JP2015223609A - Frictional agitation joint method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属部材同士を摩擦攪拌で接合する摩擦攪拌接合方法に関する。 The present invention relates to a friction stir welding method for joining metal members together by friction stirring.
金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合(FSW=Friction Stir Welding)が知られている。摩擦攪拌接合とは、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合せ部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合せ部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。 Friction stir welding (FSW = Friction Stir Welding) is known as a method for joining metal members. Friction stir welding is a method in which the metal members are fixed together by rotating the rotary tool along the abutting portion between the metal members and plastically flowing the metal at the abutting portion by frictional heat between the rotating tool and the metal member. Phase joining is performed.
例えば、特許文献1には、垂直に突き合わされた金属部材同士の内隅に回転ツールの攪拌ピンのみを挿入して突合せ部の摩擦攪拌接合を行う技術が開示されている。従来の摩擦攪拌接合方法の回転ツールは、ショルダ部を備えておらず回転ツールの攪拌ピンのみを内隅に挿入するため、突合せ部の深い位置まで摩擦攪拌を行うことができる。
For example,
しかし、従来の摩擦攪拌接合方法であると、塑性流動化した金属をショルダ部で押さえないため、塑性流動化した金属が内隅の外部に溢れ出やすくなる。これにより、内隅が金属不足になるという問題がある。 However, in the conventional friction stir welding method, the plastic fluidized metal is not pressed by the shoulder portion, so that the plastic fluidized metal tends to overflow to the outside of the inner corner. As a result, there is a problem that the inner corner becomes lack of metal.
そこで、本発明は、金属部材同士の内隅から突合せ部を摩擦攪拌接合する場合に、内隅の金属不足を解消することができる摩擦攪拌接合方法を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the friction stir welding method which can eliminate the metal shortage of an inner corner, when abutting part is friction stir welded from the inner corner of metal members.
前記課題を解決するために、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、一方の金属部材の側面に他方の金属部材の端面を突き合わせて突合せ部を形成することにより正面視T字状の被接合金属部材を形成する突合せ工程と、前記被接合金属部材の少なくとも一方の内隅に肉盛溶接を施して溶接金属で前記内隅を覆う肉盛溶接工程と、回転した攪拌ピンを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記溶接金属及び前記被接合金属部材に接触させた状態で前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is a friction stir welding method for joining two metal members using a rotary tool equipped with a stirring pin, and the end surface of the other metal member on the side surface of one metal member. A butting step for forming a T-shaped joined metal member in front view by forming a butted portion, and overlay welding is applied to at least one inner corner of the joined metal member to form the inner Overlay welding process for covering corners, and joining in which friction stir of the butt portion is performed with a rotating stirring pin inserted into the inner corner and only the stirring pin in contact with the weld metal and the metal member to be joined And a process.
かかる摩擦攪拌接合方法によれば、金属部材を突き合わせて形成された内隅に予め肉盛溶接を施した後に摩擦攪拌を行うことで内隅の金属不足を解消することができる。 According to this friction stir welding method, the metal shortage in the inner corner can be solved by performing friction stir after performing the overlay welding on the inner corner formed by abutting the metal members in advance.
また、前記肉盛溶接工程では、前記被接合金属部材の二つの内隅に肉盛溶接を施して溶接金属で各内隅を覆い、前記接合工程では、前記被接合金属部材の二つの内隅の一方に摩擦攪拌を行う第一接合工程と他方に摩擦攪拌を行う第二接合工程とを行い、前記第二接合工程では、前記第一接合工程で形成された塑性化領域に前記攪拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行うことが好ましい。 Further, in the build-up welding step, build-up welding is performed on two inner corners of the bonded metal member to cover each inner corner with a weld metal, and in the bonding step, two inner corners of the bonded metal member are covered. A first joining step in which friction stirring is performed on one side and a second joining step in which friction stirring is performed on the other. In the second joining step, the stirring pin is placed in the plasticized region formed in the first joining step. Friction stirring is preferably performed while entering.
かかる摩擦攪拌接合方法によれば、肉盛溶接工程で金属部材同士の接合強度を高めることができるため、接合工程を安定して行うことができる。また、二つの内隅に摩擦攪拌を行うことで接合部の気密性及び水密性を高めることができるとともに、接合強度を高めることができる。さらに、一方の塑性化領域に攪拌ピンを入り込ませた状態で他方の接合工程を行うことで気密性及び水密性をより高めることができる。 According to this friction stir welding method, the joining strength between the metal members can be increased in the overlay welding process, so that the joining process can be performed stably. Further, by performing frictional stirring on the two inner corners, the air tightness and water tightness of the joint can be enhanced, and the joint strength can be enhanced. Furthermore, the airtightness and watertightness can be further improved by performing the other joining step in a state where the stirring pin is inserted into one plasticized region.
