KR20120004563A - 접합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 접합부에 있어서의 기밀성이나 수밀성을 향상시키는 것이 가능한 접합 방법을 제공하는 것을 과제로 하고, 또한 접합 작업의 효율화ㆍ신속화를 도모하는 것이 가능한 접합 방법 및 마찰 교반 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)에 대해 금속 부재(1)의 표면(12)측으로부터 마찰 교반을 행하는 제1 본접합 공정과, 맞댐부(J1)에 대해 금속 부재(1)의 이면(13)측으로부터 마찰 교반을 행하는 제2 본접합 공정을 구비하는 접합 방법이며, 제2 본접합 공정에 있어서, 제1 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역(W1)에 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)을 인입시키면서 마찰 교반을 행한다.

Description

접합 방법{METHOD OF WELDING}

본 발명은, 마찰 교반을 이용한 금속 부재의 접합 방법 및 마찰 교반 방법에 관한 것이다.

금속 부재끼리를 접합하는 방법으로서, 마찰 교반 접합(FSW=Friction Stir Welding)이 알려져 있다[하기에 열거하는 문헌 1 내지 문헌 9(일본 특허청 발행의 공개 특허 공보) 참조]. 마찰 교반 접합은 회전 툴을 회전시키면서 금속 부재끼리의 맞댐부를 따라 이동시켜, 회전 툴과 금속 부재의 마찰열에 의해 맞댐부의 금속을 소성 유동시킴으로써, 금속 부재끼리를 고상 접합시키는 것이다. 또한, 회전 툴은 원기둥 형상을 나타내는 숄더부의 하단부면에 교반 핀(프로브)을 돌출 설치하여 이루어지는 것이 일반적이다.

일본 특허 출원 공개 평11-342481호 공보 일본 특허 출원 공개 제2004-358535호 공보 일본 특허 출원 공개 제2005-131666호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-164980호 공보 일본 특허 출원 공개 제2002-248582호 공보 일본 특허 출원 공개 제2002-1551호 공보 일본 특허 출원 공개 제2005-66669호 공보 일본 특허 출원 공개 제2004-154798호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-326374호 공보

접합해야 할 금속 부재의 두께가 회전 툴의 교반 핀의 길이보다도 큰 경우에는, 금속 부재의 표면측으로부터 마찰 교반 접합을 행한 후에, 이면측으로부터 마찰 교반 접합을 행하는 경우가 있다(예를 들어, 문헌 1 내지 문헌 3 참조). 또한, 교반 핀의 길이를 크게 하면, 표면측으로부터만 마찰 교반 접합을 행함으로써 금속 부재끼리를 접합하는 것도 가능하지만, 마찰 교반 장치의 구동 수단에 걸리는 부하가 증대하므로, 현재 가지고 있는 마찰 교반 장치로 대응할 수 없는 경우에는, 마찰 교반 장치를 개수(改修)하거나, 혹은 대형의 마찰 교반 장치를 도입할 필요가 있다.

금속 부재끼리의 맞댐부에 대해 마찰 교반을 행하면, 문헌 2에도 기재되어 있는 바와 같이, 회전 툴의 진행 방향을 따라 소위 터널 결함이 발생할 우려가 있다. 터널 결함이 있다고 해도, 접합부의 품질에 영향을 미치지 않는 경우도 있지만, 높은 기밀성이나 수밀성이 요구되는 경우에는, 터널 결함을 분단하여 불연속으로 할 필요가 있다. 또한, 문헌 2에 개시되어 있는 것은, 단부면에 단차부가 형성된 금속 부재끼리를 맺댐으로써 맞댐부에 오목부를 형성하고, 이 오목부에 끼워 넣은 접속판과 금속 부재의 맞댐부에 대해 마찰 교반을 행함으로써, 금속 부재끼리를 접합하는 기술이지만, 금속 부재끼리의 맞댐부에 대해 마찰 교반을 행한 후에, 맞댐부를 횡단하도록 회전 툴을 이동시킴으로써, 터널 결함을 분단하는 기술도 개시되어 있다.

문헌 4, 문헌 5에는, 접합해야 할 금속 부재끼리의 맞댐부를 마찰 교반에 의해 본접합하기 전에 상기 맞댐부를 임시 접합하는 기술, 금속 부재끼리의 맞댐부의 양측에 탭재(맞댐 부재)를 배치하고, 이 탭재에 본접합을 위한 마찰 교반의 개시 위치 또는 종료 위치를 마련하는 기술, 금속 부재끼리의 맞댐부를 본접합하기 전에, 탭재를 금속 부재에 접합하는 기술 등이 개시되어 있다.

문헌 6에는, 접합해야 할 금속 부재끼리의 맞댐부를 마찰 교반에 의해 본접합하기 전에 상기 맞댐부를 마찰 교반에 의해 임시 접합하는 기술이 개시되어 있고, 문헌 7에는 금속 부재끼리의 맞댐부의 양측에 배치한 탭재에 본접합을 위한 마찰 교반의 개시 위치 또는 종료 위치를 마련하는 기술이나, 금속 부재끼리의 맞댐부를 본접합하기 전에 탭재를 마찰 교반에 의해 금속 부재에 접합하는 기술 등이 개시되어 있다.

문헌 7이나 문헌 8 등에는, 접합해야 할 금속 부재끼리의 맞댐부의 측방에 배치된 탭재에 마찰 교반의 개시 위치 또는 종료 위치를 마련하는 기술이 개시되어 있다.

문헌 9에는, 마찰 교반의 개시 위치에 하부 구멍을 형성하고, 이 하부 구멍으로부터 마찰 교반을 개시하는 마찰 교반 방법이 개시되어 있다.

또한, 회전 툴의 회전수나 이송 속도(이동 속도) 등의 마찰 교반 조건은, 마찰 교반의 대상이 되는 금속 부재의 재질이나 두께 등에 따라서 적절하게 설정하는 것으로, 문헌 2, 문헌 3, 문헌 5, 문헌 6, 문헌 9에도 다양한 마찰 압접 조건이 개시되어 있지만, 어떠한 문헌에 있어서도, 회전 툴의 회전 속도를 개시 위치에 삽입(압입)하는 시작점으로부터 종료 위치로부터 이탈시키는 일정하게 유지하고, 일정한 이송 속도로 이동시키고 있다.

문헌 1 내지 문헌 3의 접합 방법에서는, 표면측으로부터의 마찰 교반에 의해 소성화된 영역(이하,「표면측 소성화 영역」이라 하는 경우가 있음)과 이면측으로부터의 마찰 교반에 의해 소성화한 영역(이하,「이면측 소성화 영역」이라 하는 경우가 있음)의 경계 부분에 미세한 접합 결함이 남게 되는 경우가 있다. 이와 같은 접합 결함이 연속되어 있으면, 접합부에 있어서의 기밀성이나 수밀성을 저하시킬 우려가 있으므로 바람직하지 않다. 또한, 문헌 1 내지 문헌 3에 있어서는, 표면측 소성화 영역과 이면측 소성화 영역을 금속 부재의 두께 방향의 중앙부에 있어서 접촉시키거나, 혹은 약간 중복시킴으로써, 금속 부재의 두께 방향의 전체를 접합하고 있으므로, 접합 강도가 부족한 일은 없다.

이와 같은 관점에서, 본 발명은 접합부에 있어서의 기밀성이나 수밀성을 향상시키는 것이 가능한 접합 방법을 제공하는 것을 과제로 하고, 또한 접합 작업의 효율화ㆍ신속화를 도모하는 것이 가능한 접합 방법 및 마찰 교반 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

이와 같은 과제를 해결하는 청구범위 제1항에 기재된 접합 방법은, 금속 부재끼리의 맞댐부에 대해 상기 금속 부재의 표면측으로부터 마찰 교반을 행하는 제1 본접합 공정과, 상기 맞댐부에 대해 상기 금속 부재의 이면측으로부터 마찰 교반을 행하는 제2 본접합 공정을 구비하는 접합 방법이며, 상기 제1 본접합 공정에서 사용하는 회전 툴의 교반 핀의 길이와 상기 제2 본접합 공정에서 사용하는 회전 툴의 교반 핀의 길이의 합을, 상기 맞댐부에 있어서의 상기 금속 부재의 두께 이상으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

요컨데, 본 발명에 관한 접합 방법은, 상기 제2 본접합 공정에 있어서, 상기 제1 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역에 회전 툴의 교반 핀을 인입시키면서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 하면, 제1 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역(표면측 소성화 영역)의 깊이부가, 제2 본접합 공정에 있어서 회전 툴의 교반 핀에 의해 다시 마찰 교반되게 되므로, 표면측 소성화 영역의 깊이부에 접합 결함 등이 형성되어 있었다고 해도, 당해 접합 결함 등을 시정하는 것이 가능해지고, 나아가서는 접합부에 있어서의 기밀성이나 수밀성을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 교반 핀의 선단부보다도 깊은 위치까지 소성화하므로, 상기한 종래 기술과 같이, 이면측으로부터 행하는 마찰 교반에서 사용하는 회전 툴의 교반 핀이 짧고, 표면측 소성화 영역에 도달하지 않는 경우라도, 표면측 소성화 영역과 이면측 소성화 영역을 금속 부재의 두께 방향의 중앙부에 있어서 접촉시키거나, 혹은 약간 중복시킬 수는 있지만, 표면측 소성화 영역의 깊이부에 형성된 접합 결함 등을 충분한 확실성을 갖고 시정할 수는 없다. 이에 대해, 본 발명에서는, 제2 본접합 공정에 있어서 교반 핀을 표면측 소성화 영역에 인입시켜 직접 마찰 교반을 행하므로, 표면측 소성화 영역에 형성된 접합 결함을 충분한 확실성을 갖고 시정할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 상기 제1 본접합 공정에서 사용하는 회전 툴의 교반 핀의 길이를 상기 맞댐부에 있어서의 상기 금속 부재의 두께의 1/2 이상으로 설정하는 동시에, 상기 제2 본접합 공정에서 사용하는 회전 툴의 교반 핀의 길이를 상기 맞댐부에 있어서의 상기 금속 부재의 두께의 1/2 이상으로 설정하면 좋다. 이와 같이 하면, 표면측 소성화 영역과 이면측 소성화 영역이 금속 부재의 두께 방향의 중앙부에 있어서 중복되는 동시에, 표면측 소성화 영역의 단면적과 이면측 소성화 영역의 단면적의 차가 작아지므로, 접합부의 품질이 균질해진다. 또한, 각 회전 툴의 교반 핀의 길이는 두께 미만인 것은 물론이다.

또한, 상기 제2 본접합 공정에서 사용하는 상기 회전 툴의 상기 교반 핀의 길이를, 상기 제1 본접합 공정에서 사용하는 상기 회전 툴의 상기 교반 핀의 길이와 동일하게 하면, 표면측 소성화 영역과 이면측 소성화 영역이 동등해지므로, 접합부의 품질이 한층 더 균질해지고, 게다가 제1 본접합 공정과 제2 본접합 공정에서 동일한 회전 툴을 사용하는 것이 가능해지므로, 작업 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 상기 제1 본접합 공정에서 사용하는 회전 툴의 교반 핀의 길이 L₁ 및 상기 제2 본접합 공정에서 사용하는 회전 툴의 교반 핀의 길이 L₂는, 상기 맞댐부에 있어서의 상기 금속 부재의 두께를 t라 하였을 때에, 1.01≤(L₁+L₂)/t≤1.10이라는 관계를 충족시키도록 설정하면 좋다. (L₁+L₂)/t를 1.01 이상으로 하면, 금속 부재에 치수 공차 등이 있었다고 해도, 제2 본접합 공정에 있어서 교반 핀을 확실하게 표면측 소성화 영역에 인입시키는 것이 가능해진다. (L₁+L₂)/t가 1.10보다도 커지면, 각 회전 툴이 필요 이상으로 커져 마찰 교반 장치에 걸리는 부하가 커지므로, (L₁+L₂)/t를 1.10 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 상기 제1 본접합 공정에서 사용하는 회전 툴의 교반 핀의 길이를 상기 맞댐부에 있어서의 상기 금속 부재의 두께의 3/4 이하로 설정하는 동시에, 상기 제2 본접합 공정에서 사용하는 회전 툴의 교반 핀의 길이를 상기 맞댐부에 있어서의 상기 금속 부재의 두께의 3/4 이하로 설정하면 좋다. 이와 같이 하면, 마찰 교반을 행할 때에 백킹재(backing material)가 불필요해지므로, 작업 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 종료 위치에 있어서 교반 핀을 상방으로 이탈시키는 경우에는, 교반 핀과 대략 동형의 빠짐 구멍이 불가피적으로 형성되게 되지만, 제2 본접합 공정에서 사용하는 회전 툴의 교반 핀의 이동 루트와 빠짐 구멍이 겹치면, 소성 유동화한 금속이 빠짐 구멍으로 유입하여, 접합 결함이 발생될 우려가 있다. 따라서, 제1 본접합 공정에서 형성된 빠짐 구멍을 그대로 남기게 하는 경우에는, 상기 빠짐 구멍을 피하도록 상기 제2 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트를 설정하고, 당해 루트를 따라 제2 본접합 공정에서 사용하는 회전 툴의 교반 핀을 이동시키는 것이 바람직하다.

또한, 제2 본접합 공정에서 사용하는 회전 툴의 교반 핀이 제1 본접합 공정의 빠짐 구멍을 통과하지 않는 경우라도, 그 이격 거리가 작은 경우에는, 소성 유동화한 금속이 빠짐 구멍으로 밀어내어져, 접합 결함이 발생할 우려가 있으므로, 보다 적합하게는, 상기 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 종료 위치와, 상기 제2 본접합 공정에서 사용한 상기 회전 툴의 이동 궤적과의 최단 거리를, 상기 제2 본접합 공정에서 사용하는 상기 회전 툴의 숄더부의 외경 이상으로 하는 것이 바람직하다.

제1 본접합 공정을 실행하기 전에, 금속 부재끼리의 맞댐부를 임시 접합하는 임시 접합 공정을 실행해도 좋다. 임시 접합의 수단에 특별히 제한은 없고, 용접이나 마찰 교반에 의해 행할 수 있지만, 마찰 교반에 의해 임시 접합 공정을 행하는 경우에는, 상기 제1 본접합 공정에서 사용하는 회전 툴보다도 소형의 임시 접합용 회전 툴을 사용하여, 상기 맞댐부에 대해 상기 금속 부재의 표면측으로부터 마찰 교반을 행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 제1 본접합 공정에 있어서 금속 부재의 표면측을 마찰 교반할 때에, 맞댐부에 틈 벌어짐이 발생하기 어려워지므로, 고정밀도로 접합하는 것이 가능해진다. 또한, 제1 본접합 공정을 실행할 때에 맞댐부를 수냉하면, 금속 부재 사이에 냉각수가 인입하여 접합면에 산화 피막을 발생시킬 우려가 있지만, 임시 접합 공정을 실행하여 금속 부재의 표면측의 줄눈을 폐색해 두면, 금속 부재 사이에 냉각수가 인입하기 어려워지므로, 접합부의 품질을 향상시키는 것이 가능해진다.

제2 본접합 공정을 실행하기 전에, 임시 접합 공정을 실행해도 좋다. 이 경우에는, 상기 제2 본접합 공정에서 사용하는 회전 툴보다도 소형의 임시 접합용 회전 툴을 사용하여, 상기 맞댐부에 대해 상기 금속 부재의 이면측으로부터 마찰 교반을 행하는 것이 바람직하다.

그런데, 본접합 전에 행해지는 임시 접합이나 금속 부재로의 탭재의 접합은, 본접합을 행하기 위한 예비적인 접합에 지나지 않으므로, 효율화ㆍ신속화가 요망되는 바이지만, 상기한 문헌 4 내지 문헌 7의 기술에서는, 모두 예비적인 접합 작업의 효율화ㆍ신속화를 도모할 수 없다.

예를 들어, 문헌 4, 문헌 5와 같이, 금속 부재끼리의 임시 접합이나 탭재의 금속 부재에의 접합을 용접에 의해 행하는 경우에는, 수작업이 많아지므로, 작업 효율이 나쁘고, 용접 부위가 많은 경우나 대량 생산을 행하는 경우에는 부적합하다.

또한, 문헌 6, 문헌 7과 같이, 임시 접합이나 탭재의 접합 등의 예비적인 접합을 마찰 교반에 의해 행하는 경우에는, 마찰 교반 장치를 사용한 작업이 되므로, 수작업이 되는 용접의 경우보다도, 효율화ㆍ신속화를 도모할 수 있지만, 회전 툴의 삽입 발출에 시간을 필요로 하므로, 회전 툴의 삽입 발출의 회수가 많아지면, 예비적인 접합 작업의 효율화ㆍ신속화를 저해하게 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서는, 청구범위 제11항에 기재한 접합 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 청구범위 제11항에 기재한 접합 방법은, 금속 부재끼리의 맞댐부의 일단부측에 제1 탭재를 배치하여 상기 제1 탭재의 접촉면을 상기 양 금속 부재의 측면에 접촉시키는 동시에, 상기 맞댐부의 타단부측에 제2 탭재를 배치하여 상기 제2 탭재의 접촉면을 상기 양 금속 부재의 측면에 접촉시키는 준비 공정과, 상기 제1 탭재와 상기 양 금속 부재의 맞댐부에 대해 마찰 교반을 행하는 제1 탭재 접합 공정과, 상기 금속 부재끼리의 맞댐부에 대해 마찰 교반을 행하는 임시 접합 공정과, 상기 제2 탭재와 상기 양 금속 부재의 맞댐부에 대해 마찰 교반을 행하는 제2 탭재 접합 공정과, 임시 접합된 상태의 상기 금속 부재끼리의 맞댐부에 대해 마찰 교반을 행하는 본접합 공정을 구비하는 접합 방법이며, 상기 제1 탭재 접합 공정의 종료점에서 마찰 교반을 종료시키지 않고 상기 임시 접합 공정의 시작점까지 연속해서 마찰 교반을 행하여, 그대로 상기 임시 접합 공정으로 이행하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 하면, 제1 탭재 접합 공정의 종료점에서의 회전 툴의 이탈 작업이 불필요해지고, 또한 임시 접합 공정의 시작점에서의 회전 툴의 삽입 작업이 불필요해지므로, 예비적인 접합 작업의 효율화ㆍ신속화를 도모하는 것이 가능해진다.

회전 툴을 이탈시키지 않고 임시 접합 공정의 시작점까지 마찰 교반을 행한 경우에는, 상기 임시 접합 공정의 시작점에서 마찰 교반을 종료시키지 않고 상기 임시 접합 공정의 종료점까지 연속해서 마찰 교반을 행해도 좋다. 이와 같이 하면, 임시 접합 공정 중에 있어서의 회전 툴의 이탈 작업이 전혀 불필요해지므로, 예비적인 접합 작업의 한층 더 효율화ㆍ신속화를 도모하는 것이 가능해진다.

회전 툴을 이탈시키지 않고 임시 접합 공정의 종료점까지 마찰 교반을 행한 경우에는, 상기 임시 접합 공정의 종료점에서 마찰 교반을 종료시키지 않고 상기 제2 탭재 접합 공정의 시작점까지 연속해서 마찰 교반을 행하고, 그대로 상기 제2 탭재 접합 공정으로 이행해도 좋다. 이와 같이 하면, 임시 접합 공정의 종료점에서의 회전 툴의 이탈 작업이 불필요해지고, 또한 제2 탭재 접합 공정의 시작점에서의 회전 툴의 삽입 작업이 불필요해지므로, 예비적인 접합 작업의 한층 더 효율화ㆍ신속화를 도모하는 것이 가능해진다.

회전 툴을 이탈시키지 않고 제2 탭재 접합 공정의 시작점까지 마찰 교반을 행한 경우에는, 상기 제2 탭재 접합 공정의 종료점에서 마찰 교반을 종료시키지 않고 상기 제2 탭재 접합 공정의 시작점으로부터 종료점까지 연속해서 마찰 교반을 행해도 좋다. 이와 같이 하면, 제2 탭재 접합 공정의 종료점에서의 회전 툴의 이탈 작업이 불필요해지므로, 예비적인 접합 작업의 한층 더 효율화ㆍ신속화를 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 제1 탭재 접합 공정 등에 있어서 회전 툴을 이탈시킨 경우라도, 상기 임시 접합 공정의 종료점에서 마찰 교반을 종료시키지 않고 상기 제2 탭재 접합 공정의 시작점까지 연속해서 마찰 교반하여, 그대로 상기 제2 탭재 접합 공정으로 이행하면, 임시 접합 공정의 종료점에서의 회전 툴의 이탈 작업이 불필요해지고, 또한 제2 탭재 접합 공정의 시작점에서의 회전 툴을 삽입 작업이 불필요해지므로, 예비적인 접합 작업의 한층 더 효율화ㆍ신속화를 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 회전 툴을 우회전시킨 경우에는, 회전 툴의 진행 방향의 좌측에 미세한 접합 결함이 발생할 우려가 있다. 따라서, 상기 제1 탭재 접합 공정에서 사용하는 회전 툴을 우회전시킨 경우에는, 상기 회전 툴의 진행 방향의 우측에 상기 금속 부재가 위치하도록, 상기 제1 탭재 접합 공정의 시작점과 종료점의 위치를 설정하면 좋다. 이와 같이 하면, 금속 부재측에 접합 결함이 발생하기 어려워지므로, 고품질의 접합체를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 회전 툴을 좌회전시킨 경우에는, 회전 툴의 진행 방향의 우측에 미세한 접합 결함이 발생할 우려가 있다. 따라서, 상기 제1 탭재 접합 공정에서 사용하는 회전 툴을 좌회전시킨 경우에는, 상기 회전 툴의 진행 방향의 좌측에 상기 금속 부재가 위치하도록, 상기 제1 탭재 접합 공정의 시작점과 종료점의 위치를 설정하면 좋다.

또한, 상기 제1 탭재 접합 공정의 종료점으로부터 상기 임시 접합 공정의 시작점에 이르는 마찰 교반의 루트를 상기 제1 탭재에 설정하고, 회전 툴을 제1 탭재 접합 공정의 종료점으로부터 임시 접합 공정의 시작점으로 이동시킬 때의 이동 궤적을 제1 탭재에 형성하면 좋다. 이와 같이 하면, 제1 탭재 접합 공정의 종료점으로부터 임시 접합 공정의 시작점에 이르는 공정 중에 있어서, 금속 부재에 접합 결함이 발생하기 어려워지므로, 고품질의 접합체를 얻는 것이 가능해진다.

상기 제1 탭재 접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트와, 상기 제1 탭재 접합 공정의 종료점으로부터 상기 임시 접합 공정의 시작점에 이르는 마찰 교반의 루트의 이격 거리는, 상기 회전 툴의 숄더부의 외경 이상 확보하는 것이 바람직하다. 즉, 회전 툴을 상기 제1 탭재 접합 공정의 시작점으로부터 종료점으로 이동시켰을 때에 형성된 이동 궤적과, 회전 툴을 제1 탭재 접합 공정의 종료점으로부터 임시 접합 공정의 시작점으로 이동시켰을 때에 형성된 이동 궤적과의 이격 거리를, 회전 툴의 숄더부의 외경 이상 확보하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 제1 탭재 접합 공정의 종료점으로부터 임시 접합 공정의 시작점에 이르는 공정 중에 있어서, 회전 툴의 금속 부재측에 접합 결함이 발생하였다 해도, 당해 접합 결함이 금속 부재에 미치기 어려워지므로, 고품질의 접합체를 얻는 것이 가능해진다.

