冷間圧接の背後にある科学: 熱を使わずに金属を接合する

溶接手順について考えるとき、最初に思い浮かぶのはおそらく熱の使用でしょう。 アーク溶接、摩擦溶接、超音波溶接、レーザー溶接などの技術はすべて、何らかの形で熱を伴います。 実際、熱は溶接と同義とみなされ、上記の例では、2 つの金属を接合するために重要です。

ただし、これらが唯一の方法ではありません。 信じられないかもしれませんが、実際には、冷間圧接と呼ばれるプロセスで金属を融合させることができます。

航空工学や電気工学で一般的に使用されており、金属 (およびその他の材料) を接合する最良の方法の 1 つとして広く考えられています。

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不可能に聞こえるかもしれませんが、実際には最も一般的な溶接法の 1 つです。 それについてもう少し詳しく見てみましょう。

熱ベースの溶接は、2 つのワークピース間または中間に異なる媒体を使用して原子の拡散が起こるように、部品を効果的に十分にプラスチックにすることによって機能します。 これは伝統的に熱を加えることによって行われますが、原子を拡散させる他の方法もあります。

米国政府軍空軍/ウィキメディア・コモンズ

冷間溶接 (冷間圧力溶接や接触溶接とも呼ばれる) では、熱の代わりに真空条件下で圧力を使用し、固相拡散と呼ばれるプロセスを通じて 2 つの材料を接合します。

プラスチックなどの他の材料を接着するのにも使用できます。

結局のところ、そうです。

プロセスが完了すると、得られる結合は通常、母材の結合と同じくらい強力になります。

このプロセス中、金属は液化せず、通常、材料は顕著な程度に加熱されません。 ただし、このプロセスでは、最初に対象の金属から酸化物層を除去する必要があります。

これは主に、金属には通常、材料の表面に薄い障壁として機能する表面酸化層が含まれており、金属片間の金属原子の拡散を防ぐという事実によるものです。

ほとんどの金属は、通常の状態では、たとえ肉眼では見えなくても、露出した表面にある種の酸化物層を持っています。 また、グリースやほこりなどの他の汚染物質の層も付着する可能性があります。

冷間溶接では、溶接前に金属を準備することでこの問題を解決します。 準備プロセスには、上部の酸化物層またはバリア層が除去される程度まで金属を洗浄またはブラッシングすることが含まれます。

人文科学/ウィキメディア・コモンズ

これには通常、化学的方法と機械的方法を組み合わせて使用​​します。 脱脂、ワイヤーブラシ仕上げ。 などの技術を使用して、金属表面に可能な限り酸化層が存在しないようにします。

前述したように、冷間溶接の対象となる金属には、まず酸化層が存在しない必要があります。

望ましい表面の清浄度が得られたら、適切な量の力を使用して両方の材料を機械的に押し付けます。 一部の材料は高圧でのみ溶接できるため、この力の量は材料自体に依存します。

ただし、他の要件もあります。

冷間圧接に必要な条件の 1 つは、少なくとも 1 つの材料が延性を備えていなければならず、激しい硬化を受けてはいけないということです。 これにより、冷間圧接の候補となる材料のリストが明らかに絞り込まれます。

通常、冷間溶接にはアルミニウムや銅などの柔らかい金属が最適です。

mti溶接

冷間圧接で可能な最も一般的な接合は次のとおりです。

バットジョイントでは、接合プロセス中に発生する塑性変形によってバリアが自動的に破壊されるため、金属のバリア層を除去する必要はほとんどありません。 この種のジョイントは、直径 0.02 インチ (0.5 mm) ～ 0.4 インチ (10 mm) のアルミニウム線や銅線などの金属に最も一般的に適用されます。

一方、重ね継ぎ目は特別な処理が必要です。そうしないと材料が互いに接着しません。 重ね接合は、シートを溶接したり、シートをロッドに溶接したりするときによく使用されます。