JPH10230373A - 金属材の接合方法 - Google Patents
金属材の接合方法Info
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- JPH10230373A JPH10230373A JP3782297A JP3782297A JPH10230373A JP H10230373 A JPH10230373 A JP H10230373A JP 3782297 A JP3782297 A JP 3782297A JP 3782297 A JP3782297 A JP 3782297A JP H10230373 A JPH10230373 A JP H10230373A
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
- B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
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Abstract
(57)【要約】
【課題】従来の溶接変形の熱的要因及び機械的要因を共
に解決し、もって特に薄肉大型の接合構造物の製作、施
工に適した金属材の接合方法を提供する。 【解決手段】金属材１，１同士を接合するに際し、両金
属材１，１に接合線Ｌ方向に沿う引張力を加え、この引
張状態において両金属材１，１を摩擦攪拌接合法によっ
て接合一体化する。
に解決し、もって特に薄肉大型の接合構造物の製作、施
工に適した金属材の接合方法を提供する。 【解決手段】金属材１，１同士を接合するに際し、両金
属材１，１に接合線Ｌ方向に沿う引張力を加え、この引
張状態において両金属材１，１を摩擦攪拌接合法によっ
て接合一体化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、薄肉大型の接合
構造物の製作、施工に適した金属材の接合方法に関す
る。
構造物の製作、施工に適した金属材の接合方法に関す
る。
【０００２】
【従来技術とその課題】一般に、薄肉大型の接合構造物
を通常の溶接手段にて製作する場合、溶接時の高熱と凝
固収縮に伴う応力による溶接変形が大きな問題となる。
このため、従来より溶接時の材料拘束等を種々工夫して
いるが、充分な変形防止効果が得られておらず、溶接後
の変形の矯正に多大な労力と経費を費やしている現状で
ある。
を通常の溶接手段にて製作する場合、溶接時の高熱と凝
固収縮に伴う応力による溶接変形が大きな問題となる。
このため、従来より溶接時の材料拘束等を種々工夫して
いるが、充分な変形防止効果が得られておらず、溶接後
の変形の矯正に多大な労力と経費を費やしている現状で
ある。
【０００３】この発明は、上述の状況に鑑み、従来の溶
接変形の熱的要因及び機械的要因を共に解決し、もって
特に薄肉大型の接合構造物の製作、施工に適した金属材
の接合方法を提供することを目的としている。
接変形の熱的要因及び機械的要因を共に解決し、もって
特に薄肉大型の接合構造物の製作、施工に適した金属材
の接合方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の請求項１に係る金属材の接合方法は、金
属材同士を接合するに際し、両金属材に接合線方向に沿
う引張力を加え、この引張状態において両金属材を摩擦
攪拌接合法によって接合一体化することを特徴としてい
る。すなわち、摩擦攪拌接合は、接合部で発生する摩擦
熱と圧力によって金属素材を塑性流動させて接合する固
相接合であり、従来の溶接やロウ付けのような融接とは
異なって接合部の温度上昇が少なく、且つ凝固収縮に伴
う応力の発生もないから、接合による材料の歪みが小さ
い上、この歪みが接合線方向に沿う引張力によって吸収
されるから、溶接等に比較して接合に伴う変形が格段に
小さくなる。
に、この発明の請求項１に係る金属材の接合方法は、金
属材同士を接合するに際し、両金属材に接合線方向に沿
う引張力を加え、この引張状態において両金属材を摩擦
攪拌接合法によって接合一体化することを特徴としてい
る。すなわち、摩擦攪拌接合は、接合部で発生する摩擦
熱と圧力によって金属素材を塑性流動させて接合する固
相接合であり、従来の溶接やロウ付けのような融接とは
異なって接合部の温度上昇が少なく、且つ凝固収縮に伴
う応力の発生もないから、接合による材料の歪みが小さ
い上、この歪みが接合線方向に沿う引張力によって吸収
されるから、溶接等に比較して接合に伴う変形が格段に
小さくなる。