상기 제2 탭재 접합 공정에서 사용하는 회전 툴을 우회전시킨 경우에는, 회전 툴의 진행 방향의 우측에 상기 금속 부재를 위치시키는 것이 바람직하지만, 금속 부재와 제2 탭재의 위치 관계에 따라서는, 진행 방향의 좌측에 금속 부재가 위치해 버리는 경우가 있다. 이 경우에는, 상기 제2 탭재 접합 공정의 시작점으로부터 종료점에 이르는 마찰 교반의 루트에 되접힘점을 마련하고, 적어도 상기 되접힘점으로부터 상기 종료점에 이르는 마찰 교반의 루트에 있어서 상기 회전 툴의 진행 방향의 우측에 상기 금속 부재가 위치하도록, 상기 제2 탭재 접합 공정의 시작점, 되접힘점 및 종료점의 위치를 설정하면 된다. 이와 같이 하면, 되접힘점에 이르기까지의 동안에, 회전 툴의 진행 방향의 좌측에 금속 부재가 위치하고, 금속 부재측에 접합 결함이 발생하였다 해도, 그 후에 행해지는 되접힘점으로부터 종료점에 이르는 마찰 교반에 있어서 회전 툴의 진행 방향의 우측에 금속 부재가 위치하게 되므로, 상기한 접합 결함이 시정되어, 고품질의 접합체를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 상기 제2 탭재 접합 공정에서 사용하는 회전 툴을 좌회전시킨 경우에는, 회전 툴의 진행 방향의 좌측에 상기 금속 부재를 위치시키는 것이 바람직하지만, 금속 부재와 제2 탭재의 위치 관계에 따라서는, 진행 방향의 우측에 금속 부재가 위치해 버리는 경우가 있다. 이 경우에는, 상기 제2 탭재 접합 공정의 시작점으로부터 종료점에 이르는 마찰 교반의 루트에 되접힘점을 마련하고, 적어도 상기 되접힘점으로부터 상기 종료점에 이르는 마찰 교반의 루트에 있어서 상기 회전 툴의 진행 방향의 좌측에 상기 금속 부재가 위치하도록, 상기 제2 탭재 접합 공정의 시작점, 되접힘점 및 종료점의 위치를 설정하면 된다.

또한, 상기 임시 접합 공정의 종료점으로부터 상기 제2 탭재 접합 공정의 시작점에 이르는 마찰 교반의 루트를 상기 제2 탭재에 설정하고, 회전 툴을 임시 접합 공정의 종료점으로부터 제2 탭재 접합 공정의 시작점으로 이동시킬 때의 이동 궤적을 제2 탭재에 형성하면 좋다. 이와 같이 하면, 임시 접합 공정의 종료점으로부터 제2 탭재 접합 공정의 시작점에 이르는 공정 중에 있어서, 금속 부재에 접합 결함이 발생하기 어려워지므로, 고품질의 접합체를 얻는 것이 가능해진다.

상기 임시 접합 공정의 종료점으로부터 상기 제2 탭재 접합 공정의 시작점에 이르는 마찰 교반의 루트와, 상기 제2 탭재 접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트의 이격 거리는, 상기 회전 툴의 숄더부의 외경 이상 확보하는 것이 바람직하다. 즉, 회전 툴을 임시 접합 공정의 종료점으로부터 제2 탭재 접합 공정의 시작점으로 이동시켰을 때에 형성된 이동 궤적과, 회전 툴을 상기 제2 탭재 접합 공정의 시작점으로부터 종료점으로 이동시켰을 때에 형성된 이동 궤적의 이격 거리를, 회전 툴의 숄더부의 외경 이상 확보하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 임시 접합 공정의 종료점으로부터 제2 탭재 접합 공정의 시작점에 이르는 공정 중에 있어서, 회전 툴의 금속 부재측에 접합 결함이 발생하였다고 해도, 당해 접합 결함이 금속 부재에 미치기 어려워지므로, 고품질의 접합체를 얻는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서는, 상기 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 개시 위치에 하부 구멍을 형성하고, 상기 하부 구멍으로부터 마찰 교반을 개시하면 좋다. 즉, 교반 핀의 삽입 예정 위치에 하부 구멍을 형성하면 좋다. 이와 같이 하면, 본접합 공정에서 사용하는 본접합용 회전 툴의 교반 핀을 삽입할 때의 부하(압박력)를 경감시키는 것이 가능해지므로, 마찰 교반 장치의 부하를 저감시키는 것이 가능해지고, 또한 본접합용 회전 툴의 삽입 속도를 빠르게 하는 것도 가능해지므로, 본접합에 필요로 하는 작업 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

하부 구멍을 마련하는 경우에는, 상기 본접합 공정에서 사용하는 본접합용 회전 툴의 교반 핀의 최대 외경보다도 상기 하부 구멍의 최대 구멍 직경을 작게 해 두고, 상기 교반 핀을 회전시키면서 상기 하부 구멍에 압입하면 좋다. 이와 같이 하면, 본접합용 회전 툴의 숄더부가 금속 부재 등의 표면에 접촉하기 전에 교반 핀이 하부 구멍의 구멍벽에 접촉하여 마찰열이 발생하므로, 소성 유동화할 때까지의 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

하부 구멍을 마련하는 경우에는, 상기 제1 탭재와 상기 금속 부재의 맞댐부나, 혹은 상기 제2 탭재와 상기 금속 부재의 맞댐부에 형성하면 좋다. 이와 같이 하면, 본접합용 회전 툴의 교반 핀을 하부 구멍에 압입할 때에 소성 유동화한 금속의 일부가 탭재와 금속 부재의 사이에 있는 미세한 간극에 유입하고, 그 후에 소성 유동화한 금속의 상기한 간극으로의 분산이 완화되므로, 두께 부족에 의한 접합 결함이 발생하기 어려워진다.

또한, 탭재와 금속 부재의 맞댐부에 마련한 하부 구멍에 본접합용 회전 툴의 교반 핀을 압입하면, 탭재와 금속 부재를 떼어놓으려고 하는 힘이 작용하여, 탭재와 금속 부재 사이에 간극이 발생할 우려가 있으므로, 제1 탭재와 금속 부재의 맞댐부에 하부 구멍을 마련하는 경우에는, 상기 본접합용 회전 툴을 상기 하부 구멍에 삽입하기 전에, 상기 금속 부재와 상기 제1 탭재에 의해 형성된 내측 코너부를 용접에 의해 임시 접합해 두면 좋고, 마찬가지로 제2 탭재와 금속 부재의 맞댐부에 하부 구멍을 마련하는 경우에는, 상기 금속 부재와 상기 제2 탭재에 의해 형성된 내측 코너부를 용접에 의해 임시 접합해 두면 좋다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기 제2 탭재 접합 공정에서 사용한 임시 접합용 회전 툴의 교반 핀을 이탈시켰을 때에 형성되는 빠짐 구멍을 상기 하부 구멍으로 하거나, 혹은 상기 빠짐 구멍을 직경 확대하여 상기 하부 구멍으로 하면 좋다. 이와 같이 하면, 하부 구멍의 가공을 생략 혹은 간략화하는 것이 가능해지므로, 작업 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

또한, 문헌 6에 개시된 접합 방법에 있어서는, 본접합에 사용하는 회전 툴로, 임시 접합을 행하고 있으므로, 임시 접합에 의한 접합 강도가 과잉이 될 우려가 있다. 특히, 접합해야 할 금속 부재가 두꺼운 경우에는, 본접합에 사용하는 회전 툴이 대형이 되므로, 이 회전 툴을 사용하여 임시 접합을 행하는 것으로 하면, 회전 툴의 소모가 빨라질 뿐만 아니라, 본접합을 위한 예비적인 접합임에도 불구하고, 마찰 교반 장치에 큰 부하가 걸리게 된다. 또한, 문헌 6에서는, 임시 접합시의 회전 툴의 이송 속도(이동 속도)를 본접합시의 이송 속도와 동일하게 설정할 필요가 있으므로, 임시 접합에 필요로 하는 시간을 단축할 수 없다는 문제도 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서는, 청구범위 제32항에 기재한 접합 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 청구범위 제32항에 기재한 접합 방법은, 금속 부재끼리의 맞댐부에 대해 마찰 교반을 행하는 임시 접합 공정과, 임시 접합된 상태의 상기 금속 부재끼리의 맞댐부에 대해 마찰 교반을 행하는 본접합 공정을 구비하는 접합 방법이며, 상기 본접합 공정에서 사용하는 본접합용 회전 툴보다도 소형의 임시 접합용 회전 툴을 사용하여, 상기 임시 접합 공정을 실행하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 하면, 본접합보다도 작은 부하로 임시 접합을 행하는 것이 가능해지므로, 임시 접합시에 마찰 교반 장치에 걸리는 부하를 저감시키는 것이 가능해지고, 또한 임시 접합용 회전 툴의 이동 속도(이송 속도)를 본접합용 회전 툴의 이동 속도보다도 고속으로 하는 것도 가능해지므로, 임시 접합에 필요로 하는 작업 시간이나 비용을 저감시키는 것이 가능해진다.

또한, 임시 접합 공정에 있어서 금속 부재의 표면측으로부터 마찰 교반을 행하는 동시에, 본접합 공정에 있어서 금속 부재의 이면측으로부터 마찰 교반을 행해도 좋지만, 임시 접합 공정 및 본접합 공정의 양 공정에서 금속 부재의 표면측으로부터 마찰 교반을 행해도 좋다.

또한, 청구범위 제32항에 있어서의 임시 접합 공정에서는, 상기 맞댐부에 단속적으로 마찰 교반을 행해도 좋고, 상기 맞댐부의 전체 길이에 걸쳐서 연속해서 마찰 교반을 행해도 좋다.

또한, 본접합 공정을 실행할 때에, 수냉을 하는 경우에는, 임시 접합 공정에 있어서, 금속 부재의 표면측으로부터 금속 부재끼리의 맞댐부를 전체 길이에 걸쳐서 연속해서 마찰 교반을 행하는 동시에, 본접합 공정에 있어서, 임시 접합된 상태의 맞댐부에 금속 부재의 표면측으로부터 마찰 교반을 행하면 된다. 임시 접합이 단속적인 경우에는, 금속 부재간에 냉각수가 인입하여, 접합면에 산화 피막을 발생시킬 우려가 있지만, 임시 접합이 연속적으로 행해지고 있으면, 금속 부재간에 냉각수가 인입하기 어려워지므로, 접합부의 품질을 향상시키는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서는, 상기 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 개시 위치에 하부 구멍을 형성하고, 상기 하부 구멍으로부터 마찰 교반을 개시하면 된다. 즉, 본접합용 회전 툴의 교반 핀의 삽입 예정 위치에 하부 구멍을 형성하면 좋다. 이와 같이 하면, 본접합용 회전 툴의 교반 핀을 삽입할 때의 부하(압박력)를 경감하는 것이 가능해지므로, 마찰 교반 장치에 걸리는 부하를 저감시키는 것이 가능해지고, 또한 본접합용 회전 툴의 삽입 속도를 빠르게 하는 것도 가능해지므로, 본접합에 필요로 하는 작업 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

하부 구멍을 마련하는 경우에는, 상기 하부 구멍의 최대 구멍 직경을 상기 본접합용 회전 툴의 교반 핀의 최대 외경보다도 작게 해 두고, 상기 교반 핀을 회전시키면서 상기 하부 구멍에 압입하면 좋다. 이와 같이 하면, 본접합용 회전 툴의 숄더부가 금속 부재 등의 표면에 접촉하기 전에 교반 핀이 하부 구멍의 구멍벽에 접촉하여 마찰열이 발생하므로, 소성 유동화할 때까지의 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기 임시 접합용 회전 툴의 교반 핀을 이탈시켰을 때에 형성되는 빠짐 구멍을 상기 하부 구멍으로 하거나, 혹은 상기 빠짐 구멍을 직경 확대하여 상기 하부 구멍으로 하면 좋다. 이와 같이 하면, 하부 구멍의 가공을 생략 혹은 간략화하는 것이 가능해지므로, 작업 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

또한, 본접합용 회전 툴을 우회전시킨 경우에는 본접합용 회전 툴의 진행 방향의 좌측에 터널 결함 등이 발생할 우려가 있고, 좌회전시킨 경우에는 진행 방향의 우측에 터널 결함 등이 발생할 우려가 있으므로, 이와 같은 터널 결함을 분단하는 것을 목적으로 하여, 상기 본접합 공정에 의해 형성된 소성화 영역에 대해 마찰 교반을 행하는 보수 공정을 실행해도 좋다. 상기 보수 공정에서는, 상기 본접합용 회전 툴을 우회전시킨 경우에는 상기 본접합용 회전 툴의 진행 방향의 좌측에 위치하는 상기 소성화 영역에 대해 마찰 교반을 행하고, 상기 본접합용 회전 툴을 좌회전시킨 경우에는 상기 본접합용 회전 툴의 진행 방향의 우측에 위치하는 상기 소성화 영역에 대해 마찰 교반을 행한다.

상기 보수 공정에서는, 상기 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트를 따라 연속해서 마찰 교반을 행하면 된다. 이와 같이 하면, 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트를 따라 터널 결함이 연속해서 형성된 경우라도, 이를 확실하게 분단하는 것이 가능해지므로, 접합 결함이 발생하기 어려워진다.

또한, 상기 보수 공정을 실행하는 경우에는, 상기 본접합용 회전 툴보다도 소형의 보수용 회전 툴을 사용하면 좋다. 이와 같이 하면, 소성화 영역이 필요 이상으로 확대되는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

접합해야 할 금속 부재끼리의 맞댐부의 측방에 배치된 탭재에 마찰 교반의 개시 위치 또는 종료 위치를 마련하면, 회전 툴의 이동에 수반하여 금속 부재와 탭재의 접촉면에 있는 산화 피막이 금속 부재에 형성된 소성화 영역에 말려들어가게 되므로, 접합 결함이 발생할 우려가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서는, 청구범위 제42항에 기재한 접합 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 청구범위 제42항에 기재한 접합 방법은, 금속 부재끼리의 맞댐부에 대해 마찰 교반을 행하는 본접합 공정과, 상기 본접합 공정에 의해 상기 금속 부재에 형성된 소성화 영역에 대해 마찰 교반을 행하는 보수 공정을 구비하는 접합 방법이며, 상기 본접합 공정에서는 상기 금속 부재끼리의 맞댐부의 측방에 배치된 탭재에 마찰 교반의 개시 위치 또는 종료 위치를 마련하고, 상기 보수 공정에서는 적어도 상기 탭재에 인접하는 상기 소성화 영역에 대해 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 하면, 금속 부재와 탭재의 접촉면에 있는 산화 피막이 금속 부재에 형성된 소성화 영역에 말려들어가게 된 경우라도, 당해 산화 피막을 보수 공정에 있어서의 마찰 교반에 의해 분단하는 것이 가능해지므로, 접합 결함이 발생하기 어려워진다.

또한, 상기 본접합 공정에 있어서, 상기 금속 부재끼리의 맞댐부의 측방에 배치된 탭재에 마찰 교반의 개시 위치를 마련한 경우에는, 상기 보수 공정에서는, 상기 본접합용 회전 툴을 우회전시킨 경우에는 상기 본접합용 회전 툴의 진행 방향의 좌측에 있는 상기 소성화 영역에 대해 마찰 교반을 행하고, 상기 본접합용 회전 툴을 좌회전시킨 경우에는 상기 본접합용 회전 툴의 진행 방향의 우측에 있는 상기 소성화 영역에 대해 마찰 교반을 행하면 좋다.

또한, 상기 본접합 공정에 있어서, 상기 금속 부재끼리의 맞댐부의 측방에 배치된 탭재에 마찰 교반의 종료 위치를 마련한 경우에는, 상기 보수 공정에서는, 상기 본접합용 회전 툴을 우회전시킨 경우에는 상기 본접합용 회전 툴의 진행 방향의 우측에 있는 상기 소성화 영역에 대해 마찰 교반을 행하고, 상기 본접합용 회전 툴을 좌회전시킨 경우에는 상기 본접합용 회전 툴의 진행 방향의 좌측에 있는 상기 소성화 영역에 대해 마찰 교반을 행하면 좋다.

본 발명에 있어서는, 상기 본접합용 회전 툴보다도 소형의 보수용 회전 툴을 사용하여, 상기 보수 공정을 실행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 소성화 영역이 필요 이상으로 확대되는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

그런데, 문헌 2에 개시된 마찰 교반의 루트는, 맞댐부에 형성된 오목부의 저면과 접속판의 경계면의 전체면을 간극없이 마찰 교반하는 것을 목적으로 하여 설정된 것이며, 터널 결함을 분단하는 것만을 목적으로 하여 설정된 것은 아니므로, 터널 결함을 분단하는 것을 주 목적으로 하여 마찰 교반을 행하는 경우에, 문헌 2에 개시되어 있는 바와 같은 마찰 교반의 루트를 설정하면, 회전 툴의 이동 거리가 필요 이상으로 길어질 뿐만 아니라, 회전 툴의 방향 전환의 회수도 많아져 버린다. 즉, 터널 결함의 분단을 주 목적으로 하는 경우에, 문헌 2의 마찰 교반의 루트를 그대로 유용하면, 회전 툴의 이동에 낭비가 많아져, 수율이 악화될 우려가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서는, 청구범위 제46항에 기재한 접합 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 청구범위 제46항에 기재한 접합 방법은, 금속 부재끼리의 맞댐부에 대해 마찰 교반을 행하는 본접합 공정과, 상기 본접합 공정에 의해 상기 금속 부재에 형성된 소성화 영역을 복수회 횡단하도록 회전 툴을 이동시킴으로써, 상기 소성화 영역에 대해 마찰 교반을 행하는 횡단 보수 공정을 구비하는 접합 방법이며, 상기 횡단 보수 공정에 의해 상기 소성화 영역에 형성되는 복수의 재소성화 영역이 상기 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트 상에 있어서 서로 이격하도록, 상기 횡단 보수 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트를 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 본접합 공정에 의해 형성된 소성화 영역을 횡단하도록 마찰 교반을 행하고 있으므로, 당해 소성화 영역을 따라 터널 결함이 형성되어 있었다 해도, 당해 터널 결함을 분단하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명과 같이, 복수의 재소성화 영역을 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트 상에 있어서 서로 이격시키면, 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역의 전체에 재소성화 영역을 형성하는 경우에 비해, 회전 툴의 횡단 회수나 방향 전환의 회수가 적어지고, 그 결과, 횡단 보수 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트의 총 연장이 짧아지므로, 회전 툴의 움직임에 낭비가 없어지고, 나아가서는 터널 결함을 효율적으로 분단하는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서는, 인접하는 상기 재소성화 영역을 상기 재소성화 영역의 폭 치수 이상 이격시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 회전 툴의 움직임에 의해 한층 낭비가 없어져, 터널 결함을 한층 더 효율적으로 분단하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 횡단 보수 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트에, 상기 소성화 영역을 가로지르는 복수의 교차 루트와, 인접하는 상기 교차 루트의 동일측 단부끼리를 연결하는 이행 루트가 설치되어 있는 경우에는, 상기 이행 루트를 상기 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트와 평행하게 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 이행 루트를 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트에 대해 경사시키는 경우에 비해, 이행 루트의 거리가 짧아지므로, 회전 툴의 움직임에 한층 더 낭비가 없어져, 터널 결함을 한층 더 효율적으로 분단하는 것이 가능해진다.

상기 이행 루트를, 상기 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트와 평행하게 하는 경우에는, 상기 이행 루트를 따라 상기 회전 툴을 이동시킴으로써 형성되는 소성화 영역이, 상기 본접합 공정에서 형성된 상기 소성화 영역의 측모서리에 접촉하도록 상기 이행 루트의 위치를 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 교차 루트의 길이를 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역의 폭 치수에 회전 툴의 숄더부의 외경을 더한 정도의 길이로 하는 것이 가능해지므로, 회전 툴의 움직임에 한층 더 낭비가 없어져, 터널 결함을 한층 더 효율적으로 분단하는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서는, 상기 본접합 공정에서 사용하는 회전 툴보다도 소형의 회전 툴을 사용하여, 상기 횡단 보수 공정을 실행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 횡단 보수 공정에 있어서 형성되는 소성화 영역(재소성화 영역)이 필요 이상으로 확대되는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

또한, 본접합 공정에서 사용하는 회전 툴에 의한 접합 결함은, 그 교반 핀의 상단부로부터 1/3까지의 범위로 형성되는 경우가 많으므로, 횡단 보수 공정에서 사용하는 회전 툴의 교반 핀의 길이는 본접합 공정에서 사용하는 회전 툴의 교반 핀의 길이의 1/3 이상으로 하는 것이 바람직하지만, 1/2보다도 커지면, 소성화 영역이 필요 이상으로 확대될 우려가 있으므로, 1/2 이하로 하는 것이 바람직하다.

문헌 9의 마찰 교반 방법에 있어서는, 교반 핀을 원기둥 형상으로 하고, 또한 하부 구멍의 최대 구멍 직경을 상기 교반 핀의 외경보다도 작게 하고 있지만, 이와 같이 하면, 교반 핀의 하단부면이 금속 부재의 표면에 접촉하므로, 압입 초기 단계에 있어서의 압입 저항이 크다는 문제가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서는, 청구범위 제52항에 기재한 마찰 교반 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 청구범위 제52항에 기재한 마찰 교반 방법은, 마찰 교반의 개시 위치에 하부 구멍을 형성하고, 상기 하부 구멍으로부터 마찰 교반을 개시하는 마찰 교반 방법이며, 회전 툴의 교반 핀을 끝이 가늘어지는 원뿔대 형상으로 하고, 상기 하부 구멍의 최대 구멍 직경을 상기 교반 핀의 최소 외경보다도 크게 하는 동시에, 상기 하부 구멍의 최대 구멍 직경을 상기 교반 핀의 최대 외경보다도 작게 해 두고, 상기 교반 핀을 회전시키면서 상기 하부 구멍에 압입하는 것을 특징으로 한다.

이 마찰 교반 방법에 따르면, 끝이 가늘어지는 원뿔대 형상을 나타내는 교반 핀의 선단부가 하부 구멍에 인입하고, 하부 구멍에 인입한 교반 핀의 주위면(측면)이 하부 구멍의 구멍벽에 접촉하므로, 구멍벽측으로부터 금속이 소성 유동화하게 된다. 이와 같은 상태가 되면, 소성 유동화된 금속을 교반 핀의 주위면에서 밀어내면서, 교반 핀이 압입되게 되므로, 압입 초기 단계에 있어서의 압입 저항을 저감시키는 것이 가능해진다.

