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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-04-27
(54)【発明の名称】摩擦撹拌接合プロセス
(51)【国際特許分類】
B23K 20/12 20060101AFI20230420BHJP
【ＦＩ】
B23K20/12 340
B23K20/12 360
B23K20/12 344
B23K20/12 310
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022542932
(86)(22)【出願日】2021-01-13
(85)【翻訳文提出日】2022-08-03
(86)【国際出願番号】 GB2021050066
(87)【国際公開番号】W WO2021144561
(87)【国際公開日】2021-07-22
(31)【優先権主張番号】2000516.1
(32)【優先日】2020-01-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】20275008.9
(32)【優先日】2020-01-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】390038014
【氏名又は名称】ビ－エイイ－ システムズ パブリック リミテッド カンパニ－
【氏名又は名称原語表記】ＢＡＥ ＳＹＳＴＥＭＳ ｐｌｃ
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(74)【代理人】
【識別番号】100179062
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 正
(74)【代理人】
【識別番号】100199565
【弁理士】
【氏名又は名称】飯野 茂
(74)【代理人】
【識別番号】100212705
【弁理士】
【氏名又は名称】矢頭 尚之
(74)【代理人】
【識別番号】100219542
【弁理士】
【氏名又は名称】大宅 郁治
(74)【代理人】
【識別番号】100153051
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100162570
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 早苗
(72)【発明者】
【氏名】プライス、ハワード・ジェームス
(72)【発明者】
【氏名】チッペンデール、ジョン
【テーマコード（参考）】
4E167
【Ｆターム（参考）】
4E167AA02
4E167AA06
4E167AA08
4E167AA13
4E167BG01
4E167BG04
4E167BG21
(57)【要約】
摩擦撹拌接合プロセス
第１のワークピースＷ１と第２のワークピースＷ２との間のジョイントＪ、例えばＴジョイントＪの摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）の方法が記載される。方法は、第１のワークピースＷ１及び第２のワークピースＷ２を配置することと、第１の回転方向ＲＤ１に回転し、第１のワークピースＷ１及び／又は第２のワークピースＷ２に第１の深さＤ１まで挿入される第１のプローブ１００を備える第１のツール１０を、ジョイントＪの第１の側Ｓ１で、第１のラインＬ１を規定する第１の移動方向ＭＤ１に沿って移動させることによって、ジョイントＪのＦＳＷの第１のパスP１を実行し、それによって、第１の溶接領域ＷＲ１を提供することと、第２の回転方向ＲＤ２に回転し、第１のワークピースＷ１及び／又は第２のワークピースＷ２に第２の深さＤ２まで挿入される第２のプローブ２００を備える第２のツール２０を、ジョイントＪの第２の側Ｓ２で、第２のラインＬ２を規定する第２の移動方向ＭＤ２に沿って移動させることによって、ジョイントＪのＦＳＷの第２のパスＰ２を実行し、それによって第２の溶接領域ＷＲ２を提供することとを含み、第１のツール１０及び第２のツール２０は、相互に対向しており、ＦＳＷの第１のパスＰ１を実行することと、ＦＳＷの第２のパスＰ２を実行することとは少なくとも部分的に同時に行われる。
【選択図】図５Ｂ
第１のワークピースＷ１と第２のワークピースＷ２との間のジョイントＪ、例えばＴジョイントＪの摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）の方法が記載される。方法は、第１のワークピースＷ１及び第２のワークピースＷ２を配置することと、第１の回転方向ＲＤ１に回転し、第１のワークピースＷ１及び／又は第２のワークピースＷ２に第１の深さＤ１まで挿入される第１のプローブ１００を備える第１のツール１０を、ジョイントＪの第１の側Ｓ１で、第１のラインＬ１を規定する第１の移動方向ＭＤ１に沿って移動させることによって、ジョイントＪのＦＳＷの第１のパスP１を実行し、それによって、第１の溶接領域ＷＲ１を提供することと、第２の回転方向ＲＤ２に回転し、第１のワークピースＷ１及び／又は第２のワークピースＷ２に第２の深さＤ２まで挿入される第２のプローブ２００を備える第２のツール２０を、ジョイントＪの第２の側Ｓ２で、第２のラインＬ２を規定する第２の移動方向ＭＤ２に沿って移動させることによって、ジョイントＪのＦＳＷの第２のパスＰ２を実行し、それによって第２の溶接領域ＷＲ２を提供することとを含み、第１のツール１０及び第２のツール２０は、相互に対向しており、ＦＳＷの第１のパスＰ１を実行することと、ＦＳＷの第２のパスＰ２を実行することとは少なくとも部分的に同時に行われる。
【選択図】図５Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１のワークピースと第２のワークピースとの間のＴジョイントの摩擦撹拌溶接、ＦＳＷ、の方法であって、前記第１のワークピース及び前記第２のワークピースを配置することと、
第１の回転方向に回転し、前記第１のワークピース及び／又は前記第２のワークピースに第１の深さまで挿入される第１のプローブを備える第１のツールを、前記ジョイントの第１の側で、第１のラインを規定する第１の移動方向に沿って移動させることによって、前記ジョイントのＦＳＷの第１のパスを実行し、それによって、第１の溶接領域を提供することと、
第２の回転方向に回転し、前記第１のワークピース及び／又は前記第２のワークピースに第２の深さまで挿入される第２のプローブを備える第２のツールを、前記ジョイントの第２の側で、第２のラインを規定する第２の移動方向に沿って移動させることによって、前記ジョイントのＦＳＷの第２のパスを実行し、それによって第２の溶接領域を提供することとを含み、
前記第１のツール及び前記第２のツールは、相互に対向しており、前記第１のツール及び前記第２のツールは、前記第１のワークピース及び前記第２のワークピースに対して角度が付けられており、前記角度は、１５°から７５°の範囲であり、
前記ＦＳＷの第１のパスを実行することと、前記ＦＳＷの第２のパスを実行することとは同時に行われ、
前記第１のツール及び前記第２のツールは、面取りされた前縁及び丸みを帯びた後縁を備える固定ショルダを備える、方法。
【請求項2】
前記面取りされた前縁が、４０°から５０°の範囲の面取り角度を有し、及び／又は前記面取りされた前縁が、１０ｍｍから２０ｍｍの範囲の長さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１の移動方向及び前記第２の移動方向が相互に整列される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記第１のプローブ及び前記第２のプローブの衝突又は干渉を回避するように、前記第１のツール及び前記第２のツールは、それぞれ、前記第１の移動方向及び前記第２の移動方向において相互にオフセットされ、及び／又は、前記第１のプローブ及び前記第２のプローブは、例えば、前記ジョイント、前記第１のライン及び／又は前記第２のラインに対して横方向、好ましくは直交する間隔だけ相互に離間される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
前記第１のワークピースは雄部材を含み、前記第２のワークピースは対応する雌部材を含み、前記第１のワークピース及び前記第２のワークピースを配置することは、前記雄部材を前記雌部材内に受け入れることを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記第１のワークピースが第１のフィレットを含み、前記ジョイントのＦＳＷの第１のパスを実行することは、前記第１のプローブを前記第１のフィレットに少なくとも部分的に挿入することを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記第１の回転方向及び前記第２の回転方向は反対である、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記第１のライン及び前記第２のラインは、相互に離間している、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
例えば、前記ＦＳＷの第１のパス及び／又は前記ＦＳＷの前記第２のパスを実行している間に、前記第１のワークピース及び／又は前記第２のワークピースにクランプ力を印加することを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
前記丸みを帯びた後縁は、１０ｍｍから２０ｍｍの範囲の半径を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項11】
前記第１のワークピース及び／又は前記第２のワークピースは、アルミニウム合金、例えば、２ＸＸＸ、５ＸＸＸ、６ＸＸＸ、７ＸＸＸ、及び／又は８ＸＸＸアルミニウム合金、好ましくは２ＸＸＸ及び／又は７ＸＸＸアルミニウム合金、チタン合金、銅合金、及び／又は鋼を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
前記第１のワークピース及び／又は前記第２のワークピースが、０.５ｍｍから２５ｍｍの範囲、好ましくは１.６ｍｍから２０ｍｍの範囲、より好ましくは２ｍｍから１５ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項13】
コンポーネントを製造する方法であって、請求項１から１２のいずれかに記載の、第１のワークピースと第２のワークピースとの間のTジョイントの摩擦撹拌溶接、ＦＳＷ、の方法を含む、方法。
【請求項14】
回転方向に回転可能なプローブを備える摩擦撹拌溶接、ＦＳＷ、ツールであって、前記ツールは、面取りされた前縁及び／又は丸みを帯びた後縁を備える固定ショルダを備える、ツール。
【請求項15】
前記面取りされた前縁は、４０°から５０°の範囲の面取り角度を有し、前記面取りされた前縁は、１０ｍｍから２０ｍｍの範囲の長さを有し、及び／又は前記丸みを帯びた後縁は、１０ｍｍから２０ｍｍの範囲の半径を有する、請求項１５に記載のツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、摩擦撹拌接合に関する。
【背景技術】
【0002】
摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）（ステーク摩擦撹拌接合及び摩擦撹拌ステーク接合としても知られる）は、非消耗回転ツールを使用して、２つの対向するワークピースを、ワークピースを溶かすことなく接合する個体接合プロセスである。回転ツールはワークピースと接触しており、機械的圧力が回転ツールを介してワークピースに加えられる。したがって、回転ツールとワークピースとの間の摩擦によって熱が発生し、結果として回転ツールに近接するワークピースの材料の軟化領域をもたらす。回転ツールがワークピース間のジョイントに沿って横断するとき、回転ツールは、ワークピースの高温軟化材料を機械的に混合し、回転ツールによって加えられる機械的圧力によってこの材料を鍛造する。
