JPH11179568A - 摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
摩擦攪拌接合方法Info
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- JPH11179568A JPH11179568A JP35448797A JP35448797A JPH11179568A JP H11179568 A JPH11179568 A JP H11179568A JP 35448797 A JP35448797 A JP 35448797A JP 35448797 A JP35448797 A JP 35448797A JP H11179568 A JPH11179568 A JP H11179568A
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- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
- B23K20/123—Controlling or monitoring the welding process
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大型、専用の高価な押さえ装置を必要
とすることなく、簡易な最小限の大きさの押さえ治具の
使用のみで、摩擦攪拌接合で本接合を行ったときの被接
合ラインの開きや両被接合部材の上面間の段差の発生を
防止し、欠陥のない良好な接合部品質が得られるアルミ
ニウムやアルミニウム合金材その他難溶融溶接金属材の
摩擦攪拌接合方法の提供を課題とする。 【解決手段】 本摩擦攪拌接合に先立って、被接合部
材４ａ，４ｂの被接合ライン５を、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ
溶接等の溶融溶接、又は摩擦攪拌接合により仮付けを行
い、該仮付け部６の幅Ｗ及び長さＬの本摩擦攪拌接合用
プローブ２の凹面形底面２ｂの直径ＤPBに対する比率
を、各々２６〜９０％と２〜５倍となるようにすること
を、さらに望ましくは本摩擦攪拌接合の始端と終端の各
々から２００ｍｍまでの位置が仮付け部に含まれるよう
にすることを解決手段とする。
とすることなく、簡易な最小限の大きさの押さえ治具の
使用のみで、摩擦攪拌接合で本接合を行ったときの被接
合ラインの開きや両被接合部材の上面間の段差の発生を
防止し、欠陥のない良好な接合部品質が得られるアルミ
ニウムやアルミニウム合金材その他難溶融溶接金属材の
摩擦攪拌接合方法の提供を課題とする。 【解決手段】 本摩擦攪拌接合に先立って、被接合部
材４ａ，４ｂの被接合ライン５を、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ
溶接等の溶融溶接、又は摩擦攪拌接合により仮付けを行
い、該仮付け部６の幅Ｗ及び長さＬの本摩擦攪拌接合用
プローブ２の凹面形底面２ｂの直径ＤPBに対する比率
を、各々２６〜９０％と２〜５倍となるようにすること
を、さらに望ましくは本摩擦攪拌接合の始端と終端の各
々から２００ｍｍまでの位置が仮付け部に含まれるよう
にすることを解決手段とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属板材もしくは
形材等の摩擦攪拌接合方法に関し、簡易な押さえ治具を
用いるのみで、摩擦攪拌接合時の被接合部材の被接合ラ
インの開きや上面の段差が生じるのが防止でき、接合困
難、接合部品質不良等のトラブルを生じることのない摩
擦攪拌接合方法に関する。
形材等の摩擦攪拌接合方法に関し、簡易な押さえ治具を
用いるのみで、摩擦攪拌接合時の被接合部材の被接合ラ
インの開きや上面の段差が生じるのが防止でき、接合困
難、接合部品質不良等のトラブルを生じることのない摩
擦攪拌接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、特表平７−５０５０９０号公報
や特表平９−５０８０７３号公報に開示され、図１に示
されるように、凹面形底面２ｂと該底面中央部から下方
に突出する攪拌ピン３を備えた回転円筒体２と、動力源
に接続される上部１ｕとを備えた非消耗型のプローブ１
の、前記攪拌ピン３を被接合部材４ａ，４ｂの突合わせ
部の中に押し込み、前記凹面形底面２ｂを被接合部材４
ａ，４ｂの突合わせ部近傍の上面に押しつけながら、前
記非消耗型のプローブ１を回転させつつ被接合ラインに
沿って移動させることにより、前記被接合部材４ａ，４
ｂを相互に接合する摩擦攪拌接合方法は、接合部全体の
断面を通してポロシティ−を生じない均質な接合によ
り、冶金的および機械的特性の両面に関し高品質の接合
が得られる方法として研究開発が進んでいる。
や特表平９−５０８０７３号公報に開示され、図１に示
されるように、凹面形底面２ｂと該底面中央部から下方
に突出する攪拌ピン３を備えた回転円筒体２と、動力源
に接続される上部１ｕとを備えた非消耗型のプローブ１
の、前記攪拌ピン３を被接合部材４ａ，４ｂの突合わせ
部の中に押し込み、前記凹面形底面２ｂを被接合部材４
ａ，４ｂの突合わせ部近傍の上面に押しつけながら、前
記非消耗型のプローブ１を回転させつつ被接合ラインに
沿って移動させることにより、前記被接合部材４ａ，４
ｂを相互に接合する摩擦攪拌接合方法は、接合部全体の
断面を通してポロシティ−を生じない均質な接合によ
り、冶金的および機械的特性の両面に関し高品質の接合
が得られる方法として研究開発が進んでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の摩擦攪拌接合方法には、以下に示すような問題があ