또한, 하부 구멍의 최대 구멍 직경이 교반 핀의 최대 외경의 50%를 하회하면, 압입 저항의 저감 정도가 저하될 우려가 있고, 또한 하부 구멍의 최대 구멍 직경이 교반 핀의 최대 외경의 90%를 상회하면, 교반 핀에 의한 마찰열의 발생량이 적어져 소성 유동화하는 영역이 작아져, 입열량이 감소하므로, 회전 툴 이동시의 부하가 커져 결함이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 상기 하부 구멍의 최대 구멍 직경을 상기 교반 핀의 최대 외경의 50 내지 90%로 하는 것이 바람직하다.

또한, 하부 구멍의 깊이가 필요 이상으로 크면, 하부 구멍의 가공에 필요로 하는 시간이 길어지므로, 상기 하부 구멍의 깊이를 상기 교반 핀의 길이보다도 작게 해 두는 것이 바람직하지만, 하부 구멍의 깊이가 교반 핀의 길이의 70%를 하회하면, 압입 저항의 저감 정도가 저하될 우려가 있고, 또한 하부 구멍의 깊이가 교반 핀의 길이의 90%를 상회하면, 교반 핀에 의한 마찰열의 발생량이 적어져 소성 유동화하는 영역이 작아지고, 입열량이 감소하므로, 회전 툴 이동시의 부하가 커져, 결함이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 상기 하부 구멍의 깊이를 상기 교반 핀의 길이의 70 내지 90%로 하는 것이 바람직하다.

또한, 하부 구멍의 용적이 필요 이상으로 크면, 소성 유동화하는 영역이 작아져 교반 핀을 압입할 때의 압입 저항이 증가할 우려가 있으므로, 상기 하부 구멍의 용적을 상기 교반 핀의 체적보다도 작게 해 두는 것이 바람직하지만, 하부 구멍의 용적이 교반 핀의 체적의 40%를 하회하면, 압입 저항의 저감 정도가 저하될 우려가 있고, 또한 하부 구멍의 용적이 교반 핀의 체적의 80%를 상회하면, 교반 핀에 의한 마찰열의 발생량이 적어져 소성 유동화하는 영역이 작아지고, 입열량이 감소하므로, 회전 툴 이동시의 부하가 커져 결함이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 상기 하부 구멍의 용적을 상기 교반 핀의 체적의 40 내지 80%로 하는 것이 바람직하다.

그런데, 마찰 교반의 개시 위치에 교반 핀을 삽입할 때에는, 상온 상태에 있는 금속을 소성 유동화시킬 필요가 있으므로, 삽입 작업에 시간을 필요로 하게 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서는, 청구범위 제58항에 기재한 마찰 교반 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 청구범위 제58항에 기재한 마찰 교반 방법은, 마찰 교반의 개시 위치에 회전 툴의 교반 핀을 삽입할 때의 상기 회전 툴의 회전 속도를, 상기 개시 위치로부터 마찰 교반의 종료 위치를 향해 상기 회전 툴을 이동시킬 때의 상기 회전 툴의 회전 속도보다도 고속으로 하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 하면, 마찰 교반의 개시 위치에 교반 핀을 삽입할 때의 회전 툴의 회전 속도(삽입시의 회전 속도)를 당해 개시 위치로부터 마찰 교반의 종료 위치를 향해 회전 툴을 이동시킬 때의 회전 툴의 회전 속도(이동시의 회전 속도)와 동일하게 한 경우에 비해, 금속을 소성 유동화시킬 때까지 필요로 하는 시간이 짧아지므로, 마찰 교반의 개시 위치에 있어서의 교반 핀의 삽입 작업을 신속하게 행하는 것이 가능해진다.

또한, 삽입시의 회전 속도가 이동시의 회전 속도의 3.0배보다도 커지면, 금속으로의 입열량이 커지고, 금속의 온도가 필요 이상으로 상승해 버리므로, 3.0배 이하인 것이 바람직하다. 또한, 삽입시의 회전 속도가 이동시의 회전 툴의 회전 속도의 1.5배보다도 작아지면, 작업 시간의 단축 효과가 작아지므로, 1.5배 이상인 것이 바람직하다.

마찰 교반의 종료 위치로부터 교반 핀을 이탈시킬 때는, 소성 유동화한 금속이 교반 핀에 휘감겨 붙으므로, 교반 핀의 이탈 저항(인발 저항)이 크고, 교반 핀의 이탈 작업에 시간을 필요로 하게 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서는, 청구범위 제60항에 기재한 마찰 교반 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 청구범위 제60항에 기재한 마찰 교반 방법은, 마찰 교반의 종료 위치에 도달한 회전 툴의 교반 핀을 상기 종료 위치로부터 이탈시킬 때의 상기 회전 툴의 회전 속도를, 마찰 교반의 개시 위치로부터 상기 종료 위치를 향해 상기 회전 툴을 이동시킬 때의 상기 회전 툴의 회전 속도보다도 고속으로 하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 하면, 마찰 교반의 종료 위치로부터 교반 핀을 이탈시킬 때의 회전 툴의 회전 속도(이탈시의 회전 속도)를 이동시의 회전 속도와 동일하게 한 경우에 비해, 교반 핀의 이탈 저항이 작아지므로, 마찰 교반의 종료 위치에 있어서의 교반 핀의 이탈 작업을 신속하게 행하는 것이 가능해진다.

또한, 이탈시의 회전 속도가, 이동시의 회전 툴의 회전 속도의 3.0배보다도 커지면, 금속으로의 입열량이 커져, 금속의 온도가 필요 이상으로 상승해 버리므로, 3.0배 이하인 것이 바람직하다. 또한, 이탈시의 회전 속도가 이동시의 회전 속도의 1.5배보다도 작아지면, 작업 시간의 단축 효과가 작아지므로, 1.5배 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 접합 방법에 따르면, 접합부에 있어서의 기밀성이나 수밀성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명에 관한 접합 방법 및 마찰 교반 방법에 따르면, 접합 작업의 효율화ㆍ신속화를 도모하는 것이 가능해진다.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 금속 부재, 제1 탭재 및 제2 탭재의 배치를 설명하기 위한 도면으로, 도 1의 (a)는 사시도, 도 1의 (b)는 평면도, 도 1의 (c)는 도 1의 (b)의 I-I선 단면도, 도 1의 (d)는 도 1의 (b)의 II-II선 단면도이다.
도 2의 (a)는 임시 접합용 회전 툴을 설명하기 위한 측면도, 도 2의 (b)는 본접합용 회전 툴을 설명하기 위한 측면도이다.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는 임시 접합용 회전 툴을 개시 위치에 삽입하는 상황을 설명하기 위한 모식적인 측면도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 제1 탭재 접합 공정, 임시 접합 공정, 제2 탭재 접합 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 5의 (a)는 도 4의 Ⅲ-Ⅲ 단면도, 도 5의 (b) 및 도 5의 (c)는 제1 실시 형태에 관한 제1 본접합 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 제1 실시 형태에 관한 제1 보수 공정에 있어서 마찰 교반을 행하는 영역을 설명하기 위한 도면으로, 도 6의 (a)는 평면도, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 Ⅳ-Ⅳ 단면도이다.
도 7은 제1 실시 형태에 관한 제1 보수 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 8은 제1 실시 형태에 관한 제1 횡단 보수 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 9는 도 8의 V-V 단면도이다.
도 10의 (a) 내지 도 10의 (c)는 제1 실시 형태에 관한 제2 본접합 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 11의 (a)는 제1 본접합 공정에서 사용하는 본접합용 회전 툴을 도시하는 측면도, 도 11의 (b)는 제2 본접합 공정에서 사용하는 본접합용 회전 툴을 도시하는 측면도이다.
도 12는 제1 실시 형태에 관한 제1 탭재 접합 공정과 제2 탭재 접합 공정의 변형예를 설명하기 위한 평면도이다.
도 13은 제1 실시 형태에 관한 보수 공정의 변형예를 설명하기 위한 평면도이다.
도 14는 제1 실시 형태에 관한 횡단 보수 공정의 변형예를 설명하기 위한 평면도이다.
도 15는 제2 실시 형태에 관한 금속 부재, 제1 탭재 및 제2 탭재의 배치를 설명하기 위한 도면으로, 도 15의 (a)는 사시도, 도 15의 (b)는 평면도이다.
도 16의 (a) 및 도 16의 (b)는 제2 실시 형태에 관한 제1 예비 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 제2 실시 형태에 관한 제1 예비 공정의 변형예를 설명하기 위한 평면도이다.
도 18은 제2 실시 형태에 관한 제1 본접합 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 19의 (a) 및 도 19의 (b)는 제2 실시 형태에 관한 제1 본접합 공정의 변형예를 설명하기 위한 평면도이다.
도 20의 (a) 및 도 20의 (b)는 제2 실시 형태에 관한 제1 보수 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 21은 제2 실시 형태에 관한 제1 횡단 보수 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 22는 제2 실시 형태에 관한 제2 본접합 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 23은 제2 실시 형태에 관한 제1 탭재 접합 공정과 제2 탭재 접합 공정의 변형예를 설명하기 위한 평면도이다.

본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태로서, 마찰 교반을 이용한 금속 부재끼리의 접합 방법이며, 금속 부재끼리의 맞댐부에 대해 임시 접합으로서의 마찰 교반을 행한 후에, 임시 접합된 상태의 맞댐부에 대해 본접합으로서의 마찰 교반을 행하는 접합 방법을 예시한다.

[제1 실시 형태]

제1 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이 금속 부재(1, 1)를 직선 형상으로 연결하는 경우를 예시한다.

우선, 접합해야 할 금속 부재(1, 1)를 상세하게 설명하는 동시에, 이 금속 부재(1, 1)를 접합할 때에 사용되는 제1 탭재(2)와 제2 탭재(3)를 상세하게 설명한다.

금속 부재(1)는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 티탄, 티탄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금 등 마찰 교반 가능한 금속 재료로 이루어진다. 본 실시 형태에서는, 한쪽의 금속 부재(1) 및 다른 쪽 금속 부재(1)를 동일한 조성의 금속 재료로 형성하고 있다. 금속 부재(1, 1)의 형상ㆍ치수에 특별히 제한은 없지만, 적어도 맞댐부(J1)에 있어서의 두께 치수를 동일하게 하는 것이 바람직하다.

제1 탭재(2) 및 제2 탭재(3)는 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)를 사이에 끼우도록 배치되는 것이며, 각각 금속 부재(1, 1)에 첨설되고, 금속 부재(1)의 측면(14)측에 나타내는 금속 부재(1, 1)의 이음매(경계선)를 덮어 가린다. 제1 탭재(2) 및 제2 탭재(3)의 재질에 특별히 제한은 없지만, 본 실시 형태에서는, 금속 부재(1)와 동일한 조성의 금속 재료로 형성하고 있다. 또한, 제1 탭재(2) 및 제2 탭재(3)의 형상ㆍ치수에도 특별히 제한은 없지만, 본 실시 형태에서는 그 두께 치수를 맞댐부(J1)에 있어서의 금속 부재(1)의 두께 치수와 동일하게 하고 있다.

다음에, 도 2를 참조하여, 임시 접합에 사용하는 회전 툴(A)[이하,「임시 접합용 회전 툴(A)」이라 함] 및 본접합에 사용하는 회전 툴(B)[이하,「본접합용 회전 툴(B)」이라 함]을 상세하게 설명한다.

도 2의 (a)에 도시하는 임시 접합용 회전 툴(A)은 공구강 등 금속 부재(1)보다도 경질의 금속 재료로 이루어지고, 원기둥 형상을 나타내는 숄더부(A1)와, 이 숄더부(A1)의 하단부면(A11)에 돌출 설치된 교반 핀(프로브)(A2)을 구비하여 구성되어 있다. 임시 접합용 회전 툴(A)의 치수ㆍ형상은 금속 부재(1)의 재질이나 두께 등에 따라서 설정하면 되지만, 적어도 후기하는 제1 본접합 공정에서 사용하는 본접합용 회전 툴(B)[도 2의 (b) 참조]보다도 소형으로 한다. 이와 같이 하면, 본접합보다도 작은 부하로 임시 접합을 행하는 것이 가능해지므로, 임시 접합시에 마찰 교반 장치에 걸리는 부하를 저감시키는 것이 가능해지고, 또한 임시 접합용 회전 툴(A)의 이동 속도(이송 속도)를 본접합용 회전 툴(B)의 이동 속도보다도 고속으로 하는 것도 가능해지므로, 임시 접합에 필요로 하는 작업 시간이나 비용을 저감시키는 것이 가능해진다.

숄더부(A1)의 하단부면(A11)은 소성 유동화한 금속을 압박하여 주위로의 비산을 방지하는 역할을 담당하는 부위이며, 본 실시 형태에서는 오목면 형상으로 성형되어 있다. 숄더부(A1)의 외경 X₁의 크기에 특별히 제한은 없지만, 본 실시 형태에서는, 본접합용 회전 툴(B)의 숄더부(B1)의 외경 Y₁보다도 작게 되어 있다.

교반 핀(A2)은 숄더부(A1)의 하단부면(A11)의 중앙으로부터 현수하고 있고, 본 실시 형태에서는 끝이 가늘어지는 원뿔대 형상으로 성형되어 있다. 또한, 교반 핀(A2)의 주위면에는, 나선 형상으로 새겨 형성된 교반 블레이드가 형성되어 있다. 교반 핀(A2)의 외경의 크기에 특별히 제한은 없지만, 본 실시 형태에서는, 최대 외경(상단부 직경) X₂가 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)의 최대 외경(상단부 직경) Y₂보다도 작고, 또한 최소 외경(하단부 직경) X₃이 교반 핀(B2)의 최소 외경(하단부 직경) Y₃보다도 작다. 교반 핀(A2)의 길이 L_A는 맞댐부(J1)[도 1의 (a)의 참조]에 있어서의 금속 부재(1)의 두께(t)[도 2의 (b) 참조]의 3 내지 15%로 하는 것이 바람직하지만, 적어도 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)의 길이 L₁보다도 작게 하는 것이 바람직하다.

도 2의 (b)에 도시하는 본접합용 회전 툴(B)은, 공구강 등 금속 부재(1)보다도 경질의 금속 재료로 이루어지고, 원기둥 형상을 나타내는 숄더부(B1)와, 이 숄더부(B1)의 하단부면(B11)에 돌출 설치된 교반 핀(프로브)(B2)을 구비하여 구성되어 있다.

숄더부(B1)의 하단부면(B11)은 임시 접합용 회전 툴(A)과 마찬가지로 오목면 형상으로 성형되어 있다. 교반 핀(B2)은 숄더부(B1)의 하단부면(B11)의 중앙으로부터 현수하고 있고, 본 실시 형태에서는 끝이 가늘어지는 원뿔대 형상으로 성형되어 있다. 또한, 교반 핀(B2)의 주위면에는, 나선 형상으로 새겨 형성된 교반 블레이드가 형성되어 있다. 교반 핀(B2)의 길이 L₁은, 맞댐부(J1)[도 1의 (a) 참조]에 있어서의 금속 부재(1)의 두께(t)의 1/2 이상 3/4 이하가 되도록 설정하는 것이 바람직하고, 보다 적합하게는 1.01 ≤ 2L₁/t ≤1.10이라는 관계를 충족시키도록 설정하는 것이 바람직하다.

이하, 본 실시 형태에 관한 접합 방법을 상세하게 설명한다. 본 실시 형태에 관한 접합 방법은, (1) 준비 공정, (2) 제1 예비 공정, (3) 제1 본접합 공정, (4) 제1 보수 공정, (5) 제1 횡단 보수 공정, (6) 제2 예비 공정, (7) 제2 본접합 공정, (8) 제2 보수 공정, (9) 제2 횡단 보수 공정을 포함하는 것이다. 또한, 제1 예비 공정, 제1 본접합 공정, 제1 보수 공정 및 제1 횡단 보수 공정은, 금속 부재(1)의 표면(12)측으로부터 실행되는 공정이며, 제2 예비 공정, 제2 본접합 공정, 제2 보수 공정 및 제2 횡단 보수 공정은 금속 부재(1)의 이면(13)측으로부터 실행되는 공정이다.

(1) 준비 공정 :

도 1을 참조하여 준비 공정을 설명한다. 준비 공정은 접합해야 할 금속 부재(1, 1)나 마찰 교반의 개시 위치나 종료 위치가 마련되는 맞댐 부재[제1 탭재(2) 및 제2 탭재(3)]를 준비하는 공정이며, 본 실시 형태에서는, 접합해야 할 금속 부재(1, 1)를 맞대는 맞댐 공정과, 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)의 양측에 제1 탭재(2)와 제2 탭재(3)를 배치하는 탭재 배치 공정과, 제1 탭재(2)와 제2 탭재(3)를 용접에 의해 금속 부재(1, 1)에 임시 접합하는 용접 공정을 구비하고 있다.

맞댐 공정에서는, 도 1의 (c)에 도시한 바와 같이, 한쪽의 금속 부재(1)의 측면(11)에 다른 쪽의 금속 부재(1)의 측면(11)을 밀착시키는 동시에, 한쪽의 금속 부재(1)의 표면(12)과 다른 쪽의 금속 부재(1)의 표면(12)을 동일 높이의 면으로 하고, 또한 한쪽의 금속 부재(1)의 이면(13)과 다른 쪽의 금속 부재(1)의 이면(13)을 동일 높이의 면으로 한다.

탭재 배치 공정에서는, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)의 일단부측에 제1 탭재(2)를 배치하여 그 접촉면(21)을 금속 부재(1, 1)의 측면(14, 14)에 접촉시키는 동시에, 맞댐부(J1)의 타단부측에 제2 탭재(3)를 배치하여 그 접촉면(31)을 금속 부재(1, 1)의 측면(14, 14)에 접촉시킨다. 이때, 도 1의 (d)에 도시한 바와 같이, 제1 탭재(2)의 표면(22)과 제2 탭재(3)의 표면(32)을 금속 부재(1)의 표면(12)과 동일 높이의 면으로 하는 동시에, 제1 탭재(2)의 이면(23)과 제2 탭재(3)의 이면(33)을 금속 부재(1)의 이면(13)과 동일 높이의 면으로 한다.

용접 공정에서는, 도 1의 (a) 및 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 금속 부재(1)와 제1 탭재(2)에 의해 형성된 내측 코너부(2a, 2a)[즉, 금속 부재(1)의 측면(14)과 제1 탭재(2)의 측면(24)에 의해 형성된 코너부(2a, 2a)를 용접하여 금속 부재(1)와 제1 탭재(2)를 접합하고, 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)에 의해 형성된 내측 코너부(3a, 3a)[즉, 금속 부재(1)의 측면(14)과 제2 탭재(3)의 측면(34)에 의해 형성된 코너부(3a, 3a)]를 용접하여 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)를 접합한다. 또한, 내측 코너부(2a, 3a)의 전체 길이에 걸쳐서 연속해서 용접을 실시해도 좋고, 단속하여 용접을 실시해도 좋다.

준비 공정이 종료되면, 금속 부재(1, 1), 제1 탭재(2) 및 제2 탭재(3)를 도시하지 않은 마찰 교반 장치의 가대(架臺)에 적재하여, 클램프 등이 도시하지 않은 지그를 사용하여 이동 불가능하게 구속한다. 또한, 용접 공정을 생략하는 경우에는, 도시하지 않은 마찰 교반 장치의 가대 상에서 맞댐 공정과 탭재 배치 공정을 실행한다.

(2) 제1 예비 공정 :

제1 예비 공정은 제1 본접합 공정에 앞서 행해지는 공정이며, 본 실시 형태에서는, 금속 부재(1, 1)와 제1 탭재(2)의 맞댐부(J2)를 접합하는 제1 탭재 접합 공정과, 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)를 임시 접합하는 임시 접합 공정과, 금속 부재(1, 1)와 제2 탭재(3)의 맞댐부(J3)를 접합하는 제2 탭재 접합 공정과, 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 개시 위치에 하부 구멍을 형성하는 하부 구멍 형성 공정을 구비하고 있다.

본 실시 형태의 제1 예비 공정에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 하나의 임시 접합용 회전 툴(A)을 한붓 그리기 이동 궤적(비드)을 형성하도록 이동시켜, 맞댐부(J1, J2, J3)에 대해 연속해서 마찰 교반을 행한다. 즉, 마찰 교반의 개시 위치 S_P에 삽입한 임시 접합용 회전 툴(A)의 교반 핀(A2)[도 2의 (a) 참조]을 도중에 이탈시키지 않고 종료 위치 E_P까지 이동시키고, 제1 탭재 접합 공정, 임시 접합 공정 및 제2 탭재 접합 공정을 연속해서 실행한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제1 탭재(2)에 마찰 교반의 개시 위치 S_P를 마련하고, 제2 탭재(3)에 종료 위치 E_P를 마련하고 있지만, 개시 위치 S_P와 종료 위치 E_P의 위치를 한정하는 취지가 아니다.

본 실시 형태의 제1 예비 공정에 있어서의 마찰 교반의 순서를 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

우선, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 탭재(2)의 적소에 마련한 개시 위치 S_P의 바로 위에 임시 접합용 회전 툴(A)을 위치시키고, 계속해서 임시 접합용 회전 툴(A)을 우회전시키면서 하강시켜 교반 핀(A2)을 개시 위치 S_P에 압박한다. 임시 접합용 회전 툴(A)의 회전 속도는 교반 핀(A2)의 치수ㆍ형상, 마찰 교반되는 금속 부재(1) 등의 재질이나 두께 등에 따라서 설정되는 것이지만, 대부분의 경우, 500 내지 2000(rpm)의 범위 내에 있어서 설정된다.

교반 핀(A2)이 제1 탭재(2)의 표면(22)에 접촉하면, 마찰열에 의해 교반 핀(A2)의 주위에 있는 금속이 소성 유동화하여, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 교반 핀(A2)이 제1 탭재(2)에 삽입된다. 임시 접합용 회전 툴(A)의 삽입 속도(하강 속도)는 교반 핀(A2)의 치수ㆍ형상, 개시 위치 S_P가 마련되는 부재의 재질이나 두께 등에 따라서 설정되는 것이지만, 대부분의 경우, 30 내지 60(㎜/분)의 범위 내에 있어서 설정된다.

교반 핀(A2)의 전체가 제1 탭재(2)에 인입하고, 또한 숄더부(A1)의 하단부면(A11)의 전체면이 제1 탭재(2)의 표면(22)에 접촉하면, 도 4에 도시한 바와 같이 임시 접합용 회전 툴(A)을 회전시키면서 제1 탭재 접합 공정의 시작점 s2를 향해 상대 이동시킨다.

