一般的に、どのような溶接プロセスでも、移動速度を上げて熱入力を最小限に抑えることが望ましいです。これにより、生産性が向上し、溶接が溶接部の機械的特性に与える影響が軽減される可能性があります。同時に、ツールの周囲の温度が十分に高く、材料が適切に流れ、欠陥やツールの損傷を防ぐことも必要です。
トラバース速度が増加すると、一定の熱入力に対して、熱がツールの前方に伝導する時間が短くなり、熱勾配が大きくなります。ある時点で速度が非常に高くなり、ツールの前方の材料が冷たくなりすぎ、流動応力が高くなりすぎて、材料が適切に移動できなくなり、欠陥やツールの破損が発生します。「ホット ゾーン」が大きすぎる場合は、トラバース速度を上げて生産性を高める余地があります。
溶接サイクルはいくつかの段階に分けられ、段階ごとに熱の流れと熱プロファイルが異なります。
滞在材料は、ツールの前方で移動を可能にするのに十分な温度に達するように、固定された回転ツールによって予熱されます。この期間には、ツールがワークピースに突き刺さる時間も含まれる場合があります。
過渡加熱ツールが動き始めると、過渡期が発生し、ツールの周囲の熱発生と温度が複雑に変化し、最終的には定常状態に達します。
擬似定常状態熱発生の変動は発生しますが、少なくともマクロスケールでは、ツール周囲の熱場は実質的に一定のままです。
定常状態後溶接の終わり近くでは、プレートの端から熱が「反射」し、ツールの周囲がさらに加熱される可能性があります。
摩擦撹拌溶接中の熱発生は、主に 2 つの原因から生じます。工具表面の摩擦と工具周囲の材料の変形です。熱発生は、表面積が大きい肩部の下で主に発生し、工具とワークピース間の接触力を克服するために必要な電力に等しいと想定されることがよくあります。肩部下の接触状態は、摩擦係数と界面圧力 P を使用した滑り摩擦、または適切な温度とひずみ速度での界面せん断強度に基づく固着摩擦によって説明できます。工具肩部によって生成される総熱量の数学的近似は、滑り摩擦モデルと固着摩擦モデルの両方を使用して開発されています。
ここで、ツールの角速度、ツールの肩の半径、ピンの半径です。ピンなどの要素を考慮するために、他のいくつかの方程式が提案されていますが、一般的なアプローチは同じです。