った。すなわち、
来の摩擦攪拌接合方法には、以下に示すような問題があ
った。すなわち、
【０００４】（１）摩擦攪拌接合中に、両被接合部材間
の押圧不足に起因して、攪拌ピンの押し込みによる被接
合面間の開きが発生し、前記被接合ラインに開きや両被
接合部材の上面間の段差が生じることがある。 ａ）被接合ラインに大きな開きが生じた場合は、両被接
合部材間の良好な接合がが期待できないため、摩擦攪拌
接合が不可能になったり、困難になったりする。 ｂ）被接合ラインに両被接合部材の上面間の段差が生じ
た場合は、両被接合部材の上面に対するプローブの凹面
型底面の均一、かつ、全面の接触が期待できなくなり、
摩擦熱発生の局部的不均一および発生摩擦熱量の不足が
生じ、またバリが多く発生して充填メタルが不足し、ト
ンネル状の接合部欠陥が発生する。段差が大きい場合に
は摩擦攪拌接合が不可能になったり、困難になったりす
る。
の押圧不足に起因して、攪拌ピンの押し込みによる被接
合面間の開きが発生し、前記被接合ラインに開きや両被
接合部材の上面間の段差が生じることがある。 ａ）被接合ラインに大きな開きが生じた場合は、両被接
合部材間の良好な接合がが期待できないため、摩擦攪拌
接合が不可能になったり、困難になったりする。 ｂ）被接合ラインに両被接合部材の上面間の段差が生じ
た場合は、両被接合部材の上面に対するプローブの凹面
型底面の均一、かつ、全面の接触が期待できなくなり、
摩擦熱発生の局部的不均一および発生摩擦熱量の不足が
生じ、またバリが多く発生して充填メタルが不足し、ト
ンネル状の接合部欠陥が発生する。段差が大きい場合に
は摩擦攪拌接合が不可能になったり、困難になったりす
る。
【０００５】（２）上記の様な問題を避けるためには、
上記のような被接合ラインの開きや両被接合部材の上面
間の段差を生じるのを防止するための押さえ治具が必要
となるが、被接合部材の寸法が大きくなるにつれて押さ
え治具のセットや取外しに手間と時間が掛かる。被接合
部材が大型、長尺の場合は専用の大型押さえ装置が必要
となって、設備費が高くなるばかりでなく、被接合部材
を大型押さえ装置にセットしたり、取外したりするの
に、多くの労力や時間が必要となり、作業費も増大す
る。また、前記の押さえ治具や押さえ装置の効果は、通
常の溶融溶接の場合と異なり、高い突合わせ精度を要求
される摩擦攪拌接合の場合は必ずしも十分ではなかっ
た。
上記のような被接合ラインの開きや両被接合部材の上面
間の段差を生じるのを防止するための押さえ治具が必要
となるが、被接合部材の寸法が大きくなるにつれて押さ
え治具のセットや取外しに手間と時間が掛かる。被接合
部材が大型、長尺の場合は専用の大型押さえ装置が必要
となって、設備費が高くなるばかりでなく、被接合部材
を大型押さえ装置にセットしたり、取外したりするの
に、多くの労力や時間が必要となり、作業費も増大す
る。また、前記の押さえ治具や押さえ装置の効果は、通
常の溶融溶接の場合と異なり、高い突合わせ精度を要求
される摩擦攪拌接合の場合は必ずしも十分ではなかっ
た。
【０００６】本発明は、上記従来技術の有する問題点を
解消し、小型の簡易な押さえ治具を使用するのみで、摩
擦攪拌接合にて本接合を行うに際し、接合ラインの開き
や両被接合部材の上面間の段差の発生がなく、良好な接
合部品質が得られ、かつ作業能率の高い摩擦攪拌接合方
法の提供を課題とする。
解消し、小型の簡易な押さえ治具を使用するのみで、摩
擦攪拌接合にて本接合を行うに際し、接合ラインの開き
や両被接合部材の上面間の段差の発生がなく、良好な接
合部品質が得られ、かつ作業能率の高い摩擦攪拌接合方
法の提供を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、凹面形底面と該底面中央部から下方に突
出する攪拌ピンを備えたプローブの、前記攪拌ピンを被
接合部材の突合わせ部の中に押し込み、前記凹面形底面
を被接合部材の上面に押しつけながら、前記プローブを
回転させつつ被接合ラインに沿って移動させることによ
り、前記被接合部材を接合する摩擦攪拌接合方法を、本
摩擦攪拌接合に先立って、前記被接合部材の前記被接合
ラインを仮付けしておくこと、により構成した。
決するために、凹面形底面と該底面中央部から下方に突
出する攪拌ピンを備えたプローブの、前記攪拌ピンを被
接合部材の突合わせ部の中に押し込み、前記凹面形底面
を被接合部材の上面に押しつけながら、前記プローブを
回転させつつ被接合ラインに沿って移動させることによ
り、前記被接合部材を接合する摩擦攪拌接合方法を、本
摩擦攪拌接合に先立って、前記被接合部材の前記被接合
ラインを仮付けしておくこと、により構成した。
【０００８】なお、前記被接合部材の前記被接合ライン
の仮付けの方法は、溶融溶接もしくは摩擦攪拌接合であ
ることが好ましい。
の仮付けの方法は、溶融溶接もしくは摩擦攪拌接合であ
ることが好ましい。
【０００９】さらに、仮付け部の幅が前記本摩擦攪拌接
合に使用される前記プローブの凹面形底面の直径の２６
〜９０％となるように、かつ、仮付け部の個々の長さが
前記本摩擦攪拌接合に使用される前記プローブの凹面形
底面の直径の２〜５倍となるように、前記被接合部材の
前記被接合ラインの仮付けを行うことが望ましい。
合に使用される前記プローブの凹面形底面の直径の２６
〜９０％となるように、かつ、仮付け部の個々の長さが
前記本摩擦攪拌接合に使用される前記プローブの凹面形
底面の直径の２〜５倍となるように、前記被接合部材の
前記被接合ラインの仮付けを行うことが望ましい。
【００１０】さらに、前記被接合部材の前記被接合ライ
ンの仮付けを、少なくとも前記本摩擦攪拌接合の始端お