【0003】
ＦＳＷは、溶接された状態での溶接部の良好な機械的特性、改善された溶接安全性、低減された消耗品使用量、自動化に適していること、すべての位置（すなわち、平坦、水平、垂直、及び頭上）での溶接に適していること、良好な溶接外観、より薄いジョイント、及び／又はより低い環境影響を含む、いくつかの利点と関係付けられてもよい。
【0004】
しかしながら、ＦＳＷはまた、回転ツールが引き抜かれる出口孔、印加される機械的圧力のための大きな力の必要性、異なるワークピース厚さ及び／又は非線形溶接にあまり適さないこと、より遅い溶接速度、ならびに／または特定のジョイントタイプ及び／もしくはジオメトリに制限されることを含む、いくつかの不利点に関係付けられるかもしれない。
【0005】
したがって、ＦＳＷを改善する必要がある。
【発明の概要】
【0006】
本発明の１つの目的は、とりわけ、摩擦撹拌接合の方法、コンポーネントを製造する方法、摩擦撹拌接合されたジョイント、コンポーネント、及びジョイントを摩擦撹拌接合するための装置を提供することであり、それは、本明細書で特定されるか他の場所で特定されるかにかかわらず、先行技術の欠点のうちの少なくともいくつかを少なくとも部分的に除去又は軽減する。例えば、本発明の実施形態の目的は、特定のジョイントタイプ及び／又はジオメトリに対する従来の制限を克服する摩擦撹拌接合の方法を提供することである。例えば、本発明の実施形態の目的は、低減された支持構造を必要とするコンポーネントを製造する方法を提供することである。例えば、本発明の実施形態の目的は、改善された機械的特性を有する摩擦撹拌接合ジョイントを含むコンポーネントを提供することである。例えば、本発明の実施形態の目的は、改善された摩擦撹拌接合を提供するジョイントを摩擦撹拌接合するための装置を提供することである。
【0007】
第１の態様は、第１のワークピースと第２のワークピースとの間のTジョイントの摩擦撹拌接合、ＦＳＷの方法を提供し、方法は、
第１のワークピース及び第２のワークピースを配置することと、
第１の回転方向に回転し、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第１の深さまで挿入される第１のプローブを備える第１のツールを、ジョイントの第１の側で、第１のラインを規定する第１の移動方向に沿って移動させることによって、ジョイントのＦＳＷの第１のパスを実行し、それによって、第１の溶接領域を提供することと、
第２の回転方向に回転し、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第２の深さまで挿入される第２のプローブを備える第２のツールを、ジョイントの第２の側で、第２のラインを規定する第２の移動方向に沿って移動させることによって、ジョイントのＦＳＷの第２のパスを実行し、それによって第２の溶接領域を提供することとを含み、
第１のツール及び第２のツールは、相互に対向しており、第１のツール及び第２のツールは、第１のワークピース及び第２のワークピースに対して角度が付けられており、角度は、１５°から７５°の範囲であり、
ＦＳＷの第１のパスを実行することと、ＦＳＷの第２のパスを実行することとは同時に行われ、
第１のツール及び第２のツールは、固定ショルダを備え、第１のプローブ及び第２のプローブは、面取りされた前縁及び丸みを帯びた後縁を備えている。
第１のワークピース及び第２のワークピースを配置することと、
第１の回転方向に回転し、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第１の深さまで挿入される第１のプローブを備える第１のツールを、ジョイントの第１の側で、第１のラインを規定する第１の移動方向に沿って移動させることによって、ジョイントのＦＳＷの第１のパスを実行し、それによって、第１の溶接領域を提供することと、
第２の回転方向に回転し、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第２の深さまで挿入される第２のプローブを備える第２のツールを、ジョイントの第２の側で、第２のラインを規定する第２の移動方向に沿って移動させることによって、ジョイントのＦＳＷの第２のパスを実行し、それによって第２の溶接領域を提供することとを含み、
第１のツール及び第２のツールは、相互に対向しており、第１のツール及び第２のツールは、第１のワークピース及び第２のワークピースに対して角度が付けられており、角度は、１５°から７５°の範囲であり、
ＦＳＷの第１のパスを実行することと、ＦＳＷの第２のパスを実行することとは同時に行われ、
第１のツール及び第２のツールは、固定ショルダを備え、第１のプローブ及び第２のプローブは、面取りされた前縁及び丸みを帯びた後縁を備えている。
【0008】
第２の態様は、コンポーネント、好ましくは航空機コンポーネントを製造する方法を提供し、第１の態様の方法による、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、ジョイント、例えばTジョイント及び／又は重ねジョイントの方法を含む。
【0009】
第３の態様は、第１の態様の方法に従って提供される、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、ジョイント、例えばTジョイント及び／又は重ねジョイントを提供する。
【0010】
第４の態様は、第３の態様による摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、ジョイントを含むコンポーネント、好ましくは航空機コンポーネントを提供する。
【0011】
第５の態様は、第１のワークピースと第２のワークピースとの間のジョイント、好ましくはTジョイントを摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、するための装置を提供し、装置は、
第１の回転方向に回転可能であり、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第１の深さまで少なくとも部分的に挿入可能であり、第１のラインを規定する第１の移動方向に移動可能であり、それに沿って移動することによってジョイントのＦＳＷの第１のパスを実行し、それによって第１の溶接領域を提供する、第１のプローブを備える第１のツールと、
第１の回転方向に回転可能であり、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第２の深さまで少なくとも部分的に挿入可能であり、第２のラインを規定する第２の移動方向に移動可能であり、それに沿って移動することによってＦＳＷの第２のパスを実行し、それによって第２の溶接領域を提供する、第２のプローブを備える第２のツールとを含み、
第１ツールと第２ツールとは、相互に対向しており、
装置は、ＦＳＷの第１のパスを実行することと、ＦＳＷの第２のパスを実行することとが少なくとも部分的に同時に行われるように構成されている。
第１の回転方向に回転可能であり、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第１の深さまで少なくとも部分的に挿入可能であり、第１のラインを規定する第１の移動方向に移動可能であり、それに沿って移動することによってジョイントのＦＳＷの第１のパスを実行し、それによって第１の溶接領域を提供する、第１のプローブを備える第１のツールと、
第１の回転方向に回転可能であり、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第２の深さまで少なくとも部分的に挿入可能であり、第２のラインを規定する第２の移動方向に移動可能であり、それに沿って移動することによってＦＳＷの第２のパスを実行し、それによって第２の溶接領域を提供する、第２のプローブを備える第２のツールとを含み、
第１ツールと第２ツールとは、相互に対向しており、
装置は、ＦＳＷの第１のパスを実行することと、ＦＳＷの第２のパスを実行することとが少なくとも部分的に同時に行われるように構成されている。
【0012】
第６の態様は、回転方向に回転可能なプローブを備える摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、ツールを提供し、ツールは、面取りされた前縁及び／又は丸みを帯びた後縁を備える固定ショルダを備える。
【発明の詳細な説明】
【0013】
本発明によれば、添付の特許請求の範囲において記載されたような摩擦撹拌接合の方法が提供される。また、コンポーネントの製造方法、摩擦撹拌接合ジョイント、コンポーネント、及びジョイントを摩擦撹拌接合するための装置が提供される。本発明の他の特徴は、従属請求項、及び、以下の説明から明らかになる。
【0014】
摩擦撹拌接合の方法
第１の態様は、第１のワークピースと第２のワークピースとの間のTジョイントを摩擦撹拌接合、ＦＳＷする方法を提供し、方法は、
第１のワークピース及び第２のワークピースを配置することと、
第１の回転方向に回転し、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第１の深さまで挿入される第１のプローブを備える第１のツールを、ジョイントの第１の側で、第１のラインを規定する第１の移動方向に沿って移動させることによって、ジョイントのＦＳＷの第１のパスを実行し、それによって、第１の溶接領域を提供することと、
第２の回転方向に回転し、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第２の深さまで挿入される第２のプローブを備える第２のツールを、ジョイントの第２の側で、第２のラインを規定する第２の移動方向に沿って移動させることによって、前記ジョイントのＦＳＷの第２のパスを実行し、それによって第２の溶接領域を提供することと、
第１のツール及び第２のツールは、相互に対向しており、第１のツール及び第２のツールは、第１のワークピース及び第２のワークピースに対して角度が付けられており、角度は、１５°から７５°の範囲であり、
ＦＳＷの第１のパスを実行することと、ＦＳＷの第２のパスを実行することとは同時に行われ、
第１のツール及び第２のツールは、固定ショルダを備え、第１のプローブ及び第２のプローブは、面取りされた前縁及び丸みを帯びた後縁を備えている。
第１の態様は、第１のワークピースと第２のワークピースとの間のTジョイントを摩擦撹拌接合、ＦＳＷする方法を提供し、方法は、
第１のワークピース及び第２のワークピースを配置することと、
第１の回転方向に回転し、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第１の深さまで挿入される第１のプローブを備える第１のツールを、ジョイントの第１の側で、第１のラインを規定する第１の移動方向に沿って移動させることによって、ジョイントのＦＳＷの第１のパスを実行し、それによって、第１の溶接領域を提供することと、
第２の回転方向に回転し、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第２の深さまで挿入される第２のプローブを備える第２のツールを、ジョイントの第２の側で、第２のラインを規定する第２の移動方向に沿って移動させることによって、前記ジョイントのＦＳＷの第２のパスを実行し、それによって第２の溶接領域を提供することと、
第１のツール及び第２のツールは、相互に対向しており、第１のツール及び第２のツールは、第１のワークピース及び第２のワークピースに対して角度が付けられており、角度は、１５°から７５°の範囲であり、