【０００５】請求項２の発明では、上記請求項１の金属
材の接合方法において、金属材がアルミニウム又はその
合金の板状材である構成を採用している。従って、この
板状材は特に顕著な溶接変形を生じ易いものであるにも
関わらず、接合に伴う変形が効果的に抑制されることに
なる。
材の接合方法において、金属材がアルミニウム又はその
合金の板状材である構成を採用している。従って、この
板状材は特に顕著な溶接変形を生じ易いものであるにも
関わらず、接合に伴う変形が効果的に抑制されることに
なる。
【０００６】
【発明の実施の形態】この発明の接合方法に採用する摩
擦攪拌接合は、例えば特表平７−５０５０９０号公報に
開示されているように、被加工物よりも硬い材質のプロ
ーブ（棒状物）を回転させながら被加工物に摺接させた
際に、この摺接部分で発生する摩擦熱と圧力によって被
加工物素材が塑性流動化するため、該プローブが被加工
物中に埋入して且つこの埋入状態のまま被加工物中を移
動可能になることを利用したものである。すなわち、金
属材相互の接合線に沿ってプローブを進行させれば、そ
の進行の前方側では摩擦熱と圧力によって金属材の素材
が塑性流動し、攪拌混練されながら該プローブの後方側
へ漸次移行するが、この後方側では摩擦熱を失って急速
に冷却固化するから、両金属材は素材金属が攪拌混練さ
れて完全に一体化した状態で接合される。
擦攪拌接合は、例えば特表平７−５０５０９０号公報に
開示されているように、被加工物よりも硬い材質のプロ
ーブ（棒状物）を回転させながら被加工物に摺接させた
際に、この摺接部分で発生する摩擦熱と圧力によって被
加工物素材が塑性流動化するため、該プローブが被加工
物中に埋入して且つこの埋入状態のまま被加工物中を移
動可能になることを利用したものである。すなわち、金
属材相互の接合線に沿ってプローブを進行させれば、そ
の進行の前方側では摩擦熱と圧力によって金属材の素材
が塑性流動し、攪拌混練されながら該プローブの後方側
へ漸次移行するが、この後方側では摩擦熱を失って急速
に冷却固化するから、両金属材は素材金属が攪拌混練さ
れて完全に一体化した状態で接合される。
【０００７】この場合、金属素材が塑性流動する温度は
融点よりもかなり低く、接合は固相接合の範疇に入るか
ら、接合過程を通して金属材への入熱量は溶接やロウ付
けに比較して極めて少ない。従って、従来の溶接やロウ
付けのような融接とは異なって接合部の温度上昇が少な
く、且つ凝固収縮に伴う応力の発生もないから、接合に
よる金属材の歪みは小さく、それだけ変形も小さくなる
が、この発明では摩擦攪拌接合による接合時の金属材を
機械的に動的拘束し、もって接合に伴う変形を更に高次
なレベルで抑制する。
融点よりもかなり低く、接合は固相接合の範疇に入るか
ら、接合過程を通して金属材への入熱量は溶接やロウ付
けに比較して極めて少ない。従って、従来の溶接やロウ
付けのような融接とは異なって接合部の温度上昇が少な
く、且つ凝固収縮に伴う応力の発生もないから、接合に
よる金属材の歪みは小さく、それだけ変形も小さくなる
が、この発明では摩擦攪拌接合による接合時の金属材を
機械的に動的拘束し、もって接合に伴う変形を更に高次
なレベルで抑制する。
【０００８】この機械的な動的拘束は、金属材に接合線
方向に沿う引張力を加えるものであり、これによって摩
擦攪拌接合に伴う金属材の歪みが吸収されるから、接合
物の変形は極めて少なくなり、従来のように多大な労力
と経費を費やす修正が不要となる。これに対し、接合す
る金属材を押さえ付けて固定する一般的な単純拘束で
は、摩擦攪拌接合を採用しても、生じた歪みを逃がすこ
とができないため、却って変形を助長することになる。
また、このような引張力を加えた状態での接合は、開先
のギャップ及び目違いの矯正、押出型材等の金属材自体
の撓み変形等の矯正にも有効である。
方向に沿う引張力を加えるものであり、これによって摩
擦攪拌接合に伴う金属材の歪みが吸収されるから、接合
物の変形は極めて少なくなり、従来のように多大な労力
と経費を費やす修正が不要となる。これに対し、接合す
る金属材を押さえ付けて固定する一般的な単純拘束で
は、摩擦攪拌接合を採用しても、生じた歪みを逃がすこ
とができないため、却って変形を助長することになる。
また、このような引張力を加えた状態での接合は、開先
のギャップ及び目違いの矯正、押出型材等の金属材自体
の撓み変形等の矯正にも有効である。
【０００９】図１はこの発明による金属材の接合方法の
一例を示す。この場合、アルミニウム又はその合金の薄
肉板材（１）（１）を長手方向の側縁で突き合わせて接