よび終端の各々から２００ｍｍまでの距離の位置が仮付
け部に含まれるように行うことが望ましい。
ンの仮付けを、少なくとも前記本摩擦攪拌接合の始端お
よび終端の各々から２００ｍｍまでの距離の位置が仮付
け部に含まれるように行うことが望ましい。
【００１１】以上のような摩擦攪拌接合方法は、アルミ
ニウムまたはアルミニウム合金製の被接合部材の接合に
好適である。
ニウムまたはアルミニウム合金製の被接合部材の接合に
好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付の図面
（前記図１および下記図２）と具体的な実施例を用いて
以下に説明する。なお、図２は本発明の用語の説明のた
めに、被接合部材４ａ，４ｂの被接合ライン５に沿って
仮付けを行った場合の、仮付け部６の寸法（幅Ｗ、長さ
Ｌ）と仮付け部の中心間隔Ｄ、被接合部材４ａ，４ｂの
一端（本摩擦攪拌接合の始端または終端）から最も近い
仮付け部の外側端までの距離Ｄ 1 等を示す平面図であ
る。
（前記図１および下記図２）と具体的な実施例を用いて
以下に説明する。なお、図２は本発明の用語の説明のた
めに、被接合部材４ａ，４ｂの被接合ライン５に沿って
仮付けを行った場合の、仮付け部６の寸法（幅Ｗ、長さ
Ｌ）と仮付け部の中心間隔Ｄ、被接合部材４ａ，４ｂの
一端（本摩擦攪拌接合の始端または終端）から最も近い
仮付け部の外側端までの距離Ｄ 1 等を示す平面図であ
る。
【００１３】なお、以下の実施例においては、下記のよ
うな共通の条件のもとに、実験をおこなった。すなわ
ち、被接合部材として用いた供試材は、ＪＩＳ：Ｈ−４
１００に定めるアルミニウム合金押出形材「６Ｎ０１−
Ｔ５」の断面方形の中空押出形材であり、板厚４ｍｍ、
幅５００ｍｍ、長さ２０００ｍｍのものをリブの外面同
士をＩ形に突き合わせ・接触させて長手方向に摩擦攪拌
接合したものである。また、本摩擦攪拌接合に用いた本
接合用プロ−ブは、図１に示す凹面形底面２ｂの直径Ｄ
PBが１５ｍｍ、攪拌ピン３の直径ｄP が５ｍｍのもので
ある。さらに、仮付け方法としては溶融溶接としてのＴ
ＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接と、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Fric
tion stir welding 、以後ＦＳＷと略称することがあ
る）の３種の方法を用いた。
うな共通の条件のもとに、実験をおこなった。すなわ
ち、被接合部材として用いた供試材は、ＪＩＳ：Ｈ−４
１００に定めるアルミニウム合金押出形材「６Ｎ０１−
Ｔ５」の断面方形の中空押出形材であり、板厚４ｍｍ、
幅５００ｍｍ、長さ２０００ｍｍのものをリブの外面同
士をＩ形に突き合わせ・接触させて長手方向に摩擦攪拌
接合したものである。また、本摩擦攪拌接合に用いた本
接合用プロ−ブは、図１に示す凹面形底面２ｂの直径Ｄ
PBが１５ｍｍ、攪拌ピン３の直径ｄP が５ｍｍのもので
ある。さらに、仮付け方法としては溶融溶接としてのＴ
ＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接と、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Fric
tion stir welding 、以後ＦＳＷと略称することがあ
る）の３種の方法を用いた。
【００１４】また、以下の実施例のなかで、実施例１〜
実施例３は、被接合ラインの本摩擦攪拌接合の始端およ
び終端の各々から２００ｍｍまでの距離の位置が仮付け
部に含まれるように仮付けを行ったが、実施例４におい
ては、被接合ラインの本摩擦攪拌接合の始端および終端
の各々から最も近い仮付け部の外側端までの距離を種々
変えて仮付けを行った。
実施例３は、被接合ラインの本摩擦攪拌接合の始端およ
び終端の各々から２００ｍｍまでの距離の位置が仮付け
部に含まれるように仮付けを行ったが、実施例４におい
ては、被接合ラインの本摩擦攪拌接合の始端および終端
の各々から最も近い仮付け部の外側端までの距離を種々
変えて仮付けを行った。
【００１５】１．実施例１ 上記の共通条件で、仮付け部の長さＬ＝５０ｍｍ、仮付
け部の中心間隔Ｄ＝２００ｍｍに統一し、仮付け部の幅
Ｗが本摩擦攪拌接合（以後、「本接合」と略称すること
がある）の接合部の品質に及ぼす影響を見るための実験
を行い、その実験結果を表１に示した。なお、仮付けを
摩擦攪拌接合で行った場合のプロ−ブは、図１に示す凹
面形底面２ｂの直径ＤPBが２０〜３ｍｍ、攪拌ピン３の
直径ｄPが１．５ｍｍのものを使用した。
け部の中心間隔Ｄ＝２００ｍｍに統一し、仮付け部の幅
Ｗが本摩擦攪拌接合（以後、「本接合」と略称すること
がある）の接合部の品質に及ぼす影響を見るための実験
を行い、その実験結果を表１に示した。なお、仮付けを
摩擦攪拌接合で行った場合のプロ−ブは、図１に示す凹
面形底面２ｂの直径ＤPBが２０〜３ｍｍ、攪拌ピン３の
直径ｄPが１．５ｍｍのものを使用した。
【００１６】
【表１】
【００１７】上記表１に示す実験結果について説明すれ
ば、以下のとおりである。 １）仮付けをＴＩＧ溶接で行った場合、仮付け部の幅Ｗ
が２０ｍｍ、１５ｍｍでは、ＦＳＷによる本接合時にバ
リが多く発生し、また仮付け部の幅Ｗが本接合用プロー
ブの凹面型底面２ｂの直径ＤPB＝１５ｍｍよりも広いた
め、接合部の幅方向外側に仮付け部が残ってしまった。
仮付け部の幅Ｗが３ｍｍでは、仮付け強度の不足のため
か本接合中に仮付け部が割れてしまい、被接合ライン５
の開きおよび段差が発生してしまった。仮付け部の幅Ｗ
が１１ｍｍ、４ｍｍの場合は本接合の際に何ら問題を生