ＦＳＷの第１のパスを実行することと、ＦＳＷの第２のパスを実行することとは同時に行われ、
第１のツール及び第２のツールは、固定ショルダを備え、第１のプローブ及び第２のプローブは、面取りされた前縁及び丸みを帯びた後縁を備えている。
【0015】
すなわち、第１及び第２のツールは、第１及び第２の溶接領域がジョイントの両側で相互に近接して一緒に提供されるように、ジョイントの両側で協力して一緒に移動する。
【0016】
このようにして、特定のジョイントタイプ及び／又はジオメトリに対する従来の制限が克服される。特に、第１のツール及び第２のツールが相互に対向しており、ＦＳＷの第１のパスを実行すること及びＦＳＷの第２のパスを実行することが同時であるため、ジョイントの第１の側及びジョイントの第２の側は、相互に対向するツールによって同時に溶接される。このようにして、ワークピースのそれぞれの表面又はその下にそれぞれのショルダを維持するために相互に対向するツールによって加えられる軸方向の力が対向する。これらの対向する力は、少なくとも部分的に均衡し、それによって、正味の力を低減する及び／又は排除することができる。このようにして、第１のツール又は第２のツールによって個々に加えられる力に抵抗するために従来必要とされていた支持構造及び／又はクランプ力が低減及び／又は排除される。
【0017】
換言すれば、第１の態様による方法は、補強材などの第１のワークピースを外板などの第２のワークピースにＦＳＷすることを伴い、高品質の溶接を達成しながら、低減された支持ツールを必要とするか、又は支持ツールを必要としないように行う。ＦＳＷは、ストリンガフランジの各側から同時に実行されて、例えば、それぞれが溶接部の反対側に支持を提供する一対の固定ショルダツールを使用して、交差二重コーナー溶接部を生成することができる。このようにして、専用の高価な支持ツールを必要としない。以下でより詳細に説明するように、補剛材のウェブは、（翼）外板内の予め機械加工されたスロット内に配置されてもよく、機械加工されたスロットはまた、任意選択で、最小応力集中特徴部として挙動するフィレット半径を形成するために溶接プロセス中に消費される面取り特徴部を提供する。
【0018】
摩擦撹拌接合
一般に、プロファイルされたプローブピンを有する回転する円筒形ツールは、ピンよりも大きな直径を有するツールのショルダがワークピースの表面に接触するまで、２つのクランプされたワークピース間のジョイントに送り込まれる（すなわち、挿入される）。プローブピンは、ツールショルダがワークピースの表面に接触するときに必要とされる溶接深さ（すなわち、第１の深さ及び／又は第２の深さ）よりもわずかに短い。必要な加熱を達成するための短い滞留時間の後、回転ツールは、予め設定された溶接速度で接合線に沿って前方に移動される。
一般に、プロファイルされたプローブピンを有する回転する円筒形ツールは、ピンよりも大きな直径を有するツールのショルダがワークピースの表面に接触するまで、２つのクランプされたワークピース間のジョイントに送り込まれる（すなわち、挿入される）。プローブピンは、ツールショルダがワークピースの表面に接触するときに必要とされる溶接深さ（すなわち、第１の深さ及び／又は第２の深さ）よりもわずかに短い。必要な加熱を達成するための短い滞留時間の後、回転ツールは、予め設定された溶接速度で接合線に沿って前方に移動される。
【0019】
摩擦熱は、回転する移動ツールとワークピースとの間で発生する。この熱は、機械的混合プロセス及び材料内の断熱加熱によって発生する熱と共に、撹拌された材料を溶かすことなく軟化させる。回転ツールが前方に移動されると、プローブピンの特定のプロファイルが可塑化された材料を前面から後部に押しやり、そこで強い力が溶接部の鍛造固化を助ける。
【0020】
金属の可塑化された管状シャフト内の溶接線に沿って移動する回転ツールのこのプロセスは、結果として材料の動的再結晶化を伴う、ワークピースの固体状態変形をもたらす。
【0021】
より詳細には、回転ツールは、２つの隣接又は重なり合うワークピースの表面に押し付けられる。回転ツールが横断方向と同じ方向に移動する溶接部の側は、一般に「前進側」として知られており、ツールの回転が横断方向に対向する他方の側は、「後退側」として知られている。ツールの重要な特徴は、ツールのベース（ショルダ）から突出し、ワークピースの厚さよりわずかに短い長さのプローブ（ピンとしても知られる）である。摩擦熱は、主に高い標準圧力及びショルダの剪断作用によって発生する。摩擦撹拌接合は、ツールの作用下で強いられた押出しのプロセスと考えることができる。摩擦加熱は、プローブの周囲に材料の軟化ゾーンを形成させる。この軟化した材料は、ツールショルダによって強いられるので、逃げることができない。ツールが接合線に沿って横断すると、材料は、ツールの後退側（回転による局所運動が前方運動に対抗する）と周囲の変形されていない材料との間でツールプローブの周りを掃引される。押し出された材料は、ツールの背後に固相接合を形成するように堆積される。変形された材料の大部分がツールの後退側を通過して押し出されるので、このプロセスは定義上非対称である。このプロセスは、非常に高いひずみ及びひずみ速度を生じさせ、これらは両方とも、他の個体状態金属加工プロセス（押出、圧延、鍛造など）において見出されるよりも実質的に高い。
【0022】
従来のＦＳＷ（ＣＦＳＷ）では、ツールは回転ショルダを含む。回転ショルダは、比較的大量の熱を表面に加え、これは、次に、比較的広い熱影響ゾーン（ＨＡＺ）をもたらす。
【0023】
固定ショルダ摩擦撹拌接合（ＳＳＦＳＷ）では、プローブが回転し、固定ショルダ／スライドコンポーネントの孔を通って突出する。固定ショルダは、（ショルダが表面をこする摩擦により）表面にいくらかの熱を加えるが、熱の大部分はプローブによって提供され、溶接は本質的に線形の入熱プロファイルで行われ、これは次に比較的狭いＨＡＺをもたらす。キー溶接機構は、非回転（すなわち固定）ショルダコンポーネントを通る回転ピンを備え、ショルダコンポーネントは、溶接中に材料の表面上を摺動する。溶接面は非常に滑らかであり、ほとんど研磨されており、断面の減少はないか又は最小限である。
【0024】
微細構造
ＦＳＷの固体状態の性質は、回転ツールの特定の形状及び非対称速度プロファイルと組み合わされて、結果として非常に特徴的な微細構造をもたらす。
ＦＳＷの固体状態の性質は、回転ツールの特定の形状及び非対称速度プロファイルと組み合わされて、結果として非常に特徴的な微細構造をもたらす。
【0025】
微細構造は、以下のゾーンに分割することができる：
撹拌ゾーン（動的再結晶化ゾーンとしても知られている）は、溶接中のプローブピンの位置にほぼ対応する大きく変形した材料の領域である。撹拌ゾーン内の粒子はほぼ等軸であり、ワークピースの母材中の粒子よりも１桁小さいことが多い。撹拌ゾーンの独特の特徴は、「オニオンリング」構造と呼ばれているいくつかの同心リングが共通して存在することである。これらのリングの正確な起源はしっかりと確立されていないが、粒子数密度、粒径及び組織の変動がすべて示唆されている。
撹拌ゾーン（動的再結晶化ゾーンとしても知られている）は、溶接中のプローブピンの位置にほぼ対応する大きく変形した材料の領域である。撹拌ゾーン内の粒子はほぼ等軸であり、ワークピースの母材中の粒子よりも１桁小さいことが多い。撹拌ゾーンの独特の特徴は、「オニオンリング」構造と呼ばれているいくつかの同心リングが共通して存在することである。これらのリングの正確な起源はしっかりと確立されていないが、粒子数密度、粒径及び組織の変動がすべて示唆されている。
【0026】
フローアームゾーンは、溶接部の上面にあり、ツールの後部の周りで、溶接部の後退側からショルダによって引きずられ、前進側に堆積される材料を含む。
【0027】
熱機械的影響ゾーン（ＴＭＡＺ）は、撹拌ゾーンのいずれかの側に生じる。この領域では、ひずみ及び温度はより低く、微細構造に対する溶接の影響はそれに対応してより小さい。撹拌ゾーンとは異なり、微細構造は、変形及び回転していても、母材の微細構造であることが認識できる。ＴＭＡＺという用語は変形領域全体を指すが、撹拌ゾーン及びフローアームという用語によってカバーされない任意の領域を説明するために使用されることが多い。
【0028】
熱影響ゾーン（ＨＡＺ）は、全ての溶接プロセスに共通である。ＨＡＺは熱サイクルを受けるが、溶接中に変形しない。温度は、ＴＭＡＺにおける温度よりも低いが、微細構造が熱的に不安定である場合、依然として有意な影響を有するかもしれない。時効硬化されたアルミニウム合金において、例えば、この領域は、一般に、最も劣った機械的特性を示す。
【0029】
力
溶接中、複数の力がツールに作用する：
溶接中、複数の力がツールに作用する：
【0030】
１.ツールに対する軸方向の力は、ツールショルダの位置を材料表面又はその下に維持するために必要である。いくつかの摩擦撹拌接合機は、負荷制御下で動作するが、多くの場合、ツールの垂直位置は事前設定され、したがって、負荷は溶接中に変動する。
【0031】
２.横方向の力は、ツール運動に平行に作用し、横方向において正である。この力はツールの動きに対する材料の抵抗の結果として生じるので、ツールの周りの材料の温度が上昇するにつれてこの力が減少することが予想される。
【0032】
３.横方向の力は、ツール横方向に対して垂直に作用することができ、本明細書では、溶接部の前進側に向かう正として定義される。
【0033】
４.ツールを回転させるためにトルクが必要とされ、その量は、軸方向の力及び摩擦係数（摺動摩擦）ならびに／又は周囲領域における材料の流動強度（スティクション）に依存する。
【0034】
摩擦撹拌接合の方法
方法は、第１のワークピースと第２のワークピースとの間のＴジョイントを摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、するものである。ＦＳＷは公知である。ジョイントは、第１のワークピースと第２のワークピースとを相互に接合することを理解されたい。第１のワークピース及び第２のワークピースは、一般に異なるワークピース、すなわちＦＳＷ前であることを理解されたい。しかしながら、ＦＳＷの方法は、例えば、非溶接領域と比較して異なる特性を有する溶接領域をその中に提供するために、単一のワークピースに適用されてもよい。これは、一般に「摩擦撹拌処理」として知られている。
方法は、第１のワークピースと第２のワークピースとの間のＴジョイントを摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、するものである。ＦＳＷは公知である。ジョイントは、第１のワークピースと第２のワークピースとを相互に接合することを理解されたい。第１のワークピース及び第２のワークピースは、一般に異なるワークピース、すなわちＦＳＷ前であることを理解されたい。しかしながら、ＦＳＷの方法は、例えば、非溶接領域と比較して異なる特性を有する溶接領域をその中に提供するために、単一のワークピースに適用されてもよい。これは、一般に「摩擦撹拌処理」として知られている。
【0035】
ジョイントは、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の交差部に形成されることを理解されたい。一例では、ジョイントは、ＴバットジョイントもしくはＴラップジョイントを含む、及び／又はＴバットジョイントもしくはＴラップジョイントである。一例では、ＦＳＷの位置、例えばＦＳＷの第１のパス及び／又はＦＳＷの第２のパスの位置は、平坦、水平、垂直、及び／又は頭上である。
【0036】
