金属の接合技術と異種金属接合への応用

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１．概説　　　　　　　　　　　　　　　　　

1.1　接合の意義

　1.1.1　接合とは

　1.1.2　接合の歴史

　　(1)古代

　　(2)近代

　　　(a)アーク溶接

　　　(b)抵抗溶接

　　(3)現代

２．各種接合法

2.1　機械的接合

　2.1.1　機械的接合の種類

　2.1.2　機械的接合の特徴

　　(1)機械的接合の長所

　　(2)機械的接合の短所

　2.1.3　機械的接合部の接合強度

　　(1)接合強度のJIS規格

　　(2)機械的接合法と抵抗スポット溶接の強度比較

　2.1.4　異種金属の機械的接合

　　(1)SPR（Self-Pierce Riveting）

　　(2)Tuk-Rivet®

　　(3)FDS® (Flow Drilling Screw)

　　(4)ImpAcT（Impulse Accelerated Tacking）

　　(5)FEW（Friction Element Welding）

　　(6)各接合法の比較試験

　　　(a)接合方法

　　　(b)継手の種類

　　　(c)評価項目

　　(7)各接合法の比較試験結果

　　　(a)施工性

　　　(b)断面マクロ

　　　(c)継手強度の比較

　　　(d)破断形態

　　　(e)接着剤との併用

　　　(f)機械的接合の適用例

　　2.1.5　接　着

　　(1)接着の原理　

　　(2)接着の前処理

　　　(a)簡易清掃(脱脂)

　　　(b)機械洗浄手法

　　(3)接着剤の強度

　　(4)異種金属の接着接合

　　(5)分子接合(新技術)

2.2　冶金的接合

　2.2.1　融接（溶接）

　　(1)溶接の長所と課題

　　(2)MIG溶接

　　　(a)直流MIG

　　　(b)交流MIG

　　(3)レーザ溶接

　　　(a)特徴

　　　(b)種類

　　　①CO₂レーザ

　　　②YAGレーザ

　　　③パルスYAGレーザ

　　　④半導体レーザ(LD)

　　　⑤デイスクレーザ、ファイバーレーザ

　　　(c)異種金属のレーザ溶接

　　　　1)鉄鋼／アルミニウム合金

　　　　2)鉄鋼／銅

　　　　3)アルミニウム合金／チタン合金および 鉄鋼材料／チタン

　　　　4)ステンレス鋼、アルミ、銅の異材接合

　　　　5)異種金属の溶接の可能性

　　　　6)金属／プラスチック

　　(4)レーザ・アークハイブリッド溶接

　　　(a)特徴

　　　(b)継手性能

　　　(c)適用例

　　(5)電子ビーム溶接

　　　(a)真空電子ビーム溶接

　　　(b)非真空電子ビーム溶接

　　　①特徴

　　　②適用例

　　(6)抵抗スポット溶接

　　　(a)原理

　　　(b)溶接部の電流密度

　　　(c)接触抵抗

　　　(d)溶接部の冷却

　　　(e)溶接部の温度分布

　　　(f)抵抗スポット溶接部の特徴

　　　(g)溶接欠陥とその対策

　　　(h)抵抗スポット溶接の3大条件とその設定

　　　①溶接電流

　　　②通電時間

　　　③電極加圧力

　　　(i)アルミニウム合金と低炭素鋼の抵抗スポット溶接条件例

　　　(j)異なる板厚・材質の組み合わせ

　　　①異なる板厚の場合

　　　②異なる材質の場合

　　　(k)厚板のスポット溶接

　　　①接合強度

　　　②接合部の断面観察

　　　(l)極性効果

　　　①ナゲット形成への影響

　　　②被溶接材表面への電極銅の付着とその影響

　　　(m)表面処理

　　　①酸化皮膜除去

　　　②表面処理後の放置時間の影響

　　　(n)溶接部に発生するブローホールおよび割れとその防止策

　　　①ブロー・ホールおよび割れ

　　　②防止策　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　(o)鋼材とアルミニウム合金の異材接合(新手法)　　　　　　　

