JPH0647570A - 異材の摩擦圧接法 - Google Patents
異材の摩擦圧接法Info
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- JPH0647570A JPH0647570A JP20705092A JP20705092A JPH0647570A JP H0647570 A JPH0647570 A JP H0647570A JP 20705092 A JP20705092 A JP 20705092A JP 20705092 A JP20705092 A JP 20705092A JP H0647570 A JPH0647570 A JP H0647570A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 異材の摩擦圧接法に関する。
【構成】 熱膨張係数や高温強度などの材料特性の異
なる異材を摩擦圧接させるに際し、熱膨張係数の大きな
材料の直径を、これと接合する他の材料の直径よりも大
きくし、かつ大径側の先端に円錐形の凹みを設け、小径
側の先端には上記凹みと同一形状の凸部を設けておき、
両材料を摩擦圧接させて異材を摩擦圧接する方法及び
上記の方法において大径側の先端の円錐形の凹みの斜
面に溝を設けて異材を摩擦圧接する方法。
なる異材を摩擦圧接させるに際し、熱膨張係数の大きな
材料の直径を、これと接合する他の材料の直径よりも大
きくし、かつ大径側の先端に円錐形の凹みを設け、小径
側の先端には上記凹みと同一形状の凸部を設けておき、
両材料を摩擦圧接させて異材を摩擦圧接する方法及び
上記の方法において大径側の先端の円錐形の凹みの斜
面に溝を設けて異材を摩擦圧接する方法。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は異材の摩擦圧接法に関
し、各種の異材継手部品、特に科学衛星などに搭載され
る燃料タンクの配管などに適用される異材継手部品の製
造に適する同方法に関する。
し、各種の異材継手部品、特に科学衛星などに搭載され
る燃料タンクの配管などに適用される異材継手部品の製
造に適する同方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、棒状又は管状の異材継手の摩擦圧
接は図6に示す如く、材料特性の異なる同径の異材
(A,B)を、圧接装置のチャックで掴み、一方を回転
させて接合すべき部分を摩擦エネルギで加熱し、軸方向
の加圧力(P)によりアプセット加圧して行っていた。
したがって、接合後の軸方向断面は図7に示す如く、同
径のA材とB材が接合され、それぞれの材料強度に応じ
てバリの量と形状が異った状況を呈する。従来の、この
ような継手において最も問題となるのが、両部材(A,
B)の材料特性の差異によって生じる残留応力の発生
と、これに伴う継手強度の低下である。
接は図6に示す如く、材料特性の異なる同径の異材
(A,B)を、圧接装置のチャックで掴み、一方を回転
させて接合すべき部分を摩擦エネルギで加熱し、軸方向
の加圧力(P)によりアプセット加圧して行っていた。
したがって、接合後の軸方向断面は図7に示す如く、同
径のA材とB材が接合され、それぞれの材料強度に応じ
てバリの量と形状が異った状況を呈する。従来の、この
ような継手において最も問題となるのが、両部材(A,
B)の材料特性の差異によって生じる残留応力の発生
と、これに伴う継手強度の低下である。
【0003】すなわち、異材は特に、熱膨張係数や高温
強度が大幅に異なる場合が多く、このような場合、従来
の方法で単純に摩擦圧接を行うと、両者の接合界面には
図8に示すような残留応力(剪断応力)(τ)が発生す
る。図8は、座標軸の原点を接合界面の軸心におき、部
材の半径方向に対する剪断応力(τ)の分布を示したも
ので、剪断応力(τ)は部材の表面で2次函数的に増大
し、これが圧接後の割れ発生や、割れ発生がない場合で
も継手強度の低下などの原因になる。
強度が大幅に異なる場合が多く、このような場合、従来
の方法で単純に摩擦圧接を行うと、両者の接合界面には
図8に示すような残留応力(剪断応力)(τ)が発生す
る。図8は、座標軸の原点を接合界面の軸心におき、部
材の半径方向に対する剪断応力(τ)の分布を示したも
ので、剪断応力(τ)は部材の表面で2次函数的に増大
し、これが圧接後の割れ発生や、割れ発生がない場合で
も継手強度の低下などの原因になる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前項で明らかにしたよ
うに、材料特性の異なる異材を同径のままで、接合面が
平坦の状態で摩擦圧接を行うと、接合界面を破壊しよう
とする高い応力が発生し、割れ発生や継手強度の低下を
まねくことになり、信頼性の高い継手材が得られないと
いう欠点があった。
うに、材料特性の異なる異材を同径のままで、接合面が
平坦の状態で摩擦圧接を行うと、接合界面を破壊しよう
とする高い応力が発生し、割れ発生や継手強度の低下を
まねくことになり、信頼性の高い継手材が得られないと
いう欠点があった。
【0005】本発明は上記技術水準に鑑み、従来法の欠
