(57)【要約】      （修正有）【課題】金属間化合物や酸化物の生成が抑えられ、低いアプセット圧力の負荷で高い接合強度が得られ、接合時におけるアルミニウム合金管の変形も抑制でき、とくに、直径５０ｍｍ以上、肉厚５ｍｍ未満の炭素鋼管または合金鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接に好適な鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接方法を提供する。【解決手段】直径５０ｍｍ以上、肉厚５ｍｍ未満の炭素鋼管または合金鋼管とアルミニウム合金中空部材を摩擦圧接する方法であって、これら２つの部材Ａ、Ｂを突き合わせ、０．１〜２．０ｍｍの摩擦寄り代（Ｕ１）が達成されるまで摩擦圧力（Ｐ１）１０〜８０ＭＰａで相対的回転摩擦を行う摩擦過程と、アプセット圧力（Ｐ２）を６０〜１３０ＭＰａ（但しＰ１≦Ｐ２）とするアプセット過程からなる。【選択図】図１
2005271015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径５０ｍｍ以上、肉厚５ｍｍ未満の炭素鋼管または合金鋼管とアルミニウム合金中空部材を摩擦圧接する方法であって、これら２つの部材を突き合わせ、０．１〜２．０ｍｍの摩擦寄り代（Ｕ１）が達成されるまで摩擦圧力（Ｐ１）１０〜８０ＭＰａで相対的回転摩擦を行う摩擦過程と、アプセット圧力（Ｐ２）を６０〜１３０ＭＰａ（但しＰ１≦Ｐ２）とするアプセット過程からなることを特徴とする鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接方法。
【請求項２】
前記アルミニウム合金中空部材が２．０％（質量％、以下同じ）未満のＭｇを含有するものであることを特徴とする請求項１記載の鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接方法。
【請求項３】
前記アルミニウム合金中空部材がＭｇを主要合金成分とするＡｌ−Ｍｇ系合金でＭｇ２．０％以上を含有し、且つ加工硬化により耐力が１５０ＭＰａ以上に調整されたものであり、Ｐ１を３０〜６０ＭＰａ、Ｕ１を０．１〜１．５ｍｍ、Ｐ２を６０〜１１０ＭＰａ（但しＰ１≦Ｐ２）とすることを特徴とする請求項１記載の鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接方法。
【請求項４】
Ｐ１を２０〜８０ＭＰａ、Ｕ１を０．１〜１．５ｍｍとし、Ｕ１とアプセット過程におけるアプセット寄り代（Ｕ２）からなる全寄り代（Ｕ）を１５ｍｍ以下に制御することを特徴とする請求項１記載の鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接方法。
【請求項５】
前記相対的回転摩擦における一方の部材の周速（Ｖ）が０．８〜３ｍ／ｓであることを特徴とする請求項４記載の鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接方法。
【請求項６】
摩擦過程終了後に回転ブレーキをかけるとともに、圧力をＰ１からＰ２に切り換える際、回転ブレーキをかけた後、０．０４秒以上０．