG. 6A, friction stir welding is performed on the inner corners U <b> 1 and U <b> 2 using a rotating tool (inner corner joining tool) F. In the inner corner joining step, friction stirring is intermittently performed on the entire length of the inner corners U1 and U2. A plasticized region W is formed in the inner corners U1 and U2 with a space therebetween. Since the tab material joining step is the same as that in the first embodiment, description thereof is omitted.
第一の本接合工程は、図6の(a)に示すように、第二金属部材2の表面2a側から重合部J1を摩擦攪拌接合する工程である。第一の本接合工程では、回転ツール(内隅用接合ツールと兼用のショルダレス回転ツール)Fを用いて接合する。
The first main joining step is a step of friction stir welding the superposed portion J1 from the
第一の本接合工程では、タブ材T1の表面T1aに開始位置Sp1を設定し、タブ材T2の表面T2aに終了位置Ep1を設定する。第一の本接合工程では、開始位置Sp1に右回転させた回転ツールFの攪拌ピンF2を挿入する。そして、重合部J1に沿うようにして、回転ツールFを終了位置Ep1に向けて相対移動させる。回転ツールFの移動軌跡には、塑性化領域W1が形成される。 In the first main joining step, a start position Sp1 is set on the surface T1a of the tab material T1, and an end position Ep1 is set on the surface T2a of the tab material T2. In the first main joining step, the stirring pin F2 of the rotating tool F rotated to the right is inserted into the start position Sp1. Then, the rotary tool F is relatively moved toward the end position Ep1 along the overlapping portion J1. A plasticizing region W1 is formed on the movement locus of the rotary tool F.
図6の(b)に示すように、第一の本接合工程では、回転ツールFの連結部F1は第二金属部材2から離間させて、摩擦攪拌接合を行う。つまり、攪拌ピンF2の基端側は露出させた状態で摩擦攪拌接合を行う。攪拌ピンF2の挿入深さは適宜設定すればよいが、重合部J1に攪拌ピンF2が達するように設定することが好ましい。つまり、攪拌ピンF2を第一金属部材1及び第二金属部材2の両方に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。
As shown in FIG. 6B, in the first main joining step, the connecting portion F1 of the rotary tool F is separated from the
攪拌ピンF2が重合部J1に達しない場合、つまり、攪拌ピンF2を第二金属部材2のみに接触させる場合は、回転ツールFと第二金属部材2との摩擦熱によって重合部J1が塑性流動化して接合される。回転ツールFが終了位置Ep1に達したら、回転ツールFをタブ材T2から離脱させる。第一の本接合工程が終了したら、第一金属部材1及び第二金属部材2をひっくり返し、架台に再度クランプする。
When the stirring pin F2 does not reach the overlapping portion J1, that is, when the stirring pin F2 is brought into contact with only the
第二の本接合工程は、図7に示すように、第一金属部材1の裏面1b側から重合部J1を接合する工程である。第二の本接合工程では、回転ツールFを用いて摩擦攪拌によって接合する。第二の本接合工程では、タブ材T1及びタブ材T2の一方に開始位置を設定し、他方に終了位置を設定する。第二の本接合工程では、第一の本接合工程と同じ要領で摩擦攪拌接合を行う。つまり、回転ツールFの連結部F1は第一金属部材1から離間させて、摩擦攪拌接合を行う。回転ツールFの移動軌跡には、塑性化領域W2が形成される。
The second main joining step is a step of joining the overlapping portion J1 from the
第二の本接合工程における攪拌ピンF2の挿入深さは適宜設定すればよいが、本実施形態では、重合部J1に攪拌ピンF2が達するように設定することが好ましい。つまり、攪拌ピンF2を第一金属部材1及び第二金属部材2の両方に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。攪拌ピンF2の先端が、塑性化領域W1に入り込むように挿入深さを設定することで、塑性化領域W1と塑性化領域W2の先端側が重複する。
The insertion depth of the stirring pin F2 in the second main joining step may be set as appropriate, but in the present embodiment, it is preferable to set so that the stirring pin F2 reaches the overlapping portion J1. That is, friction stir welding is performed in a state where the stirring pin F <b> 2 is in contact with both the
攪拌ピンF2が重合部J1に達しない場合、つまり、攪拌ピンF2を第一金属部材1のみに接触させる場合は、回転ツールFと第一金属部材1との摩擦熱によって重合部J1が塑性流動化して接合される。回転ツールFが終了位置に達したら、回転ツールFをタブ材から離脱させる。以上により、第一金属部材1と第二金属部材2とが接合される。
When the stirring pin F2 does not reach the overlapping portion J1, that is, when the stirring pin F2 is brought into contact only with the
なお、必要に応じて、内隅U1,U2、第一の本接合工程及び第二の本接合工程で発生したバリを切除するバリ切除工程を行ってもよい。これにより、第一金属部材1の裏面1b及び第二金属部材2の表面2aをきれいに仕上げることができる。また、第一金属部材1の裏面1b及び第二金属部材2の表面2aに形成される凹溝が大きい場合は、肉盛溶接を施して補修する補修工程を行ってもよい。
