▶ ビ−エイイ− システムズ パブリック リミテッド カンパニ−の特許一覧
(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 2022542934
(86)(22)【出願日】2021-01-13
(85)【翻訳文提出日】2022-08-04
(86)【国際出願番号】 GB2021050069
(87)【国際公開番号】W WO2021144564
(87)【国際公開日】2021-07-22
(31)【優先権主張番号】2000512.0
(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】20275006.3
(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】マーティン、ジョナサン・ピーター
【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】
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ジョイント及び／又はラップジョイントの摩擦攪拌接合、ＦＳＷ、の方法が記載される。
方法は、第１の回転方向ＲＤ１に回転する第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を画定する第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を実行することであって、第１のプローブ１００を第１の深さＤ１まで挿入し、それによって第１の溶接領域ＷＲ１を提供することと、第１のプローブ１００を部分的に引き抜き、それによって第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域ＰＷＵＲ１を提供することと、第１のプローブ１００を完全に引き抜き、それによって第１の出口孔ＥＸＨ１をもたらすこととを含む、実行することと、第２の回転方向ＲＤ２に回転する第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１の側Ｓ１で、第２のラインＬ２を画定する第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を実行することであって、第２のプローブ２００を第２の深さまＤ２で挿入し、それによって第２の溶接領域ＷＲ２を提供することと、第２のプローブ２００を完全に引き抜き、それによって第２の出口孔ＥＸＨ２をもたらすこととを含む、実行することとを含み、第２の溶接領域ＷＲ２は、第１の出口孔ＥＸＨ１を含み、第２の出口孔ＥＸＨ２は、第１の溶接領域ＷＲ１に含まれる。
【選択図】図５Ｂ
方法は、第１の回転方向ＲＤ１に回転する第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を画定する第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を実行することであって、第１のプローブ１００を第１の深さＤ１まで挿入し、それによって第１の溶接領域ＷＲ１を提供することと、第１のプローブ１００を部分的に引き抜き、それによって第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域ＰＷＵＲ１を提供することと、第１のプローブ１００を完全に引き抜き、それによって第１の出口孔ＥＸＨ１をもたらすこととを含む、実行することと、第２の回転方向ＲＤ２に回転する第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１の側Ｓ１で、第２のラインＬ２を画定する第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を実行することであって、第２のプローブ２００を第２の深さまＤ２で挿入し、それによって第２の溶接領域ＷＲ２を提供することと、第２のプローブ２００を完全に引き抜き、それによって第２の出口孔ＥＸＨ２をもたらすこととを含む、実行することとを含み、第２の溶接領域ＷＲ２は、第１の出口孔ＥＸＨ１を含み、第２の出口孔ＥＸＨ２は、第１の溶接領域ＷＲ１に含まれる。
【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ジョイントの摩擦撹拌溶接、ＦＳＷ、の方法であって、第１の回転方向に回転する第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のラインを画定する第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のパスを実行することであって、前記第１のプローブを第１の深さまで挿入し、それによって第１の溶接領域を提供することと、前記第１のプローブを部分的に引き抜き、それによって第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域を提供することと、前記第１のプローブを完全に引き抜き、それによって第１の出口孔をもたらすこととを含む、実行することと、
第２の回転方向に回転する第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１の側で、第２のラインを画定する第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のパスを実行することであって、前記第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と、前記第２のプローブを完全に引き抜き、それによって第２の出口孔をもたらすこととを含む、実行することとを含み、
前記第２の溶接領域は、前記第１の出口孔を含み、
前記第２の出口孔は、前記第１の溶接領域に含まれ、
前記第１のプローブを部分的に引き抜くことは、前記第１のツールを前記第１の移動方向に移動させながら、前記第１のプローブを前記第１の深さから引き抜くことを含み、
前記第２のプローブを前記第２の深さまで挿入することは、前記第２のプローブを前記第１の出口孔の近位に及び／又は前記第１の出口孔の中に挿入することを含み、
前記第２の溶接領域は、前記第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域を含む、方法。
【請求項2】
