溶融溶接とソリッドステート溶接: 違いと比較

主要な取り組み

1. 溶融溶接では接合する母材を溶かしますが、固相溶接では母材を溶かしません。 MIG、TIG、スティック溶接などの溶融溶接技術では、アークまたは火炎を使用して金属を溶かし、冷却されて接合部に入る溶接池を形成します。 摩擦撹拌や超音波溶接と同様に、ソリッドステート溶接では、極度の圧力と摩擦によって溶融することなく接合が形成されます。
2. 溶融溶接は、ソリッドステート溶接と比較して、より高い強度と柔軟性を備えています。 溶接池内で溶けて混合された金属は、冶金学的結合と均質な接合を形成します。 ソリッドステート溶接では母材の混合が少なく、その結果接合強度が低くなります。
3. ソリッドステート溶接は、アルミニウムやマグネシウムなどの高熱に弱い材料に有利です。 溶解がないため、熱の影響を受けるゾーンをより細かく制御でき、合金組成の変化、多孔性、脆化などの問題を回避できます。 溶融溶接により、溶接領域の合金元素が変化し、強度が低下する可能性があります。

溶融溶接とは何ですか?

溶融溶接は、XNUMX つ以上の金属片を接合部で溶かし、単一の連続した部品に凝固させることによって接合する溶接プロセスの一種です。 「融着」という用語は、溶接継手を作成するために母材を溶かしてブレンドすることを指します。

融着では、熱源を材料に適用して、材料の温度を溶融点まで上昇させます。 特定の溶接方法に応じて、この熱源は裸火、電気アーク、レーザー、または電子ビームになります。 材料が溶けると結合し、冷えて固化すると、強固な冶金的な結合が形成されます。

固体溶接とは何ですか?

ソリッドステート溶接は、XNUMX つの材料を完全に液体の状態に溶かさずに接合を作成する一連の溶接プロセスです。 母材を溶かして溶接部を形成する融接とは異なり、固相溶接では、圧力、温度、時間の組み合わせによって、すべて関係する材料の固相内で接合を実現します。 このプロセスは、「固体接合」または「固体接合」としても知られています。

ソリッドステート溶接では完全な溶融が行われないため、材料特性を維持したり、従来の溶融溶接法では適合しない可能性のある異種材料を接合したりできるなど、いくつかの利点があります。 このプロセスは母材の融点より低い温度で行われるため、欠陥が発生するリスクが軽減され、接合プロセスの正確な制御が可能になります。

溶融溶接と固相溶接の違い

1. 根本的な違いは溶接時の母材の状態にあります。 溶融溶接では、材料が溶融状態まで加熱され、接合部で完全に溶融して母材の溶融が形成されます。 対照的に、ソリッドステート溶接では、材料を完全に液体状態に溶かすことなく接合が実現され、元の材料特性が維持されます。
2. 溶融溶接では、母材を溶かして溶接接合部を形成するために比較的高い温度が必要です。 ソリッドステート溶接では、プロセスが摩擦、超音波振動、またはその他の方法による局所的な加熱に依存するため、材料の融点に達することなく温度が低くなります。
3. 溶融溶接では、高温が伴うため、溶接されたコンポーネントに重大な歪みや残留応力が発生する可能性があります。一方、ソリッドステート溶接は、より低い温度でより少ない熱入力で行われるため、生成される歪みと残留応力のレベルが低くなります。
4. 溶融溶接では、母材が完全に溶融し、連続的で均質な接合が得られます。 ソリッドステート溶接では、使用される特定のプロセスに応じて接合品質が異なる場合があります。 摩擦撹拌溶接などの一部のソリッドステート溶接方法では、優れた機械的特性と最小限の欠陥を備えた接合を作成できますが、特定の用途では制限がある場合もあります。
5. 融着は、互換性のある融点を持つ同様の材料を接合するのに適しています。 ただし、熱特性が異なるため、異種材料を効果的に溶接するのは困難な場合があります。 一方、ソリッドステート溶接では、完全な溶融が回避され、著しく異なる特性を持つ材料の接合が可能になるため、異種材料の接合に利点があります。

溶融溶接とソリッドステート溶接の比較

比較パラメータ	溶融溶接	固体溶接
入熱	高い入熱により材料が完全に溶解します	入熱を低減し、歪みのリスクを軽減し、材料特性を維持します。
関節の強さ	材料が完全に融合しているため、一般的に強固な接合が得られます。	特に特定のソリッドステートプロセスにおける強力な接合
異種への適用性	融点の違いによる異種材料の溶接に挑戦	特性の異なる異種材料の接合に有利
冶金学的変化	冶金学的変化や熱影響部を引き起こす可能性がある	完全な溶融が起こらないため、冶金学的変化は最小限またはまったくありません
関節欠陥	気孔、亀裂、介在物などの欠陥が発生しやすい	一般に、入熱量が低くプロセスが制御されているため、欠陥の発生が少なくなります。

参考情報

1. https://www.cambridge.org/core/journals/mrs-bulletin/article/phenomenological-modeling-of-fusion-welding-processes/04984333CB143DBF4886530F36102D5E
2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924013617304181