また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、一方の金属部材の側面に他方の金属部材の端面を突き合わせて突合せ部を形成することにより正面視T字状の被接合金属部材を形成する突合せ工程と、前記被接合金属部材の少なくとも一方の内隅に補助部材を配置して前記補助部材で前記内隅を覆う補助部材配置工程と、回転した攪拌ピンを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記被接合金属部材に接触させた状態で前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含むことを特徴とする。 Further, the present invention is a friction stir welding method for joining two metal members using a rotary tool equipped with a stirring pin, and abutting portions are formed by abutting the end face of the other metal member on the side surface of one metal member. A joining step of forming a T-shaped joined metal member in front view by forming, and an auxiliary member that covers the inner corner with the auxiliary member by arranging an auxiliary member at at least one inner corner of the joined metal member And a joining step of inserting the rotated stirring pin into the inner corner and performing frictional stirring of the butted portion in a state where only the stirring pin is in contact with the auxiliary member and the metal member to be joined. It is characterized by that.
かかる摩擦攪拌接合方法によれば、金属部材を突き合わせて形成された内隅に予め補助部材を配置した後に摩擦攪拌を行うことで内隅の金属不足を解消することができる。 According to this friction stir welding method, the shortage of metal in the inner corner can be solved by performing friction stirring after the auxiliary member is previously placed in the inner corner formed by abutting the metal members.
また、前記補助部材配置工程では、前記被接合金属部材の二つの内隅に前記補助部材をそれぞれ配置して前記補助部材で各内隅を覆い、前記接合工程では、前記被接合金属部材の二つの内隅の一方に摩擦攪拌を行う第一接合工程と他方に摩擦攪拌を行う第二接合工程とを行い、前記第二接合工程では、前記第一接合工程で形成された塑性化領域に前記攪拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行うことが好ましい。 Further, in the auxiliary member arranging step, the auxiliary members are respectively arranged at two inner corners of the metal member to be joined and each inner corner is covered with the auxiliary member, and in the joining step, two of the metal members to be joined are covered. A first joining step for performing friction stirring on one of the inner corners and a second joining step for performing friction stirring on the other are performed, and in the second joining step, the plasticizing region formed in the first joining step It is preferable to perform frictional stirring while inserting the stirring pin.
かかる摩擦攪拌接合方法によれば、二つの内隅に摩擦攪拌を行うことで接合部の気密性及び水密性を高めることができるとともに、接合強度を高めることができる。また、一方の塑性化領域に攪拌ピンを入り込ませた状態で他方の接合工程を行うことで気密性及び水密性をより高めることができる。 According to this friction stir welding method, by performing friction stirring on the two inner corners, the air tightness and water tightness of the joint can be increased, and the joint strength can be increased. Moreover, airtightness and watertightness can be further improved by performing the other joining process in the state which put the stirring pin in one plasticization area | region.
また、前記突合せ工程後に、二つのツール挿入面を備えたタブ材を前記被接合金属部材の正面に当接するタブ材配置工程を含み、前記タブ材配置工程では、一方の前記補助部材の露出面と、前記タブ材の一方の前記ツール挿入面とを面一にするとともに、他方の前記補助部材の露出面と、前記タブ材の他方の前記ツール挿入面とを面一にすることが好ましい。 Further, after the abutting step, it includes a tab material arranging step of abutting a tab material having two tool insertion surfaces against the front surface of the metal member to be joined, and in the tab material arranging step, an exposed surface of one of the auxiliary members Preferably, the one tool insertion surface of the tab member is flush with the exposed surface of the other auxiliary member and the other tool insertion surface of the tab member is flush.
かかる摩擦攪拌接合方法によれば、接合工程の回転ツールの挿入位置をタブ材に設定することができる。また、各補助部材の露出面と、タブ材の二つのツール挿入面とをそれぞれ面一にすることで摩擦攪拌をスムーズに行うことができる。また、一のタブ材に二つの接合工程の挿入位置を設定することができるため、作業効率を高めることができる。 According to this friction stir welding method, the insertion position of the rotary tool in the joining process can be set to the tab material. Moreover, friction stirring can be performed smoothly by making the exposed surface of each auxiliary member and the two tool insertion surfaces of the tab material flush with each other. Moreover, since the insertion position of two joining processes can be set to one tab material, work efficiency can be improved.
