FSWの接合条件に、ツールの回転速度に上限があるのはなぜでしょうか？

き
主
玄圃
施工法委員会
/
1
6
1
Q・
2
0]FSW （摩擦撹枠溶接）の接合条件に，
-TS4mm厚材の場合を示します．ツール回転数
一一一J
が或る範囲を超えると，摩擦熱や塑性流動による
ツールの回転速度に上限があるのはな
ぜでしょうか？
入熱過多となり，ショルダ部で抑えきれなかった
捜拝金属が充填されないままパリとして排出され
~・20 1 FSWにおけるツールの回転速度の適
一一一ノ正化は，良好な接合部を形成するため
た結果，空洞を生じた接合部となります．回転数
増加による Pの増加に伴い，逆に Fを高めれば
に欠かせない接合施工条件の一つで，その回転速
よい，との考え方もできますが，母材に過剰な荷
度には上限があるといわれています．その理由と
重が加わることで接合部が凹みなどの変形を受け
しては，装置・ハード面での制約と限界，接合機
ることから，必要以上に Fを高めることもでき
構に起因する現象が挙げられます．
ません．
装置によって回転数限界があること，回転数を
その Fが一定下の条件で，ツール回転数と接
過剰に上げ過ぎるとツールが破損するなどの制約
i
g
.3
3
lに示
合部の到達温度との関係をたとえば F
はありますが， FSWは通常数百∼ 2000rpm程度
しますが，母材やツールなどの条件によっては，
で十分施工できることから，ここでは接合機構面
ツール回転数（工具回転数）が上昇しても接合部
からの理由について述べます．
F
i
g
.1は FSWの原理を示したモデル 1）です
の到達温度の上昇が飽和してしまいます．これ
は，付加された加圧力に対応する上限値以上の回
が，ツールの回転による摩擦熱で母材の変形抵抗
が低下し，さらにその回転作用で塑性流動現象が
生じる結果，撹枠によって接合がなされると言わ
Ct
y
p
e:
Unders
t
i
r
r
i
n
g伺 v
i
t
y
れています．この過程において接合が成り立つた
めには，ショルダ部の下向きの作用力（ F）がプ
I
ロープ内部の圧力（ P）よりも大きいことが条件
となりますが，高速でツールが回転するにつれて
で
：
二
磯
子
Dtype:Ov
，
町 s
t
i
r
司ng岨 v
i
t
y
摩擦熱や塑性流動現象が大きくなると， P>Fと
なり，その結果，内部の揖拝金属が外部に押し出
されて健全な接合にならなくなります．
F
i
g
.2
2
lは，接合可能範囲の一例として A6N01
。
500
IOOO
Jini
ng speed(
mm
/m
i
n
)
回転J
l
!
l
f
i
!
勲争塑性流劃＋際伴・；
混
合＋
F
i
g
.1 FSW接合機構モデル
I
量合
1
500
F
i
g
.2 6
0
0
0
系アルミ合金（4mm＇）の接合条件範
囲
軽金属溶接 V
o
l
.4
7(
2
0
0
9
)No.1
550
︵
HV︶
3U仏国刃包G言 30d
議
450
剣
京
滋
~
凶
× ×
×
×
×
。。
×
f
j
×
×
1
0
0
2
0
0
3
側
350
0
1000
3000
2000
工具回転数 (rpm)
F
i
g
.3 回転数が接合到達温度に及ほ．す影響
4(
陥
到鴻
W
e
l
d
i
n
gs
p
e
e
d 何回国n)
︵ヨロ g
6m m
＇）の最適接合条件範囲
F
i
g
.5 A6061(
(0
欠陥無し，企微小欠陥，×接合不良）
1
0
丘凶心的﹄心詰﹄↑
ω
︶℃
まT
こ
， F
i
g
.4に A11005l, F
i
g
.5に A6061 T6
6 m m厚材6）の最適接合条件範囲の例を示す．ツ
8
6
4
ールなどの条件や母材によっても最適接合条件範
囲は異なりますが，いずれの場合にもツール回転
2
速度に上限があります．
0
5
0
0
1000
1
5
0
0
2000
2
5
0
0
R
o
t
a
t
i
o
nspeed(rpm)
F
i
g
.4 A1100の接合条件範囲
転数設定を行うと，回転速度に対し塑性流動が追
従できなくなりツールと母材聞にてすべりが発生
していると考えられます．その結果，ツールの回
転力が母材に伝達されず，ツール移動後に撹持金
属が充填される前にパリとして外部に排出され空
洞を生じると考えられています4
．
〕
o
l
.4
7(
2
0
0
9
)N
o
.1
軽金属溶接 V
参考文献
1
) 岡村ら：溶接技術 2
0
0
3
年 5月号 p
.6
0∼69
2）青田ら：溶接学会全国大会講演概要第 7
0集
(
2
0
0
2
,4
)
.3
1
9
3
) 田中ら：軽金属学会第1
0
5回大会講演概要（2
0
0
3
)
.
5
5
.
4
) 長野ら：軽金属学会第1
1
2回大会講演概要（2
0
0
7
)
'
6
8
.
5）篠田ら：溶接学会全国大会講演概要第 60集
(
1
9
9
7
,4
)
,4
0
4
.
6
) 西川ら：軽金属学会第 1
0
1回大会講演概要（2
0
0
1
)
.
5

Download Report