마찰 교반 용접

마찰 교반 용접 택 공구의 클로즈업 뷰.

오리온 우주선의 격벽과 노세컨은 마찰 교반 용접을 사용하여 결합됩니다.

공동 설계

마찰 교반 용접(FSW)은 비소모 공구를 사용하여 공작물 재료를 ^[1]^[2]녹이지 않고 두 개의 면 공작물을 접합하는 솔리드 스테이트 접합 프로세스입니다.회전 공구와 공작물 재료 사이의 마찰에 의해 열이 발생하며, 이는 FSW 공구 근처의 연화 영역으로 이어집니다.공구가 조인트 라인을 따라 횡단하는 동안 두 개의 금속 조각을 기계적으로 혼합하고, 공구에 의해 적용되는 기계적 압력에 의해 뜨겁고 연화된 금속을 단조합니다. 점토 ^[2]또는 반죽을 접합하는 것과 비슷합니다.주로 연마 또는 압출 알루미늄, 특히 매우 높은 용접 강도를 필요로 하는 구조물에 사용됩니다.FSW는 알루미늄 합금, 구리 합금, 티타늄 합금, 연강, 스테인리스강 및 마그네슘 합금을 결합할 수 있습니다.최근에는 ^[3]폴리머 용접에 성공적으로 사용되었습니다.또한 알루미늄과 마그네슘 합금과 같은 이종 금속의 결합은 최근 ^[4]FSW에 의해 달성되었습니다. FSW의 적용은 현대 조선,^[5]^[6]^[7]^[8]^[9]^[10] 기차 및 항공우주 분야에서 찾아볼 수 있습니다.

1991년 12월 영국의 The Welding Institute(TWI)에서 발명되어 실험적으로 증명되었습니다.TWI는 이 과정에 대한 특허를 보유하고 있었는데, 첫 번째는 가장 상세한 ^[11]내용이었다.

작동 원리

공구(프로브 포함)와 함께 두 개의 개별 금속 공작물이 함께 버팅됨

조인트를 통과하는 공구의 진행 상태. 또한 용접 부위 및 공구 숄더의 영향을 받는 부위를 보여줍니다.

FSW는 회전 원통형 공구로 수행되며, 이 공구는 숄더 직경보다 작은 직경을 가진 프로파일링 핀(프로브라고도 함)을 가지고 있습니다.용접 도중 프로브가 공작물을 관통하고 ^[12]숄더가 공작물의 표면에 닿을 때까지 공구는 클램프된 공작물 사이의 버트 조인트로 공급됩니다.프로브가 필요한 용접 깊이보다 약간 짧으며 공구 숄더가 작업 ^[13]표면 위에 있습니다.짧은 드웰 시간이 지나면 공구는 사전 설정된 용접 ^[14]속도로 조인트 라인을 따라 전진합니다.

내마모공구와 공작물 사이에 마찰열이 발생한다.이 열은 기계적 혼합 공정 및 재료 내부의 단열 열과 함께 교반된 재료가 녹지 않고 부드러워지도록 합니다.공구가 전진할 때 프로브의 특수 프로파일이 앞면에서 뒷면으로 가소성 재료를 밀어내고, 여기에서 높은 힘이 용접부의 단조 접합을 돕습니다.

금속의 가소성 튜브형 샤프트에서 공구가 용접 라인을 따라 이동하는 이 프로세스는 모재의 ^[15]동적 재결정화를 수반하는 심각한 고체 상태 변형을 초래합니다.

미세 구조 특징

FSW 프로세스의 솔리드 스테이트 특성은 특이한 공구 모양과 비대칭 속도 프로필과 결합되어 매우 특징적인 미세 구조를 생성합니다.마이크로 구조는 다음 구역으로 나눌 수 있습니다.

