パルス波形制御によるレ-ザ-加工の適正化に関する研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03555160
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 松縄 朗 大阪大学, 溶接工学研究所, 教授 (20029119)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮田 修 日本電装(株), 第1生産技術部, 主任 ; 数藤 和義 ミヤチテクノス(株), 開発技術部, 主任 ; 藤井 義正 ミヤチテクノス(株), 開発技術部, 部長 ; 片山 聖二 大阪大学, 溶接工学研究所, 助手 (10144528) ; 竹本 正 大阪大学, 溶接工学研究所, 助教授 (60093431)
• Keywords: レ-ザ- / レ-ザ-加工 / パルスYAGレ-ザ- / パルス発振波形 / ポロシティ / スポット溶接 / 溶接性 / 金属材料

Research Abstract

各種金属材料にパルスYAGレ-ザ-を照射した場合、条件によって、スパッタが発生したり、ポロシティが生成したり、凝固割れが発生したりする。また、材料によりレ-ザ-の吸収率が異なるため、その溶融性が異なる。ところが、各種合金のパルスレ-ザ-溶接性に及ぼすパルス時間とパルス波形の影響について系統的に検討した報告はほとんどない。そこで、本研究では、材料特性の異なるアルミニウム合金5083、ステンレス剛SUS 304およびTi-Ni形状記憶合金にパルスYAGレ-ザ-を照射し、各合金の溶接性、特に溶融性と欠陥発生の有無に及ぼすパルス時間およびパルス波形の影響について検討した。
1.アルミニウム合金においては、レ-ザ-溶融性に対して、レ-ザ-のエネルギ-密度よりパワ-密度の影響が大きいことがわかった。溶け込み深さはある程度のレ-ザ-照射時間までは増大していくが、ある時間を越えると飽和する傾向があり、深溶け込みを得るためには長時間のレ-ザ-照射は効果的でないことが判明した。
2.ステンレス鋼では、パワ-密度の高いレ-ザ-を照射すると、スパッタが発生しやすく、パワ-密度を抑えたレ-ザ-を照射する必要があることがわかった。
3.Ti-Ni形状記憶合金では、パルス幅の長いレ-ザ-を照射すると、Niが蒸発しやすく、溶接部の組成が変化し、特性が劣化することが判明した。このため、短パルス幅のレ-ザ-照射により特性の優れた溶接部が形成できることがわかった。
4.いずれの材料でも、それぞれに対してレ-ザ-パワ-のパルス波形を制御することにより、ポロシティなどの溶接欠陥のない深溶け込み溶接部が形成できた。

Research Products

• [Publications] 松縄 朗: "パルスYAGレ-ザによるTi-Ni系形状記憶合金溶接部の急冷凝固組織" 溶接学会全国大会講演概要. 49. 282-283 (1991)
• [Publications] 松縄 朗: "Fusion and Solidification Characteristics in Pulse shaped YAG Laser Welding" Proc. of 5th International Conference on Welding and Melting by Electron and Laser Beams (CISFFEL). (1993)
• [Publications] 片山 聖二: "Pulsed Laser Weldability and Rapid Solidification Microstructure of Ti-Ni Shape Memory Alloys" Proc.of 5th CISFFEL). (1993)
• [Publications] 片山 聖二: "Microstructural Characteristics of Laser-Rapidly Soliditied Aluminum Alloys of Single Crystals" Proc.ICALEO'91. (1991)
• [Publications] 片山 聖二: "Rapid Solidification Micnstractures and Microsegregation in Laser-Welded Single Crystals of Aluminum Alloys" Proc.INALCO'92. (1992)