前記第１のプローブを部分的に引き抜くことは、前記第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％の量だけ前記第１のプローブを引き抜くことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１のプローブを部分的に引き抜くことは、距離及び／又は時間に応じて、直線的に、前記第１のプローブを部分的に引き抜くことを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記ジョイントは、Ｔジョイント又はラップジョイントである、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２のツールを前記第２の移動方向に移動させながら、前記第２の深さから前記第２のプローブを引き抜くことを含む、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の溶接領域は、前記第２の溶接領域に含まれる、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２の移動方向は前記第１の移動方向と対向する、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２のラインは、前記第１のラインと少なくとも部分的に一致する、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
前記第１のツール及び／又は前記第２のツールは、回転ショルダ又は固定ショルダを備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
前記第２のツールは前記第１のツールである、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ジョイントの摩擦撹拌溶接、ＦＳＷ、の方法を含む、方法。
【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、並びに／又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、出口孔による影響を低減する摩擦攪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、より均質な摩擦撹拌接合を提供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、改善された摩擦攪拌接合を提供するジョイントを摩擦攪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の回転方向に回転する第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のラインを画定する第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であって、第１のプローブを第１の深さまで挿入し、それによって第１の溶接領域を提供することと、第１のプローブを部分的に引き抜き、それによって第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域を提供することと、第１のプローブを完全に引き抜き、それによって第１の出口孔をもたらすことととを含む、実行することと、
第２の回転方向に回転する第２のプローブを備える第２のツールを、ジョイントの第１の側において、第２のラインを画定する第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であって、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と、プローブを完全に引き抜き、それによって第２の出口孔をもたらすこととを含む、実行することとを含み、
第２の溶接領域は、第１の出口孔を含み、
第２の出口孔は、第１の溶接領域に含まれ、
第１のプローブを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み、
第２のプローブを第２の深さまで挿入することは、第２のプローブを第１の出口孔の近位に及び／又は第１の出口孔の中に挿入することを含み、
第２の溶接領域は、第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域を含む。
第１の回転方向に回転する第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のラインを画定する第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であって、第１のプローブを第１の深さまで挿入し、それによって第１の溶接領域を提供することと、第１のプローブを部分的に引き抜き、それによって第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域を提供することと、第１のプローブを完全に引き抜き、それによって第１の出口孔をもたらすことととを含む、実行することと、
第２の回転方向に回転する第２のプローブを備える第２のツールを、ジョイントの第１の側において、第２のラインを画定する第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であって、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と、プローブを完全に引き抜き、それによって第２の出口孔をもたらすこととを含む、実行することとを含み、
第２の溶接領域は、第１の出口孔を含み、
第２の出口孔は、第１の溶接領域に含まれ、
第１のプローブを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み、
第２のプローブを第２の深さまで挿入することは、第２のプローブを第１の出口孔の近位に及び／又は第１の出口孔の中に挿入することを含み、
第２の溶接領域は、第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域を含む。
【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／又はラップジョイントを摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、する方法を含む。
【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、されたジョイント、例えばＴジョイント及び／又はラップ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、された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、例えばＴジョイント及び／又はラップ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の深さまで挿入可能であり、そこから引く抜くことが可能であり、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、第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域、並びに第１の出口孔を提供する、第１のプローブを備える第１のツールと、