교반 영역(동적 재결정 영역이라고도 함)은 용접 중 핀의 위치와 거의 일치하는 심하게 변형된 재료의 영역입니다.교반 구역 내의 입자는 대략적으로 동일하며 종종 ^[16]모재보다 크기가 작은 경우가 있습니다.교반 구역의 독특한 특징은 여러 개의 동심원 링이 공통적으로 발생한다는 것인데, 이는 "오니온 링"^[17] 구조라고 불립니다.이러한 고리의 정확한 기원은 확실히 밝혀지지 않았지만 입자 수 밀도, 입자 크기 및 질감의 변화가 모두 제안되었습니다.
플로우 암 구역은 용접의 상부 표면에 있으며, 숄더에 의해 용접의 후퇴하는 쪽, 공구 뒤쪽에서 끌려와 전진하는 ^{[citation needed]}쪽에 퇴적되는 재료로 구성됩니다.
열역학적 영향 영역(TMAZ)은 교반 영역의 양쪽에서 발생합니다.이 영역에서는 변형률 및 온도가 낮아지고 미세 구조에 대한 용접 효과가 상대적으로 작습니다.교반 구역과 달리 미세 구조는 현저하게 변형되고 회전하지만 모재의 구조임을 알 수 있다.TMAZ라는 용어는 기술적으로 전체 변형 영역을 의미하지만 교반 영역 및 흐름 ^{[citation needed]}암이라는 용어로 아직 다루지 않은 영역을 설명하는 데 종종 사용됩니다.
열영향부(HAZ)는 모든 용접 프로세스에 공통적입니다.이름에서 알 수 있듯이 이 부위는 열 사이클을 거치지만 용접 중에 변형되지는 않습니다.온도는 TMAZ의 온도보다 낮지만 미세 구조가 열적으로 불안정할 경우 여전히 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.실제로, 경화 알루미늄 합금에서 이 영역은 일반적으로 가장 낮은 기계적 ^[18]특성을 보입니다.

장점과 제한

FSW의 솔리드 스테이트 특성은 액상으로부터의 냉각과 관련된 문제를 회피하기 때문에 융접 방법에 비해 몇 가지 이점을 가져옵니다.다공성, 용질 재배포, 응고 균열 및 액화 균열과 같은 문제는 FSW 중에 발생하지 않습니다.일반적으로 FSW는 결함의 농도가 낮으며 매개변수 및 재료의 변화에 매우 내성이 있는 것으로 확인되었습니다.

그럼에도 불구하고 FSW가 제대로 수행되지 않으면 다수의 고유한 장애와 관련지어집니다.예를 들어 낮은 회전 속도 또는 높은 트래버스 속도로 인해 용접 온도가 불충분하면 용접 중에 용접 재료가 광범위한 변형을 수용할 수 없습니다.이로 인해 용접 부위를 따라 길고 터널 같은 결함이 발생할 수 있으며, 이는 표면 또는 지하에서 발생할 수 있습니다.온도가 낮으면 공구의 단조 작용이 제한될 수 있으므로 용접의 각 측면에서 재료 간 접합의 연속성이 저하될 수 있습니다.소재 간의 가벼운 접촉으로 인해 "키스 본드"라는 이름이 생겨났습니다.이 결함은 X선이나 초음파 검사와 같은 비파괴적 방법으로는 검출이 매우 어렵기 때문에 특히 우려됩니다.핀이 충분히 길지 않거나 공구가 플레이트 밖으로 튀어나올 경우 공구에 의해 용접 하단의 인터페이스가 파괴되거나 단조되지 않아 관입 불량이 발생할 수 있습니다.이는 본질적으로 재료의 노치이며, 피로 균열의 잠재적 원인이 될 수 있습니다.

FSW가 기존 융접 프로세스에 비해 갖는 잠재적인 이점은 다음과 같습니다.^[19]^[14]

용접 상태에서의 기계적 특성이 우수합니다.
유독가스가 없거나 녹은 물질이 튀지 않아 안전성이 향상되었습니다.
소모품 없음 — 기존 공구 강철로 만들어진 나사형 핀(예: 경화 H13)은 1km(0.62mi) 이상의 알루미늄을 용접할 수 있으며, 알루미늄의 경우 필러나 가스 실드가 필요하지 않습니다.
심플한 밀링 머신으로 간단하게 자동화되어 셋업 코스트와 트레이닝을 삭감.
용융지가 없으므로 모든 위치(수평, 수직 등)에서 작동할 수 있습니다.
일반적으로 용접 외관이 양호하고 최소 두께의 언더/오버 매칭으로 용접 후 고가의 기계가공 필요성이 감소합니다.
접합 강도가 동일한 얇은 소재를 사용할 수 있습니다.
환경에 미치는 영향이 적다.
융접에서 마찰로 전환함으로써 일반적인 성능 및 비용 이점을 얻을 수 있습니다.

그러나 이 프로세스의 몇 가지 단점이 발견되었습니다.

공구 인출 시 출구 구멍 좌측
플레이트를 함께 고정하는 데 필요한 고강도 클램핑에 필요한 큰 다운력.
수동 및 아크 공정보다 유연성이 떨어집니다(두께 변화 및 비선형 용접의 어려움).
종종 일부 융접 기술보다 이송 속도가 느리지만, 필요한 용접 패스가 적을 경우 이 속도가 상쇄될 수 있습니다.

