接合工法の種類

接合工法 – アプセット溶接 –

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アプセット溶接

[定義]

アプセット溶接とは、被接合材の端部を突き合わせ、加圧を付与しながら通電し、その際に発生する熱(ジュール熱)で被接合材を接合する方法です。

必要に応じて、接合プロセス中にさらなる高加圧(アプセット加圧)を付与する場合もあります。

スポット溶接、シーム溶接のように電極を利用して接合する工法とは違い、被接合材自体が電極も兼ねているので、電極の磨耗、劣化を考慮する必要がないという点が大きな特徴です。

また、アークによる発熱を併用するフラッシュ溶接と比較した場合、加圧に伴う接合時の据込み(凸状の出っ張り)が少なく熱影響部幅の狭い溶接継手を得ることができます。

アプセット溶接の接合装置は、溶接電源、電極、被接合材をクランプする装置、および加圧、電流の制御装置で構成されています。

接合プロセスは以下のとおりです。

  1. 被接合材を付き合わせた状態で、加圧をしながら通電させることで発生するジュール熱により、接合部の温度が上昇します。
  2. 接合部の温度を、接合に適正な温度まで上昇させたタイミングで、電流を遮断します。
  3. 接合部近傍の温度は、雰囲気温度に応じて冷却され、加圧を開放して接合がなされます。

必要に応じて、接合プロセス中に初期加圧よりも、さらなる高加圧を付与、接合を促進します。

アプセット溶接の接合プロセス図

[特徴]

アプセット溶接のメリットは、以下のとおりです。

  1. 接合時間が短いため、生産効率が高く、大量生産に適しています。
  2. 熱影響を領域が小さいことから材質劣化を抑えることができ、高品質の接合継手を得ることができます。
  3. フラッシュ溶接に比べて、接合時に生じる据込みを小さくすることができます。

その一方、アプセット溶接のデメリットは、以下のとおりです。

  1. 複雑な形状の接合面の場合、ヒートバランスが取りづらいため、接合が安定しなくなります。
  2. 接合面が大面積の場合、突合せ面を均一に加圧することができない、電流密度を均一にすることができないため、加熱が不均一になります。

[適用範囲、注意点]

アプセット溶接を行う上で注意しなければならないことは、酸化皮膜の接合性への影響、界面に残存することによる継手特性への影響です。ここで言う酸化被膜とは、被接合材の表面に形成されている酸化物の皮膜のことです。

酸化皮膜の残存により、接合性に影響をおよぼし良好な接合部が得られない、引張強さなどの機械特性に影響するなどの場合があるため、可能な限り、その除去が望まれます。

アプセット溶接に限らず、接合性の向上、継手特性の確保のために、如何にして酸化皮膜を除去するかについては、様々な接合工法共通の課題となります。各接合方法に応じて、酸化皮膜除去の方法を決定していくことになります。

摩擦圧接、摩擦攪拌接合の場合材料を塑性流動させ、機械的に除去します。ロウ付けの場合は、フラックス(酸化皮膜を除去する物質)を用いたりします。酸洗も酸化被膜の除去として有効です。

アプセット溶接では、被接合材を固相の状態で高温軟化させる場合と、界面の極表層を溶融させる場合に分かれますが、酸化被膜の排出・除去を優先する場合は、後者の界面を溶融させる条件を用いる必要があります。

固相の状態で接合する場合は、酸化皮膜の残存が生じやすく、形成される接合界面の状態、継手特性にバラツキが生じ、信頼性に影響するためです。

固相の状態で接合する場合は、熱影響が少ないため、母材同等の継手強度が得られますが反面、酸化被膜の残留が見られやすくなるので、どちらを優先すべきか、検討する必要があります。

また、被接合材の断面が大きいと酸化皮膜の排出、除去が進まず、残存することから、注意する必要があります。さらに、薄肉の板、管を接合する際、座屈が生じる場合もあることを留意する必要があります。

[事例]

アプセット溶接は一般的には、小断面積の材料(200mm2以下)の溶接によく用いられ、炭素鋼、合金鋼、アルミニウム合金、鋼合金などの幅広い材料溶接に適用されています。

特に、電線工場や伸線工場において、銅線や鋼線、アルミニウム線などの素材コイルを接続し、連続線引加工を行う作業に最も多く用いられています。

また、リング材の溶接や小径のチェーン材、土木建築界での溶接に用いられることも多いです。

その他、大断面積(600~4000mm2)を持つギヤやカッタ・ベッド、偏心シャフトやクラッチ・シャフトといった、シャフト類の溶接にも用いられています。

[まとめ]

アプセット溶接とは

  • 被接合材の端部を突き合わせ、加圧を付与しながら通電し、その際に発生するジュール熱で被接合材を接合する方法です。
  • 被接合材自体が電極も兼ねているので、電極の磨耗、劣化を考慮する必要がありません。
  • 類似のフラッシュ溶接に比べて、被接合材表面の酸化皮膜が残存しやすいことから、その除去が重要となります。

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