JP2024136334A

JP2024136334A - Friction stir welding method

Info

Publication number: JP2024136334A
Application number: JP2023047422A
Authority: JP
Inventors: 英俊藤井; 好昭森貞; 正和森; 良明矢野
Original assignee: JFE Engineering Corp; Osaka University NUC; Ryukoku University
Current assignee: JFE Engineering Corp; Osaka University NUC; Ryukoku University
Priority date: 2023-03-24
Filing date: 2023-03-24
Publication date: 2024-10-04

Abstract

【課題】ツールの引き抜きによって生じた被接合材の穴を塞ぐことができる摩擦攪拌接合方法を提供することを目的とする。【解決手段】回転する第１ツールを２以上の被接合材１，２に押し込み、第１ツールを接合線に沿って移動させ、第１ツールを被接合材１，２から引き抜く。第１ツールを第２ツール１２に交換する。回転する第２ツール１２を第１ツールの引き抜きによって生じた穴４に押し込む。第２ツール１２のプローブ１２ｂを穴４に残置する。【選択図】図２[Problem] To provide a friction stir welding method capable of sealing holes in workpieces caused by tool withdrawal. [Solution] A rotating first tool is pressed into two or more workpieces 1, 2, and the first tool is moved along the welding line and withdrawn from the workpieces 1, 2. The first tool is replaced with a second tool 12. The rotating second tool 12 is pressed into a hole 4 caused by the withdrawal of the first tool. A probe 12b of the second tool 12 is left in the hole 4. [Selected Figure] Figure 2

Description

本発明は、２以上の被接合材を摩擦攪拌接合する方法に関する。 The present invention relates to a method for friction stir welding two or more workpieces.

摩擦攪拌接合（Friction Stir Welding: FSW）は、１９９１年にイギリスのＴＷＩで開発された固相接合法の一種であり、従来の溶接法にはない種々の特徴を有する。例えば、最高到達温度が融点に達せず、固相状態での接合になるため、接合部における強度低下が溶接法に比べて小さいという特徴を有する。 Friction stir welding (FSW) is a type of solid-state joining method developed by TWI in the UK in 1991, and has various features not found in conventional welding methods. For example, the maximum temperature reached does not reach the melting point, and joining occurs in a solid state, so there is less loss of strength at the joint compared to welding methods.

特許文献１には、２以上の被接合材を摩擦攪拌接合する方法が開示されている。この方法では、まず回転するツールを被接合材に押し込む。回転するツールの押し込みにより、ツールと被接合材との間で摩擦熱が発生し、ツールの周囲の被接合材（材料）の温度が上昇する。材料が十分に加熱されて塑性流動を開始できる温度まで到達すると、材料は回転するツールの周りをツールの回転方向に流動する。このとき、ツールの左右の材料の一部が強制的に混合されてツールの周辺領域での接合が実現する。ツールを接合線に沿って移動させると、ツールが移動した後側に連続的に接合部が形成されていく。目的の終端位置に到達したところでツールを引き抜けば、接合が完了する。 Patent Document 1 discloses a method for friction stir welding two or more workpieces. In this method, a rotating tool is first pressed into the workpieces. The pressing of the rotating tool generates frictional heat between the tool and the workpieces, and the temperature of the workpieces (materials) around the tool rises. When the material is heated sufficiently to a temperature at which it can begin to plastically flow, it flows around the rotating tool in the direction of the tool's rotation. At this time, parts of the material on the left and right of the tool are forcibly mixed together, achieving welding in the peripheral area of the tool. When the tool is moved along the welding line, a weld is continuously formed on the rear side of the tool's movement. When the tool reaches the desired end position, the tool is pulled out to complete the welding.

