JP2002035962A - 重ね継手の摩擦撹拌接合方法 - Google Patents
重ね継手の摩擦撹拌接合方法Info
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- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 板厚の減肉に伴う強度低下を抑制すると共
に、優れた性能を有する重ね継手の摩擦撹拌接合方法を
提供する。 【解決手段】 摩擦撹拌接合に使用されるツールは、基
部１０と、この基部１０の先端に形成されたピン部１１
とからなる。このピン部１１は、基部１０よりも径小で
あり、その表面にネジ部１２が形成されている。このネ
ジ部１２の回転により素材中に進入する方向の回転方向
と同じ方向にツールを回転させつつ、摩擦熱により重ね
合わせた２枚の板材１、２に圧入し、板材１、２の表面
に平行の方向にツールを移動させて摩擦撹拌接合する。
に、優れた性能を有する重ね継手の摩擦撹拌接合方法を
提供する。 【解決手段】 摩擦撹拌接合に使用されるツールは、基
部１０と、この基部１０の先端に形成されたピン部１１
とからなる。このピン部１１は、基部１０よりも径小で
あり、その表面にネジ部１２が形成されている。このネ
ジ部１２の回転により素材中に進入する方向の回転方向
と同じ方向にツールを回転させつつ、摩擦熱により重ね
合わせた２枚の板材１、２に圧入し、板材１、２の表面
に平行の方向にツールを移動させて摩擦撹拌接合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は器物、蓋物又は板材
同士等の重ね継手の摩擦撹拌接合方法に関し、特に圧力
容器、燃料タンク、鉄道車両又は自動車等の重ね継手の
摩擦撹拌接合方法に関する。
同士等の重ね継手の摩擦撹拌接合方法に関し、特に圧力
容器、燃料タンク、鉄道車両又は自動車等の重ね継手の
摩擦撹拌接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、器物、蓋物又は板材同士等の重ね
継手を作製する場合には、複数の板材を貫通するような
形となるアーク溶接若しくはレーザ溶接等の溶融溶接又
は抵抗シーム溶接等が使用されている。しかし、これら
の材料の溶融を伴う接合方法は、溶接金属部にブローホ
ール又は割れ等の欠陥が生じやすいという欠点がある。
また、板材間の界面形状に継手の品質が左右されること
が多い。更に、これらの接合方法は気密性又は液密性等
の点で不安が大きい。
継手を作製する場合には、複数の板材を貫通するような
形となるアーク溶接若しくはレーザ溶接等の溶融溶接又
は抵抗シーム溶接等が使用されている。しかし、これら
の材料の溶融を伴う接合方法は、溶接金属部にブローホ
ール又は割れ等の欠陥が生じやすいという欠点がある。
また、板材間の界面形状に継手の品質が左右されること
が多い。更に、これらの接合方法は気密性又は液密性等
の点で不安が大きい。
【０００３】これに対して、重ね継手の接合に素材を溶
融しない摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）を適用することによ
り、安定した性能を持つ継手を作製することが可能とな
る。
融しない摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）を適用することによ
り、安定した性能を持つ継手を作製することが可能とな
る。
【０００４】図２（ａ）は従来の摩擦撹拌接合方法によ
る塑性流動を示す模式図、（ｂ）は従来の摩擦撹拌接合
方法により接合された重ね継手の破断位置を示す模式図
である。この図２（ａ）に示すように、上板材１と下板
材２とを重ね、表面にネジが形成されたツール２０をそ
の軸を中心として順方向に回転させ、重ね合わせ部に接
触させて発生する摩擦熱により素材を塑性流動させるこ
とにより、ツール２０を板材１、２の重ね合わせ部に圧
入する。そして、ツール２０を回転させつつ所定の溶接
線に沿って移動させる。これにより、板材１及び２は摩
擦撹拌接合される。
る塑性流動を示す模式図、（ｂ）は従来の摩擦撹拌接合
方法により接合された重ね継手の破断位置を示す模式図
である。この図２（ａ）に示すように、上板材１と下板
材２とを重ね、表面にネジが形成されたツール２０をそ
の軸を中心として順方向に回転させ、重ね合わせ部に接
触させて発生する摩擦熱により素材を塑性流動させるこ
とにより、ツール２０を板材１、２の重ね合わせ部に圧
入する。そして、ツール２０を回転させつつ所定の溶接
線に沿って移動させる。これにより、板材１及び２は摩
