JPH1148968A - 鉄道車両用構体の製作方法及び製作装置 - Google Patents
鉄道車両用構体の製作方法及び製作装置Info
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- JPH1148968A JPH1148968A JP9211616A JP21161697A JPH1148968A JP H1148968 A JPH1148968 A JP H1148968A JP 9211616 A JP9211616 A JP 9211616A JP 21161697 A JP21161697 A JP 21161697A JP H1148968 A JPH1148968 A JP H1148968A
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
- B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
- B23K20/126—Workpiece support, i.e. backing or clamping
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
- B23K2101/04—Tubular or hollow articles
- B23K2101/045—Hollow panels
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】車両のような長尺でかつ、大型の構造物を安定
に固定して摩擦溶接する。 【解決手段】回転ツール１の近くに加工物２，２を押さ
えるローラ７，７を配置し、また、その反対側にローラ
８を配置し、加工物２，２を支持する。この３者を同期
して移動させ、摩擦溶接を行う。
に固定して摩擦溶接する。 【解決手段】回転ツール１の近くに加工物２，２を押さ
えるローラ７，７を配置し、また、その反対側にローラ
８を配置し、加工物２，２を支持する。この３者を同期
して移動させ、摩擦溶接を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
からなる車両構造体の他、自動車，船舶，航空，エレベ
ータ，圧力容器などのあらゆる構造体に利用できる。
からなる車両構造体の他、自動車，船舶，航空，エレベ
ータ，圧力容器などのあらゆる構造体に利用できる。
【０００２】
【従来の技術】摩擦溶接方法として、特表平7−505090
号では、加工物より実質的に硬い材質からなるツールを
加工物の溶接部に挿入し、前記ツールを回転させながら
移動することにより、該回転ツールと加工物との間に生
じる摩擦熱による塑性流動によって加工物を摩擦溶接す
る溶接方法が公知である。
号では、加工物より実質的に硬い材質からなるツールを
加工物の溶接部に挿入し、前記ツールを回転させながら
移動することにより、該回転ツールと加工物との間に生
じる摩擦熱による塑性流動によって加工物を摩擦溶接す
る溶接方法が公知である。
【０００３】従来の摩擦溶接法は、加工物同士を回転さ
せ、加工物同士の摩擦熱によって溶接する方法に対し
て、前記特表平7−505090 号は溶接部材を固定した状態
で、該ツールを回転させながら移動することにより接合
できる特徴がある。このため、溶接方向に対して実質的
に無限に長い部材でもその長手方向に連続的に固相接合
できる利点がある。さらに、回転ツールと溶接部材との
摩擦熱による金属の塑性流動を利用した固相接合のた
め、接合部を溶融させることなく、接合できる。また、
加熱温度が低いため、接合後の変形が少ない。接合部は
溶融されないため、欠陥が少ないなどの多くの利点があ
る。
せ、加工物同士の摩擦熱によって溶接する方法に対し
て、前記特表平7−505090 号は溶接部材を固定した状態
で、該ツールを回転させながら移動することにより接合
できる特徴がある。このため、溶接方向に対して実質的
に無限に長い部材でもその長手方向に連続的に固相接合
できる利点がある。さらに、回転ツールと溶接部材との
摩擦熱による金属の塑性流動を利用した固相接合のた
め、接合部を溶融させることなく、接合できる。また、
加熱温度が低いため、接合後の変形が少ない。接合部は
溶融されないため、欠陥が少ないなどの多くの利点があ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記特表平7−505090
号による回転ツールを加工物の中に挿入し、該回転ツー
ルを回転させながら移動することにより溶接する摩擦溶
接方法を車両構造体などの長尺かつ、大型の構造物に適
用した場合、次のような問題点がある。
号による回転ツールを加工物の中に挿入し、該回転ツー
ルを回転させながら移動することにより溶接する摩擦溶
接方法を車両構造体などの長尺かつ、大型の構造物に適
用した場合、次のような問題点がある。
【０００５】（１） 回転ツールの荷重によって加工物
が溶接中に変形する。このため、溶接中の加工物は前記
回転ツールの力に耐えるように加工物の表裏または側面
方向から固定する必要がある。特に、回転ツールの反対
側にあたる溶接部の裏面は、回転ツールの荷重を受ける
ため、強固な部材を配置する必要がある。ところが、特
に溶接長さが長く、かつ、大型の車両などの加工物の場
合は、この固定が困難である。
が溶接中に変形する。このため、溶接中の加工物は前記
回転ツールの力に耐えるように加工物の表裏または側面
方向から固定する必要がある。特に、回転ツールの反対
側にあたる溶接部の裏面は、回転ツールの荷重を受ける
ため、強固な部材を配置する必要がある。ところが、特
に溶接長さが長く、かつ、大型の車両などの加工物の場
合は、この固定が困難である。
【０００６】（２） 本溶接方法は回転ツールと加工物
との摩擦熱を利用している。従って、溶接部の表面は、
回転ツールと加工物表面との摩擦によって凹みができ
る。このため、実質的に溶接部の厚さが減少するため、
接合部の強度が低下し、信頼性の点で問題がある。
との摩擦熱を利用している。従って、溶接部の表面は、
回転ツールと加工物表面との摩擦によって凹みができ
