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JP2010036230A - Friction stir treating method of dissimilar material joining part, and friction stir welding method of dissimilar material - Google Patents

Friction stir treating method of dissimilar material joining part, and friction stir welding method of dissimilar material Download PDF

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JP2010036230A
JP2010036230A JP2008203470A JP2008203470A JP2010036230A JP 2010036230 A JP2010036230 A JP 2010036230A JP 2008203470 A JP2008203470 A JP 2008203470A JP 2008203470 A JP2008203470 A JP 2008203470A JP 2010036230 A JP2010036230 A JP 2010036230A
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JP
Japan
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friction stir
bonding
bonding material
friction
dissimilar
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Withdrawn
Application number
JP2008203470A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Fuse
俊明 布施
Yutaka Ishiwatari
裕 石渡
Yoshiyasu Ito
義康 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】接合部材における接合部の形状を単純な形状とし、接合部材の形状や寸法などが限定されることなく、異種材料を接合または異種材料の接合部を摩擦攪拌処理することができる異種材料接合部の摩擦攪拌処理方法および異種材料の摩擦攪拌接合方法を提供することを目的とする。
【解決手段】異種材料接合部の摩擦攪拌処理方法では、端面が平面の摩擦攪拌用ツール40、および摩擦攪拌用ツール40の端面に設けられ、この端面と、異種材料の接合界面端部の応力特異性解析から得られる応力特異性消失範囲に基づいて定められた所定のなす角を有して先端に向かって徐々に断面積が減少する円錐台で構成されたテーパピン50を備える摩擦攪拌用部材を用いる。そして摩擦攪拌用部材を回転させ、異種材料の接合界面30の少なくとも一方の接合端縁に沿って摩擦攪拌処理を行う。
【選択図】図1D
Disclosed is a dissimilar material capable of joining dissimilar materials or subjecting dissimilar materials to friction stir processing without limiting the shape and dimensions of the joining member, and the like. It is an object of the present invention to provide a friction stir processing method for joints and a friction stir welding method for different materials.
In a friction stir processing method for a dissimilar material joint, a friction stir tool 40 having a flat end surface is provided on the end surface of the friction stir tool 40 and the friction stir tool 40. Friction stirrer member comprising taper pin 50 having a truncated cone having a predetermined angle determined based on the range of disappearance of stress singularity obtained from singularity analysis and having a sectional area gradually decreasing toward the tip Is used. Then, the friction stirrer is rotated, and the friction stir processing is performed along at least one joining edge of the joining interface 30 of the different materials.
[Selection] Figure 1D

Description

本発明は、異種材料接合部を摩擦攪拌により処理する異種材料接合部の摩擦攪拌処理方法、および異種材料を摩擦攪拌接合によって連結する異種材料の摩擦攪拌接合方法に関する。   The present invention relates to a friction stir processing method for dissimilar material joints in which dissimilar material joints are processed by friction stirring, and a friction stir welding method for dissimilar materials in which dissimilar materials are connected by friction stir welding.

従来、異種材料の接合は、ろう付、拡散接合、摩擦圧接などにより広範囲に行われている。異種材料の接合部は、材料特性が不連続であるため、接合体の接合強度が低下することが多い。   Conventionally, bonding of dissimilar materials has been widely performed by brazing, diffusion bonding, friction welding, and the like. Since joints of different materials have discontinuous material characteristics, the joint strength of the joined body often decreases.

この接合強度の低下を改善するために、摩擦圧接法において、部材の熱膨張係数の相違に対応して部材の直径を変えて接合界面に発生する残留応力を緩和させる技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。また、アルミニウム材に凸状の銅材を熱間圧接して引張強度を向上させる技術が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。また、異種材接合縁の角度を適当な範囲に限定することで接合部の衝撃強度を向上させる技術が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。さらに、スカーフ継手の接合縁での応力特異性解析と最適化解析により、接合縁部の応力集中を緩和する技術が開示されている(例えば、特許文献4参照。)。
特開平6−47570号公報 特開平4−143085号公報 特開2003−53557号公報 特開2004−255388号公報
In order to improve this decrease in bonding strength, a technique is disclosed in which the residual stress generated at the bonding interface is reduced by changing the diameter of the member in accordance with the difference in thermal expansion coefficient of the member in the friction welding method ( For example, see Patent Document 1.) Moreover, the technique which improves a tensile strength by hot-pressing a convex copper material to an aluminum material is disclosed (for example, refer patent document 2). Moreover, the technique which improves the impact strength of a junction part by limiting the angle of a dissimilar-material joining edge to an appropriate range is disclosed (for example, refer patent document 3). Furthermore, a technique for relaxing the stress concentration at the joint edge by stress specificity analysis and optimization analysis at the joint edge of the scarf joint is disclosed (for example, see Patent Document 4).
JP-A-6-47570 Japanese Patent Laid-Open No. 4-143085 JP 2003-53557 A JP 2004-255388 A

上記した従来の接合方法において、異種材料の接合部の接合強度を向上させるために、接合部材の接合部を、種々の屈曲や湾曲した形状としているが、これらの複雑な形状の接合部材を接合するには次のような問題点があった。   In the conventional joining method described above, in order to improve the joining strength of the joining part of different materials, the joining part of the joining member has various bent or curved shapes, but these complicatedly shaped joining members are joined. There were the following problems.

まず、複雑な形状の接合部材を加工するための加工工程が必要となる。また、複雑な形状の接合部材どうしを隙間やずれを生じることなく組み合わせるためには、高い加工精度が必要となる。そのため、接合部材の材質、形状、寸法などが限定されたり、加工費が高くなり、製造コストが増加する。   First, a processing step for processing a complex-shaped joining member is required. Further, in order to combine joining members having complicated shapes without causing gaps or deviations, high processing accuracy is required. Therefore, the material, shape, dimensions, and the like of the joining member are limited, the processing cost is increased, and the manufacturing cost is increased.

また、複雑な形状の接合部材を接合する場合、例えばろう付では、ボイド欠陥の閉じ込めや、隙間が不均一となるために生じるろう回り不良などの欠陥が発生しやすい。拡散接合の場合には、接合部材の密着不良や、加圧軸方向に対する接合面角度が大きいために生じる加圧力不足による未接合部の発生などを生じる。ここで、熱間等方圧加圧処理(HIP処理)を採用することで拡散接合時のこれらの問題を解決することができるが、このHIP処理を採用した場合には、HIP処理のためのキャニングとその除去が必要となり、さらに処理する部材の大きさがHIP炉の容量に制限されるなどの欠点を有している。   Further, when joining a joining member having a complicated shape, for example, in brazing, defects such as confinement of void defects and defects around the wax that occur due to uneven gaps are likely to occur. In the case of diffusion bonding, there are problems such as poor adhesion of the bonding members and the occurrence of unbonded portions due to insufficient pressure applied due to a large bonding surface angle with respect to the pressure axis direction. Here, by adopting the hot isostatic pressing process (HIP process), it is possible to solve these problems at the time of diffusion bonding, but when this HIP process is employed, for the HIP process Canning and its removal are required, and further, the size of the member to be processed is limited to the capacity of the HIP furnace.

摩擦圧接法においては、一方の接合部材のみを所望の形状とし、これを他方の接合部材に食い込ませて接合することで、目的とする継手形状を得ることができる。しかしながらこの方法では、回転摩擦接合およびリニアフリクション接合ともに、接合部材の形状、寸法が限定されるといった欠点を有している。   In the friction welding method, only one joining member is formed into a desired shape, and this is bitten into the other joining member to be joined, whereby a desired joint shape can be obtained. However, this method has a drawback that the shape and size of the joining member are limited in both the rotary friction joining and the linear friction joining.

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、接合部材における接合部の形状を単純な形状とし、接合部材の形状や寸法などが限定されることなく、異種材料を接合または異種材料の接合部を摩擦攪拌処理することができる異種材料接合部の摩擦攪拌処理方法および異種材料の摩擦攪拌接合方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and the shape of the joining portion in the joining member is made simple, and the dissimilar materials can be joined without limiting the shape and dimensions of the joining member. Another object of the present invention is to provide a friction stir processing method for dissimilar material joints and a friction stir welding method for dissimilar materials capable of friction stir processing of joints of different materials.

上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、軟化温度が異なる異種材料の接合部を摩擦攪拌により処理する異種材料接合部の摩擦攪拌処理方法であって、端面が平面の摩擦攪拌用ツール、および前記摩擦攪拌用ツールの端面に設けられ、前記端面と、前記異種材料の接合界面端部の応力特異性解析から得られる応力特異性消失範囲に基づいて定められた所定のなす角度を有して先端に向かって徐々に断面積が減少する円錐台状に構成された攪拌部を備える摩擦攪拌用部材を回転させ、前記異種材料の接合部の少なくとも一方の接合端縁に沿って前記異種材料を塑性流動させながら前記異種材料に対して前記攪拌部を相対的に移動させ、接合部の接合端縁における接合面と、前記異種材料の表面とのなす角度を、前記応力特異性消失範囲に基づいて定められた所定のなす角度とすることを特徴とする異種材料接合部の摩擦攪拌処理方法が提供される。   In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, there is provided a friction stir processing method for dissimilar material joints by friction stir processing of joints of dissimilar materials having different softening temperatures. A stirring tool, and a predetermined tool defined on the end surface of the friction stir tool, which is determined based on a stress singularity disappearance range obtained from a stress singularity analysis of the end surface and a joint interface end portion of the dissimilar material. A friction stirrer including a stirrer configured in a truncated cone shape having an angle and gradually decreasing in cross-sectional area toward the tip is rotated along the joint edge of at least one of the joints of the different materials The stirrer is moved relative to the dissimilar material while plastically flowing the dissimilar material, and the angle formed by the joint surface at the joining edge of the joint and the surface of the dissimilar material is Loss of sex Friction stir processing method dissimilar materials joined portion, characterized in that the predetermined angle which is determined based on the circumference is provided.

また、本発明の一態様によれば、軟化温度が異なる異種材料を摩擦攪拌により接合する異種材料の摩擦攪拌接合方法であって、端面が平面の摩擦攪拌用ツール、および前記摩擦攪拌用ツールの端面に設けられ、前記端面と、前記異種材料の接合界面端部の応力特異性解析から得られる応力特異性消失範囲に基づいて定められた所定のなす角度を有して先端に向かって徐々に断面積が減少する円錐台状に構成された攪拌部とを備える摩擦攪拌用部材を回転させ、前記異種材料どうしを接触させた接合すべく少なくとも一方の界面端縁に沿って前記異種材料を塑性流動させながら前記異種材料に対して前記攪拌部を相対的に移動させ、前記攪拌部を移動させ、前記異種材料を接合させるとともに、接合された接合端縁における接合面と、前記異種材料の表面とのなす角度を、前記応力特異性消失範囲に基づいて定められた所定のなす角度とすることを特徴とする異種材料の摩擦攪拌接合方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided a friction stir welding method for dissimilar materials having different softening temperatures by friction stirrer, the friction stir welding tool having a flat end surface, and the friction stir tool described above. Provided on an end surface, and gradually toward the tip with a predetermined angle determined based on the stress singularity disappearance range obtained from the stress singularity analysis of the end surface and the joint interface end of the dissimilar material A friction stirrer having a frustoconical stirrer having a reduced cross-sectional area is rotated, and the dissimilar material is plasticized along at least one interface edge to join the dissimilar materials in contact with each other. The stirrer is moved relative to the dissimilar material while flowing, the stirrer is moved to join the dissimilar material, and the joining surface at the joined joint edge and the dissimilar material The angle between the charges of the surface, the friction stir welding method of dissimilar materials, characterized in that the predetermined angle which is determined based on the stress singularity loss range is provided.

本発明の異種材料接合部の摩擦攪拌処理方法および異種材料の摩擦攪拌接合方法によれば、接合部材における接合部の形状を単純な形状とし、接合部材の形状や寸法などが限定されることなく、異種材料を接合または異種材料の接合部を摩擦攪拌処理することができる。   According to the friction stir processing method for dissimilar material joints and the friction stir welding method for dissimilar materials according to the present invention, the shape of the joint part in the joining member is made simple, and the shape and dimensions of the joining member are not limited. , Dissimilar materials can be joined, or joints of dissimilar materials can be friction stir processed.