４秒未満の時間経過後にＰ１をＰ２に切り換えることを特徴とする請求項４記載の鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接方法、詳しくは、直径５０ｍｍ以上、肉厚５ｍｍ未満の炭素鋼管または合金鋼管（ステンレス鋼管を除く）と、アルミニウム合金の管、中空押出材、中空鋳物などからなるアルミニウム合金中空部材とを摩擦圧接する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材とアルミニウム合金材との接合においては、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接や電子ビーム溶接のような溶融溶接は、溶接の際、鉄とアルミニウムの脆い金属間化合物が形成されるために困難であり、接合時に液相を形成しない摩擦圧接が試みられているが、両者の摩擦圧接も容易ではなく、アルミニウム合金母材強度に近い継ぎ手強度が得られていないのが現状であり、摩擦圧接されたプロペラシャフトが実用化された唯一の量産品として知られているに過ぎない（ATZ Automobiltecnische Zeitschrift 99(1997)5,256-263頁) 。
【０００３】
このような背景から、改善された鋼材とアルミニウム合金材との摩擦圧接方法を得るために、種々の技術が提案されている。例えば、アルミニウム合金母材に近い継ぎ手強度を得るために、アルミニウム合金のＭｇ含有量と鋼材の炭素含有量とを特定し、２つの部材の実質摩擦時間を炭素含有量との関係で規制するとともに、アプセット圧力を特定範囲として摩擦圧接する方法（特許文献１参照）、母材としてのアルミニウムと強化材としてのステンレス鋼繊維からなるインサート材を介在させて、アルミニウム管と鋼管を摩擦圧接し強固な継ぎ手を得る方法（特許文献２参照）が提案されている。
【０００４】
しかしながら、これらの方法は、自動車のプロペラシャフト、アクスルハウジング、トーションバーなど、直径５０ｍｍ以上の大寸法の鋼製中空部材で構成されている自動車部材について部分的にアルミニウム合金中空部材で置換した構造を実現するために、鋼管とアルミニウム合金中空部材とを摩擦圧接する量産方法とした場合に適用するには、圧接機の機械的能力や製造コストの面で必ずしも満足すべきものではない。
【特許文献１】特開平５−１３８３７１号公報
【特許文献２】特開平５−１８５２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
摩擦圧接は、図１〜２に示すように、接合すべき２つの材料Ａ、Ｂを突き合わせ、摩擦圧力（Ｐ１）を負荷しながら設定された摩擦寄り代（Ｕ１）が達成される（設定された寄り代（Ｕ１）が０になる）まで相対的に回転させる摩擦過程と、摩擦過程終了後、アプセット圧力（Ｐ２）を負荷しながら回転にブレーキをかけ回転を停止させるアプセット過程からなる接合方法である。アプセット過程ではアプセット寄り代（Ｕ２）が生じ、摩擦寄り代とアプセット寄り代との合計寄り代、全寄り代（Ｕ）の結果としてバリを発生させ、接合界面に生成した金属間化合物や酸化物がバリとして排除される。図１は摩擦圧接前に材料Ａ、Ｂを突き合わせた状態、図２は摩擦過程終了後の状態で摩擦過程でのバリ発生を示す図である。
【０００６】
鋼材とアルミニウム合金材とくにＡｌ−Ｍｇ合金材を摩擦圧接すると、Ａｌ−Ｆｅ化合物などの金属間化合物および酸化物が生成し易く接合が阻害される。界面の金属間化合物や酸化物を排除して金属結合を確保するために、従来はアプセット圧力Ｐ２をできるだけ高くすることが必要と考えられていたが、高いＰ２で圧接しても鋼材が変形しないため、接合界面にアルミニウム合金の渋滞領域（デッドメタルゾーン）が形成され、金属間化合物や酸化物をバリとして排除することが容易ではなく、また、管同士、とくに直径５０ｍｍ以上、肉厚５ｍｍ未満の大寸法の薄肉管同士を圧接する場合には、Ｐ２が材料の耐力以下であっても、アルミニウム合金管の界面近傍が半径方向に変形して、アルミニウム合金のバリの流れが内径側と外径側で不均一となり界面にせん断力が発生するため良好な継ぎ手を得ることが困難である。
【０００７】
