摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法及びそれを用いた摩擦攪拌接合方法
【課題】接合する２つの部材の摩擦攪拌接合前に実施する両部材の仮付け方法として、安定した摩擦攪拌接合部を提供するとともに効率的な仮付け方法及びそれを用いた摩擦攪拌接合方法を提供する。
【解決手段】摩擦攪拌接合で接合される２つのアルミ部材１０，２０は、突合せ部に対して両アルミ部材１０，２０の接合線３０を跨ぐ位置に両アルミ部材と同じアルミ素材で作られているスタッド材４０をスタッド溶接することにより、仮付けされる。この仮付け状態で、摩擦攪拌接合用回転工具を両部材１０，２０の突合せ部に挿入し、回転しながら接合線３０に沿って移動させるとき、仮付け部が工具の回転に起因した開き力に対抗し、両部材１０，２０は安定して摩擦攪拌接合される。両部材１０，２０の仮付けに作業者の技量に依らないスタッド工法を採用することで、安定した摩擦攪拌接合部を提供できる。
【解決手段】摩擦攪拌接合で接合される２つのアルミ部材１０，２０は、突合せ部に対して両アルミ部材１０，２０の接合線３０を跨ぐ位置に両アルミ部材と同じアルミ素材で作られているスタッド材４０をスタッド溶接することにより、仮付けされる。この仮付け状態で、摩擦攪拌接合用回転工具を両部材１０，２０の突合せ部に挿入し、回転しながら接合線３０に沿って移動させるとき、仮付け部が工具の回転に起因した開き力に対抗し、両部材１０，２０は安定して摩擦攪拌接合される。両部材１０，２０の仮付けに作業者の技量に依らないスタッド工法を採用することで、安定した摩擦攪拌接合部を提供できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２つの部材の摩擦攪拌接合において、摩擦攪拌接合を安定して行うための仮付け方法及びそれを用いた摩擦攪拌接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの部材の突合せ部を摩擦攪拌接合する場合、摩擦攪拌接合中に２つの部材の突合せ部を広げようとする力が発生する場合がある。突合せ部の隙間が許容以上の広さになると、摩擦攪拌接合部に欠陥が発生することがある。特に、鉄道車両のような２０〜２５ｍの長尺な部材例えば押出し形材の摩擦攪拌接合を行う場合にその現象は顕著である。
【０００３】
摩擦攪拌接合中に突合せ部が開かないように対処するため、摩擦攪拌接合を行う前にアーク溶接等により接合線を断続的に仮付け溶接することが考えられる。このような例としては、特許文献１が挙げられる。
【０００４】
特許文献１に示された仮付け部は、その幅寸法を摩擦攪拌接合用回転工具の直径の２６〜９０％とし、かつ、その長さを摩擦攪拌接合用回転工具の直径の２〜５倍となるように構成されている。したがって、摩擦攪拌接合用回転工具の直径が１５ｍｍの場合、仮付け部の幅寸法は、約１０ｍｍから４ｍｍ程度となる。例えば、ミグ溶接によって前記仮付け部の溶接を行う場合、所定の幅寸法を得るには溶接トーチを幅方向に移動させながら溶接作業を行うことになる。したがって、一定の幅寸法の仮付け部を形成するには、作業者の技量が問われることになり、安定した溶接接合部を形成できない場合がある。また、接合される２つの部材の突合せ部すなわち接合線に対して、仮付け部がずれないように溶接する必要があり、この点においても、作業者の技量に負うとことが大きい。
【０００５】
このように、アーク溶接による仮付け作業は、人手に依る作業であり、溶接部の品質は作業者の技量に負うところ大であり、摩擦攪拌接合部の品質が不安定となる懸念があった。仮付け部の強度が十分でない場合は、溶接による接合力が摩擦攪拌接合中に発生する力に負ける恐れもあり、最悪の場合仮付け部が割れることも予想される。摩擦攪拌接合直前に仮付け箇所に割れが生じると、摩擦攪拌接合部に欠陥が発生する可能性が非常に高くなる。
【特許文献１】特開平１１−１７９５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、接合する２つの部材の摩擦攪拌接合前に実施する両部材の仮付け方法として、従来のアーク溶接に代えて、作業者の技量に寄らない工法を採用することにより、安定した摩擦攪拌接合部を提供するとともに効率的な仮付け方法及びそれを用いた摩擦攪拌接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法は、摩擦攪拌接合で接合される２つのアルミ部材が突合せられた接合線を跨ぐ位置に、前記両アルミ部材と同じアルミ素材で作られているスタッド材をスタッド溶接することにより前記２つのアルミ部材を仮付けすること、を特徴としている。