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1A〜図1Gは、本発明の第1の実施の形態の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図である。
(First embodiment)
1A to 1G are diagrams schematically showing a cross section of a joint portion of different materials for explaining the friction stir processing method for the joint portion of different materials according to the first embodiment of the present invention.

ここでは、第1の接合材料10をチタン合金で形成し、第2の接合材料20を第1の接合材料10とは軟化温度が異なるアルミニウム合金で形成した一例を示す。なお、双方の接合材料の厚さは同じである。   Here, an example is shown in which the first bonding material 10 is formed of a titanium alloy and the second bonding material 20 is formed of an aluminum alloy having a softening temperature different from that of the first bonding material 10. Note that the thicknesses of both the bonding materials are the same.

図1Aに示すように、第1の接合材料10の接合面11は、第1の接合材料10の表面12、13と垂直に交わるように形成されている。また、第2の接合材料20の接合面21も、第1の接合材料10の接合面11と同様に、第2の接合材料20の表面22、23と垂直に交わるように形成されている。   As shown in FIG. 1A, the bonding surface 11 of the first bonding material 10 is formed so as to intersect perpendicularly with the surfaces 12 and 13 of the first bonding material 10. Further, the bonding surface 21 of the second bonding material 20 is formed so as to intersect perpendicularly with the surfaces 22 and 23 of the second bonding material 20 similarly to the bonding surface 11 of the first bonding material 10.

まず、図1Bに示すように、第1の接合材料10の接合面11と第2の接合材料20の接合面21とを突き合わせ、これらの第1の接合材料10の接合面11と第2の接合材料20の接合面21とを拡散接合する。拡散接合は、第1の接合材料10の接合面11と第2の接合材料20の接合面21とを接触させる方向に所定の圧力を負荷し、この状態で、所定の温度の真空雰囲気中に所定の時間保持することで行う。なお、所定の温度は、第1の接合材料10および第2の接合材料20を構成する材料の融点以下の温度に設定される。ここで、接合界面30と、第1の接合材料10の表面12とのなす角度θ1は、90度である。なお、第1の接合材料10と第2の接合材料20の接合方法は、拡散接合に限られるものではなく、例えば、ろう付、HIP接合、摩擦攪拌接合など他の方法であってもよい。   First, as shown in FIG. 1B, the bonding surface 11 of the first bonding material 10 and the bonding surface 21 of the second bonding material 20 are abutted, and the bonding surface 11 of the first bonding material 10 and the second bonding material 21 The bonding surface 21 of the bonding material 20 is diffusion bonded. In diffusion bonding, a predetermined pressure is applied in a direction in which the bonding surface 11 of the first bonding material 10 and the bonding surface 21 of the second bonding material 20 are brought into contact with each other, and in this state, in a vacuum atmosphere at a predetermined temperature. This is done by holding for a predetermined time. The predetermined temperature is set to a temperature equal to or lower than the melting point of the materials constituting the first bonding material 10 and the second bonding material 20. Here, an angle θ1 formed by the bonding interface 30 and the surface 12 of the first bonding material 10 is 90 degrees. In addition, the joining method of the 1st joining material 10 and the 2nd joining material 20 is not restricted to diffusion joining, For example, other methods, such as brazing, HIP joining, and friction stir welding, may be used.

図1Cに示すように、摩擦攪拌処理を行う摩擦攪拌用ツール40の平面からなる端部には、攪拌部として機能する、先端に向かって徐々に断面積が減少する円錐台状のテーパピン50が設けられている。また、テーパピン50が形成された摩擦攪拌用ツール40の端面は、その端面に接触するテーパピン50の端面よりも面積が大きく構成され、摩擦攪拌処理を行う際、第1の接合材料10の表面12および第2の接合材料20の表面22と接触するショルダ部41を構成している。なお、ショルダ部41は、第1の接合材料10の表面12および第2の接合材料20の表面22と基本的には平行な面となるように構成されているが、これに限られるものではない。ショルダ部41は、例えば、通常の摩擦攪拌接合用ツールと同様に周縁からツール中心部に向かって凹部を形成するように傾斜する形状であっても、周縁からツール中心部に向かって渦巻き状の突起部を複数備える渦巻き状の凹凸構造であってもよい。また、テーパピン50の高さ、すなわち円錐台の高さは、使用する用途によって適宜に設定され、好ましくは、接合部材の厚さの5%以上とすることが好ましい。テーパピン50の高さを上記した範囲とすることが好ましいのは、異種材の接合界面30に発生する引張応力が大きくなるのは表層であるが、これ以下の極表層のみの処理では強度向上への寄与が小さいからである。   As shown in FIG. 1C, a frustoconical taper pin 50 that functions as an agitating portion and that gradually decreases in cross-sectional area toward the tip is provided at the end of the friction agitating tool 40 that performs the friction agitating process. Is provided. Further, the end surface of the friction stir tool 40 on which the taper pin 50 is formed has a larger area than the end surface of the taper pin 50 that contacts the end surface, and the surface 12 of the first bonding material 10 is used when the friction stir processing is performed. And the shoulder part 41 which contacts the surface 22 of the 2nd joining material 20 is comprised. The shoulder portion 41 is configured to be a plane that is basically parallel to the surface 12 of the first bonding material 10 and the surface 22 of the second bonding material 20, but is not limited thereto. Absent. Even if the shoulder portion 41 has a shape that inclines so as to form a recess from the peripheral edge toward the tool central portion as in the case of a normal friction stir welding tool, the shoulder portion 41 has a spiral shape from the peripheral edge toward the tool central portion. A spiral concavo-convex structure including a plurality of protrusions may be used. Further, the height of the taper pin 50, that is, the height of the truncated cone is appropriately set depending on the application to be used, and is preferably 5% or more of the thickness of the joining member. It is preferable that the height of the taper pin 50 is in the above-described range. The tensile stress generated at the bonding interface 30 of different materials increases in the surface layer, but the strength is improved by the treatment of only the extreme surface layer below this. This is because the contribution of is small.

また、図1Cに示すように、接合界面30のよりも、テーパピン50の中心軸が第2の接合材料20側に位置するようにテーパピン50を配置する。なお、テーパピン50の中心軸が第1の接合材料10側に位置するようにテーパピン50を配置してもよい。すなわち、接合界面30のよりも、テーパピン50の中心軸が、第1の接合材料10側および第2の接合材料20側のいずれか一方の側に位置するようにテーパピン50を配置すればよい。   Further, as shown in FIG. 1C, the taper pin 50 is arranged so that the central axis of the taper pin 50 is located on the second bonding material 20 side rather than the bonding interface 30. The taper pin 50 may be arranged so that the central axis of the taper pin 50 is located on the first bonding material 10 side. That is, the taper pin 50 may be disposed so that the central axis of the taper pin 50 is located on either one of the first bonding material 10 side and the second bonding material 20 side rather than the bonding interface 30.

ここで、接合界面30のよりも、テーパピン50の中心軸が第2の接合材料20側に位置するようにテーパピン50を配置する場合には、テーパピン50の付け根部の第1の接合材料10側となる一方の端縁50aが、接合界面30のよりも第1の接合材料10側に0.1〜1.5mm程度に位置するようにテーパピン50を配置することが好ましい。この場合には、主としてアルミニウム合金を摩擦攪拌するので、摩擦拡散処理がなされる部分(後述する摩擦拡散処理部60に相当する部分)へのチタン合金の混合を最小量に抑えることができ、接合部の機械的特性が向上する。また、軟質のアルミニウム合金を主に摩擦攪拌するので、摩擦攪拌が容易で、テーパピン50の消耗を抑制することができる。   Here, when the taper pin 50 is arranged so that the central axis of the taper pin 50 is located on the second bonding material 20 side rather than the bonding interface 30, the first bonding material 10 side of the root portion of the taper pin 50 is disposed. It is preferable to arrange the taper pin 50 so that one end edge 50a located at a position closer to the first bonding material 10 than the bonding interface 30 is about 0.1 to 1.5 mm. In this case, since the aluminum alloy is mainly frictionally stirred, the mixing of the titanium alloy into the portion where the friction diffusion treatment is performed (the portion corresponding to the friction diffusion treatment portion 60 described later) can be suppressed to a minimum amount. The mechanical properties of the part are improved. Further, since the soft aluminum alloy is mainly frictionally stirred, friction stirring is easy and consumption of the taper pin 50 can be suppressed.

一方、テーパピン50の中心軸が第1の接合材料10側に位置するようにテーパピン50を配置する場合には、テーパピン50の付け根部の第2の接合材料20側となる他方の端縁50bが、接合界面30のよりも第2の接合材料20側に0.1〜1.5mm程度に位置するようにテーパピン50を配置することが好ましい。   On the other hand, when the taper pin 50 is arranged so that the central axis of the taper pin 50 is located on the first bonding material 10 side, the other edge 50b on the second bonding material 20 side of the base portion of the taper pin 50 is The taper pin 50 is preferably disposed so as to be positioned about 0.1 to 1.5 mm closer to the second bonding material 20 than the bonding interface 30.

上記したように、接合界面30のよりも、テーパピン50の中心軸が、第1の接合材料10側および第2の接合材料20側のいずれか一方の側に位置するようにテーパピン50を配置するのは、摩擦拡散処理がなされる部分(後述する摩擦拡散処理部60に相当する部分)において、第1の接合材料10および第2の接合材料20のいずれか一方の接合材料が50体積%より多くなるようにするためである。   As described above, the taper pin 50 is disposed so that the central axis of the taper pin 50 is located on either one of the first bonding material 10 side and the second bonding material 20 side rather than the bonding interface 30. This is because, in the portion where the frictional diffusion treatment is performed (the portion corresponding to the frictional diffusion processing unit 60 described later), either one of the first bonding material 10 and the second bonding material 20 is more than 50% by volume. This is to increase the number.

なお、接合界面30のよりも、テーパピン50の中心軸が、第1の接合材料10側および第2の接合材料20側のいずれか一方の側に位置するようにテーパピン50を配置する際、摩擦拡散処理がなされる部分における、第1の接合材料10と第2の接合材料20との混合割合や接合された異種材料の使用環境などに基づいて、テーパピン50を配置する位置は適宜設定される。また、テーパピン50は、摩擦攪拌接合に一般的に用いられるねじ付のものでもよいが、軟質のアルミニウム合金を主に摩擦攪拌する場合には、ねじ無しピンを使用することができる。   When the taper pin 50 is disposed so that the central axis of the taper pin 50 is located on either one of the first bonding material 10 side and the second bonding material 20 side rather than the bonding interface 30, friction is caused. The position where the taper pin 50 is disposed is appropriately set based on the mixing ratio of the first bonding material 10 and the second bonding material 20 and the usage environment of the bonded different materials in the portion where the diffusion treatment is performed. . Further, the taper pin 50 may be a threaded pin generally used for friction stir welding, but when a soft aluminum alloy is mainly friction stir, a screwless pin can be used.

また、図1Cおよび図1Dに示すように、テーパピン50の中心軸がアルミニウム合金からなる第2の接合材料20側に位置する状態でテーパピン50を接合部材に接触させて摩擦攪拌処理を行う場合、テーパピン50の側面51とショルダ部41とがなす角度θ2は、120〜178度とすることが好ましい。一方、テーパピン50の中心軸がチタン合金からなる第1の接合材料10側に位置する状態でテーパピン50を接合部材に接触させて摩擦攪拌処理を行う場合、テーパピン50の側面51とショルダ部41とがなす角度θ2は、92〜135度とすることが好ましい。なお、テーパピン50の側面51とショルダ部41とがなす角度θ2が、上記した範囲が好ましい理由は、後述する。   Further, as shown in FIG. 1C and FIG. 1D, when the taper pin 50 is brought into contact with the bonding member in a state where the central axis of the taper pin 50 is located on the second bonding material 20 side made of an aluminum alloy, the friction stirring process is performed. The angle θ2 formed by the side surface 51 of the taper pin 50 and the shoulder portion 41 is preferably 120 to 178 degrees. On the other hand, when the friction stir processing is performed by bringing the taper pin 50 into contact with the bonding member in a state where the central axis of the taper pin 50 is located on the first bonding material 10 made of a titanium alloy, the side surface 51 of the taper pin 50 and the shoulder portion 41 Is preferably 92 to 135 degrees. The reason why the above-described range is preferable for the angle θ2 formed between the side surface 51 of the taper pin 50 and the shoulder portion 41 will be described later.

