JPH02127987A - 摩擦溶接部の品質管理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は摩擦溶接によって形成された溶接部の品質管理
方法に係り、特に異材の混入を判別するに好適な摩擦溶
接部の品質管理方法に関する。

〔従来の技術〕

一対の被溶接部材を突き合わせ、加圧回転させて接合す
る摩擦溶接において、その摩擦溶接部の品質を管理する
方法としては、コロナ社発行摩擦圧接研究会著「摩擦圧
接」第１２９頁に記載されたような方法が知られている
６すなわち、−殻内に採用されている方式である摩擦発
熱期間をタイマを用いずに摩擦寄り代で設定する摩擦寄
り代方式における監視項目としては、主として素材長検
知、製品長検知、摩擦圧力検知及びアプセット圧力検知
の４項目があり、時には摩擦時間の検知を加えることが
ある。

第３図に摩擦溶接におけるサイクル線図を示す。

図において、縦軸のＰは加圧力であり、Ｐ□は摩擦圧力
、Ｐ２はアプセット圧力を示している。またＮはチャッ
ク側スピンドルの回転数、Ｕは寄り代であり、ＵＬは摩
擦寄り代、Ｕ２はアプセット寄り代である。また横軸は
時間を示しており、Ｔ、は摩擦時間、Ｔ２はアプセット
時間を示している。

ところで、！！擦溶接作業中作業者の誤まりにより同形
状で材質の異なるワークが混入することがあるが、従来
はこの異材混入を監視する手段はなかった。

異材の混入に対しては材料の高温強度の違いにより一定
時間での寄り代が異なり、一定の寄り代を得るためには
摩擦時間が変わる。従ってこの摩擦時間を測定すること
によって異材混入を検出することができる。

この方法について第４図を参照して説明する。

第４図は第５図に示す形状のワークを摩擦溶接したとき
の摩擦圧力Ｐ工と摩擦時間Ｔ工との関係を示した図であ
る。

第５図に示すワークは溶接機のチャック１に取り付けた
スリーブ２と、クランプ３側に固定されたチューブ４と
であり、スリーブ２を回転させながらチューブ４に圧接
して摩擦溶接を行なう。またチューブ４の材質としてＳ
ＴＫＭ２０とＳＴＫＭ１３の２種類を用い、摩擦圧力Ｐ
□と摩擦時間Ｔ工との関係を測定した結果を示すグラフ
が第４図である。

第４図においてＡはＳＴＫＭ２０、ＢはＳＴＫＭ１３の
チューブ４を用いた場合であり。

スリーブ２及びチューブ４の素材長の合計のばらつきを
±０．４ｍｍとした。この素材長のばらつきにより図に
２本の線で囲まれる範囲のばらつきが発生する。このと
き通常使用される摩擦圧力Ｐ工は約４ｋｇ／ｍｍ２であ
り、実際の作業ではＰ工＝４．０±０．５ｋｇ／圃２程
度で管理されているため、摩擦時間Ｔ□はＳＴＫＭ２０
で図中「イ」で示す範囲内が、またＳＴＫＭ１３では「
口」で示す範囲内が所定の寄り代が得られる範囲となる
。

従って材質がＳＴＫＭ２０のチューブ４の溶接中に材質
がＳＴＫＭ１３のチューブ１３が混入した場合、「イ」
と１口」が重なっていない範囲「ハ」がモニターされた
ときにのみ異材混入が判明する。なお、この範囲「ハ」
は例えば圧接面のばらつきなどのその他の要因によって
も変化し、さらに狭い範囲となる場合が多い。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したように作業者の誤まりなどにより異材混入が発
生した場合、ワークの外観からは判別できないため、後
工程における検査が重要となり、多大の工数を必要とし
ていた。このため異材混入を摩擦溶接工程で判別するこ
とが望まれていたが、従来はこの判別することのできる
監視方法がなかった。また摩擦時間Ｔ工のモニターは異
材混入を目的としたものではなく、実際の作業では素材
長のばらつき、摩擦圧力の変動及び圧接面のばらつきな
どにより摩擦時間Ｔ工はばらつきが大きい。

従って摩擦時間Ｔ１によっては異材混入を確実に判別す
ることができないという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、摩擦溶
接における異材混入などの異常発生を確実に判別するこ
とができる摩擦溶接部の品質管理方法を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、一対の被溶接部材
を突き合わせ、加圧回転させて接合する摩擦溶接により
形成された摩擦溶接部の品質管理方法において、前記摩
擦溶接中の寄り代及び加圧力を検出するとともに溶接時
間を計測し、前記寄り代と溶接時間とから演算された寄
り代速度を前記加圧力で補正して管理値を求め、該管理
値を基準値と比較して品質を管理することを特徴として
いる。

〔作用〕

上記の方法によると、摩擦溶接中に検出した寄り代と計
測した溶接時間とから寄り代速度を求め。

加圧力で補正した値を基拳値と比較して管理することに
より、高温強度の差から異材混入を判別することができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の基本構成を示すブロック図
である。ブロック５，６でそれぞれ摩擦溶接中の寄り代
Ｕ３及び摩擦圧力Ｐ工を検知し、ブロック７でそのとき
の摩擦時間Ｔ３　を計測する。