【０００８】
この発明による摩擦攪拌接合方法は、また、摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法で仮付けられた前記２つのアルミ部材の前記突合せ部に摩擦攪拌接合用回転工具を挿入し、当該摩擦攪拌接合用回転工具を回転させながら前記接合線に沿って前記突合せ部を移動させることにより、前記２つのアルミ部材を前記突合せ部で摩擦攪拌接合にて接合すること、を特徴とする。
【０００９】
摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法及びそれを用いた摩擦攪拌接合方法において、スタッド材は円筒状部材とし、また、スタッド材の直径については、摩擦攪拌接合用回転工具の大径部の直径と等しいか小さくすることが好ましい。更に、２つの部材と同素材の円筒状の部材をスタッド溶接によって、接合線上を断続的に溶接し取り付けることができる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、２つの部材の突合せ部を摩擦攪拌接合する前に、該２つの部材を２つの部材と同素材の円筒状の部材でスタッド溶接により仮付けすることにより、作業者の技量に寄らない安定した摩擦攪拌接合部を提供するとともに効率的な仮付け方法を提供する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図１と図２を参照して、本発明による摩擦攪拌接合における仮付け方法及びそれを用いた摩擦攪拌接合方法の実施例を説明する。
【実施例】
【００１２】
図１は、スタッド溶接による仮付けから摩擦攪拌接合までの工程図である。図１に示すように、摩擦攪拌接合それ自体は、２つの部材１０，２０を突合せた状態でその突合せ部に摩擦攪拌接合用回転工具５０を挿入・回転させて材料を攪拌しながら接合線３０に沿って移動させることによって行われる。
【００１３】
摩擦攪拌接合に先立って、２つの部材１０，２０と同じ素材で作られているスタッド材４０，４０，４０，…を２つのアルミ部材１０，２０が突合せられた接合線３０を跨ぐ位置に置いて、摩擦攪拌接合用回転工具５０を挿入する側からスタッド材４０，４０，４０，…をスタッド溶接で取り付けることにより、２つの部材１０，２０の仮付けが行われる。スタッド溶接は、スタッド材４０を接合部に接触させておいて電流を流し、次にスタッド材４０を接合部から僅かに離して両者間にアークを発生させて、材料が溶融した状態でスタッド材を押し付けて両者を溶着させるものである。
【００１４】
各スタッド材４０は、円筒状部材として製作されており、仮付けされた状態では突合せ部上に未溶融部分（図２の摺り切り線より概略上に突出する部分）が残る状態とされ、仮付けとその位置を目視にて確認可能である。また、スタッド材４０は接合線３０に沿って略等間隔に配置されてスタッド溶接されているので、２つの部材１０，２０の突合せ部は接合線３０に沿って断続的に溶接されている。スタッド材４０の未溶融部分の高さは、摩擦攪拌接合時に２つの部材１０，２０の突合せ部が受ける開き力を支えることができる高さに設定されている。したがって、２つの部材１０，２０の仮付けが断続的な溶接で行われても、摩擦攪拌接合用回転工具５０が回転しながら接合線３０に沿って移動するときに突合せ部に生じる開き力に十分対抗することができる。
【００１５】
スタッド溶接でスタッド材４０を取り付けた後、摩擦攪拌接合用回転工具５０を用いて、２つの部材１０，２０の摩擦攪拌接合を実施する。即ち、上記の仮付け方法で仮付けられた２つのアルミ部材の突合せ部に摩擦攪拌接合用回転工具５０を挿入し、摩擦攪拌接合用回転工具５０を回転させながら接合線３０に沿って突合せ部を移動させることで、２つのアルミ部材１０，２０を突合せ部で摩擦攪拌接合にて接合することができる。
【００１６】
各スタッド材４０の直径を、摩擦攪拌接合用回転工具５０の大径部の直径と等しいか小さくすることにより、各スタッド材４０の溶接部４１（図２）は、進行してきた摩擦攪拌接合用回転工具５０によって摩擦攪拌される。アルミ部材１０，２０もスタッド材４０も同じ素材であるので、仮に溶接部４１に微細な不具合が存在しているとしても、それらはすべて摩擦攪拌により解消されて、摩擦攪拌接合部となる。