る。このため、実質的に溶接部の厚さが減少するため、
接合部の強度が低下し、信頼性の点で問題がある。
【０００７】（３） 接合部の継手部にギャップがある
場合、欠陥が発生しやすい。つまり、従来のＭＩＧやＴ
ＩＧなどの溶融溶接法に比べてギャップの許容範囲が狭
い。
場合、欠陥が発生しやすい。つまり、従来のＭＩＧやＴ
ＩＧなどの溶融溶接法に比べてギャップの許容範囲が狭
い。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の特徴は、
車両のような長尺でかつ、大型の構造部を安定に固定し
て摩擦溶接することにある。従って、本発明は次の手段
により達成できる。
車両のような長尺でかつ、大型の構造部を安定に固定し
て摩擦溶接することにある。従って、本発明は次の手段
により達成できる。
【０００９】（１） 前記加工物の固定治具は回転機構
を備えていること。
を備えていること。
【００１０】（２） 前記回転機構を備えた加工物の固
定治具は、前記回転ツールの配置されている溶接部表面
側または回転ツールと反対側（溶接部の裏面）のいずれ
か一方または両方に設置されていること。
定治具は、前記回転ツールの配置されている溶接部表面
側または回転ツールと反対側（溶接部の裏面）のいずれ
か一方または両方に設置されていること。
【００１１】（３） 前記回転機構を備えた加工物の固
定治具は、前記回転ツールの前方または後方のいずれか
一方または両方であること。
定治具は、前記回転ツールの前方または後方のいずれか
一方または両方であること。
【００１２】（４） 前記回転機構を備えた加工物の固
定治具は、加工物の変形に追従して上下方向に自動的に
移動すること。
定治具は、加工物の変形に追従して上下方向に自動的に
移動すること。
【００１３】（５） 前記回転機構を備えた加工物の固
定治具は、回転ツールの移動に連動または単独に溶接方
向または溶接方向と反対方向に移動すること。
定治具は、回転ツールの移動に連動または単独に溶接方
向または溶接方向と反対方向に移動すること。
【００１４】さらに、本発明の第２の特徴は、 （６） 車両のような長尺部の溶接は、溶接中の溶接状
態または溶接部の開先を光学的または電子的に監視しな
がら溶接することが望ましい。これに長尺部でも安定に
摩擦溶接できる。
態または溶接部の開先を光学的または電子的に監視しな
がら溶接することが望ましい。これに長尺部でも安定に
摩擦溶接できる。
【００１５】（７） 一方、前記溶接方法によって、溶
接された溶接部の表面または裏面をアークまたはプラズ
マまたはレーザのいずれかの熱源によって局部的に溶融
すること。これにより、前記摩擦溶接部に未溶接部が生
じても前記溶融溶接により、自動的に補修できる。
接された溶接部の表面または裏面をアークまたはプラズ
マまたはレーザのいずれかの熱源によって局部的に溶融
すること。これにより、前記摩擦溶接部に未溶接部が生
じても前記溶融溶接により、自動的に補修できる。
【００１６】（８） 加工物の溶接部の厚さは、他の厚
さより局部的に高く（厚く）なっていること。この高く
なっている厚さは０.３mm 以上，２mm以下が望ましい。
また、高くなっている部分の幅は回転ツールのつばの外
形とほぼ同じ幅が望ましい。
さより局部的に高く（厚く）なっていること。この高く
なっている厚さは０.３mm 以上，２mm以下が望ましい。
また、高くなっている部分の幅は回転ツールのつばの外
形とほぼ同じ幅が望ましい。
【００１７】（９） 加工物を表裏両面から接合するこ
と。この両面からの溶接は同時でもまたは時間的に差が
あっても本目的を達成できる。
と。この両面からの溶接は同時でもまたは時間的に差が
あっても本目的を達成できる。
【００１８】［作用］前記第１の特徴である回転ツール
と反対側に配置される加工物の固定治具に回転機構を備
えていることにより、少ない力で加工物を移動できる。
さらに、前記回転機構を備えた加工物の固定治具は、加
工物の変形に追従して上下方向に自動的に移動する。こ
のため、加工物が変形した場合でも固定治具は加工物か
ら離れることがない。従って、欠陥の発生が防止でき、
信頼性の高い溶接ができる。
と反対側に配置される加工物の固定治具に回転機構を備
えていることにより、少ない力で加工物を移動できる。
さらに、前記回転機構を備えた加工物の固定治具は、加
工物の変形に追従して上下方向に自動的に移動する。こ
のため、加工物が変形した場合でも固定治具は加工物か
ら離れることがない。従って、欠陥の発生が防止でき、
信頼性の高い溶接ができる。
【００１９】一方、本発明の第２の特徴である加工部材
の溶接部の厚さを他の部分の厚さより局部的に高くする
ことにより、次の効果が期待できる。
の溶接部の厚さを他の部分の厚さより局部的に高くする
ことにより、次の効果が期待できる。
【００２０】本摩擦溶接は、回転ツールの切削効果によ
って、接合部の厚さが局部的に薄くなり、溶接部の機械
的強度が実施的に低下し、加工部材の信頼性の点で問題
がある。これを防止するため、接合部の厚さを局部的に
厚くすることにより、前記問題点を解決できる。具体的
には、０.３mm 以上，２mm以下が望ましい。さらに、本
発明によって、接合部のギャップが大きい場合でも前記
局部的に厚さを増加している部分でギャップを補うた
め、欠陥なく溶接できる。例えば、継手構造がＩ型のみ
ならずレ型またはＶ型でも欠陥なく溶接できる。
って、接合部の厚さが局部的に薄くなり、溶接部の機械
的強度が実施的に低下し、加工部材の信頼性の点で問題
がある。これを防止するため、接合部の厚さを局部的に
厚くすることにより、前記問題点を解決できる。具体的
には、０.３mm 以上，２mm以下が望ましい。さらに、本
発明によって、接合部のギャップが大きい場合でも前記
局部的に厚さを増加している部分でギャップを補うた
め、欠陥なく溶接できる。例えば、継手構造がＩ型のみ
ならずレ型またはＶ型でも欠陥なく溶接できる。
【００２１】
［実施例 １］図１はアルミ合金からなる長さ２０ｍ，
幅１ｍ，厚さ４mmの車両用加工物の突合せ溶接におい
て、回転ツール１の配置側（溶接部の表面側）および反