そして、摩擦攪拌用ツール40を所定の回転速度(例えば、1000〜5000rpm)で回転させる。続いて、上記配置された位置から摩擦攪拌用ツール40を下方に移動し、テーパピン50を、接合界面30の一端側の端縁31を含む第1の接合材料10の表面12および第2の接合材料20の表面22に接触させる。この状態で摩擦攪拌が良好に行われる温度に達するまで数秒から数十秒間保持した後、図1Dに示すように、接合界面30の一端側の端縁31に沿って所定の移動速度(例えば、300〜2000mm/min)で摩擦攪拌用ツール40を移動する。なお、テーパピン50は、所定の圧力で接合材料側へ押し付けられている。摩擦攪拌用ツール40、すなわちテーパピン50を処理を行う終端まで移動させた後、摩擦攪拌用ツール40を上昇させ、テーパピン50を引き抜く。また、図1Dに示すように、摩擦攪拌処理を行う際、摩擦攪拌用ツール40のショルダ部41は、所定の圧力で、第1の接合材料10の表面12および第2の接合材料20の表面22に押し付けられているため、塑性流動した材料が外部に流出することはない。   Then, the friction stir tool 40 is rotated at a predetermined rotation speed (for example, 1000 to 5000 rpm). Subsequently, the friction stir tool 40 is moved downward from the disposed position, and the taper pin 50 is connected to the surface 12 of the first bonding material 10 including the edge 31 on one end side of the bonding interface 30 and the second bonding. Contact the surface 22 of the material 20. In this state, after holding for several seconds to several tens of seconds until reaching a temperature at which frictional stirring is satisfactorily performed, as shown in FIG. 1D, a predetermined moving speed (for example, along the edge 31 on one end side of the bonding interface 30) The friction stir tool 40 is moved at 300 to 2000 mm / min. The taper pin 50 is pressed against the bonding material side with a predetermined pressure. After the friction stir tool 40, that is, the taper pin 50 is moved to the end of processing, the friction stir tool 40 is raised and the taper pin 50 is pulled out. Further, as shown in FIG. 1D, when the friction stir processing is performed, the shoulder portion 41 of the friction stir tool 40 is subjected to the surface 12 of the first bonding material 10 and the surface of the second bonding material 20 at a predetermined pressure. Therefore, the plastically flowable material does not flow out to the outside.

上記したようにテーパピン50が移動した部分には、図1Eに示すように、摩擦拡散処理部60が形成される。テーパピン50の中心軸が第2の接合材料20側に位置する状態でテーパピン50を接合部材に接触させて摩擦攪拌処理を行う場合、摩擦拡散処理部60は、第2の接合材料20を構成するアルミニウム合金を主とした、第1の接合材料10を構成するチタン合金を含む合金で構成される。一方、テーパピン50の中心軸が第1の接合材料10側に位置する状態でテーパピン50を接合部材に接触させて摩擦攪拌処理を行う場合、摩擦拡散処理部60は、第1の接合材料10を構成するチタン合金を主とした、第2の接合材料20を構成するアルミニウム合金を含む合金で構成される。   As described above, a friction diffusion processing unit 60 is formed in the portion where the taper pin 50 has moved, as shown in FIG. 1E. When the friction stir processing is performed by bringing the taper pin 50 into contact with the bonding member in a state where the central axis of the taper pin 50 is located on the second bonding material 20 side, the friction diffusion processing unit 60 constitutes the second bonding material 20. It is comprised with the alloy containing the titanium alloy which comprises the 1st joining material 10 which mainly made the aluminum alloy. On the other hand, when the friction stir processing is performed by bringing the taper pin 50 into contact with the bonding member in a state where the central axis of the taper pin 50 is located on the first bonding material 10 side, the friction diffusion processing unit 60 causes the first bonding material 10 to move. It is comprised with the alloy containing the aluminum alloy which comprises the 2nd joining material 20 which mainly comprised the titanium alloy to comprise.

また、テーパピン50の中心軸が第2の接合材料20側に位置する状態でテーパピン50を接合部材に接触させて摩擦攪拌処理を行う場合、摩擦拡散処理部60における第1の接合材料10側の側面61と、接合材料の表面とによる第1の接合材料10側のなす角度θ3は、テーパピン50の側面51とショルダ部41とがなす角度θ2とほぼ同じである。一方、テーパピン50の中心軸が第1の接合材料10側に位置する状態でテーパピン50を接合部材に接触させて摩擦攪拌処理を行う場合、摩擦拡散処理部60における第2の接合材料20側の側面62と、接合材料の表面とによる第1の接合材料10側のなす角度(図示しない)は、180度からテーパピン50の側面51とショルダ部41とがなす角度θ2を減じた値とほぼ同じである。   Further, when the friction stir processing is performed by bringing the taper pin 50 into contact with the bonding member in a state where the central axis of the taper pin 50 is located on the second bonding material 20 side, An angle θ3 formed by the side surface 61 and the surface of the bonding material on the first bonding material 10 side is substantially the same as an angle θ2 formed by the side surface 51 of the taper pin 50 and the shoulder portion 41. On the other hand, when the friction stir processing is performed by bringing the taper pin 50 into contact with the bonding member in a state where the central axis of the taper pin 50 is positioned on the first bonding material 10 side, An angle (not shown) formed on the first bonding material 10 side by the side surface 62 and the surface of the bonding material is substantially the same as a value obtained by subtracting an angle θ2 formed by the side surface 51 of the taper pin 50 and the shoulder portion 41 from 180 degrees. It is.

ここで、上記したように、摩擦拡散処理部60における第1の接合材料10側の側面61と、接合材料の表面とによる第1の接合材料10側のなす角度θ3、および摩擦拡散処理部60における第2の接合材料20側の側面62と、接合材料の表面とによる第1の接合材料10側のなす角度(図示しない)は、テーパピン50の側面51とショルダ部41とのなす角度θ2によって決まる。   Here, as described above, the angle θ3 formed on the first bonding material 10 side by the side surface 61 on the first bonding material 10 side in the friction diffusion processing unit 60 and the surface of the bonding material, and the friction diffusion processing unit 60. The angle (not shown) formed on the first bonding material 10 side by the side surface 62 on the second bonding material 20 side and the surface of the bonding material in FIG. 2 depends on the angle θ2 formed between the side surface 51 of the taper pin 50 and the shoulder portion 41. Determined.

ここで、テーパピン50の側面51とショルダ部41とがなす角度θ2を前述した120〜178度にすることが好ましいのは、摩擦拡散処理部60における第1の接合材料10側の側面61と、接合材料の表面とによる第1の接合材料10側のなす角度θ3を120〜178度にすることが好ましいからである。また、テーパピン50の側面51とショルダ部41とがなす角度θ2を前述した92〜135度にすることが好ましいのは、摩擦拡散処理部60における第2の接合材料20側の側面62と、接合材料の表面とによる第1の接合材料10側のなす角度(図示しない)を45〜88度にすることが好ましいからである。   Here, the angle θ2 formed by the side surface 51 of the taper pin 50 and the shoulder portion 41 is preferably set to 120 to 178 degrees as described above, and the side surface 61 on the first bonding material 10 side in the friction diffusion processing unit 60, This is because it is preferable that the angle θ3 formed on the first bonding material 10 side by the surface of the bonding material is 120 to 178 degrees. In addition, it is preferable that the angle θ2 formed by the side surface 51 of the taper pin 50 and the shoulder portion 41 is 92 to 135 degrees as described above, and the side surface 62 on the second bonding material 20 side in the friction diffusion processing unit 60 and the bonding This is because the angle (not shown) formed by the first bonding material 10 side with the surface of the material is preferably 45 to 88 degrees.

次に、摩擦拡散処理部60における第1の接合材料10側の側面61と、接合材料の表面とによる第1の接合材料10側のなす角度θ3を92〜135度に、または摩擦拡散処理部60における第2の接合材料20側の側面62と、接合材料の表面とによる第1の接合材料10側のなす角度(図示しない)を45〜88度にすることが好ましい理由について説明する。   Next, the angle θ3 formed on the first bonding material 10 side by the side surface 61 on the first bonding material 10 side in the friction diffusion processing unit 60 and the surface of the bonding material is set to 92 to 135 degrees, or the friction diffusion processing unit The reason why the angle (not shown) formed on the first bonding material 10 side by the side surface 62 on the second bonding material 20 side in 60 and the surface of the bonding material is preferably 45 to 88 degrees will be described.

二次元異種材料の接合界面端部における平面問題に関しては応力特異性を決める特性方程式が既に導かれている(例えば、特開2004−255388、特開2003−53557参照)。この特性方程式を用いて図1Bに示す、第1の接合材料10のチタン合金と第2の接合材料20のアルミニウム合金との組合せによる接合部材の接合界面30の端部の応力特異性を解析したところ、接合界面30の両端縁31、32における自由縁の応力特異性は平板のこれらの両端縁31、32の2個所で生じていることが分かった。すなわち、接合界面30と、第1の接合材料10の表面12とのなす角度θ1が、0〜180度まで変化した場合の平板の両端縁31、32における応力特異性を解析した。ここでは、2個所の接合界面30の端部における応力特異性を示す指数を摂動法により計算し、応力特異性を求めた。   With respect to the plane problem at the joint interface edge of a two-dimensional dissimilar material, characteristic equations that determine stress singularities have already been derived (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2004-255388 and 2003-53557). Using this characteristic equation, the stress singularity at the end of the joint interface 30 of the joint member by the combination of the titanium alloy of the first joint material 10 and the aluminum alloy of the second joint material 20 shown in FIG. 1B was analyzed. However, it has been found that the stress singularities of the free edges at the both end edges 31 and 32 of the joint interface 30 are generated at these two end edges 31 and 32 of the flat plate. That is, the stress singularities at both end edges 31 and 32 of the flat plate when the angle θ1 formed between the bonding interface 30 and the surface 12 of the first bonding material 10 changed from 0 to 180 degrees were analyzed. Here, an index indicating the stress singularity at the ends of the two joint interfaces 30 was calculated by the perturbation method to obtain the stress singularity.

上記解析の結果、接合界面30と、第1の接合材料10の表面12とのなす角度θ1が、45〜88度、120〜178度の範囲において、接合界面30の端部における自由縁の応力特異性の消失が認められた。そこで、摩擦拡散処理部60における第1の接合材料10側の側面61と、接合材料の表面とによる第1の接合材料10側のなす角度θ3を92〜135度に、または摩擦拡散処理部60における第2の接合材料20側の側面62と、接合材料の表面とによる第1の接合材料10側のなす角度(図示しない)を45〜88度にすることが好ましいとした。   As a result of the above analysis, the stress of the free edge at the end of the bonding interface 30 when the angle θ1 between the bonding interface 30 and the surface 12 of the first bonding material 10 is in the range of 45 to 88 degrees and 120 to 178 degrees. Loss of specificity was observed. Therefore, the angle θ3 formed on the first bonding material 10 side by the side surface 61 on the first bonding material 10 side in the friction diffusion processing unit 60 and the surface of the bonding material is set to 92 to 135 degrees, or the friction diffusion processing unit 60. The angle (not shown) formed on the first bonding material 10 side by the side surface 62 on the second bonding material 20 side and the surface of the bonding material is preferably 45 to 88 degrees.

また、上記した角度θ3に基づいて、テーパピン50の側面51とショルダ部41とがなす角度θ2を120〜178度または92〜135度にすることが好ましいとした。   Further, based on the angle θ3 described above, the angle θ2 formed between the side surface 51 of the taper pin 50 and the shoulder portion 41 is preferably set to 120 to 178 degrees or 92 to 135 degrees.