本発明に係る摩擦攪拌接合方法によれば、金属部材同士の内隅から突合せ部を摩擦攪拌接合する場合に、内隅の金属不足を解消することができる。 According to the friction stir welding method according to the present invention, when the butt portion is friction stir welded from the inner corners of the metal members, the metal shortage in the inner corners can be solved.
[第一実施形態]
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。まずは、本実施形態で用いる接合用回転ツールについて説明する。
[First embodiment]
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the joining rotary tool used in this embodiment will be described.
図1に示すように、接合用回転ツールFは、連結部F1と、攪拌ピンF2とで構成されている。接合用回転ツールFは、特許請求の範囲の「回転ツール」に相当する。接合用回転ツール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(図示省略)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B,Bが形成されている。 As shown in FIG. 1, the joining rotary tool F is composed of a connecting portion F1 and a stirring pin F2. The joining rotary tool F corresponds to a “rotary tool” in the claims. The joining rotary tool F is made of, for example, tool steel. The connecting part F1 is a part connected to a rotating shaft (not shown) of the friction stirrer. The connecting portion F1 has a cylindrical shape, and is formed with screw holes B and B to which bolts are 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の外周面には螺旋溝F3が刻設されている。本実施形態では、接合用回転ツール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. A spiral groove F3 is formed on the outer peripheral surface of the stirring pin F2. In the present embodiment, the spiral groove F3 is formed in a counterclockwise direction from the proximal end toward the distal end in order to rotate the joining rotary tool F to the right. In other words, the spiral groove F3 is formed counterclockwise as viewed from above when the spiral groove F3 is traced from the base end to the tip.
なお、接合用回転ツール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(金属部材1,2)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 for joining counterclockwise, it is preferable to form the spiral groove F3 clockwise as it goes to the front-end | tip from a base 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 to the exterior of a to-be-joined metal member (
接合用回転ツール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。 When performing friction stir welding using the welding rotary tool F, only the rotated stirring pin F2 is inserted into the metal member to be bonded, and the metal member to be bonded and the connecting portion F1 are moved apart from each other. In other words, the friction stir welding is performed with the base end portion of the stirring pin F2 exposed.
具体的な図示は省略するが、後記する接合工程を行う場合は、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接合用回転ツール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、接合用回転ツールFの挿入位置及び挿入角度等を容易に変更することができる。 Although a specific illustration is omitted, when performing the joining process described later, for example, the joining rotary tool F is 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 insertion position and the insertion angle of the joining rotary tool F can be easily changed.
次に、本発明の第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ工程と、肉盛溶接工程と、接合工程と、を行う。 Next, the friction stir welding method according to the first embodiment of the present invention will be described. In the friction stir welding method according to the present embodiment, a butt process, an overlay welding process, and a joining process are performed.
図2に示すように、本実施形態では、金属部材1,2を突き合わせて形成された突合せ部J1を摩擦攪拌によって接合する。金属部材1,2は、金属製であって、直方体(板状)を呈する。金属部材1,2は同等の材料で形成されている。金属部材1,2の材料は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、例えば、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から適宜選択すればよい。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, the butt | matching part J1 formed by abutting the
突合せ工程は、金属部材1,2を突き合わせて突合せ部J1を形成する工程である。図2の(a)に示すように、突合せ工程では、金属部材1の側面1aの中央に、金属部材2の端面2cを突き合わせて突合せ部J1を形成する。突合せ工程によって、金属部材1,2からなる被接合金属部材が形成される。被接合金属部材は、正面視T字状を呈する。金属部材2の両側には第一内隅S1及び第二内隅S2が形成される。第一内隅S1は、金属部材1の側面1aと金属部材2の側面2aとで構成される隅部である。第二内隅S2は、金属部材1の側面1aと金属部材2の側面2bとで構成される隅部である。
The butting process is a process in which the
肉盛溶接工程は、突合せ部J1に対して肉盛溶接を行う工程である。図2の(a)に示すように、肉盛溶接工程では、第一内隅S1及び第二内隅S2の延長方向に亘ってTIG溶接又はMIG溶接等の肉盛溶接を行う。肉盛溶接を行うことで、第一内隅S1及び第二内隅S2が溶接金属U1,U2でそれぞれ覆われる。溶接金属U1,U2の肉盛量は、接合工程を行った後に、塑性化領域W1,W2(接合部)の表面に凹溝が形成されたり、当該表面から溶接金属U1,U2が突出したりしない程度に設定することが好ましい。 The build-up welding process is a process of performing build-up welding on the butt joint J1. As shown in FIG. 2A, in the build-up welding process, build-up welding such as TIG welding or MIG welding is performed over the extending direction of the first inner corner S1 and the second inner corner S2. By performing overlay welding, the first inner corner S1 and the second inner corner S2 are respectively covered with the weld metals U1 and U2. As for the build-up amount of weld metal U1, U2, after performing a joining process, a ditch | groove is not formed in the surface of plasticization area | region W1, W2 (joining part), or weld metal U1, U2 does not protrude from the said surface. It is preferable to set the degree.