しかし、ツールを引き抜くと、ツールを引き抜いた終端位置にツールの穴が残る。ツールの穴が残らないように、特許文献１に記載の摩擦攪拌接合方法では、被接合材の終端位置にタブを設置し、ツールをタブへ移動させ、ツールをタブから引き抜いて被接合材にツールの穴を残さないようにしている。 However, when the tool is pulled out, a hole remains at the end position where the tool was pulled out. In order to prevent this, the friction stir welding method described in Patent Document 1 installs a tab at the end position of the workpieces, moves the tool to the tab, and then pulls the tool out of the tab so that no hole remains in the workpieces.

特表２００２－５３９９４９号公報Special Publication No. 2002-539949

しかし、特許文献１に記載の摩擦攪拌接合方法においては、タブを取り除くのに手間がかかるという課題がある。 However, the friction stir welding method described in Patent Document 1 has the problem that it is time-consuming to remove the tabs.

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、ツールの引き抜きによって生じた被接合材の穴を塞ぐことができ、又はツールを引き抜いても被接合材に穴が生じない摩擦攪拌接合方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above problems, and aims to provide a friction stir welding method that can plug holes in the workpieces caused by the withdrawal of the tool, or that does not cause holes in the workpieces even when the tool is withdrawn.

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、回転する第１ツールを２以上の被接合材に押し込み、前記第１ツールを接合線に沿って移動させ、前記第１ツールを前記被接合材から引き抜く工程と、前記第１ツールを第２ツールに交換する工程と、回転する前記第２ツールを前記第１ツールの引き抜きによって生じた穴に押し込む工程と、前記第２ツールの少なくともプローブを前記穴に残置する工程と、を備える摩擦攪拌接合方法である。 In order to solve the above problem, one aspect of the present invention is a friction stir welding method that includes the steps of: pushing a rotating first tool into two or more workpieces, moving the first tool along a welding line, and withdrawing the first tool from the workpieces; replacing the first tool with a second tool; pushing the rotating second tool into a hole created by withdrawing the first tool; and leaving at least a probe of the second tool in the hole.

本発明の他の態様は、回転するツールを２以上の被接合材に押し込む工程と、前記ツールを破断して前記ツールのプローブを前記被接合材に残置する工程と、を備える摩擦攪拌接合方法である。 Another aspect of the present invention is a friction stir welding method that includes a step of forcing a rotating tool into two or more workpieces, and a step of breaking the tool and leaving the probe of the tool in the workpieces.

本発明の一態様によれば、第１ツールの引き抜きによって生じた穴に第２ツールのプローブを残置するので、穴をプローブによって塞ぐことができる。また、第１ツールと第２ツールを交換するので、摩擦攪拌接合する第１ツールと穴を塞ぐ第２ツールそれぞれに適したツールを使用することができる。 According to one aspect of the present invention, the probe of the second tool is left in the hole created by the withdrawal of the first tool, so that the hole can be sealed with the probe. In addition, since the first tool and the second tool are interchangeable, it is possible to use tools suitable for both the first tool for friction stir welding and the second tool for sealing the hole.

本発明の他の態様によれば、ツールを破断してツールのプローブを被接合材に残置するので、ツールを引き抜いても被接合材に穴が生じない。また、ツールを破断するので、グラインダ等で取り除くツールの部分を少なくすることができる。 According to another aspect of the present invention, the tool is broken and the probe of the tool is left in the workpiece, so that no hole is formed in the workpiece even when the tool is pulled out. In addition, because the tool is broken, the portion of the tool that needs to be removed with a grinder or the like can be reduced.

