Clarification of Guideline to Optimization of Joining Conditions to Control the Interface of Dissimilar Material Joints obtained Friction Stir Spot Welding

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K05121
• Research Institution: Okinawa National College of Technology
• Principal Investigator: 津村 卓也 沖縄工業高等専門学校, 機械システム工学科, 准教授 (00283812)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 難燃性マグネシウム合金 / めっき鋼板 / ツール挿入制御方式 / 接合中ツール荷重 / ツール挿入速度

Outline of Annual Research Achievements

難燃性マグネシウム（Mg）合金とめっき鋼板・チタン合金との摩擦攪拌点接合（FSSW）において、４年の研究実施期間内で(1)インプロセス計測量（接合工程中の計測量）の測定システム構築、(2)ツール形状・材質がインプロセス計測量と継手強度に及ぼす影響の検討、(3)接合因子がインプロセス計測量と継手強度に及ぼす影響の検討、の三項目の実施を計画した。
研究実施期間の2年目である令和３年度は、当初計画されていなかったロボットFSW装置の無償貸与が決まり、勤務先実習工場へ学内経費支援により移設を行った。これにより、位置指定制御のNC立フライスと、荷重一定制御のロボットFSW装置という制御方式の異なる二つの装置によるFSSW比較実験と、得られた継手の比較検討を行う環境を整備した。
研究実施期間の初年度である昨年実施の制御方式比較実験では、NC立フライスの回転軸負担を過剰に危惧し、ツール挿入速度を5mm/minとしていた。他方、ロボットFSW装置では、ツール挿入位置の時間変化から換算したツール挿入速度で120mm/minと24倍の差があることが判明した。そこで今年度は、NC立フライスでの位置指定制御の接合実験において、3成分圧電型切削動力計を材料固定治具の下に配置し、接合中に材料側にかかる荷重をインプロセス計測量として測定するとともに、ツール挿入速度を10、50、100、150、200mm/minと変化させ接合した場合の接合状況を比較した。その結果、今回変化させたツール挿入速度の範囲では、ツール回転速度の低下や接合状況への影響は確認されず、接合中の最大荷重値は1900Nから2250Nの範囲でツール挿入速度とは比例関係にあることを確認した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初計画には無かったロボットFSW装置の無償貸与と移設が行われ、制御方式の異なる二つの装置でのFSSW比較実験を行うための良好な環境が整った。他方、新型コロナウイルス感染症(COVID-19)感染拡大の影響を受け、接合ツール挿入力、および接合ツール位置それぞれ単独での測定は可能となったが、接合ツール・固定ツール・材料温度を含む測定システムの構築には至らなかった。さらに、接合ツール挿入力や各種条件を変更した接合実験、ならびに接合継手の評価実験を実施することができなったため。

Strategy for Future Research Activity

次年度以降も、新型コロナウイルス感染症(COVID-19)感染拡大の影響を受けると推察される。このため(1)接合ツールの温度測定について、比較的安価なK熱電対の温度計測テレメトリシステムを入手して、測温システムを次年度夏頃までに構築する。さらに接合ツール挿入力、接合ツール位置を含む測定システムの次年度内での構築を目指す。また(2)当初計画からツール材質を絞り込み、難燃性Mg合金/ Ti合金のFSSWについては制御方式の異なる二つの装置での比較実施を重点に実施する。

Causes of Carryover

新型コロナウイルス感染症(COVID-19)感染拡大の影響から、測定システムの構築と接合実験や接合継手の評価実験を実施することができなったため。接合ツールの温度測定について、比較的安価なK熱電対の温度計測テレメトリシステムを年度末に発注したが、納品が次年度（4月中旬）となった。次年度使用額の一部を、K熱電対が埋め込まれた接合ツール及び固定ツールの作成購入費用に充てる。

Remarks

磯部貴裕：沖縄工業高等専門学校 機械システム工学科 卒業論文，Mar. 2022