接合工程は、接合用回転ツールFを用いて突合せ部J1に対して摩擦攪拌を行う工程である。図2の(b)及び図3に示すように、接合工程は、本実施形態では、第一内隅S1に摩擦攪拌を行う第一接合工程と、第二内隅S2に摩擦攪拌を行う第二接合工程とを行う。 A joining process is a process of performing frictional stirring with respect to the butt | matching part J1 using the rotating tool F for joining. As shown in FIGS. 2B and 3, in the present embodiment, the joining process includes a first joining process in which friction stirring is performed on the first inner corner S <b> 1, and a second process in which friction stirring is performed on the second inner corner S <b> 2. A two-joining process is performed.
第一接合工程は、第一内隅S1に右回転させた接合用回転ツールFを挿入し、溶接金属U1をなぞるようにして摩擦攪拌を行う。図2の(b)に示すように、第一接合工程では、攪拌ピンF2のみを金属部材1,2及び溶接金属U1に接触させた状態で摩擦攪拌を行う。つまり、攪拌ピンF2の基端側を露出させた状態で摩擦攪拌を行う。接合用回転ツールFの移動軌跡には塑性化領域W1が形成される。攪拌ピンF2の挿入角度は適宜設定すればよいが、本実施形態では鉛直面に対して接合用回転ツールFの回転中心軸を45°傾けている。
In the first joining step, the joining rotary tool F rotated to the right is inserted into the first inner corner S1, and friction stir is performed so as to trace the weld metal U1. As shown in FIG. 2B, in the first joining step, friction stirring is performed in a state where only the stirring pin F2 is in contact with the
第二接合工程では、第二内隅S2に右回転させた接合用回転ツールFを挿入し、溶接金属U2(図2の(a)参照)をなぞるようにして摩擦攪拌を行う。図3に示すように、第二接合工程では、攪拌ピンF2のみを金属部材1,2及び溶接金属U2に接触させた状態で摩擦攪拌を行う。つまり、攪拌ピンF2の基端側を露出させた状態で摩擦攪拌を行う。接合用回転ツールFの移動軌跡には塑性化領域W2が形成される。攪拌ピンF2の挿入角度は適宜設定すればよいが、本実施形態では鉛直面に対して接合用回転ツールFの回転中心軸を45°傾けている。
In the second joining step, the joining rotary tool F rotated to the right is inserted into the second inner corner S2, and friction stirring is performed so as to trace the weld metal U2 (see FIG. 2A). As shown in FIG. 3, in the second joining step, friction stirring is performed in a state where only the stirring pin F2 is in contact with the
第二接合工程では、少なくとも塑性化領域W2が塑性化領域W1に接触する程度に攪拌ピンF2を挿入することが好ましいが、本実施形態では攪拌ピンF2の先端を塑性化領域W1に入り込ませるように設定している。 In the second joining step, it is preferable to insert the stirring pin F2 so that at least the plasticizing region W2 comes into contact with the plasticizing region W1, but in this embodiment, the tip of the stirring pin F2 enters the plasticizing region W1. Is set.
以上説明した摩擦攪拌接合方法によれば、第一内隅S1及び第二内隅S2に予め肉盛溶接を施して溶接金属U1,U2の上から突合せ部J1に対して摩擦攪拌を行うことで第一内隅S1及び第二内隅S2の金属不足を解消することができる。 According to the friction stir welding method described above, overlay welding is performed in advance on the first inner corner S1 and the second inner corner S2, and friction stir is performed on the butt joint J1 from above the weld metals U1 and U2. The metal shortage at the first inner corner S1 and the second inner corner S2 can be solved.
