アルミニウム薄板とマグネシウム合金薄板との超音波接合

摘要

近年の工業製品には軽量化が求められ，比強度が高い軽金属薄板の採用拡大が望まれている．生産技術における金属薄板の接合において最も一般的に使われている技術に，抵抗スポット溶接がある．これは，接合時間が早く，目立った突起やくぼみが継手に残らないことから外観特性にも優れている．しかし，異種金属薄板においては，溶融接合であるため脆弱な金属間化合物層を形成する材料の組み合わせについては良好な接合性は望めない．現状では，軽金属薄板に適した接合方法が存在しないため，ボルトやリベットなどを使用した要素締結を用いざるを得ず，軽量化と引換に生産性やコストが犠牲となっている．抵抗スポット溶接に代わる異種金属薄板の接合方法として摩擦攪拌接合があげられるが，バリの発生や継手に残る穴，アルミニウム合金以外の材料に適用した際の工具摩耗の問題などがボトルネックとなっている．当研究室の先行研究から，Fig.1に示すように，被接合部において応力振幅が最大となるような超音波振動を印加することで，材料内に渦状の塑性流動が発生し，材料が攪拌される現象が見出されている．Fig.2に，純Alの板材を7枚積層したものに超音波を印加したものの断面図を示す．また，この現象を利用して，純Al同士や純Alと軟鋼などの異種金属の接合がなされている．本研究では，この超音波振動による撹拌作用を利用して，純Al薄板とMg合金薄板の接合を試みるとともに，引張試験，断面観察等による接合状態の評価を行い，超音波印加条件が接合荷重にどのような影響を及ぼすかを明らかにした．