Development of simultaneous friction welding technique with low heat input for difficult materials combination with insert metal

开发低热输入同时摩擦焊接技术，用于难于与嵌入金属结合的材料

基本信息

批准号：
21K03775
负责人：
木村真晃
金额：
$ 2.75万
依托单位：
University of Hyogo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，超々ジュラルミン(A7075)のようなアルミニウム(Al)合金の中でも変形能の悪さや軟化を生じやすいことから溶接が難しい難接合材料を用いた異材継手を摩擦圧接法により接合し，接合部から破断しないという良好な継手を得ることができる低入熱同時摩擦接合技術を確立・提案することを目的としている．今年度も昨年度に引き続き直接合が極めて難しいA7075と鉄鋼材料との組み合わせを取り上げ，両材料に対して比較的接合性の良い純Tiをインサート材として選択し，同時接合を行った際の接合条件と接合端部形状に関する検討を中心に行った．まず昨年度の研究結果を受け，A7075側におけるばり割れを生じない試みとして，純Ti製のインサート材のA7075側と接触する接合端部の形状を種々変化させて検討を行った．摩擦速度27.5s-1，摩擦圧力90MPa，摩擦時間0.7s，アプセット圧力90MPaの一定条件として検討を行った結果，純Ti側の接合端部直径10mmに対してA7075のそれを12mm以上と大きくしたときにばり割れを生じないことを示した．しかし，得られる継手強度をさらに増加させるためには，アプセット圧力を増加させて接合することが不可欠であることも示唆した．一方，マルチマテリアル化に向けての低入熱接合手法拡大のため，実験装置の変更・改造のための部品製作も上記の実験と平行して実施するとともに，将来に向けての適用範囲拡大への基盤作りに対する検討を行った．特に，摩擦圧接では接合端部の直径が変化すると同じ接合条件で継手を作製しても同様な結果が得られない場合が指摘されていることから，接合端部直径が異なる場合どのように接合条件を選定すれば良いかの検討を行った．AC8AとA6061との中空材形状同士を対象として検討を行い，接合端部直径と接合条件との関係性を示すとともに接合条件の選定指針を見いだした．

在这项研究中，我们使用摩擦焊来连接异种材料接头，这些材料使用难以焊接的材料，例如超超级硬铝（A7075），由于变形能力差且容易软化，即使在铝中也难以焊接（本研究的目的是建立并提出一种低热输入、同步摩擦焊接技术，可以获得接头处不断裂的良好接头。继去年的基础上，今年我们将重点关注A7075与钢材这种直接连接难度极大的材料的结合，并选择对两种材料的结合性能都比较好的纯Ti作为镶件材料，我们将讨论同时接合时的接合条件。本研究重点关注接合端的形状。首先，根据去年的研究结果，为了防止A7075侧的毛刺裂纹，我们通过改变与纯Ti刀片材料的A7075侧接触的接合端的形状进行了研究。在摩擦速度27.5s-1、摩擦压力90MPa、摩擦时间0.7s、顶锻压力90MPa等条件下进行研究，发现纯钛侧接头端部直径为10mm， A7075的尺寸大于12mm，已经表明在某些情况下不会出现毛刺。然而，也有人建议，为了进一步提高接头的强度，必须增加镦粗压力。另一方面，为了将低热输入粘合方法向多材料扩展，我们还将在上述实验的同时制造用于改变和修改实验设备的零件，以及扩大未来的应用范围我们进行了一项研究，为此奠定了基础。特别指出，在摩擦焊接中，如果接头端部的直径发生变化，即使在相同的焊接条件下进行接头也可能无法获得相同的结果，我们考虑了应选择哪种条件。我们对AC8A和A6061的中空材料形状进行了研究，并论证了接头端部直径与接合条件之间的关系，并找到了选择接合条件的指南。