この方法は、第１のワークピース及び第２のワークピースを配置することを含む。第１のワークピース及び第２のワークピースを配置することは、例えば、必要とされるジョイントセットアップに従って、第１のワークピース及び第２のワークピースを物理的に配置することを含むことを理解されたい。一例において、本方法は、第１のワークピース及び第２のワークピースを提供することを含む。一例では、第１のワークピースを提供することは、例えば、鋳造、機械加工、及び／又は積層造形によって、その中に雄部材（凸部など）を含むことを含み、及び／又は第２のワークピースを提供することは、例えば、鋳造、機械加工、及び／又は積層造形によって、その中に対応する雌部材（溝又は切込みなど）を含むことを含む。このようにして、第１のワークピース及び第２のワークピースは、相対的に配置され、この相対的な位置は、例えば、第１のワークピース及び／又は第２のワークピース対して第１のツール及び第２のツールによって加えられる軸方向力などの力によって、ＦＳＷの間維持されてもよい。すなわち、軸方向力は、雄部材の雌部材への挿入及び／又は雄部材と雌部材との間の係合を促す。このように、第１のワークピース及び第２のワークピースの配置は、自己支持型である。さらに、雌部材の深さならびに第１のプローブ及び／又は第２のプローブの第１の深さ及び／又は第２の深さをそれぞれ変化させることによって、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースにおける第１の溶接領域及び／又は第２の溶接領域のそれぞれの溶け込みの程度を制御することができる。一例では、第１のワークピースを提供することは、例えば、鋳造、機械加工、及び／もしくは積層造形によって、その中に雌部材を含むことを含み、ならびに／又は第２のワークピースを提供することは、例えば、鋳造、機械加工、及び／もしくは積層造形によって、その中に対応する雄部材を含むことを含む。一例では、第１のワークピース及び第２のワークピースを配置することは、雄部材を雌部材内に受け入れることを含む。
【0037】
一例では、第１のワークピースは雄部材を含み、第２のワークピースは対応する雌部材を含むか、又はその逆であり、第１のワークピース及び第２のワークピースを配置することは、雄部材を雌部材内に受け入れることを含む。
【0038】
この方法は、第１の回転方向に回転し、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第１の深さまで挿入された第１のプローブを備える第１のツールを、ジョイントの第１の側で第１のラインを規定する第１の移動方向に沿って移動させることによって、ジョイントのＦＳＷの第１のパスを実行することを含む。ＦＳＷの第１のパスは、第１のワークピースと第２のワークピースとの間のジョイントの第１の側の最初のパス（ランとしても知られている）であることを理解されたい。第１のツールの移動は、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに対するものであることを理解されたい。例えば、第１のワークピース及び第２のワークピースは、固定的にクランプされるなど、静的であってもよく（すなわち、固定しており、移動していない）、第１のツールは、２つのプレート間の重ねジョイントのＦＳＷのような、第１の移動方向に移動する。例えば、第１のワークピース及び第２のワークピースは、移動ベッド上又は回転子上等で第１の移動方向に移動してもよく、第１のツールは、２つのパイプ間の円周ジョイントのＦＳＷのように、固定されている。第１のツールは、第１のプローブが第１の移動方向に回転している間にジョイントに沿って移動することを理解されたい。ジョイントの第１の側は、第１のプローブが挿入される側であることを理解されたい。例えば、重ねジョイント又は多重重ねジョイントは、ワークピースを反転させることによって、第１の側又は対向する第２の側からＦＳＷされてもよい。しかしながら、一般的に、T重ねジョイントは、第２のワークピースが第１の深さと比較して比較的薄くない限り、第１の側からのみ溶接されることができる。
【0039】
一例では、第１の回転方向は、第１のツールの上から見て時計回り又は反時計回りである。一例では、第１の移動方向は、第１の並進方向を含み、及び／又は第１の並進方向である。一例では、第１のラインは、弓形（すなわち曲線）又は線形（すなわち直線）であり、好ましくは線形である。一例では、第１のラインは、ジョイントと実質的に平行、平行、交差、及び／又は一致し、好ましくはジョイントと一致又は平行である。
【0040】
ＦＳＷの第１のパスを実行することにより、ジョイントの第１の側に第１の溶接領域が提供される。第１のプローブを挿入することは、結果として第１の入口孔をもたらし、第１の入口孔は、次いで、第１のツールが第１の移動方向に移動すると、ＦＳＷによって「修復」されることを理解されたい。第１のプローブを第１の深さまで挿入することは、概して、第１のプローブが第１の方向に移動し始める前であることを理解されたい。第１の深さは、第１の溶接領域（すなわち、第１のワークピースと第２のワークピースとの間のジョイント）を提供するのに十分であり、したがって、例えば、当業者に知られているように、第１のワークピースの厚さに少なくとも部分的に依存することを理解されたい。一例において、第１の溶接領域は、第１のラインの第１の距離に沿って延在する。
【0041】
一例では、ＦＳＷの第１のパスを実行することは、第１のプローブを第１の深さまで挿入し、結果として第１の入口孔をもたらすことを含む。一例では、本方法は、例えば第１の軸方向力を加えながら、例えば第１の速度で、第１の入口孔から第１の出口孔に向かって及び／又は第１の出口孔へと第１の移動方向に第１のツールを移動させることを含む。
【0042】
一例では、ＦＳＷの第１パスを実行することは、第１プローブを少なくとも部分的に引き抜くことを含む。一例では、第１のプローブを少なくとも部分的に引き抜くことは、徐々に、例えば距離及び／又は時間に応じて直線的に、第１のプローブを少なくとも部分的に引き抜くことを含む。一例では、第１のプローブを少なくとも部分的に引き抜くことは、第１の深さの少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７５％、より好ましくは少なくとも９０％の量だけ第１のプローブを引き抜くことを含む。一例では、第１のプローブを少なくとも部分的に引き抜くことは、第１のツールを第１の移動方向に移動させながら、第１のプローブを第１の深さから引き抜くことを含む。一例では、ＦＳＷの第１のパスを実行することは、第１のプローブを完全に引き抜き、それによって結果として第１の出口孔をもたらすことを含む。第１のプローブを完全に引き抜くことは、一般に、第１のプローブが第１の方向への移動を停止した後であることを理解されたい。
【0043】
一例では、ＦＳＷの第１のパスを実行することは、第１のプローブを第１のワークピースに、例えば第１の深さまで挿入して、結果として第１の入口孔をもたらすことと、第１のプローブを第１の移動方向に移動させ、それによって第１の入口孔を「修復」することを含む第１の溶接領域を提供することと、次いで第１のプローブを完全に引き抜き、それによって、結果として第１の出口孔をもたらすこととを含む。
【0044】
本方法は、第２の回転方向に回転し、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第２の深さまで挿入される第２のプローブを含む第２のツールを、ジョイントの第２の側で第２のラインを規定する第２の移動方向に沿って移動させることによって、ジョイントのＦＳＷの第２のパスを実行することを含む。ＦＳＷの第２のパスは、ＦＳＷの第１のパスと同時の、第１のワークピースと第２のワークピースとの間のジョイントの第２の側の初期パス（ランとしても知られる）であることを理解されたい。第２のツールの移動は、第１のツールに関して説明したように、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに対するものであることを理解されたい。第２のツールは、第２のプローブが第２の移動方向に回転している間にジョイントに沿って移動することを理解されたい。ジョイントの第１の側は、第２のプローブ及び第１のプローブが挿入される側（すなわち、同じ側）であることを理解されたい。一例では、第２のラインは、ジョイントと実質的に平行、平行、交差、及び／又は一致し、好ましくはジョイントと一致又は平行である。一例では、第２のラインは、第１のラインと実質的に平行、平行、交差及び／又は一致し、好ましくは第１のラインと平行である。一例では、第１のライン及び第２のラインは、相互に離間している。
【0045】
ＦＳＷの第２のパスを実行することは、ジョイントの第２の側に第２の溶接領域を提供する。第２のプローブを挿入することは、結果として第２の入口孔をもたらし、第２の入口孔は、次いで、第２のツールが第２の移動方向に移動させられると、ＦＳＷによって「修復」されることを理解されたい。第２のプローブを第２の深さまで挿入することは、概して、第２のプローブが第２の方向に移動し始める前であることを理解されたい。第２の深さは、第２の溶接領域（すなわち、第２のワークピースと第２のワークピースとの間のジョイント）を提供するのに十分であり、したがって、例えば、当業者に知られているように、第２のワークピースの厚さに少なくとも部分的に依存することを理解されたい。一例では、第２の溶接領域は、第２のラインの第２の距離に沿って延在する。
【0046】
一例では、第２の回転方向は、第２のツールの上から見て時計回り又は反時計回りである。一例では、第２の移動方向は、第２の並進方向を含み、及び／又は第２の並進方向である。一例では、第２のラインは、弓形（すなわち曲線）又は線形（すなわち直線）であり、好ましくは線形である。一例では、第１の回転方向及び第２の回転方向は、同じ回転方向であり、例えば、両方とも時計回り又は両方とも反時計回りである。一例では、第１の回転方向及び第２の回転方向は、相互に反対であり、例えば、一方は時計回りであり、他方は反時計回りである。
【0047】
一例において、ＦＳＷの第２のパスを実行することは、第２のプローブを第２の深さまで挿入し、それによって第２の溶接領域を提供することを含む。第２のプローブを挿入することは、結果として第２の入口孔をもたらし、第２の入口孔は、次いで、第２のツールが第２の移動方向に移動させられると、ＦＳＷによって「修復」されることを理解されたい。第２のプローブを第２の深さまで挿入することは、概して、第２のプローブが第２の方向に移動し始める前であることを理解されたい。第２の深さは、第２の溶接領域（すなわち、第２のワークピースと第２のワークピースとの間のジョイント）を提供するのに十分であり、したがって、例えば、当業者に知られているように、第１のワークピースの厚さに少なくとも部分的に依存することを理解されたい。一例では、第２の溶接領域は、第２のラインの第１の距離に沿って延びる。一例では、第２のラインの第１の距離は、第１のラインの第２の距離に沿って、完全に沿って、及び／又はそれを超えて延在する。
【0048】
一例では、第２のプローブを第２の深さまで挿入するこは、結果として第２の入口孔をもたらす。一例では、本方法は、例えば第２の軸方向力を加えながら、例えば第２の速度で、第２の入口孔から第２の出口孔に向かって及び／又は第２の出口孔へと第２の移動方向に第２のツールを移動させることを含む。一例では、第２の速度は、第１の速度と等しい。
【0049】
一例では、ＦＳＷの第２のパスを実行することは、任意選択で、第２のプローブを少なくとも部分的に引き抜くことを含む。第２のプローブは、任意選択で、第２のツールを第２の移動方向に移動させている間に引き抜かれることを理解されたい。第２のプローブは、第２の深さから比較的浅い深さ（すなわち、例えば、第１のワークピースの表面に比較的より近接する）まで引き抜かれることを理解されたい。比較的浅い深さは、第２のワークピースと第２のワークピースとの間に溶接領域を提供するのに不十分であり、むしろ、部分的及び／又は非溶接領域が代わりに提供される。一例では、第２のプローブを少なくとも部分的に引き抜くことは、徐々に、例えば距離及び／又は時間に応じて直線的に、第２のプローブを少なくとも部分的に引き抜くことを含む。一例では、第２のプローブを少なくとも部分的に引き抜くことは、第２の深さの少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７５％、より好ましくは少なくとも９０％の量だけ第２のプローブを引き抜くことを含む。一例において、第２のプローブを少なくとも部分的に引き抜くことは、第２のツールを第２の移動方向に移動させながら、第２のプローブを第２の深さから引き抜くことを含む。