중요한 용접 파라미터

도구 설계

MegaStir의 고급 마찰 교반 용접 및 가공 공구가 거꾸로 표시됨

좋은 공구는 용접 품질과 최대 용접 속도를 모두 향상시킬 수 있기 때문에 공구의^[20] 설계는 매우 중요합니다.

공구 재료는 용접 온도에서 충분히 강하고 단단하며 마모되는 것이 바람직하다.또한 드라이브 트레인 상부에 있는 기계의 열 손실 및 열 손상을 최소화하기 위해 산화 저항성이 우수하고 열 전도율이 낮아야 합니다.AISI H13과 같은 열간 가공 공구강은 두께 범위가 0.5~50mm인 알루미늄 합금 용접에 완벽하게 적합하다는 것이 입증되었지만, 연마성이 높은 금속 매트릭스 복합^[22] 재료 또는 강철 또는 티타늄과 같은 고융점 재료와 같은 보다 까다로운 용도에 더 고급 공구 재료가 필요합니다.

도구 설계의 개선은 생산성과 품질에 상당한 향상을 가져오는 것으로 나타났습니다.TWI는 용입 깊이를 증가시켜 성공적으로 용접할 수 있는 판 두께를 증가시키도록 특별히 설계된 도구를 개발했습니다.예를 들어, 재진입 기능이 있는 테이퍼 핀이나 가변 피치 나사산을 사용하여 재료의 하향 흐름을 개선하는 "worl" 설계가 있습니다.추가 디자인으로는 트리플루트 시리즈와 트리벡스 시리즈가 있습니다.트리플루트 설계에는 3개의 테이퍼 나사산 재진입 플룻이 복잡한 시스템이 있으며, 공구 주변의 재료 이동을 증가시키는 것으로 보입니다.Trivex 공구는 보다 단순한 비원통형 핀을 사용하며 용접 시 공구에 작용하는 힘을 줄여주는 것으로 확인되었습니다.

대부분의 공구는 오목한 숄더 프로파일을 가지고 있어 핀에 의해 변위된 재료의 이스케이프 볼륨 역할을 하며, 어깨 측면으로부터 재료가 돌출되는 것을 방지하고 아래쪽으로 압력을 유지하므로 공구 뒤쪽 재료의 단조가 양호합니다.Triplute 도구는 표면에 일련의 동심원 홈이 가공된 대체 시스템을 사용합니다. 이 시스템은 용접의 상부 레이어에서 재료를 추가로 이동시키기 위한 것입니다.

강철 및 기타 경질 합금(예: 티타늄 합금)에 대한 마찰 교반 용접 공정을 상업적으로 광범위하게 사용하려면 비용 효율적이고 내구성이 뛰어난 ^[23]공구를 개발해야 합니다.재료 선택, 설계 및 비용은 경질 재료 용접을 위한 상업적으로 유용한 도구를 찾는 데 있어 중요한 고려 사항입니다.공구 재료의 구성, 구조, 특성 및 형상이 성능, 내구성 및 ^[24]비용에 미치는 영향을 더 잘 이해하기 위한 작업이 계속되고 있습니다.

공구 회전 및 이송 속도

마찰 스티어 ^[25]용접에서는 공구가 회전하는 속도와 인터페이스를 따라 이동하는 속도라는 두 가지 공구 속도를 고려해야 합니다.이 두 가지 매개변수는 상당히 중요하므로 성공적이고 효율적인 용접 사이클을 보장하기 위해 신중하게 선택해야 합니다.회전속도, 용접속도, 용접시 열입력의 관계는 복잡하지만 일반적으로 회전속도를 높이거나 이송속도를 낮추면 용접이 뜨거워진다고 할 수 있다.성공적인 용접을 위해서는 공구를 둘러싼 재료가 필요한 광범위한 플라스틱 흐름을 가능하게 하고 공구에 작용하는 힘을 최소화할 수 있을 만큼 충분히 뜨거워야 합니다.소재가 너무 차가울 경우 교반 영역에 공백이나 기타 결함이 있을 수 있으며 극단적인 경우 공구가 파손될 수 있습니다.

반면, 지나치게 높은 열 입력은 용접의 최종 특성을 해칠 수 있습니다.이론상으로는 (융접부의 액화 균열과 유사) 저융점 상 액화로 인해 결함이 발생할 수 있습니다.이러한 경쟁적인 요구는 "처리 기간" 개념, 즉 처리 매개 변수의 범위로 이어집니다.툴 회전과 트래버스 속도를 개선하여 양호한 품질의 ^[26]용접을 실현합니다.이 윈도우 내에서는 용접에 충분한 열 입력이 발생하여 재료의 가소성이 충분히 보장되지만 용접 특성이 과도하게 악화되지는 않습니다.