また、本実施形態では、二つの内隅(第一内隅S1及び第二内隅S2)に肉盛溶接を行っているため、被接合金属部材の接合強度を高めることができる。これにより、接合工程を安定して行うことができる。 Moreover, in this embodiment, since build-up welding is performed to two inner corners (1st inner corner S1 and 2nd inner corner S2), the joint strength of a to-be-joined metal member can be improved. Thereby, a joining process can be performed stably.
また、本実施形態では、二つの内隅(第一内隅S1及び第二内隅S2)に摩擦攪拌を行うことで接合部の気密性及び水密性を高めることができるとともに、接合強度を高めることができる。また、第一接合工程で形成された塑性化領域W1に接合欠陥が発生するおそれがあるが、本実施形態のように塑性化領域W1に攪拌ピンF2を入り込ませて摩擦攪拌を行うことで、当該接合欠陥を補修することができる。これにより、水密性及び気密性をより高めることができる。 Further, in the present embodiment, by performing frictional stirring on the two inner corners (first inner corner S1 and second inner corner S2), the air tightness and water tightness of the joint portion can be increased, and the joint strength is increased. be able to. In addition, there is a possibility that a joining defect may occur in the plasticized region W1 formed in the first joining step, but by performing frictional stirring by inserting the stirring pin F2 into the plasticized region W1 as in the present embodiment, The junction defect can be repaired. Thereby, watertightness and airtightness can be improved more.
なお、肉盛溶接工程では、本実施形態では第一内隅S1及び第二内隅S2の両方に肉盛溶接を行っているが、少なくともいずれかに行えばよい。また、この場合は、肉盛溶接を行った内隅に対して摩擦撹拌を行えばよい。 In the build-up welding process, build-up welding is performed on both the first inner corner S1 and the second inner corner S2 in the present embodiment, but it may be performed at least in any one. Further, in this case, the friction stir may be performed on the inner corner where the overlay welding is performed.
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、第一内隅S1及び第二内隅S2に第一補助部材10及び第二補助部材11をそれぞれ配置する点で第一実施形態と相違する。第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
[Second Embodiment]
Next, the friction stir welding method according to the second embodiment of the present invention will be described. The friction stir welding method according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the first
本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ工程と、補助部材配置工程と、タブ材配置工程と、接合工程とを行う。図4に示すように、突合せ工程は、第一実施形態と同等の要領で行う。 In the friction stir welding method according to the present embodiment, a butt process, an auxiliary member arranging process, a tab material arranging process, and a joining process are performed. As shown in FIG. 4, the matching process is performed in the same manner as in the first embodiment.
補助部材配置工程は、突合せ部J1に第一補助部材10及び第二補助部材11を配置する工程である。第一補助部材10及び第二補助部材11は、金属で形成されており、三角柱になっている。第一補助部材10及び第二補助部材11は、同等の形状で形成されている。第一補助部材10及び第二補助部材11は、摩擦攪拌可能な金属であればよいが、本実施形態のように金属部材1,2と同等の材料で形成されていることが好ましい。
The auxiliary member arranging step is a step of arranging the first
第一補助部材10及び第二補助部材11は、断面直角二等辺三角形を呈する。第一補助部材10及び第二補助部材11の長さは、突合せ部J1の長さと同等になっている。図4に示すように、補助部材配置工程では、第一補助部材10の底面10aを金属部材1の側面1aに面接触させ、第一補助部材10の立上り面10bを金属部材2の側面2aに面接触させる。これにより、第一内隅S1が第一補助部材10で覆われる。
The 1st
また、補助部材配置工程では、第二補助部材11の底面11aを金属部材1の側面1aに面接触させ、第二補助部材11の立上り面11bを金属部材2の側面2bに面接触させる。これにより第二内隅S2が第二補助部材11で覆われる。
Further, in the auxiliary member arranging step, the
第一補助部材10及び第二補助部材11の大きさは、接合工程を行った後に、塑性化領域W1,W2(接合部)の表面に凹溝が形成されたり、当該表面に各補助部材が残存したりしない程度に設定することが好ましい。
The size of the first
タブ材配置工程は、被接合金属部材の正面にタブ材Tを配置する工程である。図5に示すように、タブ材Tは、金属部材1,2と同等の金属で形成されており、三角柱になっている。タブ材Tの断面は、直角二等辺三角形になっている。タブ材Tは、底面T1、傾斜面T2,T3を備えている。
A tab material arrangement | positioning process is a process of arrange | positioning the tab material T in the front of a to-be-joined metal member. As shown in FIG. 5, the tab member T is formed of a metal equivalent to the
タブ材配置工程では、タブ材Tの底面T1と金属部材1の側面1bとを面一にするとともに、タブ材Tの端面を被接合金属部材の正面(金属部材1の正面1d及び金属部材2の正面2d)に面接触させる。そして、タブ材Tと被接合金属部材とを溶接により仮接合する。タブ材配置工程によって、タブ材Tの傾斜面(ツール挿入面)T2と第一補助部材10の傾斜面(露出面)10cとは面一になる。また、タブ材Tの傾斜面(ツール挿入面)T3と第二補助部材11の傾斜面(露出面)11cとは面一になる。
In the tab material arranging step, the bottom surface T1 of the tab material T and the
接合工程は、接合用回転ツールFを用いて突合せ部J1に対して摩擦攪拌を行う工程である。図6及び図7に示すように、本実視形態では、第一内隅S1に摩擦攪拌を行う第一接合工程と、第二内隅S2に摩擦攪拌を行う第二接合工程とを行う。 A joining process is a process of performing frictional stirring with respect to the butt | matching part J1 using the rotating tool F for joining. As shown in FIG.6 and FIG.7, in this real form, the 1st joining process which performs friction stirring to 1st inner corner S1, and the 2nd joining process which performs friction stirring to 2nd inner corner S2 are performed.