続いて、図1Fに示すように、上記した摩擦攪拌処理を、裏面側(第1の接合材料10の表面13側および第2の接合材料20の表面23側)となる接合界面30の端縁32側に対しても行う。なお、すでに摩擦攪拌処理を施した表面側のみ引張力が掛かるような環境で使用する場合には、図1Fに示す裏面側の摩擦攪拌処理を省略してもよい。   Subsequently, as shown in FIG. 1F, the friction stir processing described above is performed on the edge of the bonding interface 30 on the back surface side (the surface 13 side of the first bonding material 10 and the surface 23 side of the second bonding material 20). Repeat for the 32 side. Note that when used in an environment where a tensile force is applied only to the front surface side that has already been subjected to the friction stir processing, the rear surface side friction stir processing shown in FIG. 1F may be omitted.

そして、図1Gに示すように、両面に摩擦拡散処理部60を形成し、第1の接合材料10と第2の接合材料20との接合部に対して摩擦攪拌処理が完了する。   And as shown to FIG. 1G, the friction-diffusion process part 60 is formed in both surfaces, and a friction stirring process is completed with respect to the junction part of the 1st joining material 10 and the 2nd joining material 20. As shown in FIG.

なお、図1Gに示すように、接合界面30の中央部に、摩擦攪拌処理がなされていない部分があるが、この部分は事前に拡散接合等で接合されているので、機械的強度上の問題を生じることはない。   As shown in FIG. 1G, there is a portion where the friction stir processing is not performed in the central portion of the bonding interface 30, but since this portion is bonded in advance by diffusion bonding or the like, there is a problem in mechanical strength. Will not cause.

ここでは、第1の接合材料10としてチタン合金を、第2の接合材料20としてアルミニウム合金を使用した一例を示した。チタン合金として、例えば、純チタン、α型合金のTi−2.5Cu合金、α+β型合金のTi−6Al−4V合金、β型合金のTi−15Mo−5Zr合金などが挙げられる。また、アルミニウム合金として、例えば、純アルミニウム、Al−Mg合金、Al−Si合金、Al−Cu合金、Al−Mg−Si合金、Al−Zn−Mg合金の展伸材、および鋳造材などが挙げられる。また、異種材料の組み合わせは、上記したチタン合金とアルミニウム合金に限られるものではなく、摩擦攪拌処理が可能な材料の組み合わせであればよい。例えば、組み合わせの一例として銅−タングステン、銅−モリブデン、銅−アルミニウム、銅−鉄鋼材料、チタン−鉄鋼材料などが挙げられる。なお、組み合わせる材料によって、前述した接合界面端部における応力特異性は異なるため、組み合わせる材料ごとに前述した応力特異性の解析を行い、応力特異性の消失範囲を算出し、それに基づいて、テーパピン50の形状等を決定する。   Here, an example in which a titanium alloy is used as the first bonding material 10 and an aluminum alloy is used as the second bonding material 20 is shown. Examples of the titanium alloy include pure titanium, α-type alloy Ti-2.5Cu alloy, α + β-type alloy Ti-6Al-4V alloy, β-type alloy Ti-15Mo-5Zr alloy, and the like. Examples of the aluminum alloy include pure aluminum, Al-Mg alloy, Al-Si alloy, Al-Cu alloy, Al-Mg-Si alloy, Al-Zn-Mg alloy wrought material, and cast material. It is done. Further, the combination of different materials is not limited to the above-described titanium alloy and aluminum alloy, and any combination of materials that can be friction-stirred may be used. For example, copper-tungsten, copper-molybdenum, copper-aluminum, copper-steel material, titanium-steel material, etc. are mentioned as an example of a combination. Since the stress singularity at the joint interface end portion described above varies depending on the material to be combined, the stress singularity analysis described above is performed for each material to be combined, and the disappearance range of the stress singularity is calculated. Determine the shape and so on.

上記したように、本発明の第1の実施の形態の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法によれば、すでに接合された異種材料の接合部に対して、接合界面30の端縁31、32における自由縁を応力特異性が消失する角度に摩擦攪拌処理することで、接合部における欠陥等の発生を抑制し、接合強度の向上を図ることができる。これによって、接合端縁の強度の低下が抑制された接合部を有する異種材料の接合材料を得ることができる。また、接合材料の接合面の形状を平面等の簡単な形状とすることができるので、接合材料の加工が容易となり、さらには加工時間を短縮することができるので、製造コストを抑えることができる。   As described above, according to the friction stir processing method for the dissimilar material joint according to the first embodiment of the present invention, the edge 31 of the joint interface 30 with respect to the joint of the dissimilar material already joined, By subjecting the free edge in 32 to friction stir processing at an angle at which the stress specificity disappears, the occurrence of defects and the like in the joint can be suppressed, and the joint strength can be improved. As a result, it is possible to obtain a different kind of bonding material having a bonding portion in which a decrease in strength of the bonding edge is suppressed. Further, since the shape of the bonding surface of the bonding material can be a simple shape such as a flat surface, the processing of the bonding material is facilitated, and the processing time can be shortened, so that the manufacturing cost can be suppressed. .

(第2の実施の形態)
第2の実施の形態では、事前の接合を摩擦攪拌接合によって行い、その後接合界面30の自由縁を摩擦攪拌接合する方法について説明する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, a method in which prior joining is performed by friction stir welding and then the free edge of the joining interface 30 is friction stir welded will be described.

図2A〜図2Hは、本発明の第2の実施の形態の異種材料の摩擦攪拌接合方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図である。図3は、摩擦攪拌用ツールの他の形態の断面を模式的に示す図である。   2A to 2H are diagrams schematically illustrating a cross section of a joint portion of different materials for explaining the friction stir welding method of different materials according to the second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross-section of another form of the friction stir tool.

ここでは、接合材料として、図2Aに示すように、凸状の両縁に接合材料の厚さ方向に傾斜する傾斜部81を有する第1の接合材料80と、凹状の両縁に接合材料の厚さ方向に傾斜する傾斜部91を有する第2の接合材料90を用いた。第1の接合材料80における傾斜部81と、第1の接合材料80の表面83とのなす角度θ1は、110〜125度である。なお、この第1の接合材料80の表面83とのなす角度θ1は、第1の実施の形態で説明した応力特異性の解析による、接合界面の端部における自由縁を応力特異性が消失する角度としている。また、第1の接合材料80の接合面82の直線部84の長さは、第1の接合材料80の厚さの0.05〜0.5倍になっている。第1の接合材料80の厚さの0.05倍以上のときは、前述したテーパピン50の高さが接合部材の厚さの5%以上に相当し、0.5倍のときは、直線部84がなく上下の傾斜部81、91のみとなる。また、第2の接合材料90の接合面92の形状は、第1の接合材料80の接合面82の形状に対応して構成されている。   Here, as shown in FIG. 2A, as the bonding material, a first bonding material 80 having inclined portions 81 inclined in the thickness direction of the bonding material on both edges of the convex shape, and a bonding material on both edges of the concave shape, as shown in FIG. A second bonding material 90 having an inclined portion 91 inclined in the thickness direction was used. An angle θ1 formed by the inclined portion 81 in the first bonding material 80 and the surface 83 of the first bonding material 80 is 110 to 125 degrees. Note that the angle θ1 formed with the surface 83 of the first bonding material 80 is such that the stress singularity disappears at the free edge at the end of the bonding interface according to the analysis of the stress singularity described in the first embodiment. It is an angle. Further, the length of the straight portion 84 of the bonding surface 82 of the first bonding material 80 is 0.05 to 0.5 times the thickness of the first bonding material 80. When the thickness of the first bonding material 80 is 0.05 times or more, the height of the taper pin 50 corresponds to 5% or more of the thickness of the bonding member, and when it is 0.5 times, the straight portion There is no 84 and only the upper and lower inclined portions 81 and 91 are provided. Further, the shape of the bonding surface 92 of the second bonding material 90 is configured to correspond to the shape of the bonding surface 82 of the first bonding material 80.

また、ここでは、第1の接合材料80を銅で形成し、第2の接合材料90を第1の接合材料10とは軟化温度が異なるアルミニウムで形成した一例を示す。なお、双方の接合材料の厚さは同じである。   Here, an example in which the first bonding material 80 is formed of copper and the second bonding material 90 is formed of aluminum having a softening temperature different from that of the first bonding material 10 is shown. Note that the thicknesses of both the bonding materials are the same.

まず、第1の接合材料80の接合面82と第2の接合材料90の接合面92とを突き合わせる。そして、攪拌部として機能する円柱状のストレートピン100およびショルダ部101を有する摩擦攪拌用ツール110を用い、摩擦攪拌接合の際、ストレートピン100の第1の接合材料80側の側面が、第1の接合材料80の接合面82の直線部84よりも0.1〜1.5mm程度、第1の接合材料80側に位置する位置に摩擦攪拌用ツール110を配置する。   First, the bonding surface 82 of the first bonding material 80 and the bonding surface 92 of the second bonding material 90 are butted together. Then, using the friction stir tool 110 having the cylindrical straight pin 100 and the shoulder portion 101 that function as a stirring portion, the side surface on the first bonding material 80 side of the straight pin 100 is the first side when the friction stir welding is performed. The friction stir tool 110 is arranged at a position that is about 0.1 to 1.5 mm from the straight portion 84 of the bonding surface 82 of the bonding material 80 and located on the first bonding material 80 side.

続いて、摩擦攪拌用ツール40を所定の回転速度(例えば、1000〜5000rpm)で回転させ、上記配置された位置から摩擦攪拌用ツール110を下方に移動し、ストレートピン100を、第2の接合材料90の表面93に接触させる。この状態で摩擦攪拌が良好に行われる温度に達するまで数秒から数十秒間保持した後、図2Bに示すように、接合界面120に沿って所定の移動速度(例えば、300〜2000mm/min)で摩擦攪拌用ツール110を移動する。なお、ストレートピン100は、所定の圧力で接合材料側へ押し付けられている。摩擦攪拌用ツール110、すなわちストレートピン100を処理を行う終端まで移動させた後、摩擦攪拌用ツール110を上昇させ、ストレートピン100を引き抜く。また、図2Bに示すように、摩擦攪拌接合を行う際、摩擦攪拌用ツール110のショルダ部101は、所定の圧力で、第1の接合材料80の表面83および第2の接合材料90の表面93に押し付けられているため、塑性流動した材料が外部に流出することはない。   Subsequently, the friction stir tool 40 is rotated at a predetermined rotation speed (for example, 1000 to 5000 rpm), the friction stir tool 110 is moved downward from the above-described position, and the straight pin 100 is connected to the second joint. Contact the surface 93 of the material 90. In this state, after being held for several seconds to several tens of seconds until reaching a temperature at which frictional stirring is satisfactorily performed, as shown in FIG. 2B, at a predetermined moving speed (for example, 300 to 2000 mm / min) along the bonding interface 120. The friction stir tool 110 is moved. The straight pin 100 is pressed against the bonding material side with a predetermined pressure. After the friction stir tool 110, that is, the straight pin 100 is moved to the end of processing, the friction stir tool 110 is raised and the straight pin 100 is pulled out. Further, as shown in FIG. 2B, when performing friction stir welding, the shoulder portion 101 of the friction stir tool 110 is subjected to the surface 83 of the first bonding material 80 and the surface of the second bonding material 90 at a predetermined pressure. Since it is pressed against 93, the plastically flowed material does not flow out.

上記したようにストレートピン100が移動した部分は、図2Cに示すように、摩擦拡散処理部130が形成される。この摩擦拡散処理部130は、第2の接合材料90を構成するアルミニウムを主とした、第1の接合材料80を構成する銅を含む合金で構成される。このようにして、第1の接合材料80の接合面82の直線部84と、それに対応する第2の接合材料90の接合面92の直線部94は、摩擦攪拌接合される。なお、この状態では、両縁の傾斜部81、91はほとんど接合されていない。   As described above, as shown in FIG. 2C, the friction diffusion processing unit 130 is formed in the portion where the straight pin 100 has moved. The friction diffusion processing unit 130 is made of an alloy containing copper that forms the first bonding material 80, mainly aluminum that forms the second bonding material 90. In this way, the linear portion 84 of the bonding surface 82 of the first bonding material 80 and the corresponding linear portion 94 of the bonding surface 92 of the second bonding material 90 are friction stir bonded. In this state, the inclined portions 81 and 91 on both edges are hardly joined.