発明者らは、鋼管とアルミニウム管の摩擦圧接における上記従来の問題点を解消するために、脆いＡｌ−Ｆｅ化合物が生成し易いＭｇ含有アルミニウム合金のＭｇ含有量、摩擦圧力、摩擦過程での摩擦寄り代、アプセット圧力などの摩擦圧接条件と接合特性の関係について多角的に検討を加えた結果として、金属間化合物の生成を抑制し、Ｐ２の低い領域で改善された接合強度を得ることができる圧接条件を見出した。
【０００８】
また、摩擦圧接時のアルミニウム合金管の変形は、摩擦過程終了後、アプセット圧力Ｐ２を負荷しながら回転にブレーキをかけ回転を停止させるまでの短時間の間においてアプセット寄り代が生じるときに生じるもので、変形はアプセット寄り代が大きいほど増大すること、摩擦過程での摩擦寄り代が大きくなると、アプセット寄り代が生じるときの変形が大きくなることを見出した。
【０００９】
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、金属間化合物や酸化物の生成が抑えられ、低い領域のＰ２の負荷で高い接合強度が得られ、接合時におけるアルミニウム合金管の変形も抑制でき、とくに、直径５０ｍｍ以上、肉厚５ｍｍ未満の炭素鋼管または合金鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接に好適な鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための請求項１による鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接方法は、直径５０ｍｍ以上、肉厚５ｍｍ未満の炭素鋼管または合金鋼管とアルミニウム合金中空部材を摩擦圧接する方法であって、これら２つの部材を突き合わせ、０．１〜２．０ｍｍの摩擦寄り代（Ｕ１）が達成されるまで摩擦圧力（Ｐ１）１０〜８０ＭＰａで相対的回転摩擦を行う摩擦過程と、アプセット圧力（Ｐ２）を６０〜１３０ＭＰａ（但しＰ１≦Ｐ２）とするアプセット過程からなることを特徴とする。
【００１１】
請求項２による鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接方法は、請求項１において、前記アルミニウム合金中空部材が２．０％未満のＭｇを含有するものであることを特徴とする。
【００１２】
請求項３による鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接方法は、請求項１において、前記アルミニウム合金中空部材がＭｇを主要合金成分とするＡｌ−Ｍｇ系合金でＭｇ２．０％以上を含有し、且つ加工硬化により耐力が１５０ＭＰａ以上に調整されたものであり、Ｐ１を３０〜６０ＭＰａ、Ｕ１を０．１〜１．５ｍｍ、Ｐ２を６０〜１１０ＭＰａ（但しＰ１≦Ｐ２）とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項４による鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接方法は、請求項１において、Ｐ１を２０〜８０ＭＰａ、Ｕ１を０．１〜１．５ｍｍとし、Ｕ１とアプセット過程におけるアプセット寄り代（Ｕ２）からなる全寄り代（Ｕ）を１５ｍｍ以下に制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項５による鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接方法は、請求項４において、前記相対的回転摩擦における一方の部材の周速（Ｖ）が０．８〜３ｍ／ｓであることを特徴とする。
【００１５】