공구 기울기 및 접기 깊이

툴의 급강하 깊이와 기울기를 나타내는 도면입니다.공구가 왼쪽으로 이동하고 있습니다.

폭락 깊이는 용접판 표면 아래의 숄더 최저점의 깊이로 정의되며 용접 ^[27]품질을 보장하기 위한 중요한 매개 변수인 것으로 확인되었습니다.숄더를 플레이트 표면 아래로 밀어 넣으면 공구 아래의 압력이 증가하고 공구 후면의 재료가 적절히 단조됩니다.공구 후면이 전면보다 낮아지도록 공구를 2-4도 기울이면 이 단조 프로세스에 도움이 되는 것으로 확인되었습니다.필요한 하향 압력이 달성되도록 하고 공구가 용접 부위를 완전히 관통하도록 하려면 폭락 깊이를 올바르게 설정해야 합니다.요구되는 높은 하중을 고려할 때, 용접 기계가 휘어져서 공칭 설정에 비해 폭락 깊이를 줄일 수 있으며, 이로 인해 용접에 결함이 발생할 수 있습니다.한편, 과도한 함몰 깊이는 핀이 백킹 플레이트 표면에 마찰되거나 기재에 비해 용접 두께가 현저하게 일치하지 않을 수 있다.가변 부하 용접기는 공구 변위 변화를 자동으로 보정하도록 개발되었으며, TWI는 공구 위치를 용접 플레이트 위에 유지하는 롤러 시스템을 시연했습니다.

용접력

용접 도중 ^[28]공구에 다음과 같은 여러 가지 힘이 작용합니다.

재료 표면 또는 아래에서 공구의 위치를 유지하기 위해서는 아래쪽으로의 힘이 필요합니다.일부 마찰 스티어 용접 기계는 부하 제어 하에 작동하지만, 대부분의 경우 공구의 수직 위치가 사전 설정되므로 용접 중에 부하가 변동됩니다.
이송력은 공구 움직임과 평행하게 작용하며 이송 방향에서 양수입니다.이 힘은 공구의 움직임에 대한 재료의 저항의 결과로 발생하므로 공구 주변의 재료 온도가 상승하면 이 힘이 감소할 것으로 예상할 수 있다.
횡력은 공구 이송 방향과 수직으로 작용할 수 있으며 여기에서 용접의 전진 측을 향해 양의 힘으로 정의됩니다.
공구를 회전하려면 토크가 필요하며, 토크의 양은 하강력 및 마찰 계수(슬라이딩 마찰) 및/또는 주변 영역의 재료 흐름 강도(고정)에 따라 달라집니다.

공구파괴를 방지하고 공구 및 관련 기계의 과도한 마모를 최소화하기 위해 공구에 작용하는 힘이 가능한 한 낮아지도록 용접주기를 변경하여 급격한 변화를 회피한다.낮은 힘(예: 높은 열 입력, 낮은 이동 속도)을 선호하는 조건이 생산성과 용접 특성 측면에서 바람직하지 않을 수 있으므로 용접 매개변수의 최선의 조합을 찾기 위해서는 타협이 이루어져야 합니다.

재료의 흐름

공구 주변의 재료 흐름 모드에 대한 초기 연구에서는 공구가 ^[29]^[30]통과할 때 재료가 어디로 이동했는지를 판단하기 위해 다른 합금의 인서트를 사용했습니다. 이 인서트는 현미경으로 볼 때 일반 재료와 대비가 달랐습니다.이 데이터는 공구, 백킹 플레이트 및 냉간 기재는 "압출 챔버"를 형성하여 고온의 가소성 재료를 강제로 통과시키는 현장 압출의 형태로 해석되었습니다.이 모델에서 공구의 회전은 프로브 전면을 중심으로 재료를 거의 또는 전혀 끌어당기지 않습니다. 대신 핀 앞에 있는 재료 부품이 어느 한쪽으로 통과합니다.소재가 프로브를 통과한 후, "다이"에 의해 가해지는 사이드 압력에 의해 소재가 다시 결합되고, 공구 숄더의 후면이 머리 위를 통과하고 큰 다운력이 재료를 단조하기 때문에 결합이 강화된다.

