摩擦攪拌溶接 (FSW) は、溶接の分野におけるブレークスルーとして浮上しており、従来の融合溶接方法に比べていくつかの利点を提供しています。 このソリッドステート溶接技術は、回転工具を使用して金属を融点に達することなく接合するため、優れた溶接品質をもたらします。 この記事では、FSWの基本原則、特徴、利点、欠点、および産業用途について説明し、さまざまな製造業におけるFSWの重要性の高まりを強調します。
摩擦攪拌溶接の基本原理を理解する
摩擦攪拌溶接は、特別に設計された回転ツール (スターラーとも呼ばれます) を使用して摩擦熱を発生させる固体接合プロセスです。 回転ツールは、ワークピースと接触すると激しい熱を発生します。 この熱により材料が柔らかくなり、溶融に近いが固体状態になり、金属が塑性的に流れ、ツールが溶接経路に沿って移動するときに強力な接合部が形成されます。 ツールによって加えられる圧力は、ジョイントをさらに強化し、ワークピースをシームレスに溶接できるようにします。
FSWは、アルミニウム合金、銅合金、マグネシウム合金など、従来の溶融技術を使用して溶接するのが難しい材料を接合するのに特に役立ちます。 また、バットジョイント、ラップジョイント、コーナージョイントなど、複雑な形状の部品の溶接を可能にすることで、従来の溶接プロセスの制限を克服しました。 このプロセスにより、多孔性、亀裂、合金元素の焼き払いなどの一般的な溶接欠陥が排除され、ベース材料の機械的特性を超えることが多い機械的特性を持つ接合部が生成されます。
摩擦攪拌溶接の主な特徴
優れた溶接品質
摩擦攪拌溶接は、信頼性が高く、亀裂、多孔性、介在物などの典型的な融合溶接の欠陥がないジョイントを作成します。 FSWは固体溶接プロセスであるため、脆化や合金元素の喪失など、従来の溶接の凝固段階に関連する冶金学的問題を回避します。 これは、ベース材料の特性に非常に似た溶接をもたらし、優れた機械的性能を提供する。
溶接材料の多様性
FSWは、アルミニウム、銅、チタン、マグネシウム、亜鉛合金など、さまざまな非鉄金属の溶接に最適です。 また、異なる材料を溶接することもできます。これは、異なる特性を持つ材料を結合する必要がある産業で特に有利です。 さらに、FSWは鋼などの鉄金属に適用でき、材料の互換性に優れた汎用性を提供します。
フィラー材料や保護ガスは必要ありません
FSWの主な利点の1つは、フィラー材料、シールドガス、または溶接前の表面の前処理を必要としないことです。 これにより、プロセスの複雑さとコストが削減され、従来の融合溶接に比べて効率が向上します。 溶接棒やガスの必要がないので、このプロセスはまた、外部材料からの汚染のリスクを排除します。
高精度と最小限の変形
FSWは固相プロセスであるため、ワークピースに最小限の熱を導入するため、溶接後の熱歪みが少なくなり、残留応力が減少します。 これにより、寸法公差の厳しい正確な溶接が可能になります。 さらに、FSWの高エネルギー密度と急速な熱入力により、溶接の変形が最小限に抑えられ、高精度を必要とするアプリケーションに最適です。
環境にやさしい
摩擦攪拌溶接は、その環境上の利点から「グリーン溶接法」と呼ばれることがよくあります。 有害なアーク放射、煙、スプラッタを生成する従来の溶接プロセスとは異なり、FSWは低ノイズでゼロエミッションで動作します。 これにより、特に環境への影響を減らすことに焦点を当てた業界では、持続可能な選択肢になります。
摩擦攪拌溶接の利点
改良された溶接質:FSWは、亀裂、介在物、ボイドなどの一般的な欠陥のないジョイントを生成し、より高い信頼性とパフォーマンスを保証します。
広い材料の両立性:FSWは、アルミニウム、マグネシウム、銅、鋼、チタンなどのさまざまな材料に使用できるため、さまざまな業界のさまざまな用途に適しています。
熱影響ゾーン (HAZ) の減少:このプロセスは、溶着溶接に比べて発生する熱が少なく、歪みのリスクを減らし、ジョイント周辺の材料特性を維持します。