擦撹拌接合される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上板材
１と下板材２とを重ね合わせた重ね継手の接合に摩擦撹
拌接合を適用した場合でも、摩擦撹拌接合はツール２０
のショルダ部が上板材１に対して若干切り込む形になる
ことから、上板材１の表面が若干アンダカット気味にな
る。また、ツール２０により撹拌される撹拌領域３で
は、素材の対流（メタルフロー）が接合表面に向かって
上方に向かうような流れになっているため、板材１、２
同士の界面５が若干亀裂状に上方に巻き込まれるという
難点がある。このため、図２（ｂ）に示すように、もと
の板厚よりも若干薄くなった上板材１の部分から破断が
生じる虞があるという問題点がある。
１と下板材２とを重ね合わせた重ね継手の接合に摩擦撹
拌接合を適用した場合でも、摩擦撹拌接合はツール２０
のショルダ部が上板材１に対して若干切り込む形になる
ことから、上板材１の表面が若干アンダカット気味にな
る。また、ツール２０により撹拌される撹拌領域３で
は、素材の対流（メタルフロー）が接合表面に向かって
上方に向かうような流れになっているため、板材１、２
同士の界面５が若干亀裂状に上方に巻き込まれるという
難点がある。このため、図２（ｂ）に示すように、もと
の板厚よりも若干薄くなった上板材１の部分から破断が
生じる虞があるという問題点がある。
【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、板厚の減肉に伴う強度低下を抑制すると共
に、十分な性能を有する重ね継手の摩擦撹拌接合方法を
提供することを目的とする。
のであって、板厚の減肉に伴う強度低下を抑制すると共
に、十分な性能を有する重ね継手の摩擦撹拌接合方法を
提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る重ね継手の
摩擦撹拌接合方法は、アルミニウム又はアルミニウム合
金からなる１対の部材の接合すべき部分を重ね合わせ、
この重ね合わせ部を表面にネジが形成されたツールによ
り摩擦撹拌接合する方法において、ネジが素材中に進入
する方向の回転方向を順回転方向、ネジが素材から退出
する方向の回転方向を逆回転方向としたとき、前記ツー
ルを前記ネジの順回転方向に回転させつつ前記部材との
間の摩擦熱により前記部材中に圧入し、更に前記ツール
を前記部材の表面に平行の方向に移動させて前記重ね合
わせ部を摩擦撹拌接合することを特徴とする。
摩擦撹拌接合方法は、アルミニウム又はアルミニウム合
金からなる１対の部材の接合すべき部分を重ね合わせ、
この重ね合わせ部を表面にネジが形成されたツールによ
り摩擦撹拌接合する方法において、ネジが素材中に進入
する方向の回転方向を順回転方向、ネジが素材から退出
する方向の回転方向を逆回転方向としたとき、前記ツー
ルを前記ネジの順回転方向に回転させつつ前記部材との
間の摩擦熱により前記部材中に圧入し、更に前記ツール
を前記部材の表面に平行の方向に移動させて前記重ね合
わせ部を摩擦撹拌接合することを特徴とする。
【０００８】この場合、前記部材は、フランジ部を有
し、このフランジ部を重ね合わせて摩擦撹拌接合しても
よい。
し、このフランジ部を重ね合わせて摩擦撹拌接合しても
よい。
【０００９】また、前記アルミニウム又はアルミニウム
合金部材の重ね合わせ部は板厚が厚い方が前記ツールの
圧入開始側に配置されていることが好ましい。
合金部材の重ね合わせ部は板厚が厚い方が前記ツールの
圧入開始側に配置されていることが好ましい。
【００１０】本発明においては、摩擦撹拌接合する際の
ツールの回転方向を従来と異なり順回転方向としてい
る。この場合に、順回転とはネジが素材中に進入する方
向の回転のことであり、逆回転とはネジが素材から退出
する方向の回転のことである。このように、ツールの回
転方向を順回転方向とすることにより、ツールの摩擦熱
により塑性流動させられた領域で生じる過剰な上向きの
対流及び界面の巻き込みを抑制することができる。この
ため、上側の部材の強度低下を抑制することができるの
で、優れた性能を有する重ね継手を得ることができる。
ツールの回転方向を従来と異なり順回転方向としてい
る。この場合に、順回転とはネジが素材中に進入する方
向の回転のことであり、逆回転とはネジが素材から退出
する方向の回転のことである。このように、ツールの回
転方向を順回転方向とすることにより、ツールの摩擦熱
により塑性流動させられた領域で生じる過剰な上向きの
対流及び界面の巻き込みを抑制することができる。この