本発明の第１の実施形態の摩擦攪拌接合方法の工程図である（第１ツールを用いて２つの被接合材を接合する工程を示す）。FIG. 2 is a process diagram of the friction stir welding method according to the first embodiment of the present invention (showing a process of joining two workpieces using a first tool). 本発明の第１の実施形態の摩擦攪拌接合方法の工程図である（第２ツールを用いて穴を塞ぐ工程を示す）。FIG. 4 is a process diagram of the friction stir welding method according to the first embodiment of the present invention (showing a process of sealing the hole by using a second tool). 本発明の第２の実施形態の摩擦攪拌接合方法の工程図である。5A to 5C are process diagrams of a friction stir welding method according to a second embodiment of the present invention. 被接合材としてパイプ材を接合する例を示す斜視図である。FIG. 13 is a perspective view showing an example of joining a pipe material as a workpiece.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態の摩擦攪拌接合方法を説明する。ただし、本発明の摩擦攪拌接合方法は、種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。
（第１の実施形態） Hereinafter, a friction stir welding method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the friction stir welding method according to the present invention can be embodied in various forms and is not limited to the embodiments described in this specification. This embodiment is provided with the intention of enabling a person skilled in the art to fully understand the invention by fully disclosing the specification.
First Embodiment

図１及び図２は、本発明の第１の実施形態の摩擦攪拌接合方法の工程図を示す。図１は、第１ツール１１を用いて、２つの被接合材１，２を接合する工程（Ｓ１～Ｓ４）を示す。図２は、第２ツール１２を用いて、第１ツール１１の引き抜きによって生じた穴４を塞ぐ工程（Ｓ５～Ｓ７）を示す。図２は、図１のII-II線断面図である。 Figures 1 and 2 show process diagrams of a friction stir welding method according to a first embodiment of the present invention. Figure 1 shows the process (S1 to S4) of joining two workpieces 1 and 2 using a first tool 11. Figure 2 shows the process (S5 to S7) of sealing a hole 4 created by the withdrawal of the first tool 11 using a second tool 12. Figure 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in Figure 1.

被接合材１，２は、金属製の板材である。被接合材１，２は、パイプ材でもよい。被接合材１，２の材質は、特に限定されるものではなく、例えば鉄、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等である。 The workpieces 1 and 2 are metal plate materials. The workpieces 1 and 2 may also be pipe materials. The material of the workpieces 1 and 2 is not particularly limited, and may be, for example, iron, steel, stainless steel, aluminum, aluminum alloy, etc.

被接合材１，２の接合は、まず回転する第１ツール１１を被接合材１，２に押し込む工程（Ｓ１，Ｓ２）から開始する。第１ツール１１は、止めねじ１４等により軸線Ｌを中心に回転するホルダ１３に取り付けられる。ホルダ１３に取り付けられた第１ツール１１は、ホルダ１３と共に軸線Ｌを中心に回転する。 The joining of the workpieces 1 and 2 begins with steps (S1, S2) in which a rotating first tool 11 is pressed into the workpieces 1 and 2. The first tool 11 is attached to a holder 13 that rotates around an axis L by means of a set screw 14 or the like. The first tool 11 attached to the holder 13 rotates together with the holder 13 around the axis L.

第１ツール１１は、プローブ１１ｂ（ピンとも呼ばれる）とショルダ１１ａを備える。プローブ１１ｂは、被接合材１，２に進入して摩擦熱を生じさせ、プローブ１１ｂの周囲に塑性流動を誘起する。ショルダ１１ａは、被接合材１，２の表面に接触して摩擦熱を生じさせ、被接合材１，２の表面近傍に塑性流動を誘起する。 The first tool 11 has a probe 11b (also called a pin) and a shoulder 11a. The probe 11b penetrates the workpieces 1 and 2 to generate frictional heat and induce plastic flow around the probe 11b. The shoulder 11a comes into contact with the surfaces of the workpieces 1 and 2 to generate frictional heat and induce plastic flow near the surfaces of the workpieces 1 and 2.

第１ツール１１には、被接合材１，２よりも強度が高くかつ接合時に発生する摩擦熱に耐えうるものを用いる。例えば被接合材１，２が鉄鋼やステンレス鋼の場合、ツール１１にはＰＣＢＮ、セラミックス材料、超硬合金等を用いる。被接合材１，２がアルミニウムやアルミニウム合金の場合、第１ツール１１には工具鋼等を用いる。 The first tool 11 is made of a material that is stronger than the workpieces 1 and 2 and can withstand the frictional heat generated during joining. For example, if the workpieces 1 and 2 are steel or stainless steel, the tool 11 is made of PCBN, ceramic material, cemented carbide, etc. If the workpieces 1 and 2 are aluminum or aluminum alloy, the first tool 11 is made of tool steel, etc.