続いて、両縁の傾斜部81、91を摩擦攪拌接合する。図2Dに示すように、この両縁の傾斜部81、91の摩擦攪拌接合に使用される摩擦攪拌用ツール140の平面からなる端部には、攪拌部として機能する、先端に向かって徐々に断面積が減少する円錐台状のテーパピン150が設けられている。また、摩擦攪拌用ツール140のテーパピン150が形成された側の端面は、その端面に接触するテーパピン150の端面よりも面積が大きく構成され、摩擦攪拌接合を行う際、第1の接合材料80の表面83および第2の接合材料90の表面93と接触するショルダ部141を構成している。なお、ショルダ部141は、基本的には第1の接合材料80の表面83および第2の接合材料90の表面93と平行な面となるように構成されているが、これに限られるものではない。ショルダ部141は、例えば、通常の摩擦攪拌接合用ツールと同様に周縁からツール中心部に向かって凹部を形成するように傾斜する形状であっても、周縁からツール中心部に向かって渦巻き状の突起部を複数備える渦巻き状の凹凸構造であってもよい。   Subsequently, friction stir welding is performed on the inclined portions 81 and 91 on both edges. As shown in FIG. 2D, the end portion formed by a flat surface of the friction stir tool 140 used for friction stir welding of the inclined portions 81 and 91 on both edges gradually functions toward the tip, which functions as a stirrer. A truncated cone-shaped taper pin 150 having a reduced cross-sectional area is provided. Further, the end surface of the friction stir tool 140 on the side where the taper pin 150 is formed is configured to have a larger area than the end surface of the taper pin 150 that contacts the end surface. A shoulder portion 141 is formed in contact with the surface 83 and the surface 93 of the second bonding material 90. The shoulder portion 141 is basically configured to be a plane parallel to the surface 83 of the first bonding material 80 and the surface 93 of the second bonding material 90, but is not limited to this. Absent. Even if the shoulder portion 141 has a shape that inclines so as to form a concave portion from the peripheral edge toward the tool central portion, like a normal friction stir welding tool, the shoulder portion 141 has a spiral shape from the peripheral edge toward the tool central portion. A spiral concavo-convex structure including a plurality of protrusions may be used.

また、図2Dに示すように、テーパピン150の側面151とショルダ部141とがなす角度θ2は、第1の接合材料80における傾斜部81と第1の接合材料80の表面83とのなす角度θ1と同じ110〜125度とすることが好ましい。また、テーパピン150の高さ、すなわち円錐台の高さは、使用する用途によって適宜に設定される。好ましくは、接合部材の厚さの5%以上とすることが好ましい。テーパピン150の高さを上記した範囲とすることが好ましいのは、異種材の接合界面120に発生する引張応力が大きくなるのは表層であるが、これ以下の極表層のみの処理では強度向上への寄与が小さいからである。   2D, an angle θ2 formed between the side surface 151 of the taper pin 150 and the shoulder portion 141 is an angle θ1 formed between the inclined portion 81 in the first bonding material 80 and the surface 83 of the first bonding material 80. It is preferable that it is the same 110-125 degree | times. Further, the height of the taper pin 150, that is, the height of the truncated cone is appropriately set depending on the application to be used. Preferably, the thickness is 5% or more of the thickness of the joining member. It is preferable that the height of the taper pin 150 be in the above-described range. The tensile stress generated at the bonding interface 120 of the dissimilar material is increased on the surface layer, but the treatment with only the extreme surface layer below this increases the strength. This is because the contribution of is small.

また、テーパピン150の付け根部の第1の接合材料80側となる一方の端縁150aが、傾斜部81、91の接合界面120の端縁121よりも第1の接合材料80側に0.1〜1.5mm程度に位置するようにテーパピン150を配置することが好ましい。この範囲にテーパピン150を配置することが好ましいのは、0.1未満の場合(例えば、端縁150aが接合界面に位置する場合(0mmの場合))、接合不良が発生する可能性が高く、1.5mm程度までの配置で接合不良の発生はなくなり、1.5mmを超えると第2の接合材料90への第1の接合材料80の混合割合が大きくなるからである。   In addition, one end edge 150a of the base portion of the taper pin 150 on the first bonding material 80 side is 0.1 closer to the first bonding material 80 side than the edge 121 of the bonding interface 120 of the inclined portions 81 and 91. It is preferable to arrange the taper pin 150 so as to be positioned at about ˜1.5 mm. It is preferable to arrange the taper pin 150 in this range, when it is less than 0.1 (for example, when the end edge 150a is located at the bonding interface (in the case of 0 mm)), there is a high possibility that a bonding failure will occur. This is because the occurrence of poor bonding disappears with an arrangement of up to about 1.5 mm, and when the thickness exceeds 1.5 mm, the mixing ratio of the first bonding material 80 to the second bonding material 90 increases.

続いて、摩擦攪拌用ツール110を所定の回転速度(例えば、1000〜5000rpm)で回転させ、上記配置された位置から摩擦攪拌用ツール110を下方に移動し、テーパピン150を、接合界面120の端縁121を含む第1の接合材料80の表面83および第2の接合材料90の表面93に接触させる。この状態で摩擦攪拌が良好に行われる温度に達するまで数秒から数十秒間保持した後、図2Eに示すように、接合界面120の一端側の端縁121に沿って所定の移動速度(例えば、300〜2000mm/min)で摩擦攪拌用ツール110を移動する。なお、テーパピン150は、所定の圧力で接合材料側へ押し付けられている。摩擦攪拌用ツール110、すなわちテーパピン150を処理を行う終端まで移動させた後、摩擦攪拌用ツール110を上昇させ、テーパピン150を引き抜く。また、図2Eに示すように、摩擦攪拌接合を行う際、摩擦攪拌用ツール110のショルダ部141は、所定の圧力で、第1の接合材料80の表面83および第2の接合材料90の表面93に押し付けられているため、塑性流動した材料が外部に流出することはない。   Subsequently, the friction stir tool 110 is rotated at a predetermined rotation speed (for example, 1000 to 5000 rpm), the friction stir tool 110 is moved downward from the above-described position, and the taper pin 150 is moved to the end of the joining interface 120. The surface 83 of the first bonding material 80 including the edge 121 and the surface 93 of the second bonding material 90 are brought into contact with each other. In this state, after holding for several seconds to several tens of seconds until reaching a temperature at which frictional stirring is satisfactorily performed, as shown in FIG. 2E, a predetermined moving speed (for example, along the edge 121 on one end side of the bonding interface 120) The friction stir tool 110 is moved at 300 to 2000 mm / min. The taper pin 150 is pressed against the bonding material side with a predetermined pressure. After the friction stir tool 110, that is, the taper pin 150 is moved to the end of processing, the friction stir tool 110 is raised and the taper pin 150 is pulled out. Further, as shown in FIG. 2E, when performing friction stir welding, the shoulder portion 141 of the friction stir tool 110 is subjected to a surface 83 of the first bonding material 80 and a surface of the second bonding material 90 at a predetermined pressure. Since it is pressed against 93, the plastically flowed material does not flow out.

上記したようにテーパピン150が移動した部分は、図2Fに示すように、摩擦拡散処理部160が形成される。この摩擦拡散処理部160は、第2の接合材料90を構成するアルミニウムを主とした、第1の接合材料10を構成する銅を含む合金で構成される。このようにして、一端縁側の、第1の接合材料80の傾斜部81と、それに対応する第2の接合材料90の傾斜部91は、摩擦攪拌接合される。   As described above, the frictional diffusion processing unit 160 is formed in the portion where the taper pin 150 has moved, as shown in FIG. 2F. The friction diffusion processing unit 160 is made of an alloy containing copper constituting the first bonding material 10, which is mainly composed of aluminum constituting the second bonding material 90. In this way, the inclined portion 81 of the first bonding material 80 and the corresponding inclined portion 91 of the second bonding material 90 on one end edge side are friction stir welded.

また、摩擦拡散処理部160における第1の接合材料80側の側面161と、接合材料の表面とによる第1の接合材料80側のなす角度θ3は、テーパピン150の側面151とショルダ部141とがなす角度θ2とほぼ同じである。   In addition, the angle θ3 formed between the side surface 161 on the first bonding material 80 side and the surface of the bonding material in the friction diffusion processing unit 160 and the side of the first bonding material 80 is determined by the side surface 151 of the taper pin 150 and the shoulder portion 141. This is almost the same as the angle θ2.

続いて、図2Gに示すように、上記した摩擦攪拌用ツール140を用いて、上記した方法と同じ方法で、裏面側となる他端縁側の傾斜部81、91を摩擦攪拌接合する。   Subsequently, as shown in FIG. 2G, the friction stir welding is performed on the inclined portions 81 and 91 on the other end edge side which is the back surface side by the same method as described above, using the friction stir tool 140 described above.

そして、図2Hに示すように、両面に摩擦拡散処理部160を形成し、第1の接合材料10と第2の接合材料20とが摩擦攪拌接合される。   Then, as shown in FIG. 2H, the friction diffusion processing unit 160 is formed on both surfaces, and the first bonding material 10 and the second bonding material 20 are friction stir bonded.

ここでは、第1の接合材料80として銅を、第2の接合材料90としてアルミニウムを使用した一例を示した。また、異種材料の組み合わせは、この銅とアルミニウムに限られるものではなく、摩擦攪拌処理が可能な材料の組み合わせであればよい。例えば、組み合わせの一例として、銅−チタン、銅−タングステン、銅−モリブデン、銅−鉄鋼材料、チタン−鉄鋼材料などが挙げられる。なお、組み合わせる材料によって、前述した接合界面端部における応力特異性は異なるため、組み合わせる材料ごとに前述した応力特異性の解析を行い、応力特異性の消失範囲を算出し、その算出結果に基づいて、第1の接合材料80における傾斜部81と、第1の接合材料80の表面83とのなす角度θ1が決定される。また、この第1の接合材料80の接合面82の形状に対応して第2の接合材料90の接合面92の形状が決定される。また、第1の接合材料80における傾斜部81と、第1の接合材料80の表面83とのなす角度θ1に対応させてテーパピン150の形状等を決定する。   Here, an example in which copper is used as the first bonding material 80 and aluminum is used as the second bonding material 90 is shown. The combination of different materials is not limited to copper and aluminum, and any combination of materials that can be friction-stirred may be used. For example, copper-titanium, copper-tungsten, copper-molybdenum, copper-steel material, titanium-steel material, etc. are mentioned as an example of a combination. Since the stress singularity at the joint interface edge described above varies depending on the material to be combined, the stress singularity analysis described above is performed for each material to be combined, and the disappearance range of the stress singularity is calculated. The angle θ1 formed by the inclined portion 81 in the first bonding material 80 and the surface 83 of the first bonding material 80 is determined. Further, the shape of the bonding surface 92 of the second bonding material 90 is determined in accordance with the shape of the bonding surface 82 of the first bonding material 80. Further, the shape or the like of the taper pin 150 is determined in accordance with the angle θ1 formed by the inclined portion 81 in the first bonding material 80 and the surface 83 of the first bonding material 80.

ここで、上記した摩擦攪拌用ツール110のピンにおいて、先端部を円柱状のストレート形状とし、摩擦攪拌用ツール110側、すなわちピンの根元部側を図2Dに示す円錐台状のテーパ形状としてもよい。この複合形状にすることで、図2B〜図2Eに示した摩擦攪拌処理を同時に行うことができる。すなわち摩擦拡散処理部130および摩擦拡散処理部160を同時に形成することができる。   Here, in the pin of the friction stir tool 110 described above, the tip portion may be formed into a cylindrical straight shape, and the friction stir tool 110 side, that is, the base portion side of the pin may be formed into a truncated conical taper shape shown in FIG. 2D. Good. By adopting this composite shape, the friction stir processing shown in FIGS. 2B to 2E can be performed simultaneously. That is, the friction diffusion processing unit 130 and the friction diffusion processing unit 160 can be formed simultaneously.