임시 접합용 회전 툴(A)의 이동 속도(이송 속도)는 교반 핀(A2)의 치수ㆍ형상, 마찰 교반되는 금속 부재(1) 등의 재질이나 두께 등에 따라서 설정되는 것이지만, 대부분의 경우, 100 내지 1000(㎜/분)의 범위 내에 있어서 설정된다. 임시 접합용 회전 툴(A)의 이동시의 회전 속도는, 삽입시의 회전 속도와 같거나, 그것보다도 저속으로 한다. 또한, 임시 접합용 회전 툴(A)을 이동시킬 때는, 숄더부(A1)의 축선을 연직선에 대해 진행 방향의 후방측으로 약간 경사시켜도 좋지만, 경사시키지 않고 연직으로 하면, 임시 접합용 회전 툴(A)의 방향 전환이 용이해져, 복잡한 움직임이 가능해진다. 임시 접합용 회전 툴(A)을 이동시키면, 그 교반 핀(A2)의 주위에 있는 금속이 순차 소성 유동화하는 동시에, 교반 핀(A2)으로부터 이격된 위치에서는, 소성 유동화하고 있던 금속이 다시 경화된다.

임시 접합용 회전 툴(A)을 상대 이동시켜 제1 탭재 접합 공정의 시작점 s2까지 연속해서 마찰 교반을 행하면, 시작점 s2에서 임시 접합용 회전 툴(A)을 이탈시키지 않고 그대로 제1 탭재 접합 가공으로 이행한다.

제1 탭재 접합 공정에서는, 제1 탭재(2)와 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J2)에 대해 마찰 교반을 행한다. 구체적으로는, 금속 부재(1, 1)와 제1 탭재(2)의 이음매(경계선) 상에 마찰 교반의 루트를 설정하고, 당해 루트를 따라 임시 접합용 회전 툴(A)을 상대 이동시킴으로써, 맞댐부(J2)에 대해 마찰 교반을 행한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 임시 접합용 회전 툴(A)을 도중에 이탈시키지 않고 제1 탭재 접합 공정의 시작점 s2로부터 종료점 e2까지 연속해서 마찰 교반을 행한다.

또한, 임시 접합용 회전 툴(A)을 우회전시킨 경우에는, 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 좌측에 미세한 접합 결함이 발생할 우려가 있으므로, 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 우측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록 제1 탭재 접합 공정의 시작점 s2와 종료점 e2의 위치를 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 금속 부재(1)측에 접합 결함이 발생하기 어려워지므로, 고품질의 접합체를 얻는 것이 가능해진다.

덧붙여서, 임시 접합용 회전 툴(A)을 좌회전시킨 경우에는, 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 우측에 미세한 접합 결함이 발생할 우려가 있으므로, 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 좌측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록 제1 탭재 접합 공정의 시작점과 종료점의 위치를 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도시는 생략하지만, 임시 접합용 회전 툴(A)을 우회전시킨 경우의 종료점 e2의 위치에 시작점을 마련하고, 임시 접합용 회전 툴(A)을 우회전시킨 경우의 시작점 s2의 위치에 종료점을 마련하면 된다.

또한, 임시 접합용 회전 툴(A)의 교반 핀(A2)이 맞댐부(J2)에 인입하면, 금속 부재(1)와 제1 탭재(2)를 떼어놓으려고 하는 힘이 작용하지만, 금속 부재(1)와 제1 탭재(2)에 의해 형성된 내측 코너부(2a)를 용접에 의해 임시 접합하고 있으므로, 금속 부재(1)와 제1 탭재(2) 사이에 틈 벌어짐이 발생하는 일이 없다.

임시 접합용 회전 툴(A)이 제1 탭재 접합 공정의 종료점 e2에 도달하면, 종료점 e2에서 마찰 교반을 종료시키지 않고 임시 접합 공정의 시작점 s1까지 연속해서 마찰 교반을 행하고, 그대로 임시 접합 공정으로 이행한다. 즉, 제1 탭재 접합 공정의 종료점 e2로부터 임시 접합 공정의 시작점 s1까지 임시 접합용 회전 툴(A)을 이탈시키지 않고 마찰 교반을 계속하고, 또한 시작점 s1에서 임시 접합용 회전 툴(A)을 이탈시키지 않고 임시 접합 공정으로 이행한다. 이와 같이 하면, 제1 탭재 접합 공정의 종료점 e2에서의 임시 접합용 회전 툴(A)의 이탈 작업이 불필요해지고, 또한 임시 접합 공정의 시작점 s1에서의 임시 접합용 회전 툴(A)의 삽입 작업이 불필요해지므로, 예비적인 접합 작업의 효율화ㆍ신속화를 도모하는 것이 가능해진다.

본 실시 형태에서는, 제1 탭재 접합 공정의 종료점 e2로부터 임시 접합 공정의 시작점 s1에 이르는 마찰 교반의 루트를 제1 탭재(2)에 설정하고, 임시 접합용 회전 툴(A)을 제1 탭재 접합 공정의 종료점 e2로부터 임시 접합 공정의 시작점 s1로 이동시킬 때의 이동 궤적을 제1 탭재(2)에 형성한다. 이와 같이 하면, 제1 탭재 접합 공정의 종료점 e2로부터 임시 접합 공정의 시작점 s1에 이르는 공정 중에 있어서, 금속 부재(1, 1)에 접합 결함이 발생하기 어려워지므로, 고품질의 접합체를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 제1 탭재 접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트와, 제1 탭재 접합 공정의 종료점 e2로부터 임시 접합 공정의 시작점 s1에 이르는 마찰 교반의 루트 중 제1 탭재 접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트에 평행한 부분과의 이격 거리 d₂는, 임시 접합용 회전 툴(A)의 숄더부(A1)의 외경 X₁[도 2의 (a) 참조] 이상 확보한다. 즉, 임시 접합용 회전 툴(A)을 제1 탭재 접합 공정의 시작점 s2로부터 종료점 e2로 이동시켰을 때에 형성된 이동 궤적과, 임시 접합용 회전 툴(A)을 제1 탭재 접합 공정의 종료점 e2로부터 임시 접합 공정의 시작점 s1로 이동시켰을 때에 형성된 이동 궤적과의 이격 거리 d₂를, 임시 접합용 회전 툴(A)의 숄더부(A1)의 외경 X₁ 이상 확보한다. 이와 같이 하면, 제1 탭재 접합 공정의 종료점 e2로부터 임시 접합 공정의 시작점 s1에 이르는 공정 중에 있어서, 임시 접합용 회전 툴(A)의 금속 부재(1)측에 접합 결함이 발생하였다고 해도, 당해 접합 결함이 금속 부재(1)에 미치기 어려워지므로, 고품질의 접합체를 얻는 것이 가능해진다.

임시 접합 공정에서는, 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)[도 1의 (a) 참조]에 대해 마찰 교반을 행한다. 구체적으로는, 금속 부재(1, 1)의 이음매(경계선) 상에 마찰 교반의 루트를 설정하고, 당해 루트를 따라 임시 접합용 회전 툴(A)을 상대 이동시킴으로써, 맞댐부(J1)의 전체 길이에 걸쳐서 연속해서 마찰 교반을 행한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 임시 접합용 회전 툴(A)을 도중에 이탈시키지 않고 임시 접합 공정의 시작점 s1로부터 종료점 e1까지 연속해서 마찰 교반을 행한다. 이와 같이 하면, 임시 접합 공정 중에 있어서의 임시 접합용 회전 툴(A)의 이탈 작업이 전혀 불필요해지므로, 예비적인 접합 작업의 한층 더 효율화ㆍ신속화를 도모하는 것이 가능해진다.

임시 접합용 회전 툴(A)이 임시 접합 공정의 종료점 e1에 도달하면, 종료점 e1에서 마찰 교반을 종료시키지 않고 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3까지 연속해서 마찰 교반을 행하고, 그대로 제2 탭재 접합 공정으로 이행한다. 즉, 임시 접합 공정의 종료점 e1로부터 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3까지 임시 접합용 회전 툴(A)을 이탈시키지 않고 마찰 교반을 계속하고, 또한 시작점 s3에서 임시 접합용 회전 툴(A)을 이탈시키지 않고 제2 탭재 접합 공정으로 이행한다. 이와 같이 하면, 임시 접합 공정의 종료점 e1에서의 임시 접합용 회전 툴(A)의 이탈 작업이 불필요해지고, 또한 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3에서의 임시 접합용 회전 툴(A)의 삽입 작업이 불필요해지므로, 예비적인 접합 작업의 한층 더 효율화ㆍ신속화를 도모하는 것이 가능해진다.

본 실시 형태에서는, 임시 접합 공정의 종료점 e1로부터 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3에 이르는 마찰 교반의 루트를 제2 탭재(3)에 설정하고, 임시 접합용 회전 툴(A)을 임시 접합 공정의 종료점 e1로부터 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3으로 이동시킬 때의 이동 궤적을 제2 탭재(3)에 형성한다. 이와 같이 하면, 임시 접합 공정의 종료점 e1로부터 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3에 이르는 공정 중에 있어서, 금속 부재(1)에 접합 결함이 발생하기 어려워지므로, 고품질의 접합체를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 임시 접합 공정의 종료점 e1로부터 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3에 이르는 마찰 교반의 루트 중 후기하는 제2 탭재 접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트에 평행한 부분과, 제2 탭재 접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트와의 이격 거리 d₃은 임시 접합용 회전 툴(A)의 숄더부(A1)의 외경 X₁[도 2의 (a) 참조] 이상 확보한다. 즉, 임시 접합용 회전 툴(A)을 임시 접합 공정의 종료점 e1로부터 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3으로 이동시켰을 때에 형성된 이동 궤적과, 임시 접합용 회전 툴(A)을 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3으로부터 종료점 e3으로 이동시켰을 때에 형성된 이동 궤적과의 이격 거리 d₃을, 임시 접합용 회전 툴(A)의 숄더부(A1)의 외경 X₁ 이상 확보한다. 이와 같이 하면, 임시 접합 공정의 종료점 e1로부터 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3에 이르는 공정 중에 있어서, 임시 접합용 회전 툴(A)의 금속 부재(1)측에 접합 결함이 발생하였다 해도, 당해 접합 결함이 금속 부재(1)에 미치기 어려워지므로, 고품질의 접합체를 얻는 것이 가능해진다.

제2 탭재 접합 공정에서는, 금속 부재(1, 1)와 제2 탭재(3)의 맞댐부(J3)에 대해 마찰 교반을 행한다. 구체적으로는, 금속 부재(1, 1)와 제2 탭재(3)의 이음매(경계선) 상에 마찰 교반의 루트를 설정하고, 당해 루트를 따라 임시 접합용 회전 툴(A)을 상대 이동시킴으로써, 맞댐부(13)에 대해 마찰 교반을 행한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 임시 접합용 회전 툴(A)을 도중에 이탈시키지 않고 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3으로부터 종료점 e3까지 연속해서 마찰 교반을 행한다.

또한, 임시 접합용 회전 툴(A)을 우회전시키고 있으므로, 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 우측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3과 종료점 e3의 위치를 설정한다. 이와 같이 하면, 금속 부재(1)측에 접합 결함이 발생하기 어려워지므로, 고품질의 접합체를 얻는 것이 가능해진다. 덧붙여서, 임시 접합용 회전 툴(A)을 좌회전시킨 경우에는, 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 좌측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록 제2 탭재 접합 공정의 시작점과 종료점의 위치를 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도시는 생략하지만, 임시 접합용 회전 툴(A)을 우회전시킨 경우의 종료점 e3의 위치에 시작점을 마련하고, 임시 접합용 회전 툴(A)을 우회전시킨 경우의 시작점 s3의 위치에 종료점을 마련하면 된다.

또한, 임시 접합용 회전 툴(A)의 교반 핀(A2)[도 2의 (a) 참조]이 맞댐부(J3)에 인입하면, 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)를 떼어놓으려고 하는 힘이 작용하지만, 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)의 내측 코너부(3a)를 용접에 의해 임시 접합하고 있으므로, 금속 부재(1)와 제2 탭재(3) 사이에 틈 벌어짐이 발생하는 일이 없다.

임시 접합용 회전 툴(A)이 제2 탭재 접합 공정의 종료점 e3에 도달하면, 종료점 e3에서 마찰 교반을 종료시키지 않고, 제2 탭재(3)에 마련한 종료 위치 E_P까지 연속해서 마찰 교반을 행한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 금속 부재(1)의 표면(12)측에 나타나는 금속 부재(1, 1)의 이음매(경계선)의 연장선 상에 종료 위치 E_P를 마련하고 있다. 덧붙여서, 종료 위치 E_P는, 후기하는 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 개시 위치 S_M1이기도 하다.

임시 접합용 회전 툴(A)이 종료 위치 E_P에 도달하면, 임시 접합용 회전 툴(A)을 회전시키면서 상승시켜 교반 핀(A2)[도 2의 (a) 참조]을 종료 위치 E_P로부터 이탈시킨다.

또한, 임시 접합용 회전 툴(A)의 이탈 속도(상승 속도)는 교반 핀(A2)의 치수ㆍ형상, 종료 위치 E_P가 마련되는 부재의 재질이나 두께 등에 따라서 설정되는 것이지만, 대부분의 경우, 30 내지 60(㎜/분)의 범위 내에 있어서 설정된다. 또한, 임시 접합용 회전 툴(A)의 이탈시의 회전 속도는, 이동시의 회전 속도와 같거나, 그것보다도 고속으로 한다.

계속해서, 하부 구멍 형성 공정을 실행한다. 하부 구멍 형성 공정은, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 개시 위치 S_M1에 하부 구멍(P1)을 형성하는 공정이다. 즉, 하부 구멍 형성 공정은 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)의 삽입 예정 위치에 하부 구멍(P1)을 형성하는 공정이다.

하부 구멍(P1)은 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)의 삽입 저항(압입 저항)을 저감하는 목적으로 마련되는 것이며, 본 실시 형태에서는, 임시 접합용 회전 툴(A)의 교반 핀(A2)[도 2의 (a) 참조]을 이탈시켰을 때에 형성되는 빠짐 구멍(H1)을 도시하지 않은 드릴 등으로 직경 확대함으로써 형성된다. 빠짐 구멍(H1)을 이용하면, 하부 구멍(P1)의 형성 공정을 간략화하는 것이 가능해지므로, 작업 시간을 단축하는 것이 가능해진다. 하부 구멍(P1)의 형태에 특별히 제한은 없지만, 본 실시 형태에서는 원통 형상으로 하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제2 탭재(3)에 하부 구멍(P1)을 형성하고 있지만, 하부 구멍(P1)의 위치에 특별히 제한은 없고, 제1 탭재(2)에 형성해도 좋고, 맞댐부(J2, J3)에 형성해도 좋지만, 적합하게는 본 실시 형태와 같이 금속 부재(1)의 표면(12)측에 나타나는 금속 부재(1, 1)의 이음매(경계선)의 연장선 상에 형성하는 것이 바람직하다.

하부 구멍(P1)의 최대 구멍 직경 Z₁은, 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)의 최대 외경(상단부 직경) Y₂보다도 작게 되어 있지만, 적합하게는 교반 핀(B2)의 최대 외경 Y₂의 50 내지 90%로 하는 것이 바람직하다. 또한, 하부 구멍(P1)의 최대 구멍 직경 Z₁이 교반 핀(B2)의 최대 외경 Y₂의 50%를 하회하면, 교반 핀(B2)의 압입 저항의 저감 정도가 저하될 우려가 있고, 또한 하부 구멍(P)의 최대 구멍 직경 Z₁이 교반 핀(B2)의 최대 외경 Y₂의 90%를 상회하면, 교반 핀(B2)에 의한 마찰열의 발생량이 적어져 소성 유동화하는 영역이 작아지고, 입열량이 감소하므로, 본접합용 회전 툴(B)을 이동시킬 때의 부하가 커져, 결함이 발생하기 쉬워진다.

또한, 하부 구멍(P1)의 깊이 Z₂가 필요 이상으로 크면, 하부 구멍(P1)의 가공에 필요로 하는 시간이 길어지므로, 하부 구멍(P1)의 깊이 Z₂는 교반 핀(B2)의 길이 L₁보다도 작게 해 두는 것이 바람직하지만, 하부 구멍(P1)의 깊이 Z₂가 교반 핀(B2)의 길이 L₁의 70%를 하회하면, 압입 저항의 저감 정도가 저하될 우려가 있고, 또한 하부 구멍(P1)의 깊이 Z₂가 교반 핀(B2)의 길이 L₁의 90%를 상회하면, 교반 핀(B2)에 의한 마찰열의 발생량이 적어져 소성 유동화하는 영역이 작아지고, 입열량이 감소하므로, 본접합용 회전 툴(B)을 이동시킬 때의 부하가 커져, 결함이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 하부 구멍(P)의 깊이 Z₂는 교반 핀(B2)의 길이 L₁의 70 내지 90%로 하는 것이 바람직하다.

또한, 하부 구멍(P1)의 용적이 필요 이상으로 크면, 소성 유동화하는 영역이 작아져 교반 핀(B2)을 압입할 때의 압입 저항이 증가할 우려가 있으므로, 하부 구멍(P1)의 용적을 교반 핀(B2)의 체적보다도 작게 해 두는 것이 바람직하지만, 하부 구멍(P1)의 용적이 교반 핀(B2)의 체적의 40%를 하회하면, 압입 저항의 저감 정도가 저하될 우려가 있고, 또한 하부 구멍(P1)의 용적이 교반 핀(B2)의 체적의 80%를 상회하면, 교반 핀(B2)에 의한 마찰열의 발생량이 적어져 소성 유동화하는 영역이 작아지고, 입열량이 감소하므로, 본접합용 회전 툴(B)을 이동시킬 때의 부하가 커져, 결함이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 하부 구멍(P1)의 용적은 교반 핀(B2)의 체적의 40 내지 80%로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 임시 접합용 회전 툴(A)의 교반 핀(A2)[도 2의 (a) 참조]의 빠짐 구멍(H1)을 직경 확대하여 하부 구멍(P1)으로 하는 경우를 예시하였지만, 교반 핀(A2)의 최대 외경 X₂가 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)의 최소 외경 Y₃보다도 크고, 또한 교반 핀(A2)의 최대 외경 X₂가 교반핀(B2)의 최대 외경 Y₂보다도 작은(Y₃＜X₂＜Y₂) 경우 등에 있어서는, 교반 핀(A2)의 빠짐 구멍(H1)을 그대로 하부 구멍(P1)으로 해도 좋다.

(3) 제1 본접합 공정 :

제1 본접합 공정은, 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)를 본격적으로 접합하는 공정이다. 본 실시 형태에 관한 제1 본접합 공정에서는, 도 2의 (b)에 도시하는 본접합용 회전 툴(B)을 사용하고, 임시 접합된 상태의 맞댐부(J1)에 대해 금속 부재(1)의 표면(12)측으로부터 마찰 교반을 행한다.

제1 본접합 공정에서는, 도 5의 (a) 내지 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이, 개시 위치 S_M1에 형성한 하부 구멍(P1)에 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)을 삽입(압입)하고, 삽입한 교반 핀(B2)을 도중에 이탈시키지 않고 종료 위치 E_M1까지 이동시킨다. 즉, 제1 본접합 공정에서는, 하부 구멍(P1)으로부터 마찰 교반을 개시하고, 종료 위치 E_M1까지 연속해서 마찰 교반을 행한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제2 탭재(3)에 마찰 교반의 개시 위치 S_M1을 마련하고, 제1 탭재(2)에 종료 위치 E_M1을 마련하고 있지만, 개시 위치 S_M1과 종료 위치 E_M1의 위치를 한정할 취지는 아니다.

도 5의 (a) 내지 도 5의 (c)를 참조하여 제1 본접합 공정을 보다 상세하게 설명한다.

우선, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 하부 구멍(P1)(개시 위치 S_M1)의 바로 위에 본접합용 회전 툴(B)을 위치시키고, 계속해서 본접합용 회전 툴(B)을 우회전시키면서 하강시켜 교반 핀(B2)의 선단부를 하부 구멍(P1)에 삽입한다. 교반 핀(B2)을 하부 구멍(P1)에 인입시키면, 교반 핀(B2)의 주위면(측면)이 하부 구멍(P1)의 구멍벽에 접촉하고, 구멍벽으로부터 금속이 소성 유동화한다. 이와 같은 상태가 되면, 소성 유동화한 금속을 교반 핀(B2)의 주위면에서 밀어내면서, 교반 핀(B2)이 압입되게 되므로, 압입 초기 단계에 있어서의 압입 저항을 저감시키는 것이 가능해지고, 또한 본접합용 회전 툴(B)의 숄더부(B1)가 제2 탭재(3)의 표면(32)에 접촉하기 전에 교반 핀(B2)이 하부 구멍(P1)의 구멍벽에 접촉하여 마찰열이 발생하므로, 소성 유동화할 때까지의 시간을 단축하는 것이 가능해진다. 즉, 마찰 교반 장치의 부하를 저감시키는 것이 가능해지고, 게다가 본접합에 필요로 하는 작업 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

마찰 교반의 개시 위치 S_M1에 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)을 삽입할 때의 본접합용 회전 툴(B)의 회전 속도(삽입시의 회전 속도)는, 교반 핀(B2)의 치수ㆍ형상, 마찰 교반되는 금속 부재(1) 등의 재질이나 두께 등에 따라서 설정되는 것이며, 대부분의 경우, 70 내지 700(rpm)의 범위 내에 있어서 설정되지만, 개시 위치 S_M1로부터 마찰 교반의 종료 위치 E_M1을 향해 본접합용 회전 툴(B)을 이동시킬 때의 본접합용 회전 툴(B)의 회전 속도(이동시의 회전 속도)보다도 고속으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 삽입시의 회전 속도를 이동시의 회전 속도와 동일하게 한 경우에 비해, 금속을 소성 유동화시킬 때까지 필요로 하는 시간이 짧아지므로, 개시 위치 S_M1에 있어서의 교반 핀(B2)의 삽입 작업을 신속하게 행하는 것이 가능해진다.

또한, 본접합용 회전 툴(B)의 삽입시의 회전 속도가 이동시의 회전 속도의 3.0배보다도 커지면, 금속으로의 입열량이 커지고, 금속의 온도가 필요 이상으로 상승해 버리고, 또한 삽입시의 회전 속도가 이동시의 회전 속도의 1.5배보다도 작아지면, 작업 시간의 단축 효과가 작아져 버리므로, 본접합용 회전 툴(B)의 삽입시의 회전 속도는, 이동시의 회전 속도보다도 1.5 내지 3.0배 고속으로 하는 것이 바람직하다.

본접합용 회전 툴(B)의 삽입 속도(하강 속도)는 교반 핀(B2)의 치수ㆍ형상, 개시 위치 S_M1이 마련되는 부재의 재질이나 두께 등에 따라서 설정되는 것이지만, 대부분의 경우, 5 내지 60(㎜/분)의 범위 내에 있어서 설정된다.

교반 핀(B2)의 전체가 제2 탭재(3)에 인입하고, 또한 숄더부(B1)의 하단부면(B11)의 전체면이 제2 탭재(3)의 표면(32)에 접촉하면, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 마찰 교반을 행하면서 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)의 일단부를 향해 본접합용 회전 툴(B)을 상대 이동시키고, 또한 맞댐부(J3)를 가로지르게 하여 맞댐부(J1)에 돌입시킨다. 본접합용 회전 툴(B)을 이동시키면, 그 교반 핀(B2)의 주위에 있는 금속이 순차 소성 유동화하는 동시에, 교반 핀(B2)으로부터 이격된 위치에서는, 소성 유동화되어 있던 금속이 다시 경화되어 소성화 영역(W1)[이하,「표면측 소성화 영역(W1)」이라 함]이 형성된다.