回転する第１ツール１１の押し込みにより、第１ツール１１と被接合材１，２との間で摩擦熱が発生し、第１ツール１１の周囲の被接合材１，２（材料）の温度が上昇する。材料が十分に加熱されて塑性流動を開始できる温度まで到達すると、材料は回転する第１ツール１１の周りを第１ツール１１の回転方向に流動する。このとき、第１ツール１１の左右に配置された材料の一部が強制的に混合されて、第１ツール１１の周辺領域での被接合材１，２の接合が実現する。 When the rotating first tool 11 is pressed in, frictional heat is generated between the first tool 11 and the workpieces 1, 2, causing the temperature of the workpieces 1, 2 (material) around the first tool 11 to rise. When the material is sufficiently heated to a temperature at which it can begin to plastically flow, it flows around the rotating first tool 11 in the direction of rotation of the first tool 11. At this time, parts of the material arranged on the left and right of the first tool 11 are forcibly mixed, and the workpieces 1, 2 are joined in the peripheral area of the first tool 11.

第１ツール１１を接合線に沿って移動させると、第１ツール１１が移動した後側に連続的に接合部３が形成されていく（Ｓ３）。目的の終端位置に到達したところで、第１ツール１１を被接合材１，２から引き抜く（Ｓ４）と、接合部３には第１ツール１１の引き抜きによって穴４が発生する。 When the first tool 11 is moved along the joint line, the joint 3 is continuously formed behind the movement of the first tool 11 (S3). When the first tool 11 reaches the target end position, it is pulled out from the workpieces 1 and 2 (S4), and a hole 4 is created in the joint 3 by the pulling out of the first tool 11.

次に、図２に示すように、第１ツール１１を第２ツール１２に交換する（Ｓ５）。例えば、止めねじ１４を緩めてホルダ１３から第１ツール１１を取り外し、ホルダ１３に第２ツール１２を付け替え、止めねじ１４を締めて第２ツール１２をホルダ１３に固定する。 Next, as shown in FIG. 2, the first tool 11 is replaced with the second tool 12 (S5). For example, the set screw 14 is loosened to remove the first tool 11 from the holder 13, the second tool 12 is replaced in the holder 13, and the set screw 14 is tightened to fix the second tool 12 to the holder 13.

第２ツール１２は、被接合材１，２と同材質である。すなわち、被接合材１，２が鉄ならば第２ツール１２も鉄であり、被接合材１，２が鋼ならば第２ツール１２も鋼であり、被接合材１，２がステンレス鋼ならば第２ツール１２もステンレス鋼であり、被接合材１，２がアルミニウムならば第２ツール１２もアルミウムであり、被接合材１，２がアルミニウム合金ならば第２ツール１２もアルミニウム合金である。 The second tool 12 is made of the same material as the workpieces 1 and 2. That is, if the workpieces 1 and 2 are iron, the second tool 12 is also iron; if the workpieces 1 and 2 are steel, the second tool 12 is also steel; if the workpieces 1 and 2 are stainless steel, the second tool 12 is also stainless steel; if the workpieces 1 and 2 are aluminum, the second tool 12 is also aluminum; if the workpieces 1 and 2 are aluminum alloys, the second tool 12 is also aluminum alloys.