点を解消して、信頼性の高い継手材を得ることができる
異材の摩擦圧接法を提供しようとするものである。
点を解消して、信頼性の高い継手材を得ることができる
異材の摩擦圧接法を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は (1)熱膨張係数や高温強度などの材料特性の異なる異
材を摩擦圧接させるに際し、熱膨張係数の大きな材料の
直径を、これと接合する他の材料の直径よりも大きく
し、かつ大径側の先端に円錐形の凹みを設け、小径側の
先端には上記凹みと同一形状の凸部を設けておき、両材
料を摩擦圧接させることを特徴とする異材の摩擦圧接
法、
材を摩擦圧接させるに際し、熱膨張係数の大きな材料の
直径を、これと接合する他の材料の直径よりも大きく
し、かつ大径側の先端に円錐形の凹みを設け、小径側の
先端には上記凹みと同一形状の凸部を設けておき、両材
料を摩擦圧接させることを特徴とする異材の摩擦圧接
法、
【0007】(2)大径側の先端の円錐形の凹みの斜面
に溝を設けてなることを特徴とする上記(1)記載の異
材の摩擦圧接法である。
に溝を設けてなることを特徴とする上記(1)記載の異
材の摩擦圧接法である。
【0008】すなわち、本発明の第一は本来、同径の継
手部材であるが、接合界面に発生する高い剪断応力を解
消し、接合界面へ圧縮の残留応力を与えるために、熱膨
張係数の大きい部材の直径を、これと接合する別の部材
の直径よりも大きくし、(好ましくは約1.5倍以上に
し、)かつ、接合部は平坦ではなく、大径側の先端には
円錐台状の凹みを加工し、別の小径側の先端は上記凹み
と同一形状の凸部を設け、両者が摩擦面を形成するよう
にしたことである。この形状は同径でも可能であるが、
凹み部を有する部材の外周の熱容量が小さいため、先に
過熱されて軟化し、接合不十分となるので、凹み部を有
する熱膨張係数の大きい部材の直径の方を大きくしたも
のである。
手部材であるが、接合界面に発生する高い剪断応力を解
消し、接合界面へ圧縮の残留応力を与えるために、熱膨
張係数の大きい部材の直径を、これと接合する別の部材
の直径よりも大きくし、(好ましくは約1.5倍以上に
し、)かつ、接合部は平坦ではなく、大径側の先端には
円錐台状の凹みを加工し、別の小径側の先端は上記凹み
と同一形状の凸部を設け、両者が摩擦面を形成するよう
にしたことである。この形状は同径でも可能であるが、
凹み部を有する部材の外周の熱容量が小さいため、先に
過熱されて軟化し、接合不十分となるので、凹み部を有
する熱膨張係数の大きい部材の直径の方を大きくしたも
のである。
【0009】又、本発明の第二は円錐台状の凹みの斜面
(傾斜部分)に楔形又は半円形の溝を設け、摩擦圧接に
よって別の部材を、上記溝に喰い込ませて、圧接を完了
し、いわゆるアンカー効果によって接合強度を増大させ
ることを可能にしたものである。接合界面はいずれも圧
縮応力が残存する。
(傾斜部分)に楔形又は半円形の溝を設け、摩擦圧接に
よって別の部材を、上記溝に喰い込ませて、圧接を完了
し、いわゆるアンカー効果によって接合強度を増大させ
ることを可能にしたものである。接合界面はいずれも圧
縮応力が残存する。
【0010】
【作用】円錐台状の凹部と凸部をそれぞれ、接合すべき
部材の先端に加工し、該部を摩擦発熱させて、軸方向か
らアプセット加圧して、円錐台状の接合界面を構成させ
ることによって、又、両部材のうち、熱膨張係数の大き
い部材に円錐台状の凹部を設けることによって、摩擦圧
接後の冷却過程で接合面の斜面には圧縮応力が負荷さ
れ、接合強度が増加する。さらに、従来の平坦な継手面
より、広い接合面を有するので、面積の増加分に比例し
て接合強度を増加させることができる。
部材の先端に加工し、該部を摩擦発熱させて、軸方向か
らアプセット加圧して、円錐台状の接合界面を構成させ
ることによって、又、両部材のうち、熱膨張係数の大き
い部材に円錐台状の凹部を設けることによって、摩擦圧
接後の冷却過程で接合面の斜面には圧縮応力が負荷さ
れ、接合強度が増加する。さらに、従来の平坦な継手面
より、広い接合面を有するので、面積の増加分に比例し
て接合強度を増加させることができる。
【0011】一方、円錐台状の凹部の斜面に、楔形や半
円状の溝を加工することによって、更に接合面積の増大
といわゆるアンカー効果が期待できる。このように、本
発明によればかなり困難とされている異材継手の摩擦圧
接が可能になり、かつ信頼性の高い継手を有する部品の
製造ができる。
円状の溝を加工することによって、更に接合面積の増大
といわゆるアンカー効果が期待できる。このように、本
発明によればかなり困難とされている異材継手の摩擦圧
接が可能になり、かつ信頼性の高い継手を有する部品の
製造ができる。
【0012】すなわち、本発明は異なる材料特性を積極
的に利用し、発生する残留応力を、継手強度の増大のた
めに活用する継手構造としたことであり、従来法で発生
していた接合界面の剪断応力は本発明では、そのほとん
どが接合界面の圧縮応力となり継手強度に対して有効に
作用するようにしたものである。
的に利用し、発生する残留応力を、継手強度の増大のた