　　　①自動車ボデイへのアルミニウム合金適用

　　　②異種金属接合の課題

　　　③異種金属抵抗スポット溶接部の引張強度に及ぼす溶接組織の影響

　　　　1)供試材

　　　　2)接合方法及び評価法

　　　　3)溶接条件とナゲット径の関係

　 　　　　3.1)溶接電流とナゲット径の相関性

　　　　　 3.2)通電時間とナゲット径の相関性

　　　　　 3.3)加圧力とナゲット径の相関性

　　　　4)ナゲット部のSEM観察結果

   　　　 5)十字引張試験結果

  　　　 6)十字引張試験での溶接部の破断形態

　　　　7)溶接電流と引張破断形態の関係

　　　　8)溶接電流増加に伴うHAZのミクロ割れの変化

　　　　9)異材抵抗スポット溶接部の引張破断メカニズム

　　　　 9.1)低電流域の挙動

　　　　 9.2)高電流域の挙動

　　　10)まとめ

　　　　(p)溶接品質モニタリング

　　　　　①電極変位による方法

　　　　　②電極間電圧または電極間抵抗による方法

　　　　　③超音波による方法

　　2.2.2　圧接

　　　(1)拡散接合

　　　　(a)原理と特徴

　　　　(b)種類

　　　　(c)拡散接合の接合強度および特性

　　　　①接合強度

　　　　②断面ミクロ組織

　　　　③EPMA分析結果

　　　　(d)大気中における拡散接合

　　　　(e)拡散接合の適用例

　　　(2)摩擦攪拌

　　　　(a)原理と特徴

　　　　(b)継手の特性(5000系および6000系アルミニウム合金)

　　　　①引張強度

　　　　②衝撃値

　　　　③変形量

　　　　④時効処理の効果

　　　　(c)継手特性(A2024およびAC4Cアルミニウム合金)

　　　　①断面マクロ

　　　　②引張強度

　　　　(d)インロー突合せ継手の特性(アルミニウム合金パイプと丸棒)

　　　　①硬さ分布

　　　　②クリアランスと破断荷重

　　　　③内部欠陥の影響

　　　　(e)継手特性(6000系アルミニウム合金押出し形材)

　　　　①断面マクロ

　　　　②引張強度

　　　　③硬さ分布　

　　　　④熱サイクル

　　　　(f)接合可能条件

　　　　(g)接合欠陥

　　　　(h)異材接合

　　　　(i)FSW異材接手の断面マクロ

　　　　(j)薄板および厚板の接合

　　　　(k)FSWの自動車、鉄道車両、航空宇宙関係への適用

　　(3)アルミニウム合金/非アルミニウム合金異種材料の摩擦攪拌接合

　　　 (a)　突合せ継手

　　　　①アルミニウム合金／非鉄材料

　　　　②アルミニウム合金／鉄鋼材料

　　　　③アルミニウム合金／アルミニウム合金異種材料

　　　1)熱処理型合金同士の接合

　　　2)熱処理合金と非熱処理合金の接合

　　　3)その他の材料の接合

　　　(b)重ね継手

　　　①アルミニウムと鋼板の接合

　　　②アルミニウムと銅板の接合

　　　(c)FSWの自動車、鉄道車両、航空宇宙関係への適用　　　　　

　　(4)摩擦攪拌点接合(新しい技術)　　　　　　　　　　　　　

　　　(a)原理と特徴

　　　(b)継手の強度特性

　　　①引張せん断強度

　　　②引張せん断試験後の外観と断面マクロ

　　　(c)アルミニウム合金と鋼板の異種金属FSSW接合

　　　①原理と特徴

　　　②引張せん断強度

　　　③断面ミクロ

　　　④EPMA分析結果

　　　(d)鋼板同士のFSSW接合

　　　(e)FSSWの自動車への適用例

　　(5)超音波接合

　　　(a)金属の超音波接合

　　　①超音波接合装置

　　　②特徴

　　　③超音波接合のメカニズム

　　　④超音波接合実施例

　　　1)超音波ワイヤボンデイング

　　　2)電鉄用パワーモジュールの端子接合

　　　3)ピンポイント接合

　　　4)薄板接合

　 　　5)プラスチックの超音波溶着

　　　(b)異種金属の超音波接合実施例

　　　　①アルミニウム合金／鉄鋼

　　　　1)中間材を挿入した場合

　　　　2)中間材を用いない場合

　　　(d)セラミックス／金属

　　　　①接合可能領域

　　　　②超音波接合材の接合強度

　　　　③インサートの効果

　　　　④接合メカニズム

　　(6)ろう接

　　　(a)特徴

　　　(b)ろう付性

　　　(c)アルミニウム合金と鉄鋼の異材継手へのレーザろう付の適用(新しい技術)

　　　　①断面マクロ

　　　　②断面ミクロ組織

　　　　③継手強度

　　　　④レーザろう付の適用例

　　　(d)アルミニウム合金とセラミックスの異材継手へのろう付の適用

　　　　①せん断強度