第２ツール１２は、被接合材１，２と同一規格で同グレード以上が望ましい。例えば被接合材１，２がＳＭ４９０ならば、第２ツール１２はＳＭ４９０以上（ＳＭ４９０、ＳＭ５２０等）であるのが望ましい。ＳＭ材は、ＪＩＳＧ３１０６：２０１５に規定されている溶接構造用圧延鋼材である。また、被接合材１，２がパイプ材でＡＰＩＸ５２ならば、第２ツール１２はＡＰＩＸ５２以上（Ｘ５２、Ｘ６０、Ｘ６５等）であるのが望ましい。ＡＰＩは、アメリカ石油協会（American Petroleum Institute）が定めた規格である。ＡＰＩには、ラインパイプが規格化されている。 The second tool 12 is preferably of the same standard and the same grade as the materials 1 and 2 to be joined. For example, if the materials 1 and 2 to be joined are SM490, the second tool 12 is preferably of SM490 or higher (SM490, SM520, etc.). SM material is rolled steel for welded structures as specified in JIS G 3106:2015. Also, if the materials 1 and 2 to be joined are pipe materials and are API X52, the second tool 12 is preferably of API X52 or higher (X52, X60, X65, etc.). API is a standard established by the American Petroleum Institute. Line pipes are standardized in API.

第２ツール１２は、第１ツール１１と同様に、プローブ１２ｂとショルダ１２ａを備える。第２ツール１２のプローブ１２ｂの径は、第１ツール１１のプローブ１１ｂと同サイズか０～２０％未満大きいサイズが望ましい。なお、発明者は実験により、第２ツール１２のプローブ１２ｂの径が第１ツール１１のプローブ１１ｂと同サイズの場合、５％増しの場合、１０％増しの場合のいずれの場合でも、第２ツール１２のプローブ１２ｂを被接合材１，２の穴４に摩擦攪拌接合できたことを確認している。また、２０％増しの場合、第２ツール１２のプローブ１２ｂが穴４に入りきらずに破壊したことを確認している。 The second tool 12, like the first tool 11, has a probe 12b and a shoulder 12a. The diameter of the probe 12b of the second tool 12 is preferably the same size as the probe 11b of the first tool 11 or 0 to 20% larger. The inventors have confirmed through experiments that the probe 12b of the second tool 12 can be friction stir welded to the hole 4 of the workpieces 1 and 2 when the diameter of the probe 12b of the second tool 12 is the same size as the probe 11b of the first tool 11, when it is 5% larger, or when it is 10% larger. They also confirmed that when the diameter is 20% larger, the probe 12b of the second tool 12 does not enter the hole 4 and is destroyed.

次に、回転する第２ツール１２を被接合材１，２の穴４に押し込む（Ｓ６）。そして、第２ツール１２の加圧及び回転を所定時間、例えば５秒～１５秒間保持する。回転する第２ツール１２の押し込みにより、第２ツール１２と穴４の周囲の被接合材１，２との間（図２（Ｓ６）の太線の接合部５）で摩擦熱が発生し、塑性流動又は溶融が誘起する。第２ツール１２の回転を停止すると、第２ツール１２と被接合材１，２が図２（Ｓ６）の太線の接合部５で接合する。 Next, the rotating second tool 12 is pushed into the hole 4 of the workpieces 1 and 2 (S6). The pressure and rotation of the second tool 12 is then maintained for a predetermined time, for example, 5 to 15 seconds. As the rotating second tool 12 is pushed in, frictional heat is generated between the second tool 12 and the workpieces 1 and 2 around the hole 4 (joint 5 shown by the thick lines in FIG. 2 (S6)), inducing plastic flow or melting. When the rotation of the second tool 12 is stopped, the second tool 12 and the workpieces 1 and 2 are joined at the joint 5 shown by the thick lines in FIG. 2 (S6).