본접합용 회전 툴(B)의 이동 속도(이송 속도)는, 교반 핀(B2)의 치수ㆍ형상, 마찰 교반되는 금속 부재(1) 등의 재질이나 두께 등에 따라서 설정되는 것이지만, 대부분의 경우, 30 내지 300(㎜/분)의 범위 내에 있어서 설정된다. 또한, 본접합용 회전 툴(B)을 이동시킬 때는, 숄더부(B1)의 축선을 연직선에 대해 진행 방향의 후방측에 약간 경사시켜도 좋지만, 경사시키지 않고 연직으로 하면, 본접합용 회전 툴(B)의 방향 전환이 용이해져, 복잡한 움직임이 가능해진다.

금속 부재(1)로의 입열량이 과대해질 우려가 있는 경우에는, 본접합용 회전 툴(B)의 주위에 표면(12)측으로부터 물을 공급하는 등을 하여 냉각하는 것이 바람직하다. 또한, 금속 부재(1, 1) 사이에 냉각수가 인입하면, 접합면[측면(11)]에 산화 피막을 발생시킬 우려가 있지만, 본 실시 형태에 있어서는, 임시 접합 공정을 실행하여 금속 부재(1, 1) 사이의 줄눈을 폐색하고 있으므로, 금속 부재(1, 1) 사이에 냉각수가 인입하기 어렵고, 따라서 접합부의 품질을 열화시킬 우려가 없다.

금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)에서는, 금속 부재(1, 1)의 이음매 상(임시 접합 공정에 있어서의 이동 궤적 상)에 마찰 교반의 루트를 설정하고, 당해 루트를 따라 본접합용 회전 툴(B)을 상대 이동시킴으로써, 맞댐부(1)의 일단부로부터 타단부까지 연속해서 마찰 교반을 행한다. 맞댐부(J1)의 타단부까지 본접합용 회전 툴(B)을 상대 이동시키면, 마찰 교반을 행하면서 맞댐부(J2)를 가로지르게 하여, 그대로 종료 위치 E_M1을 향해 상대 이동시킨다.

또한, 본 실시 형태에서는, 금속 부재(1)의 표면(12)측에 나타나는 금속 부재(1, 1)의 이음매(경계선)의 연장선 상에 마찰 교반의 개시 위치 S_M1을 설정하고 있으므로, 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트를 일직선으로 할 수 있다. 마찰 교반의 루트를 일직선으로 하면, 본접합용 회전 툴(B)의 이동 거리를 최소한으로 억제할 수 있으므로, 제1 본접합 공정을 효율적으로 행하는 것이 가능해지고, 또한 본접합용 회전 툴(B)의 마모량을 저감시키는 것이 가능해진다.

본접합용 회전 툴(B)이 종료 위치 E_M1에 도달하면, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이 본접합용 회전 툴(B)을 회전시키면서 상승시켜 교반 핀(B2)을 종료 위치 E_M1[도 5의 (b) 참조]로부터 이탈시킨다. 또한, 종료 위치 E_M1에 있어서 교반 핀(B2)을 상방으로 이탈시키면, 교반 핀(B2)과 대략 동형의 빠짐 구멍(Q1)이 불가피적으로 형성되게 되지만, 본 실시 형태에서는 그대로 남긴다.

본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)을 종료 위치 E_M1로부터 이탈시킬 때의 본접합용 회전 툴(B)의 회전 속도(이탈시의 회전 속도)는, 이동시의 회전 속도보다도 고속으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 이탈시의 회전 속도를 이동시의 회전 속도와 동일하게 한 경우에 비해, 교반 핀(B2)의 이탈 저항이 작아지므로, 종료 위치 E_M1에 있어서의 교반 핀(B2)의 이탈 작업을 신속하게 행하는 것이 가능해진다.

또한, 본접합용 회전 툴(B)의 이탈시의 회전 속도가 이동시의 회전 속도의 3.0배보다도 커지면, 금속으로의 입열량이 커지고, 금속의 온도가 필요 이상으로 상승해 버리고, 또한 이탈시의 회전 속도가 이동시의 회전 속도의 1.5배보다도 작아지면, 작업 시간의 단축 효과가 작아져 버리므로, 본접합용 회전 툴(B)의 이탈시의 회전 속도는 이동시의 회전 속도보다도 1.5 내지 3.0배 고속으로 하는 것이 바람직하다.

본접합용 회전 툴(B)의 이탈 속도(상승 속도)는, 교반 핀(B2)의 치수ㆍ형상, 개시 위치 S_M1이 마련되는 부재의 재질이나 두께 등에 의해 설정되는 것이지만, 대부분의 경우, 5 내지 60(㎜/분)의 범위 내에 있어서 설정된다.

(4) 제1 보수 공정 :

제1 보수 공정은, 제1 본접합 공정에 의해 금속 부재(1)에 형성된 표면측 소성화 영역(W1)에 대해 마찰 교반을 행하는 공정이며, 표면측 소성화 영역(W1)에 포함되어 있을 가능성이 있는 접합 결함을 보수할 목적으로 행해지는 것이다.

본 실시 형태에 관한 제1 보수 공정에서는, 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 표면측 소성화 영역(W1) 중, 적어도 제1 보수 영역(R1), 제2 보수 영역(R2) 및 제3 보수 영역(R3)에 대해 마찰 교반을 행한다.

제1 보수 영역(R1)에 대한 마찰 교반은, 본접합용 회전 툴(B)의 진행 방향을 따라 형성될 우려가 있는 터널 결함을 분단하는 것을 목적으로 하여 행해지는 것이다. 본접합용 회전 툴(B)을 우회전시킨 경우에는 그 진행 방향의 좌측에 터널 결함이 발생할 우려가 있고, 좌회전시킨 경우에는 진행 방향의 우측에 터널 결함이 발생할 우려가 있으므로, 본접합용 회전 툴(B)을 우회전시킨 본 실시 형태에 있어서는, 평면에서 볼 때 진행 방향의 좌측에 위치하는 표면측 소성화 영역(W1)의 상부를 적어도 포함하도록 제1 보수 영역(R1)을 설정하면 좋다.

제2 보수 영역(R2)에 대한 마찰 교반은 본접합용 회전 툴(B)이 맞댐부(J2)를 가로지를 때에 표면측 소성화 영역(W1)에 말려들어가게 된 산화 피막[금속 부재(1)의 측면(14)과 제1 탭재(2)의 접촉면(21)에 형성되어 있던 산화 피막]을 분단하는 것을 목적으로 하여 행해지는 것이다. 본 실시 형태와 같이 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 종료 위치 E_M1을 제1 탭재(2)에 마련한 경우, 본접합용 회전 툴(B)을 우회전시킨 경우에는 그 진행 방향의 우측에 있는 표면측 소성화 영역(W1)의 상부에 산화 피막이 말려들어가 있을 가능성이 높고, 좌회전시킨 경우에는 진행 방향의 좌측에 있는 표면측 소성화 영역(W1)의 상부에 산화 피막이 말려들어가 있을 가능성이 높으므로, 본접합용 회전 툴(B)을 우회전시킨 본 실시 형태에 있어서는, 제1 탭재(2)에 인접하는 표면측 소성화 영역(W1) 중, 평면에서 볼 때 진행 방향의 우측에 위치하는 표면측 소성화 영역(W1)의 상부를 적어도 포함하도록 제2 보수 영역(R2)을 설정하면 좋다. 또한, 금속 부재(1)와 제1 탭재(2)의 이음매로부터 제2 보수 영역(R2)의 금속 부재(1)측의 모서리변까지의 거리 d₄는, 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)의 최대 외경 Y₂보다도 크게 하는 것이 바람직하다.

제3 보수 영역(R3)에 대한 마찰 교반은 본접합용 회전 툴(B)이 맞댐부(J3)를 가로지를 때에 표면측 소성화 영역(W1)에 말려들어가게 된 산화 피막[금속 부재(1)의 측면(14)과 제2 탭재(3)의 접촉면(31)에 형성되어 있던 산화 피막]을 분단하는 것을 목적으로 하여 행해지는 것이다. 본 실시 형태와 같이 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 개시 위치 S_M1을 제2 탭재(3)에 마련한 경우, 본접합용 회전 툴(B)을 우회전시킨 경우에는 그 진행 방향의 좌측에 있는 표면측 소성화 영역(W1)의 상부에 산화 피막이 말려들어가 있을 가능성이 높고, 좌회전시킨 경우에는 진행 방향의 우측에 있는 표면측 소성화 영역(W1)의 상부에 산화 피막이 말려들어가 있을 가능성이 높으므로, 본접합용 회전 툴(B)을 우회전시킨 본 실시 형태에 있어서는, 제2 탭재(3)에 인접하는 표면측 소성화 영역(W1) 중, 평면에서 볼 때 진행 방향의 좌측에 위치하는 표면측 소성화 영역(W1)의 상부를 적어도 포함하도록 제3 보수 영역(R3)을 설정하면 좋다. 또한, 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)의 이음매로부터 제3 보수 영역(R3)의 금속 부재(1)측의 모서리변까지의 거리 d₅는, 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)의 최대 외경 Y₂보다도 크게 하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 관한 제1 보수 공정에서는, 본접합용 회전 툴(B)보다도 소형의 보수용 회전 툴(C)을 사용하여 마찰 교반을 행한다. 이와 같이 하면, 소성화 영역이 필요 이상으로 확대되는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

보수용 회전 툴(C)은 임시 접합용 회전 툴(A)과 마찬가지로, 공구강 등 금속 부재(1)보다도 경질의 금속 재료로 이루어지고, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 원기둥 형상을 나타내는 숄더부(C1)와, 이 숄더부(C1)의 하단부면에 돌출 설치된 교반 핀(프로브)(C2)을 구비하여 구성되어 있다.

교반 핀(C2)은, 숄더부(C1)의 하단부면으로부터 현수하고 있고, 본 실시 형태에서는 끝이 가늘어지는 원뿔대 형상으로 성형되어 있다. 또한, 교반 핀(C2)의 주위면에는, 나선 형상으로 새겨 형성된 교반 블레이드가 형성되어 있다. 도 2의 (b)에 도시하는 본접합용 회전 툴(B)에 의한 접합 결함은, 교반 핀(B2)의 상단부로부터 1/3까지의 범위에 형성되는 경우가 많으므로, 보수용 회전 툴(C)의 교반 핀(C2)의 길이는, 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)의 길이 L₁[도 2의 (b) 참조]의 1/3 이상으로 하는 것이 바람직하지만, 1/2 보다도 커지면, 소성화 영역이 필요 이상으로 확대될 우려가 있으므로, 1/2 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 교반 핀(C2)의 최대 외경(상단부 직경) 및 최소 외경(하단부 직경)의 크기에 특별히 제한은 없지만, 본 실시 형태에서는, 각각, 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)의 최대 외경(상단부 직경) Y₂ 및 최소 외경(하단부 직경) Y₃보다도 작게 되어 있다.

제1 보수 공정에서는, 하나의 보수 영역에 대한 마찰 교반이 종료될 때마다 보수용 회전 툴(C)을 이탈시켜도 좋고, 보수 영역마다 형태가 다른 보수용 회전 툴(C)을 사용해도 좋지만, 본 실시 형태에서는, 도 7에 도시한 바와 같이 하나의 보수용 회전 툴(C)을 한붓 그리기 이동 궤적(비드)을 형성하도록 이동시켜, 제1 보수 영역(R1), 제2 보수 영역(R2) 및 제3 보수 영역(R3)에 대해 연속해서 마찰 교반을 행한다. 즉, 본 실시 형태에 관한 제1 보수 공정에서는, 마찰 교반의 개시 위치 S_R에 삽입한 보수용 회전 툴(C)의 교반 핀(C2)[도 6의 (b) 참조]을 도중에 이탈시키지 않고 종료 위치 E_R까지 이동시킨다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제1 탭재(2)에 마찰 교반의 개시 위치 S_R을 마련하는 동시에, 제2 탭재(3)에 종료 위치E_R을 마련하고, 제2 보수 영역(R2), 제1 보수 영역(R1), 제3 보수 영역(R3)의 순서로 마찰 교반을 행하는 경우를 예시하지만, 개시 위치 S_R과 종료 위치 E_R의 위치나 마찰 교반의 순서를 한정하는 취지는 아니다.

제1 보수 공정에 있어서의 마찰 교반의 순서를, 도 7을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

우선, 제1 탭재(2)의 적소에 마련한 개시 위치 S_R에 보수용 회전 툴(C)의 교반 핀(C2)[도 6의 (b) 참조]을 삽입(압입)하여 마찰 교반을 개시하고, 제2 보수 영역(R2)에 대해 마찰 교반을 행한다.

또한, 보수용 회전 툴(C)을 개시 위치 S_R에 삽입할 때의 회전 속도 및 삽입 속도(하강 속도)는, 교반 핀(C2)의 치수ㆍ형상, 마찰 교반되는 금속 부재(1) 등의 재질이나 두께 등에 따라서 설정되는 것이지만, 대부분의 경우, 회전 속도는 300 내지 2000(rpm)의 범위 내에 있어서 설정되고, 삽입 속도는 30 내지 60(㎜/분)의 범위 내에 있어서 설정된다.

또한, 보수용 회전 툴(C)의 이동 속도(이송 속도)는, 교반 핀(C2)의 치수ㆍ형상, 마찰 교반되는 금속 부재(1) 등의 재질이나 두께 등에 따라서 설정되는 것이지만, 대부분의 경우, 100 내지 1000(㎜/분)의 범위 내에 있어서 설정된다. 보수용 회전 툴(C)의 이동시의 회전 속도는, 삽입시의 회전 속도와 같거나, 그것보다도 저속으로 한다.

제2 보수 영역(R2)에 대해 마찰 교반을 행하면, 금속 부재(1)의 측면(14)과 제1 탭재(2)의 접촉면(21)에 있는 산화 피막이 표면측 소성화 영역(W1)[도 6의 (b) 참조]에 말려들어간 경우라도, 당해 산화 피막을 분단하는 것이 가능해지므로, 제1 탭재(2)에 인접하는 표면측 소성화 영역(W1)에 있어서도 접합 결함이 발생하기 어려워진다. 또한, 보수용 회전 툴(C)로 마찰 교반할 수 있는 영역에 비해 제2 보수 영역(R2)이 큰 경우에는, 마찰 교반의 루트를 어긋나게 하면서 보수용 회전 툴(C)을 여러번 U턴시키면 된다.

제2 보수 영역(R2)에 대한 마찰 교반이 종료되면, 보수용 회전 툴(C)을 이탈시키지 않고 그대로 제1 보수 영역(R1)으로 이동시켜, 상기한 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트를 따라 연속해서 마찰 교반을 행한다. 이와 같이 하면, 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트를 따라 터널 결함이 연속해서 형성된 경우라도, 이를 확실하게 분단하는 것이 가능해지므로, 접합 결함이 발생하기 어려워진다.

제1 보수 영역(R1)에 대한 마찰 교반이 종료되면, 보수용 회전 툴(C)을 이탈시키지 않고 그대로 제3 보수 영역(R3)으로 이동시켜, 제3 보수 영역(R3)에 대해 마찰 교반을 행한다. 이와 같이 하면, 금속 부재(1)의 측면(14)과 제2 탭재(3)의 접촉면(31)에 있는 산화 피막이 표면측 소성화 영역(W1)[도 6의 (b) 참조]에 말려들어가게 된 경우라도, 당해 산화 피막을 분단하는 것이 가능해지므로, 제2 탭재(3)에 인접하는 표면측 소성화 영역(W1)에 있어서도 접합 결함이 발생하기 어려워진다. 또한, 보수용 회전 툴(C)로 마찰 교반할 수 있는 영역에 비해 제3 보수 영역(R3)이 큰 경우에는, 마찰 교반의 루트를 어긋나게 하면서 보수용 회전 툴(C)을 여러번 U턴시키면 된다.

제3 보수 영역(R3)에 대한 마찰 교반이 종료하면, 보수용 회전 툴(C)을 종료 위치 E_R로 이동시켜, 보수용 회전 툴(C)을 회전시키면서 상승시켜 교반 핀(C2)[도 6의 (b) 참조]을 종료 위치 E_R로부터 이탈시킨다.

또한, 보수용 회전 툴(C)을 종료 위치 E_R로부터 이탈시킬 때의 회전 속도 및 이탈 속도(상승 속도)는, 교반 핀(C2)의 치수ㆍ형상, 마찰 교반되는 금속 부재(1) 등의 재질이나 두께 등에 따라서 설정되는 것이지만, 대부분의 경우, 회전 속도는 300 내지 2000(rpm)의 범위 내에 있어서 설정되고, 이탈 속도는 30 내지 60(㎜/분)의 범위 내에 있어서 설정된다. 보수용 회전 툴(C)의 이탈시의 회전 속도는 이동시의 회전 속도와 같거나, 그것보다도 고속으로 한다.

(5) 제1 횡단 보수 공정 :

제1 횡단 보수 공정도, 제1 본접합 공정에 의해 금속 부재(1)에 형성된 표면측 소성화 영역(W1)에 대해 마찰 교반을 행하는 공정이며, 표면측 소성화 영역(W1)에 포함되어 있을 가능성이 있는 터널 결함을 분단할 목적으로 행해지는 것이다.

본 실시 형태에 관한 제1 횡단 보수 공정에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 표면측 소성화 영역(W1)을 복수회 횡단하도록 횡단용 회전 툴(D)을 이동시킴으로써, 표면측 소성화 영역(W1)에 대해 마찰 교반을 행한다. 즉, 제1 횡단 보수 공정에서는, 표면측 소성화 영역(W1)을 복수회 횡단하도록 마찰 교반의 루트를 설정한다. 이와 같이 하면, 표면측 소성화 영역(W1)을 따라 터널 결함이 형성되어 있다고 해도, 당해 터널 결함을 충분한 확실성을 갖고 분단하는 것이 가능해진다.

제1 횡단 보수 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트는 표면측 소성화 영역(W1)에 형성되는 복수의 소성화 영역(이하,「재소성화 영역」이라 함)(W3, W3,…)이 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트[즉, 표면측 소성화 영역(W1)의 중앙선] 상에 있어서 서로 이격하도록 설정한다.

제1 횡단 보수 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트에는, 표면측 소성화 영역(W1)을 가로지르는 복수의 교차 루트(F1)와, 인접하는 교차 루트(F1, F1)의 동일측 단부끼리를 연결하는 이행 루트(F2)가 설치되어 있다. 즉, 제1 횡단 보수 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트는 표면측 소성화 영역(W1)의 측방으로부터 시작되어 표면측 소성화 영역(W1)을 사이에 두고 반대측을 향하도록 설정되는 제1 교차 루트(F1)와, 이 교차 루트(F1)의 종료점 e10으로부터 시작되어 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트[금속 부재(1, 1)의 이음매]를 따르도록 설정되는 이행 루트(F2)와, 이 이행 루트(F2)의 종료점 s10으로부터 시작되어 표면측 소성화 영역(W1)을 사이에 두고 반대측을 향하도록 설정되는 제2 교차 루트(F1)를 적어도 구비하고 있다.

교차 루트(F1)는 표면측 소성화 영역(W1)을 가로지르도록 설정된 마찰 교반의 루트이며, 본 실시 형태에서는 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트와 직교하고 있다. 교차 루트(F1)의 시작점 s10과 종료점 e10은, 표면측 소성화 영역(W1)의 측방에 위치하고 있고, 표면측 소성화 영역(W1)을 사이에 두고 대향하고 있다.

교차 루트(F1)의 시작점 s10과 종료점 e10의 위치는, 횡단용 회전 툴(D)의 전체가 표면측 소성화 영역(W1)으로부터 빠져나오는 위치에 설정하는 것이 바람직하지만, 표면측 소성화 영역(W1)으로부터 필요 이상으로 이격된 위치에 설정하면, 횡단용 회전 툴(D)의 이동 거리가 증대해 버리므로, 본 실시 형태에서는, 시작점 s10으로부터 표면측 소성화 영역(W1)의 측모서리까지의 거리 및 표면측 소성화 영역(W1)의 측모서리로부터 종료점 e10까지의 거리가, 횡단용 회전 툴(D)의 숄더부(D2)의 외경 X₄(도 9 참조)의 절반 정도와 같아지는 위치로 설정하고 있다. 즉, 교차 루트(F1)의 길이(시작점 s10으로부터 종료점 e10까지의 거리)는, 표면측 소성화 영역(W1)의 폭 치수 d₆에 숄더부(D2)의 외경 X₄를 더한 값과 같아진다. 덧붙여서, 횡단용 회전 툴(D)에 의해 형성되는 소성화 영역의 폭 치수 d₉는, 숄더부(D2)의 외경 X₄와 대략 동일해지므로, 교차 루트(F1)의 길이는 표면측 소성화 영역(W1)의 폭 치수 d₆에 횡단용 회전 툴(D)에 의해 형성되는 소성화 영역의 폭 치수 d₉를 더한 값과 대략 동일해진다.

인접하는 교차 루트(F1, F1)의 이격 거리 d₇은, 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트[즉, 표면측 소성화 영역(W1)의 중앙선] 상에 있어서 재소성화 영역(W3, W3,…)이 서로 이격하는 크기로 설정한다. 또한, 인접하는 재소성화 영역(W3, W3)의 이격 거리 d₈은 재소성화 영역 W3의 폭 치수 d₉ 이상, 보다 적합하게는 폭 치수 d₉의 2배 이상 확보하는 것이 바람직하다.

이행 루트(F2)는 하나의 교차 루트(F1)의 종료점 e10으로부터 이 교차 루트(F1)보다도 마찰 교반의 종료 위치 E_C측에 위치하는 다른 교차 루트(F1)의 시작점 s10에 이르는 마찰 교반의 루트이며, 본 실시 형태에서는, 표면측 소성화 영역(W1)의 우측 혹은 좌측에 설치되어 있으며, 또한 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트와 평행하게 되어 있다.

이행 루트(F2)는, 이행 루트(F2)를 따라 횡단용 회전 툴(D)을 이동시킴으로써 형성되는 소성화 영역(W4)이 표면측 소성화 영역(W1)의 측모서리에 접촉하는 위치에 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이, 이행 루트(F2)의 시작점인 교차 루트 F1의 종료점 e10과 표면측 소성화 영역(W1)의 측모서리의 거리 및 이행 루트(F2)의 종료점인 교차 루트(F1)의 시작점 s10과 표면측 소성화 영역(W1)의 측모서리의 거리가, 각각 횡단용 회전 툴(D)에 의해 형성되는 소성화 영역의 폭 치수 d₉의 절반 정도와 같게 되어 있으므로, 소성화 영역(W4)은 필연적으로 표면측 소성화 영역(W1)의 측모서리에 접촉하게 된다.