合するが、両板材（１）（１）の両端部を各々ストレッ
チャー（２）にてクランプして接合線Ｌに沿う方向に引
張力を加え、この引張状態で回転子（３）のプローブ
（４）を回転させつつ両板材（１）（１）の突き合わせ
部に埋入させ、接合線Ｌに沿って移動させることによ
り、摩擦攪拌接合を行うようにしている。しかして、こ
のプローブ（４）の通過領域では、両板材（１）（１）
は既述のように摩擦熱と圧力によって塑性流動化して攪
拌混合された金属素材が冷却固化して完全な一体物とし
て接合するが、この接合に伴って生じる歪みは両板材
（１）（１）の引っ張りによって吸収されてゆき、最終
的に得られる接合物に残る歪みは非常に少なくなる。ま
た、このような構成では接合設備と拘束設備を一体化で
きるため、設備効率が向上する。
一例を示す。この場合、アルミニウム又はその合金の薄
肉板材（１）（１）を長手方向の側縁で突き合わせて接
合するが、両板材（１）（１）の両端部を各々ストレッ
チャー（２）にてクランプして接合線Ｌに沿う方向に引
張力を加え、この引張状態で回転子（３）のプローブ
（４）を回転させつつ両板材（１）（１）の突き合わせ
部に埋入させ、接合線Ｌに沿って移動させることによ
り、摩擦攪拌接合を行うようにしている。しかして、こ
のプローブ（４）の通過領域では、両板材（１）（１）
は既述のように摩擦熱と圧力によって塑性流動化して攪
拌混合された金属素材が冷却固化して完全な一体物とし
て接合するが、この接合に伴って生じる歪みは両板材
（１）（１）の引っ張りによって吸収されてゆき、最終
的に得られる接合物に残る歪みは非常に少なくなる。ま
た、このような構成では接合設備と拘束設備を一体化で
きるため、設備効率が向上する。
【００１０】このように接合時の金属材に加える引張力
は、金属材の材質、厚さ、断面形状等によって異なる
が、例えばアルミニウム又はその合金の板状材では、５
００〜１０００ｋｇ／ｃｍ2 程度とするのがよく、小さ
過ぎては充分な変形防止効果が得られず、逆に大き過ぎ
ては材料の伸びによる寸法精度の低下を招くことにな
る。なお、接合する金属材に引張力を加えるための機構
及び装置構成、その際の金属材のクランプ手段等につい
ては、特に制約はなく、他の種々の分野で採用されてい
る様々な引張手段及びクランプ手段をいずれも採用可能
である。
は、金属材の材質、厚さ、断面形状等によって異なる
が、例えばアルミニウム又はその合金の板状材では、５
００〜１０００ｋｇ／ｃｍ2 程度とするのがよく、小さ
過ぎては充分な変形防止効果が得られず、逆に大き過ぎ
ては材料の伸びによる寸法精度の低下を招くことにな
る。なお、接合する金属材に引張力を加えるための機構
及び装置構成、その際の金属材のクランプ手段等につい
ては、特に制約はなく、他の種々の分野で採用されてい
る様々な引張手段及びクランプ手段をいずれも採用可能
である。
【００１１】また、この発明方法を適用する金属材は、
材質的な制約はないが、代表的なものとして、ＪＩＳに
規定される、アルミニウム合金展伸材、アルミニウム鋳
物、アルミニウムダイキャスト等が挙げられる。しかし
て、特にアルミニウム又はその合金の板状材はこの発明
の適用効果が大きい。また、この接合は、図１に示すよ
うな突き合わせ部に限らず、重ね部やかみ合わせ部等で
も同様に行える。
材質的な制約はないが、代表的なものとして、ＪＩＳに
規定される、アルミニウム合金展伸材、アルミニウム鋳
物、アルミニウムダイキャスト等が挙げられる。しかし
て、特にアルミニウム又はその合金の板状材はこの発明
の適用効果が大きい。また、この接合は、図１に示すよ
うな突き合わせ部に限らず、重ね部やかみ合わせ部等で
も同様に行える。
【００１２】
【実施例】次に、この発明に係る金属材の接合方法の一
実施例を比較例と対比して説明する。なお、接合に用い
た金属材サンプルは、アルミニウム合金６Ｎ０１−Ｔ５
よりなる３×２００×４００ｍｍの薄肉板である。
実施例を比較例と対比して説明する。なお、接合に用い
た金属材サンプルは、アルミニウム合金６Ｎ０１−Ｔ５
よりなる３×２００×４００ｍｍの薄肉板である。
【００１３】〔実施例〕図１の如く、２枚のアルミニウ
ム板（１）（１）を長手方向に沿う側縁で突き合わせ、
各々の両端部をストレッチャー（２）にてクランプし
て、各板（１）に接合線Ｌに沿う方向に沿って８００ｋ
ｇ／ｃｍ2 の引張力を加え、この引張状態で摩擦攪拌接
合を行った。
ム板（１）（１）を長手方向に沿う側縁で突き合わせ、
各々の両端部をストレッチャー（２）にてクランプし
て、各板（１）に接合線Ｌに沿う方向に沿って８００ｋ
ｇ／ｃｍ2 の引張力を加え、この引張状態で摩擦攪拌接