請求項６による鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接方法は、請求項４において、摩擦過程終了後に回転ブレーキをかけるとともに、圧力をＰ１からＰ２に切り換える際、回転ブレーキをかけた後、０．０４秒以上０．４秒未満の時間経過後にＰ１をＰ２に切り換えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、金属間化合物や酸化物の生成が抑えられ、低い領域のＰ２の負荷で高い接合強度が得られ、接合時におけるアルミニウム合金管の変形も抑制でき、とくに、直径５０ｍｍ以上、肉厚５ｍｍ未満の炭素鋼管または合金鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接に好適な鋼管とアルミニウム合金中空部材の摩擦圧接方法が提供される。当該摩擦圧接方法は、従来は鋼製中空部材で構成されていた部材、例えば、自動車のプロペラシャフト、アクスルハウジング、トーションバーなどの部材を部分的にアルミニウム合金に置換した構造とする場合に好適に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、直径５０ｍｍ以上、肉厚５ｍｍ未満の炭素鋼管または合金鋼管（ステンレス鋼管を除く）とアルミニウム合金中空部材を摩擦圧接する方法であり、これら２つの部材を接触させて、設定された０．１〜２．０ｍｍの摩擦寄り代（Ｕ１）が達成されるまで（Ｕ１が０となるまで）摩擦圧力（Ｐ１）１０〜８０ＭＰａで相対的回転摩擦を行う摩擦過程と、アプセット圧力（Ｐ２）を６０〜１３０ＭＰａ（但しＰ１≦Ｐ２）とするアプセット過程からなる。
【００１８】
摩擦過程の終了時間は摩擦寄り代（Ｕ１）の大きさで制御され、負荷される摩擦圧力は１０〜８０ＭＰａの範囲とするのが好ましい。１０ＭＰａ未満では金属結合に必要な加熱を得るために時間を要し、接合界面のアルミニウム合金が酸化して接合強度が低下する。８０ＭＰａを越えると界面が高温となって金属間化合物が生成し易くなり、また、アプセット圧力（Ｐ２）をＰ１より大きくしなければならないため（Ｐ１≦Ｐ２）、Ｐ２の適用幅が限定されてしまい実用的でない。Ｐ１のより好ましい下限値は２０ＭＰａ、さらに好ましい下限値は３０ＭＰａであり、Ｐ１のより好ましい上限値は６０ＭＰａ、さらに好ましい上限値は４５ＭＰａである。
【００１９】
摩擦寄り代（Ｕ１）は、金属結合を確保するに必要な加熱を行うために設定され、設定されたＵ１が０となるまで摩擦圧力（Ｐ１）を負荷して回転摩擦を続けるから、Ｕ１は摩擦過程の時間を決定することとなる。必要な界面部の加熱を得るために設定されるＵ１の好ましい範囲は０．１〜２．０ｍｍであり、２．０ｍｍを越える過剰なＵ１を設定すると、界面に酸化層を生成させ、Ｕ１により発生するバリが直後のアプセット時のバリ発生において不均一なメタルフローが生じる原因となる。Ｕ１のより好ましい範囲は０．２〜１．５ｍｍ、さらに好ましい範囲は０．３〜１．０ｍｍである。
【００２０】
アプセット圧力（Ｐ２）は、鋼管とアルミニウム合金中空部材の間の金属結合の強さを最終的に決定するものであり、６０〜１３０ＭＰａの範囲とするのが好ましい。Ｐ２が６０ＭＰａ未満では接合強度が十分でなく、１３０ＭＰａを越えると、摩擦寄り代（Ｕ１）とアプセット寄り代（Ｕ２）を合計した全寄り代（Ｕ）が大きくなり、アルミニウム合金中空部材の内側および外側、アルミニウム合金管の場合には内径側および外径側に生じるバリの流れの不均一性が増加する結果、界面にせん断力が発生して接合強度が低下する。とくに、アルミニウム合金管の場合、鋼管もアルミニウム合金管も工業製品である限り、真円度、肉厚、材質のバラツキが避けられず、Ｐ２がアルミニウム合金管の耐力以下であってもアプセット過程でアルミニウム合金管に微小な変形が生じ、バリの流れが不均一となるから、Ｐ２の上限は１３０ＭＰａに限定することが望ましい。Ｐ２のより好ましい範囲は６０〜１１５ＭＰａ、さらに好ましい範囲は６０〜１１０ＭＰａである。