次に、第２ツール１２を被接合材１，２から引き抜くと、第２ツール１２が破断して第２ツール１２のプローブ１２ｂが穴４に残置し、穴４がプローブ１２ｂによって塞がれる（Ｓ７）。ここで、第２ツール１２は、ショルダ１２ａとプローブ１２ｂの境目で破断する。ショルダ１２ａとプローブ１２ｂの境目は、形状が不連続な部分であり、応力集中部だからである。第２ツール１２を任意の位置で破断するために、第２ツール１２の任意の位置に微小亀裂を事前に入れておいてもよい。 Next, when the second tool 12 is pulled out from the workpieces 1 and 2, the second tool 12 breaks and the probe 12b of the second tool 12 is left in the hole 4, which is blocked by the probe 12b (S7). Here, the second tool 12 breaks at the boundary between the shoulder 12a and the probe 12b. This is because the boundary between the shoulder 12a and the probe 12b is a portion with a discontinuous shape and is a stress concentration portion. In order to break the second tool 12 at any position, a microcrack may be made in advance at any position of the second tool 12.

回転する第２ツール１２を被接合材１，２の穴４に押し込む際、被接合材１，２の裏面側をパネルヒータ、レーザ加熱、誘導加熱、ガスバーナ等（図示せず）により予熱してもよい。被接合材１，２の裏面側を予熱することによって、摩擦熱が発生しにくい第２ツール１２の先端側の被接合材１，２に熱を供給することができ、この部分に塑性流動又は溶融を促すことができる。 When the rotating second tool 12 is pressed into the hole 4 of the workpieces 1, 2, the backsides of the workpieces 1, 2 may be preheated with a panel heater, laser heating, induction heating, a gas burner, or the like (not shown). By preheating the backsides of the workpieces 1, 2, heat can be supplied to the workpieces 1, 2 at the tip side of the second tool 12 where frictional heat is less likely to be generated, and plastic flow or melting can be promoted in this portion.

太線の接合部５に微小欠陥が発生する場合、穴４に被接合材１，２と同材質のパウダ６を充填し（Ｓ５）、その後、回転する第２ツール１２をパウダ６が充填された穴４に押し込んでもよい。同材質の定義は、上述のとおりである。穴４に被接合材１，２と同材質のパウダ６を充填することで、接合部５の微小欠陥が改善する。 If micro-defects occur in the thick-line joint 5, the hole 4 may be filled with powder 6 of the same material as the workpieces 1 and 2 (S5), and then the rotating second tool 12 may be pushed into the hole 4 filled with powder 6. The definition of "same material" is as described above. By filling the hole 4 with powder 6 of the same material as the workpieces 1 and 2, the micro-defects in the joint 5 are improved.

図１の工程（Ｓ１）の開始前に、被接合材１，２の裏面側を突合せ部に沿って溶接してもよい。被接合材１，２の裏面側を突合せ部に沿って溶接することで、被接合材１，２の裏面側に板厚差等に起因する筋が発生するのを防止することができる。 Before starting step (S1) in FIG. 1, the back sides of the workpieces 1 and 2 may be welded along the butt joint. By welding the back sides of the workpieces 1 and 2 along the butt joint, it is possible to prevent streaks caused by differences in plate thickness, etc. from appearing on the back sides of the workpieces 1 and 2.

第２ツール１２のプローブ１２ｂとショルダ１２ａを別体にかつ互いに嵌まり合うように構成し、第２ツール１２を被接合材１，２から引き抜く際、第２ツール１２を破断することなく、第２ツール１２のショルダ１２ａがプローブ１２ｂから分離するようにしてもよい。また、ホルダ１３のみを引き抜き、一体にした第２ツール１２のショルダ１２ａとプローブ１２ｂを被接合材１，２の穴４に残置するようにしてもよい。
以下に、本実施形態の摩擦攪拌接合方法の効果を説明する。 The probe 12b and shoulder 12a of the second tool 12 may be configured separately and fitted to each other, so that when the second tool 12 is pulled out from the workpieces 1 and 2, the shoulder 12a of the second tool 12 is separated from the probe 12b without breaking the second tool 12. Also, only the holder 13 may be pulled out, and the shoulder 12a and probe 12b of the second tool 12 integrated together may be left in the hole 4 of the workpieces 1 and 2.
The effects of the friction stir welding method of this embodiment will be described below.