対側、つまり、溶接面の裏側にも回転機構を備えた加工
物２の固定治具を合計５個配置して溶接する斜視図を示
す。図２は図１の回転ツール１部の詳細を示す断面図で
ある。
幅１ｍ，厚さ４mmの車両用加工物の突合せ溶接におい
て、回転ツール１の配置側（溶接部の表面側）および反
対側、つまり、溶接面の裏側にも回転機構を備えた加工
物２の固定治具を合計５個配置して溶接する斜視図を示
す。図２は図１の回転ツール１部の詳細を示す断面図で
ある。
【００２２】以下、本発明の実施例を具体的に示す。本
溶接方法は、回転ツール１を車両用の加工物２の溶接部
３に挿入し、回転ツール１を４方向に回転しながら５方
向に移動することによって溶接する。この溶接方法にお
いて、まず、加工物２は支持台６に支持される。この支
持だけでは、加工物２は回転ツールの加重により変形
し、安定に溶接ができない。このため、回転ツール１の
荷重によって変形しないように、回転ツール１の配置側
および反対側に加工物を固定する支持治具７および８を
配置する。この場合、支持治具７および８は回転機構が
備えられている。さらに、支持治具７および８は、図２
に示すごとく、支持気機構９に取付けられ、加工物２の
上下移動に連動して自動的に上下に移動できる構造も備
えている。また、この回転機構を備えた固定治具は、回
転ツールの溶接方向の移動に連動して移動する。
溶接方法は、回転ツール１を車両用の加工物２の溶接部
３に挿入し、回転ツール１を４方向に回転しながら５方
向に移動することによって溶接する。この溶接方法にお
いて、まず、加工物２は支持台６に支持される。この支
持だけでは、加工物２は回転ツールの加重により変形
し、安定に溶接ができない。このため、回転ツール１の
荷重によって変形しないように、回転ツール１の配置側
および反対側に加工物を固定する支持治具７および８を
配置する。この場合、支持治具７および８は回転機構が
備えられている。さらに、支持治具７および８は、図２
に示すごとく、支持気機構９に取付けられ、加工物２の
上下移動に連動して自動的に上下に移動できる構造も備
えている。また、この回転機構を備えた固定治具は、回
転ツールの溶接方向の移動に連動して移動する。
【００２３】回転ツール１はモータ１０に取付けられ、
４方向に回転しながら５方向に移動する。なお、回転ツ
ール１は加工物２の上下方向の変形に追従して自動的に
上下方向に移動する機構が備わっている。
４方向に回転しながら５方向に移動する。なお、回転ツ
ール１は加工物２の上下方向の変形に追従して自動的に
上下方向に移動する機構が備わっている。
【００２４】本実施例における回転ツール１形状は、太
い部分の径が２０mm、先端部の径が６mmである。また、
回転数は８５０rpm 、移動速度は２４０mm／min であ
る。
い部分の径が２０mm、先端部の径が６mmである。また、
回転数は８５０rpm 、移動速度は２４０mm／min であ
る。
【００２５】前記のごとく、回転機構および上下移動機
構を備えた加工物の固定治具により、加工物と固定治具
との摩擦抵抗が少なくなる。このため、鉄道用車両のよ
うな加工物が長い場合も容易に安定に固定できる。従っ
て、溶接も安定にできる。この溶接によって、高速用の
車両を製作した。なお、実施例では加工物２を固定し
て、回転ツール１と支持治具７及び８を溶接方向に移動
したが、これらを固定して加工物を移動しても本目的を
達成できる。
構を備えた加工物の固定治具により、加工物と固定治具
との摩擦抵抗が少なくなる。このため、鉄道用車両のよ
うな加工物が長い場合も容易に安定に固定できる。従っ
て、溶接も安定にできる。この溶接によって、高速用の
車両を製作した。なお、実施例では加工物２を固定し
て、回転ツール１と支持治具７及び８を溶接方向に移動
したが、これらを固定して加工物を移動しても本目的を
達成できる。
【００２６】［実施例 ２］図３はアルミ合金からなる
長さ２０ｍ，幅１ｍ，厚さ５mmの車両用の加工物２の突
合せ溶接において、回転ツール１の配置側および反対側
（溶接面の裏側）に合計７個の回転機構を備えた加工物
２の支持治具７および８を配置して溶接する斜視図を示
す。なお、本実施例における加工物の固定治具は、実施
例１の図１の他に回転ツール１の溶接方向前方にも配置
されていることが特徴である。
長さ２０ｍ，幅１ｍ，厚さ５mmの車両用の加工物２の突
合せ溶接において、回転ツール１の配置側および反対側
（溶接面の裏側）に合計７個の回転機構を備えた加工物
２の支持治具７および８を配置して溶接する斜視図を示
す。なお、本実施例における加工物の固定治具は、実施
例１の図１の他に回転ツール１の溶接方向前方にも配置
されていることが特徴である。
【００２７】溶接は加工物２を固定台６に固定する。さ
らに、加工物が回転ツール１の荷重によって変形しない
ように、回転ツール１の配置側および反対側に加工物を
固定する支持治具７および８を配置する。なお、支持治
具７および８は回転機構および加工物の上下移動に連動
して自動的に上下に移動できる構造も備えている。前記
のごとく、回転機構および上下移動機構を備えた加工物
の固定治具により、加工物と支持治具との摩擦抵抗が少
なくなる。このため、加工物が長い車両構体の場合でも
容易に安定に固定できる。従って、溶接も安定にでき
る。本実施例における回転ツールの形状および溶接条件
は実施例１と同じである。この溶接によって、高速用の
車両を製作した。
らに、加工物が回転ツール１の荷重によって変形しない
ように、回転ツール１の配置側および反対側に加工物を
固定する支持治具７および８を配置する。なお、支持治
具７および８は回転機構および加工物の上下移動に連動
して自動的に上下に移動できる構造も備えている。前記
のごとく、回転機構および上下移動機構を備えた加工物
の固定治具により、加工物と支持治具との摩擦抵抗が少
なくなる。このため、加工物が長い車両構体の場合でも
容易に安定に固定できる。従って、溶接も安定にでき
る。本実施例における回転ツールの形状および溶接条件
は実施例１と同じである。この溶接によって、高速用の
車両を製作した。
【００２８】［実施例 ３］図４はＳｉ量が０.４〜０.
