摩擦撹拌接合用ヒートシンクの詳細ガイド

摩擦撹拌溶接 (FSW) は、材料を溶かさずに機械力と摩擦熱の非消耗システムを使用する固相接合プロセスです。

通常、摩擦により被削材と回転ツールの間で熱が発生し、軟化した領域が FSW ツールの近くに押し出されます。その間、工具は通常接合線に沿って移動し、機械的な力を加えて金属片を混ぜ合わせます。粘土と生地を接合するように、工具によって機械的な圧力を加えて、軟化した金属と熱い金属を鍛造します。

基本的には、押出または鍛造アルミニウムや、高い溶接強度が必要な構造に使用されます。摩擦攪拌接合は、銅合金、アルミニウム合金、チタン合金、ステンレス鋼合金、マグネシウム合金、軟鋼合金の接合が可能です。最近でもポリマーの溶接で成功を収めています。さらに、マグネシウムなどの異種金属を鋼合金に接合する場合、摩擦攪拌溶接が行われます。

初期の頃は、プロファイルには特定のサイズ制限があり、熱放散をサポートおよび促進するために大きなヒートシンクが必要な高出力部品があったため、摩擦撹拌溶接がプロファイル ヒート シンクの溶接に使用されていましたが、現在では溶接が誰にとっても避けられない選択肢となっています。現在、新エネルギーの分野では、太陽光発電インバータ、風力エネルギーコンバータ、電気自動車のコントローラなどで摩擦撹拌溶接の使用が非常に一般的になりました。

摩擦撹拌接合の詳細、その用途、利点と機能について説明します。

摩擦撹拌溶接のメリット

摩擦撹拌溶接には、従来の溶融溶接に比べて多くの利点があることがわかっています。これらは次のとおりです…

• 溶接されたままの状態での FSW の機械的特性は良好です。

• 有毒ガスや溶融物の飛散がないため、安全性が向上します。

• 消耗品なし — 従来の工具鋼 (硬化 H13 など) で作られたねじ付きピンは、1 km (0.62 マイル) を超えるアルミニウムを溶接できます。興味深いことに、アルミニウムのプロセスにはフィラーやガスシールドは必要ありません。

• シンプルなフライス盤で簡単に自動化および調整できるため、セットアップコストが安く、トレーニングも最小限に抑えられます。

• 溶融池がないため、あらゆる姿勢（水平、垂直など）での作業が可能です。

• 一般に良好で優れた溶接外観と、オーバーマッチング下での最小限または薄い厚さにより、コストと溶接後の高価な機械加工の必要性が削減されます。

• 同じ接合強度でより薄い材料を使用できます。

• 環境への影響が低い。

• 融着から摩擦への切り替えによる一般的なパフォーマンスとコストの利点。

• 熱影響部に配置された溶接継手の微細構造はほとんど変化しません。また、残留応力が非常に低く、溶接部分が変形しにくいです。

• 長い溶接シームや大きな断面、接合部、異なる位置の溶接も一度で完了します。高いジョイント容量。

• 操作プロセスは機械化と自動化が非常に簡単で、シンプルな設備を使用するだけで、必要なエネルギー消費が少なく、高効率で操作環境の要件も低くなります。

• 溶接ワイヤーの挿入が不要で、アルミニウム合金の溶接前の酸化皮膜の除去や低減も不要で、ガスプロテクトも不要で低コストです。

• ヒートクラック感受性を備えた溶接可能な材料であり、異種材料の溶接にも適しています。

• 摩擦撹拌溶接プロセスは非常に安全で、汚染がなく、さらに煙や放射線も発生しません。

摩擦撹拌溶接技術はどのように実現するのか？

摩擦撹拌溶接は通常 4 つのステップで行われます。これらのステップは次のとおりです。

1. 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. 熱可塑性現象による硬化圧力。

4. 分子の拡散と再結晶化。

応用産業

• 電気自動車のコントローラー用の冷却ソリューション。

• パワーバッテリーパック冷却ソリューションでの使用。

• モーターハウジングの冷却ソリューション。

• インバーター冷却ソリューション。

• 電力品質の SVG 冷却ソリューション。

• IT通信冷却ソリューション。

• 造船および海洋

• 航空宇宙: 摩擦撹拌溶接は通常、スペースシャトルの外部タンク、オリオン乗組員車両、軍用機の床パネルで使用されており、現在では摩擦撹拌溶接で設計されています。ガントリー生産機にも使用されています。

• 自動車: 現在、トヨタ プリウスのトランクリッドと摩擦攪拌溶接で設計されたホイール、マツダの後部ドア、そして通常はボンネットに使用されています。

• 製造: 真空容器とバルブは現在、FSW (核廃棄物のカプセル化) を使用して設計されており、摩擦撹拌リンクの船のプロペラや狩猟用ナイフにも使用されています。

• 鉄道: 屋根パネルの曲面は摩擦撹拌溶接を使用して設計されており、ヒートシンクは高出力電子機器を冷却するために設計されています。

• パーソナルコンピュータ: Apple は、Mac デバイスで摩擦撹拌溶接を使用して、デバイスの底部と背面を接合しました。

• ロボット工学: KUKA ロボット グループは、2012 年に自社製品に摩擦撹拌溶接を導入しました。

• アルミニウム 3D プリント材料の接合: 金属 3D プリント材料の接合にも使用され、健全で欠陥のない溶接を生成するために使用され、プローブの回転、スピンドルの傾斜角度、ターゲットの深さ、およびトラバース速度は興味深い使用法です。

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