合を行った。
【００１４】〔比較例１〕２枚のアルミニウム板を長手
方向に沿う側縁で突き合わせ、拘束せずにＭＩＧ溶接に
より接合した。
方向に沿う側縁で突き合わせ、拘束せずにＭＩＧ溶接に
より接合した。
【００１５】〔比較例２〕２枚のアルミニウム板を長手
方向に沿う側縁で突き合わせ、実施例と同様にして引張
力を加え、この引張状態でＭＩＧ溶接により接合した。
方向に沿う側縁で突き合わせ、実施例と同様にして引張
力を加え、この引張状態でＭＩＧ溶接により接合した。
【００１６】〔比較例３〕図２の如く、２枚のアルミニ
ウム板（１）（１）を長手方向に沿う側縁で突き合わ
せ、各板（１）を鋼材からなる押さえ板（４）で押さえ
付けて固定し、この単純拘束状態で回転子（３）のプロ
ーブ（４）にて実施例同様の摩擦攪拌接合を行った。
ウム板（１）（１）を長手方向に沿う側縁で突き合わ
せ、各板（１）を鋼材からなる押さえ板（４）で押さえ
付けて固定し、この単純拘束状態で回転子（３）のプロ
ーブ（４）にて実施例同様の摩擦攪拌接合を行った。
【００１７】以上の実施例及び比較例にて接合したアル
ミニウム板について、最大たわみ量を測定したところ、
次の表１に示す結果が得られた。
ミニウム板について、最大たわみ量を測定したところ、
次の表１に示す結果が得られた。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１の結果から、この発明の接合方法（実
施例）による接合物は変形が非常に小さいのに対し、実
施例同様の動的拘束を行っても接合にＭＩＧ溶接を採用
した場合（比較例２）は変形防止効果は小さく、また摩
擦攪拌接合でも単純拘束下で行った場合（比較例３）
は、やはり充分な変形防止効果が得られないことがわか
る。
施例）による接合物は変形が非常に小さいのに対し、実
施例同様の動的拘束を行っても接合にＭＩＧ溶接を採用
した場合（比較例２）は変形防止効果は小さく、また摩
擦攪拌接合でも単純拘束下で行った場合（比較例３）
は、やはり充分な変形防止効果が得られないことがわか
る。
【００２０】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、金属材同士を
接合するに際し、両金属材に接合線方向に沿う引張力を
加え、この引張状態において両金属材を摩擦攪拌接合法
によって接合一体化するため、従来の溶接による接合に
比較して接合に伴う変形を格段に小さくでき、特に薄肉
大型の接合構造物の製作、施工においても接合後の変形
の修正を不要とでき、もって修正に要する多大な労力及
び費用を省くことが可能であり、また開先のギャップ及
び目違いの矯正、押出型材等の金属材自体の撓み変形等
の矯正にも有効で、高品位の接合物が得られる接合方法
が提供される。
接合するに際し、両金属材に接合線方向に沿う引張力を
加え、この引張状態において両金属材を摩擦攪拌接合法
によって接合一体化するため、従来の溶接による接合に
比較して接合に伴う変形を格段に小さくでき、特に薄肉
大型の接合構造物の製作、施工においても接合後の変形
の修正を不要とでき、もって修正に要する多大な労力及
び費用を省くことが可能であり、また開先のギャップ及
び目違いの矯正、押出型材等の金属材自体の撓み変形等
の矯正にも有効で、高品位の接合物が得られる接合方法
が提供される。
【００２１】請求項２の発明によれば、特に溶接変形を
生じ易いアルミニウム又はその合金の板状体を接合対象
として、接合に伴う変形を効果的に抑制できるという利
点がある。
生じ易いアルミニウム又はその合金の板状体を接合対象
として、接合に伴う変形を効果的に抑制できるという利
点がある。
【図１】この発明に係る金属材の接合方法の一例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図２】比較例３で採用した金属材の接合方法を示す斜
視図である。
視図である。
１…アルミニウム又はその合金の薄肉板材（金属材） ２…ストレッチャー ３…回転子 ４…プローブ ５…押さえ板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩井 一郎 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニウ ム株式会社内 (72)発明者 橋本 武典 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニウ ム株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 金属材同士を接合するに際し、両金属材