じることがなく、本接合後良好な接合部品質が得られて
いる。 ２）仮付けをＭＩＧ溶接で行った場合も、前記ＴＩＧ溶
接で行った場合と同様に、仮付け部の幅Ｗが１０ｍｍ、
５ｍｍの場合は本接合時の問題はなく、接合部品質は良
好であったが、仮付け部の幅Ｗが２０ｍｍと３ｍｍの場
合は、前記ＴＩＧ溶接の場合と全く同じ問題を生じた。 ３）ＦＳＷで仮付けを行った場合も、仮付け部の幅Ｗが
１４ｍｍ、１０ｍｍでは問題がなく良好な接合部が得ら
れたが、２０ｍｍ、３ｍｍの場合は、それぞれ上記と同
じような理由と内容で接合部に問題を生じた。 ４）以上の結果から、仮付け方法の種類に関係なく、仮
付け部の幅Ｗが４〜１４ｍｍの間では、すなわち、仮付
け部の幅Ｗの本接合用プローブの凹面形底面２ｂの直径
ＤPB＝１５ｍｍにたいする比率が２６〜９０％の間では
良好な本接合が可能であるといえる。
ば、以下のとおりである。 １）仮付けをＴＩＧ溶接で行った場合、仮付け部の幅Ｗ
が２０ｍｍ、１５ｍｍでは、ＦＳＷによる本接合時にバ
リが多く発生し、また仮付け部の幅Ｗが本接合用プロー
ブの凹面型底面２ｂの直径ＤPB＝１５ｍｍよりも広いた
め、接合部の幅方向外側に仮付け部が残ってしまった。
仮付け部の幅Ｗが３ｍｍでは、仮付け強度の不足のため
か本接合中に仮付け部が割れてしまい、被接合ライン５
の開きおよび段差が発生してしまった。仮付け部の幅Ｗ
が１１ｍｍ、４ｍｍの場合は本接合の際に何ら問題を生
じることがなく、本接合後良好な接合部品質が得られて
いる。 ２）仮付けをＭＩＧ溶接で行った場合も、前記ＴＩＧ溶
接で行った場合と同様に、仮付け部の幅Ｗが１０ｍｍ、
５ｍｍの場合は本接合時の問題はなく、接合部品質は良
好であったが、仮付け部の幅Ｗが２０ｍｍと３ｍｍの場
合は、前記ＴＩＧ溶接の場合と全く同じ問題を生じた。 ３）ＦＳＷで仮付けを行った場合も、仮付け部の幅Ｗが
１４ｍｍ、１０ｍｍでは問題がなく良好な接合部が得ら
れたが、２０ｍｍ、３ｍｍの場合は、それぞれ上記と同
じような理由と内容で接合部に問題を生じた。 ４）以上の結果から、仮付け方法の種類に関係なく、仮
付け部の幅Ｗが４〜１４ｍｍの間では、すなわち、仮付
け部の幅Ｗの本接合用プローブの凹面形底面２ｂの直径
ＤPB＝１５ｍｍにたいする比率が２６〜９０％の間では
良好な本接合が可能であるといえる。
【００１８】２．実施例２ 前記の共通条件で、仮付け部の幅Ｗ＝１０ｍｍ、仮付け
部の中心間隔Ｄ＝２００ｍｍに統一し、仮付け部の長さ
Ｌが本摩擦攪拌接合部の品質に及ぼす影響を見るための
実験を行い、その実験結果を表２に示した。なお、仮付
けを摩擦攪拌接合で行った場合のプロ−ブは、図１に示
す凹面形底面２ｂの直径ＤPBが１０ｍｍ、攪拌ピン３の
直径ｄP が１．５ｍｍのものを使用した。
部の中心間隔Ｄ＝２００ｍｍに統一し、仮付け部の長さ
Ｌが本摩擦攪拌接合部の品質に及ぼす影響を見るための
実験を行い、その実験結果を表２に示した。なお、仮付
けを摩擦攪拌接合で行った場合のプロ−ブは、図１に示
す凹面形底面２ｂの直径ＤPBが１０ｍｍ、攪拌ピン３の
直径ｄP が１．５ｍｍのものを使用した。
【００１９】
【表２】
【００２０】上記表２に示す実験結果について説明すれ
ば、以下のとおりである。 １）仮付けをＴＩＧ溶接で行った場合、仮付け部の長さ
Ｌが２０ｍｍでは、ＦＳＷによる本接合中に仮付け部が
割れ、段差等が発生した。このためバリが多発し、該バ
リの多発に起因する充填メタル不足により接合部にトン
ネル状欠陥が発生した。しかし、仮付け部の長さＬが４
０〜８０ｍｍの間では良好な接合部が得られた。 ２）仮付け方法がＭＩＧ溶接およびＦＳＷの場合も同様
に、仮付け部の長さＬが２０ｍｍでは、上記と同様の欠
陥が発生したが、仮付け部の長さＬが３０〜５０ｍｍの
間では問題がなかった。 ３）以上から、仮付け方法の種類に関係なく、仮付け部
の長さＬが３０ｍｍ以上であれば、すなわち、仮付け部
の長さＬの本接合用プローブの凹面形底面２ｂの直径Ｄ
PB＝１５ｍｍにたいする比率が２倍以上であれば、良好
な本接合が可能であるといえる。ただし、仮付け部の長
さＬが必要以上に長くても無意味かつ無駄であるので、
仮付け部の長さＬは本接合用プローブの凹面形底面２ｂ
の直径ＤPBの２〜５倍とすることが適切であると考えら
れる。
ば、以下のとおりである。 １）仮付けをＴＩＧ溶接で行った場合、仮付け部の長さ
Ｌが２０ｍｍでは、ＦＳＷによる本接合中に仮付け部が
割れ、段差等が発生した。このためバリが多発し、該バ
リの多発に起因する充填メタル不足により接合部にトン
ネル状欠陥が発生した。しかし、仮付け部の長さＬが４
０〜８０ｍｍの間では良好な接合部が得られた。 ２）仮付け方法がＭＩＧ溶接およびＦＳＷの場合も同様
に、仮付け部の長さＬが２０ｍｍでは、上記と同様の欠
陥が発生したが、仮付け部の長さＬが３０〜５０ｍｍの
間では問題がなかった。 ３）以上から、仮付け方法の種類に関係なく、仮付け部
の長さＬが３０ｍｍ以上であれば、すなわち、仮付け部
の長さＬの本接合用プローブの凹面形底面２ｂの直径Ｄ
PB＝１５ｍｍにたいする比率が２倍以上であれば、良好
な本接合が可能であるといえる。ただし、仮付け部の長
さＬが必要以上に長くても無意味かつ無駄であるので、
仮付け部の長さＬは本接合用プローブの凹面形底面２ｂ
の直径ＤPBの２〜５倍とすることが適切であると考えら
れる。
【００２１】３．実施例３ 前記の共通条件で、仮付け部の幅Ｗを前記実施例１で良
好な結果の得られた１０〜１４ｍｍとし、仮付け部の長
さＬ＝２０〜４０ｍｍ、仮付け部の中心間隔Ｄ＝２００
〜１９７０ｍｍとして実験を行い、仮付け部の中心間隔
Ｄが本摩擦攪拌接合部の品質に及ぼす影響を見るための
実験を行い、その実験結果を表３に示した。なお、仮付