【0050】
一例では、第１の深さと第２の深さは類似しており、例えば同じである。
【0051】
一例では、ＦＳＷの第２のパスを実行することは、第２のプローブを完全に引き抜き、それによって結果として第２の出口孔をもたらすことを含む。第２のプローブを完全に引き抜くことは、一般に、第２のプローブが第２の方向への移動を停止した後であることを理解されたい。
【0052】
第１のツール及び第２のツール、例えば、第１のプローブ及び第２のプローブは、相互に対向している、すなわち、ジョイントの向こう側である。すなわち、第１のツールと第２のツールとの間に第１ワークピース及び／又は第２ワークピースが配置されているにも関わらず、第１のツールは第２のツールに面している。換言すれば、第１のツール及び第２のツールは、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースによって離間される。一例では、第１のツール及び第２のツールは、相互に直接対向している。一例では、第１のツール及び／又は第２のツールは、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに対して角度が付けられ、角度は、１５°から７５°の範囲、好ましくは３０°から６０°の範囲、例えば４５°である。一例では、第１のツール及び／又は第２のツールは、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の角度を二等分する。一例では、第１のツール及び第２のツールは、１ｍｍから５０ｍｍの範囲内、好ましくは５ｍｍから４０ｍｍの範囲内、より好ましくは１０ｍｍから３０ｍｍの範囲内、例えば１５ｍｍ、２０ｍｍ又は３０ｍｍで相互に対向している。一例では、第１のツール及び第２のツールは、１ｄから２５ｄの範囲内、好ましくは２ｄから１５ｄの範囲内、より好ましくは３ｄから１０ｄの範囲内、例えば５ｄ、７ｄ又は９ｄで相互に対向しており、ｄは第１のプローブ及び／又は第２のプローブの直径である。一例では、第１のプローブ及び／又は第２のプローブの直径ｄは、２ｍｍから５０ｍｍの範囲内、好ましくは３ｍｍから３０ｍｍの範囲内、より好ましくは４ｍｍから５ｍｍの範囲内である。
【0053】
ＦＳＷの第１のパスの実行及びＦＳＷの第２のパスの実行は、同時（すなわち、準同時（concurrent）又は準同時（simultaneous））である。このようにして、前述したように、第１のツール及び第２のツールによって第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに加えられるそれぞれの軸方向の力が対向する。一例では、第１のプローブ及び第２のプローブは、それぞれ第１の移動方向及び第２の移動方向に（すなわち、ジョイントに沿って）相互にオフセットされる。一例では、第１のプローブ及び第２のプローブは、第１のプローブと第２のプローブとの衝突又は干渉を回避するように、例えばジョイント、第１のライン及び／又は第２のラインに沿ったオフセット又は変位によって、相互にオフセットされる。一例では、オフセットは、１ｍｍから５０ｍｍの範囲内、好ましくは５ｍｍから４０ｍｍの範囲内、より好ましくは１０ｍｍから３０ｍｍの範囲内、例えば１５ｍｍ、２０ｍｍ又は３０ｍｍである。 一例では、オフセットは、１ｄから５０ｄの範囲、好ましくは５ｄから４０ｄの範囲、より好ましくは１０ｄから３０ｄの範囲、例えば１５ｄ、２０ｄ、又は３０ｄであり、ここでｄは、第１のプローブ及び／又は第２のプローブの直径である。一例において、第１のプローブ及び第２のプローブは、第１のプローブ及び第２のプローブの衝突又は干渉を回避するように、例えば、ジョイント、第１のライン及び／又は第２のラインに対して横方向、好ましくは直交する間隔によって、相互に離間される。このような横方向間隔は、例えば、第１の溶接領域と第２の溶接領域との間に、非溶接領域及び／又は部分的に溶接された領域を結果としてもたらすことができる。好ましくは、そのような非溶接領域及び／又は部分的に溶接された領域は、低減されるべきであり、例えば、排除されるべきである。一例では、間隔は、１ｍｍから５０ｍｍの範囲内、好ましくは５ｍｍから４０ｍｍの範囲内、より好ましくは１０ｍｍから３０ｍｍの範囲内、例えば１５ｍｍ、２０ｍｍ又は３０ｍｍである。 一例では、間隔は、第１の深さ及び／又は第２の深さの５％から１００％の範囲、好ましくは１０％から７５％の範囲、より好ましくは１５％から５０％の範囲、例えば２０％、３０％又は４０％である。換言すれば、第１のプローブ及び第２のプローブは、例えば、ジョイント、第１のライン及び／又は第２のラインに沿ったオフセット又は変位によって相互にオフセットされないが、これらのプローブのぶつかり又は衝突又は干渉は、プローブによって直接溶接されないが、撹拌ゾーン内にあってもよく、許容可能な溶接を達成するか、又は設計において許容される非溶接材料の小領域を含んでもよい、プローブ先端間の中心ゾーンを有することによって回避される。一例では、第１のプローブ及び第２のプローブの衝突又は干渉を回避するように、第１のプローブ及び第２のプローブは、例えば、上述したように、ジョイント、第１のライン及び／又は第２のラインに沿ったオフセット又は変位によって相互にオフセットされ、第１のプローブ及び第２のプローブは、例えば、ジョイント、第１のライン及び／又は第２の長さ（すなわち、負の間隔）に対して横方向、好ましくは直交する重なりによって重なり合う。一例では、重なりは、第１の深さ及び／又は第２の深さの１％から７５％の範囲、好ましくは５％から５０％の範囲、より好ましくは１０％から４０％の範囲、例えば２０％又は３０％である。
【0054】
一例では、ＦＳＷの第１パスの実行及びＦＳＷの第２パスの実行は同時であり、例えば、第１プローブ及び第２プローブの衝突又は干渉を回避するように、第１プローブ及び第２プローブは、それぞれ第１移動方向及び第２移動方向に相互にオフセットされ、及び／又は第１プローブ及び第２プローブは、例えば、ジョイント、第１線及び／又は第２線に対して横方向、好ましくは直交する間隔だけ相互に離間される。
【0055】
一例では、第１の溶接領域及び第２の溶接領域は交差する。すなわち、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースの少なくとも一部が、第１のプローブ及び第２のプローブによって（すなわち、ＦＳＷの第１のパスを実行し、ＦＳＷの第２のパスを実行することによって）ＦＳＷされる。一例では、第１の溶接領域及び第２の溶接領域は、第１の溶接領域及び／又は第２の溶接領域の体積で、１％から５０％の範囲、好ましくは５％から４０％の範囲、より好ましくは１０％から３０％の範囲の量だけ交差する。第１の溶接領域及び／又は第２の溶接領域の体積は、それぞれの撹拌ゾーン及び／又はＴＭＡＺの体積によって規定されることを理解されたい。
【0056】
換言すれば、ＦＳＷの第１のパス及びＦＳＷの第２のパスは、例えば、ツール（すなわち、プローブ）のぶつかりを回避するために小さい並進オフセットを伴う準同時様式、又は第１の領域と第２の領域との間に許容可能なレベルの非溶接及び／又は部分的に溶接された材料があるような同時様式のいずれかで行われる。
【0057】
一例では、第１の移動方向及び第２の移動方向は同じ方向である。すなわち、第１の移動方向及び第２の移動方向は、例えば、第１の入口孔と第１の出口孔との間、第２の入口孔と第２の出口孔との間、及び／又は第１の出口孔と第２の出口孔との間などの第１のライン及び／又は第２のラインに沿って同じ方向であるが、それにもかかわらず第１のライン及び第２のラインは弓形及び／又は線形であってもよい。一例では、第２の移動方向は、第１の移動方向と整列される。一例では、第２の移動方向は、３０°以内、好ましくは２０°以内、より好ましくは１０°以内で第１の移動方向と整列される。一例では、第２のラインは、第１のラインと平行又は実質的に平行である。すなわち、第２の移動方向は、第１の移動方向と良好に又は密接に整列されてもよい。一例では、第１の移動方向と第２の移動方向とは相互に整列している。
【0058】
一例では、本方法は、例えば、ＦＳＷの第１のパス及び／又はＦＳＷの第２のパスを実行している間に、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースにクランプ力を加えることを含む。このようにして、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の接触がより良好に維持され、及び／又は第１のワークピース及び第２のワークピースの配置の正確性及び／又は精度がより良好に保たれる。一例では、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースにクランプ力を加えることは、フレームなどの静的な（すなわち固定した）支持体を用いて第１のワークピース及び／又は第２のワークピースにクランプ力を加えることを含む。一例では、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースにクランプ力を加えることは、第１のワークピース及び／又は第２のワークピース上で転がるように配置されたローラなどの動的（すなわち移動）支持体を使用して第１のワークピース及び／又は第２のワークピースにクランプ力を加えることを含み、例えば、第１のツール及び／又は第２のツールに沿って第１の移動方向及び／又は同じ移動方向に、例えば同じ速度で移動する。このようにして、動的支持体は、例えばジョイント、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースの形状に従って、第１のツール及び／又は第２のツールと共に移動する。追加的に及び／又は代替的に、動的支持体は、そうでなければ同様のサイズの静的支持体を必要とするであろう、航空機翼などの長い溶接部のＦＳＷを可能にする。一例では、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースにクランプ力を加えることは、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースにかかるクランプ力を制御することを含む。このようにして、クランプ力の大きさ及び／又は方向は、ジョイントジオメトリ、第１のツール及び／もしくは第２のツールによって加えられる力、ならびに／又は第１のワークピース及び／もしくは第２のワークピースのサイズ及び／もしくは材料を考慮するように制御される。
【0059】
一例では、第１のワークピースは第１のフィレットを含み、ジョイントのＦＳＷの第１のパスを実行することは、第１のプローブを第１のフィレットに少なくとも部分的に挿入することを含む。
【0060】
一例では、第１の回転方向と第２の回転方向とは対向している。一例では、第１の回転方向及び第２の回転方向は同じ方向である。
【0061】
一例では、ＦＳＷの第２のパスを実行することは、第２のプローブを第１のワークピース内に、例えば第２の深さまで挿入して、結果として第２の入口孔をもたらすことと、第２のプローブを第２の移動方向に移動させて、それによって第２の溶接領域を提供することと、任意選択的に先に第２のプローブを部分的に引き出し、次いで第２のプローブを完全に引き出して、それによって結果として第２の出口孔をもたらすこととを含む。