【００２１】
その他、摩擦圧接の作業条件における機械的因子として、回転数Ｎ、ブレーキタイミング、アプセット時間Ｔ２があるが、ブレーキタイミング、アプセット時間Ｔ２については、鋼あるいは鋳鉄同士、アルミニウム合金同士の摩擦圧接において通常実施されている範囲、例えば、ブレーキタイミングは、回転ブレーキをかけた後、０〜０．５秒経過後にＰ１をＰ２に切り換え、アプセット時間Ｔ２は２〜３０秒が適用される。回転数Ｎについては、通常８００〜３０００ｒｐｍの範囲が適用されるが、本発明においては、Ｕ２を小さくしてバリの流れを均一にするために、上限値を１２６０ｒｐｍ（４．０ｍ／ｓ）、より好ましくは１２００ｒｐｍ（３．８ｍ／ｓ）に限定するのがよい。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態について説明すると、第１の実施形態は、上記の基本的条件に加え、アルミニウム合金中空部材として２．０％未満のＭｇを含有するものを用いる態様である。Ｍｇ含有量を２％未満とすることにより、接合性に有害なＦｅ−Ａｌ金属間化合物の生成が抑えられる。なお、この場合において、Ｐ１のより好ましい範囲は２０〜６０ＭＰａ、さらに好ましい範囲は２０〜４５ＭＰａであり、Ｕ１のより好ましい範囲は０．２〜１．０ｍｍである。また、Ｐ２のより好ましい範囲は６０〜１１５ＭＰａである。
【００２３】
好ましい第２の実施形態は、アルミニウム合金中空部材がＭｇを主要合金成分とするＡｌ−Ｍｇ系合金でＭｇ２．０％以上を含有し、且つ加工硬化により耐力が１５０ＭＰａ以上に調整されたものであり、Ｐ１を３０〜６０ＭＰａ、Ｕ１を０．１〜１．５ｍｍ、Ｐ２を６０〜１１０ＭＰａ（但しＰ１≦Ｐ２）とする態様である。
【００２４】
Ｍｇはアルミニウム中に固溶して強度を高め、加工性や耐食性を向上させる。好ましいＭｇ含有量が２％以上の範囲である。加工硬化によりさらに強度を高めて耐力を１５０ＭＰａ以上とし、摩擦圧接におけるアプセット圧力を負荷した場合、アルミニウム合金管が接合部近傍で半径方向にラッパ状に拡がる変形を抑制する。Ｍｇ量の上限はとくに限定されないが、熱間押出性、熱間圧延性の観点から６．０％以下程度とするのが好ましく、また、加工硬化による耐力の上限は３００ＭＰａ程度である。
【００２５】
上記のＭｇ２．０％以上を含有するＡｌ−Ｍｇ系合金において、摩擦圧接の摩擦過程で脆弱なＡｌ−Ｆｅ金属間化合物の生成を抑制して高い接合強度を達成するためには、Ｐ１を３０〜６０ＭＰａ、より好ましくは３０〜４５ＭＰａ、Ｕ１を０．１〜１．５ｍｍ、より好ましくは０．２〜１．０ｍｍとする。Ｐ２を６０〜１１０ＭＰａ（但しＰ１≦Ｐ２）とすることが必要であり、Ｐ２が１１０ＭＰａを越えると、Ｐ２がアルミニウム合金管の耐力以下であっても、アプセット過程でアルミニウム合金管の微変形が生じるとバリの流れが不均一となり、とくに、Ａｌ−Ｍｇ合金の場合には高温の変形抵抗が高いので、バリとしてメタルが流れはじめるときの圧力が高く微変形が生じ易く、一度微変形が生じると変形はますます増長される。
【００２６】
本発明における好ましい第３の実施形態は、Ｐ１を２０〜８０ＭＰａ、Ｕ１を０．１〜１．５ｍｍとし、Ｐ２を６０〜１３０ＭＰａ、より好ましくは６０〜１１５ＭＰａ、Ｕ１とアプセット過程におけるアプセット寄り代（Ｕ２）からなる全寄り代（Ｕ）を１５ｍｍ以下に制御する態様である。
【００２７】
Ｕは、摩擦過程で設定されるＵ１とアプセット圧力により必然的に生じるアプセット寄り代（Ｕ２）の合計であるが、Ｕ２の発生時にアルミニウム合金中空部材の変形が生じるので、所定のＰ２の下ではＵ２はできるだけ小さいほうが望ましい。Ｕ１による小さなバリもアプセット時の変形を誘発するので、Ｕ（＝Ｕ１＋Ｕ２）を小さくするのが好ましく、Ｕを１５ｍｍ以下とすることによって、アルミニウム合金中空部材の変形とバリの流れの不均一性を抑えて接合強度を上げることができる。
