Friction Stir Welding:溶融を伴わない接合

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界面の機械的摺動によって発生する熱により、材料同士が合着するプロセスです。FSWは溶融を伴わず、母材金属は融点または、液相線温度以下に保たれます。部材同士は、外力を加えて密着し、摩擦熱は接合面に塑性域を形成し、界面を柔らかくし接合します。接合前後に応力除去のための熱処理が必要なく、部材が動くことのより、接合面をクリニーング出来るなどの特徴があります。

この接合方法では、接合ツールが課題となります。接合時の接合部温度が高温となり、ツールへの荷重が大きく、ツールの耐久性が低くなります。回転ツールを接合材の中に一定の深さで挿入していることが必要となる為に、レーザー溶接などに比べて、装置が複雑となる点が課題としてあります。前者はツールの使用条件が比較的軽いアルミニウムでの使用からはじめることで実用化が進んでいます。後者の課題に対しては、曲面対応3D-FSW装置などの開発が進んでいます。

FSWは、融接が不可能と考えられているアルミニウム合金及び異種金属同士の接合に展開が期待されています。異種金属の接合での継手強度は、低い方の母材金属の強度に近い値となります。異種金属同士の接合としては、アルミニウムと鋼、アルミニウムと銅、セラミックなどがあります。

アルミニウム合金とFSWの関係は以下を参考にしてください。

FSWは, 英国のTWI が1991年に出した特許から始まります。この特許は、第2712838号「摩擦溶接方法」として日本でも登録されています。TWIが実際に出している画像のリンクを紹介させていただきます。

Stationary shoulder friction stir welding – Lid in box

コメント

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