第２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の深さまで挿入可能であり、そこから引き抜くことが可能であり、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の溶接領域及び第２の出口孔を提供する、第２のプローブを備える第２のツールとを含み、
第２の溶接領域は、前記第１の出口孔を含み、
第２の出口孔は、前記第１の溶接領域に含まれる。
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の深さまで挿入可能であり、そこから引く抜くことが可能であり、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、第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域、並びに第１の出口孔を提供する、第１のプローブを備える第１のツールと、
第２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の深さまで挿入可能であり、そこから引き抜くことが可能であり、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の溶接領域及び第２の出口孔を提供する、第２のプローブを備える第２のツールとを含み、
第２の溶接領域は、前記第１の出口孔を含み、
第２の出口孔は、前記第１の溶接領域に含まれる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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攪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、摩擦攪拌接合ジョイント、コンポーネント、及びジョイントを摩擦攪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、従属の請求項、及び、以下の説明から明らかになる。
【0013】
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ジョイント、例えばＴジョイント及び／又はラップ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の回転方向に回転する第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のラインを画定する第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であって、第１のプローブを第１の深さまで挿入し、それによって第１の溶接領域を提供することと、第１のプローブを部分的に引き抜き、それによって第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域を提供することと、第１のプローブを完全に引き抜き、それによって第１の出口孔をもたらすこととを含む、実行することと、
第２の回転方向に回転する第２のプローブを備える第２のツールを、ジョイントの第１の側で、第２のラインを画定する第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であって、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と、任意選択で、第２のプローブを部分的に引き抜くことと、第２のプローブを完全に引き抜き、それによって第２の出口孔をもたらすこととを含む、実行することとを含み、
第２の溶接領域は、第１の出口孔を含み、
第２の出口孔は、第１溶接領域に含まれ、
第１のプローブを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み、
第２のプローブを第２の深さまで挿入することは、第２のプローブを第１の出口孔の近位に及び／又は第１の出口孔の中に挿入することを含み、
第２の溶接領域は、第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域を含む。
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ジョイント、例えばＴジョイント及び／又はラップ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の回転方向に回転する第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のラインを画定する第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であって、第１のプローブを第１の深さまで挿入し、それによって第１の溶接領域を提供することと、第１のプローブを部分的に引き抜き、それによって第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域を提供することと、第１のプローブを完全に引き抜き、それによって第１の出口孔をもたらすこととを含む、実行することと、
第２の回転方向に回転する第２のプローブを備える第２のツールを、ジョイントの第１の側で、第２のラインを画定する第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であって、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と、任意選択で、第２のプローブを部分的に引き抜くことと、第２のプローブを完全に引き抜き、それによって第２の出口孔をもたらすこととを含む、実行することとを含み、
第２の溶接領域は、第１の出口孔を含み、
第２の出口孔は、第１溶接領域に含まれ、
第１のプローブを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み、
第２のプローブを第２の深さまで挿入することは、第２のプローブを第１の出口孔の近位に及び／又は第１の出口孔の中に挿入することを含み、
第２の溶接領域は、第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域を含む。
【0014】
このようにして、ＦＳＷの第２のパスに関係する第２の溶接領域が第１の出口孔を含むので、ジョイントのＦＳＷの第１のパスに関係する第１の出口孔による悪影響が低減及び／又は排除される。
さらに、ＦＳＷの第２のパスに関係付けられた第２の出口孔が、ＦＳＷの第１のパスに関係付けられた第１の溶接領域に含まれるので、第２の出口孔による悪影響が低減及び／又は排除される。
さらに、ＦＳＷの第２のパスに関係付けられた第２の出口孔が、ＦＳＷの第１のパスに関係付けられた第１の溶接領域に含まれるので、第２の出口孔による悪影響が低減及び／又は排除される。
【0015】