최근에는 특정 ^[31]지역에서 상당한 물질적 이동을 옹호하는 대안 이론이 발전하고 있다.이 이론은 일부 물질이 적어도 한 번 회전하는 동안 프로브 주위를 회전하며, 교반 영역에서 "온온 고리" 구조를 생성하는 것이 이 물질의 움직임이라고 주장합니다.연구진은 얇은 구리 스트립 삽입물과 냉동 핀 기술을 조합하여 도구를 신속하게 제자리에 고정시켰다.그들은 물질적 움직임이 다음 두 가지 과정에 의해 발생한다고 제안했다.

용접의 진행 측에 있는 재료는 프로필 프로브와 함께 회전하고 진행하는 구역으로 들어갑니다.이 재료는 매우 변형되었으며 위에서 볼 때(즉, 공구 축 아래로) 원호 모양의 특징을 형성하기 위해 핀 뒤로 미끄러져 나갔습니다.구리가 핀 주위의 회전 영역에 들어가 파편이 된 것을 알 수 있었습니다.이 조각들은 공구 뒤에 있는 원호 모양의 재료에서만 발견되었습니다.
라이터 소재는 핀 앞에서 후퇴하는 쪽에서 나와 공구 뒤쪽으로 끌려다니며 전진하는 측면 소재의 호 사이의 틈새를 메웠다.이 재료는 핀 주위를 회전하지 않았으며 변형 수준이 낮을수록 입자 크기가 커졌습니다.

이 설명의 주요 장점은 양파 링 구조의 생산에 대한 그럴듯한 설명을 제공한다는 것입니다.

마찰 교반 용접을 위한 마커 기술은 용접 재료에서 마커의 초기 및 최종 위치에 대한 데이터를 제공합니다.그런 다음 이러한 위치에서 재료 흐름이 재구성됩니다.마찰 교반 용접 시 상세 재료 흐름장도 기초적인 과학적 원리에 기초한 이론적 고려사항에서 계산할 수 있습니다.재료 흐름 계산은 다양한 엔지니어링 애플리케이션에서 일상적으로 사용됩니다.마찰 교반 용접에서 재료 흐름장의 계산은 종합적인 수치 시뮬레이션^[32]^[33]^[34] 또는 단순하지만 통찰력 있는 분석 ^[35]방정식을 사용하여 수행할 수 있습니다.재료 흐름장 계산을 위한 종합 모델도 교반 구역의 형상 및 ^[36]^[37]공구의 토크와 같은 중요한 정보를 제공합니다.수치 시뮬레이션은 마찰 교반 용접 ^[36]^[38]실험에서 관찰된 마커 실험과^[34] 교반 구역 형상으로부터 결과를 정확하게 예측할 수 있는 능력을 보여주었다.

열의 발생 및 흐름

모든 용접 프로세스에서 일반적으로 이동 속도를 높이고 열 입력량을 최소화하는 것이 바람직합니다. 이렇게 하면 생산성이 향상되고 용접이 용접의 기계적 특성에 미치는 영향이 줄어들 수 있기 때문입니다.동시에 공구 주변의 온도가 충분한지 확인하여 적절한 재료 흐름을 허용하고 결함이나 공구 손상을 방지해야 합니다.

Travers 속도가 증가하면 특정 열 입력에 대해 공구 앞에 열이 전달될 시간이 줄어들고 열 구배가 커집니다.어느 시점에서는 속도가 너무 빨라 공구 앞의 재료가 너무 차가워지고 흐름 응력이 너무 높아 재료가 적절히 이동할 수 없으므로 결함이나 공구 파손이 발생합니다."핫 존"이 너무 크면, 이동 속도를 높일 수 있고 따라서 생산성이 향상됩니다.

용접 사이클은 여러 단계로 나눌 수 있으며, 이 단계에서 열 흐름과 열 프로파일이 달라집니다.^[39]

드웰. 재료는 정지된 회전 공구로 예열되어 공구 앞에 충분한 온도에 도달하여 횡단을 가능하게 합니다.이 기간에는 공구가 공작물 안으로 곤두박질치는 것도 포함될 수 있습니다.
과도 가열공구가 움직이기 시작하면 기본적으로 안정된 상태에 도달할 때까지 공구 주변의 열 생성과 온도가 복잡한 방식으로 변화하는 과도기가 발생합니다.
의사 정상 상태열 발생의 변동은 발생하지만 도구 주변의 열장은 적어도 거시적 규모에서 효과적으로 일정하게 유지됩니다.
정상 상태를 유지하십시오.용접 끝 부근에서 플레이트 끝부분에서 열이 "반사"되어 공구 주변이 추가로 가열될 수 있습니다.