に接合線方向に沿う引張力を加え、この引張状態におい
て両金属材を摩擦攪拌接合法によって接合一体化するこ
とを特徴とする金属材の接合方法。 - 【請求項２】 金属材がアルミニウム又はその合金の板
状材である請求項１記載の金属材の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3782297A JPH10230373A (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 金属材の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3782297A JPH10230373A (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 金属材の接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10230373A true JPH10230373A (ja) | 1998-09-02 |
Family
ID=12508222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3782297A Pending JPH10230373A (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 金属材の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10230373A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001205475A (ja) * | 2000-01-26 | 2001-07-31 | Showa Alum Corp | 疲労強度に優れた接合継手の製造方法 |
| US6352193B1 (en) | 2000-08-01 | 2002-03-05 | General Electric Company | Apparatus for joining electrically conductive materials |
| JP2002205177A (ja) * | 2000-12-28 | 2002-07-23 | Showa Denko Kk | 摩擦撹拌接合法 |
| KR100370553B1 (ko) * | 2000-02-29 | 2003-01-29 | 주식회사 이오테크닉스 | 평면 부재를 가공하는 방법 및 그 장치 |
| US7137545B2 (en) | 2003-01-14 | 2006-11-21 | Honda Motor Co., Ltd. | Method of friction stir welding |
| CN107052564A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-08-18 | 辽宁忠旺铝合金精深加工有限公司 | 6005a超薄铝合金板搅拌摩擦焊接方法 |
-
1997
- 1997-02-21 JP JP3782297A patent/JPH10230373A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001205475A (ja) * | 2000-01-26 | 2001-07-31 | Showa Alum Corp | 疲労強度に優れた接合継手の製造方法 |
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| US7137545B2 (en) | 2003-01-14 | 2006-11-21 | Honda Motor Co., Ltd. | Method of friction stir welding |
| US7441686B2 (en) | 2003-01-14 | 2008-10-28 | Honda Motor Co., Ltd. | Friction stir welding apparatus |
| CN107052564A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-08-18 | 辽宁忠旺铝合金精深加工有限公司 | 6005a超薄铝合金板搅拌摩擦焊接方法 |
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