言い換えれば、第１の態様による方法は、プローブの貫通深さが、スパー又はリブなどの下にある下部構造（すなわち、第２のワークピース）に外板を溶接するのに十分であるように、攪拌ツール（すなわち、第１のツール）で外板（すなわち、第１のワークピース）を穿孔することによる「ステーク」摩擦攪拌接合を含む。ＦＳＷに関して通常であるように、この方法は、含まれる力がワークピースの許容できない変形を引き起こさないように、サブ構造及び関係するツーリングのための適切な支持を必要とする。一般に、ステーク摩擦撹拌接合は、溶接部が初期入口点（すなわち、入口孔）から離れて進行するにつれて「自己回復」する入口孔（すなわち、ＦＳＷの第１のパス及びＦＳＷの第２のパスにそれぞれ関係付けられた第１の入口孔又は第２の入口孔）をもたらす。しかしながら、従来、溶接が終了する場所には、通常、溶接プローブ「ピン」（すなわち、第１のプローブ又は第２のプローブ）の形状及び／又はサイズに対応する出口孔（すなわち、第１の出口孔又は第２の出口孔）が存在する。第１の態様による方法は、第１の溶接（すなわち、ＦＳＷの第１のパス）を一方向（すなわち、第１の移動方向）に行い、出口孔（すなわち、第１の出口孔）が外板（すなわち、第１のワークピース）の外側の余剰「ランディング」内に収まるように十分小さくなるように、溶接プローブピン（すなわち、第１のプローブ）を漸進的に引き抜くことによって、貫通の深さを例えば徐々に減少させることによって、出口孔の問題を軽減する。このランディング厚さは、典型的には例えば約１ｍｍであってもよい。ピン（すなわち、第１のプローブ）を徐々に引き抜いた結果として、全深さ溶接（すなわち、第１の深さ）から低減された深さのステーク溶接への移行は、通常、界面（すなわち、第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域）に溶接が存在しないことをもたらし、改善策を必要とする。改善策は、良好な溶接部（すなわち、第２の溶接領域）を達成するために、第１の溶接部（すなわち、ＦＳＷの第１のパス）から最初の出口孔（すなわち、第１の出口孔）の近位及び／又は位置で第２の溶接部（すなわち、第２の入口孔）の穿孔を開始し、全深さ（すなわち、第２の深さ）で反対方向（すなわち、第２の移動方向）に再溶接することによって、未貫通の溶接部のこの部分（すなわち、第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域）を再溶接することである。第１の溶接部（すなわち、ＦＳＷの第１のパス）からトレース出口孔（すなわち、第１の出口孔）への再穿孔は、自己修復入口孔を達成する様式で従来通りに行われることができる。例えば、溶接ピンが徐々に引き抜かれる通路全体（すなわち、第１の部分的に溶接された領域及び／又は溶接されていない領域）をカバーする、所望の長さの全深さの溶接が達成されると、次いで、溶接ピン（すなわち、第２のプローブ）は、任意選択的に、最終出口位置（すなわち、第２の出口孔）が依然として第１の良好な溶接部（すなわち、第１の溶接領域）の軌道内にあるように徐々に引き抜かれる。任意選択で第２のプローブを部分的に引き抜くことによって、ＦＳＷの第２のパスの外部ランディングを機械加工して、第２の溶接パス（すなわち、ＦＳＷの第２のパス）から副出口孔（すなわち、第２の出口孔）のすべての痕跡を除去することができる。プロセスは、以下に説明されるように、「回転ショルダ」又は「固定ショルダ」摩擦溶接ツールのいずれかを使用することができる。固定ショルダツールの場合、余剰ランディングの厚さは、溶接ツールプローブピンが引き抜かれる移行段階中に第２の出口孔を充填するのに十分な量の余剰材料があることを確実にするために、より大きくする必要がある。第１の態様による方法は、溶接の有効性を損なうことなく、ステーク溶接（すなわち、ＦＳＷ溶接）において完全に修復された一連の出口孔を達成する手段を提供する。
【0016】
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。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ジョイントライン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。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ジョイントラインに沿って前方に移動される。
【0017】
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昇温によって発生する熱と共に、撹拌された材料を溶融する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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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貫通する回転ピンを備え、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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
力
溶接中、複数の力がツールに作用する：
１.ツールに対する軸方向の力は、ツール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。
溶接中、複数の力がツールに作用する：
１.ツールに対する軸方向の力は、ツール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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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）並びに／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。
【0030】
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ジョイント及び／又はラップ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。
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ジョイント及び／又はラップ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。
【0031】
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、スクエアバットジョイント、エッジバットジョイント、Ｔバットジョイント、ラップジョイント、マルチプルラップジョイント、Ｔラップジョイント、又はフィレットジョイント、例えばＴジョイント及び／又はラップジョイント、マルチプルラップジョイント及び／又はＴラップジョイントを含む、及び／又はそれらである。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。
【0032】