【００１７】
図２は、図１に示すスタッド溶接による仮付け部の横断面図である。スタッド溶接の原理上、スタッド溶接のオンスイッチを押すことのみで溶接が完了するため、図２に示すように、作業者の技能に依存しない確実な溶接部４１が確保でき、安定した仮付け部が得られる。したがって、摩擦攪拌接合用回転工具５０がこれらの溶接部４１を順次通過して摩擦攪拌接合を行う際に、２つの部材１０，２０を開くような力が作用するときにも仮付け部はそうした力に対抗して２つの部材１０，２０を閉じたままに維持するので、安定した摩擦攪拌接合が可能となり、その結果、安定した摩擦攪拌接合部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明による摩擦攪拌接合における仮付け方法及びそれを用いた摩擦攪拌接合方法のスタッド溶接による仮付けから摩擦攪拌接合までの工程図。
【図２】図１に示すスタッド溶接による仮付け部の横断面図。
【符号の説明】
【００１９】
１０, ２０：部材 ３０：接合線
４０：スタッド材 ４１：溶接部
５０：摩擦攪拌接合用回転工具 ６０：アーク溶接仮付け部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２つの部材の摩擦攪拌接合において、摩擦攪拌接合を安定して行うための仮付け方法及びそれを用いた摩擦攪拌接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの部材の突合せ部を摩擦攪拌接合する場合、摩擦攪拌接合中に２つの部材の突合せ部を広げようとする力が発生する場合がある。突合せ部の隙間が許容以上の広さになると、摩擦攪拌接合部に欠陥が発生することがある。特に、鉄道車両のような２０〜２５ｍの長尺な部材例えば押出し形材の摩擦攪拌接合を行う場合にその現象は顕著である。
【０００３】
摩擦攪拌接合中に突合せ部が開かないように対処するため、摩擦攪拌接合を行う前にアーク溶接等により接合線を断続的に仮付け溶接することが考えられる。このような例としては、特許文献１が挙げられる。
【０００４】
特許文献１に示された仮付け部は、その幅寸法を摩擦攪拌接合用回転工具の直径の２６〜９０％とし、かつ、その長さを摩擦攪拌接合用回転工具の直径の２〜５倍となるように構成されている。したがって、摩擦攪拌接合用回転工具の直径が１５ｍｍの場合、仮付け部の幅寸法は、約１０ｍｍから４ｍｍ程度となる。例えば、ミグ溶接によって前記仮付け部の溶接を行う場合、所定の幅寸法を得るには溶接トーチを幅方向に移動させながら溶接作業を行うことになる。したがって、一定の幅寸法の仮付け部を形成するには、作業者の技量が問われることになり、安定した溶接接合部を形成できない場合がある。また、接合される２つの部材の突合せ部すなわち接合線に対して、仮付け部がずれないように溶接する必要があり、この点においても、作業者の技量に負うとことが大きい。
【０００５】
このように、アーク溶接による仮付け作業は、人手に依る作業であり、溶接部の品質は作業者の技量に負うところ大であり、摩擦攪拌接合部の品質が不安定となる懸念があった。仮付け部の強度が十分でない場合は、溶接による接合力が摩擦攪拌接合中に発生する力に負ける恐れもあり、最悪の場合仮付け部が割れることも予想される。摩擦攪拌接合直前に仮付け箇所に割れが生じると、摩擦攪拌接合部に欠陥が発生する可能性が非常に高くなる。
【特許文献１】特開平１１−１７９５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、接合する２つの部材の摩擦攪拌接合前に実施する両部材の仮付け方法として、従来のアーク溶接に代えて、作業者の技量に寄らない工法を採用することにより、安定した摩擦攪拌接合部を提供するとともに効率的な仮付け方法及びそれを用いた摩擦攪拌接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法は、摩擦攪拌接合で接合される２つのアルミ部材が突合せられた接合線を跨ぐ位置に、前記両アルミ部材と同じアルミ素材で作られているスタッド材をスタッド溶接することにより前記２つのアルミ部材を仮付けすること、を特徴としている。
【０００８】
この発明による摩擦攪拌接合方法は、また、摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法で仮付けられた前記２つのアルミ部材の前記突合せ部に摩擦攪拌接合用回転工具を挿入し、当該摩擦攪拌接合用回転工具を回転させながら前記接合線に沿って前記突合せ部を移動させることにより、前記２つのアルミ部材を前記突合せ部で摩擦攪拌接合にて接合すること、を特徴とする。