제1 횡단 보수 공정에 있어서의 마찰 교반의 순서를 상세하게 설명한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 상기한 보수용 회전 툴(C)(도 6 참조)을 횡단용 회전 툴(D)로서 사용하는 것으로 하고, 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 횡단용 회전 툴(D)의 회전 속도, 삽입 속도, 이동 속도, 이탈 속도 등도 보수용 회전 툴(C)의 경우와 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다.

본 실시 형태에서는, 하나의 횡단용 회전 툴(D)을 한붓 그리기 이동 궤적(비드)을 형성하도록 지그재그 형상으로 이동시킴으로써, 마찰 교반의 개시 위치 S_C로부터 종료 위치 E_C까지 연속해서 마찰 교반을 행한다. 즉, 마찰 교반의 개시 위치 S_C에 삽입한 횡단용 회전 툴(D)의 교반 핀(D2)(도 9 참조)을 도중에 이탈시키지 않고 종료 위치 E_C까지 이동시킨다. 또한, 표면측 소성화 영역(W1)을 횡단할 때마다, 횡단용 회전 툴(D)을 이탈시켜도 상관없다. 또한, 본 실시 형태에서는, 금속 부재(1)에 마찰 교반의 개시 위치 S_C를 마련하는 동시에, 제2 탭재(3)에 종료 위치 E_C를 마련한 경우를 예시하지만, 개시 위치 S_C와 종료 위치 E_C의 위치를 한정하는 취지는 아니다.

제1 횡단 보수 공정에 있어서의 마찰 교반의 순서를 보다 상세하게 설명한다.

제1 횡단 보수 공정에서는, 우선 금속 부재(1)의 적소에 마련한 개시 위치 S_C에 횡단용 회전 툴(D)의 교반 핀(D2)(도 9 참조)을 삽입(압입)하여 마찰 교반을 개시하고, 첫 번째의 교차 루트(F1)를 따라 연속해서 마찰 교반을 행한다.

교차 루트(F1)를 따라 횡단용 회전 툴(D)을 이동시키면, 표면측 소성화 영역(W1)의 상부에 있는 금속이 다시 마찰 교반되게 되므로(도 9 참조), 상기한 제1 보수 공정에서 완전히 분단할 수 없었던 터널 결함이나 제1 보수 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트로부터 어긋난 위치에 형성되어 있던 터널 결함 등을 충분한 확실성을 갖고 분단할 수 있다.

횡단용 회전 툴(D)이 첫 번째의 교차 루트(F1)의 종료점 e10에 도달하면, 횡단용 회전 툴(D)의 이동 방향을 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트에 따르는 방향으로 변경하고, 이행 루트(F2)를 따라 이동시킨다. 즉, 횡단용 회전 툴(D)을 종료점 e10에서 이탈시키지 않고 그대로 이행 루트(F2)를 따라 이동시키고, 표면측 소성화 영역(W1)의 측방에 있는 금속에 대해 연속해서 마찰 교반을 행한다. 본 실시 형태에서는, 이행 루트(F2)가 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트와 평행하게 되어 있으므로, 이행 루트(F2)를 경사시키는 경우에 비해 이행 루트(F2)의 거리가 짧아진다.

횡단용 회전 툴(D)이 두 번째의 교차 루트(F1)의 시작점 s10에 도달하면, 횡단용 회전 툴(D)의 이동 방향을 표면측 소성화 영역(W1)에 교차하는 방향으로 변경하는 동시에, 횡단용 회전 툴(D)을 이탈시키지 않고 그대로 두 번째의 교차 루트(F1)를 따라 이동시키고, 표면측 소성화 영역(W1)에 대해 연속해서 마찰 교반을 행한다.

이상과 같은 과정을 반복하여, 횡단용 회전 툴(D)이 마지막 교차 루트(F1)의 종료점 e10에 도달하면, 횡단용 회전 툴(D)을 종료 위치 E_C로 이동시키고, 횡단용 회전 툴(D)을 회전시키면서 상승시켜 교반 핀(D2)(도 9 참조)을 종료 위치 E_C로부터 이탈시킨다.

이와 같이, 복수의 재소성화 영역(W3, W3,…)을 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트 상에 있어서 서로 이격시키면, 표면측 소성화 영역(W1)의 전체에 재소성화 영역을 형성하는 경우에 비해, 횡단용 회전 툴(D)의 횡단 회수나 방향 전환의 회수가 적어지고, 그 결과, 제1 횡단 보수 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트의 총연장이 짧아지므로, 횡단용 회전 툴(D)의 불필요한 움직임이 없어지고, 나아가서는, 터널 결함을 효율적으로 분단하는 것이 가능해진다. 특히 본 실시 형태에서는, 인접하는 재소성화 영역(W3, W3)의 이격 거리 d₈을, 재소성화 영역(W3)의 폭 치수 d₉ 이상으로 하고 있으므로, 한층 더 횡단용 회전 툴(D)의 불필요한 움직임이 없어진다.

또한, 보수용 회전 툴(C)과는 다른 회전 툴을 횡단용 회전 툴(D)로 해도 상관없지만, 이 경우라도, 도 2에 도시하는 본접합용 회전 툴(B)보다도 소형인 것이 바람직하다. 또한, 본접합용 회전 툴(B)에 의한 터널 결함은 그 교반 핀의 상단부로부터 1/3까지의 범위로 형성되는 경우가 많으므로, 횡단용 회전 툴(D)의 교반 핀의 길이는 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)(도 2 참조)의 길이 L₁의 1/3 이상으로 하는 것이 바람직하지만, 1/2 보다도 커지면, 소성화 영역이 필요 이상으로 확대될 우려가 있으므로, 1/2 이하로 하는 것이 바람직하다.

제1 횡단 보수 공정이 종료되면, 제1 예비 공정, 제1 본접합 공정, 제1 보수 공정 및 제1 횡단 보수 공정에 있어서의 마찰 교반으로 발생한 버어를 제거하고, 또한 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이 금속 부재(1, 1)를 뒤집어 이면(13)을 상부로 한다.

(6) 제2 예비 공정 :

제2 예비 공정은, 제2 본접합 공정에 앞서 행해지는 공정이며, 본 실시 형태에서는, 제2 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 개시 위치 S_M2에 하부 구멍(P2)을 형성하는 하부 구멍 형성 공정을 구비하고 있다. 또한, 제2 예비 공정 중에, 상기한 제1 탭재 접합 공정, 임시 접합 공정 및 제2 탭재 접합 공정을 포함시켜도 좋다.

(7) 제2 본접합 공정 :

제2 본접합 공정은 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)를 본격적으로 접합하는 공정이다. 본 실시 형태에 관한 제2 본접합 공정에서는, 도 10의 (a) 및 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 본접합 공정에서 사용한 본접합용 회전 툴(B)을 사용하여 맞댐부(J1)에 대해 금속 부재(1)의 이면(13)측으로부터 마찰 교반을 행한다.

제2 본접합 공정에서는, 제2 탭재(3)에 마련한 하부 구멍(P2)(개시 위치 S_M2)에 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)을 삽입(압입)하고, 삽입한 교반 핀(B2)을 도중에 이탈시키지 않고 제1 탭재(2)에 마련한 종료 위치 E_M2까지 이동시킨다. 즉, 제2 본접합 공정에서는, 하부 구멍(P2)으로부터 마찰 교반을 개시하고, 종료 위치 E_M)까지 연속해서 마찰 교반을 행한다.

도 10의 (a) 내지 도 10의 (c)를 참조하여 제2 본접합 공정을 보다 상세하게 설명한다.

우선, 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 하부 구멍(P2)의 바로 위에 본접합용 회전 툴(B)을 위치시키고, 계속해서 본접합용 회전 툴(B)을 우회전시키면서 하강시켜 교반 핀(B2)의 선단부를 하부 구멍(P2)에 삽입한다. 또한, 본접합용 회전 툴(B)의 삽입시의 회전 속도는, 상기한 제1 본접합 공정의 경우와 마찬가지로, 본접합용 회전 툴(B)의 이동시의 회전 속도보다도 고속으로 하는 것이 바람직하다.

교반 핀(B2)의 전체가 제2 탭재(3)에 인입하고, 또한 숄더부(B1)의 하단부면(B11)의 전체면이 제2 탭재(3)의 표면에 접촉하면, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이 마찰 교반을 행하면서 본접합용 회전 툴(B)을 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J)의 일단부를 향해 상대 이동시킨다. 본접합용 회전 툴(B)을 이동시키면, 그 교반 핀(B2)의 주위에 있는 금속이 순차 소성 유동화하는 동시에, 교반 핀(B2)으로부터 이격된 위치에서는, 소성 유동화하고 있던 금속이 다시 경화하여 소성화 영역(W2)[이하,「이면측 소성화 영역(W2)」이라 함]이 형성된다. 본 실시 형태에 있어서는, 제1 본접합 공정과 제2 본접합 공정에 있어서 동일한 본접합용 회전 툴(B)을 사용하고 있으므로, 이면측 소성화 영역(W2)의 단면적은, 표면측 소성화 영역(W1)의 단면적과 동등해진다. 또한, 제1 본접합 공정의 경우와 마찬가지로, 본접합용 회전 툴(B)을 이동시킬 때에는, 숄더부(B1)의 축선을 연직선에 대해 진행 방향의 후방측으로 약간 경사시켜도 좋지만, 경사시키지 않고 연직으로 하면, 본접합용 회전 툴(B)의 방향 전환이 용이해져, 복잡한 움직임이 가능해진다. 또한, 금속 부재(1)로의 입열량이 과대해질 우려가 있는 경우에는, 본접합용 회전 툴(B)의 주위에 이면(13)측으로부터 물을 공급하는 등 하여 냉각하는 것이 바람직하다.

금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)의 일단부에 도달하면, 금속 부재(1, 1)의 이음매를 따라 본접합용 회전 툴(B)을 상대 이동시켜 맞댐부(J1)의 타단부까지 연속해서 마찰 교반을 행하고, 또한 마찰 교반을 행하면서 종료 위치 E_M2까지 상대 이동시킨다.

맞댐부(J1)에 대해 마찰 교반을 행할 때에는, 제1 본접합 공정에서 형성된 표면측 소성화 영역(W1)에 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)을 인입시키면서 마찰 교반을 행한다. 이와 같이 하면, 제1 본접합 공정에서 형성된 표면측 소성화 영역(W1)의 깊이부가, 교반 핀(B2)에 의해 다시 마찰 교반되게 되므로, 표면측 소성화 영역(W1)의 깊이부에 접합 결함이 연속적으로 형성되어 있었다고 해도, 당해 접합 결함을 분단하여 불연속으로 하는 것이 가능해지고, 나아가서는 접합부에 있어서의 기밀성이나 수밀성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시 형태에서는, 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)의 길이 L₁이, 1.01≤2L₁/t≤1.10이라는 관계를 충족시키도록 설정되어 있으므로[도 2의 (b) 참조], 금속 부재(1, 1)의 이음매를 따라 본접합용 회전 툴(B)을 이동시키는 것만으로, 표면측 소성화 영역(W1)에 교반 핀(B2)이 확실하게 인입하게 된다.

본접합용 회전 툴(B)이 종료 위치 E_M2에 도달하면, 본접합용 회전 툴(B)을 회전시키면서 상승시켜 교반 핀(B2)을 종료 위치 E_M2로부터 이탈시킨다[도 10의 (c) 참조]. 본접합용 회전 툴(B)의 이탈시의 회전 속도는, 상기한 제1 본접합 공정의 경우와 마찬가지로, 이동시의 회전 속도보다도 고속으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 제1 본접합 공정에서 남게 된 빠짐 구멍(Q1)과 제2 본접합 공정에 있어서의 본접합용 회전 툴(B)의 이동 루트가 겹치면, 소성 유동화한 금속이 빠짐 구멍(Q1)으로 유입하여, 접합 결함이 발생할 우려가 있으므로, 빠짐 구멍(Q1)으로부터 이격된 위치에 제2 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 종료 위치 E_M2[빠짐 구멍(Q2)]를 마련하는 동시에, 빠짐 구멍(Q1)을 피하도록 제2 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트를 설정하고, 당해 루트를 따라 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)을 이동시키는 것이 바람직하다.

또한, 제2 본접합 공정에서 사용하는 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)이 제1 본접합 공정의 빠짐 구멍(Q1)을 통과하지 않는 경우라도, 그 이격 거리가 작은 경우에는, 소성 유동화한 금속이 빠짐 구멍(Q1)으로 밀어내어져 접합 결함이 발생할 우려가 있으므로, 보다 적합하게는, 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 종료 위치 E_M1과, 제2 본접합 공정에 있어서의 본접합용 회전 툴(B)의 이동 궤적(본 실시 형태에서는 종료 위치 E_M2)와의 평면에서 볼 때의 최단 거리 d₁을, 본접합용 회전 툴(B)의 숄더부(B1)의 외경 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태와 같이 제1 본접합 공정에서 사용한 본접합용 회전 툴(B)을 사용하여 제2 본접합 공정을 행하면, 작업 효율이 향상되어 비용의 삭감을 도모하는 것이 가능해지고, 또한 표면측 소성화 영역(W1)의 단면적과 이면측 소성화 영역(W2)의 단면적이 동등해지므로, 접합부의 품질이 균질해지지만, 제1 본접합 공정과 제2 본접합 공정에서 다른 형태의 본접합용 회전 툴을 사용해도 상관없다.

제1 본접합 공정과 제2 본접합 공정에서 다른 형태의 본접합용 회전 툴을 사용하는 경우에는, 예를 들어 도 11의 (a) 및 도 11의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 본접합 공정에서 사용하는 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)의 길이 L₁과 제2 본접합 공정에서 사용하는 본접합용 회전 툴(B')의 교반 핀(B2')의 길이 L₂의 합을, 맞댐부(J1)에 있어서의 금속 부재(1)의 두께(t) 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 교반 핀(B2, B2')의 길이 L₁, 길이 L₂가, 각각 두께(t) 미만인 것은 물론이다. 이와 같이 하면, 제1 본접합 공정에서 형성된 표면측 소성화 영역(W1)의 깊이부가, 제2 본접합 공정에서 사용하는 본접합용 회전 툴(B')의 교반 핀(B2')에 의해 다시 마찰 교반되게 되므로, 표면측 소성화 영역(W1)의 깊이부에 접합 결함이 연속적으로 형성되어 있었다 해도, 당해 접합 결함을 분단하여 불연속으로 하는 것이 가능해지고, 나아가서는 접합부에 있어서의 기밀성이나 수밀성을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 더 적합하게는, 도 11의 (a) 및 도 11의 (b)에 도시한 바와 같이, 본접합용 회전 툴(B, B')의 교반 핀(B2, B2')의 길이 L₁, 길이 L₂를 각각 맞댐부(J1)에 있어서의 금속 부재(1)의 두께(t)의 1/2 이상으로 설정하는 것이 바람직하고, 또한 두께(t)의 3/4 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 교반 핀(B2, B2')의 길이 L₁, 길이 L₂를 두께(t)의 1/2 이상으로 설정하면, 표면측 소성화 영역(W1)과 이면측 소성화 영역(W2)이 금속 부재(1)의 두께 방향의 중앙부에 있어서 중복되는 동시에, 표면측 소성화 영역(W1)의 단면적과 이면측 소성화 영역(W2)의 단면적의 차가 작아지므로, 접합부의 품질이 균질해지고, 교반 핀(B2, B2')의 길이 L₁, 길이 L₂를 두께(t)의 3/4 이하로 설정하면, 마찰 교반을 행할 때에 백킹재가 불필요해지므로, 작업 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

보다 적합하게는, 교반 핀(B2, B2')의 길이 L₁, 길이 L₂를, 1.01≤(L₁+L₂)/t≤1.10이라는 관계를 충족시키도록 설정하면 좋다. (L₁+L₂)/t를 1.01 이상으로 해 두면, 금속 부재(1)에 치수 공차 등이 있었다 해도, 제2 본접합 공정에 있어서, 교반 핀(B2')을 확실하게 표면측 소성화 영역(W1)에 인입시키는 것이 가능해진다. 또한, (L₁+L₂)/t를 1.10보다도 크게 하면, 각 회전 툴이 필요 이상으로 커져 마찰 교반 장치에 걸리는 부하가 커지지만, (L₁+L₂)/t를 1.10 이하로 해 두면, 마찰 교반 장치에 걸리는 부하가 작아진다.

(8) 제2 보수 공정 :

제2 보수 공정은, 제2 본접합 공정에 의해 금속 부재(1)에 형성된 이면측 소성화 영역(W2)에 대해 마찰 교반을 행하는 공정이며, 이면측 소성화 영역(W2)에 포함되어 있을 가능성이 있는 접합 결함을 보수할 목적으로 행해지는 것이다. 제2 보수 공정은 금속 부재(1)의 이면(13)측으로부터 마찰 교반을 행하는 점 이외는, 상기한 제1 보수 공정과 마찬가지이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

(9) 제2 횡단 보수 공정 :

제2 횡단 보수 공정은, 제2 본접합 공정에 의해 금속 부재(1)에 형성된 이면측 소성화 영역(W2)에 대해 마찰 교반을 행하는 공정이며, 이면측 소성화 영역(W2)에 포함되어 있을 가능성이 있는 터널 결함을 분단할 목적으로 행해지는 것이다. 제2 횡단 보수 공정은, 금속 부재(1)의 이면(13)측으로부터 마찰 교반을 행하는 점 이외는, 상기한 제1 횡단 보수 공정과 마찬가지이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

제2 횡단 보수 공정이 종료되면, 제2 예비 공정, 제2 본접합 공정, 제2 보수 공정 및 제2 횡단 보수 공정에 있어서의 마찰 교반에서 발생한 버어를 제거하고, 또한 제1 탭재(2) 및 제2 탭재(3)를 잘라낸다.

이상과 같은 (1) 내지 (9)의 공정을 거침으로써, 두께가 40(㎜)을 초과하는 매우 두꺼운 금속 부재(1, 1)를 접합하는 경우라도, 접합부에 있어서의 기밀성이나 수밀성을 향상시키는 것이 가능해진다.

[변형예]

또한, 상기한 제1 실시 형태에 있어서의 순서 등은 적절하게 변경해도 상관없다.

예를 들어, 상기한 제1 탭재 접합 공정에 있어서는, 우회전시킨 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 우측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록 제1 탭재 접합 공정의 시작점 s2와 종료점 e2의 위치를 설정하였지만(도 4 참조), 이에 한정되는 일은 없고, 도 4에 도시하는 종료점 e2의 위치를 되접힘점으로 하고, 도 4에 도시하는 임시 접합 공정의 시작점 s1의 위치를 제1 탭재 접합 공정의 종료점으로 해도 좋다. 즉, 도 12에 도시한 바와 같이, 금속 부재(1)와 제1 탭재(2)의 이음매 상에 시작점 s2와 되접힘점 m2를 마련하는 동시에, 시작점 s2와 되접힘점 m2 사이에 있는 임시 접합 공정의 시작점 s1을 종료점 e2로 하고, 임시 접합용 회전 툴을 시작점 s2로부터 되접힘점 m2로 이동시킨 후에, 되접힘점 m2로부터 종료점 e2로 이동시킴으로써 맞댐부(J2)에 대해 마찰 교반을 행해도 좋다.

이와 같이 하면, 제1 탭재 접합 공정의 종료점 e2로부터 임시 접합 공정의 시작점 s1에 이르는 마찰 교반의 루트를 제1 탭재(2)에 설정할 필요가 없어지므로, 임시 접합용 회전 툴(A)의 이동 거리를 최소한으로 억제할 수 있다. 즉, 제1 탭재 접합 공정을 효율적으로 행하는 것이 가능해지고, 또한 임시 접합용 회전 툴(A)의 마모량을 저감시키는 것이 가능해진다.

또한, 임시 접합용 회전 툴(A)을 우회전시키고 있는 경우에는, 적어도 시작점 s2로부터 되접힘점 m2에 이르는 마찰 교반의 루트에 있어서 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 우측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록, 제1 탭재 접합 공정의 시작점 s2, 되접힘점 m2 및 종료점 e2의 위치를 설정하는 것이 바람직하다. 덧붙여서, 임시 접합용 회전 툴(A)을 좌회전시키고 있는 경우에는, 도시는 생략하지만, 적어도 시작점으로부터 되접힘점에 이르는 마찰 교반의 루트에 있어서 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 좌측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록, 제1 탭재 접합 공정의 시작점, 되접힘점 및 종료점의 위치를 설정하는 것이 바람직하다.

마찬가지로, 상기한 제2 탭재 접합 공정에 있어서도, 우회전시킨 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 우측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3과 종료점 e3의 위치를 설정하였지만(도 4 참조), 이에 한정되지 않고, 도 4에 도시하는 임시 접합 공정의 종료점 e1을 시작점으로 하여, 도 4에 도시하는 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3의 위치를 되접힘점으로 해도 좋다. 즉, 도 12에 도시한 바와 같이, 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)의 이음매 상에 되접힘점 m3과 종료점 e3을 마련하는 동시에, 되접힘점 m3과 종료점 e3 사이에 있는 임시 접합 공정의 종료점 e1을 시작점 s3으로 하고, 임시 접합용 회전 툴(A)을 시작점 s3으로부터 되접힘점 m3으로 이동시킨 후에, 되접힘점 m3으로부터 종료점 e3으로 이동시킴으로써 맞댐부(J3)에 대해 마찰 교반을 행해도 좋다.

이와 같이 하면, 임시 접합 공정의 종료점 e1로부터의 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3에 이르는 마찰 교반의 루트를 제2 탭재(3)에 설정할 필요가 없어지므로, 임시 접합용 회전 툴(A)의 이동 거리를 최소한으로 억제할 수 있다. 즉, 제2 탭재 접합 공정을 효율적으로 행하는 것이 가능해지고, 또한 임시 접합용 회전 툴(A)의 마모량을 저감시키는 것이 가능해진다.

또한, 임시 접합용 회전 툴(A)을 우회전시키고 있는 경우에는, 적어도 되접힘점 m3으로부터 종료점 e3에 이르는 마찰 교반의 루트에 있어서 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 우측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록, 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3, 되접힘점 m3 및 종료점 e3의 위치를 설정하는 것이 바람직하다. 덧붙여서, 임시 접합용 회전 툴(A)을 좌회전시키고 있는 경우에는, 도시는 생략하지만, 적어도 되접힘점으로부터 종료점에 이르는 마찰 교반의 루트에 있어서 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 좌측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록, 제2 탭재 접합 공정의 시작점, 되접힘점 및 종료점의 위치를 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 보수 공정에서는, 제1 보수 영역(R1), 제2 보수 영역(R2) 및 제3 보수 영역(R3)에 대해 마찰 교반을 행하였지만(도 7 참조), 제2 보수 영역(R2)과 제3 보수 영역(R3)에 대해서만 마찰 교반을 행해도 좋다.

