摩擦点接合 Friction Spot Welding

ホンダが発表した、アルミニウムの薄板と鋼板を接合する新工法　FSW（摩擦攪拌接合）という接合技術。材質の違う素材同士を接合させるのは、従来ならばロウ付けしかなかったが、今回発表された作業プロセスからは全く新しい方法になる。CO2排出量の削減、燃費改善策からエンジンの効率向上と併せて車両の軽量化が不可欠な反面、衝突安全性や快適性の要求から車両重量が増加する傾向にあり、各自動車メーカーは構造・軽量化材料・工法など要素技術の開発に積極的に取り組み鋼材からアルミ材への材料置換は車体部品の軽量化における有効な手段の一つになる。アウディＡ８やジャガーＫＪ等はオールアルミボデーで車体フレーム迄アルミ材を採用している。ただし、アルミ材は鋼材に比べて軽量化メリットが大きい反面、生産コストが高い為に鋼板車体の一部をアルミ材に置換えるハイブリッド車体構造案が提案されて、ダイムラークライスラーＣＬ500やＢＭＷ５シリーズ等で実用かされている背景から、鉄とアルミ材を高品質かつ安価に接合する技術が求められていた。


1.接合するアルミニウムの薄板と鋼板を重ねあわせ、間にはシール材が塗布される。

2.接合したい箇所に円筒状の加工用ヘッドを高速回転させながら高圧でアルミ板側から押し付け接触させ接合部材の間で生じる摩擦熱で軟化させ、ヘッドはアルミ材を貫通して鋼板の表面処理部分を削る。

3.軟化したアルミ板と鋼板表面の境界部分が反応し、Fe4Al13という安定度の高いスチールとアルミの合金になって接合する。粘土状になったアルミは温度低下によって再び元のアルミ板となる。

4.ヘッドをスライドさせ、アーク溶接のように線形で接合させる。

但し、一部の技術者間では車体へのアルミ導入は懐疑的だった。その理由は鋼板とアルミ板の接合の難しさ。仮に溶接自体はできても、部材の接触部分や溶接部分が電蝕とよばれる腐食を起こしてしまうという特性が、今迄アルミ材の導入を阻んできた。今回のホンダの接合法の画期的な所は、アルミ材と鋼板を、従来のように神経を使わずとも自在にくっつけられるようになったことだろう。しかも接合部分はアルミと鉄の化合物に変化し、部材間のシール材で残りの部分の接触を防ぐことで、電蝕を簡単に防げる。また、加工速度も従来のアーク溶接と同じであるという。平たく言えば、工作性を気にすることなく、コストや要求スペックに応じて鋼板をアルミ材に置き換えられる可能性が出てきた。更に「この工法を使えば鋳造品、鍛造品のどちらでも鉄との接合が可能になり、薄板については現在、2mm厚のアルミ材まで加工できるが、将来的にはもっと薄いものも使えるようになる。」何れは、色んな部品がハイブリット素材化していくのであろう。