【0062】
一例では、第１のライン及び第２のラインは、例えば予め定められた間隔だけ相互に離間され、それによって、第１の溶接領域及び第２の溶接領域は少なくとも部分的に重なる。
一例では、予め定められた間隔は、最大で第１の溶接領域の第１の幅、第２の溶接領域の第２の幅、及び／又は第１の幅と第２の幅との平均である。第１の溶接領域の幅、例えばＴＭＡＺの幅は、第１のライン及び／又はジョイントに対して横方向、例えば直交することを理解されたい。一例では、第１の溶接領域及び第２の溶接領域は、第１の溶接領域の第１の幅、第２の溶接領域の第２の幅、及び／又は第１の幅と第２の幅の平均の１０％から９０％の範囲、好ましくは２０％から８０％の範囲、より好ましくは３０％から７０％の範囲、最も好ましくは４０％から６０％の範囲の量だけ少なくとも部分的に重なり合う。換言すれば、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースの領域は、第１のプローブ及び第２のプローブによって溶接されてもよい。
一例では、予め定められた間隔は、最大で第１の溶接領域の第１の幅、第２の溶接領域の第２の幅、及び／又は第１の幅と第２の幅との平均である。第１の溶接領域の幅、例えばＴＭＡＺの幅は、第１のライン及び／又はジョイントに対して横方向、例えば直交することを理解されたい。一例では、第１の溶接領域及び第２の溶接領域は、第１の溶接領域の第１の幅、第２の溶接領域の第２の幅、及び／又は第１の幅と第２の幅の平均の１０％から９０％の範囲、好ましくは２０％から８０％の範囲、より好ましくは３０％から７０％の範囲、最も好ましくは４０％から６０％の範囲の量だけ少なくとも部分的に重なり合う。換言すれば、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースの領域は、第１のプローブ及び第２のプローブによって溶接されてもよい。
【0063】
一例では、第２のツールは第１のツールとは異なり、好ましくは、第１の回転方向及び第２の回転方向は相互に対向しており、好ましくは、第１の移動方向及び第２の移動方向は同じである。
【0064】
第１のツール及び第２のツールは、上述したように、固定ショルダを備える。一例では、第１のプローブは、直円筒形プローブ、ねじ付き円筒形プローブ、テーパ付き円筒形プローブ、正方形プローブ、三角形プローブ、whorlプローブ、MX trifluteプローブ、flared trifluteプローブ、A-skewプローブ、及び／又はre-stirプローブを含む、及び／又はそれらである。他のプローブも知られている。
【0065】
一例では、第１のツール、例えばその固定ショルダなどのそのショルダは、例えば面取り部もしくはベベルを有する面取りされた前縁、及び／又は丸みを帯びた後縁を備える。このようにして、第１のパスは、丸みを帯びたフィレット溶接を提供することができ、それによって、例えば、応力集中を低減する。より詳細には、面取りされた前縁は、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースの材料の体積を、面取りされたフィレットに鍛造し、面取りされたフィレットは、丸みを付けられた後縁によって、丸みを付けられたフィレットに平滑化される。代替として、第１のツールは、面取りされた前縁及び／又は面取りされた後縁を備えてもよい。材料の体積は、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースの第１のフィレットなどの縁部によって提供されてもよい。一例では、面取りされた前縁は、１５°から７５°の範囲、好ましくは３０°から６０°の範囲、より好ましくは４０°から５０°の範囲、例えば４５°の面取り角を有する。一例では、面取りされた前縁は、１ｍｍから５０ｍｍの範囲、好ましくは５ｍｍから３０ｍｍの範囲、より好ましくは１０ｍｍから２０ｍｍの範囲、例えば１５ｍｍの長さを有する。 一例では、丸みを帯びた後縁は、１ｍｍから５０ｍｍの範囲、好ましくは５ｍｍから３０ｍｍの範囲、より好ましくは１０ｍｍから２０ｍｍの範囲、例えば１５ ｍｍの半径を有する。第２のツールは、必要な変更を加えて、第１のツールに関して説明した通りであってもよい。
【0066】
一例では、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースは、アルミニウム合金、例えば２ＸＸＸ、５ＸＸＸ、６ＸＸＸ、７ＸＸＸ及び／又は８ＸＸＸアルミニウム合金、好ましくは２ＸＸＸ及び／又は７ＸＸＸアルミニウム合金、チタン合金、銅合金及び／又は鋼を含む。すなわち、第１のワークピース及び第２のワークピースは、類似又は非類似であってもよい。
【0067】
一例では、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースは、０.５ｍｍから２５ｍｍの範囲、好ましくは１.６ｍｍから２０ｍｍの範囲、より好ましくは２ｍｍから１５ｍｍの範囲の厚さを有する。 例えば、第１のワークピースは航空機の外板であってもよく、第２のワークピースはスパー又はリブであってもよい。
【0068】
製造の方法
第２の態様は、コンポーネント、好ましくは航空機コンポーネントを製造する方法を提供し、第１の態様による、第１のワークピースと第２のワークピースとの間のジョイント、例えばＴジョイント及び／又は重ねジョイントを摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、する方法を含む。
第２の態様は、コンポーネント、好ましくは航空機コンポーネントを製造する方法を提供し、第１の態様による、第１のワークピースと第２のワークピースとの間のジョイント、例えばＴジョイント及び／又は重ねジョイントを摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、する方法を含む。
【0069】
ＦＳＷ、ジョイント、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースは、第１の態様に関して説明した通りであってもよい。
【0070】
一例では、コンポーネントは、機体コンポーネント、例えば、胴体、翼、尾部、及び／又はそれらの一部である。
【0071】
摩擦撹拌接合ジョイント
第３の態様は、第１の態様の方法に従って提供される、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、ジョイント、例えばTジョイント及び／又は重ねジョイントを提供する。
第３の態様は、第１の態様の方法に従って提供される、第１のワークピースと第２のワークピースとの間の摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、ジョイント、例えばTジョイント及び／又は重ねジョイントを提供する。
【0072】
ＦＳＷ、ジョイント、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースは、第１の態様に関して説明した通りであってもよい。
【0073】
コンポーネント
第４の態様は、第３の態様による摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、ジョイントを含むコンポーネント、好ましくは航空機コンポーネントを提供する。
第４の態様は、第３の態様による摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、ジョイントを含むコンポーネント、好ましくは航空機コンポーネントを提供する。
【0074】
一例では、コンポーネントは、機体コンポーネント、例えば、胴体、翼、尾部、及び／又はそれらの一部である。
【0075】
摩擦撹拌接合のための装置
第５の態様は、第１のワークピースと第２のワークピースとの間のジョイント、好ましくはＴジョイントを摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、するための装置を提供し、装置は、
第１の回転方向に回転可能であり、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第１の深さまで少なくとも部分的に挿入可能であり、第１のラインを規定する第１の移動方向に移動可能であり、それに沿って移動することによってジョイントのＦＳＷの第１のパスを実行し、それによって第１の溶接領域を提供する第１のプローブを備える第１のツールと、
第１の回転方向に回転可能であり、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第２の深さまで少なくとも部分的に挿入可能であり、第２のラインを規定する第２の移動方向に移動可能であり、それに沿って移動することによってＦＳＷの第２のパスを実行し、それによって第２の溶接領域を提供する第２のプローブを備える第２のツールとを備え、
第１ツールと第２ツールとは、相互に対向しており、
装置は、ＦＳＷの第１のパスを実行することと、ＦＳＷの第２のパスを実行することとが少なくとも部分的に同時に行われるように構成されている。
第５の態様は、第１のワークピースと第２のワークピースとの間のジョイント、好ましくはＴジョイントを摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、するための装置を提供し、装置は、
第１の回転方向に回転可能であり、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第１の深さまで少なくとも部分的に挿入可能であり、第１のラインを規定する第１の移動方向に移動可能であり、それに沿って移動することによってジョイントのＦＳＷの第１のパスを実行し、それによって第１の溶接領域を提供する第１のプローブを備える第１のツールと、
第１の回転方向に回転可能であり、第１のワークピース及び／又は第２のワークピースに第２の深さまで少なくとも部分的に挿入可能であり、第２のラインを規定する第２の移動方向に移動可能であり、それに沿って移動することによってＦＳＷの第２のパスを実行し、それによって第２の溶接領域を提供する第２のプローブを備える第２のツールとを備え、
第１ツールと第２ツールとは、相互に対向しており、
装置は、ＦＳＷの第１のパスを実行することと、ＦＳＷの第２のパスを実行することとが少なくとも部分的に同時に行われるように構成されている。
【0076】
ＦＳＷ、ジョイント、第１のワークピース、第２のワークピース、第１のツール、第１のプローブ、第１の回転方向、第１の深さ、第１の移動方向、第１のライン、ＦＳＷの第１のパス、第１の溶接領域、第２のツール、第２のプローブ、第２の回転方向、第２の深さ、第２の移動方向、第２のライン、ＦＳＷの第２のパス、及び／又は第２の溶接領域は、第１態様に関して説明した通りであってもよい。
【0077】
摩擦撹拌接合ツール
第６の態様は、回転方向に回転可能なプローブを備える摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、ツールを提供し、ツールは、面取りされた前縁及び／又は丸みを帯びたもしくは面取りされた後縁を備える固定ショルダを備える。
第６の態様は、回転方向に回転可能なプローブを備える摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、ツールを提供し、ツールは、面取りされた前縁及び／又は丸みを帯びたもしくは面取りされた後縁を備える固定ショルダを備える。
【0078】
ＦＳＷツール、プローブ、回転方向、面取りされた前縁及び／又は丸みを帯びた後縁は、第１の態様に関して説明した通りであってもよい。
【0079】
定義