この方法は、第１の回転方向に回転する第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のラインを画定する第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つのプレート間のラップジョイントの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、ラップジョイント又はマルチプルラップジョイントは、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ラップジョイントは、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。
【0033】
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する。
【0034】
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、それによって第１の溶接領域を提供することを含む。第１のプローブを挿入することは、結果として第１の入口孔をもたらす一方で、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。
【0035】
一例では、第１のプローブを第１の深さまで挿入することは、第１の入口孔をもたらす。一例では、本方法は、第１のツールを第１の入口孔から第１の出口孔に向かって及び／又は第１の出口孔まで第１の移動方向に、例えば第１の速度で移動させることを含む。
【0036】
ＦＳＷの第１のパスを実行することは、第１のプローブを部分的に引き抜き、それによって第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域を提供することを含む。第１のプローブは、第１のツールを第１の移動方向に移動させながら引き抜かれることを理解されたい。第１のプローブは、第１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の比較的より近位）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１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、第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域が代わりに提供される。一例では、第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域は、第１のラインの第２の距離に沿って延在する。
【0037】
一例では、第１のプローブを部分的に引き抜くことは、第１のプローブを徐々に、例えば距離及び／又は時間に応じて直線的に、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。
【0038】
一例では、第１のプローブを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。
【0039】
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くことを含み、それによって結果として第１の出口孔がもたらされる。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。
【0040】
すなわち、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、先に第１のプローブを部分的に引き抜き、それによって、第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域を提供することと、完全に第１のプローブを引き抜き、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。
【0041】
この方法は、第２の回転方向に回転する第２のプローブを備える第２のツールを、ジョイントの第１の側で第２のラインを画定する第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、例えば、いかなる他の介在パスも伴わずに、ＦＳＷの第１のパスに後続する（すなわち、後である）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する。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のラインと一致する。
【0042】
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、相互に対向しており、例えば、一方は時計回りであり、他方は反時計回りである。同じ回転方向を使用することは、ＦＳＷをコールドラップ不良（ＣＬＤ）の影響を受けやすくするかもしれない。しかしながら、第２の移動方向が、例えば、第１の移動方向と反対である場合、同じ回転方向を使用することは、コールドラップ不良に対する感受性を軽減できる。
【0043】
ＦＳＷの第２のパスを行うことは、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、第２の入口孔をもたらす一方で、第２のツールが第２の移動方向に移動されると、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の長さに沿って延びる。一例では、第２のラインの第１の長さは、第１のラインの第２の長さに沿って、完全に沿って、及び／又はそれを超えて延びる。
【0044】
一例では、第２のプローブを第２の深さまで挿入することは、第２の入口孔をもたらす。一例では、本方法は、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の出口孔まで第２の移動方向に、例えば第２の速度で第２のツールを移動させることを含む。
【0045】
一例では、第２のプローブを第２の深さまで挿入することは、第２のプローブを第１の出口孔の近位に、及び／又はその中に挿入することを含む。すなわち、第２の入口孔は、第１の出口孔が第１の深さ及び／又は第２の深さと比較して比較的浅い深さを有するにもかかわらず、第１の出口孔と一致及び／又は実質的に一致してもよい。
【0046】
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、第２の部分的及び／又は溶接されていない領域が代わりに提供される。
【0047】
一例では、第２のプローブを部分的に引き抜くことは、第２のプローブを徐々に、例えば距離及び／又は時間に応じて直線的に、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。
【0048】
一例において、第２のプローブを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。
