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技術研究開発

摩擦撹拌接合(FSW)による車体の組み立て

アルミ合金製車両の組立に摩擦撹拌接合( FSW : Friction Stir Welding )を採用しています。材料に摩擦熱を与えると融点より低い温度で流動状態が得られる現象を利用して、接合部分を混ぜ合わせて強固に接合します。入熱量が従来のアーク溶接と比べて少ないため、高強度でひずみが少なく、信頼性の高い接合が得られます。

一般的なFSW工法である図1:固定ピン方式に加えて、米国MTS社の基本技術を導入した図2:セルフリアクティングピン方式も採用しています。


図1 固定ピン方式

図2 セルフリアクティングピン方式
固定ピン方式の場合は、表側にある回転工具の押し込み力を裏側で支える必要がありますが、セルフリアクティングピン方式は、回転工具の先端部品が裏側まで伸びて力を支える形状をしており、裏側の支えが要りません。これによって施工部の設計自由度が増すとともに、接合部の信頼性も向上します。

図3 施工の様子と接合部の拡大写真   
図3は実際の鉄道車両の車体側構体に施工したときの様子と、接合部の断面の拡大写真です。

図4 接合部の数値シミュレーション  
図4は施工条件を決定するための数値シミュレーションの結果です。色は材料の温度分布を示しています。

図5 重ね継手の施工例
図5は英国TWI社より航空機構造等に用いられる基本技術を導入して、鉄道車両の車体構造の施工のために開発した重ね継手の施工例です。2mmのA5083アルミニウム合金板に3mmのA6N01アルミニウム合金押出し形材を接合したものです。
   
日本車両製造株式会社