９ｗｔ％、Ｍｇ量が０.４〜１.２ｗｔ％、残部Ａｌであ
るアルミ合金からなる長さ２５ｍ，幅０.５ｍ ，厚さ４
mmの車両用加工物２の突合せ溶接において、回転ツール
１の配置側および反対側（溶接面の裏側）に合計９個の
回転機構を備えた加工物２の固定治具を配置して溶接す
る斜視図を示す。つまり、固定治具の配置位置は、実施
例２の図３の他に溶接裏面側における回転ツールの溶接
方向前方にも配置されていることが特徴である。
９ｗｔ％、Ｍｇ量が０.４〜１.２ｗｔ％、残部Ａｌであ
るアルミ合金からなる長さ２５ｍ，幅０.５ｍ ，厚さ４
mmの車両用加工物２の突合せ溶接において、回転ツール
１の配置側および反対側（溶接面の裏側）に合計９個の
回転機構を備えた加工物２の固定治具を配置して溶接す
る斜視図を示す。つまり、固定治具の配置位置は、実施
例２の図３の他に溶接裏面側における回転ツールの溶接
方向前方にも配置されていることが特徴である。
【００２９】この溶接方法において、加工物２は支持台
６に固定され、さらに、回転ツール１の荷重によって変
形しないように、回転ツール１の配置側および反対側に
加工物を支持する支持治具７および８を配置する。この
場合、支持治具７および８は回転機構が備えられてい
る。さらに、支持治具７および８は、加工物の上下移動
に連動して自動的に上下に移動できる構造も備えてい
る。溶接は、回転ツールが４方向に回転しながら５方向
に移動して溶接される。この場合、支持治具７及び８も
回転ツールの移動に連動して５方向に移動する。
６に固定され、さらに、回転ツール１の荷重によって変
形しないように、回転ツール１の配置側および反対側に
加工物を支持する支持治具７および８を配置する。この
場合、支持治具７および８は回転機構が備えられてい
る。さらに、支持治具７および８は、加工物の上下移動
に連動して自動的に上下に移動できる構造も備えてい
る。溶接は、回転ツールが４方向に回転しながら５方向
に移動して溶接される。この場合、支持治具７及び８も
回転ツールの移動に連動して５方向に移動する。
【００３０】なお、本実施例では光学的監視装置によ
り、溶接裏面側の溶接状況を監視しながら溶接した。
り、溶接裏面側の溶接状況を監視しながら溶接した。
【００３１】前記のごとく、回転機構および上下移動機
構を備えた加工物の支持治具により、加工物と支持治具
との摩擦抵抗が少なくなる。このため、加工物が長い場
合も容易に安定に固定できる。従って、溶接も安定にで
きる。アルミ合金の突合せ溶接を行った。回転ツールの
形状および溶接条件は実施例１と同じである。この溶接
によって、高速用の車両を製作した。
構を備えた加工物の支持治具により、加工物と支持治具
との摩擦抵抗が少なくなる。このため、加工物が長い場
合も容易に安定に固定できる。従って、溶接も安定にで
きる。アルミ合金の突合せ溶接を行った。回転ツールの
形状および溶接条件は実施例１と同じである。この溶接
によって、高速用の車両を製作した。
【００３２】［実施例 ４］図５はアルミ合金からなる
長さ２５ｍ，幅０.５ｍ ，厚さ４mmの車両用加工物２の
突合せ溶接において、回転ツール１の配置側および反対
側（溶接面の裏側）に合計１１個の回転機構を備えた加
工物２の固定治具を配置して溶接する斜視図を示す。つ
まり、固定治具の配置位置は、実施例２の図３の他に溶
接裏面側における回転ツール１の前方の他、後方にも配
置されていることが特徴である。
長さ２５ｍ，幅０.５ｍ ，厚さ４mmの車両用加工物２の
突合せ溶接において、回転ツール１の配置側および反対
側（溶接面の裏側）に合計１１個の回転機構を備えた加
工物２の固定治具を配置して溶接する斜視図を示す。つ
まり、固定治具の配置位置は、実施例２の図３の他に溶
接裏面側における回転ツール１の前方の他、後方にも配
置されていることが特徴である。
【００３３】この溶接方法において、加工物２は支持台
６に固定され、さらに、回転ツール１の荷重によって変
形しないように、回転ツール１の配置側および反対側に
加工物を支持する支持治具７および８を配置する。この
場合、支持治具７および８は回転機構が備えられてい
る。さらに、支持治具７および８は、加工物の上下移動
に連動して自動的に上下に移動できる構造も備えてい
る。溶接は、回転ツールが４方向に回転しながら５方向
に移動して溶接される。この場合、支持治具７及び８も
回転ツールの移動に連動して５方向に移動する。
６に固定され、さらに、回転ツール１の荷重によって変
形しないように、回転ツール１の配置側および反対側に
加工物を支持する支持治具７および８を配置する。この
場合、支持治具７および８は回転機構が備えられてい
る。さらに、支持治具７および８は、加工物の上下移動
に連動して自動的に上下に移動できる構造も備えてい
る。溶接は、回転ツールが４方向に回転しながら５方向
に移動して溶接される。この場合、支持治具７及び８も
回転ツールの移動に連動して５方向に移動する。
【００３４】なお、本実施例ではＣＣＤカメラによる電
子的監視装置により、溶接表面及び裏面側の溶接状況を
監視しながら溶接した。
子的監視装置により、溶接表面及び裏面側の溶接状況を
監視しながら溶接した。
【００３５】前記のごとく、回転機構および上下移動機
構を備えた加工物の支持治具により、加工物と支持治具
との摩擦抵抗が少なくなる。このため、加工物が長い場
合も容易に安定に固定できる。従って、溶接も安定にで
きる。アルミ合金の突合せ溶接を行った。回転ツールの
形状および溶接条件は実施例１と同じである。この溶接
によって、高速用の車両を製作した。
構を備えた加工物の支持治具により、加工物と支持治具
との摩擦抵抗が少なくなる。このため、加工物が長い場