【０００９】
摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法及びそれを用いた摩擦攪拌接合方法において、スタッド材は円筒状部材とし、また、スタッド材の直径については、摩擦攪拌接合用回転工具の大径部の直径と等しいか小さくすることが好ましい。更に、２つの部材と同素材の円筒状の部材をスタッド溶接によって、接合線上を断続的に溶接し取り付けることができる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、２つの部材の突合せ部を摩擦攪拌接合する前に、該２つの部材を２つの部材と同素材の円筒状の部材でスタッド溶接により仮付けすることにより、作業者の技量に寄らない安定した摩擦攪拌接合部を提供するとともに効率的な仮付け方法を提供する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図１と図２を参照して、本発明による摩擦攪拌接合における仮付け方法及びそれを用いた摩擦攪拌接合方法の実施例を説明する。
【実施例】
【００１２】
図１は、スタッド溶接による仮付けから摩擦攪拌接合までの工程図である。図１に示すように、摩擦攪拌接合それ自体は、２つの部材１０，２０を突合せた状態でその突合せ部に摩擦攪拌接合用回転工具５０を挿入・回転させて材料を攪拌しながら接合線３０に沿って移動させることによって行われる。
【００１３】
摩擦攪拌接合に先立って、２つの部材１０，２０と同じ素材で作られているスタッド材４０，４０，４０，…を２つのアルミ部材１０，２０が突合せられた接合線３０を跨ぐ位置に置いて、摩擦攪拌接合用回転工具５０を挿入する側からスタッド材４０，４０，４０，…をスタッド溶接で取り付けることにより、２つの部材１０，２０の仮付けが行われる。スタッド溶接は、スタッド材４０を接合部に接触させておいて電流を流し、次にスタッド材４０を接合部から僅かに離して両者間にアークを発生させて、材料が溶融した状態でスタッド材を押し付けて両者を溶着させるものである。
【００１４】
各スタッド材４０は、円筒状部材として製作されており、仮付けされた状態では突合せ部上に未溶融部分（図２の摺り切り線より概略上に突出する部分）が残る状態とされ、仮付けとその位置を目視にて確認可能である。また、スタッド材４０は接合線３０に沿って略等間隔に配置されてスタッド溶接されているので、２つの部材１０，２０の突合せ部は接合線３０に沿って断続的に溶接されている。スタッド材４０の未溶融部分の高さは、摩擦攪拌接合時に２つの部材１０，２０の突合せ部が受ける開き力を支えることができる高さに設定されている。したがって、２つの部材１０，２０の仮付けが断続的な溶接で行われても、摩擦攪拌接合用回転工具５０が回転しながら接合線３０に沿って移動するときに突合せ部に生じる開き力に十分対抗することができる。
【００１５】
スタッド溶接でスタッド材４０を取り付けた後、摩擦攪拌接合用回転工具５０を用いて、２つの部材１０，２０の摩擦攪拌接合を実施する。即ち、上記の仮付け方法で仮付けられた２つのアルミ部材の突合せ部に摩擦攪拌接合用回転工具５０を挿入し、摩擦攪拌接合用回転工具５０を回転させながら接合線３０に沿って突合せ部を移動させることで、２つのアルミ部材１０，２０を突合せ部で摩擦攪拌接合にて接合することができる。
【００１６】
各スタッド材４０の直径を、摩擦攪拌接合用回転工具５０の大径部の直径と等しいか小さくすることにより、各スタッド材４０の溶接部４１（図２）は、進行してきた摩擦攪拌接合用回転工具５０によって摩擦攪拌される。アルミ部材１０，２０もスタッド材４０も同じ素材であるので、仮に溶接部４１に微細な不具合が存在しているとしても、それらはすべて摩擦攪拌により解消されて、摩擦攪拌接合部となる。
【００１７】
図２は、図１に示すスタッド溶接による仮付け部の横断面図である。スタッド溶接の原理上、スタッド溶接のオンスイッチを押すことのみで溶接が完了するため、図２に示すように、作業者の技能に依存しない確実な溶接部４１が確保でき、安定した仮付け部が得られる。したがって、摩擦攪拌接合用回転工具５０がこれらの溶接部４１を順次通過して摩擦攪拌接合を行う際に、２つの部材１０，２０を開くような力が作用するときにも仮付け部はそうした力に対抗して２つの部材１０，２０を閉じたままに維持するので、安定した摩擦攪拌接合が可能となり、その結果、安定した摩擦攪拌接合部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明による摩擦攪拌接合における仮付け方法及びそれを用いた摩擦攪拌接合方法のスタッド溶接による仮付けから摩擦攪拌接合までの工程図。