【００２８】
第３の実施形態において、回転摩擦時に回転する部材の周速は、摩擦過程における発熱速度とＵ２の大きさに大きく影響する。相対的回転摩擦における一方の部材の周速（Ｖ）を０．８〜３ｍ／ｓとすることがより望ましい。周速（Ｖ）が０．８ｍ／ｓ未満では、金属結合に必要な加熱を得るために時間を要し、界面部近傍の加熱域が拡がって、続くアプセット過程において不均一な変形が生じ易くなる。Ｕ２は、摩擦過程が終了し、回転ブレーキがかかってから停止するまでの微小時間に発生し、この間において、接触している部材同士が接触部で互いに滑った長さに比例して大きくなるので、Ｕ２を小さくするためにはＶを小さくすることが必要であり３ｍ／ｓ以下に限定するのが好ましい。一般的にＶが３ｍ／ｓを越えるとＵ２が大きくなってＵが１５ｍｍを越え、接合強度が低下する。
【００２９】
第３の実施形態においてはまた、摩擦過程終了後に回転ブレーキをかけるとともに、圧力をＰ１からＰ２に切り換える際、回転ブレーキをかけると同時にＰ１からＰ２への切替えを行わずにＰ２負荷の開始時刻を遅らせるブレーキタイミングの遅れ（Ｐ２Ｌ）を０．０４秒以上０．４秒未満とし、回転ブレーキをかけた後、０．０４秒以上０．４秒未満の時間経過後にＰ１をＰ２に切り換える態様とするのが望ましく、Ｐ２が負荷される時間を短くすることによりＵ２を小さくすることができる。Ｐ２Ｌが０．０４秒未満ではその効果が十分ではなく、０．４秒以上では、界面に金属間化合物や酸化物が成長するとともに、回転停止の間際で初めてＰ２が負荷されるため、界面で十分な金属結合を得ることができない。
【実施例１】
【００３０】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、本発明の効果を実証する。これらの実施例は、本発明の一実施態様であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３１】
鋼管（ＳＴＫＭ１３Ａ、外径６０ｍｍ、厚さ３ｍｍ）と、Ｓｉ：０．６１％、Ｆｅ：０．１１％、Ｃｕ：０．２７％、Ｍｎ：０．０２％、Ｍｇ：１．０７％、Ｃｒ：０．０６％、Ｔｉ：０．０３％、残部Ａｌおよび不純物からなる組成を有する６０６１アルミニウム合金管（調質：Ｔ６、外径６０ｍｍ、厚さ３ｍｍ）の端部同士を接触させて、ブレーキ式回転摩擦圧接機を使用し、鋼管を回転させて摩擦圧接した。圧接条件を表１に示す。接合後、外径側のバリを旋削除去し縦に切断して短冊形の引張試験片を成形し、継ぎ手部の引張試験を行った。試験結果を表１に示す。なお、表１において、本発明（請求項１）の条件を外れたものには下線を付した。
【００３２】
表１に示すように、請求項１に従う試験材Ｎｏ．１〜４はいずれも１９０ＭＰａを越える高い引張強さを示している。一方、試験材Ｎｏ．５はＰ１が低いため、金属結合に必要な加熱を得るために時間を要し界面のアルミニウム合金が酸化して接合強度が低くなっている。試験材Ｎｏ．８はＵ１が小さいため金属結合を確保するために必要な高温を得ることができず、試験材Ｎｏ．９はＵ１が大きいため過昇温して金属間化合物が生成し、ともに接合強度が低くなった。試験材Ｎｏ．６はＰ２が低いため金属結合が十分でなく接合強度が低くなり、試験材Ｎｏ．７はＰ２が高いため、全寄り代（Ｕ）が大きくなってバリの流れが不均一となる結果、界面にせん断力が発生して接合強度が低下している。
【００３３】
【表１】
2005271015.tif 000003
【００３４】