費用対効果:FSWにより、フィラー材料、シールドガス、および高価な表面処理が不要になり、運用コストが削減されます。
环境にやさしい:このプロセスは、廃棄物を最小限に抑え、有毒ガスを発生させず、他の溶接技術と比較してエネルギー消費量が少なくなります。
摩擦攪拌溶接の欠点
FSWには多くの利点がありますが、いくつかの制限があります。
高い機械力:このプロセスでは、ツールを回転させてワークピースに沿って移動するために大きな機械的力が必要であり、溶接装置に高レベルの剛性が必要です。
限られた柔軟性:FSWは、プロセス中にワークピースを正確に整列および固定する必要があるため、従来のアーク溶接よりも柔軟性が低くなります。
ツール着用:FSWで使用される工具は、特に硬い材料で作業するときにかなりの摩耗が発生し、定期的な工具のメンテナンスや交換が必要になります。
鍵穴の形成:溶接の終わりに、小さな「鍵穴」が形成されることがあり、これはジョイントの最終的な外観に影響を与える可能性があります。
摩擦攪拌溶接の応用
FSWは、特に高品質で耐久性のある溶接が必要ないくつかの業界で広く使用されています。 摩擦攪拌溶接の主要な産業用途のいくつかは次のとおりです。
航空宇宙産業
FSWは、アルミニウム合金、マグネシウム合金、およびその他の軽量材料を結合するために航空機製造で広く使用されています。 高強度で信頼性の高いジョイントを製造する能力により、航空機のフレーム、翼、胴体コンポーネントなどの重要なアプリケーションに最適です。
自動車産業
自動車部門では、FSWは車体フレーム、エンジンコンポーネント、およびシャーシ部品の軽量材料を結合するために使用されます。 この方法は、軽量でありながら耐久性のある構造が不可欠な電気自動車の製造に特に有益です。
列車と鉄道車両の製造
鉄道業界は、高速列車、地下鉄車両、路面電車の製造においてFSWの恩恵を受けています。 これは、列車の馬車やコンテナに含まれる大きくて頑丈なアルミニウム部品の溶接に特に役立ちます。
造船
造船では、FSWは、船体、デッキ、その他の構造物用のアルミニウムやその他の非鉄金属を溶接するために使用され、過酷な海洋環境に耐えることができる堅牢な接合部を提供します。
エレクトロニクス産業
FSWは、電気コネクタ、エンジンハウジング、および電気パッケージングで使用される材料を結合するために、エレクトロニクス業界でも適用されています。 その精度と品質により、複雑な電子部品の製造に最適です。
その他の産業用アプリケーション
これらの主要セクターを超えて、FSWは、キッチン用品、冷蔵庫、LPG貯蔵タンク、アルミニウムの製造など、他のさまざまなアプリケーションで使用されています。ブリッジ。 このプロセスは、熱交換器や装飾パネルの製造にも利用されています。
モーターハウジングのためのEMP FSWプロセス


溶接前に穴をシールするために挿入されるアルミニウムブロック


アルミニウムブロックは、FSWプロセスに続いてハウジング本体にうまく結合しました
FSW技術は、純粋なアルミニウム、6061や6063などの合金、ADC12、A380、A356などのダイカストアルミニウム合金などのさまざまなアルミニウム合金に適用できます。
結論: 摩擦攪拌溶接の未来
摩擦攪拌溶接は、さまざまな業界で継続的な成長と革新の準備ができています。 高品質で環境に優しく、費用効果の高い溶接ソリューションを提供する能力により、世界中のメーカーにとって好ましい選択肢となっています。 技術が成熟するにつれて、特に航空宇宙、自動車、電子機器などの高精度産業で、さらに広く採用されることが期待できます。
中国のような国では、FSW技術はまだ開発の初期段階にありますが、溶接品質、費用対効果、および環境の持続可能性の面での利点により、急速に勢いを増しています。 摩擦攪拌溶接の未来は明るく、現代の製造プロセスの進化において重要な役割を果たす可能性があります。