合も容易に安定に固定できる。従って、溶接も安定にで
きる。アルミ合金の突合せ溶接を行った。回転ツールの
形状および溶接条件は実施例１と同じである。この溶接
によって、高速用の車両を製作した。
【００３６】［実施例 ５］図６は車両用のアルミ合金
からなる加工物の突合せ溶接において、回転ツール１を
加工物２の表裏両面に配置して表裏両面から溶接する溶
接法と装置の斜視図を示す。本実施例では、回転ツール
１が加工物の反対側（溶接裏面側）にも配置され、さら
に、固定治具も溶接方向に対して回転ツールの後方側に
も配置されていることが特徴である。
からなる加工物の突合せ溶接において、回転ツール１を
加工物２の表裏両面に配置して表裏両面から溶接する溶
接法と装置の斜視図を示す。本実施例では、回転ツール
１が加工物の反対側（溶接裏面側）にも配置され、さら
に、固定治具も溶接方向に対して回転ツールの後方側に
も配置されていることが特徴である。
【００３７】図７は図６の回転ツール１部分の断面図を
示す。回転ツール１ｂは溶接部の裏面にも配置され、表
面側に配置されている回転ツール１ａの加重を回転ツー
ル１ｂで受ける構造である。この溶接方法において、ま
ず、加工物２は支持台６に支持される。この支持だけで
は、加工物２は回転ツールの加重により変形し、安定に
溶接ができない。このため、回転ツール１の荷重によっ
て変形しないように、回転ツール１の配置側および反対
側に加工物を固定する支持治具７および８を合計４個配
置する。この場合、支持治具７および８は回転機構が備
えられている。さらに、支持治具７および８は、図７に
示すごとく、支持気機構９に取付けられ、加工物２の上
下移動に連動して自動的に上下に移動できる構造も備え
ている。また、この回転機構を備えた支持治具７及び８
は、回転ツール１の溶接方向の移動に連動して移動す
る。
示す。回転ツール１ｂは溶接部の裏面にも配置され、表
面側に配置されている回転ツール１ａの加重を回転ツー
ル１ｂで受ける構造である。この溶接方法において、ま
ず、加工物２は支持台６に支持される。この支持だけで
は、加工物２は回転ツールの加重により変形し、安定に
溶接ができない。このため、回転ツール１の荷重によっ
て変形しないように、回転ツール１の配置側および反対
側に加工物を固定する支持治具７および８を合計４個配
置する。この場合、支持治具７および８は回転機構が備
えられている。さらに、支持治具７および８は、図７に
示すごとく、支持気機構９に取付けられ、加工物２の上
下移動に連動して自動的に上下に移動できる構造も備え
ている。また、この回転機構を備えた支持治具７及び８
は、回転ツール１の溶接方向の移動に連動して移動す
る。
【００３８】図７に示すごとく、回転ツール１はモータ
１０に取付けられ、４方向に回転しながら５方向に移動
して溶接される。
１０に取付けられ、４方向に回転しながら５方向に移動
して溶接される。
【００３９】なお、図７に示すごとく、本実施例におけ
る加工物の溶接部の厚さは局部的に０.８mm 高くなって
いることが特徴である。これにより、回転ツールと加工
部との摩擦によって溶接部の表面に凹みが生じた場合で
も溶接部が厚くなっているため、機械的強度の低下を防
止できる。
る加工物の溶接部の厚さは局部的に０.８mm 高くなって
いることが特徴である。これにより、回転ツールと加工
部との摩擦によって溶接部の表面に凹みが生じた場合で
も溶接部が厚くなっているため、機械的強度の低下を防
止できる。
【００４０】前記のごとく、回転機構および上下移動機
構を備えた加工物の固定治具により、加工物と固定治具
との摩擦抵抗が少なくなる。このため、鉄道車両のよう
に、加工物が長くかつ、大型の場合でも容易に安定に固
定できる。従って、車両のような長尺の加工物でも安定
に溶接できる。回転ツールの形状および溶接条件は実施
例１と同じである。この溶接によって、高速用の車両を
製作した。
構を備えた加工物の固定治具により、加工物と固定治具
との摩擦抵抗が少なくなる。このため、鉄道車両のよう
に、加工物が長くかつ、大型の場合でも容易に安定に固
定できる。従って、車両のような長尺の加工物でも安定
に溶接できる。回転ツールの形状および溶接条件は実施
例１と同じである。この溶接によって、高速用の車両を
製作した。
【００４１】［実施例 ６］図８は押出し加工によって
製作された鉄道用車両のハニカムパネル(中空型材)の溶
接方法を示す断面図である。このハニカムパネルは、長
さ２５ｍ，幅０.４ｍ，厚さ５０mmである。このハニカ
ムパネルは、面板１２，コアー材１３，縁材１４から構
成されている。ハニカムパネルは支持台６に配置され、
さらに、上下方向から支持治具７及び８によって固定さ
れる。溶接は回転ツール１を縁材１４の接合部に挿入さ
れて加工物同士を両面から固相接合する。つまり、本溶
接方法は、溶融しないため、溶融金属の重力で溶融金属
が下方に垂れ落ちることはない。このため、溶接はハニ
カムパネルの縁材６の部分に上下方向から回転ツール１
を挿入して行った。該回転ツール１は、ロボット１１に
取付けられ、モータ１０による駆動力で回転しながら溶
接線方向に移動し、加工物同士を固相接合する。なお、
該回転ツール１は、加工物表面の変形に応じて上下方向
に自動的に移動制御できる。さらに、該回転ツール１
は、溶接線に沿って左右方向にも自動的に移動制御でき
る。この実施例では、接合部の面板の高さがほかの部分
より約０.８mm局部的に高くなっていることが特徴であ
る。これにより、回転ツールと加工部との摩擦によって
溶接部の表面に凹みが生じた場合でも溶接部が厚くなっ
ているため、機械的強度の低下を防止できる。