마찰 스티르 용접 중 발열은 공구 표면의 마찰과 ^[40]공구 주변의 재료 변형이라는 두 가지 주요 소스에서 발생합니다.열 발생은 종종 표면적이 크기 때문에 주로 어깨 아래에서 발생하며 공구와 공작물 사이의 접촉력을 극복하는 데 필요한 힘과 같다고 가정합니다.어깨 아래의 접촉 조건은 적절한 온도 및 변형률에서의 계면 전단 강도에 따라 마찰 계수 μ 및 계면 압력 P를 사용하거나 접착 마찰로 설명할 수 있습니다.공구 숄더_total Q에 의해 발생하는 총 열에 대한 수학적 근사치는 슬라이딩 및 고착 마찰 ^[39]모델을 모두 사용하여 개발되었습니다.

Q_{\text{total}}={\frac {2}{3}}\pi P\mu \omega \left(R_{\text{shoulder}}^{3}-R_{\text{pin}}^{3}\right)

합계

Q_{\text{total}}={\frac {2}{3}}\pi P\mu \omega \left(R_{\text{shoulder}}^{3}-R_{\text{pin}}^{3}\right)

Q_{\text{total}}={\frac {2}{3}}\pi P\mu \omega \left(R_{\text{shoulder}}^{3}-R_{\text{pin}}^{3}\right)

Q_{\text{total}}={\frac {2}{3}}\pi P\mu \omega \left(R_{\text{shoulder}}^{3}-R_{\text{pin}}^{3}\right)

μ

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μ （

Q_{\text{total}}={\frac {2}{3}}\pi P\mu \omega \left(R_{\text{shoulder}}^{3}-R_{\text{pin}}^{3}\right)

Q_{\text{total}}={\frac {2}{3}}\pi P\mu \omega \left(R_{\text{shoulder}}^{3}-R_{\text{pin}}^{3}\right)

Q_{\text{total}}={\frac {2}{3}}\pi P\mu \omega \left(R_{\text{shoulder}}^{3}-R_{\text{pin}}^{3}\right)

-

Q_{\text{total}}={\frac {2}{3}}\pi P\mu \omega \left(R_{\text{shoulder}}^{3}-R_{\text{pin}}^{3}\right)

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Q_{\text{total}}={\frac {2}{3}}\pi P\mu \omega \left(R_{\text{shoulder}}^{3}-R_{\text{pin}}^{3}\right)

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displaystyle Q

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합계

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Q_{\text{total}}={\frac {2}{3}}\pi \tau \omega \left(R_{\text{shoulder}}^{3}-R_{\text{pin}}^{3}\right)

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（

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여기에서 θ는 공구의 각속도, R은_shoulder 공구 숄더의 반지름_pin, R은 핀의 반지름입니다.핀과 같은 요인을 설명하기 위해 몇 가지 다른 방정식이 제안되었지만 일반적인 접근법은 그대로이다.

이러한 방정식을 적용할 때 가장 큰 어려움은 마찰 계수 또는 계면 전단 응력에 대한 적절한 값을 결정하는 것입니다.공구 아래의 조건은 극단적이고 측정하기 매우 어렵습니다.지금까지 이러한 매개변수는 모델이 측정된 열 데이터에서 작업하여 합리적인 시뮬레이션 열장을 얻는 "적합 매개변수"로 사용되었습니다.이 접근법은 예를 들어 잔류 응력을 예측하는 공정 모형을 생성하는 데 유용하지만 공정 자체에 대한 통찰력을 제공하는 데는 덜 유용합니다.

적용들

FSW 프로세스는 대부분의 선진국에서 TWI에 의해 최초로 특허가 취득되어 183명 이상의 사용자에게 라이선스가 부여되어 있습니다.마찰 교반 용접 및 그 변형(마찰 교반 스폿 용접 및 마찰 교반 가공)은 조선 및 연안,^[41]^[42] 항공우주,^[43]^[44] 자동차,^[45] ^[46]^[47]철도용 철도 차량, 일반 제작,^[48] 로봇 공학 및 컴퓨터 산업 분야에 사용됩니다.

조선 및 오프쇼어

미쓰이 엔지니어링 및 조선에서 슈퍼 라이너 오가사와라의 알루미늄 패널을 조립하기 위해 마찰 교반 용접이 사용되었습니다.