本発明に従う摩擦圧接プロセスの代表例として、試験材Ｎｏ．３の摩擦圧接のプロセスチャートを図３に示す。図３に示すように、１２００ｒｐｍで回転する鋼管にアルミニウム合金管を突き合わせて摩擦を開始し（時刻０．２秒）、摩擦圧力（Ｐ１）を４０ＭＰａに保持し、摩擦寄り代（Ｕ１）が約１ｍｍに達した時点で摩擦過程を終了する（時刻０．６８秒）。続いてアプセット過程に移行し、回転ブレーキをかけて回転を停止させ、アプセット圧力（Ｐ２）を８０ＭＰａとして、この圧力を８秒保持し摩擦圧接を終了した。回転ブレーキをかけてから停止まで約０．７秒を要し（停止時刻１．４５秒）、この間に大きな寄り代が生じている。摩擦を開始してから回転が停止するまでの実質摩擦時間は本図の場合１．２５秒かかっている。
【実施例２】
【００３５】
鋼管（ＳＴＫＭ１５Ａ、外径５０ｍｍ、厚さ２．４ｍｍ）を回転側とし、該鋼管と端面が同形状の中空部位を有する６０８２鍛造材（組成：Ｓｉ１．０％、Ｍｎ０．７５％、Ｍｇ０．９％、断面：図４）を摩擦圧接した。条件は、Ｐ１：２５ＭＰａ、Ｐ２：１１０ＭＰａ、Ｕ１：０．５ｍｍ、回転数（Ｎ）：１０００ｒｐｍ、ブレーキタイミングの遅れ（Ｐ２Ｌ）：０．２ｓ、Ｔ２：１０ｓとした。圧接後、ねじり試験を行ったところ、５０００Ｎ・ｍのトルク負荷でも接合部は破断せず、また、接合部から引張試験片を採取して引張試験を行ったところ、引張強さは２５２ＭＰａと優れた値を示した。
【実施例３】
【００３６】
鋼管（ＳＴＫＭ１３Ａ、外径６０ｍｍ、厚さ３．１ｍｍ）と、加工硬化度を調整した表２に示すＡｌ−Ｍｇ合金管（外径６０ｍｍ、厚さ３．１ｍｍ）の端部同士を接触させて，ブレーキ式回転摩擦圧接機を使用し、鋼管を回転させて摩擦圧接した。圧接条件は、摩擦圧力（Ｐ１）：４０ＭＰａ、摩擦寄り代（Ｕ１）：０．５ｍｍ、アプセット圧力（Ｕ２）：８０ＭＰａ、回転速度（回転数）：１０００ｒｐｍ、ブレーキタイミングの遅れ（Ｐ２Ｌ）：０．２秒、アプセット時間：８秒とした。
【００３７】
接合後、外径側のバリを旋削除去し縦に切断して短冊形の引張試験片を成形し、継ぎ手部の引張試験を行った。結果を表２に示す。表２に示すように、冷間加工により耐力を１５０ＭＰａ以上に調整した試験材Ｎｏ．１０〜１３は良好な接合強度をそなえているが、冷間加工を施していない試験材Ｎｏ．１４〜１５、耐力が１５０ＭＰａ以上であっても冷間加工を施していない試験材Ｎｏ．１６は、いずれも接合強度が劣っている。なお、表２において、本発明（請求項３）の条件を外れたものには下線を付した。
【００３８】
【表２】
2005271015.tif 000004
【実施例４】
【００３９】
鋼管（ＳＴＫＭ１３Ａ、外径６０ｍｍ、厚さ３．１ｍｍ）と、Ｓｉ：０．０５％、Ｆｅ：０．１６％、Ｃｕ：０．０４％、Ｍｎ：０．０５％、Ｍｇ：３．６％、Ｃｒ：０．２１％、Ｔｉ：０．０３％、残部Ａｌおよび不純物からなる組成を有する５１５４アルミニウム合金管（調質：Ｈ３２，外径６０ｍｍ、厚さ３．１ｍｍ）の端部同士を接触させて、ブレーキ式回転摩擦圧接機を使用し、鋼管を回転させて摩擦圧接した。圧接条件を表３に示す。接合後、外径側のバリを旋削除去し縦に切断して短冊形の引張試験片を成形し、継ぎ手部の引張試験を行った。試験結果を表３に示す。なお、表３において、本発明（請求項３）の条件を外れたものには下線を付した。
【００４０】
【表３】
2005271015.tif 000005
【００４１】
表３に示すように、本発明に従う試験材Ｎｏ．１７〜２２はいずれも１３０ＭＰａを越える高い接合強度をそなえている。これに対して、Ｐ１、Ｐ２、Ｕ１のいずれかが本発明の条件を外れた試験材Ｎｏ．２３〜２８は接合強度が劣っている。
【実施例５】
【００４２】