이 경우에는, 도 13에 도시한 바와 같이, 맞댐부(J1)의 양단부의 각각에 있어서, 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역[제2 보수 영역(R2) 또는 제3 보수 영역(R3)]을 가로지르도록 보수용 회전 툴(C')을 이동시키면 된다. 즉, 맞댐부(J1)의 한쪽 단부에 있어서, 맞댐부(J2)를 따라 보수용 회전 툴(C')을 이동시킴으로써, 제2 보수 영역(R2)에 대해 마찰 교반을 행하고, 맞댐부(J1)의 다른 쪽 단부에 있어서, 맞댐부(J3)를 따라 보수용 회전 툴을 이동시킴으로써, 제3 보수 영역(R3)에 대해 마찰 교반을 행하면 된다. 구체적으로는, 마찰 교반의 개시 위치 S_R을 한쪽의 금속 부재(1)에 마련하고, 다른 쪽의 금속 부재(1)를 향해 보수용 회전 툴을 이동시킴으로써, 금속 부재(1)의 측모서리부에 대해 마찰 교반을 행하면 된다. 이와 같이 해도, 본접합용 회전 툴(B)[도 2의 (b) 참조]이 맞댐부(J2, J3)를 가로지를 때에 말려들어간 산화 피막이 분단되게 되므로, 접합 결함이 매우 적은 접합체를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 맞댐부(J2)를 따라 마찰 교반을 행할 때에, 보수용 회전 툴(C')을 우회전시킨 경우에는, 진행 방향의 좌측에 제1 탭재(2)가 위치하도록 마찰 교반의 루트를 설정하고, 도시한 바와 같이 좌회전시킨 경우에는, 진행 방향의 우측에 제1 탭재(2)가 위치하도록 마찰 교반의 루트를 설정한다. 마찬가지로, 맞댐부(J3)를 따라 마찰 교반을 행할 때에, 도시와 같이 보수용 회전 툴(C')을 우회전시킨 경우에는, 진행 방향의 좌측에 제2 탭재(3)가 위치하도록 마찰 교반의 루트를 설정하고, 좌회전시킨 경우에는, 진행 방향의 우측에 제2 탭재(3)가 위치하도록 마찰 교반의 루트를 설정한다. 어떠한 경우도, 마찰 교반의 종료 위치 E_R은 보수용 회전 툴(C')의 교반 핀의 빠짐 구멍이 금속 부재(1, 1)에 남지 않도록, 제1 탭재(2) 또는 제2 탭재(3)에 마련하면 좋다.

상기한 횡단 보수 공정에서는, 마찰 교반의 루트의 일부인 교차 루트(F1)를 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트에 직교시킨 경우를 예시하였지만(도 8 참조), 도 14에 도시하는 교차 루트(F1')와 같이 경사 교차시켜도 좋다.

도 14에 도시하는 횡단 보수 공정의 마찰 교반의 루트도, 복수의 재소성화 영역(W3, W3,…)이 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트[소성화 영역(W1)의 중앙선] 상에 있어서 서로 이격하도록 설정되어 있지만, 도 8에 도시하는 이행 루트(F2)가 생략되어 있어, 복수의 교차 루트(F1', F1',…)가 연속하고 있다. 또한, 적합하게는, 인접하는 재소성화 영역(W3, W3)의 소성화 영역(W1)의 중앙선 상에 있어서의 이격 거리 d₈을, 재소성화 영역(W3)의 폭 치수 d₉ 이상, 보다 적합하게는 폭 치수 d₉의 2배 이상 확보하는 것이 바람직하다.

교차 루트(F1')도 본접합 공정에 의해 형성된 소성화 영역(W1)을 가로지르도록 설정되어 있다. 교차 루트(F1')의 시작점[하나 전의 교차 루트(F1')의 종료점이기도 함] s11과 종료점[하나 후의 교차 루트(F1')의 시작점이기도 함] e11은, 소성화 영역(W1)의 측방에 위치하고 있고, 소성화 영역(W1)을 사이에 두고 대향하고 있다.

교차 루트(F1')의 시작점 s11 및 종료점 e11은, 횡단용 회전 툴(D)의 전체가 소성화 영역(W1)으로부터 빠져나오는 위치에 설정하는 것이 바람직하지만, 소성화 영역(W1)으로부터 필요 이상으로 이격된 위치에 설정하면, 횡단용 회전 툴(D)의 이동 거리가 증대해 버리므로, 본 실시 형태에서는, 시작점 s11로부터 소성화 영역(W1)의 측모서리까지의 거리 및 소성화 영역(W1)의 측모서리로부터 종료점 e11까지의 거리가, 횡단용 회전 툴(D)의 숄더부의 외경의 절반과 같아지는 위치에 설정하고 있다.

변형예에 관한 제1 횡단 보수 공정에서는, 우선 금속 부재(1)의 적소에 마련한 개시 위치 S_C에 횡단용 회전 툴(D)의 교반 핀을 삽입(압입)하여 마찰 교반을 개시하고, 첫 번째의 교차 루트(F1')를 따라 연속해서 마찰 교반을 행한다.

횡단용 회전 툴(D)이 첫 번째의 교차 루트(F1')의 종료점 e11에 도달하면, 횡단용 회전 툴(D)의 이동 방향을 변경하여, 두 번째의 교차 루트(F1')를 따라 이동시킨다. 즉, 횡단용 회전 툴(D)을 종료점 e11에서 이탈시키지 않고 그대로 두 번째의 교차 루트(F1')를 따라 이동시키고, 소성화 영역(W1)에 대해 연속해서 마찰 교반을 행한다.

이상과 같은 과정을 반복하여, 횡단용 회전 툴(D)이 마지막 교차 루트(F1')의 종료점 e11에 도달하면, 횡단용 회전 툴(D)을 종료 위치 E_C에 이동시키고, 횡단용 회전 툴(D)을 회전시키면서 상승시켜 교반 핀을 종료 위치 E_C로부터 이탈시킨다.

도 14에 도시하는 횡단 보수 공정과 같이, 소성화 영역(W1)에 대해 경사 교차하는 복수의 교차 루트(F1', F1',…)를 지그재그 형상으로 연속시키면, 이행 루트를 설치하는 경우(도 8 참조)에 비해, 횡단용 회전 툴(D)의 방향 전환의 회수를 삭감할 수 있으므로, 횡단용 회전 툴(D)의 움직임에 의해 한층 낭비가 없어져, 터널 결함을 한층 더 효율적으로 분단하는 것이 가능해진다.

[제2 실시 형태]

상기한 제1 실시 형태에서는, 금속 부재(1, 1)를 직선 형상으로 연결하는 경우를 예시하였지만, 금속 부재(1, 1)를 L자 형상이나 T자 형상으로 연결하는 경우에도 상기한 방법을 적용할 수 있다. 또한, 이하에서는, 금속 부재(1, 1)를 L자 형상으로 연결하는 경우를 예시한다.

제2 실시 형태에 관한 접합 방법도, 제1 실시 형태에 관한 접합 방법과 같이, (1) 준비 공정, (2) 제1 예비 공정, (3) 제1 본접합 공정, (4) 제1 보수 공정, (5) 제1 횡단 보수 공정, (6) 제2 예비 공정, (7) 제2 본접합 공정, (8) 제2 보수 공정, (9) 제2 횡단 보수 공정을 포함하고 있다. 또한, 제1 예비 공정, 제1 본접합 공정, 제1 보수 공정 및 제1 횡단 보수 공정은, 금속 부재(1)의 표면측으로부터 실행되는 공정이며, 제2 예비 공정, 장대(2)의 본접합 공정, 제2 보수 공정 및 제2 횡단 보수 공정은, 금속 부재(1)의 이면측으로부터 실행되는 공정이다.

(1) 준비 공정 :

도 15를 참조하여 준비 공정을 설명한다. 본 실시 형태에 관한 준비 공정은, 접합해야 할 금속 부재(1, 1)를 맞대는 맞댐 공정과, 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)의 양측에 제1 탭재(2)와 제2 탭재(3)를 배치하는 탭재 배치 공정과, 제1 탭재(2)와 제2 탭재(3)를 용접에 의해 금속 부재(1, 1)에 임시 접합하는 용접 공정을 구비하고 있다.

맞댐 공정에서는, 접합해야 할 금속 부재(1, 1)를 L자 형상으로 배치하고, 한쪽의 금속 부재(1)의 측면에 다른 쪽의 금속 부재(1)의 측면을 밀착시킨다.

탭재 배치 공정에서는, 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)의 일단부측(외측)에 제1 탭재(2)를 배치하여 제1 탭재(2)의 접촉면(21)[도 15의 (b) 참조]을 금속 부재(1, 1)의 외측의 측면에 접촉시키는 동시에, 맞댐부(J1)의 타단부측에 제2 탭재(3)를 배치하여 제2 탭재(3)의 접촉면(31, 31)[도 15의 (b) 참조]을 금속 부재(1, 1)의 내측 측면에 접촉시킨다. 또한, 금속 부재(1, 1)를 L자 형상으로 조합한 경우에는, 제1 탭재(2) 및 제2 탭재(3)의 한쪽[본 실시 형태에서는 제2 탭재(3)]를 금속 부재(1, 1)에 의해 형성된 내측 코너부[금속 부재(1, 1)의 내측 측면에 의해 형성된 코너부]에 배치한다.

용접 공정에서는, 금속 부재(1)와 제1 탭재(2)에 의해 형성된 내측 코너부(2a, 2a)를 용접하여 금속 부재(1)와 제1 탭재(2)를 접합하고, 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)에 의해 형성된 내측 코너부(3a, 3a)를 용접하여 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)를 접합한다.

준비 공정이 종료되면, 금속 부재(1, 1), 제1 탭재(2) 및 제2 탭재(3)를 도시하지 않은 마찰 교반 장치의 가대에 적재하고, 클램프 등의 도시하지 않은 지그를 사용하여 이동 불가능하게 구속한다.

(2) 제1 예비 공정 :

제1 예비 공정은 금속 부재(1, 1)와 제1 탭재(2)의 맞댐부(J2)를 접합하는 제1 탭재 접합 공정과, 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)를 임시 접합하는 임시 접합 공정과, 금속 부재(1, 1)와 제2 탭재(3)의 맞댐부(J3)를 접합하는 제2 탭재 접합 공정과, 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 개시 위치에 하부 구멍을 형성하는 하부 구멍 형성 공정을 구비하고 있다.

본 실시 형태의 제1 예비 접합 공정에서도, 도 16의 (a) 및 도 16의 (b)에 도시한 바와 같이, 하나의 임시 접합용 회전 툴(A)을 한붓 그리기 이동 궤적(비드)을 형성하도록 이동시켜, 맞댐부(J1, J2, J3)에 대해 연속해서 마찰 교반을 행한다.

본 실시 형태의 제1 예비 접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 순서를 보다 상세하게 설명한다.

우선, 임시 접합용 회전 툴(A)의 교반 핀(A2)을 좌회전시키면서 제1 탭재(2)의 적소에 마련한 개시 위치 S_P에 삽입하여 마찰 교반을 개시하고, 임시 접합용 회전 툴(A)을 제1 탭재 접합 공정의 시작점 s2를 향해 상대 이동시킨다.

임시 접합용 회전 툴(A)을 상대 이동시켜 제1 탭재 접합 공정의 시작점 s2까지 연속해서 마찰 교반을 행하면, 시작점 s2에서 임시 접합용 회전 툴(A)을 이탈시키지 않고 그대로 제1 탭재 접합 공정으로 이행한다.

제1 탭재 접합 공정에서는, 제1 탭재(2)와 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J2)에 대해 마찰 교반을 행한다. 구체적으로는, 금속 부재(1, 1)와 제2 탭재(2)의 이음매 상에 마찰 교반의 루트를 설정하고, 당해 루트를 따라 임시 접합용 회전 툴(A)을 상대 이동시킴으로써, 맞댐부(J2)에 대해 마찰 교반을 행한다. 본 실시 형태에서는, 임시 접합용 회전 툴(A)을 도중에 이탈시키지 않고 제1 탭재 접합 공정의 시작점 s2로부터 종료점 e2까지 연속해서 마찰 교반을 행한다.

또한, 임시 접합용 회전 툴(A)을 좌회전시킨 경우에는, 진행 방향의 우측에 미세한 접합 결함이 발생할 우려가 있으므로, 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 좌측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록 제1 탭재 접합 공정의 시작점 s2와 종료점 e2의 위치를 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 금속 부재(1)측에 접합 결함이 발생하기 어려워지므로, 고품질의 접합체를 얻는 것이 가능해진다.

임시 접합용 회전 툴(A)이 제1 탭재 접합 공정의 종료점 e2에 도달하면, 종료점 e2에서 마찰 교반을 종료시키지 않고 임시 접합 공정의 시작점 s1까지 연속해서 마찰 교반을 행하고, 그대로 임시 접합 공정으로 이행한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제1 탭재 접합 공정의 종료점 e2로부터 임시 접합 공정의 시작점 s1에 이르는 마찰 교반의 루트를 제1 탭재(2)에 설정하고 있다.

임시 접합 공정에서는, 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)에 대해 마찰 교반을 행한다. 구체적으로는, 금속 부재(1, 1)의 이음매 상에 마찰 교반의 루트를 설정하고, 당해 루트를 따라 임시 접합용 회전 툴(A)을 상대 이동시킴으로써, 맞댐부(J1)에 대해 마찰 교반을 행한다. 본 실시 형태에서는, 임시 접합용 회전 툴(A)을 도중에 이탈시키지 않고 임시 접합 공정의 시작점 s1로부터 종료점 e1까지 연속해서 마찰 교반을 행한다.

임시 접합용 회전 툴(A)이 임시 접합 공정의 종료점 e1에 도달하면, 그대로 제2 탭재 접합 공정으로 이행한다. 즉, 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3이기도 한 임시 접합 공정의 종료점 e1에서 임시 접합용 회전 툴(A)을 이탈시키지 않고 제2 탭재 접합 공정으로 이행한다.

제2 탭재 접합 공정에서는, 금속 부재(1, 1)와 제2 탭재(3)의 맞댐부(J3, J3)에 대해 마찰 교반을 행한다. 본 실시 형태에서는, 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3이 맞댐부(J3, J3)의 중간에 위치하고 있으므로, 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3으로부터 종료점 e3에 이르는 마찰 교반의 루트에 되접힘점 m3을 마련하고, 임시 접합용 회전 툴(A)을 시작점 s3으로부터 되접힘점 m3으로 이동시킨 후에[도 16의 (a) 참조], 임시 접합용 회전 툴(A)을 되접힘점 m3으로부터 종료점 e3으로 이동시킴으로써[도 16의 (b) 참조], 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3으로부터 종료점 e3까지 연속해서 마찰 교반을 행한다. 즉, 임시 접합용 회전 툴(A)을 시작점 s3 내지 되접힘점 m3 사이에서 왕복시킨 후에, 임시 접합용 회전 툴(A)을 종료점 e3까지 이동시킴으로써, 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3으로부터 종료점 e3까지 연속해서 마찰 교반을 행한다. 또한, 시작점 s3으로부터 되접힘점 m3에 이르는 마찰 교반의 루트 및 되접힘점 m3으로부터 종료점 e3에 이르는 마찰 교반의 루트는, 각각 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)의 이음매 상에 설정한다.

시작점 s3, 되접힘점 m3 및 종료점 e3의 위치 관계에 특별히 제한은 없지만, 본 실시 형태와 같이 임시 접합용 회전 툴(A)을 좌회전시키고 있는 경우에는, 적어도 되접힘점 m3으로부터 종료점 e3에 이르는 마찰 교반의 루트에 있어서 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 좌측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록, 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3, 되접힘점 m3 및 종료점 e3의 위치를 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 시작점 s3 내지 되접힘점 m3 사이에 있어서는, 왕로에 있어서도 귀로에 있어서도 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)의 이음매 상에 마찰 교반의 루트를 설정하고, 당해 루트를 따라 임시 접합용 회전 툴을 이동시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 시작점 s3으로부터 되접힘점 m3에 이르기까지의 동안에, 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 우측에 금속 부재(1)가 위치 이동하고, 금속 부재(1)측에 접합 결함이 발생하였다 해도, 그 후에 행해지는 되접힘점 m3으로부터 종료점 e3에 이르는 마찰 교반에 있어서 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 좌측에 금속 부재(1)가 위치하게 되므로, 상기한 접합 결함이 시정되어, 고품질의 접합체를 얻는 것이 가능해진다.

덧붙여서, 임시 접합용 회전 툴(A)을 우회전시킨 경우에는, 되접힘점으로부터 종료점에 이르는 마찰 교반의 루트에 있어서 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 우측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록, 제2 탭재 접합 공정의 시작점, 되접힘점 및 종료점의 위치를 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도시는 생략하지만, 임시 접합용 회전 툴(A)을 좌회전시킨 경우의 종료점 e3의 위치에 되접힘점을 마련하고, 임시 접합용 회전 툴(A)을 좌회전시킨 경우의 되접힘점 m3의 위치에 종료점을 마련하면 된다.

도 16의 (b)에 도시한 바와 같이, 임시 접합용 회전 툴(A)이 제2 탭재 접합 공정의 종료점 e3에 도달하면, 종료점 e3에서 마찰 교반을 종료시키지 않고, 제2 탭재(3)에 마련한 종료 위치 E_P까지 연속해서 마찰 교반을 행한다. 임시 접합용 회전 툴(A)이 종료 위치 E_P에 도달하면, 임시 접합용 회전 툴(A)을 회전시키면서 상승시켜 교반 핀(A2)을 종료 위치 E_P로부터 이탈시킨다.

계속해서, 하부 구멍 형성 공정을 실행한다. 하부 구멍 형성 공정은, 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 개시 위치에 하부 구멍(P1)을 형성하는 공정이다. 본 실시 형태에 관한 하부 구멍 형성 공정에서는, 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)의 맞댐부(J3)에 형성한다.

하부 구멍(P1)의 형성 방법에 제한은 없고, 예를 들어 도시하지 않은 공지의 드릴을 회전 삽입함으로써 형성할 수 있지만, 이 외에 임시 접합용 회전 툴(A)의 교반 핀(A2)[도 2의 (a) 참조]보다도 대형이고 또한 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)[도 2의 (b) 참조]보다도 소형의 교반 핀을 갖는 회전 툴을 회전시키면서 삽입 발출함으로써도 형성할 수 있다.

또한, 하부 구멍(P1)의 위치(즉, 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 개시 위치)에도 제한은 없고, 제1 탭재(2)나 제2 탭재(3)에 형성해도 좋고, 맞댐부(J2)에 형성해도 좋지만, 본 실시 형태와 같이 금속 부재(1)의 표면(12)측에 나타나는 금속 부재(1, 1)의 이음매(경계선)의 연장선 상이나, 혹은 도시는 생략하지만, 금속 부재(1, 1)의 이음매의 단부[즉, 맞댐부(J1)의 단부]에 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 금속 부재(1, 1)의 이음매의 연장선 상에 하부 구멍(P1)을 형성하는 경우에는, 도 17에 도시한 바와 같이, 당해 연장선 상에 제1 예비 공정에 있어서의 마찰 교반의 종료 위치 E_P를 마련하고, 임시 접합용 회전 툴(A)의 교반 핀(A2)을 이탈시켰을 때에 형성되는 빠짐 구멍을 그대로 하부 구멍으로 하거나, 혹은 빠짐 구멍을 도시하지 않은 드릴 등으로 직경 확대하여 하부 구멍을 형성해도 좋다. 이와 같이 하면, 하부 구멍의 가공 작업을 생략 혹은 간략화하는 것이 가능해지므로, 작업 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

(3) 제1 본접합 공정 :

제1 예비 공정이 종료되면, 금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)를 본격적으로 접합하는 제1 본접합 공정을 실행한다. 본 실시 형태에 관한 제1 본접합 공정에서는, 도 2의 (a)에 도시하는 본접합용 회전 툴(B)을 사용하여, 임시 접합된 상태의 맞댐부(J1)에 대해 금속 부재(1)의 표면측으로부터 마찰 교반을 행한다.

제1 본접합 공정에서는, 우선 도 18에 도시한 바와 같이, 본접합용 회전 툴(B)을 좌회전시키면서 교반 핀(B2)을 개시 위치 S_M1[즉, 도 16의 (b)에 도시하는 하부 구멍(P1)]에 삽입하고, 마찰 교반을 개시한다. 본 실시 형태에서는, 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)의 맞댐부(J3)에 개시 위치 S_M1을 마련하고 있으므로, 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)을 압입할 때에, 소성 유동화한 금속의 일부가 금속 부재(1)와 제2 탭재(3) 사이에 있는 미세한 간극으로 유입하고, 그 후에 소성 유동화한 금속의 상기한 간극으로의 분산이 완화되므로, 두께 부족에 의한 접합 결함이 발생하기 어려워진다.

또한, 하부 구멍(P1)에 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)을 압입하면, 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)를 떼어놓으려고 하는 힘이 작용하지만, 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)에 의해 형성된 내측 코너부(3a, 3a)를 용접에 의해 임시 접합하고 있으므로, 금속 부재(1)와 제2 탭재(3) 사이에 틈 벌어짐이 발생하는 일이 없다.

금속 부재(1, 1)의 맞댐부(J1)의 일단부까지 마찰 교반을 행하면, 그대로 본접합용 회전 툴(B)을 맞댐부(J1)에 돌입시켜, 금속 부재(1, 1)의 이음매 상에 설정된 마찰 교반의 루트를 따라 본접합용 회전 툴(B)을 상대 이동시킴으로써, 맞댐부(J1)의 일단부로부터 타단부까지 연속해서 마찰 교반을 행한다. 맞댐부(J1)의 타단부까지 본접합용 회전 툴(B)을 상대 이동시키면, 마찰 교반을 행하면서 맞댐부(J2)를 가로지르게 하여 그대로 종료 위치 E_M1을 향해 상대 이동시킨다.

본접합용 회전 툴(B)이 종료 위치 E_M1에 도달하면, 본접합용 회전 툴(B)을 회전시키면서 상승시켜 교반 핀(B2)을 종료 위치 E_M1로부터 이탈시킨다. 또한, 종료 위치 E_M1에 있어서 교반 핀(B2)을 상방으로 이탈시키면, 교반 핀(B2)과 대략 동형의 빠짐 구멍(Q1)이 불가피적으로 형성되게 되지만, 본 실시 형태에서는 그대로 남긴다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 개시 위치를 맞댐부(J3)에 마련한 경우를 예시하였지만, 도 19의 (a)에 도시한 바와 같이 제2 탭재(3)에 마련해도 좋고, 도 19의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 탭재(2)에 마련해도 좋다.

(4) 제1 보수 공정 :

제1 본접합 공정이 종료되면, 제1 본접합 공정에 의해 금속 부재(1)에 형성된 표면측 소성화 영역(W1)에 대해 마찰 교반을 제1 보수 공정을 실행한다. 본 실시 형태에 관한 제1 보수 공정에서는, 도 20의 (a) 및 도 20의 (b)에 도시한 바와 같이, 표면측 소성화 영역(W1) 중, 적어도 제1 보수 영역(R1) 및 제2 보수 영역(R2)에 대해 본접합용 회전 툴(B)보다도 소형의 보수용 회전 툴(C)에 의해 마찰 교반을 행한다.