次にブロック８で溶接機制御盤９を用いて下記の演算を
行なう。

まず、寄り代Ｕ、と摩擦時間Ｔ、とから寄り代速度Ｖ＝
Ｕ３　／Ｔ３　を算出する。なおこの寄り代速度Ｖの算
出はＴ１期間全域ではなく、第３図に示すスロープ期間
Ｔ４経過後の一定期間、例えば約０．５秒間について求
めてもよい。次に寄り代速度Ｖ及び摩擦圧力Ｐ工により
下記に示す計算式（１）を用いて補正し、管理値工を求
める。

但し　Ｖ：寄り代速度（＝ｕｓ　／Ｔ３　）　　（ａｎ
／秒）ｂ＝修正値、　　ｐｌ　：＠蒸圧力（ｋｇ／ｍｍ
２）ａ：Ｐ、の乗数 次にブロック１０に予め定められた寄り代速度Ｖ及び摩
擦圧力Ｐ工から上記計算式（１）により計算された基準
値：ｌｃｓを入力しておき、ブロック１１でこの基準値
ｘｓと前記管理値工とを比較してその差を判定する。そ
してこの差が予め定められた管理範囲を外れていれば異
材混入があったと判定される。この判定結果はブロック
１２で表示される。

次に本実施例の作用を説明する。

寄り代速度Ｖは素材長の影響が全くなく、高温強度の違
いにより差が発生する。また摩擦圧力Ｐ工によって寄り
代速度が変るため、正確を期すためにＰｌａ　によって
除算して管理値工を定めている。

また、接合面の清浄度によって寄り代速度が変るが、こ
の影響は初期のスロープ期間Ｔ４の間のみであるので、
摩擦期間Ｔ３　の間における寄り代速度Ｔ□を採用する
ことにより接合面の清浄度の影響を受けることはない６ 次に本実施例の具体的実施例について、第２図を参照し
て説明する。

ワークとして第５図に示すようなスリーブ２及びチュー
ブ４を用い、チャック１に把持されたスリーブ２は継手
部寸法が外径６０ｎｍ、板厚２ｍであり材質がＳ３０で
形成されている。またクランプ３に固定されたチューブ
４は寸法がスリーブ２と等しい外径６０ｍｍ、板厚２ｍ
であり材質がＳＴＫＭ２０で形成されている。また、前
記計算式（１）においてａ＝１．ｂ＝−０，８３とじた
ときの管理値工を第２図に示す。図中０印はチューブ４
の材質がＳＴＫＭ２０の場合であり、また図中破線で囲
まれた部分は管理値工の管理範囲０．８２±Ｏ，ＯＳを
示している。

次、に、ＳＴＫＭ１３で形成された同寸法のチューブ４
が混入された場合、管理値工は図中Δ印で示すようにな
る０図から判るようにＳＴＫＭ１３で形成されたチュー
ブ４の管理値工はすべて管理範囲外にあり、ＳＴＫＭ２
０のチューブ４とは明確に区別される。このことは高温
強度の僅かな差によって管理値工が大きく変化するため
である。

本実施例によれば、摩擦溶接中に異材が混入したときに
直ちに判別が可能となるので、後工程の検査が不要とな
る。また異材混入がない場合でも摩擦溶接中の異常状態
を監視することができる。

例えば工場電源の変動で電圧が降下し、チャック１を回
転するスピンドル回転数が変動した場合には、摩擦部の
発熱状態が変化し、寄り代速度が変るため管理値工が管
理範囲を外れる。

なお、管理値工を計算する計算式（１）はこれに限定さ
れるものではなく、寄り代速度ｖｔｉ−摩擦圧力Ｐ工で
補正するものであれば他の計算式でもよい。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、摩擦溶接
中の寄り代速度を摩擦圧力で補正して得た管理値により
、摩擦溶接部の品質を管理するようにしたので、異材混
入に対しての判別が容易に可能となり、後工程の検査が
不要となった。また摩擦溶接中の異常発生も監視するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本実施例による実験結果による管理値の変動を示すグラ
フ、第３図はスピンドル回転数、摩擦圧力及び寄り代の
経時変化を示すグラフ、第４図は所定の寄り代を得るた
めの摩擦圧力と摩擦時間との関係を示すグラフ、第５図
は本実施例に用いられたワークを示す縦断面図である。 ２・・・スリーブ、（被溶接部材） ４・・・チューブ、（被溶接部材） Ｕ・・・寄り代、 Ｔ・・・溶接時間、 Ｐ・・・加圧力。 工・・・管理値。 代 理 人 阿 部 哲 朗 第 図 第 図 第３図 第 図 第４ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の被溶接部材を突き合わせ、加圧回転させて
   接合する摩擦溶接により形成された摩擦溶接部の品質管
   理方法において、前記摩擦溶接中の寄り代及び加圧力を
   検出するとともに溶接時間を計測し、前記寄り代と溶接
   時間とから演算された寄り代速度を前記加圧力で補正し
   て管理値を求め、該管理値を基準値と比較して品質を管
   理することを特徴とする摩擦溶接部の品質管理方法。