In addition, you may perform the burr cutting process which cuts out the burr | flash which generate | occur | produced in inner corner U1, U2, the 1st main joining process, and the 2nd main joining process as needed. Thereby, the
第二実施形態に係る接合方法によれば、一対の内隅U1,U2に加えて、第二金属部材2の表面2aから重合部J1に摩擦攪拌接合を行うことにより、重合部J1の接合強度を高めることができる。また、内隅接合工程を行うことにより、第一の本接合工程時における第一金属部材1及び第二金属部材2の位置ずれを防ぐことができる。また、回転ツールFの攪拌ピンF2のみを接触させて第一の本接合工程を行うことにより、摩擦攪拌装置に大きな負荷をかけずに、深い位置まで摩擦攪拌を行うことができる。第一金属部材1及び第二金属部材2の板厚が大きい場合は、回転ツールFを用いて摩擦攪拌を行うと有効である。
According to the joining method according to the second embodiment, in addition to the pair of inner corners U1 and U2, by performing friction stir welding from the
また、回転ツールFによれば、塑性化領域W1,W2の幅を小さくすることができるため、重合部J1の幅(第一金属部材1と第二金属部材2の重ね代)を小さくすることができる。また、第二の本接合工程は省略してもよいが、本実施形態のように第一の本接合工程及び第二の本接合工程の両方を行うことで、接合強度をより高めることができるとともに、バランス良く接合することができる。
In addition, according to the rotating tool F, the width of the plasticized regions W1, W2 can be reduced, so that the width of the overlapping portion J1 (the overlap margin of the
また、内隅用接合ツールは、第一の本接合工程及び第二の本接合工程で用いる回転ツールと別個でもよいが、本実施形態のようにこれらの工程を回転ツールFを用いて行うことで、回転ツールを付け替える手間を省くことができる。 The inner corner joining tool may be separate from the rotary tool used in the first main joining step and the second main joining step, but these steps are performed using the rotary tool F as in the present embodiment. This saves the trouble of changing the rotating tool.
なお、第二実施形態では、回転ツールFを用いて内隅接合工程、第一の本接合工程及び第二の本接合工程を行ったが、回転ツールGを用いて各工程を行ってもよい。この場合は、回転ツールGの攪拌ピンG2の基端側を露出させた状態で摩擦攪拌接合を行えばよい。このようにすれば、回転ツールを交換する手間を省略することができる。 In the second embodiment, the inner corner joining step, the first main joining step, and the second main joining step are performed using the rotating tool F. However, each step may be performed using the rotating tool G. . In this case, the friction stir welding may be performed with the proximal end side of the stirring pin G2 of the rotary tool G exposed. In this way, the trouble of replacing the rotating tool can be omitted.
[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態に係る係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法では、重ね合せ工程と、内隅接合工程と、本接合工程と、を行う。重ね合せ工程及び内隅接合工程は、第一実施形態と同一であるため、説明を省略する。
[Third embodiment]
Next, the joining method according to the third embodiment of the present invention will be described. In the bonding method according to the present embodiment, an overlapping process, an inner corner bonding process, and a main bonding process are performed. Since the overlapping step and the inner corner joining step are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
本接合工程は、図8に示すように、ボビン回転ツールHを用いて重合部J1に摩擦攪拌接合を行う工程である。ボビン回転ツールHは、第一ショルダ部H1と、第二ショルダ部H2と、攪拌ピンH3とで構成されている。第一ショルダ部H1は、略円柱状を呈する。第一ショルダ部H1の攪拌ピンH3側には、攪拌ピンH3に向けて縮径するテーパー部H1aが形成されている。テーパー部H1aの端部には、端面H1bが形成されている。 As shown in FIG. 8, the main joining step is a step of performing friction stir welding on the overlapping portion J <b> 1 using the bobbin rotating tool H. The bobbin rotating tool H includes a first shoulder portion H1, a second shoulder portion H2, and a stirring pin H3. The first shoulder portion H1 has a substantially cylindrical shape. A tapered portion H1a having a diameter reduced toward the stirring pin H3 is formed on the stirring pin H3 side of the first shoulder portion H1. An end face H1b is formed at the end of the tapered portion H1a.