제1 보수 영역(R1)에 대한 마찰 교반은, 본접합용 회전 툴(B)[도 2의 (b) 참조]의 진행 방향을 따라 형성될 우려가 있는 터널 결함을 분단하는 것을 목적으로 하여 행해지는 것이다. 본접합용 회전 툴(B)을 좌회전시킨 본 실시 형태에 있어서는, 진행 방향의 우측에 터널 결함이 발생할 우려가 있으므로, 평면에서 볼 때 진행 방향의 우측에 위치하는 표면측 소성화 영역(W1)의 상부를 적어도 포함하도록 제1 보수 영역(R1)을 설정하면 좋다.

제2 보수 영역(R2)에 대한 마찰 교반은, 본접합용 회전 툴(B)이 맞댐부(J2)를 가로지를 때에 표면측 소성화 영역(W1)에 말려들어가게 된 산화 피막[금속 부재(1)의 측면(14)과 제1 탭재(2)의 접촉면(21)에 형성되어 있던 산화 피막]을 분단하는 것을 목적으로 하여 행해지는 것이다. 본 실시 형태와 같이 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 종료 위치 E_M1을 제1 탭재(2)에 마련하고, 또한 본접합용 회전 툴(B)[도 2의 (b) 참조]을 좌회전시킨 경우에는, 진행 방향의 좌측에 있는 표면측 소성화 영역(W1)의 상부에 산화 피막이 말려들어가게 되어 있을 가능성이 높으므로, 제1 탭재(2)에 인접하는 표면측 소성화 영역(W1) 중, 평면에서 볼 때 진행 방향의 좌측에 위치하는 표면측 소성화 영역(W1)의 상부를 적어도 포함하도록 제2 보수 영역(R2)을 설정하면 좋다.

제1 보수 공정에서는, 도 20의 (b)에 도시한 바와 같이, 하나의 보수용 회전 툴을 한붓 그리기 이동 궤적(비드)을 형성하도록 이동시켜, 제1 보수 영역(R1) 및 제2 보수 영역(R2)에 대해 연속해서 마찰 교반을 행한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제1 보수 영역(R1), 제2 보수 영역(R2)의 순서로 마찰 교반을 행하는 경우를 예시하지만, 마찰 교반의 순서를 한정하는 취지는 아니다.

제1 보수 공정에 있어서의 마찰 교반의 순서를 도 20의 (b)를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

우선, 금속 부재(1)의 적소에 마련한 개시 위치 S_R에 보수용 회전 툴(C)의 교반 핀을 삽입(압입)하여 마찰 교반을 개시하고, 제1 보수 영역(R1)[도 20의 (a) 참조]에 대해 마찰 교반을 행한다. 본 실시 형태에서는, 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 개시 위치 S_M1(도 18 참조)의 근방에 개시 위치 S_R을 마련하는 동시에, 개시 위치 S_R을 사이에 두고 종료 위치 E_R과 반대측에 되접힘점 M_R을 마련하고, 보수용 회전 툴(C)을 되접힘점 M_R을 향해 이동시킨 후에, 되접힘점 M_R에서 되접고, 그 후, 맞댐부(J1)(도 18 참조)를 따라 상대 이동시킴으로써, 제1 보수 영역(R1)[도 20의 (a) 참조]에 대해 마찰 교반을 행한다. 개시 위치 S_R로부터 되접힘점 M_R까지를 마찰 교반함으로써, 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)을 개시 위치 S_M1(도 18 참조)에 삽입할 때에 말려들어가게 된 산화 피막을 분단하는 것이 가능해진다.

제1 보수 영역(R1)에 대한 마찰 교반이 종료되면, 보수용 회전 툴(C)을 이탈시키지 않고 그대로 제2 보수 영역(R2)으로 이동시키고, 제2 보수 영역(R2)에 대해 마찰 교반을 행한다. 또한, 보수용 회전 툴(C)로 마찰 교반할 수 있는 영역에 비해 제2 보수 영역(R2)이 큰 경우에는, 마찰 교반의 루트를 어긋나게 하면서 보수용 회전 툴(C)을 여러번 U턴시키면 된다.

제2 보수 영역(R2)에 대한 마찰 교반이 종료되면, 보수용 회전 툴(C)을 종료 위치 E_R로 이동시켜, 보수용 회전 툴(C)을 회전시키면서 상승시켜 교반 핀(C2)을 종료 위치 E_R로부터 이탈시킨다.

(5) 제1 횡단 보수 공정 :

제1 보수 공정이 종료되면, 도 21에 도시한 바와 같이, 표면측 소성화 영역(W1)을 복수회 횡단하도록 횡단용 회전 툴(D)을 이동시킴으로써, 표면측 소성화 영역(W1)에 대해 마찰 교반을 행하는 제1 횡단 보수 공정을 실행한다.

제1 횡단 보수 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트는, 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트[표면측 소성화 영역(W1)의 중앙선] 상에 있어서 복수의 재소성화 영역(W3, W3,…)이 서로 이격하도록 설정되어 있어, 본 실시 형태에서는, 표면측 소성화 영역(W1)을 가로지르는 복수의 교차 루트(F1, F1,…)와, 인접하는 교차 루트(F1, F1)의 동일측 단부끼리를 연결하는 이행 루트(F2, F2,…)를 구비하고 있다.

교차 루트(F1)는 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트와 직교하고 있다. 또한, 이행 루트(F2)는 표면측 소성화 영역(W1)의 우측 혹은 좌측에 설치되어 있어, 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트와 평행하게 되어 있다.

제1 횡단 보수 공정에 있어서의 마찰 교반의 순서를 상세하게 설명한다.

본 실시 형태에서도, 하나의 횡단용 회전 툴(D)을 한붓 그리기 이동 궤적(비드)을 형성하도록 지그재그 형상으로 이동시킴으로써, 마찰 교반의 개시 위치 S_C로부터 종료 위치 E_C까지 연속해서 마찰 교반을 행한다.

제1 횡단 보수 공정에서는, 우선 금속 부재(1)의 적소에 마련한 개시 위치 S_C에 횡단용 회전 툴(D)의 교반 핀(D2)(도 9 참조)을 삽입(압입)하여 마찰 교반을 개시하고, 첫 번째의 교차 루트(F1)를 따라 연속해서 마찰 교반을 행한다. 첫 번째의 교차 루트(F1)의 종료점 e10에 도달하면, 횡단용 회전툴(D)의 이동 방향을 변경하여 이행 루트(F2)를 따라 이동시키고, 표면측 소성화 영역(W1)의 측방에 있는 금속에 대해 연속해서 마찰 교반을 행한다. 횡단용 회전 툴(D)이 두 번째의 교차 루트(F1)의 시작점 s10에 도달하면, 횡단용 회전 툴(D)의 이동 방향을 변경하여 두 번째의 교차 루트(F1)를 따라 이동시키고, 표면측 소성화 영역(W1)에 대해 연속해서 마찰 교반을 행한다. 이상과 같은 과정을 반복하고, 횡단용 회전 툴(D)이 마지막 교차 루트(F1)의 종료점 e10에 도달하면, 횡단용 회전 툴(D)을 종료 위치 E_C로 이동시켜, 횡단용 회전 툴(D)을 회전시키면서 상승시켜 교반 핀(D2)(도 9 참조)을 종료 위치 E_C로부터 이탈시킨다.

제1 횡단 보수 공정이 종료되면, 제1 예비 접합 공정, 제1 본접합 공정, 제1 보수공정 및 제1 횡단 보수 공정에 있어서의 마찰 교반에서 발생한 버어를 제거하고, 또한 금속 부재(1, 1)를 뒤집어 이면을 상부로 한다.

(6) 제2 예비 공정 :

금속 부재(1, 1)를 뒤집어서, 제2 예비 공정을 실행한다. 본 실시 형태에 관한 제2 예비 공정은, 제2 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 개시 위치에 하부 구멍(도시 생략)을 형성하는 하부 구멍 형성 공정을 구비하고 있다.

(7) 제2 본접합 공정 :

제2 예비 공정이 종료되면, 도 22에 도시한 바와 같이, 제1 본접합 공정에서 사용한 본접합용 회전 툴(B)을 사용하여, 맞댐부(J1)에 대해 금속 부재(1)의 이면(13)측으로부터 마찰 교반을 행하는 제2 본접합 공정을 실행한다. 맞댐부(J1)에 대해 마찰 교반을 행할 때에는, 제1 본접합 공정에서 형성된 표면측 소성화 영역에 본접합용 회전 툴(B)의 교반 핀(B2)을 인입시키면서 마찰 교반을 행한다[도 10의 (b) 참조].

본 실시 형태에 관한 제2 본접합 공정에서는, 제1 본접합 공정에서 남게 된 빠짐 구멍(Q1)을 피하도록 마찰 교반의 루트를 설정하고, 도시하지 않은 하부 구멍(개시 위치 S_M2)에 삽입한 교반 핀을 도중에 이탈시키지 않고 종료 위치 E_M2까지 이동시킴으로써, 개시 위치 S_M2로부터 종료 위치 E_M2까지 연속해서 마찰 교반을 행한다. 또한, 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 종료 위치 E_M1[빠짐 구멍(Q1)의 중심]과, 제2 본접합 공정에 있어서의 본접합용 회전 툴(B)의 이동 궤적의 평면에서 볼 때의 최단 거리 d₁은, 본접합용 회전 툴(B)의 숄더부(B1)의 외경 이상 확보한다.

이 외에, 본 실시 형태에 관한 제2 본접합 공정의 순서 등은, 상기한 제1 실시 형태에 관한 제2 본접합 공정의 경우와 마찬가지이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

(8) 제2 보수 공정 :

제2 본접합 공정이 종료되면, 제2 본접합 공정에 의해 금속 부재(1)에 형성된 이면측 소성화 영역(W2)에 대해 마찰 교반을 행하는 제2 보수 공정을 실행한다. 제2 보수 공정은, 금속 부재(1)의 이면(13)측으로부터 마찰 교반을 행하는 점 이외는, 상기한 제1 보수 공정과 마찬가지이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

(9) 제2 횡단 보수 공정 :

제2 보수 공정이 종료되면, 제2 본접합 공정에 의해 금속 부재(1)에 형성된 이면측 소성화 영역(W2)에 대해 마찰 교반을 행하는 제2 횡단 보수 공정을 실행한다. 제2 횡단 보수 공정은 금속 부재(1)의 이면(13)측으로부터 마찰 교반을 행하는 점 이외는, 상기한 제1 횡단 보수 공정과 마찬가지이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

제2 횡단 보수 공정이 종료되면, 제2 예비 공정, 제2 본접합 공정, 제2 보수 공정 및 제2 횡단 보수 공정에 있어서의 마찰 교반에서 발생한 버어를 제거하고, 또한 제1 탭재(2) 및 제2 탭재(3)를 절제한다.

이상과 같은 (1) 내지 (9)의 공정을 거침으로써, 두께가 40(㎜)을 초과하는 매우 두꺼운 금속 부재(1, 1)를 접합하는 경우라도, 접합부에 있어서의 기밀성이나 수밀성을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 제2 실시 형태에 있어서는, L자 형상을 나타내는 바와 같이 맞댄 금속 부재(1, 1)의 내측 코너부에 제2 탭재(3)를 배치한 경우를 예시하였지만, 도 23에 도시한 바와 같이, 금속 부재(1, 1)의 내측 코너부에 제1 탭재(2)를 배치하고, 맞댐부(J1)를 사이에 두고 반대측에 제2 탭재(3)를 배치해도 상관없다.

이 경우에는, 금속 부재(1)와 제1 탭재(2)의 이음매 상에 제1 탭재 접합 공정의 시작점 s2와 되접힘점 m2를 마련하는 동시에, 시작점 s2와 되접힘점 m2 사이에 있는 임시 접합 공정의 시작점 s1[금속 부재(1, 1)의 내측 코너부]을 종료점 e2로 하고, 임시 접합용 회전 툴(A)을 시작점 s2로부터 되접힘점 m2로 이동시킨 후에, 되접힘점 m2로부터 종료점 e2로 이동시킴으로써 맞댐부(J2, J2)에 대해 마찰 교반을 행해도 좋다.

또한, 임시 접합용 회전 툴(A)을 우회전시키고 있는 경우에는, 적어도 시작점 s2로부터 되접힘점 m2에 이르는 마찰 교반의 루트에 있어서 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 우측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록, 제1 탭재 접합 공정의 시작점 s2, 되접힘점 m2 및 종료점 e2의 위치를 설정하는 것이 바람직하다. 덧붙여서, 임시 접합용 회전 툴(A)을 좌회전시키고 있는 경우에는, 도시는 생략하지만, 적어도 시작점으로부터 되접힘점에 이르는 마찰 교반의 루트에 있어서 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 좌측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록, 제1 탭재 접합 공정의 시작점, 되접힘점 및 종료점의 위치를 설정하는 것이 바람직하다.

마찬가지로, 상기한 제2 탭재 접합 공정에 있어서도, 금속 부재(1)와 제2 탭재(3)의 이음매 상에 되접힘점 m3과 종료점 e3을 마련하는 동시에, 되접힘점 m3과 종료점 e3 사이에 있는 임시 접합 공정의 종료점 e1을 시작점 s3으로 하고, 임시 접합용 회전 툴(A)을 시작점 s3으로부터 되접힘점 m3으로 이동시킨 후에, 되접힘점 m3으로부터 종료점 e3으로 이동시킴으로써 맞댐부(J3)에 대해 마찰 교반을 행해도 좋다.

또한, 임시 접합용 회전 툴(A)을 우회전시키고 있는 경우에는, 적어도 되접힘점 m3으로부터 종료점 e3에 이르는 마찰 교반의 루트에 있어서 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 우측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록, 제2 탭재 접합 공정의 시작점 s3, 되접힘점 m3 및 종료점 e3의 위치를 설정하는 것이 바람직하다. 덧붙여서, 임시 접합용 회전 툴(A)을 좌회전시키고 있는 경우에는, 도시는 생략하지만, 적어도 되접힘점으로부터 종료점에 이르는 마찰 교반의 루트에 있어서 임시 접합용 회전 툴(A)의 진행 방향의 좌측에 금속 부재(1, 1)가 위치하도록, 제2 탭재 접합 공정의 시작점, 되접힘점 및 종료점의 위치를 설정하는 것이 바람직하다.

상기한 접합 방법의 구체적인 접합 조건을 표 1 내지 표 2에 예시한다. 표 1은, 금속 부재(11), 제1 탭재(2) 및 제2 탭재(3)의 합금의 종류, 두께, 각 회전 툴의 치수, 하부 구멍의 치수를 나타내는 것이며, 표 2는 상기한 각 공정에 있어서의 각 회전 툴의 회전 속도, 삽입 속도, 이동 속도를 나타내는 것이다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 제1 본접합 공정과 제2 본접합 공정의 접합 조건을 동일하게 하는 동시에, 제1 보수 공정과 제2 보수 공정의 접합 조건을 동일하게 하고 있다. 또한, 표 1 중,「JIS 5052-O」라 함은, 일본 공업 규격에 규정된 알루미늄 합금의 종류를 나타내는 기호이며, Mg를 2.2 내지 2.8% 포함하는 알루미늄 합금(Al-Mg계 합금)이며 어닐링한 알루미늄 합금인 것을 의미하고 있다. 또한,「C1020」이라 함은, 일본 공업 규격에 규정된 구리(구리 합금)의 종류를 나타내는 기호이며, 고순도 무산소 구리(Cu 99.96% 이상)인 것을 의미하고 있다.

1 : 금속 부재
2 : 제1 탭재
3 : 제2 탭재
J1 내지 J3 : 맞댐부
A : 임시 접합용 회전 툴
A1 : 숄더부
A2 : 교반 핀
B : 본접합용 회전 툴
B1 : 숄더부
B2 : 교반 핀
C : 보수용 회전 툴
D : 횡단용 회전 툴
P1 : 하부 구멍
W1, W2 : 소성화 영역
W3 : 재소성화 영역

Claims (13)

1. 금속 부재끼리의 맞댐부의 양측에 제1 탭재와 제2 탭재를 배치하는 탭재 배치 공정과,
   상기 금속 부재와 상기 제1 탭재의 맞댐부에 대해서 상기 금속 부재의 표면측으로부터 마찰 교반을 행하는 제1 탭재 접합 공정과,
   상기 금속 부재끼리의 맞댐부에 대해서 상기 금속 부재의 표면측으로부터 마찰 교반을 행하고, 상기 금속 부재끼리를 임시 접합하는 임시 접합 공정과,
   상기 금속 부재와 상기 제2 탭재의 맞댐부에 대해서 상기 금속 부재의 표면측으로부터 마찰 교반을 행하는 제2 탭재 접합 공정과,
   상기 제1 탭재 및 상기 제2 탭재 중 한쪽의 표면에 하부 구멍을 형성하는 하부 구멍 형성 공정과,
   상기 금속 부재, 상기 제1 탭재 및 상기 제2 탭재를 마찰 교반 장치의 가대에 적재하고, 또한 상기 가대에 대해서 이동 불가능하게 구속한 상태로, 회전 툴의 교반 핀을 상기 하부 구멍에 삽입함과 동시에 상기 금속 부재끼리의 맞댐부를 향해 이동시키고, 임시 접합된 상기 금속 부재끼리의 맞댐부에 대해서 상기 금속 부재의 표면측으로부터 마찰 교반을 행하는 제1 본접합 공정과,
   상기 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반에서 발생한 버어를 제거하는 버어 제거 공정과,
   상기 금속 부재를 뒤집어서 상기 금속 부재의 이면을 상부로 하는 뒤집기 공정과,
   상기 금속 부재끼리의 맞댐부에 대해 상기 금속 부재의 상기 이면측으로부터 마찰 교반을 행하는 제2 본접합 공정을 구비하는 접합 방법이며,
   상기 제2 본접합 공정에 있어서, 상기 제1 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역에 회전 툴의 교반 핀을 인입시키면서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
2. 금속 부재끼리의 맞댐부의 양측에 제1 탭재와 제2 탭재를 배치하는 탭재 배치 공정과,
   상기 금속 부재끼리의 맞댐부에 대해서 상기 금속 부재의 표면측으로부터 마찰 교반을 행하는 제1 본접합 공정과,
   상기 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반에서 발생한 버어를 제거하는 버어 제거 공정과,
   상기 금속 부재를 뒤집어서 상기 금속 부재의 이면을 상부로 하는 뒤집기 공정과,
   상기 금속 부재와 상기 제1 탭재의 맞댐부에 대해서 상기 금속 부재의 이면측으로부터 마찰 교반을 행하는 제1 탭재 접합 공정과,
   상기 금속 부재끼리의 맞댐부에 대해서 상기 금속 부재의 이면측으로부터 마찰 교반을 행하고, 상기 금속 부재끼리를 임시 접합하는 임시 접합 공정과,
   상기 금속 부재와 상기 제2 탭재의 맞댐부에 대해서 상기 금속 부재의 이면측으로부터 마찰 교반을 행하는 제2 탭재 접합 공정과,
   상기 제1 탭재 및 상기 제2 탭재 중 한쪽의 이면에 하부 구멍을 형성하는 하부 구멍 형성 공정과,
   상기 금속 부재, 상기 제1 탭재 및 상기 제2 탭재를 마찰 교반 장치의 가대에 적재하고, 또한 상기 가대에 대해서 이동 불가능하게 구속한 상태로, 회전 툴의 교반 핀을 상기 하부 구멍에 삽입함과 동시에 상기 금속 부재끼리의 맞댐부를 향해 이동시키고, 임시 접합된 상기 금속 부재끼리의 맞댐부에 대해서 상기 금속 부재의 이면측으로부터 마찰 교반을 행하는 제2 본접합 공정을 구비한 접합 방법이며,
   상기 제2 본접합 공정에 있어서, 상기 제1 본접합 공정에서 형성된 소성화 영역에 회전 툴의 교반 핀을 인입시키면서 마찰 교반을 행하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 본접합 공정에서 사용하는 상기 회전 툴의 교반 핀의 길이와 상기 제2 본접합 공정에서 사용하는 상기 회전 툴의 교반 핀의 길이의 합을, 상기 금속 부재끼리의 맞댐부에 있어서의 상기 금속 부재의 두께 이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 본접합 공정에서 사용하는 상기 회전 툴의 교반 핀의 길이를 상기 금속 부재끼리의 맞댐부에 있어서의 상기 금속 부재의 두께의 1/2 이상으로 설정하는 동시에, 상기 제2 본접합 공정에서 사용하는 상기 회전 툴의 교반 핀의 길이를 상기 금속 부재끼리의 맞댐부에 있어서의 상기 금속 부재의 두께의 1/2 이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 제2 본접합 공정에서 사용하는 상기 회전 툴의 교반 핀의 길이를 상기 제1 본접합 공정에서 사용하는 상기 회전 툴의 교반 핀의 길이와 동일하게 하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 본접합 공정에서 사용하는 상기 회전 툴의 교반 핀의 길이를 L₁, 상기 제2 본접합 공정에서 사용하는 상기 회전 툴의 교반 핀의 길이를 L₂, 상기 금속 부재끼리의 맞댐부에 있어서의 상기 금속 부재의 두께를 t로 하였을 때에, 1.01 ≤ (L₁ + L₂)/t ≤ 1.10을 만족하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 본접합 공정에서 사용하는 상기 회전 툴의 교반 핀의 길이를 상기 금속 부재끼리의 맞댐부에 있어서의 상기 금속 부재의 두께의 3/4 이하로 설정하는 동시에, 상기 제2 본접합 공정에서 사용하는 상기 회전 툴의 교반 핀의 길이를 상기 금속 부재끼리의 맞댐부에 있어서의 상기 금속 부재의 두께의 3/4 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 종료 위치에서 교반 핀을 이탈시킴으로써 형성된 빠짐 구멍을 피하도록 상기 제2 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 루트를 설정하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 본접합 공정에 있어서의 마찰 교반의 종료 위치와, 상기 제2 본접합 공정에서 사용한 상기 회전 툴의 상기 교반 핀의 이동 궤적의 최단 거리를, 상기 제2 본접합 공정에서 사용하는 상기 회전 툴의 숄더부의 외경 이상으로 하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 임시 접합 공정에서는, 상기 제1 본접합 공정에서 사용하는 상기 회전 툴보다도 소형인 임시 접합용 회전 툴을 사용하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
11. 제2항에 있어서, 상기 임시 접합 공정에서는, 상기 제2 본접합 공정에서 사용하는 상기 회전 툴보다도 소형인 임시 접합용 회전 툴을 사용하는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 하부 구멍의 최대 구멍 직경을, 상기 제1 본접합 공정에 사용하는 상기 회전 툴의 교반 핀의 최대 외경보다도 작게 해 두는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
13. 제2항에 있어서, 상기 하부 구멍의 최대 구멍 직경을, 상기 제2 본접합 공정에 사용하는 상기 회전 툴의 교반 핀의 최대 외경보다도 작게 해 두는 것을 특징으로 하는, 접합 방법.
    

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