製作された鉄道用車両のハニカムパネル(中空型材)の溶
接方法を示す断面図である。このハニカムパネルは、長
さ２５ｍ，幅０.４ｍ，厚さ５０mmである。このハニカ
ムパネルは、面板１２，コアー材１３，縁材１４から構
成されている。ハニカムパネルは支持台６に配置され、
さらに、上下方向から支持治具７及び８によって固定さ
れる。溶接は回転ツール１を縁材１４の接合部に挿入さ
れて加工物同士を両面から固相接合する。つまり、本溶
接方法は、溶融しないため、溶融金属の重力で溶融金属
が下方に垂れ落ちることはない。このため、溶接はハニ
カムパネルの縁材６の部分に上下方向から回転ツール１
を挿入して行った。該回転ツール１は、ロボット１１に
取付けられ、モータ１０による駆動力で回転しながら溶
接線方向に移動し、加工物同士を固相接合する。なお、
該回転ツール１は、加工物表面の変形に応じて上下方向
に自動的に移動制御できる。さらに、該回転ツール１
は、溶接線に沿って左右方向にも自動的に移動制御でき
る。この実施例では、接合部の面板の高さがほかの部分
より約０.８mm局部的に高くなっていることが特徴であ
る。これにより、回転ツールと加工部との摩擦によって
溶接部の表面に凹みが生じた場合でも溶接部が厚くなっ
ているため、機械的強度の低下を防止できる。
【００４２】図９は上記方法によって製作した鉄道車両
構造体の斜視図を示す。図１０は、図９の構造体をさら
に複数溶接して製作した鉄道車両外観を示す。接合部３
の長さは一部が１２.５ｍ であるが、最大２５ｍの長さ
が表裏利用面から形成されている。
構造体の斜視図を示す。図１０は、図９の構造体をさら
に複数溶接して製作した鉄道車両外観を示す。接合部３
の長さは一部が１２.５ｍ であるが、最大２５ｍの長さ
が表裏利用面から形成されている。
【００４３】［本発明の構成］本発明の構成は、下記の
いずれか１つ以上によって達成される。
いずれか１つ以上によって達成される。
【００４４】（１）車両用構造体の材質より硬い材質よ
りなる回転ツール材と前記車両体溶接部との摩擦熱によ
り固相溶接された鉄道車両構造体。
りなる回転ツール材と前記車両体溶接部との摩擦熱によ
り固相溶接された鉄道車両構造体。
【００４５】（２）前記固相溶接方法により溶接される
車両構造体は、溶接部表面側または溶接部裏面側のいず
れか一方または両方から回転機構を備えた固定治具によ
って固定されて溶接されること。
車両構造体は、溶接部表面側または溶接部裏面側のいず
れか一方または両方から回転機構を備えた固定治具によ
って固定されて溶接されること。
【００４６】（３）前記回転ツールの前方または後方の
いずれか一方または両方に配置されていること。
いずれか一方または両方に配置されていること。
【００４７】（４）前記固定治具は、前記回転ツールの
上下移動とは単独にまたは連動して上下方向または左右
方向に移動すること。
上下移動とは単独にまたは連動して上下方向または左右
方向に移動すること。
【００４８】（５）鉄道車両を表裏両面から接合する。
【００４９】（６）接合部の厚さを他の部分より厚くす
る。
る。
【００５０】
【発明の効果】本発明によって、鉄道車両のような長尺
かつ、大型の構造部でも加工物を固相溶接、つまり、加
工物を溶融させないで溶接できる。従って、鉄道車両の
ような大型構造物が従来に比べて、高精度で、かつ、安
価に製作できる。また、接合部の厚さを他の部分より増
加することにより、接合部のギャップが大きい場合でも
欠陥なく接合できる。さらに、表裏両面から接合するこ
とにより、効率的に加工物および加工物から構成される
構造体を製作できる。
かつ、大型の構造部でも加工物を固相溶接、つまり、加
工物を溶融させないで溶接できる。従って、鉄道車両の
ような大型構造物が従来に比べて、高精度で、かつ、安
価に製作できる。また、接合部の厚さを他の部分より増
加することにより、接合部のギャップが大きい場合でも
欠陥なく接合できる。さらに、表裏両面から接合するこ
とにより、効率的に加工物および加工物から構成される
構造体を製作できる。
【図１】発明の一実施例の摩擦接合装置の斜視図であ
る。
る。
【図２】図１の装置の縦断面図である。
【図３】他の実施例の摩擦接合装置の斜視図である。
【図４】他の実施例の摩擦接合装置の斜視図である。
【図５】他の実施例の摩擦接合装置の斜視図である。
【図６】他の実施例の摩擦接合装置の斜視図である。
【図７】図６の装置の縦断面図である。
【図８】他の実施例の摩擦接合装置の斜視図である。
【図９】鉄道車両の構造体の斜視図である。
【図１０】鉄道車両の斜視図である。
１…回転ツール、２…加工物、３…溶接部、７，８…支
持治具。
持治具。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ６１Ｄ 17/04 Ｂ６１Ｄ 17/04 // Ｂ２３Ｋ 9/00 ５０１ Ｂ２３Ｋ 9/00 ５０１Ｃ (72)発明者 青田 欣也 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 江角 昌邦 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 石丸 靖男 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内
Claims (13)
- 【請求項１】アルミ合金よりなる鉄道車両構体の製作方
法において、該車両構体の全部または一部が該車両構体
より硬い金属との摩擦熱を利用した摩擦方法により製作
されることを特徴とする鉄道車両用構体の製作方法。 - 【請求項２】請求項１記載の固相溶接法は、車両構造体