第一接合工程は、まず、タブ材Tの傾斜面T2に設定した開始位置SPに右回転させた接合用回転ツールFを挿入する。本実視形態では、傾斜面T2に対して接合用回転ツールFの回転中心軸が垂直となるように挿入する。そして、被接合金属部材方向に向けて接合用回転ツールFを相対移動させる。 In the first joining step, first, the joining rotation tool F rotated to the right is inserted into the start position SP set on the inclined surface T2 of the tab member T. In this real view form, it inserts so that the rotation center axis | shaft of the rotation tool F for joining may become perpendicular | vertical with respect to the inclined surface T2. And the rotation tool F for joining is relatively moved toward the to-be-joined metal member direction.
接合用回転ツールFが第一補助部材10に達したら、そのまま傾斜面10cをなぞるようにして突合せ部J1に対して摩擦攪拌を行う。つまり、被接合金属部材の正面(金属部材1の正面1d及び金属部材2の正面2d)側から奥行方向に接合用回転ツールFを相対移動させる。図7に示すように、第一接合工程では、攪拌ピンF2のみを金属部材1,2、第一補助部材10に接触させた状態で摩擦攪拌を行う。つまり、攪拌ピンF2の基端側を露出させた状態で摩擦攪拌を行う。接合用回転ツールFの移動軌跡には塑性化領域W1が形成される。攪拌ピンF2の挿入角度は適宜設定すればよいが、本実施形態では鉛直面に対して接合用回転ツールFの回転中心軸を45°傾けている。つまり、傾斜面10cに対して接合用回転ツールFの回転中心軸を垂直に設定した状態で摩擦攪拌を行う。
When the rotating tool F for joining reaches the first
第二接合工程は、まず、タブ材Tの傾斜面T3に設定した開始位置に右回転させた接合用回転ツールFを挿入する。本実視形態では、傾斜面T3に対して接合用回転ツールFの回転中心軸が垂直となるように挿入する。そして、被接合金属部材方向に向けて接合用回転ツールFを相対移動させる。 In the second joining step, first, the joining rotary tool F rotated to the right is inserted into the start position set on the inclined surface T3 of the tab material T. In this real view form, it inserts so that the rotation center axis | shaft of the rotation tool F for joining may become perpendicular | vertical with respect to the inclined surface T3. And the rotation tool F for joining is relatively moved toward the to-be-joined metal member direction.
接合用回転ツールFが第二補助部材11に達したら、そのまま傾斜面11cをなぞるようにして突合せ部J1に対して摩擦攪拌を行う。図8に示すように、第二接合工程では、攪拌ピンF2のみを金属部材1,2及び第二補助部材11に接触させた状態で摩擦攪拌を行う。つまり、攪拌ピンF2の基端側を露出させた状態で摩擦攪拌を行う。接合用回転ツールFの移動軌跡には塑性化領域W2が形成される。攪拌ピンF2の挿入角度は適宜設定すればよいが、本実施形態では鉛直面に対して接合用回転ツールFの回転中心軸を45°傾けている。つまり、傾斜面11cに対して接合用回転ツールFの回転中心軸を垂直に設定した状態で摩擦攪拌を行う。
When the rotating tool F for joining reaches the second
第二接合工程では、少なくとも塑性化領域W2が塑性化領域W1に接触する程度に攪拌ピンF2を挿入することが好ましいが、本実施形態では攪拌ピンF2の先端を塑性化領域W1に入り込ませるように設定している。接合工程が終了したら、被接合金属部材からタブ材Tを切除する。 In the second joining step, it is preferable to insert the stirring pin F2 so that at least the plasticizing region W2 comes into contact with the plasticizing region W1, but in this embodiment, the tip of the stirring pin F2 enters the plasticizing region W1. Is set. When the joining process is completed, the tab material T is cut out from the metal member to be joined.