また、他端縁側の傾斜部をなくす場合は、突き合わせ部の傾斜を上部のみとし、直線部を下部まで伸ばすとともに、摩擦攪拌用ツール110のピンのストレート形状部を、接合材料の裏面側となる他端縁まで延長して構成してもよい。また、このように他端縁側に傾斜部を設けない場合は、両接合材料の厚さが異なっていてもよい。この場合、摩擦攪拌用ツールを挿入する表面側を同一の高さとし、薄い材料の裏側には厚さの差分のスペーサ等を挿入すればよい。   Further, when the inclined portion on the other end edge side is eliminated, the butt portion is inclined only at the upper portion, the straight portion is extended to the lower portion, and the straight shape portion of the pin of the friction stir tool 110 becomes the back side of the bonding material. It may be configured to extend to the other end edge. Moreover, when not providing an inclined part in the other end edge side in this way, the thickness of both joining materials may differ. In this case, the surface side into which the friction stir tool is inserted has the same height, and a spacer having a thickness difference or the like may be inserted into the back side of the thin material.

さらに、図3に示すように、接合材料の両面側に、摩擦攪拌用ツール110を設け、それぞれの摩擦攪拌用ツール110の平面からなる端部に、先端に向かって徐々に断面積が減少する円錐台状のテーパピン150を設け、さらに、テーパピン150間に円柱状のストレートピン100を設けてそれぞれを一体的に構成してもよい。また、摩擦攪拌用ツール110のテーパピン150が形成された側の端面は、その端面に接触するテーパピン150の端面よりも面積が大きく構成され、摩擦攪拌処理を行う際、第1の接合材料80の表面および第2の接合材料90の表面と接触するショルダ部141を構成している。なお、ショルダ部141は、第1の接合材料80の表面および第2の接合材料90の表面と平行な面となるように構成されている。このように、摩擦攪拌用ツールおよびピンを、いわゆるボビンツール形状とすることで、接合材料の両面を同時に摩擦攪拌処理することができる。また、ボビンツール形状とすることで、接合材料の片側から摩擦攪拌処理した場合に発生しやすい欠陥の発生を抑えることができる。   Furthermore, as shown in FIG. 3, the friction stir tool 110 is provided on both sides of the bonding material, and the cross-sectional area gradually decreases toward the tip at the end portion formed by the flat surface of each friction stir tool 110. A truncated cone-shaped taper pin 150 may be provided, and further, a cylindrical straight pin 100 may be provided between the taper pins 150 to integrally form each. Further, the end surface of the friction stir tool 110 on the side where the taper pin 150 is formed is configured to have a larger area than the end surface of the taper pin 150 that contacts the end surface. A shoulder portion 141 that contacts the surface and the surface of the second bonding material 90 is formed. The shoulder portion 141 is configured to be a plane parallel to the surface of the first bonding material 80 and the surface of the second bonding material 90. Thus, by making the friction stir tool and the pin into a so-called bobbin tool shape, both surfaces of the bonding material can be subjected to friction stir processing simultaneously. Moreover, by using the bobbin tool shape, it is possible to suppress the occurrence of defects that are likely to occur when the friction stir processing is performed from one side of the bonding material.

上記したように、本発明の第2の実施の形態の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法によれば、すべての接合界面を摩擦攪拌接合によって接合しているので、容易にかつ信頼性のある接合を行うことができる。また、傾斜部81、91等の接合界面の形状に対応したピンを使用して摩擦攪拌接合しているので、摩擦拡散処理部に混合する異種材料を最小限とすることができる。これによって、接合部に金属間化合物が生成されるのを防止することができ、接合強度の向上を図ることができる。   As described above, according to the friction stir processing method for joints of different materials according to the second embodiment of the present invention, since all the joint interfaces are joined by friction stir welding, it is easy and reliable. Some bonding can be performed. Further, since the friction stir welding is performed using the pins corresponding to the shape of the joining interface such as the inclined portions 81 and 91, the dissimilar materials mixed in the friction diffusion processing portion can be minimized. As a result, it is possible to prevent the formation of an intermetallic compound at the joint, and to improve the joint strength.

(第3の実施の形態)
第3の実施の形態では、接合処理と接合端縁の傾斜付与処理を同時に行う場合について説明する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, a case in which the joining process and the joining edge inclination imparting process are performed simultaneously will be described.

図4A〜図4Dは、本発明の第3の実施の形態の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図である。   FIGS. 4A to 4D are diagrams schematically showing a cross section of a joint portion of different materials for explaining the friction stir processing method for the joint portion of different materials according to the third embodiment of the present invention.

ここでは、第1の接合材料180をチタン合金で形成し、第2の接合材料190を第1の接合材料180とは軟化温度が異なるアルミニウム合金で形成した一例を示す。なお、ここでは双方の接合材料の厚さは同じであるとしたが、厚さが異なっていてもよい。厚さが異なる場合は、摩擦攪拌用ツールを挿入する表面側を同一面とし、厚さの薄い材料の裏側には厚さの相違分に当たるスペーサ等を挿入し、薄い材料側の厚さに合わせた摩擦攪拌用ツールを用いればよい。また、チタン合金およびアルミニウム合金の具体例としては、第1の実施の形態で例示したものが挙げられる。   Here, an example is shown in which the first bonding material 180 is formed of a titanium alloy and the second bonding material 190 is formed of an aluminum alloy having a softening temperature different from that of the first bonding material 180. Although the thicknesses of both the bonding materials are the same here, the thicknesses may be different. If the thickness is different, the surface side where the friction stir tool is inserted should be the same surface, and a spacer corresponding to the difference in thickness is inserted on the back side of the thin material to match the thickness of the thin material side. A friction stir tool may be used. Specific examples of the titanium alloy and the aluminum alloy include those exemplified in the first embodiment.

図4Aに示すように、第1の接合材料180の接合面181は、第1の接合材料180の表面182、183と垂直に交わるように形成されている。また、第2の接合材料190の接合面191も、第1の接合材料180の接合面181と同様に、第2の接合材料190の表面192、193と垂直に交わるように形成されている。   As shown in FIG. 4A, the bonding surface 181 of the first bonding material 180 is formed so as to intersect the surfaces 182 and 183 of the first bonding material 180 perpendicularly. Further, the bonding surface 191 of the second bonding material 190 is formed so as to intersect the surfaces 192 and 193 of the second bonding material 190 perpendicularly, similarly to the bonding surface 181 of the first bonding material 180.

まず、図4Bに示すように、第1の接合材料180の接合面181と第2の接合材料190の接合面191とを突き合わせる。なお、この際、第1の接合材料180の接合面181と第2の接合材料190の接合面191とを接触させる方向に所定の圧力が負荷される。   First, as shown in FIG. 4B, the bonding surface 181 of the first bonding material 180 and the bonding surface 191 of the second bonding material 190 are brought into contact with each other. At this time, a predetermined pressure is applied in a direction in which the bonding surface 181 of the first bonding material 180 and the bonding surface 191 of the second bonding material 190 are brought into contact with each other.

また、図4Bに示すように、摩擦攪拌処理を行う摩擦攪拌用ツール200の平面からなる端部には、攪拌部として機能する、先端に向かって徐々に断面積が減少する円錐台状のテーパピン210が設けられている。また、摩擦攪拌用ツール200のテーパピン210が形成された側の端面は、その端面に接触するテーパピン210の端面よりも面積が大きく構成され、摩擦攪拌処理を行う際、第1の接合材料180の表面182および第2の接合材料190の表面192と接触するショルダ部201を構成している。なお、ショルダ部201は、基本的には第1の接合材料180の表面182および第2の接合材料190の表面192と平行な面となるように構成されているが、これに限られるものではない。ショルダ部201は、例えば、通常の摩擦攪拌接合用ツールと同様に周縁からツール中心部に向かって凹部を形成するように傾斜する形状であっても、周縁からツール中心部に向かって渦巻き状の突起部を複数備える渦巻き状の凹凸構造であってもよい。また、テーパピン210の高さ、すなわち円錐台の高さは、接合部材の厚さとほぼ同じに構成されている。   Further, as shown in FIG. 4B, a frustoconical taper pin that functions as an agitating portion and gradually decreases in cross-sectional area toward the tip is provided at the end of the friction agitating tool 200 that performs the friction agitating process. 210 is provided. In addition, the end surface of the friction stir tool 200 on the side where the taper pin 210 is formed is configured to have a larger area than the end surface of the taper pin 210 that contacts the end surface. A shoulder portion 201 is formed in contact with the surface 182 and the surface 192 of the second bonding material 190. The shoulder portion 201 is basically configured to be a plane parallel to the surface 182 of the first bonding material 180 and the surface 192 of the second bonding material 190, but is not limited to this. Absent. Even if the shoulder portion 201 has a shape that inclines so as to form a concave portion from the periphery toward the tool center, as in the case of a normal friction stir welding tool, the shoulder portion 201 has a spiral shape from the periphery to the tool center. A spiral concavo-convex structure including a plurality of protrusions may be used. Further, the height of the taper pin 210, that is, the height of the truncated cone is substantially the same as the thickness of the joining member.

また、テーパピン210の側面211とショルダ部201とがなす角度θ2は、前述したように、応力特異性の解析による、接合界面の端部における自由縁を応力特異性が消失する角度に基づいて設定されている。ここでは、前述したように、応力特異性の解析結果に基づいて、テーパピン210の側面211とショルダ部201とがなす角度θ2を120〜135度の範囲で設定する。   Further, as described above, the angle θ2 formed between the side surface 211 of the taper pin 210 and the shoulder portion 201 is set based on the angle at which the stress singularity disappears at the free edge at the end portion of the joint interface by the analysis of the stress singularity. Has been. Here, as described above, the angle θ2 formed by the side surface 211 of the taper pin 210 and the shoulder portion 201 is set in the range of 120 to 135 degrees based on the analysis result of the stress singularity.

また、第1の接合材料180と第2の接合材料190の接合界面220のよりも、テーパピン210の中心軸が第2の接合材料190側に位置するようにテーパピン210を配置する。なお、テーパピン210の中心軸が第1の接合材料180側に位置するようにテーパピン210を配置してもよい。すなわち、接合界面220のよりも、テーパピン210の中心軸が、第1の接合材料180側および第2の接合材料190側のいずれか一方の側に位置するようにテーパピン210を配置すればよい。   In addition, the taper pin 210 is disposed so that the central axis of the taper pin 210 is located on the second bonding material 190 side rather than the bonding interface 220 between the first bonding material 180 and the second bonding material 190. The taper pin 210 may be arranged so that the central axis of the taper pin 210 is located on the first bonding material 180 side. That is, the taper pin 210 may be disposed so that the central axis of the taper pin 210 is located on either one of the first bonding material 180 side and the second bonding material 190 side rather than the bonding interface 220.

例えば、第1の接合材料180と第2の接合材料190の接合界面220のよりも、テーパピン210の中心軸が第2の接合材料190側に位置するようにテーパピン210を配置する場合には、図4Bに示すように、テーパピン210の先端部の第1の接合材料180側となる一方の端縁210aが、接合界面220上または接合界面220よりも第1の接合材料180側に0.1〜1.5mm程度に位置するようにテーパピン210を配置することが好ましい。この場合には、主としてアルミニウム合金を摩擦攪拌するので、摩擦拡散処理がなされる部分(後述する摩擦拡散処理部230に相当する部分)へのチタン合金の混合を最小量に抑えることができ、接合部の機械的特性が向上する。また、軟質のアルミニウム合金を主に摩擦攪拌するので、摩擦攪拌が容易で、テーパピン210の消耗を抑制することができる。また、テーパピン210は、摩擦攪拌接合に一般的に用いられるねじ付のものでもよいが、軟質のアルミニウム合金を主に摩擦攪拌するため、ねじ無しピンを使用することができる。   For example, when the taper pin 210 is arranged so that the central axis of the taper pin 210 is located closer to the second bonding material 190 than the bonding interface 220 between the first bonding material 180 and the second bonding material 190, As shown in FIG. 4B, one end edge 210a on the first bonding material 180 side of the tip portion of the taper pin 210 is 0.1 on the bonding interface 220 or closer to the first bonding material 180 side than the bonding interface 220. It is preferable to arrange the taper pin 210 so as to be positioned at about ˜1.5 mm. In this case, since the aluminum alloy is mainly frictionally stirred, the mixing of the titanium alloy into the portion where the friction diffusion treatment is performed (the portion corresponding to the friction diffusion treatment portion 230 described later) can be suppressed to a minimum amount. The mechanical properties of the part are improved. Further, since the soft aluminum alloy is mainly frictionally stirred, friction stirring is easy and consumption of the taper pin 210 can be suppressed. Further, the taper pin 210 may be a threaded one that is generally used for friction stir welding, but a screwless pin can be used to mainly friction stir a soft aluminum alloy.