の材質より実質的に硬い材質からなる金属製のツールを
加工物の接合部に挿入し、前記ツールを回転しながら移
動することによって生じる該ツールと該加工物との摩擦
熱を利用した摩擦溶接方法であることを特徴とする鉄道
車両用構体の製作方法。 - 【請求項３】請求項２記載の溶接方法によって溶接され
る車両構造体は、該回転ツールの配置側（溶接部表面
側）または回転ツールと反対側（溶接部裏面側）のいず
れか一方または両方から回転機構を備えた固定治具によ
って固定されて溶接されることを特徴とする鉄道車両用
構体の製作方法。 - 【請求項４】請求項３項記載の回転機構を備えた加工物
の固定治具は、前記回転ツールの前方または後方のいず
れか一方または両方に配置されていることを特徴とする
車両用構体の製作方法。 - 【請求項５】請求項４記載の固定治具は、前記回転ツー
ルの上下移動とは単独にまたは連動して上下方向または
左右方向に移動することを特徴とする鉄道車両用構体の
製作方法。 - 【請求項６】請求項３〜５項記載のいずれか１つ以上の
加工物の固定治具を備えたことを特徴とする鉄道車両用
構体の製作装置。 - 【請求項７】加工物の材質より実質的に硬い材質からな
る金属製のツールを加工物の接合部に挿入し、前記ツー
ルを回転しながら移動することによって生じる該ツール
と該加工物との摩擦熱による塑性流動によって実質的に
連続した部材を接合する摩擦溶接方法において、前記鉄
道車両構体の表裏両面から溶接を行うことを特徴とする
鉄道車両構体の溶接方法。 - 【請求項８】車両構造体の材質より実質的に硬い材質か
らなる金属製のツールを加工物の接合部に挿入し、前記
ツールを回転しながら移動することによって生じる該ツ
ールと該加工物との摩擦熱による塑性流動によって実質
的に連続した部材を接合する溶接方法において、光学的
または電子的手段によって溶接開先部または溶接中の状
況を監視しながら溶接することを特徴とする鉄道車両構
体の溶接方法。 - 【請求項９】前記請求項６記載の監視装置を備えた鉄道
車両構体の溶接装置。 - 【請求項１０】加工物の材質より実質的に硬い材質から
なる金属製のツールを加工物の接合部に挿入し、前記ツ
ールを回転しながら移動することによって生じる該ツー
ルと該加工物との摩擦熱による塑性流動によって実質的
に連続した部材を接合する溶接方法において、前記溶接
部をアークまたはプラズマまたはレーザの中のいずれか
の熱源による溶接方法と併用して溶接することを特徴と
する鉄道車両構体の溶接方法。 - 【請求項１１】加工物の材質より実質的に硬い材質から
なる金属製のツールを加工物の接合部に挿入し、前記ツ
ールを回転しながら移動することによって生じる該ツー
ルと該加工物との摩擦熱による塑性流動によって実質的
に連続した部材を接合する接合構造において、該接合部
の厚さが他の部分より局部的に高くなっていることを特
徴とする鉄道車両構体の溶接継手構造。 - 【請求項１２】特許請求の範囲第１〜９項記載の加工物
は、ＡｌまたはＡｌ合金であることを特徴とする加工物
構造体。 - 【請求項１３】特許請求の範囲第１〜１０項記載のいず
れかの方法によって製作された加工物からなる鉄道車両
構体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9211616A JPH1148968A (ja) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | 鉄道車両用構体の製作方法及び製作装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9211616A JPH1148968A (ja) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | 鉄道車両用構体の製作方法及び製作装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1148968A true JPH1148968A (ja) | 1999-02-23 |
Family
ID=16608718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9211616A Pending JPH1148968A (ja) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | 鉄道車両用構体の製作方法及び製作装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1148968A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6352193B1 (en) | 2000-08-01 | 2002-03-05 | General Electric Company | Apparatus for joining electrically conductive materials |
| JP2002263864A (ja) * | 2001-03-07 | 2002-09-17 | Honda Motor Co Ltd | 摩擦撹拌接合法及び摩擦撹拌接合装置 |
| EP1081042A3 (de) * | 1999-09-03 | 2004-05-06 | Airbus Deutschland GmbH | Grossflächiges Strukturbauteil für ein Flugzeug und Verfahren zur Herstellung des Strukturbauteils |