ため、上側の部材の強度低下を抑制することができるの
で、優れた性能を有する重ね継手を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る重ね
継手の摩擦撹拌接合方法について添付の図面を参照して
詳細に説明する。図１は本発明の実施例に係る重ね継手
の摩擦撹拌接合方法を示す模式図である。
継手の摩擦撹拌接合方法について添付の図面を参照して
詳細に説明する。図１は本発明の実施例に係る重ね継手
の摩擦撹拌接合方法を示す模式図である。
【００１２】本実施例の摩擦撹拌接合方法に使用される
ＦＳＷ用ツール２０は、基部１０と、この基部１０の先
端に形成されたピン部１１とからなる。このピン部１１
は、基部１０よりも小径であり、その表面にネジ部１２
が形成されている。このネジ部１２は、例えば左ネジで
あり、左ネジは左回転により素材中に進入するものであ
るから、本実施例では、順回転方向は左回転、逆回転と
は右回転である。また、ピン部１１が形成されている基
部１０の面の縁部をショルダ部１３という。
ＦＳＷ用ツール２０は、基部１０と、この基部１０の先
端に形成されたピン部１１とからなる。このピン部１１
は、基部１０よりも小径であり、その表面にネジ部１２
が形成されている。このネジ部１２は、例えば左ネジで
あり、左ネジは左回転により素材中に進入するものであ
るから、本実施例では、順回転方向は左回転、逆回転と
は右回転である。また、ピン部１１が形成されている基
部１０の面の縁部をショルダ部１３という。
【００１３】本実施例においては、ツール２０をネジ部
１２の順回転方向、即ち、左回転方向に回転させつつ、
板材１に接触させ、ツール２０と板材１との間の摩擦熱
により板材１、２を加熱して軟化させ、ツール２０を２
枚の板材１、２に向けて押圧することにより、ツール２
０を板材１、２中に進入させる。次いで、ツール２０を
板材１、２の表面と平行の方向に移動させて摩擦撹拌接
合し、重ね継手を形成する。
１２の順回転方向、即ち、左回転方向に回転させつつ、
板材１に接触させ、ツール２０と板材１との間の摩擦熱
により板材１、２を加熱して軟化させ、ツール２０を２
枚の板材１、２に向けて押圧することにより、ツール２
０を板材１、２中に進入させる。次いで、ツール２０を
板材１、２の表面と平行の方向に移動させて摩擦撹拌接
合し、重ね継手を形成する。
【００１４】この場合、ツール２０が板材１、２中に圧
入されると、ピン部１２により撹拌された撹拌領域３が
塑性流動状態になり、板材１、２はツール２０のショル
ダ部１３による摩擦及びピン部１１の撹拌の影響を受け
る。この結果、ツール２０をネジ部１２の逆回転方向に
回転させた場合には、板材１、２は上向きに流れようと
する。即ち、ショルダ部１３により撹拌領域３が蓋をさ
れた状態で板材１、２の上向きの対流現象が生じる。こ
の流れに伴って重ね継手における板材１、２同士の界面
４においても、ピン部１１により直接撹拌される領域は
十分に接合されるものの、その周りの領域はメタルフロ
ーに引きずられるように、界面４が上側に巻き込まれよ
うとする。
入されると、ピン部１２により撹拌された撹拌領域３が
塑性流動状態になり、板材１、２はツール２０のショル
ダ部１３による摩擦及びピン部１１の撹拌の影響を受け
る。この結果、ツール２０をネジ部１２の逆回転方向に
回転させた場合には、板材１、２は上向きに流れようと
する。即ち、ショルダ部１３により撹拌領域３が蓋をさ
れた状態で板材１、２の上向きの対流現象が生じる。こ
の流れに伴って重ね継手における板材１、２同士の界面
４においても、ピン部１１により直接撹拌される領域は
十分に接合されるものの、その周りの領域はメタルフロ
ーに引きずられるように、界面４が上側に巻き込まれよ
うとする。
【００１５】これに対し、本実施例においては、ツール
２０をネジ部１２のネジの順回転方向に回転させつつ、
上板材１及び下板材２の接合部に進入させているので、
過剰な上向き対流が生じることはなく、撹拌領域３の縁
部で界面４が過剰な上向きのメタルフローに巻き込まれ
て上方に持ち上がることが回避される。このため、撹拌
領域３の縁部において界面４はほぼ水平の状態にあり、
接合部において上板材１の強度が低下することを防止す
ることができる。
２０をネジ部１２のネジの順回転方向に回転させつつ、
上板材１及び下板材２の接合部に進入させているので、
過剰な上向き対流が生じることはなく、撹拌領域３の縁
部で界面４が過剰な上向きのメタルフローに巻き込まれ
て上方に持ち上がることが回避される。このため、撹拌
領域３の縁部において界面４はほぼ水平の状態にあり、