けを摩擦攪拌接合で行った場合のプロ−ブは、図１に示
す凹面形底面２ｂの直径ＤPBが１０ｍｍおよび１４ｍ
ｍ、攪拌ピン３の直径ｄP が１．５ｍｍおよび５ｍｍの
ものを使用した。
好な結果の得られた１０〜１４ｍｍとし、仮付け部の長
さＬ＝２０〜４０ｍｍ、仮付け部の中心間隔Ｄ＝２００
〜１９７０ｍｍとして実験を行い、仮付け部の中心間隔
Ｄが本摩擦攪拌接合部の品質に及ぼす影響を見るための
実験を行い、その実験結果を表３に示した。なお、仮付
けを摩擦攪拌接合で行った場合のプロ−ブは、図１に示
す凹面形底面２ｂの直径ＤPBが１０ｍｍおよび１４ｍ
ｍ、攪拌ピン３の直径ｄP が１．５ｍｍおよび５ｍｍの
ものを使用した。
【００２２】
【表３】
【００２３】上記表３に示す実験結果について説明すれ
ば、以下のとおりである。すなわち、接合部品質不良が
発生しているのは、実施例２で仮付け部割れ発生のため
に接合部品質不良となった仮付け部の長さＬ＝２０ｍ
ｍ、すなわち仮付け部の長さＬが本接合用プローブの凹
面形底面の直径ＤPBの２倍未満の場合だけである。従っ
て、仮付け部の幅Ｗが適切な範囲、すなわち本接合用プ
ローブの凹面形底面の直径ＤPB＝１５ｍｍに対する比率
が２６〜９０％の間にあり、かつ、仮付け部の長さＬが
適切な範囲、すなわち本接合用プローブの凹面形底面の
直径Ｄ PB＝１５ｍｍに対する比率が２〜５倍の間にあれ
ば、仮付け部中心間隔Ｄに関係なく、本摩擦攪拌接合部
の品質は良好であり、従って、仮付け部中心間隔Ｄは本
摩擦攪拌接合部の品質に影響を及ぼさないと考えられ
る。
ば、以下のとおりである。すなわち、接合部品質不良が
発生しているのは、実施例２で仮付け部割れ発生のため
に接合部品質不良となった仮付け部の長さＬ＝２０ｍ
ｍ、すなわち仮付け部の長さＬが本接合用プローブの凹
面形底面の直径ＤPBの２倍未満の場合だけである。従っ
て、仮付け部の幅Ｗが適切な範囲、すなわち本接合用プ
ローブの凹面形底面の直径ＤPB＝１５ｍｍに対する比率
が２６〜９０％の間にあり、かつ、仮付け部の長さＬが
適切な範囲、すなわち本接合用プローブの凹面形底面の
直径Ｄ PB＝１５ｍｍに対する比率が２〜５倍の間にあれ
ば、仮付け部中心間隔Ｄに関係なく、本摩擦攪拌接合部
の品質は良好であり、従って、仮付け部中心間隔Ｄは本
摩擦攪拌接合部の品質に影響を及ぼさないと考えられ
る。
【００２４】４．実施例４ 前記の共通の実験条件で、仮付け部の幅Ｗは前記実施例
１で良好の結果の得られた１０ｍｍと１４ｍｍ、仮付け
部の長さＬは２０ｍｍと４０ｍｍ、仮付け部の中心間隔
Ｄは２００ｍｍの一定とし、本摩擦攪拌接合の始端およ
び終端からそれぞれ最も近い仮付け部の外側端までの距
離Ｄ1 を１００〜６００ｍｍの間で変化させて、該距離
Ｄ1 の本摩擦攪拌接合部の品質に及ぼす影響を見るため
の実験を行い、その実験結果を表４に示した。
１で良好の結果の得られた１０ｍｍと１４ｍｍ、仮付け
部の長さＬは２０ｍｍと４０ｍｍ、仮付け部の中心間隔
Ｄは２００ｍｍの一定とし、本摩擦攪拌接合の始端およ
び終端からそれぞれ最も近い仮付け部の外側端までの距
離Ｄ1 を１００〜６００ｍｍの間で変化させて、該距離
Ｄ1 の本摩擦攪拌接合部の品質に及ぼす影響を見るため
の実験を行い、その実験結果を表４に示した。
【００２５】
【表４】
【００２６】上記表４に示す実験結果について説明すれ
ば、以下のとおりである。 １）仮付けをＴＩＧ溶接で行った場合、仮付け部の長さ
Ｌが前記実施例２で良好な結果の得られた４０ｍｍの場
合は、中空押出形材の本摩擦攪拌接合の始端または終端
の各々からそれぞれ最も近い仮付け部の外側端までの距
離Ｄ1 が２００ｍｍ以下の場合は、良好な接合部の品質
が得られた。しかし、前記の距離Ｄ1 が３００ｍｍ以上
になると接合部の品質が良くない。 ２）仮付けをＭＩＧ溶接で行った場合、仮付け部の長さ
Ｌが前記実施例２で良好な結果の得られた４０ｍｍの場
合は、前記の距離Ｄ1 が２００ｍｍ以下の場合は、良好
な接合部が得られたが、仮付け部の長さが２０ｍｍの場
合または前記の距離Ｄ1 が３００ｍｍ以上の場合は、接
合部の品質が良くない。 ３）仮付けをＦＳＷで行った場合、仮付け部の幅Ｗが１
０ｍｍの場合も１４ｍｍの場合も、前記の距離Ｄ1 が２
００ｍｍ以下の場合は良好な接合部が得られたが、前記
の距離Ｄ1 が３００ｍｍ以上になると接合部の品質が良
くなかった。 ４）以上から、仮付け部の幅Ｗと仮付け部の長さＬが、
それぞれ、前記実施例１と実施例２のそれぞれで得られ
た適切な範囲にあるかぎり、被接合部材の本摩擦攪拌接
合の始端または終端の各々からそれぞれ最も近い仮付け
部の外側端までの距離Ｄ1 が２００ｍｍ以下とすること
が適切であるといえる。
ば、以下のとおりである。 １）仮付けをＴＩＧ溶接で行った場合、仮付け部の長さ
Ｌが前記実施例２で良好な結果の得られた４０ｍｍの場
合は、中空押出形材の本摩擦攪拌接合の始端または終端
の各々からそれぞれ最も近い仮付け部の外側端までの距
離Ｄ1 が２００ｍｍ以下の場合は、良好な接合部の品質
が得られた。しかし、前記の距離Ｄ1 が３００ｍｍ以上
になると接合部の品質が良くない。 ２）仮付けをＭＩＧ溶接で行った場合、仮付け部の長さ
Ｌが前記実施例２で良好な結果の得られた４０ｍｍの場
合は、前記の距離Ｄ1 が２００ｍｍ以下の場合は、良好
な接合部が得られたが、仮付け部の長さが２０ｍｍの場
合または前記の距離Ｄ1 が３００ｍｍ以上の場合は、接
合部の品質が良くない。 ３）仮付けをＦＳＷで行った場合、仮付け部の幅Ｗが１
０ｍｍの場合も１４ｍｍの場合も、前記の距離Ｄ1 が２
００ｍｍ以下の場合は良好な接合部が得られたが、前記
の距離Ｄ1 が３００ｍｍ以上になると接合部の品質が良