【0049】
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。
【0050】
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くことを含み、それによって結果として第２の出口孔がもたらされる。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。
【0051】
第２の移動方向は、第１の移動方向と反対である。すなわち、第１の移動方向及び第２の移動方向は、第１のライン及び第２のラインが弓形及び／又は直線状であるかもしれないにもかかわらず、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、第１のライン及び／又は第２のラインに沿って相互に対向している。一例では、第２の移動方向は、第１の移動方向と正反対である。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の移動方向と対向している。一例では、第２のラインは、第１のラインと少なくとも部分的に一致し、好ましくは完全に一致する。
【0052】
第２の溶接領域は、第１の出口孔を含む。すなわち、第１の出口孔は、ＦＳＷの第２のパスによって「修復」され、低減され、及び／又は除去される。
【0053】
すなわち、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のワークピースに、例えば、第２の深さまで挿入し、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、それによって、第２の入口孔と第１の出口孔を「修復すること」を含む第２の溶接領域を提供することと、先に任意選択的に第２のプローブを部分的に引き抜き、その後、第２のプローブを完全に引き抜き、それによって、例えば第１の溶接領域に第２の出口孔をもたらすこととを含む。
【0054】
換言すれば、第２の溶接領域及び第１の溶接領域は、第１の出口孔がＦＳＷの第２のパスによって「修復」されて、第２の溶接領域を提供するように、少なくとも部分的に重なり合う。
【0055】
一例では、第１の溶接領域は、第２の溶接領域に含まれる。例えば、第２の溶接領域は、第１の溶接領域と重なり合ってもよく、例えば完全に重なり合ってもよい。一例では、第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域は、第２の溶接領域に含まれる。例えば、第２の溶接領域は、部分的及び／又は非溶接領域と重なり合ってもよく、例えば完全に重なり合ってもよい。このようにして、第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域が溶接される。
【0056】
一例では、第１のツール及び／又は第２のツールは、上述したように、回転ショルダ又は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。
【0057】
一例では、第２のツールは第１のツールである。すなわち、第１ツールと第２ツールとは、同じツールである。このようにして、第１のツールは第１の移動方向に移動され、続いて第２の移動方向に移動される。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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／又はラップ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／又はラップジョイントを摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、する方法を含む。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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、されたジョイント、例えばＴジョイント及び／又はラップ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、されたジョイント、例えばＴジョイント及び／又はラップジョイントを提供する。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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の深さまで挿入可能であり、そこから引き出すことが可能であり、第１のラインを画定する第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、第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域、並びに第１の出口孔を提供する、第１のプローブを備える第１のツールと、
第２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、そこから引き抜くことが可能であり、第２のラインを画定する第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の溶接領域及び第２の出口孔を提供する、第２のプローブを備える第２のツールとを含み、
第２溶接領域は、前記第１出口孔を含み、
第２の出口孔は、前記第１の溶接領域に含まれる。
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の深さまで挿入可能であり、そこから引き出すことが可能であり、第１のラインを画定する第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、第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域、並びに第１の出口孔を提供する、第１のプローブを備える第１のツールと、
第２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、そこから引き抜くことが可能であり、第２のラインを画定する第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の溶接領域及び第２の出口孔を提供する、第２のプローブを備える第２のツールとを含み、
第２溶接領域は、前記第１出口孔を含み、
第２の出口孔は、前記第１の溶接領域に含まれる。
【0068】
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１の部分的に溶接された及び／若しくは溶接されていない領域、第１の出口孔、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、第２の溶接領域、並びに／又は第２の出口孔は、第１態様に関して説明した通りであってもよい。
