摩擦圧接とは - 働きと応用

摩擦圧接とは?

摩擦圧接は、材料を塑性的に変位させて融合させるために「アプセット」と呼ばれる横方向の力を加えて、互いに相対運動する工作物間の機械的摩擦によって熱を発生させることによって工作物を溶接する固体溶接技術です。

溶融が発生しないため、摩擦圧接は融接プロセスではなく、鍛接に近い固相溶接技術です。摩擦圧接は、さまざまな航空および自動車用途で金属および熱可塑性樹脂に使用されます。

実際には、一見滑らかな表面は、アスペリティと呼ばれる多くの微細な突起で構成されています。 1 つの表面が別の表面に対して移動すると、これらの凹凸が相互作用し、相互作用する 2 つ以上の表面間の動きに抵抗する力である摩擦が発生します。

弾性および塑性降伏によるこれらの凹凸の相互作用により、熱が発生します。摩擦圧接は、この現象を接合用途に利用しています。摩擦圧接によって引き起こされる機械的な動きによって熱が発生し、接合される材料が軟化して粘性になります。軟化状態では、プロセスの機械的な動きによって材料が混合され、結合が形成されます。

摩擦熱と材料の混合が発生する方法は、使用する摩擦溶接プロセスに大きく依存します。そのプロセスには、摩擦攪拌溶接 (FSW)、摩擦攪拌スポット溶接 (FSSW)、線形摩擦溶接 (LFW) の 4 つの主要なプロセスがあります。および回転式摩擦溶接 (RFW)

摩擦圧接はどのように機能しますか?

FSW は非消耗工具を使用して動作します。この工具は、回転して 2 つのワークピースの境界面に押し込まれます。次に、ツールが境界面を通過すると、摩擦熱によって材料が加熱されて軟化します。

回転ツールは、軟化した材料を機械的に混合して結合を生成します。 FSSW は FSW の変形であり、「スポット」溶接を行うために、ラップジョイント構成で 2 つのワークピースに非消耗ツールを回転、プランジング、および後退させることによって機能します。 FSSW の間、工作物を工具が通過することはありません。

LFW と RFW は非消耗工具を必要としません。つまり、結合される個々のワークピースは、摩擦熱と機械的混合を生成するために使用されます。 LFW は、圧縮力の下で 1 つのワークピースを別のワークピースに対して直線的に振動させることによって機能します。

振動面間の摩擦によって熱が発生し、界面材料が軟化して機械的に混合します。 RFW は LFW に似ていますが、ワークピースが丸く、互いに回転する点が異なります。 LFW と RFW の間、ワークピースは通常、圧縮力の方向に短くなり (「焼損」)、バリを形成します。

バーンオフ時に、酸化物や異物などの汚染物質がフラッシュに排出されます。汚染物質がなくなると、純粋な金属同士の混合が起こり、完全な結合が得られます。摩擦圧接中に生成される温度は非常に高温ですが、材料は固体状態のままです (つまり、溶融は発生しません)。

アプリケーション

摩擦溶接は、より優れた工業用ローラー、チューブ、およびシャフトを構築するために使用できます。このプロセスは、産業用プリンター、マテリアル ハンドリング機器、および自動車、航空宇宙、船舶、石油用途向けのこれらのサブアセンブリを製造するためによく使用されます。

コンポーネントのその他の例には、ギア、アクスル チューブ、ドライブライン、バルブ、油圧ピストン ロッド、トラック ローラー ブッシュ、ポンプ シャフト、ドリル ビット、コネクティング ロッドなどがあります。

摩擦圧接の利点

• 通常、他の接合方法では溶接できない異種材料の接合を可能にします。
• 狭い熱影響ゾーンを作成します
• 完全な金属融合の一貫した反復プロセス
• 関節の準備は最小限 - 最も一般的に使用されるのこぎり切断面
• ターンアラウンド タイムの短縮 – 現在 6 か月以上の鍛造品の長いリード タイムと比較して。
• 設計の柔軟性が大幅に向上 - ブランクの各領域に適切な材料を選択
• 単一の試作品から大量生産まで、さまざまな数量に対応
• フラックス、充填材、ガスは不要
• 環境に優しいプロセス - 煙、ガス、煙が発生しない
• 固体プロセス – 多孔性またはスラグの混入の可能性なし
• 鋳造または鍛造のようなブランクを作成 - 高価な工具や最小数量要件なし
• 機械加工の労力を削減することで、腐敗しやすい工具のコストを削減しながら生産能力を向上
• 全面溶接により、重要な部分で優れた強度を実現
• バイメタル用途の原材料コストを削減します。高価な材料は、空白の必要な場合にのみ使用されます。

摩擦圧接の欠点

• このプロセスは、同じ断面の丸棒のみに使用されます。
• 角度付きおよび平突合せジョイントに限定。
• セットアップ費用が非常に高い。
• ワークの準備が難しい
• 非鍛造材料は溶接できません。
• 機械の小さな部品にのみ使用できます。大きなパーツは互換性がありません。

摩擦圧接のビデオ