本明細書全体を通して、「備えている（comprising）」又は「備える（comprises）」という用語は、指定されたコンポーネントを含むが、他のコンポーネントの存在を排除しないことを意味する。「から本質的になっている（consisting essentially of）」又は「から本質的になる（consists essentially of）」という用語は、指定されたコンポーネントを含むが、不純物として存在する材料、コンポーネントを提供するために使用されるプロセスの結果として存在する不可避の材料、及び着色剤及びこれに類するもののような本発明の技術的効果を達成する以外の目的のために添加されるコンポーネントを除く他のコンポーネントを除外することを意味する。
本明細書全体を通して、「備えている（comprising）」又は「備える（comprises）」という用語は、指定されたコンポーネントを含むが、他のコンポーネントの存在を排除しないことを意味する。「から本質的になっている（consisting essentially of）」又は「から本質的になる（consists essentially of）」という用語は、指定されたコンポーネントを含むが、不純物として存在する材料、コンポーネントを提供するために使用されるプロセスの結果として存在する不可避の材料、及び着色剤及びこれに類するもののような本発明の技術的効果を達成する以外の目的のために添加されるコンポーネントを除く他のコンポーネントを除外することを意味する。
【0080】
「からなっている（consisting of）」又は「からなる（consists of）」という用語は、指定されたコンポーネントを含むが、他のコンポーネントを除外することを意味する。
【0081】
適切な場合はいつでも、文脈に応じて、用語「備える（comprises）」又は「備えている（comprising）」の使用は、「から本質的になる（consists essentially of）」又は「から本質的になっている（consisting essentially of）」という意味を含むと解釈されてもよく、「からなる（consists of）」または「からなっている（consisting of）」という意味を含むと解釈されてもよい。
【0082】
本明細書に記載される任意選択の特徴は、個別に、又は適切な場合には互いに組み合わせて、特に添付の特許請求の範囲に記載される組み合わせで使用することができる。本明細書に記載される本発明の各態様又は例示的な実施形態の任意選択の特徴は、適切な場合、本発明の他のすべての態様又は例示的な実施形態にも適用可能である。言い換えれば、本明細書を読んでいる当業者は、本発明の各態様又は例示的な実施形態についての任意選択の特徴を、異なる態様及び例示的な実施形態の間で交換可能及び組み合わせ可能であると考えるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0083】
本発明をより良く理解するために、及び、本発明の例示的な実施形態がどのように実行に移されるかを示すために、例として、添付の図への参照がなされる。
【発明を実施するための形態】
【0084】
【0085】
図１に示すように、ＦＳＷツールの反時計回りに回転するプローブは、ツールのショルダが第１及び第２のワークピースと接触するように、第１の深さまで、第１と第２のワークピース間との突合せジョイントに最初に挿入される（タッチダウン）。
【0086】
図２に示すように、ツールは、図示のようにツールの移動方向に移動しており、溶接ゾーンを提供する。溶接部の前進側は、図示のようにツールの移動方向とプローブの回転方向とが概ね同じ方向であるところである。溶接部の後退側は、ツールの移動方向とプローブの回転方向とが概ね反対方向である場所である。
【0087】
図３に示すように、ツールは停止部で引き抜かれ、結果として出口孔をもたらす。
【0088】
ＦＳＷに適したプローブは、（a）直円筒形プローブ、（b）ねじ付き円筒形プローブ、（c）テーパ付き円筒形プローブ、（d）正方形プローブ、（e）三角形プローブ、（f）whorl（登録商標）プローブ、（g）MX triflute（登録商標）プローブ、（h）flared triflute（登録商標）プローブ、（i）A-skew（登録商標）プローブ、及び（j）re-stir（登録商標）プローブを含む。
【0089】
図４は、ＦＳＷに対するジョイント構成：（a）スクエアバット、（b）エッジバット、（c）Ｔバットジョイント、（d）ラップジョイント、（e）マルチプルラップジョイント、（f）Tラップジョイント、及び（g）フィレットジョイントを概略的に描いている。
【0090】
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、例示的な実施形態による摩擦撹拌接合の方法を概略的に描いている。簡単に言えば、図５Ａは、ＦＳＷ前のジョイントＪのセットアップを示し、図５Ｂは、ＦＳＷ中のジョイントＪを示し、図５Ｃは、ＦＳＷ後のジョイントＪを示す。
【0091】
この方法は、ジョイントＪ、例えば第１のワークピースＷ１と第２のワークピースＷ２との間のＴジョイントＪを摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、するものである。方法は、第１のワークピースＷ１及び第２のワークピースＷ２を配置することと、第１の回転方向ＲＤ１に回転し、第１のワークピースＷ１及び／又は第２のワークピースＷ２に第１の深さＤ１まで挿入される第１のプローブ１００を備える第１のツール１０を、ジョイントＪの第１の側Ｓ１で、第１のラインＬ１（図示せず）を規定する第１の移動方向ＭＤ１（図示せず、例えばページに）に沿って移動させることによって、ジョイントＪのＦＳＷの第１のパスＰ１を実行し、それによって、第１の溶接領域ＷＲ１（図示せず）を提供することと、第２の回転方向ＲＤ２に回転し、第１のワークピースＷ１及び／又は第２のワークピースＷ２に第２の深さＤ２まで挿入される第２のプローブ２００を備える第２のツール２０を、ジョイントＪの第２の側Ｓ２で、第２のラインＬ２（図示せず）を規定する第２の移動方向ＭＤ２（図示せず、例えばページに）に沿って移動させることによって、ジョイントＪのＦＳＷの第２のパスＰ２を実行し、それによって第２の溶接領域ＷＲ２（図示せず）を提供することとを含み、第１のツール１０及び第２のツール２０は、相互に対向しており、ＦＳＷの第１のパスＰ１を実行することと、ＦＳＷの第２のパスＰ２を実行することとは同時に行われる。
【0092】
この例では、第１のワークピースＷ１は、外板内に、特にそこに形成された（ストリンガの下端に対応する）矩形スロット内に配置された（Ｔ字形断面プロファイルを有する）ストリンガであり、スロットは、そこから離れるように延びる斜めの縁部（すなわち、第１のフィレット及び第２のフィレット）を有する。一対の固定ショルダツール（すなわち、第１のツール１０及び第２のツール２０）は、ストリンガを両側から支持し、摩擦撹拌ツールピン（すなわち、第１のプローブ１００及び第２のプローブ２００）は、それぞれのツールショルダを通して外板の斜めの縁部に打ち込まれる。第１のプローブ１００及び第２のプローブ２００は、ぶつかりを回避するためにページ内に相互にオフセットされるが、支持ブロックは、局所的な支持を提供するために十分なリーチを有する。特に、ピンのぶつかりを回避するために、２つの対向するプローブが部分的に（ページの内外に）オフセットされているケースでは、ジョイントの一方の側のプローブは、他方の側のブロックによって「対向」され、したがって、ブロックは、この支持を提供するために十分な長さ（ページの内外）を有さなければならない。これは「リーチ」によって意味されるものである。
【0093】
この例では、ジョイントJはTジョイントである。
この例では、ＦＳＷ、例えばＦＳＷの第１のパスＰ１及び／又はＦＳＷの第２のパスＰ２の位置は平坦である。
この例では、ＦＳＷ、例えばＦＳＷの第１のパスＰ１及び／又はＦＳＷの第２のパスＰ２の位置は平坦である。
【0094】
この例では、方法は、第１のワークピースＷ１及び第２のワークピースＷ２を提供することを含む。この例では、第１のワークピースＷ１を提供することは、機械加工によって、その中に雄部材Ｍ（例えば、凸部）を含むことを含み、第２のワークピースＷ２を提供することは、機械加工によって、その中に、対応する雌部材Ｆ（例えば、溝又は切込み）を含むことを含む。この例では、第１のワークピースＷ１及び第２のワークピースＷ２を配置することは、雄部材Ｍを雌部材Ｆに受け入れることを含む。
【0095】
この例では、第１のワークピースＷ１は雄部材Ｍを含み、第２のワークピースＷ２は対応する雌部材Ｆを含み、第１のワークピースＷ１及び第２のワークピースＷ２を配置することは、雄部材Ｍを雌部材Ｆに受け入れることを含む。
【0096】
この例では、第１回転方向ＲＤ１は、第１ツール１０の上方から見て反時計回りである。この例では、第１の移動方向ＭＤ１は、第１の並進方向である。この例では、第１のラインＬ１は、線形である。この例では、第１のラインＬ１は、ジョイントＪと平行である。
【0097】
この例では、ＦＳＷの第１のパスＰ１を実行することは、第１のプローブ１００を第１の深さＤ１まで挿入し、結果として第１の入口孔ＥＮＨ１（図示せず）をもたらすことを含む。この例では、本方法は、第１の軸方向力Ｆ１を加えながら、第１のツール１０を第１の入口孔ＥＮＨ１から第１の出口孔ＥＸＨ１（図示せず）に向かって及び／又は第１の出口孔ＥＸＨ１まで第１の移動方向ＭＤ１に、例えば第１の速度で移動させることを含む。
【0098】
この例では、ＦＳＷの第１パスＰ１を実行することは、第１プローブ１００を少なくとも部分的に引き抜くことを含む。この例では、第１のプローブ１００を少なくとも部分的に引き抜くことは、徐々に、例えば距離及び／又は時間に応じて直線的に、第１のプローブ１００を少なくとも部分的に引き抜くことを含む。この例では、第１のプローブ１００を少なくとも部分的に引き抜くことは、第１の深さＤ１の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７５％、より好ましくは少なくとも９０％の量だけ第１のプローブ１００を引き抜くことを含む。この例では、第１プローブ１００を少なくとも部分的に引き抜くことは、第１ツール１０を第１移動方向ＭＤ１に移動させながら、第１プローブ１００を第１深さD１から引き抜くことを含む。この例では、ＦＳＷの第１のパスP１を実行することは、第１のプローブ１００を完全に引き抜くことを含み、それによって結果として第１の出口孔ＥＸＨ１がもたらされる。
【0099】
この例では、ＦＳＷの第１のパスＰ１を実行することは、第１のプローブ１００を第１のワークピースＷ１に、例えば第１の深さＤ１まで挿入して結果として第１の入口孔ＥＮＨ１をもたらすことと、第１のプローブ１００を第１の移動方向ＭＤ１に移動させて、それにより第１の入口孔ＥＮＨ１を「修復」することを含む第１の溶接領域ＷＲ１を提供することと、第１のプローブ１００を完全に引き抜き、それによって結果として第１の出口孔ＥＸＨ１をもたらすこととを含む。
【0100】
この例では、第２のラインＬ２は、ジョイントＪと平行である。この例では、第２のラインＬ２は、第１のラインＬ１と平行である。この例では、第１のラインＬ１と第２のラインＬ２とは、相互に離間している。
【0101】
この例では、第２の回転方向ＲＤ２は、第２ツール２０の上方から見て時計回りである。この例では、第２の移動方向ＭＤ２は、第２の並進方向である。この例では、第２のラインＬ２は、線形である。この例では、第１の回転方向ＲＤ１と第２の回転方向ＲＤ２とは同じ回転方向であり、例えば、いずれも反時計回りである。
【0102】
この例では、ＦＳＷの第２パスＰ２を実行することは、第２プローブ２００を第２深さＤ２まで挿入し、それによって第２溶接領域ＷＲ２を提供することを含む。この例では、第２の溶接領域は第２のラインＬ２の第１の距離に沿って延びる。この例では、第２のラインＬ２の第１の距離は、第１のラインＬ１の第１の距離に完全に沿って延びる。