一方、テーパピン210の中心軸が第1の接合材料180側に位置するようにテーパピン210を配置する場合には、テーパピン210の先端部の第2の接合材料190側となる他方の端縁210bが、接合界面220上または接合界面220よりも第2の接合材料190側に0.1〜1.5mm程度に位置するようにテーパピン210を配置することが好ましい。   On the other hand, when the taper pin 210 is arranged so that the central axis of the taper pin 210 is located on the first bonding material 180 side, the other edge 210b on the second bonding material 190 side of the tip of the taper pin 210 is It is preferable to arrange the taper pin 210 so as to be positioned about 0.1 to 1.5 mm on the bonding interface 220 or on the second bonding material 190 side with respect to the bonding interface 220.

上記したように、接合界面220のよりも、テーパピン210の中心軸が、第1の接合材料180側および第2の接合材料190側のいずれか一方の側に位置するようにテーパピン50を配置するのは、摩擦拡散処理がなされる部分(後述する摩擦拡散処理部230に相当する部分)において、第1の接合材料180および第2の接合材料190のいずれか一方の接合材料が50体積%より多くなるようにするためである。   As described above, the taper pin 50 is disposed so that the central axis of the taper pin 210 is located on either one of the first bonding material 180 side and the second bonding material 190 side rather than the bonding interface 220. This is because, in the portion subjected to the frictional diffusion treatment (the portion corresponding to the frictional diffusion treatment unit 230 described later), either one of the first bonding material 180 and the second bonding material 190 is more than 50% by volume. This is to increase the number.

そして、摩擦攪拌用ツール200を所定の回転速度(例えば、1000〜5000rpm)で回転させる。続いて、上記配置された位置から摩擦攪拌用ツール200を下方に移動し、テーパピン210を、接合界面220の一端側の端縁221を含む第1の接合材料180の表面182および第2の接合材料190の表面192に接触させる。この状態で摩擦攪拌が良好に行われる温度に達するまで数秒から数十秒間保持した後、図4Cに示すように、接合界面220の一端側の端縁221に沿って所定の移動速度(例えば、300〜2000mm/min)で摩擦攪拌用ツール200を移動する。なお、テーパピン210は、所定の圧力で接合材料側へ押し付けられている。摩擦攪拌用ツール200、すなわちテーパピン210を処理を行う終端まで移動させた後、摩擦攪拌用ツール200を上昇させ、テーパピン210を引き抜く。また、図4Cに示すように、摩擦攪拌処理を行う際、摩擦攪拌用ツール200のショルダ部201は、所定の圧力で、第1の接合材料180の表面182および第2の接合材料190の表面192に押し付けられているため、塑性流動した材料が外部に流出することはない。   Then, the friction stir tool 200 is rotated at a predetermined rotation speed (for example, 1000 to 5000 rpm). Subsequently, the friction stir tool 200 is moved downward from the disposed position, and the taper pin 210 is moved to the surface 182 of the first bonding material 180 including the edge 221 on one end side of the bonding interface 220 and the second bonding. Contact surface 192 of material 190. In this state, after holding for several seconds to several tens of seconds until reaching a temperature at which frictional stirring is satisfactorily performed, as shown in FIG. 4C, a predetermined moving speed (for example, along the edge 221 on one end side of the bonding interface 220) The friction stir tool 200 is moved at 300 to 2000 mm / min. The taper pin 210 is pressed against the bonding material side with a predetermined pressure. After the friction stir tool 200, that is, the taper pin 210 is moved to the end of processing, the friction stir tool 200 is raised and the taper pin 210 is pulled out. Further, as shown in FIG. 4C, when the friction stir processing is performed, the shoulder portion 201 of the friction stir tool 200 is subjected to the surface 182 of the first bonding material 180 and the surface of the second bonding material 190 with a predetermined pressure. Since it is pressed against 192, the plastically flowed material does not flow out.

上記したようにテーパピン210が移動した部分は、図4Dに示すように、摩擦拡散処理部230が形成される。この摩擦拡散処理部230は、テーパピン210の中心軸が第2の接合材料190側に位置する状態でテーパピン210を接合部材に接触させて摩擦攪拌処理を行う場合、第2の接合材料190を構成するアルミニウム合金を主とした、第1の接合材料180を構成するチタン合金を含む合金で構成される。一方、テーパピン210の中心軸が第1の接合材料180側に位置する状態でテーパピン210を接合部材に接触させて摩擦攪拌処理を行う場合、摩擦拡散処理部230は、第1の接合材料180を構成するチタン合金を主とした、第2の接合材料190を構成するアルミニウム合金を含む合金で構成される。   As described above, the frictional diffusion processing unit 230 is formed in the portion where the taper pin 210 has moved, as shown in FIG. 4D. The friction diffusion processing unit 230 configures the second bonding material 190 when the friction stir processing is performed by bringing the taper pin 210 into contact with the bonding member in a state where the central axis of the taper pin 210 is located on the second bonding material 190 side. It is comprised with the alloy containing the titanium alloy which comprises the 1st joining material 180 which mainly made the aluminum alloy to do. On the other hand, when the friction stir processing is performed by bringing the taper pin 210 into contact with the bonding member in a state where the central axis of the taper pin 210 is located on the first bonding material 180 side, the friction diffusion processing unit 230 causes the first bonding material 180 to be removed. It is comprised with the alloy containing the aluminum alloy which comprises the 2nd joining material 190 which mainly comprised the titanium alloy to comprise.

このように、接合部材の厚さ方向に亘って接合界面220を含むように摩擦拡散処理を行うことができるので、接合処理と接合端縁の傾斜付与処理を同時に行うことができる。   Thus, since the friction diffusion process can be performed so as to include the bonding interface 220 over the thickness direction of the bonding member, the bonding process and the inclination imparting process of the bonding edge can be performed at the same time.

ここでは、第1の接合材料180の接合面181と第1の接合材料180の表面182、183とが垂直に交わり、かつ第2の接合材料190の接合面191と第2の接合材料190の表面192、193とが垂直に交わる、接合材料を使用した一例を示したが、上記した摩擦拡散処理は、これらの構成以外の接合材料の接合にも適用することができる。   Here, the bonding surface 181 of the first bonding material 180 and the surfaces 182 and 183 of the first bonding material 180 intersect perpendicularly, and the bonding surface 191 of the second bonding material 190 and the second bonding material 190 Although an example using a bonding material in which the surfaces 192 and 193 intersect perpendicularly is shown, the above-described friction diffusion treatment can also be applied to bonding of bonding materials other than these configurations.

図5A〜図5Dは、他の構成の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図である。   FIG. 5A to FIG. 5D are diagrams schematically showing a cross section of a joint portion of different materials for explaining a friction stir processing method for the joint portion of different materials having other configurations.

図5Aに示すように、第1の接合材料180の接合面181は、第1の接合材料180の表面182となす角度θ1を有して構成されている。このなす角度θ1は、第1の実施の形態で説明した応力特異性の解析による、接合界面の端部における自由縁を応力特異性が消失する角度としている。また、第2の接合材料190の接合面191は、第1の接合材料180の接合面181に対応する傾斜面で構成されている。なお、ここでは、上述した異種材料の組み合わせと同様に、第1の接合材料180をチタン合金で形成し、第2の接合材料190を第1の接合材料180とは軟化温度が異なるアルミニウム合金で形成した一例を示す。なお、双方の接合材料の厚さは同じである。   As shown in FIG. 5A, the bonding surface 181 of the first bonding material 180 is configured to have an angle θ <b> 1 formed with the surface 182 of the first bonding material 180. The formed angle θ1 is the angle at which the stress singularity disappears at the free edge at the end of the joint interface according to the analysis of the stress singularity described in the first embodiment. Further, the bonding surface 191 of the second bonding material 190 is configured by an inclined surface corresponding to the bonding surface 181 of the first bonding material 180. Note that here, as in the above-described combination of different materials, the first bonding material 180 is formed of a titanium alloy, and the second bonding material 190 is formed of an aluminum alloy having a softening temperature different from that of the first bonding material 180. An example is shown. Note that the thicknesses of both the bonding materials are the same.

まず、図5Bに示すように、第1の接合材料180の接合面181と第2の接合材料190の接合面191とを突き合わせる。なお、この際、第1の接合材料180の接合面181と第2の接合材料190の接合面191とを接触させる方向に所定の圧力が負荷される。   First, as shown in FIG. 5B, the bonding surface 181 of the first bonding material 180 and the bonding surface 191 of the second bonding material 190 are abutted. At this time, a predetermined pressure is applied in a direction in which the bonding surface 181 of the first bonding material 180 and the bonding surface 191 of the second bonding material 190 are brought into contact with each other.

摩擦攪拌接合に使用される摩擦攪拌用ツールおよびピンは、上記した摩擦攪拌用ツール200およびテーパピン210と同様の構成を備え、テーパピン210の側面211とショルダ部201とがなす角度θ2は、上記した、第1の接合材料180の接合面181と第1の接合材料180の表面182とのなす角度θ1と同じ角度で構成されている。   The friction stir tool and pin used for friction stir welding have the same configuration as the friction stir tool 200 and the taper pin 210 described above, and the angle θ2 formed between the side surface 211 of the taper pin 210 and the shoulder portion 201 is as described above. The angle θ 1 is the same as the angle θ 1 formed by the bonding surface 181 of the first bonding material 180 and the surface 182 of the first bonding material 180.

また、図5Bに示すように、テーパピン210の付け根部の第1の接合材料180側となる一方の端縁210cが、第1の接合材料180と第2の接合材料190の接合界面220の端縁221よりも第1の接合材料180側に0.1〜1.5mm程度に位置するようにテーパピン210を配置することが好ましい。この範囲に配置することが好ましいのは、0.1未満の場合(例えば、端縁210cが接合界面に位置する場合(0mmの場合))、接合不良が発生する可能性が高く、1.5mm程度までの配置で接合不良の発生はなくなり、1.5mmを超えると第2の接合材料190への第1の接合材料180の混合割合が大きくなるからである。この場合には、主としてアルミニウム合金を摩擦攪拌するので、摩擦拡散処理部230へのチタン合金の混合を最小量に抑えることができ、接合部の機械的特性が向上する。また、軟質のアルミニウム合金を主に摩擦攪拌するので、摩擦攪拌が容易で、テーパピン210の消耗を抑制することができる。また、テーパピン210は、摩擦攪拌接合に一般的に用いられるねじ付のものでもよいが、軟質のアルミニウム合金を主に摩擦攪拌するため、ねじ無しピンを使用することができる。   Further, as shown in FIG. 5B, one end edge 210 c of the base portion of the taper pin 210 on the first bonding material 180 side is an end of the bonding interface 220 between the first bonding material 180 and the second bonding material 190. It is preferable to arrange the taper pin 210 so as to be positioned about 0.1 to 1.5 mm closer to the first bonding material 180 than the edge 221. It is preferable to arrange in this range when the distance is less than 0.1 (for example, when the end edge 210c is located at the bonding interface (in the case of 0 mm)), there is a high possibility that bonding failure will occur, and 1.5 mm This is because the occurrence of poor bonding is eliminated with the arrangement up to the extent, and when it exceeds 1.5 mm, the mixing ratio of the first bonding material 180 to the second bonding material 190 increases. In this case, since the aluminum alloy is mainly frictionally agitated, mixing of the titanium alloy into the friction diffusion treatment unit 230 can be suppressed to a minimum amount, and the mechanical characteristics of the joint portion are improved. Further, since the soft aluminum alloy is mainly frictionally stirred, friction stirring is easy and consumption of the taper pin 210 can be suppressed. Further, the taper pin 210 may be a threaded one that is generally used for friction stir welding, but a screwless pin can be used to mainly friction stir a soft aluminum alloy.