くなかった。 ４）以上から、仮付け部の幅Ｗと仮付け部の長さＬが、
それぞれ、前記実施例１と実施例２のそれぞれで得られ
た適切な範囲にあるかぎり、被接合部材の本摩擦攪拌接
合の始端または終端の各々からそれぞれ最も近い仮付け
部の外側端までの距離Ｄ1 が２００ｍｍ以下とすること
が適切であるといえる。
【００２７】以上の実施例では、アルミニウム合金押出
形材を供試材として使用し、Ｉ形突合わせ接合を行った
例について述べたが、本発明の摩擦攪拌接合方法は、ア
ルミニウムおよびアルミニウム合金の押出形材のＩ形突
合わせ接合への適用に限られるものではない。例えば、
チタニウムやチタニウム合金等の難溶融溶接材料で摩擦
攪拌接合の適用の効果の大きい金属材料への適用、ある
いは、板材のＩ形突合わせ継ぎ手（接合）や角継ぎ手
（接合）等にも適用可能である。
形材を供試材として使用し、Ｉ形突合わせ接合を行った
例について述べたが、本発明の摩擦攪拌接合方法は、ア
ルミニウムおよびアルミニウム合金の押出形材のＩ形突
合わせ接合への適用に限られるものではない。例えば、
チタニウムやチタニウム合金等の難溶融溶接材料で摩擦
攪拌接合の適用の効果の大きい金属材料への適用、ある
いは、板材のＩ形突合わせ継ぎ手（接合）や角継ぎ手
（接合）等にも適用可能である。
【００２８】
【発明の効果】本発明に係る摩擦攪拌接合方法によれ
ば、以下のような優れた効果を奏する。すなわち、本摩
擦攪拌接合に先立って、被接合部材の被接合ラインを、
ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接等の溶融溶接もしくは摩擦攪拌
接合（ＦＳＷ）により仮付けしておき、該仮付け部の幅
Ｗと長さＬを、それぞれ、本接合工程の摩擦攪拌接合に
用いられるプローブの凹面形底面の直径ＤPBに対して、
２６〜９０％と２〜５倍になるようにすれば、 （１）本摩擦攪拌接合に際して、被接合部材への攪拌ピ
ンの押し込みに起因する前記被接合ラインの開きや両被
接合部材上面間の段差の発生等を防止するために、大型
かつ専用の高価な押さえ装置を必要とすることなく、簡
易な最小限の大きさの押さえ治具を用いるのみでよく、
押さえ装置への被接合部材のセットや取外し等に多大な
労力と時間を要することがなくなる。 （２）本摩擦攪拌接合中の前記被接合ラインの開き、段
差の発生や仮付け部割れを確実に防止できるので、これ
らに起因して摩擦攪拌接合が不可能になったり、困難に
なったりすることを避けられるばかりでなく、バリの多
発とそれに起因する充填メタル不足によるトンネル状欠
陥、表面への仮付け部残り等の欠陥を発生させることな
く、良好な接合部品質を得ることが可能となる。さら
に、前記の条件を守りつつ、本接合工程の摩擦攪拌接合
の始端と終端の各々から２００ｍｍまでの位置が仮付け
部に含まれるように仮付けを行えば、摩擦攪拌接合によ
る本接合工程の始端部と終端部の接合品質も良好に保た
れ、上記のような効果がより大きなものになる。
ば、以下のような優れた効果を奏する。すなわち、本摩
擦攪拌接合に先立って、被接合部材の被接合ラインを、
ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接等の溶融溶接もしくは摩擦攪拌
接合（ＦＳＷ）により仮付けしておき、該仮付け部の幅
Ｗと長さＬを、それぞれ、本接合工程の摩擦攪拌接合に
用いられるプローブの凹面形底面の直径ＤPBに対して、
２６〜９０％と２〜５倍になるようにすれば、 （１）本摩擦攪拌接合に際して、被接合部材への攪拌ピ
ンの押し込みに起因する前記被接合ラインの開きや両被
接合部材上面間の段差の発生等を防止するために、大型
かつ専用の高価な押さえ装置を必要とすることなく、簡
易な最小限の大きさの押さえ治具を用いるのみでよく、
押さえ装置への被接合部材のセットや取外し等に多大な
労力と時間を要することがなくなる。 （２）本摩擦攪拌接合中の前記被接合ラインの開き、段
差の発生や仮付け部割れを確実に防止できるので、これ
らに起因して摩擦攪拌接合が不可能になったり、困難に
なったりすることを避けられるばかりでなく、バリの多
発とそれに起因する充填メタル不足によるトンネル状欠
陥、表面への仮付け部残り等の欠陥を発生させることな
く、良好な接合部品質を得ることが可能となる。さら
に、前記の条件を守りつつ、本接合工程の摩擦攪拌接合
の始端と終端の各々から２００ｍｍまでの位置が仮付け
部に含まれるように仮付けを行えば、摩擦攪拌接合によ
る本接合工程の始端部と終端部の接合品質も良好に保た
れ、上記のような効果がより大きなものになる。
【図１】 本発明の摩擦攪拌接合方法に用いられる非
消耗型のプローブの構成と被接合部材との関係の例を示
す図である。
消耗型のプローブの構成と被接合部材との関係の例を示
す図である。
【図２】 本発明における仮付け部の寸法および位置
関係の定義を示す平面図である。
関係の定義を示す平面図である。
１ プローブ ２ 回転円筒体 ２ｂ 凹面形底面 ３ 攪拌ピン ４ａ 被接合部材 ４ｂ 被接合部材 ５ 被接合ライン ５ｓ 被接合面 ６ 仮付け部 ７ 外側端
Claims (5)
- 【請求項１】 凹面形底面と該底面中央部から下方に
突出する攪拌ピンを備えたプローブの、前記攪拌ピンを
被接合部材の突合わせ部の中に押し込み、前記凹面形底
面を被接合部材の上面に押しつけながら、前記プローブ
を回転させつつ被接合ラインに沿って移動させることに
より、前記被接合部材を接合する摩擦攪拌接合方法にお
いて、 本摩擦攪拌接合に先立って、前記被接合部材の前記被接
合ラインを仮付けしておくことを特徴とする摩擦攪拌接
合方法。 - 【請求項２】 前記被接合部材の前記被接合ラインの