めに活用する継手構造としたことであり、従来法で発生
していた接合界面の剪断応力は本発明では、そのほとん
どが接合界面の圧縮応力となり継手強度に対して有効に
作用するようにしたものである。
【0013】
【実施例】本発明の一実施例を図1によって説明し、本
発明の特徴と効果を明らかにする。図1において、部材
A及びBはそれぞれ異なった材料で、例としてSUS材
とTi合金について説明する。SUS304材とTi−
6Al─4V材ではSUS304材の方がTi−6Al
─4V材に比べ、熱膨張係数が大きいので、A材はSU
S304、B材はTi−6Al─4V合金となる。この
場合、A材の直径(DA )とB材の直径(DB )の関係
はDA ≧1.5DB とすることが望ましい。このような
関係にするのはDA を余り大きくすると材料が無駄とな
り、DA を小さくすると、A材の外側が先に過熱されて
軟化し、アプセット加圧が有効に作用しなくなり接合不
十分となりやすいからである。したがって、材料の無駄
を少なくし高い接合強度を得るためにはDA =1.5D
B が最も適当である。一方、凹みの深さ(dA )も余り
深くすると加工が困難となる。したがって、実際的には
dA =1/2DB 程度が最も適当と言える。
発明の特徴と効果を明らかにする。図1において、部材
A及びBはそれぞれ異なった材料で、例としてSUS材
とTi合金について説明する。SUS304材とTi−
6Al─4V材ではSUS304材の方がTi−6Al
─4V材に比べ、熱膨張係数が大きいので、A材はSU
S304、B材はTi−6Al─4V合金となる。この
場合、A材の直径(DA )とB材の直径(DB )の関係
はDA ≧1.5DB とすることが望ましい。このような
関係にするのはDA を余り大きくすると材料が無駄とな
り、DA を小さくすると、A材の外側が先に過熱されて
軟化し、アプセット加圧が有効に作用しなくなり接合不
十分となりやすいからである。したがって、材料の無駄
を少なくし高い接合強度を得るためにはDA =1.5D
B が最も適当である。一方、凹みの深さ(dA )も余り
深くすると加工が困難となる。したがって、実際的には
dA =1/2DB 程度が最も適当と言える。
【0014】図2は本発明の他の実施例を示すもので、
A材に加工された円錐台状の凹みの傾斜面に、更に、楔
状又は半円状の溝1を設け、摩擦による発熱と軸方向の
アプセット力によって図3に示す接合面を形成し、接合
面に負荷される圧縮応力に楔効果をプラスしたものであ
る。なお、図3中、2はB材のバリを示す。
A材に加工された円錐台状の凹みの傾斜面に、更に、楔
状又は半円状の溝1を設け、摩擦による発熱と軸方向の
アプセット力によって図3に示す接合面を形成し、接合
面に負荷される圧縮応力に楔効果をプラスしたものであ
る。なお、図3中、2はB材のバリを示す。
【0015】図4は本発明の実施例によって確認された
摩擦圧接部の半径方向の応力分布を示したもので、接合
界面には全て圧縮応力が残り、特に外側へいくにつれて
その応力は著しく高くなっており、信頼性の高い継手が
得られた。
摩擦圧接部の半径方向の応力分布を示したもので、接合
界面には全て圧縮応力が残り、特に外側へいくにつれて
その応力は著しく高くなっており、信頼性の高い継手が
得られた。
【0016】図5は摩擦圧接直後の圧接断面の金属組織
を示す顕微鏡写真(倍率5倍)であり、本発明の摩擦圧
接法により異材が完全に接合していることが判る。本発
明の実施例によれば継手(接合部)の強度は母材強度以
上であった。
を示す顕微鏡写真(倍率5倍)であり、本発明の摩擦圧
接法により異材が完全に接合していることが判る。本発
明の実施例によれば継手(接合部)の強度は母材強度以
上であった。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、従来、接合が極めて困
難とされていた異材の摩擦圧接を可能にしたばかりでな
く、高い継手強度を得ることができる。
難とされていた異材の摩擦圧接を可能にしたばかりでな
く、高い継手強度を得ることができる。
【図1】本発明の一実施例の説明図。
【図2】本発明の他の実施例の説明図。
【図3】図2に示した実施例による接合部の説明図。
【図4】本発明の異材継手に残留する応力分布を示す図
表。
表。
【図5】本発明の方法によって接合した接合部の一例の
金属組織を示す顕微鏡写真。
金属組織を示す顕微鏡写真。
【図6】従来の摩擦接合法の一態様の説明図。
【図7】従来の摩擦接合法によって得られた継手の長手
方向の説明図。
方向の説明図。
【図8】従来の摩擦接合法によって得られた異材継手に
残留する応力分布を示す図表。
残留する応力分布を示す図表。
Claims (2)
- 【請求項1】 熱膨張係数や高温強度などの材料特性の
異なる異材を摩擦圧接させるに際し、熱膨張係数の大き
な材料の直径を、これと接合する他の材料の直径よりも
大きくし、かつ大径側の先端に円錐形の凹みを設け、小
径側の先端には上記凹みと同一形状の凸部を設けてお
き、両材料を摩擦圧接させることを特徴とする異材の摩
擦圧接法。 - 【請求項2】 大径側の先端の円錐形の凹みの斜面に溝