以上説明した摩擦攪拌接合方法によれば、第一内隅S1及び第二内隅S2に予め第一補助部材10及び第二補助部材11をそれぞれ配置して、第一補助部材10及び第二補助部材11の上から突合せ部J1に対して摩擦攪拌を行うことで第一内隅S1及び第二内隅S2の金属不足を解消することができる。
According to the friction stir welding method described above, the first
また、本実施形態では、二つの内隅(第一内隅S1及び第二内隅S2)に摩擦攪拌を行うことで接合部の気密性及び水密性を高めることができるとともに、接合強度を高めることができる。また、第一接合工程で形成された塑性化領域W1に接合欠陥が発生するおそれがあるが、本実施形態のように塑性化領域W1に攪拌ピンF2を入り込ませて摩擦攪拌を行うことで、当該接合欠陥を補修することができる。これにより、水密性及び気密性をより高めることができる。 Further, in the present embodiment, by performing frictional stirring on the two inner corners (first inner corner S1 and second inner corner S2), the air tightness and water tightness of the joint portion can be increased, and the joint strength is increased. be able to. In addition, there is a possibility that a joining defect may occur in the plasticized region W1 formed in the first joining step, but by performing frictional stirring by inserting the stirring pin F2 into the plasticized region W1 as in the present embodiment, The junction defect can be repaired. Thereby, watertightness and airtightness can be improved more.
また、タブ材Tを配置することで、接合工程の接合用回転ツールFの開始位置(挿入位置)をタブ材Tに設定することができる。また、一のタブ材Tに第一接合工程及び第二接合工程の開始位置(挿入位置)を設定することができるため、作業効率を高めることができる。また、タブ材Tの傾斜面(ツール挿入面)T2と第一補助部材10の傾斜面(露出面)10cとが面一に設定されるとともに、タブ材Tの傾斜面(ツール挿入面)T3と第二補助部材11の傾斜面(露出面)11cとが面一に設定されることで、接合工程をスムーズに行うことができる。
In addition, by arranging the tab material T, the start position (insertion position) of the joining rotary tool F in the joining process can be set to the tab material T. Moreover, since the start position (insertion position) of a 1st joining process and a 2nd joining process can be set to one tab material T, work efficiency can be improved. Further, the inclined surface (tool insertion surface) T2 of the tab material T and the inclined surface (exposed surface) 10c of the first
なお、本実施形態では、第一補助部材10及び第二補助部材11が三角柱であるため、攪拌ピンF2が挿入される面、つまり、内隅において露出する露出面は傾斜面10c,11cとなっているが、これに限定されるものではない。第一補助部材及び第二補助部材のうち攪拌ピンF2が挿入される面(露出面)は曲面であってもよい。この場合、当該曲面と面一になるようにタブ材Tのツール挿入面の形状も変更することが好ましい。これにより、接合工程をスムーズに行うことができる。
In the present embodiment, since the first
また、第一実施形態においてもタブ材Tを用いて接合工程を行ってもよい。この場合も、タブ材Tの各ツール挿入面と溶接金属U1,U2の露出面とがほぼ面一となるように設定することが好ましい。 Moreover, you may perform a joining process using the tab material T also in 1st embodiment. Also in this case, it is preferable to set the tool insertion surfaces of the tab material T and the exposed surfaces of the weld metals U1 and U2 to be substantially flush with each other.