第二ショルダ部H2は、略円柱状を呈する。第二ショルダ部H2の攪拌ピンH3側には、攪拌ピンH3に向けて縮径するテーパー部H2aが形成されている。テーパー部H2aの端部には、端面H2bが形成されている。攪拌ピンH3は、第一ショルダ部H1と第二ショルダ部H2とを連結する軸状部材である。 The second shoulder portion H2 has a substantially cylindrical shape. A taper portion H2a having a diameter reduced toward the stirring pin H3 is formed on the stirring pin H3 side of the second shoulder portion H2. An end face H2b is formed at the end of the tapered portion H2a. The stirring pin H3 is a shaft-like member that connects the first shoulder portion H1 and the second shoulder portion H2.
本接合工程では、図9の(a)に示すように、第一金属部材1及び第二金属部材2を移動不能に架台(図示省略)にクランプした後、第一金属部材1及び第二金属部材2の側方にボビン回転ツールHを位置させる。攪拌ピンH3の長手方向の中心が、重合部J1の延長上に位置するように高さ位置を調整する。そして、ボビン回転ツールHを回転させつつ、第一金属部材1及び第二金属部材2に突入させ、重合部J1に沿って相対移動させる。攪拌ピンH3の長さ(第一ショルダ部H1と第二ショルダ部H2間距離)は、第一金属部材1及び第二金属部材2の板厚の和よりも小さくなっているため、第二金属部材2の表面2aに第一ショルダ部H1(端面H1b)が押し込まれるとともに、第一金属部材1の裏面1bに第二ショルダ部H2(端面H2b)が押し込まれる。ボビン回転ツールHの移動軌跡には、塑性化領域W3が形成される。以上により、第一金属部材1と第二金属部材2とが接合される。
In the main joining step, as shown in FIG. 9A, after the
なお、必要に応じて、内隅接合工程、本接合工程で発生したバリを切除するバリ切除工程を行ってもよい。これにより、内隅U1,U2、第一金属部材1の裏面1b及び第二金属部材2の表面2aをきれいに仕上げることができる。
In addition, you may perform the burr cutting process which cuts the burr | flash which generate | occur | produced in the inner corner joining process and this joining process as needed. Thereby, the inner corners U1 and U2, the
以上説明した第三実施形態に係る接合方法によれば、一対の内隅U1,U2に加えて、重合部J1に摩擦攪拌接合を行うことにより、接合強度を高めることができる。また、内隅接合工程を行うことにより、本接合工程時における第一金属部材1及び第二金属部材2の位置ずれを防ぐことができる。また、ボビン回転ツールHを用いて本接合工程を行うことにより、第一金属部材1及び第二金属部材2の板厚方向の全体を1パスで接合することができる。また、第二金属部材2の表面2aに第一ショルダ部H1を押し込むとともに、第一金属部材1の裏面1bに第二ショルダ部H2を押し込むことにより、バリの発生を抑制することができる。
According to the joining method which concerns on 3rd embodiment demonstrated above, in addition to a pair of inner corner U1, U2, joining strength can be raised by performing friction stir welding to the superposition | polymerization part J1. Moreover, the position shift of the
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において、適宜設計変更が可能である。例えば、第一実施形態における第二の本接合工程を、回転ツールFを用いて行ってもよい。また、第二実施形態における第二の本接合工程を、回転ツールGを用いて行ってもよい。また、第一実施形態及び第二実施形態では、タブ材T1,T2を設けたが、省略してもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, design changes can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, the second main joining process in the first embodiment may be performed using the rotary tool F. Further, the second main joining step in the second embodiment may be performed using the rotating tool G. Moreover, in 1st embodiment and 2nd embodiment, although tab material T1, T2 was provided, you may abbreviate | omit.
