JP6539362B2 - アルミニウム構造部材 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1実施形態を実施するために使用される製造装置の要部斜視図である。製造装置10は、互いに接合される第1及び第2アルミニウム部材1、2が載置される定盤11と、レーザ装置20と、摩擦攪拌装置30と、を備える。
レーザ装置20は、レーザヘッド21からレーザビームXを第1及び第2アルミニウム部材1、2の突き合わせ部3に向けて照射し、突き合わせ部3の板厚方向全体に亘って溶接ビード部4を形成する。
イバーレーザ、ディスクレーザ、半導体レーザ等とすることができる。また、レーザビームXの照射方向は、突き合わせ部3の面に沿った方向であればよく、鉛直方向でもよいし、或いは、図1に示すように、鉛直方向に対して傾斜した方向であってもよい。
摩擦攪拌装置30は、図2Cに示すように、攪拌ピン(又はプローブと称する)31及びショルダー32を有し、回転する接合ツール33を備える。また、接合ツール33は、レーザヘッド21及び接合ツール33の移動方向Yにおいて、レーザヘッド21に対して下流側に位置し、溶接ビード部4の上方に配置される。摩擦攪拌装置30は、レーザ溶接後に凝固した溶接ビード部4に攪拌ピン31を回転させながら差し込んで溶接ビード部4をトレースするようにして攪拌を行う。これにより、溶接ビード部4の一部が鋳物組織から改質された組織に変化する。従って、レーザ溶接のみで接合するよりも接合後の曲げや引張り強度が高くなる。
互いに接合される第1、第2アルミニウム部材1、2は、板材に限らず、押出形材や鍛造材であってもよい。
なお、図示の例では、第1、第2アルミニウム部材1、2は、略等しい板厚を有している。
次に、アルミニウム構造部材の製造方法の各工程について、図2A〜図2Dを用いて説明する。
特に、自動車のフレーム部材等の被接合部材は厚いため、通常の摩擦攪拌接合の場合、非常に時間がかかるが、本実施形態の製造方法であれば、高い接合速度で被接合部材を接合することができる。
次に、本発明の第2実施形態に係るアルミニウム構造部材について、図面を参照して詳細に説明する。第2実施形態は、互いに接合される第1、第2アルミニウム部材1、2の板厚が互いに異なる場合である。具体的に、図8Aに示すように、第2アルミニウム部材2は、第1アルミニウム部材1よりも厚くなっている。第1、第2アルミニウム部材1、2は、板厚以外に関する点は、第1実施形態と同様である。
また、第2実施形態を実施するために使用される製造装置10は、第1実施形態と同様に、定盤11と、レーザ装置20と、摩擦攪拌装置30と、を備える構成であり、第1実施形態と同一又は同等部分については、説明を省略或いは簡略化する。
その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
なお、図11A、図11Bに示すショルダー32は、凸曲面形状に限らず、凸形状であればよく、凸状のテーパ面であってもよい。
次に、本発明の第3実施形態に係るアルミニウム構造部材について、図面を参照して詳細に説明する。第3実施形態も、第2実施形態と同様に、互いに接合される第1、第2アルミニウム部材1、2の板厚が互いに異なる場合である。具体的に、図13Aに示すように、第2アルミニウム部材2は、第1アルミニウム部材1よりも厚くなっている。第1、第2アルミニウム部材1、2は、板厚以外に関する点は、第1実施形態と同様である。
また、第3実施形態を実施するために使用される製造装置10は、第1実施形態と同様に、定盤11と、レーザ装置20と、摩擦攪拌装置30と、を備えると共に、定盤11上に配置され、段付部を有する裏当て部材40を、さらに備える。なお、製造装置10の第1、第2実施形態と同一又は同等部分については、説明を省略或いは簡略化する。
その他の構成及び作用については、第1または第2実施形態のものと同様である。
この場合、上記実施形態と同様、図13Cに示すように、第1及び第2アルミニウム部材1、2の表面側から溶接ビード部4を摩擦攪拌した後、該第1及び第2アルミニウム部材2を裏当て部材40から取り外し、接合した第1及び第2アルミニウム部材1,2を上下反転させ、図15Aに示すように、定盤11上に載置する。そして、図15Bに示すように、裏面の段差部を摩擦攪拌接合により流動させながら溶接ビード部4も攪拌して改質する。
ただし、各実施形態において、MIG溶接によって溶接ビード部4を形成する場合、溶接トーチの配置は、レーザ溶接のレーザヘッド21が配置される側と同じとなる。