【図２】図１に示すスタッド溶接による仮付け部の横断面図。
【符号の説明】
【００１９】
１０, ２０：部材 ３０：接合線
４０：スタッド材 ４１：溶接部
５０：摩擦攪拌接合用回転工具 ６０：アーク溶接仮付け部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦攪拌接合で接合される２つのアルミ部材が突合せられた接合線を跨ぐ位置に、前記両アルミ部材と同じアルミ素材で作られているスタッド材をスタッド溶接することにより前記２つのアルミ部材を仮付けすること、
を特徴とする摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法において、
前記スタッド材は、仮付けされた状態で前記突合せ部上に未溶融部分が残る円筒状部材であること、
を特徴とする摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法。
【請求項３】
請求項２に記載の摩擦攪拌接合における接合部の仮付け方法において、
前記スタッド材の直径が摩擦攪拌接合用回転工具の大径部の直径と等しいか小さいこと、
を特徴とする摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法において、
前記突合せ部は、前記接合線に沿って離散的に行われる前記スタッド溶接によって、断続的に溶接されること、
を特徴とする摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法で仮付けられた前記２つのアルミ部材の前記突合せ部に摩擦攪拌接合用回転工具を挿入し、当該摩擦攪拌接合用回転工具を回転させながら前記接合線に沿って前記突合せ部を移動させることにより、前記２つのアルミ部材を前記突合せ部で摩擦攪拌接合にて接合すること、
を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項１】
摩擦攪拌接合で接合される２つのアルミ部材が突合せられた接合線を跨ぐ位置に、前記両アルミ部材と同じアルミ素材で作られているスタッド材をスタッド溶接することにより前記２つのアルミ部材を仮付けすること、
を特徴とする摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法において、
前記スタッド材は、仮付けされた状態で前記突合せ部上に未溶融部分が残る円筒状部材であること、
を特徴とする摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法。
【請求項３】
請求項２に記載の摩擦攪拌接合における接合部の仮付け方法において、
前記スタッド材の直径が摩擦攪拌接合用回転工具の大径部の直径と等しいか小さいこと、
を特徴とする摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法において、
前記突合せ部は、前記接合線に沿って離散的に行われる前記スタッド溶接によって、断続的に溶接されること、
を特徴とする摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合における突合せ部の仮付け方法で仮付けられた前記２つのアルミ部材の前記突合せ部に摩擦攪拌接合用回転工具を挿入し、当該摩擦攪拌接合用回転工具を回転させながら前記接合線に沿って前記突合せ部を移動させることにより、前記２つのアルミ部材を前記突合せ部で摩擦攪拌接合にて接合すること、
を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−５６８９（Ｐ２０１０−５６８９Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７０８５１（Ｐ２００８−１７０８５１）
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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