두 개의 스칸디나비아 알루미늄 압출 회사는 1996년 사파에서 어류 냉동 패널 제조와 마린 알루미늄 아넨센의 갑판 패널 및 헬리콥터 착륙 플랫폼 제조에 처음으로 상업적으로 FSW를 적용했습니다.이후 마린 알루미늄 아넨센은 하이드로 알루미늄 마린과 합병하여 하이드로 마린 알루미늄이 되었습니다.이러한 냉동 패널 중 일부는 현재 리프텍과 바야드에 의해 생산되고 있다.1997년 해양관측선 선체의 유체역학적으로 플레어된 활 부분의 2차원 마찰 교반 용접부 The Boss는 최초의 휴대용 FSW 기계로 Research Foundation Institute에서.미쓰이 조선의 슈퍼 라이너 오가사와라는 지금까지의 ^{[citation needed]}마찰 교반 용접선 중 가장 크다.니콜스 브라더스의 바다 전투함과 프리덤급 연안 전투함은 각각 ^[6]FSW 제작사인 Advanced Technology와 Friscription Stir Link, Inc.의 조립식 패널을 포함하고 있다.허우베이급 미사일정은 중국 마찰교반센터의 마찰교반용접 로켓 발사 컨테이너를 갖추고 있다.뉴질랜드 HMNZS Rotoiti는 도노반스가 만든 FSW 패널을 개조한 ^[49]^[50]밀링머신에 장착했다.수륙양용함 ^[51]^[52]갑옷 도금에는 다양한 업체가 FSW를 적용하고 있다.

항공우주

SpaceX 공장에서 Falcon 9 로켓 부스터 탱크에 종방향 및 원주마찰 교반 용접부가 사용됩니다.

유나이티드 발사 얼라이언스는 델타 II, 델타 IV, 아틀라스 V 소모성 발사체에 FSW를 적용했으며, 이 중 마찰 교반 용접된 스테이지간 모듈을 장착한 첫 번째 발사체이다.이 과정은 우주왕복선 외부 탱크, 아레스 I 및 NASA의^{[needs update]} 오리온 승무원 차량 시험 기사와 스페이스X의 팔콘 1 및 팔콘 9 로켓에도 사용되었다.어드밴스드 조인팅^[7] 테크놀로지사의 보잉 C-17 글로브마스터 III 화물기의 램프용 발가락 못과 보잉 747 대형 화물 화물선의^[7] 화물 장벽 빔은 상업적으로 생산된 최초의 항공기 부품이었다.이클립스 500 항공기의 FAA 승인 날개와 동체 패널은 이클립스 항공에서 만들어졌으며, 이 회사는 마찰 교반 용접된 비즈니스 제트기 259대를 7장 강제 폐기 전에 납품했다.에어 버스 A400M군용기로 바닥 패널 지금 팔츠 Flugzeugwerke과 엠브라에르에 의해 유산 450에 가연성 물자 저장 창고 사용했으며 500Jets[8] 마찰 논란 용접도 에어 버스 A380에 동체 패널에 이용된다 만들어진다.[53]BRÖTJE-Automation 마찰하면 갠트리 생산 기계 항공 우주 분야뿐만 아니라 다른 indu을 위해 개발된 용접용을 사용한다.스트라이얼 ^[54]어플리케이션

자동차

Ford GT의 중앙 터널은 구부러진 알루미늄 시트에 용접된 두 개의 알루미늄 압출 마찰로 만들어지며 연료 탱크가 들어 있습니다.

Tower Automotive에서 마찰 교반 용접된 최초의 자동차 부품으로, Ford GT의 엔진 터널에도 이 프로세스를 사용합니다.이 회사의 스핀오프는 Friscion Stir Link, Inc.로 불리며 FSW 프로세스를 성공적으로 활용합니다. 예를 들어 Fontaine ^[55]Trailers의 플랫베드 트레일러 "Revolution"입니다.일본에서는 쇼와덴코의 서스펜션 스트럿과 마츠다 MX-5의 부트(트렁크) 리드의 아연도금 강철 브래킷에 알루미늄 시트를 접합하는 데 FSW가 사용됩니다.마츠다 RX-8의 보닛(후드)과 리어 도어, 도요타 프리우스의 부트 리드에 마찰 교반 스폿 용접이 성공적으로 사용되었습니다.Simmons Wheels, UT Aloy Works 및 Fundo에서 ^[56]마찰 교반 용접된 휠입니다.Volvo V70의 리어 시트는 사파에서 마찰 교반 용접되고, Hara Climate Control에서 HVAC 피스톤 및 피어버그에서 배기 가스 재순환 냉각기입니다.맞춤 용접된^[57] 블랭크들은 Riftec의 ^[58]Audi R8에 마찰 교반 용접되어 있습니다.Audi R8 Spider의 B-column은 오스트리아 Hammerer Aluminum Industries의 두 가지 압출물을 마찰 교반 용접한 것입니다.

