摩擦圧接の動作原理と応用分野

機械製造作業では、工作機械でワークを回転させるときなど、摩擦によって発生する熱によりワークの金属表面が接着したり、溶接したりすることがよくあります。これらの接着・溶着現象を解析することで摩擦圧接の本質が理解できます。摩擦圧接は、ワーク接触面の摩擦熱と塑性変形熱を利用して、界面付近の温度を融点付近以下の温度域まで上昇させ、ワークを塑性変形させる溶接方法です。そして圧力下で流れます。これは、界面分子の拡散と再結晶化によって実現されます。

摩擦圧接には多くの方法があり、摩擦作用の軌跡やプロセス特性から、実際の生産で一般的なものとしては、連続駆動摩擦圧接、エネルギー貯蔵摩擦圧接、位相制御摩擦圧接、慣性摩擦圧接、トラック摩擦圧接、撹拌摩擦溶接です。その中で、連続駆動摩擦溶接、位相制御摩擦溶接、慣性摩擦溶接、およびレール摩擦溶接は、溶接部品間の相対摩擦運動に依存して熱エネルギーを生成し、これらを総称して従来の摩擦溶接と呼びます。摩擦撹拌溶接、埋め込み摩擦溶接、サードボディ摩擦溶接、および摩擦肉盛溶接は、撹拌ヘッドとワークピースの間の相対摩擦運動によって生成される熱に依存する溶接プロセスです。

摩擦圧接プロセスは大きく 4 つの段階に分けられます。

1. 摩擦機械エネルギーの熱エネルギーへの変換。

2. 材料の塑性変形。

3. 熱可塑性条件下での鍛造圧力。

4. 分子間拡散再結晶接合の結論。

従来の溶接と比較して、摩擦溶接は温度とエネルギー消費が低く、電力消費量は従来の溶接の 20% と低くなります。同じ金属でも異なる金属でも効果的に溶接できます。そして溶接精度も高いです。摩擦圧接によるディーゼルエンジンの予燃焼室全長の最大誤差は±0.1ミリメートルです。安定した溶接品質と高い強度により、製品の寿命を大幅に延長できます。この溶接プロセスは溶接消耗品には適しておらず、クリーンで衛生的で、汚染がありません。同時に、熱影響部が小さく、溶接速度が速く、プロセス温度が溶融温度よりも低いため、凝固欠陥が効果的に低減されます。従来のアーク溶接とは異なり、摩擦溶接は火花、アーク光、有害なガスなどの危険を引き起こさないため、環境の健康と安全の保護にさらに役立ちます。

摩擦圧接は、高品質、効率的、省エネ、無公害という技術的特徴により、航空宇宙、原子力エネルギー車両、機械製造などの分野での応用が増えています。先進国からの注目も高く、技術開発・応用に多額の資金が投じられてきました。摩擦溶接は、信頼性が高く、再現性があり、信頼性の高い溶接技術であると広く信じられています。

摩擦圧接の優れた溶接性能により、主要構造部品の割れ、板金の穴位置誤差、鋳造欠陥、焼割れなどのさまざまな補修作業も効果的に行うことができます。フリクションプラグ補修溶接は、溶接速度が速く、熱影響部が小さく、補修強度が本体強度の 90% 以上に達するソリッドステート溶接プロセスです。修理プロセスは完全に自動化されており、品質の信頼性が高く、溶接部品は高標準の使用要件を満たしているため、材料や部品の廃棄による経済的およびスケジュール上の損失が削減されます。