【0069】
一例では、第１のツールと第２のツールとは、同じツールである。このようにして、第１のツールは第１の移動方向に移動され、続いて第２の移動方向に移動される。
【0070】
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。
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。
【0071】
「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き他のコンポーネントを除外することを意味する。
【0072】
「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。
【0073】
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）」又は「からなっている（consisting of）」という意味を含むとも解釈されてもよい。
【0074】
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】
【0075】
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。
【詳細な説明】
【0076】
【0077】
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及び第２のワークピース間のバットジョイントに最初に挿入される（タッチダウン）。
【0078】
図２に示すように、ツールは、示すようにツールの移動の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、示すようにツールの移動の方向とプローブの回転の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、ツールの移動の方向とプローブの回転の方向とが概ね反対方向であるところである。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
図５Ａ及び５Ｂ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。特に、図５Ａは、ＦＳＷの第１のパスを概略的に描き、図５Ｂは、ＦＳＷの第２のパスを概略的に描いている。図５Ａ及び５Ｂは、当業者によって理解されるように、側面図、正面図、及び平面図を示す。
【0083】
方法は、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、例えばＴジョイント及び／又はラップジョイントを摩擦撹拌接合、ＦＳＷするものであり、方法は、
第１の回転方向ＲＤ１に回転する第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上で、第１のラインＬ１を画定する第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を実行することであって、第１のプローブ１００を第１の深さＤ１まで挿入し、それによって第１の溶接領域ＷＲ１を提供すること（Ｓ５０１）と、第１のプローブ１００を部分的に引き抜き、それによって第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域ＰＷＵＲ１を提供すること（Ｓ５０２）と、第１のプローブ１００を完全に引き抜き、それによって第１の出口孔ＥＸＨ１をもたらすこと（Ｓ５０３）とを含む、実行することと、
第２の回転方向ＲＤ２に回転する第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１の側Ｓ１上で、第２のラインＬ２を画定する第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を実行することであって、第２のプローブ２００を第２の深さＤ２まで挿入し、それによって第２の溶接領域ＷＲ２を提供すること（Ｓ５０４）と、任意選択で第２のプローブ２００を部分的に引き抜くこと（Ｓ５０５）と、第２のプローブ２００を完全に引き抜き、それによって第２の出口孔ＥＸＨ２をもたらすこと（Ｓ５０６）とを含む、実行することとを含み、
第２の溶接領域ＷＲ２は、第１の出口孔ＥＸＨ１を含み、
第２の出口孔ＥＸＨ２は、第１の溶接領域ＷＲ１に含まれる。
第１の回転方向ＲＤ１に回転する第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上で、第１のラインＬ１を画定する第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を実行することであって、第１のプローブ１００を第１の深さＤ１まで挿入し、それによって第１の溶接領域ＷＲ１を提供すること（Ｓ５０１）と、第１のプローブ１００を部分的に引き抜き、それによって第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域ＰＷＵＲ１を提供すること（Ｓ５０２）と、第１のプローブ１００を完全に引き抜き、それによって第１の出口孔ＥＸＨ１をもたらすこと（Ｓ５０３）とを含む、実行することと、
第２の回転方向ＲＤ２に回転する第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１の側Ｓ１上で、第２のラインＬ２を画定する第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を実行することであって、第２のプローブ２００を第２の深さＤ２まで挿入し、それによって第２の溶接領域ＷＲ２を提供すること（Ｓ５０４）と、任意選択で第２のプローブ２００を部分的に引き抜くこと（Ｓ５０５）と、第２のプローブ２００を完全に引き抜き、それによって第２の出口孔ＥＸＨ２をもたらすこと（Ｓ５０６）とを含む、実行することとを含み、
第２の溶接領域ＷＲ２は、第１の出口孔ＥＸＨ１を含み、
第２の出口孔ＥＸＨ２は、第１の溶接領域ＷＲ１に含まれる。
【0084】
この例では、ＦＳＷの位置、例えば、ＦＳＷの第１のパスＰ１及びＦＳＷの第２のパスＰ２は平坦である。
【0085】
この例では、ジョイントＪはＴラップジョイントである。
【0086】
この例では、第１の回転方向ＲＤ１は、第１のツール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の溶接領域ＷＲ１は、第１のラインＬ１の第１の長さｌ１に沿って延びている。この例では、第１のラインＬ１はジョイントＪと一致している。
【0087】
この例では、第１のプローブ１００を第１の深さＤ１まで挿入することは、第１の入口孔ＥＮＨ１をもたらす。この例では、本方法は、第１のツール１０を、第１の入口孔ＥＮＨ１から第１の出口孔ＥＸＨ１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。
【0088】