を設けてなることを特徴とする請求項1記載の異材の摩
擦圧接法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20705092A JPH0647570A (ja) | 1992-07-13 | 1992-07-13 | 異材の摩擦圧接法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20705092A JPH0647570A (ja) | 1992-07-13 | 1992-07-13 | 異材の摩擦圧接法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0647570A true JPH0647570A (ja) | 1994-02-22 |
Family
ID=16533382
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20705092A Withdrawn JPH0647570A (ja) | 1992-07-13 | 1992-07-13 | 異材の摩擦圧接法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0647570A (ja) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2007307423A (ja) * | 2002-08-08 | 2007-11-29 | Terumo Corp | ガイドワイヤ |
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US8631994B2 (en) | 2010-10-27 | 2014-01-21 | GM Global Technology Operations LLC | Friction-weld interface for an assembly |
US9056189B2 (en) | 2002-08-08 | 2015-06-16 | Terumo Kabushiki Kaisha | Guide wire |
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-
1992
- 1992-07-13 JP JP20705092A patent/JPH0647570A/ja not_active Withdrawn
Cited By (29)
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EP0923145A3 (en) * | 1997-11-19 | 2001-04-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Joined structure of dissimilar metallic materials |
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EP0923145A2 (en) | 1997-11-19 | 1999-06-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Joined structure of dissimilar metallic materials |
EP1962353A3 (en) * | 1997-11-19 | 2008-11-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Joined structure of dissimilar metallic materials |
US9056189B2 (en) | 2002-08-08 | 2015-06-16 | Terumo Kabushiki Kaisha | Guide wire |
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US8109887B2 (en) | 2002-08-23 | 2012-02-07 | Terumo Kabushiki Kaisha | Guide wire |
US7892187B2 (en) | 2002-08-23 | 2011-02-22 | Terumo Kabushiki Kaisha | Guide wire |
US7922673B2 (en) | 2002-08-23 | 2011-04-12 | Terumo Kabushiki Kaisha | Guide wire |
US8124905B2 (en) | 2002-08-23 | 2012-02-28 | Terumo Kabushiki Kaisha | Guide wire |
US8348860B2 (en) | 2002-08-23 | 2013-01-08 | Terumo Kabushiki Kaisha | Guide wire |
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