1 第一金属部材
1a 表面
1b 裏面
2 第二金属部材
2a 表面
2b 裏面
J1 重合部
F 回転ツール(内隅用接合ツール)
F1 連結部
F2 攪拌ピン
G 回転ツール
G1 ショルダ部
G2 攪拌ピン
H ボビン回転ツール
U1 内隅
U2 内隅
1
F1 connecting part F2 stirring pin G rotating tool G1 shoulder part G2 stirring pin H bobbin rotating tool U1 inner corner U2 inner corner
Claims (7)
前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅及び前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅に内隅用接合ツールの攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う内隅接合工程と、
攪拌ピンとショルダ部とを備える回転ツールを前記第二金属部材の裏面とは反対側の表面側から挿入し、当該回転ツールの前記攪拌ピンを前記第二金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第一の本接合工程と、を含み、
前記第一の本接合工程では、前記回転ツールの前記ショルダ部を前記第二金属部材の表面に押し込みながら摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする接合方法。 An overlapping step of overlapping the surface of the plate-shaped first metal member and the back surface of the plate-shaped second metal member to form a superposed portion;
Inner corner joining to the inner corner formed by the end surface of the first metal member and the rear surface of the second metal member and the inner corner formed by the surface of the first metal member and the end surface of the second metal member. Inner corner joining process of inserting a stirring pin of a tool and performing friction stir welding,
A rotating tool including a stirring pin and a shoulder portion is inserted from the surface side opposite to the back surface of the second metal member, and the stirring pin of the rotating tool is only the second metal member or the first metal member. And a first main joining step of friction stir welding the superposed part by relatively moving the rotary tool along the superposed part in a state of being in contact with both the second metal member,
In the first main joining step, a friction stir welding is performed while pressing the shoulder portion of the rotary tool into the surface of the second metal member.
前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅及び前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅に内隅用接合ツールの攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う内隅接合工程と、
攪拌ピンを備える回転ツールを前記第二金属部材の裏面とは反対側の表面側から挿入し、当該回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第二金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第一の本接合工程と、を含むことを特徴とする接合方法。 An overlapping step of overlapping the surface of the plate-shaped first metal member and the back surface of the plate-shaped second metal member to form a superposed portion;
Inner corner joining to the inner corner formed by the end surface of the first metal member and the rear surface of the second metal member and the inner corner formed by the surface of the first metal member and the end surface of the second metal member. Inner corner joining process of inserting a stirring pin of a tool and performing friction stir welding,
A rotary tool provided with a stirring pin is inserted from the surface side opposite to the back surface of the second metal member, and only the stirring pin of the rotary tool is only the second metal member, or the first metal member and the A first main joining step in which the rotating tool is relatively moved along the overlapped portion in contact with both of the second metal members to friction stir weld the overlapped portion. Method.
前記第二の本接合工程では、当該回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材の裏面に押し込みながら摩擦攪拌を行うとともに、前記第一の本接合工程の塑性化領域と前記第二の本接合工程の塑性化領域とを重複させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の接合方法。 A rotary tool including a stirring pin and a shoulder portion is inserted from the back side opposite to the surface of the first metal member, and the stirring pin of the rotary tool is only the first metal member or the first metal member and the A second main joining step in which the rotating tool is relatively moved along the overlapping portion in contact with both of the second metal members, and the overlapping portion is friction stir welded.
In the second main joining step, friction stir is performed while pushing the shoulder portion of the rotating tool into the back surface of the first metal member, and the plasticized region and the second main joining in the first main joining step are performed. The joining method according to claim 1, wherein the plasticizing region of the process is overlapped.
前記第二の本接合工程では、前記第一の本接合工程の塑性化領域と前記第二の本接合工程の塑性化領域とを重複させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の接合方法。 A rotary tool provided with a stirring pin is inserted from the back side opposite to the surface of the first metal member, and only the first metal member or only the first metal member and the second metal A second main joining step in which the rotating tool is relatively moved along the overlapped portion in contact with both of the metal members to friction stir weld the overlapped portion.
3. The method according to claim 1, wherein in the second main joining step, the plasticizing region in the first main joining step and the plasticizing region in the second main joining step overlap each other. Joining method.
前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅及び前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅に内隅用接合ツールの攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う内隅接合工程と、
一対のショルダ部と前記ショルダ部間を連結する攪拌ピンとを備えるボビン回転ツールを前記重合部に沿って相対移動させて重合部を摩擦攪拌接合する本接合工程と、を含み、
前記本接合工程では、一対の前記ショルダ部を前記第一金属部材及び前記第二金属部材のそれぞれ接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする接合方法。 An overlapping step of overlapping the surface of the plate-shaped first metal member and the back surface of the plate-shaped second metal member to form a superposed portion;
Inner corner joining to the inner corner formed by the end surface of the first metal member and the rear surface of the second metal member and the inner corner formed by the surface of the first metal member and the end surface of the second metal member. Inner corner joining process of inserting a stirring pin of a tool and performing friction stir welding,
A bobbin rotating tool provided with a pair of shoulder portions and a stirring pin connecting between the shoulder portions, and a main joining step of frictionally stir welding the overlapped portion by relatively moving a bobbin rotating tool along the overlapped portion,
In the main joining step, a friction stir is performed in a state where the pair of shoulder portions are in contact with the first metal member and the second metal member, respectively.
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