この例では、第２のラインＬ２は、ジョイントＪと一致している。この例では、第２のラインＬ２は、第１のラインＬ１と一致している。この例では、第２の溶接領域ＷＲ２は、第２のラインＬ２の第１の長さｌ２に沿って延びる。この例では、第２のラインＬ２の第１の長さｌ１は、第１のラインＬ１の第２の長さｌ２に完全に沿って延びる。
【0089】
この例では、第１のプローブ１００を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を部分的に引き抜くことは、第１の深さＤ１の少なくとも７５%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の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域ＰＷＵＲ１は、第１のラインＬ１の第２の長さｌ２に沿って延びる。
【0090】
この例では、第１のプローブ１００を部分的に引き抜くことは、第１のツール１０を第１の移動方向ＭＤ１に移動させながら、第１のプローブ１００を第１の深さＤ１から引き抜くことを含む。
【0091】
この例では、第２の回転方向ＲＤ２は、第２のツール２０の上方から見て反時計回りである。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、いずれも反時計回りである。
【0092】
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、第２の入口孔ＥＮＨ２をもたらす。この例では、方法は、第２のツール２０を第２の移動方向ＭＤ２に、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、例えば第２の速度で移動させることを含む。
【0093】
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、第２のプローブ２００を第１の出口孔ＥＸＨ１の近位に、及び／又はその中に挿入することを含む。
【0094】
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を部分的に引き抜くことを含む。
【0095】
この例では、第２のプローブ２００を部分的に引き抜くことは、第２のプローブ２００を徐々に、例えば、距離及び／又は時間に応じて直線的に、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を部分的に引き抜くことは、第２の深さＤ２の少なくとも７５%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を部分的に引き抜くことは、第２の深さＤ２の少なくとも７５%の量だけ第２のプローブ２００を引き抜くことを含む。
【0096】
この例では、第２のプローブ２００を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。
【0097】
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。
【0098】
この例では、第２の移動方向ＭＤ２は、第１の移動方向ＭＤ１と正反対である。この例では、第２のラインＬ２は、第１のラインＬ１と完全に一致している。
【0099】
この例では、第１の溶接領域ＷＲ１は、第２の溶接領域ＷＲ２に含まれる。この例では、第１の部分的に溶接されている及び／又は溶接されていない領域ＰＷＵＲ１は、第２の溶接領域ＷＲ２に含まれる。
【0100】
この例では、第１のツール１０と第２ツール２０とは固定ショルダを備えている。この例では、第１のプローブ１００は、真っ直ぐな円筒形プローブである。
【0101】
この例では、ツール２０は、第１のツール１０を備える。
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
【0105】
装置Ａ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、例えばＴジョイントＪ及び／又はラップジョイントを摩擦撹拌接合、ＦＳＷ、するためのものである。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まで挿入可能であり、それらをそこから引き出すことが可能であり、第１のラインＬ１を画定する第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、第１の部分的に溶接された及び／又は溶接されていない領域ＰＷＵＲ１、並びに第１の出口孔ＥＸＨ１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ＲＤ２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、それらをそこから引き出すことが可能であり、第２のラインＬ２を画定する第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及び第２の出口孔ＥＸＨ２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２の溶接領域ＷＲ２は、第１の出口孔ＥＸＨ１を含み、
第２の出口孔ＥＸＨ２は、第１の溶接領域ＷＲ１に含まれる。
第２のツール２０であって、第１の回転方向ＲＤ２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、それらをそこから引き出すことが可能であり、第２のラインＬ２を画定する第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及び第２の出口孔ＥＸＨ２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２の溶接領域ＷＲ２は、第１の出口孔ＥＸＨ１を含み、
第２の出口孔ＥＸＨ２は、第１の溶接領域ＷＲ１に含まれる。
【0106】
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、上述したような、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。
【0107】
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。
【0108】
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。
【0109】
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。
【0110】
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、又は、任意の新規の組み合わせに及び、あるいは、このように開示された任意の方法又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】
【国際調査報告】