第１ツール１１の引き抜きによって生じた穴４に第２ツール１２のプローブ１２ｂを残置するので、穴４をプローブ１２ｂによって塞ぐことができる。また、第１ツール１１と第２ツール１２を交換するので、摩擦攪拌接合する第１ツール１１と穴４を塞ぐ第２ツール１２それぞれに適したツールを使用することができる。例えば第１ツール１１に被接合材１，２よりも強度が高くかつ接合時に発生する摩擦熱に耐えうるツールを使用することができ、第２ツール１２に被接合材１，２と同材質のツールを使用することができる。 The probe 12b of the second tool 12 is left in the hole 4 created by the withdrawal of the first tool 11, so the hole 4 can be blocked by the probe 12b. In addition, since the first tool 11 and the second tool 12 are replaced, it is possible to use tools suitable for the first tool 11 for friction stir welding and the second tool 12 for blocking the hole 4. For example, the first tool 11 can be a tool that is stronger than the workpieces 1 and 2 and can withstand the frictional heat generated during welding, and the second tool 12 can be a tool made of the same material as the workpieces 1 and 2.

第２ツール１２を破断して第２ツール１２のプローブ１２ｂを穴４に残置するので、グラインダ等で取り除く第２ツール１２の部分を少なくすることができる。 The second tool 12 is broken and the probe 12b of the second tool 12 is left in the hole 4, so the portion of the second tool 12 that needs to be removed with a grinder or the like can be reduced.

第２ツール１２のプローブ１２ｂの径が第１ツール１１のプローブ１１ｂの径以上であるので、第２ツール１２の周囲に塑性流動又は溶融を誘起することができる。 Since the diameter of the probe 12b of the second tool 12 is greater than or equal to the diameter of the probe 11b of the first tool 11, plastic flow or melting can be induced around the second tool 12.

穴４に被接合材１，２と同材質のパウダ６を充填するので、太線の接合部５の微小欠陥を改善することができる。 The hole 4 is filled with powder 6 made of the same material as the workpieces 1 and 2, making it possible to improve minute defects in the thick wire joint 5.

被接合材１，２の裏面側を予熱するので、第２ツール１２の先端側の被接合材１，２の塑性流動又は溶融を促すことができる。
（第２の実施形態） Since the rear surfaces of the workpieces 1 and 2 are preheated, plastic flow or melting of the workpieces 1 and 2 on the tip side of the second tool 12 can be promoted.
Second Embodiment

図３は、本発明の第２の実施形態の摩擦攪拌接合方法の工程図を示す。第２の実施形態の摩擦攪拌接合方法は、摩擦攪拌点接合（Friction Stir Spot Welding）である。符号１，２は被接合材、符号１３はホルダ、符号１２はツールである。ホルダ１３、ツール１２の構成は、第１の実施形態のホルダ１３、第２ツール１２と同一であるので、同一の符号を附してその説明を省略する。 Figure 3 shows a process diagram of a friction stir welding method according to a second embodiment of the present invention. The friction stir welding method according to the second embodiment is friction stir spot welding. Reference numerals 1 and 2 denote the workpieces to be welded, reference numeral 13 denotes a holder, and reference numeral 12 denotes a tool. The configurations of the holder 13 and the tool 12 are the same as those of the holder 13 and the second tool 12 of the first embodiment, so the same reference numerals are used and their explanations are omitted.

第２の実施形態における被接合材１，２の接合は、まず回転するツール１２を被接合材１，２に押し込む工程（Ｓ１）から開始する。回転するツール１２の押し込みにより、ツール１２の周辺領域での被接合材１，２の接合が実現する。同時に、ツール１２と被接合材１，２との間（図３（Ｓ２）の太線の接合部５）で摩擦熱が発生し、塑性流動又は溶融が誘起する。ツール１２の回転を停止すると、ツール１２と被接合材１，２が太線の接合部５で接合する。 In the second embodiment, the joining of the workpieces 1 and 2 begins with a process (S1) in which the rotating tool 12 is pressed into the workpieces 1 and 2. The pressing of the rotating tool 12 achieves joining of the workpieces 1 and 2 in the peripheral area of the tool 12. At the same time, frictional heat is generated between the tool 12 and the workpieces 1 and 2 (the thick-lined joint 5 in FIG. 3 (S2)), inducing plastic flow or melting. When the rotation of the tool 12 is stopped, the tool 12 and the workpieces 1 and 2 are joined at the thick-lined joint 5.