接合部において上板材１の強度が低下することを防止す
ることができる。
【００１６】また、このとき、同時に上板材１の表面に
予めアンダカット気味になる分の厚さの分だけ、更に薄
い板を挿入して接合し、接合後にこの板を除去するよう
にしてもよい。これにより、上板材１の接合による減肉
（減厚）を防ぎ、強度低下をより一層抑えることができ
る。このため、板厚が異なる板材を組み合わせて重ね継
手を作製する場合に、厚い板材を上側にして重ねること
が好ましい。
予めアンダカット気味になる分の厚さの分だけ、更に薄
い板を挿入して接合し、接合後にこの板を除去するよう
にしてもよい。これにより、上板材１の接合による減肉
（減厚）を防ぎ、強度低下をより一層抑えることができ
る。このため、板厚が異なる板材を組み合わせて重ね継
手を作製する場合に、厚い板材を上側にして重ねること
が好ましい。
【００１７】本実施例においては、２枚の板材を重ね合
わせた重ね継手を作製したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、フランジ部を有する部材のフランジ部
同士を重ね合わせ、このフランジ部を接合することもで
きる。なお、本発明の重ね継手の摩擦撹拌接合方法の用
途としては、例えば圧力容器、燃料タンク、鉄道車両又
は自動車等である。また、本発明において、重ね継手に
使用される板材としては、例えば５０００系又は６００
０系等のアルミニウム合金材である。
わせた重ね継手を作製したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、フランジ部を有する部材のフランジ部
同士を重ね合わせ、このフランジ部を接合することもで
きる。なお、本発明の重ね継手の摩擦撹拌接合方法の用
途としては、例えば圧力容器、燃料タンク、鉄道車両又
は自動車等である。また、本発明において、重ね継手に
使用される板材としては、例えば５０００系又は６００
０系等のアルミニウム合金材である。
【００１８】また、本発明において、Ａ６Ｎ０１−Ｔ５
材からなる板厚がいずれも１．５ｍｍの１対のアルミニ
ウム合金板材を重ね合わせて、ピン部１２のネジの順回
転方向にツールを回転させ、ツールの回転数を２５００
ｒｐｍ、ツールの移動速度を５００ｍｍ／分として摩擦
撹拌接合した結果、十分に優れた接合強度を得ることが
できた。また、Ａ５１８２−Ｏ材からなる板厚が２ｍｍ
と１ｍｍの板材を、板厚が２ｍｍの板材を上側にして重
ね合わせて、ピン部のネジの順回転方向にツールを回転
させ、ツールの回転数を１２００ｒｐｍ、ツールの移動
速度を２００ｍｍ／分として摩擦撹拌接合した結果、十
分に優れた接合強度を得ることができた。この場合、板
厚が２ｍｍの板材が下側であっても同様に接合するこが
できた。また、ネジ部１２の順回転方向が右回転方向の
場合には、ツールを右回転方向に回転させることによ
り、本実施例と同様の効果を得ることができる。
材からなる板厚がいずれも１．５ｍｍの１対のアルミニ
ウム合金板材を重ね合わせて、ピン部１２のネジの順回
転方向にツールを回転させ、ツールの回転数を２５００
ｒｐｍ、ツールの移動速度を５００ｍｍ／分として摩擦
撹拌接合した結果、十分に優れた接合強度を得ることが
できた。また、Ａ５１８２−Ｏ材からなる板厚が２ｍｍ
と１ｍｍの板材を、板厚が２ｍｍの板材を上側にして重
ね合わせて、ピン部のネジの順回転方向にツールを回転
させ、ツールの回転数を１２００ｒｐｍ、ツールの移動
速度を２００ｍｍ／分として摩擦撹拌接合した結果、十
分に優れた接合強度を得ることができた。この場合、板
厚が２ｍｍの板材が下側であっても同様に接合するこが
できた。また、ネジ部１２の順回転方向が右回転方向の
場合には、ツールを右回転方向に回転させることによ
り、本実施例と同様の効果を得ることができる。
【００１９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、摩
擦撹拌接合する際のツールの回転方向を、順回転方向と
することにより、ツールの摩擦熱により塑性流動させら
れた領域で生じる過剰な上向きの対流及び界面の巻き込
みを抑制することができる。このため、上板の強度低下
を抑制することができるので、優れた性能を有する重ね
継手を得ることができる。
擦撹拌接合する際のツールの回転方向を、順回転方向と
することにより、ツールの摩擦熱により塑性流動させら
れた領域で生じる過剰な上向きの対流及び界面の巻き込
みを抑制することができる。このため、上板の強度低下
を抑制することができるので、優れた性能を有する重ね
継手を得ることができる。
【図１】本発明の実施例に係る重ね継手の摩擦撹拌接合