1 金属部材
1a 側面
2 金属部材
2a 側面
2b 側面
2c 端面
10 第一補助部材(補助部材)
11 第二補助部材(補助部材)
F 接合用回転ツール(回転ツール)
F2 攪拌ピン
J1 突合せ部
S1 第一内隅(内隅)
S2 第二内隅(内隅)
T タブ材
U1 溶接金属
U2 溶接金属
W1 塑性化領域
W2 塑性化領域
DESCRIPTION OF
11 Second auxiliary member (auxiliary member)
F Joining rotation tool (Rotation tool)
F2 stirring pin J1 butt section S1 first inner corner (inner corner)
S2 Second inner corner (inner corner)
T Tab material U1 Weld metal U2 Weld metal W1 Plasticization region W2 Plasticization region
Claims (5)
一方の金属部材の側面に他方の金属部材の端面を突き合わせて突合せ部を形成することにより正面視T字状の被接合金属部材を形成する突合せ工程と、
前記被接合金属部材の少なくとも一方の内隅に肉盛溶接を施して溶接金属で前記内隅を覆う肉盛溶接工程と、
回転した攪拌ピンを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記溶接金属及び前記被接合金属部材に接触させた状態で前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含むことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 A friction stir welding method for joining two metal members using a rotary tool equipped with a stirring pin,
A butting step of forming a T-shaped joined metal member in front view by abutting the end face of the other metal member to the side surface of one metal member to form a butting portion;
Overlay welding step of performing overlay welding on at least one inner corner of the bonded metal member and covering the inner corner with a weld metal;
A joining step of inserting a rotated stirring pin into the inner corner and performing frictional stirring of the butt portion in a state where only the stirring pin is in contact with the weld metal and the metal member to be joined. Friction stir welding method.
前記接合工程では、前記被接合金属部材の二つの内隅の一方に摩擦攪拌を行う第一接合工程と他方に摩擦攪拌を行う第二接合工程とを行い、
前記第二接合工程では、前記第一接合工程で形成された塑性化領域に前記攪拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項1に記載の摩擦攪拌接合方法。 In the overlay welding process, overlay welding is performed on the two inner corners of the metal member to be joined, and each inner corner is covered with a weld metal,
In the joining step, a first joining step in which friction stirring is performed on one of the two inner corners of the metal member to be joined and a second joining step in which friction stirring is performed on the other are performed.
2. The friction stir welding method according to claim 1, wherein in the second joining step, friction stir is performed while the stirring pin is inserted into the plasticized region formed in the first joining step.
一方の金属部材の側面に他方の金属部材の端面を突き合わせて突合せ部を形成することにより正面視T字状の被接合金属部材を形成する突合せ工程と、
前記被接合金属部材の少なくとも一方の内隅に補助部材を配置して前記補助部材で前記内隅を覆う補助部材配置工程と、
回転した攪拌ピンを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記被接合金属部材に接触させた状態で前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含むことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 A friction stir welding method for joining two metal members using a rotary tool equipped with a stirring pin,
A butting step of forming a T-shaped joined metal member in front view by abutting the end face of the other metal member to the side surface of one metal member to form a butting portion;
An auxiliary member disposing step of disposing an auxiliary member on at least one inner corner of the metal member to be joined and covering the inner corner with the auxiliary member;
A joining step of inserting a rotated stirring pin into the inner corner and performing frictional stirring of the abutting portion in a state where only the stirring pin is in contact with the auxiliary member and the metal member to be joined. Friction stir welding method.
前記接合工程では、前記被接合金属部材の二つの内隅の一方に摩擦攪拌を行う第一接合工程と他方に摩擦攪拌を行う第二接合工程とを行い、
前記第二接合工程では、前記第一接合工程で形成された塑性化領域に前記攪拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項3に記載の摩擦攪拌接合方法。 In the auxiliary member arranging step, the auxiliary members are respectively arranged at two inner corners of the metal member to be joined and each inner corner is covered with the auxiliary member,
In the joining step, a first joining step in which friction stirring is performed on one of the two inner corners of the metal member to be joined and a second joining step in which friction stirring is performed on the other are performed.
4. The friction stir welding method according to claim 3, wherein in the second joining step, friction stir is performed while the stirring pin is inserted into the plasticized region formed in the first joining step. 5.
前記タブ材配置工程では、
一方の前記補助部材の露出面と、前記タブ材の一方の前記ツール挿入面とを面一にするとともに、
他方の前記補助部材の露出面と、前記タブ材の他方の前記ツール挿入面とを面一にすることを特徴とする請求項4に記載の摩擦攪拌接合方法。 After the abutting step, including a tab material arrangement step of contacting a tab material having two tool insertion surfaces with the front surface of the metal member to be joined,
In the tab material arranging step,
While making the exposed surface of one of the auxiliary members flush with one of the tool insertion surfaces of the tab material,
The friction stir welding method according to claim 4, wherein the exposed surface of the other auxiliary member and the other tool insertion surface of the tab member are flush with each other.
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