| WO2011024320A1 (ja) * | 2009-08-31 | 2011-03-03 | 三菱日立製鉄機械株式会社 | 両面摩擦攪拌接合方法、接合装置、冷間圧延設備の金属板接合方法及び冷間圧延設備 |
| WO2011061826A1 (ja) * | 2009-11-18 | 2011-05-26 | 三菱日立製鉄機械株式会社 | 両面摩擦攪拌接合方法および装置並びに両面摩擦攪拌接合用ツールセット |
| WO2012147204A1 (ja) * | 2011-04-28 | 2012-11-01 | 三菱日立製鉄機械株式会社 | 摩擦攪拌接合方法および装置並びにツールセット |
| CN103212932A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-07-24 | 江苏科技大学 | 一种组合式双轴肩搅拌摩擦焊夹具 |
| CN103264251A (zh) * | 2013-05-24 | 2013-08-28 | 哈电集团（秦皇岛）重型装备有限公司 | 一种蒸汽发生器管板在变位机上转位堆焊用固定装置 |
| JP2015136731A (ja) * | 2014-01-24 | 2015-07-30 | 日本アビオニクス株式会社 | 溶接装置 |
| CN115365637A (zh) * | 2022-10-27 | 2022-11-22 | 成都市鸿侠科技有限责任公司 | 一种航空零件焊接用夹持系统 |
| JP7898038B1 (ja) * | 2026-04-10 | 2026-07-30 | 株式会社アーレスティ | 治具および接合体の製造方法 |
-
1997
- 1997-08-06 JP JP9211616A patent/JPH1148968A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1081042A3 (de) * | 1999-09-03 | 2004-05-06 | Airbus Deutschland GmbH | Grossflächiges Strukturbauteil für ein Flugzeug und Verfahren zur Herstellung des Strukturbauteils |
| US6352193B1 (en) | 2000-08-01 | 2002-03-05 | General Electric Company | Apparatus for joining electrically conductive materials |
| JP2002263864A (ja) * | 2001-03-07 | 2002-09-17 | Honda Motor Co Ltd | 摩擦撹拌接合法及び摩擦撹拌接合装置 |
| WO2011024320A1 (ja) * | 2009-08-31 | 2011-03-03 | 三菱日立製鉄機械株式会社 | 両面摩擦攪拌接合方法、接合装置、冷間圧延設備の金属板接合方法及び冷間圧延設備 |
| JP4838385B2 (ja) * | 2009-08-31 | 2011-12-14 | 三菱日立製鉄機械株式会社 | 両面摩擦攪拌接合方法、接合装置、冷間圧延設備の金属板接合方法及び冷間圧延設備 |
| CN102481659A (zh) * | 2009-08-31 | 2012-05-30 | 三菱日立制铁机械株式会社 | 双面摩擦搅拌接合方法、接合装置、冷轧设备的金属板接合方法及冷轧设备 |
| WO2011061826A1 (ja) * | 2009-11-18 | 2011-05-26 | 三菱日立製鉄機械株式会社 | 両面摩擦攪拌接合方法および装置並びに両面摩擦攪拌接合用ツールセット |
| JP4838388B2 (ja) * | 2009-11-18 | 2011-12-14 | 三菱日立製鉄機械株式会社 | 両面摩擦攪拌接合方法および装置並びに両面摩擦攪拌接合用ツールセット |
| WO2012147204A1 (ja) * | 2011-04-28 | 2012-11-01 | 三菱日立製鉄機械株式会社 | 摩擦攪拌接合方法および装置並びにツールセット |
| JP5096640B1 (ja) * | 2011-04-28 | 2012-12-12 | 三菱日立製鉄機械株式会社 | 摩擦攪拌接合方法および装置 |
| CN103212932A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-07-24 | 江苏科技大学 | 一种组合式双轴肩搅拌摩擦焊夹具 |
| CN103264251A (zh) * | 2013-05-24 | 2013-08-28 | 哈电集团（秦皇岛）重型装备有限公司 | 一种蒸汽发生器管板在变位机上转位堆焊用固定装置 |
| JP2015136731A (ja) * | 2014-01-24 | 2015-07-30 | 日本アビオニクス株式会社 | 溶接装置 |
| CN115365637A (zh) * | 2022-10-27 | 2022-11-22 | 成都市鸿侠科技有限责任公司 | 一种航空零件焊接用夹持系统 |
| CN115365637B (zh) * | 2022-10-27 | 2022-12-23 | 成都市鸿侠科技有限责任公司 | 一种航空零件焊接用夹持系统 |
| JP7898038B1 (ja) * | 2026-04-10 | 2026-07-30 | 株式会社アーレスティ | 治具および接合体の製造方法 |
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