鋼管（ＳＴＫＭ１５Ａ、外径８０ｍｍ、厚さ２．４ｍｍ）を回転側とし、該鋼管と端面が同形状の中空部位を有する５０５２冷間プレス材（組成：Ｍｇ２．５％、Ｃｒ０．２３％、耐力：１７６ＭＰａ、断面：図５）を摩擦圧接した。条件は、Ｐ１：３５ＭＰａ、Ｐ２：１００ＭＰａ、Ｕ１：０．５ｍｍ、回転数（Ｎ）：１０００ｒｐｍ、ブレーキタイミングの遅れ（Ｐ２Ｌ）：０．２ｓ、Ｔ２：８ｓとした。圧接後、ねじり試験を行ったところ、５０００Ｎ・ｍのトルク負荷でも接合部は破断せず、また、接合部から引張試験片を採取して引張試験を行ったところ、引張強さは１４２ＭＰａと高い値を示した。
【実施例６】
【００４３】
鋼管（ＳＴＫＭ１３Ａ、外径６０．５ｍｍ、厚さ３．１ｍｍ）と、Ｓｉ：０．６２％、Ｆｅ：０．１３％、Ｃｕ：０．２６％、Ｍｎ：０．０３％、Ｍｇ：１．０５％、Ｃｒ：０．０６％、Ｔｉ：０．０３％、残部Ａｌおよび不純物からなる組成を有する６０６１アルミニウム合金管（調質：Ｔ６、外径６０．５ｍｍ、厚さ３．１ｍｍ）、Ｓｉ：０．０６％、Ｆｅ：０．１７％、Ｃｕ：０．０３％、Ｍｎ：０．０５％、Ｍｇ：３．８％、Ｃｒ：０．１９％、Ｔｉ：０．０３％、残部Ａｌおよび不純物からなる組成を有する５１５４アルミニウム合金管（調質：Ｈ３４、外径６０．５ｍｍ、厚さ３．１ｍｍ）およびＳｉ：０．０８％、Ｆｅ：０．０８％、Ｃｕ：４．３２％、Ｍｎ：０．６５％、Ｍｇ：１．６５％、Ｔｉ：０．０２％、残部Ａｌおよび不純物からなる組成を有する２１２４アルミニウム合金管（調質：Ｔ６、外径６０．５ｍｍ、厚さ３．１ｍｍ）の端部同士を接触させて、ブレーキ式回転摩擦圧接機を使用し、鋼管を回転させて摩擦圧接した。圧接条件を表４に示す。接合後、外径側のバリを旋削除去し縦に切断して短冊形の引張試験片を成形し、継ぎ手部の引張試験を行った。試験結果を表４に示す。なお、表４において、本発明（請求項４〜６）の条件を外れたものには下線を付した。
【００４４】
【表４】
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【００４５】
表４に示すように、本発明に従う試験材Ｎｏ．２９〜３９は各アルミニウム合金材との組み合わせにおいていずれも優れた接合強度をそなえている。試験材Ｎｏ．４０は周速が大きいため、全寄り代が大きくなってバリの流れが不均一となる結果、界面にせん断力が発生し接合強度が低下している。試験材Ｎｏ．４１は摩擦寄り代を大きくしたため、過昇温して金属間化合物が生成し接合強度が劣るものとなった。
【実施例７】
【００４６】
鋼管（ＳＴＫＭ１５Ａ、外径５０ｍｍ、厚さ２．４ｍｍ）を回転側とし、該鋼管と端面が同形状の中空部位を有する６０８２鍛造材（組成：Ｓｉ１．１％、Ｍｎ０．５５％、Ｍｇ０．９０％、調質：Ｔ６、断面：図４）を摩擦圧接した。条件は、Ｐ１：２５ＭＰａ、Ｐ２：１１０ＭＰａ、Ｕ１：０．５ｍｍ、Ｕ：１２．６ｍｍ、周速：２．０９ｍ／ｓ（回転数（Ｎ）：８００ｒｐｍ）、ブレーキタイミングの遅れ（Ｐ２Ｌ）：０．２ｓ、Ｔ２：１０ｓとした。圧接後、ねじり試験を行ったところ、５０００Ｎ・ｍのトルク負荷でも接合部は破断せず、また、接合部から引張試験片を採取して引張試験を行ったところ、引張強さは２８２ＭＰａと高い値を示した。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の摩擦圧接において、圧接前に２つの中空部材を突き合わせた状態を示す一部断面図である。
【図２】本発明の摩擦圧接において、摩擦過程終了後、２つの中空部材が摩擦寄り代分互いに移動してバリが形成された状態を示す一部断面図である。
【図３】本発明の摩擦圧接のプロセスチャートの一例を示す図である。
【図４】本発明において、鋼管とアルミニウム合金鍛造材の摩擦圧接状態を示す一部断面図である。
【図５】本発明において、鋼管とアルミニウム合金冷間プレス材の摩擦圧接状態を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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