仮付けの方法が、溶融溶接もしくは摩擦攪拌接合である
ことを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項３】 仮付け部の幅が前記本摩擦攪拌接合に
使用される前記プローブの凹面形底面の直径の２６〜９
０％となるように、かつ、仮付け部の個々の長さが前記
本摩擦攪拌接合に使用される前記プローブの凹面形底面
の直径の２〜５倍となるように、前記被接合部材の前記
被接合ラインの仮付けを行うことを特徴とする請求項１
または請求項２に記載の摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項４】 前記被接合部材の前記被接合ラインの
仮付けを、少なくとも前記本摩擦攪拌接合の始端および
終端の各々から２００ｍｍまでの距離の位置が仮付け部
に含まれるように行うことを特徴とする請求項１〜請求
項３のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項５】 前記被接合部材が、アルミニウムまた
はアルミニウム合金製のものであることを特徴とする請
求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合
方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35448797A JP3296417B2 (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | 摩擦攪拌接合方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11179568A true JPH11179568A (ja) | 1999-07-06 |
| JP3296417B2 JP3296417B2 (ja) | 2002-07-02 |
Family
ID=18437906
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35448797A Expired - Lifetime JP3296417B2 (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | 摩擦攪拌接合方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3296417B2 (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000094156A (ja) * | 1998-09-17 | 2000-04-04 | Showa Alum Corp | 摩擦撹拌接合法及び摩擦撹拌接合装置 |
| EP1057576A3 (en) * | 1999-05-31 | 2001-12-19 | Hitachi, Ltd. | A method of manufacturing a structual body |
| JP2002248581A (ja) * | 2001-02-22 | 2002-09-03 | Nippon Light Metal Co Ltd | 摩擦攪拌接合における接合幅修正方法及びその装置 |
| US6557746B2 (en) * | 2000-09-13 | 2003-05-06 | Hitachi, Ltd. | Friction stir bonding method |
| JP2003154473A (ja) * | 2002-09-11 | 2003-05-27 | Hitachi Ltd | 摩擦攪拌接合方法および車体の製作方法 |
| WO2003092950A1 (en) * | 2002-04-29 | 2003-11-13 | The Boeing Company | Joining of structural members by friction plug welding |
| EP1224998A3 (en) * | 2001-01-17 | 2004-05-12 | Hitachi, Ltd. | Friction stir welding method, and method for manufacturing car body |
| EP1314508A3 (en) * | 2001-11-27 | 2005-01-05 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Friction stir welding |
| US6854632B1 (en) * | 1997-12-19 | 2005-02-15 | Esab, Ab | Welding apparatus |
| WO2007119343A1 (ja) * | 2006-03-16 | 2007-10-25 | Showa Denko K.K. | 摩擦攪拌接合用工具および摩擦攪拌接合方法 |
| JP2012071352A (ja) * | 2011-11-07 | 2012-04-12 | Nippon Light Metal Co Ltd | 接合方法 |
| JP2012071353A (ja) * | 2011-11-07 | 2012-04-12 | Nippon Light Metal Co Ltd | 接合方法 |
| US8434662B2 (en) | 2006-10-02 | 2013-05-07 | Nippon Light Metal Co., Ltd. | Joining method and friction stir welding method |