方法を示す模式図である。
方法を示す模式図である。
【図２】（ａ）は従来の摩擦撹拌接合方法による塑性流
動を示す模式図、（ｂ）は従来の摩擦撹拌接合方法によ
り接合された重ね継手の破断位置を示す模式図である。
動を示す模式図、（ｂ）は従来の摩擦撹拌接合方法によ
り接合された重ね継手の破断位置を示す模式図である。
１、２；板材 ３；撹拌領域 ４、５；界面 １０；基部 １１；ピン部 １２；ネジ部 １３；ショルダ部 ２０；ツール
Claims (3)
- 【請求項１】 アルミニウム又はアルミニウム合金から
なる１対の部材の接合すべき部分を重ね合わせ、この重
ね合わせ部を表面にネジが形成されたツールにより摩擦
撹拌接合する方法において、ネジが素材中に進入する方
向の回転方向を順回転方向、ネジが素材から退出する方
向の回転方向を逆回転方向としたとき、前記ツールを前
記ネジの順回転方向に回転させつつ前記部材との間の摩
擦熱により前記部材中に圧入し、更に前記ツールを前記
部材の表面に平行の方向に移動させて前記重ね合わせ部
を摩擦撹拌接合することを特徴とする重ね継手の摩擦撹
拌接合方法。 - 【請求項２】 前記部材はフランジ部を有し、このフラ
ンジ部を重ね合わせて摩擦撹拌接合することを特徴とす
る請求項１に記載の重ね継手の摩擦撹拌接合方法。 - 【請求項３】 前記アルミニウム又はアルミニウム合金
部材の重ね合わせ部は板厚が厚い方が前記ツールの圧入
開始側に配置されていることを特徴とする請求項１又は
２に記載の重ね継手の摩擦撹拌接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001150243A JP2002035962A (ja) | 2000-05-19 | 2001-05-21 | 重ね継手の摩擦撹拌接合方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-149126 | 2000-05-19 | ||
| JP2000149126 | 2000-05-19 | ||
| JP2001150243A JP2002035962A (ja) | 2000-05-19 | 2001-05-21 | 重ね継手の摩擦撹拌接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002035962A true JP2002035962A (ja) | 2002-02-05 |
Family
ID=26592280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001150243A Pending JP2002035962A (ja) | 2000-05-19 | 2001-05-21 | 重ね継手の摩擦撹拌接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002035962A (ja) |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005205423A (ja) * | 2004-01-20 | 2005-08-04 | Honda Motor Co Ltd | 摩擦撹拌接合用工具 |
| US7597236B2 (en) * | 2005-08-16 | 2009-10-06 | Battelle Energy Alliance, Llc | Method for forming materials |
| JP2011079059A (ja) * | 2010-12-16 | 2011-04-21 | Honda Motor Co Ltd | 摩擦撹拌接合方法 |
| EP2316604A1 (en) | 2009-10-29 | 2011-05-04 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Friction stir welding apparatus for overlapped joints |
| JP2013043211A (ja) * | 2011-08-25 | 2013-03-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 摩擦撹拌接合施工方法 |
| JP2015180514A (ja) * | 2015-07-10 | 2015-10-15 | 日本軽金属株式会社 | 空隙形成方法 |
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