【0103】
この例では、第２のプローブ２００を第２の深さＤ２まで挿入することは、結果として第２の入口孔ＥＮＨ２をもたらす。この例では、本方法は、第２の軸方向力Ｆ２を加えながら、第２のツール２０を第２の入口孔ＥＮＨ２から第２の出口孔ＥＸＨ２に向かって、及び／又は第２の出口孔ＥＸＨ２まで第２の移動方向ＭＤ２に、例えば第２の速度で移動させることを含む。この例では、第２の速度は第１の速度に等しい。
【0104】
この例では、ＦＳＷの第２のパスP２を実行することは、任意選択で、第２のプローブ２００を少なくとも部分的に引き抜くことを含む。この例では、第２のプローブ２００を少なくとも部分的に引き抜くことは、徐々に、例えば距離及び／又は時間に応じて直線的に、第２のプローブ２００を少なくとも部分的に引き抜くことを含む。この例では、第２のプローブ２００を少なくとも部分的に引き抜くことは、第２の深さＤ２の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７５％、より好ましくは少なくとも９０％の量だけ第２のプローブ２００を引き抜くことを含む。この例では、第２のプローブ２００を少なくとも部分的に引き抜くことは、第２のツール２０を第２の移動方向ＭＤ２に移動させながら第２のプローブ２００を第２の深さＤ２から引き抜くことを含む。
【0105】
この例では、第１の深さＤ１及び第２の深さＤ２は類似しており、例えば同じである。
【0106】
この例では、ＦＳＷの第２のパスＰ２を実行することは、第２のプローブ２００を完全に引き抜くことを含み、それによって結果として第２の出口孔ＥＸＨ２がもたらされる。
【0107】
この例では、第１プローブ１００及び第２プローブ２００は、それぞれ第１移動方向ＭＤ１及び第２移動方向ＭＤ２に相互にオフセットされている。この例では、第１のプローブ１００及び第２のプローブ２００は、第１のプローブ１００と第２のプローブ２００との衝突又は干渉を回避するように、例えば、ジョイントJ、第１のライン及び／若しくは第２のラインに沿ったオフセット又は変位によって、相互にオフセットされている。この例では、オフセットは１ｍｍから５０ｍｍの範囲内である。
【0108】
この例では、ＦＳＷの第１のパスＰ１の実行及びＦＳＷの第２パスＰ２の実行は同時であり、例えば、第１のプローブ１００及び第２プローブ２００は、第１のプローブ１００及び第２のプローブ２００の衝突又は干渉を回避するように、それぞれ第１の移動方向ＭＤ１及び第２の移動方向ＭＤ２において相互にオフセットされる。
【0109】
この例では、第１の溶接領域ＷＲ１と第２の溶接領域ＷＲ２とが交差している。この例では、第１の溶接領域ＷＲ１と第２の溶接領域ＷＲ２とは、１％から５０％の範囲の量だけ交差している。
【0110】
この例では、第１の移動方向ＭＤ１と第２の移動方向ＭＤ２とは同じ方向である。この例では、第１の移動方向ＭＤ１と第２の移動方向ＭＤ２とは、相互に整列している。
【0111】
この例では、第１のワークピースＷ１は第１のフィレットを含み、ジョイントＪのＦＳＷの第１のパスＰ１を実行することは、第１のプローブ１００を第１のフィレットに挿入することを含む。
【0112】
この例では、ＦＳＷの第２のパスＰ２を実行することは、第２のプローブ２００を第１のワークピースＷ１に、例えば第２の深さＤ２まで挿入して、結果として第２の入口孔ＥＮＨ２をもたらすことと、第２のプローブ２００を第２の移動方向ＭＤ２に移動させて、それによって第２の溶接領域ＷＲ２を提供することと、任意選択的に先に第２のプローブ２００を部分的に引き抜き、次いで第２のプローブ２００を完全に引き抜き、それによって結果として第２の出口孔ＥＸＨ２をもたらすこととを含む。
【0113】
この例では、第１のラインＬ１と第２のラインＬ２とは、例えば予め定められた間隔だけ相互に離間しており、これにより、第１の溶接領域ＷＲ１と第２の溶接領域ＷＲ２とは、少なくとも部分的に重なっている。この例では、予め定められた間隔は、最大で第１の溶接領域ＷＲ１の第１の幅、第２の溶接領域ＷＲ２の第２の幅、及び／又は第１の幅と第２の幅との平均である。この例では、第１の溶接領域ＷＲ１と第２の溶接領域ＷＲ２とは、第１の溶接領域ＷＲ１の第１の幅、第２の溶接領域ＷＲ２の第２の幅、及び／又は第１の幅と第２の幅との平均の１０％から９０％の範囲の量だけ少なくとも部分的に重なる。
【0114】
この例では、第１のツール１０及び第２のツール２０は、第１のワークピースＷ１及び第２のワークピースＷ２に対して角度が付けられており、角度は約４５°である。この例では、第１ツール１０及び第２ツール２０は、第１ワークピースＷ１と第２ワークピースＷ２との間の角度を二等分する。
【0115】
この例では、方法は、例えば、ＦＳＷの第１のパス及び／又はＦＳＷの第２のパスを実行している間に、第１のワークピースＷ１及び／又は第２のワークピースＷ２にクランプ力Ｆ３を加えることを含む。この例では、クランプ力Ｆ３を第１のワークピースＷ１及び／又は第２のワークピースＷ２に加えることは、例えば、第１の移動方向ＭＤ１及び／又は第１のツール１０及び／又は第２のツール２０に沿った同じ移動方向に、例えば同じ速度で移動する、第１のワークピースＷ１上で転がるように配置されたローラなどの動的（すなわち移動）支持体を使用して、第１のワークピースＷ１及び／又は第２のワークピースＷ２にクランプ力Ｆ３を加えることを含む。
【0116】
この例では、第１のツール１０及び／又は第２のツール２０は、上述したような、固定ショルダを備える。この例では、第１のプローブ１００は、直円筒形プローブ、ねじ付き円筒形プローブ、テーパ付き円筒形プローブ、正方形プローブ、三角形プローブ、whorlプローブ、MX trifluteプローブ、flared trifluteプローブ、A-skewプローブ、及び／又はre-stirプローブを含む、及び／又はそれらである。他のプローブも知られている。
【0117】
この例では、第１のワークピースＷ１及び第２のワークピースＷ２は、２ＸＸＸアルミニウム合金を含む。
【0118】
この例では、第１のワークピースＷ１及び／又は第２のワークピースＷ２は、０.５ｍｍから２５ｍｍの範囲、好ましくは１.６ｍｍから２０ｍｍの範囲、より好ましくは２ｍｍから１５ｍｍの範囲の厚さを有する。この例では、第１のワークピースＷ１は航空機の外板であり、第２のワークピースＷ２はスパー又はリブである。
【0119】
【0120】
装置は、第１のワークピースＷ１と第２のワークピースＷ２との間のジョイントＪ、好ましくはＴジョイントＪを摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、するためのものであり、装置は、
第１のツール１０であって、第１の回転方向ＲＤ１に回転可能であり、第１のワークピースＷ１及び／又は第２のワークピースＷ２に第１の深さＤ１まで少なくとも部分的に挿入可能であり、第１のラインＬ１を規定する第１の移動方向ＭＤ１に移動可能であり、それに沿って移動することによってジョイントＪのＦＳＷの第１のパスＰ１を実行し、それによって第１の溶接領域ＷＲ１を提供する、第１のプローブ１００を備える、第１のツール１０と、
第２のツール２０であって、第１の回転方向ＲＤ１に回転可能であり、第１のワークピースＷ１及び／又は第２のワークピースＷ２に第２の深さＤ２まで少なくとも部分的に挿入可能であり、第２のラインＬ２を規定する第２の移動方向ＭＤ２に移動可能であり、それに沿って移動することによってＦＳＷの第２のパスＰ２を実行し、それによって第２の溶接領域ＷＲ２を提供する、第２のプローブ２００を備える、第２のツール２０とを備え、
第１ツール１０と第２ツール２０とは相互に対向しており、
装置は、ＦＳＷの第１のパスＰ１を実行することと、ＦＳＷの第２のパスＰ２を実行することとが少なくとも部分的に同時に行われるように構成されている。
第１のツール１０であって、第１の回転方向ＲＤ１に回転可能であり、第１のワークピースＷ１及び／又は第２のワークピースＷ２に第１の深さＤ１まで少なくとも部分的に挿入可能であり、第１のラインＬ１を規定する第１の移動方向ＭＤ１に移動可能であり、それに沿って移動することによってジョイントＪのＦＳＷの第１のパスＰ１を実行し、それによって第１の溶接領域ＷＲ１を提供する、第１のプローブ１００を備える、第１のツール１０と、
第２のツール２０であって、第１の回転方向ＲＤ１に回転可能であり、第１のワークピースＷ１及び／又は第２のワークピースＷ２に第２の深さＤ２まで少なくとも部分的に挿入可能であり、第２のラインＬ２を規定する第２の移動方向ＭＤ２に移動可能であり、それに沿って移動することによってＦＳＷの第２のパスＰ２を実行し、それによって第２の溶接領域ＷＲ２を提供する、第２のプローブ２００を備える、第２のツール２０とを備え、
第１ツール１０と第２ツール２０とは相互に対向しており、
装置は、ＦＳＷの第１のパスＰ１を実行することと、ＦＳＷの第２のパスＰ２を実行することとが少なくとも部分的に同時に行われるように構成されている。
【0121】
図６は、例示的な実施形態によるツール、例えば第１のツール１０及び／又は第２のツール２０を概略的に描いている。
【0122】
この例では、ツール１０は、固定ショルダ１１を備える。
【0123】
この例では、固定ショルダ１１は、面取りされた前縁１１０と丸みを帯びた後縁１２０とを備える。
この例では、面取りされた前縁１１０は、４５°の面取り角度を有する。
この例では、面取りされた前縁１１０は、１５ｍｍ×１５ｍｍの長さを有する。この例では、丸みを帯びた後縁１２０は、１５ｍｍの半径を有する。
この例では、面取りされた前縁１１０は、４５°の面取り角度を有する。
この例では、面取りされた前縁１１０は、１５ｍｍ×１５ｍｍの長さを有する。この例では、丸みを帯びた後縁１２０は、１５ｍｍの半径を有する。
【0124】
いくつかの好ましい実施形態が示され、説明されているが、さまざまな変更や修正が、添付の特許請求の範囲において規定されるような本発明の範囲から逸脱することなくなされてもよいことが、当業者によって認識される。
【0125】
本願に関連した本明細書と同時に、又は、それ以前に提出された、本明細書とともに公衆の閲覧に公開されるすべての文献や文書に注意が向けられ、そのような文献や文書のすべての内容が、参照によって本明細書に組み込まれている。
【0126】
本明細書（任意の添付の特許請求の範囲、及び、図面を含む）に開示された特徴のすべて、及び／又は、このように開示されたすべての方法又はプロセスのステップのすべては、そのような特徴及び／又はステップのうちの少なくともいくつかが相互に排他的である組み合わせを除き、任意の組み合わせで組み合わされてよい。
【0127】
本明細書（任意の添付の特許請求の範囲、及び、図面を含む）に開示された各特徴は、そうではないと明示的に述べられない限り、同じ、均等な、又は、類似する目的に役立つ代替の特徴によって置き換えられてもよい。したがって、そうではないと明示的に述べられない限り、開示された各特徴は、均等物又は類似した特徴からなる共通の一連のもの１つの例にすぎない。
【0128】
本発明は、前述の実施形態の細部に制限されない。本発明は、本明細書（任意の添付の特許請求の範囲、及び、図面を含む）に開示された特徴の、任意の新規の１つ、もしくは、任意の新規の組み合わせに及び、または、このように開示された任意の方法もしくはプロセスのステップの任意の新規の１つ、又は、任意の新規の組み合わせに及ぶ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4(a)】
【図4(b)】
【図4(c)】
【図4(d)】
【図4(e)】
【図4(f)】
【図4(g)】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【国際調査報告】