澤井 猛

SUS304ステンレス鋼同種摩擦圧接継手の入熱と引張強さおよび疲労強度の関係を検討した。入熱は、摩擦入熱、変形入熱に分類され、摩擦過程、アプセット過程および全過程のそれぞれの入熱とした。その結果、アプセット過程の変形入熱120J/s以上、アプセット寄りしろが1.0mm以上の場合に、圧接界面近傍の熱影響部で破断し、引張強さの大きい継手が得られた。また、良好な継手では、疲労試験中の加工硬化により、疲労強さはSUS304母材よりも大きくなる。そして、疲労試験から求めた疲労限度で継手性能を判断すると、引張試験同様に、あるアプセット過程の変形入熱およびアプセット寄りしろ以上の場合に良好な継手が作成できることが明らかとなった。

6061アルミニウム合金を用いて、同種摩擦圧接を行い、各種入熱と引張強さおよび疲労強度の関係について検討した。入熱は、摩擦入熱および変形入熱に分けられ、それらを合計した全入熱の3つの入熱を、摩擦過程およびアプセット過程の両過程で測定した。その結果、アプセット過程の変形入熱が200J/s以上、アプセット寄りしろが4mm以上の場合に、熱影響部で破断する引張強さの安定した継手が得られた。そして、疲労強さは、引張強さに比べて、界面の接合状態や軟化状態に影響されやすく、界面の接合が良好で軟化領域が広い継手では、疲労強さは大きくなることが明らかとなった。

6061アルミニウム合金管の同種摩擦圧接継手の入熱と継手性能(引張強さ)の関係および入熱と寄りしろの関係について検討した。入熱は、摩擦入熱および変形入熱に分けられ、それらを合計した全入熱の3つの入熱を、摩擦過程、アプセット過程および全過程で測定した。その結果、アプセット過程の変形入熱がもっとも引張強さと密接な関係があることが判明し、アプセット過程の変形入熱が500J/s以上、アプセット寄りしろは、5mm以上で良好な摩擦圧接継手となることが明らかとなった。

ニューラルネットワークを用いて、6061アルミニウム合金同種摩擦圧接継手の最適摩擦圧接条件を模索した。ニューラルネットワークの入力と出力には、圧接条件因子、寄りしろおよび引張強さなどを用い、種々組み合わせて学習を行った。その結果、学習に用いた条件の範囲内では、最適圧接条件の設定が可能であることを示した。

Friction welding of Cu to 1050 aluminum alloy, Cu to S15CK carbon steel, and SUS304 stainless steel to 6061 aluminum alloy were carried out in order to examine the effects of deformation heat input in the upset stage and the upset loss on the joint performance such as tensile strength. As a result, it was made clear that the deformation heat input in the upset stage and the upset loss were not a factor for evaluating the friction weldability, becase of formation of excessive intermetallic compound when the friction time was long.

Friction welding of 5052 Aluminum alloy similar material was carried out in order to examine the effects of deformation heat input and upset loss in the upset stage on the joint performance such as tensile strength. As the results, it was made clear that the deformation heat input in the upset stage was a dominant factor for controlling the friction weldability, increasing the deformation heat input in the upset stage caused an increase in the tensile strength of the weld joints and joints of stable-high tensile strength was obtained with 350J/S or more deformation heat input, and increasing the upset loss caused an increase in the tensile strength of the weld joints and joints of the stable-high tensile strength was obtained with about 7mm.

今まで日本における摩擦圧接は、主に回転運動を利用している。ただし、この方法では回転させられない材料では溶接が不可能である。そこで、回転運動の代りに直線運動を行う振動摩擦圧接を行った。本研究では、実験用振動摩擦圧接機を用いた。その結果、それぞれ摩擦速度が0.12m/sから0.26m/s、振幅が1.1mmから2.28mm および軸負荷が5kgfから30kgfで良好な継手を作製できることを確認した。

低炭素鋼(0.16%C)を用いて摩擦圧接を行い、摩擦圧接中の回転数と摩擦トルクから熱入力を算出し、熱入力と継手性能(引張強さ、曲げ強さ、ねじり強さ、衝撃強さ、圧接部の硬さ分布および金属組織など)との関係について検討した。 その結果、、熱入力が継手性能に与える影響を明らかにした。

摩擦過程での摩擦推力を反転させ、圧接中の圧接母材を引き離し、そのときの摩擦トルクの記録と6061アルミニウム合金の圧接端面の観察を行った。良好な引張強さを有する継手(完全継手)は、摩擦トルクの変動が少ないことから、トルクの変動を十点平均荒さに準じた手法で測定し、トルクの安定した完全継手を得るための指標( 値)を模索し検討した。 その結果、引き離した母材の圧接端面と 値は一定の関係にあることが明らかとした。そして、通常の同種摩擦圧接実験より熱入力を算出した。 値と熱入力との関係を検討し、トルクの変動によってある程度熱入力を予測できることを示した。