次に、回転を停止したツール１２を被接合材１，２から引き抜くと、ツール１２が破断してプローブ１２ｂが被接合材１，２に残置する（Ｓ３）。このため、ツール１２を引き抜いても被接合材１，２に穴が生じない。また、ツール１２を破断するので、グラインダ等で取り除くツール１２の部分を少なくすることができる。 Next, when the tool 12, whose rotation has stopped, is pulled out from the workpieces 1 and 2, the tool 12 breaks and the probe 12b is left behind in the workpieces 1 and 2 (S3). Therefore, no holes are created in the workpieces 1 and 2 even when the tool 12 is pulled out. In addition, because the tool 12 breaks, the portion of the tool 12 that needs to be removed with a grinder or the like can be reduced.

なお、本発明は、上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に具現化できる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be embodied in other embodiments without departing from the spirit of the present invention.

上記実施形態では、被接合材として板材を接合する例を説明したが、図４に示すように被接合材としてパイプ材２１，２２を接合してもよい。パイプ材２１，２２を接合する場合、回転するツール１１を半径方向及び円周方向に移動させる。パイプ材２１，２２を外面側から接合してもよいし、内面側から接合してもよい。 In the above embodiment, an example of joining plate materials as the joined materials has been described, but as shown in FIG. 4, pipe materials 21, 22 may also be joined as the joined materials. When joining pipe materials 21, 22, the rotating tool 11 is moved in the radial and circumferential directions. The pipe materials 21, 22 may be joined from the outer surface side or from the inner surface side.

上記実施形態では、突き合せた被接合材を接合する例を説明したが、重ね合わせた被接合材を接合してもよい。 In the above embodiment, an example of joining two butted materials to be joined is described, but overlapping materials to be joined may also be joined.

１，２…被接合材
３，５…接合部
４…穴
６…パウダ
１１…第１ツール
１１ａ…ショルダ
１１ｂ…プローブ
１２…第２ツール
１２ａ…ショルダ
１２ｂ…プローブ Reference Signs List 1, 2...workpieces to be joined 3, 5...joint portion 4...hole 6...powder 11...first tool 11a...shoulder 11b...probe 12...second tool 12a...shoulder 12b...probe

Claims

a step of pressing a rotating first tool into two or more workpieces, moving the first tool along a joining line, and pulling the first tool out of the workpieces;
replacing the first tool with a second tool;
forcing the rotating second tool into a hole created by withdrawal of the first tool;
leaving at least the probe of the second tool in the hole.

The friction stir welding method according to claim 1, characterized in that the second tool is broken and the probe of the second tool is left in the hole.

The friction stir welding method according to claim 1 or 2, characterized in that the second tool is made of the same material as the workpiece.

The friction stir welding method according to claim 1 or 2, characterized in that the diameter of the probe of the second tool is equal to or greater than the diameter of the probe of the first tool.

The friction stir welding method according to claim 1 or 2, characterized in that the hole is filled with powder of the same material as the material to be welded, and then the rotating second tool is pushed into the hole.

The friction stir welding method according to claim 1 or 2, characterized in that the back side of the workpiece is preheated when the rotating second tool is pushed into the hole.

A step of forcing a rotating tool into two or more workpieces;
and breaking the tool to leave a probe of the tool on the workpieces.

A joint of two or more workpieces,
A joint in which the probe of the broken tool is friction stir welded or fusion welded to the joint.