| JP2013082010A (ja) * | 2008-02-18 | 2013-05-09 | Nippon Light Metal Co Ltd | 接合方法 |
| CN108296628A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-07-20 | 吉林大学 | 一种搅拌摩擦制备大尺寸梯度功能材料方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013027532A1 (ja) * | 2011-08-19 | 2013-02-28 | 日本軽金属株式会社 | 摩擦攪拌接合方法 |
-
1997
- 1997-12-24 JP JP35448797A patent/JP3296417B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (28)
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| US6502739B2 (en) | 1999-05-31 | 2003-01-07 | Hitachi, Ltd. | Method of manufacture of a structural body |
| EP1057576A3 (en) * | 1999-05-31 | 2001-12-19 | Hitachi, Ltd. | A method of manufacturing a structual body |
| EP1310320A1 (en) * | 1999-05-31 | 2003-05-14 | Hitachi, Ltd. | A friction stir welding method of manufacturing a structural body with provisional/tack welding of parts from the structural body |
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| EP1224998A3 (en) * | 2001-01-17 | 2004-05-12 | Hitachi, Ltd. | Friction stir welding method, and method for manufacturing car body |
| US6984455B2 (en) | 2001-01-17 | 2006-01-10 | Hitachi, Ltd. | Friction stir welding method, and method for manufacturing car body |
| EP1808258A3 (en) * | 2001-01-17 | 2008-03-05 | Hitachi, Ltd. | Friction stir welding method, and method for manufacturing car body |
| EP1808259A3 (en) * | 2001-01-17 | 2008-02-27 | Hitachi, Ltd. | Friction stir welding method, and method for manufacturing car body |
| JP2002248581A (ja) * | 2001-02-22 | 2002-09-03 | Nippon Light Metal Co Ltd | 摩擦攪拌接合における接合幅修正方法及びその装置 |
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| WO2003092950A1 (en) * | 2002-04-29 | 2003-11-13 | The Boeing Company | Joining of structural members by friction plug welding |
| US6742697B2 (en) | 2002-04-29 | 2004-06-01 | The Boeing Company | Joining of structural members by friction plug welding |
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| US7857192B2 (en) | 2006-03-16 | 2010-12-28 | Showa Denko K.K. | Friction stir welding tool and friction stir welding method |
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| US8672212B2 (en) | 2006-10-02 | 2014-03-18 | Nippon Light Metal Company, Ltd. | Joining method and friction stir welding method |
| TWI449585B (zh) * | 2006-10-02 | 2014-08-21 | Nippon Light Metal Co | Bonding method |
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| CN108296628B (zh) * | 2018-05-02 | 2019-10-11 | 吉林大学 | 一种搅拌摩擦制备大尺寸梯度功能材料方法 |
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