続いて、摩擦攪拌用ツール200を所定の回転速度(例えば、1000〜5000rpm)で回転させ、上記配置された位置から摩擦攪拌用ツール200を下方に移動し、テーパピン210を、接合界面220の一端側の端縁221を含む第1の接合材料180の表面182および第2の接合材料190の表面192に接触させる。この状態で摩擦攪拌が良好に行われる温度に達するまで数秒から数十秒間保持した後、図5Cに示すように、接合界面220の一端側の端縁221に沿って所定の移動速度(例えば、300〜2000mm/min)で摩擦攪拌用ツール200を移動する。なお、テーパピン210は、所定の圧力で接合材料側へ押し付けられている。摩擦攪拌用ツール200、すなわちテーパピン210を処理を行う終端まで移動させた後、摩擦攪拌用ツール200を上昇させ、テーパピン210を引き抜く。また、図5Cに示すように、摩擦攪拌処理を行う際、摩擦攪拌用ツール200のショルダ部201は、所定の圧力で、第1の接合材料180の表面182および第2の接合材料190の表面192に押し付けられているため、塑性流動した材料が外部に流出することはない。   Subsequently, the friction stir tool 200 is rotated at a predetermined rotation speed (for example, 1000 to 5000 rpm), the friction stir tool 200 is moved downward from the arranged position, and the taper pin 210 is connected to one end of the joining interface 220. The surface 182 of the first bonding material 180 including the side edge 221 and the surface 192 of the second bonding material 190 are brought into contact. After being held for several seconds to several tens of seconds until reaching a temperature at which frictional stirring is satisfactorily performed in this state, as shown in FIG. 5C, a predetermined moving speed (for example, along the edge 221 on one end side of the bonding interface 220) The friction stir tool 200 is moved at 300 to 2000 mm / min. The taper pin 210 is pressed against the bonding material side with a predetermined pressure. After the friction stir tool 200, that is, the taper pin 210 is moved to the end of processing, the friction stir tool 200 is raised and the taper pin 210 is pulled out. Further, as shown in FIG. 5C, when the friction stir processing is performed, the shoulder portion 201 of the friction stir tool 200 is subjected to the surface 182 of the first bonding material 180 and the surface of the second bonding material 190 with a predetermined pressure. Since it is pressed against 192, the plastically flowed material does not flow out.

上記したようにテーパピン210が移動した部分は、図5Dに示すように、摩擦拡散処理部230が形成される。この摩擦拡散処理部230は、第2の接合材料190を構成するアルミニウム合金を主とした、第1の接合材料180を構成するチタン合金を含む合金で構成される。   As described above, the frictional diffusion processing unit 230 is formed in the portion where the taper pin 210 has moved, as shown in FIG. 5D. The friction diffusion processing unit 230 is made of an alloy containing a titanium alloy that constitutes the first bonding material 180, mainly an aluminum alloy that constitutes the second bonding material 190.

このように、接合部材の厚さ方向に亘って接合界面220を含むように摩擦拡散処理を行うことができるので、厚さ方向に亘って接合処理を同時に行うことができる。   As described above, since the friction diffusion process can be performed so as to include the bonding interface 220 in the thickness direction of the bonding member, the bonding process can be performed simultaneously in the thickness direction.

上記したように、本発明の第3の実施の形態の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法によれば、すべての接合界面を摩擦攪拌接合によって接合しているので、容易にかつ信頼性のある接合を行うことができる。また、接合部材の厚さ方向に亘って接合界面220を含むように摩擦拡散処理を行うことができるので、接合処理や接合端縁の傾斜付与処理を同時に行うことができる。   As described above, according to the friction stir processing method for joints of different materials according to the third embodiment of the present invention, since all the joint interfaces are joined by friction stir welding, it is easy and reliable. Some bonding can be performed. In addition, since the frictional diffusion process can be performed so as to include the bonding interface 220 over the thickness direction of the bonding member, the bonding process and the inclination imparting process of the bonding edge can be performed simultaneously.

また、接合材料の接合部を、ストレートの突合せ構成などの単純な構成とすることができるので、接合材料の接合を容易に行うことができ、接合材料の製作時間や製作コストを削減することができる。   In addition, since the joining portion of the joining material can be a simple construction such as a straight butt construction, joining of the joining material can be easily performed, and the production time and production cost of the joining material can be reduced. it can.

以上、本発明を一実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、摩擦攪拌用ツールを移動させて異種材料を接合する一例を示したが、摩擦攪拌用ツールを移動せずに、異種材料を移動してもよい。この場合においても上記した摩擦攪拌用ツールを移動させる場合と同様の作用効果を得ることができる。   Although the present invention has been specifically described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the above-described embodiment, an example in which the friction stir tool is moved to join the dissimilar materials is shown. However, the dissimilar material may be moved without moving the friction stir tool. In this case as well, the same effects as when the friction stir tool is moved can be obtained.

本発明の第1の実施の形態の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stirring process method of the junction part of the dissimilar material of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stirring process method of the junction part of the dissimilar material of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stirring process method of the junction part of the dissimilar material of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stirring process method of the junction part of the dissimilar material of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stirring process method of the junction part of the dissimilar material of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stirring process method of the junction part of the dissimilar material of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stirring process method of the junction part of the dissimilar material of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の異種材料の摩擦攪拌接合方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stir welding method of the dissimilar material of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の異種材料の摩擦攪拌接合方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stir welding method of the dissimilar material of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の異種材料の摩擦攪拌接合方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stir welding method of the dissimilar material of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の異種材料の摩擦攪拌接合方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stir welding method of the dissimilar material of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の異種材料の摩擦攪拌接合方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stir welding method of the dissimilar material of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の異種材料の摩擦攪拌接合方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stir welding method of the dissimilar material of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の異種材料の摩擦攪拌接合方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stir welding method of the dissimilar material of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の異種材料の摩擦攪拌接合方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stir welding method of the dissimilar material of the 2nd Embodiment of this invention. 摩擦攪拌用ツールの他の形態の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the other form of the tool for friction stirring. 本発明の第3の実施の形態の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stirring processing method of the junction part of the dissimilar material of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stirring processing method of the junction part of the dissimilar material of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stirring processing method of the junction part of the dissimilar material of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stirring processing method of the junction part of the dissimilar material of the 3rd Embodiment of this invention. 他の構成の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stirring process method of the junction part of the dissimilar material of another structure. 他の構成の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stirring process method of the junction part of the dissimilar material of another structure. 他の構成の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stirring process method of the junction part of the dissimilar material of another structure. 他の構成の異種材料の接合部の摩擦攪拌処理方法を説明するための、異種材料の接合部の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the junction part of a dissimilar material for demonstrating the friction stirring process method of the junction part of the dissimilar material of another structure.

符号の説明Explanation of symbols

10…第1の接合材料、11、21…接合面、12、13、22、23…表面、20…第2の接合材料、30…接合界面、31、32、50a、50b…端縁、40…摩擦攪拌用ツール、41…ショルダ部、50…テーパピン、51、61、62…側面、60…摩擦拡散処理部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 1st joining material, 11, 21 ... Joining surface, 12, 13, 22, 23 ... Surface, 20 ... 2nd joining material, 30 ... Joining interface, 31, 32, 50a, 50b ... Edge, 40 ... Friction stirring tool, 41 ... Shoulder part, 50 ... Taper pin, 51, 61, 62 ... Side face, 60 ... Friction diffusion processing part.

Claims (6)

軟化温度が異なる異種材料の接合部を摩擦攪拌により処理する異種材料接合部の摩擦攪拌処理方法であって、
端面が平面の摩擦攪拌用ツール、および前記摩擦攪拌用ツールの端面に設けられ、前記端面と、前記異種材料の接合界面端部の応力特異性解析から得られる応力特異性消失範囲に基づいて定められた所定のなす角度を有して先端に向かって徐々に断面積が減少する円錐台状に構成された攪拌部を備える摩擦攪拌用部材を回転させ、前記異種材料の接合部の少なくとも一方の接合端縁に沿って前記異種材料を塑性流動させながら前記異種材料に対して前記攪拌部を相対的に移動させ、接合部の接合端縁における接合面と、前記異種材料の表面とのなす角度を、前記応力特異性消失範囲に基づいて定められた所定のなす角度とすることを特徴とする異種材料接合部の摩擦攪拌処理方法。
A friction stir processing method for dissimilar material joints in which joints of dissimilar materials having different softening temperatures are processed by friction stirring,
An end face is provided on the flat friction stir tool and the end face of the friction stir tool, and is determined based on the stress singularity disappearance range obtained from the stress singularity analysis of the end face and the joint interface end of the dissimilar material. A friction stirrer including a stirrer having a truncated cone shape having a predetermined angle formed and a cross-sectional area gradually decreasing toward the tip, and rotating at least one of the joints of the different materials The angle formed by the joint surface at the joint edge of the joint and the surface of the dissimilar material is moved relative to the dissimilar material while plastically flowing the dissimilar material along the joint edge. Is a predetermined angle determined based on the stress singularity disappearance range, and a friction stir processing method for a dissimilar material joint portion.
前記攪拌部を相対的に移動する際、前記攪拌部の中心軸が、前記接合端縁よりも、いずれか一方の異種材料側に位置することを特徴とする請求項1記載の異種材料接合部の摩擦攪拌処理方法。   2. The dissimilar material joint according to claim 1, wherein when the stirrer is moved relatively, a central axis of the stirrer is located on one of the dissimilar materials side with respect to the joining edge. The friction stir processing method. 軟化温度が異なる異種材料を摩擦攪拌により接合する異種材料の摩擦攪拌接合方法であって、
端面が平面の摩擦攪拌用ツール、および前記摩擦攪拌用ツールの端面に設けられ、前記端面と、前記異種材料の接合界面端部の応力特異性解析から得られる応力特異性消失範囲に基づいて定められた所定のなす角度を有して先端に向かって徐々に断面積が減少する円錐台状に構成された攪拌部とを備える摩擦攪拌用部材を回転させ、前記異種材料どうしを接触させた接合すべく少なくとも一方の界面端縁に沿って前記異種材料を塑性流動させながら前記異種材料に対して前記攪拌部を相対的に移動させ、前記攪拌部を移動させ、前記異種材料を接合させるとともに、接合された接合端縁における接合面と、前記異種材料の表面とのなす角度を、前記応力特異性消失範囲に基づいて定められた所定のなす角度とすることを特徴とする異種材料の摩擦攪拌接合方法。
A friction stir welding method for different materials in which different materials having different softening temperatures are joined by friction stirring,
An end face is provided on the flat friction stir tool and the end face of the friction stir tool, and is determined based on the stress singularity disappearance range obtained from the stress singularity analysis of the end face and the joint interface end of the dissimilar material. A friction stirrer having a predetermined truncated angle and a stirrer configured in the shape of a truncated cone that gradually decreases in cross-sectional area toward the tip, and joining the dissimilar materials in contact with each other While moving the dissimilar material relative to the dissimilar material while plastically flowing the dissimilar material along at least one interface edge, the agitation unit is moved, and the dissimilar material is joined. An angle formed between a bonding surface at a bonded end edge and a surface of the different material is a predetermined angle determined based on the stress singularity disappearance range. Stir welding method rub.
前記攪拌部を相対的に移動する際、前記攪拌部の中心軸が、前記界面端縁よりも、いずれか一方の異種材料側に位置することを特徴とする請求項3記載の異種材料の摩擦攪拌接合方法。   The friction of dissimilar materials according to claim 3, wherein when the stirrer is moved relatively, the central axis of the stirrer is located on any one dissimilar material side with respect to the interface edge. Stir welding method. 前記異種材料の接触面が、ストレートの突合わせ形状であることを特徴とする請求項3または4記載の異種材料の摩擦攪拌接合方法。   5. The friction stir welding method for dissimilar materials according to claim 3 or 4, wherein the contact surfaces of the dissimilar materials have a straight butted shape. 前記異種材料の接触面の端縁が、前記応力特異性消失範囲に基づいて定められた所定のなす角度に応じて前記異種材料の厚さ方向に傾斜する傾斜面で構成された突合わせ形状であることを特徴とする請求項3または4記載の異種材料の摩擦攪拌接合方法。   The edge of the contact surface of the dissimilar material has a butt shape formed of an inclined surface that inclines in the thickness direction of the dissimilar material according to a predetermined angle determined based on the stress singularity disappearance range. 5. The friction stir welding method for dissimilar materials according to claim 3 or 4, wherein the friction stir welding method is used.
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