철도

Hitachi A-trainBritish Rail Class 395의 고강도 저왜곡 차체는 종방향 알루미늄 압출물로부터 마찰 교반 용접됨

1997년 이후 지붕 패널은 25m 길이의 맞춤형 FSW 기계(예: Alstom LHB의 ^[9]DSB급 SA-SD 열차용)를 사용하여 하이드로 마린 알루미늄에서 알루미늄 압출로 제작되었습니다.런던 지하철 빅토리아 선 열차의 곡선 측면과 지붕 패널, 사파 그룹의 봄바디어^[10] 일렉트로스타 열차의 측면 패널, 알스톰의 브리티시 레일 클래스 390 펜돌리노 열차의 측면 패널이 ^{[failed verification]}^[59]사파 그룹에서 제조됩니다.일본의 통근용 A열차와 급행용 A열차,^[60] 영국철도 395열차는 ^[61]히타치에 의해 마찰 교반 용접되어 있으며, 가와사키열차는 지붕 패널에 마찰 교반 스폿 용접을 실시하고 있으며, 스미토모 경금속은 신칸센 플로어 패널을 생산하고 있다.혁신적인 FSW 플로어 패널은 오스트리아의 Hammerer Aluminum Industries에서 Stadler Kiss 2층 철도 차량을 위해 제작되었으며, 양쪽 층에서 2m의 내부 높이와 Wuppertal Suspension ^[62]Railway의 새로운 차체를 위해 제작되었습니다.

기관차의 고출력 전자제품을 냉각하기 위한 히트 싱크는 Sykatek, EBG, Austerlitz Electronics, EuroComposite, Sapa, Rapid Technic에서 제작되며 열전달이 뛰어나 FSW의 가장 일반적인 응용 분야이다.

제조

핵폐기물용 50mm 두께의 구리 용기 뚜껑은 SKB에서 마찰 교반 용접을 통해 실린더에 부착됩니다.

MegaStir의 마찰 교반 가공 칼

파사드 패널과 음극 시트는 AMAG 및 Hammerer Aluminum Industries의 마찰 교반 용접으로, 구리와 알루미늄의 마찰 교반 랩 용접을 포함합니다.Bizerba 고기 슬라이서, Okolüfter HVAC 장치 및 Siemens X선 진공 용기는 Riftec에서 마찰 교반 용접되어 있습니다.진공밸브와 선박은 일본과 스위스 회사의 FSW에 의해 제조된다.FSW는 SKB의 핵폐기물을 50mm 두께의 구리 ^[64]^[65]통에 봉입하는 데도 사용된다.Advanced Joining Technologies와 Lawrence Livermore Nat ^[66]Lab의 38.1mm 두께 알루미늄 합금 2219의 ö1m 반구형 단조 압력 용기.마찰 교반 가공은 프릭션 교반 링크사의 선박용 프로펠러와 다이아몬드 블레이드의 헌팅 나이프에 적용됩니다.Bosch는 Worcester에서 열교환기 ^[67]생산에 사용합니다.

로보틱스

KUKA 로봇 그룹이 KR500-3를 개조했습니다.DeltaN FS 도구를 통한 마찰 교반 용접용 MT 헤비듀티 로봇.이 시스템은 2012년 ^[68]11월 EuroBLCH 쇼에서 처음으로 공개되었다.

퍼스널 컴퓨터

애플은 2012년식 iMac에 마찰 교반 용접을 적용해 기기 바닥과 ^[69]후면을 효과적으로 접합했다.

알루미늄 3D 프린팅 재료 접합

FSW는 금속 3D 프린팅 재료를 결합하는 방법 중 하나로 사용될 수 있는 것으로 입증되었습니다.적절한 FSW 도구와 올바른 파라미터 설정을 사용하여 금속 3D 프린팅 재료를 접합하기 위해 견고하고 결함이 없는 용접을 생성할 수 있습니다.또한 FSW 공구는 용접해야 하는 재료보다 더 단단해야 합니다.FSW에서 가장 중요한 파라미터는 프로브의 회전, 이송속도, 스핀들 틸트각, 타깃 깊이입니다.3D 프린팅 금속에서 FSW의 용접 접합 효율은 기본 재료 ^[70]강도에 비해 최대 83.3%에 달할 수 있습니다.

「」를 참조해 주세요.

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