即ち、第2実施形態では、溶接熱源である溶接トーチは、段差のある表面側に配置される。また、第3実施形態では、溶接熱源である溶接トーチは、平坦な突き合わせ部を形成する第1及び第2アルミニウム部材の表面側に配置される。
まず、試験1では、本発明の第1実施形態に係る製造方法による効果を確認するため、以下の試験を行った。
表1に示すように、試験に用いた材料は、板厚3.0mmのAA6022-T4相当材
(実施例1〜3、5、6、比較例1,3,4)と板厚3.0mmのJIS A7075-
T6(実施例4、比較例2)である。試験片の大きさは150mm×300mmで、300mmの方の端部同士を突き合わせて接合した。接合長は280mmである。
距離が450mm、集光径がφ0.3mmとなる設定で溶接を実施した。
一方、MIG溶接の場合の溶接機は、溶接電源をダイヘン社製WB−P350とした。 摩擦攪拌装置30は、加工機が特注製で、接合ツール33は、図11Cに示すような攪拌ピン31を有する通常型で、SKD61相当材で作成したものを用いた。接合ツール33は、攪拌深さが1mmの場合、ショルダー径11mm、プローブ径(ピン径)φ4mm、高さ0.9mmのものと、攪拌深さが2mmの場合、ショルダー径13mm、プローブ径(ピン径)φ5mm、高さ1.8mmのものを用いた。
さらに、実施例6では、接合ツール33は、ショルダー径12〜13mm程度、プローブ径(ピン径)φ4mm、高さ1.5mmのものを用いた。
裏曲げ試験は、(JIS Z 3122:2013)の要領で型曲げ試験を行った。雄型の肩部の半径Rは2t=6mmで実施した。いずれも裏曲げ試験を行った。
次に、試験2では、本発明の第2実施形態の製造方法による効果を確認するため、以下の試験を行った。表2に示すように、試験片は、板厚3.0mmと板厚1.5mmのAA6022−T4相当材(実施例7〜10、比較例6〜8)である。試験片のサイズは150mm×300mmで、300mmの方の端部同士を突き合わせて接合した。接合長は280mmである。
次に、試験3では、本発明の第3実施形態の製造方法による効果を確認するため、以下の試験を行った。表3に示すように、試験片は、板厚3.0mmと板厚1.5mmのAA6022−T4相当材(実施例11〜14、比較例9〜11)である。試験片のサイズは150mm×300mmで、300mmの方の端部同士を突き合わせて接合した。接合長は280mmである。
2 第2アルミニウム部材
3 突き合わせ部
4 溶接ビード部
5 改質部
10 製造装置
11 定盤
20 レーザ装置
21 レーザヘッド
30 摩擦攪拌装置
31 攪拌ピン
32 ショルダー
33 接合ツール
40 裏当て部材
Claims (4)
- 第1アルミニウム部材と第2アルミニウム部材とが接合されて成るアルミニウム構造部材であって、
前記第1及び第2アルミニウム部材を互いに突き合わせて形成される突き合わせ部は、鋳物組織からなる溶接ビード部と、前記鋳物組織を改質してなる改質部とから構成され、
前記改質部は、前記溶接ビード部を形成するためのレーザビームが照射された側と反対側に形成されるアルミニウム構造部材。 - 板厚が異なる第1アルミニウム部材と第2アルミニウム部材とが接合されて成るアルミニウム構造部材であって、
前記第1及び第2アルミニウム部材を互いに突き合わせて形成される突き合わせ部は、鋳物組織からなる溶接ビード部と、前記鋳物組織を改質してなる改質部とから構成され、
前記改質部は、前記第1及び第2アルミニウム部材の表面側と裏面側の両面に形成されるアルミニウム構造部材。 - 前記改質部が形成される前記突き合わせ部の表面又は裏面は、前記第1アルミニウム部材と前記第2アルミニウム部材を滑らかにつなぐ形状に形成される請求項2に記載のアルミニウム構造部材。
- 第1アルミニウム部材と該第1アルミニウム部材よりも厚い第2アルミニウム部材とが突合せ接合されて成るアルミニウム構造部材であって、
前記第1及び第2アルミニウム部材を突き合わせることで、前記第1アルミニウム部材の表面と、前記第2アルミニウム部材の表面とが平坦な突き合わせ部が形成され、
前記突き合わせ部は、鋳物組織からなる溶接ビード部と、前記鋳物組織を改質してなる改質部とから構成され、
前記改質部は、前記第1及び第2アルミニウム部材の表面側と裏面側の両面に形成され、
前記改質部が形成される前記裏面は、前記第1アルミニウム部材と前記第2アルミニウム部材を滑らかにつなぐ形状に形成されるアルミニウム構造部材。
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