レーザ溶接欠陥の発生機構の解明と防止法の開発

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08650847
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 片山 聖二 大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (10144528)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松縄 朗 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (20029119)
• Keywords: レーザ溶接 / アルミニウム合金 / ステンレス鋼 / 亜鉛めっき鋼 / 溶接欠陥 / ポロシティ / 凝固割れ / 欠陥生成機構

Research Abstract

現在、産業界で最も注目されているアルミニウム合金、ステンレス鋼及び亜鉛めっき鋼板のCO_2レーザ溶接とYAGレーザ溶接を種々の条件で行い、溶接中のキ-ホール挙動や溶融部の湯流れをマイクロフォーカスX線透過映像装置等を用いて高速度で観察し、溶接欠陥の生成挙動や原因を解明し、欠陥防止に有効なレーザ溶接条件ならびに高品質・高信頼性のレーザ溶接部を作製するためのレーザ溶接法に関する知見を得た。それらの結果は、以下のとおりである。
1)アルミニウム合金A5083および6N01ならびにステンレス鋼SUS304板の連続発振CO2レーザビ-ド溶接時の溶接現象をマイクロフォーカスX線透過映像装置で観察し、キ-ホール挙動に関連して気孔がキ-ホール底部から生成し、ポロシティとなることを明確にした。
2)露点計およびガスクロマトグラフを用いて、シールドガス中の酸素、窒素および水素量の時間的・場所的変化を測定し、種々のプリフロー時間でレーザ溶接部を作製し、ポロシティの実際の生成状況を調査し、ポロシティの生成に及ぼすシールドガス純度(酸素、水素)の影響を明確にした。
3)亜鉛めっき付着量の異なる鋼板を用い、連続およびパルス発振の条件でCO2レーザおよびYAGレーザによるビ-ド溶接を行い、スパッタやポロシティの発生に及ぼす亜鉛めっき量の影響を明確にし、ポロシティ低減に有効なレーザ溶接条件、亜鉛めっき付着量および隙間の影響に関する知見を得た。
4)亜鉛めっき鋼板の重ね溶接では、ポロシティ生成は重ね面での亜鉛の影響によることを示すと共に、生成機構は、高速度・低入熱溶接と低速度・高入熱溶接で異なり、さらに、アルミニウム合金やステンレス鋼と異なることを明確にし、防止法を開発した。
5)ポロシティおよび凝固割れ破面の特徴を明らかにし、さらに、ミクロ組織、ミクロ偏析、結晶構造、結晶方位関係等を分析・解析し、溶接欠陥の生成機構や防止法、高品質材の作製法に関する知見を得た。

Research Products

• [Publications] 片山聖二、松縄 朗、呉 渝生、松下正文: "亜鉛めっき鋼板のYAGレーザ溶接性" 溶接学会全国大会講演概要. 第59集. 58-59 (1996)
• [Publications] 金 鍾道、片山聖二、松縄 朗: "レーザ溶接時の欠陥生成機構の解明と防止(第1報)-キ-ホール挙動に及ぼすパルス波形の影響-" 溶接学会全国大会講演概要. 第59集. 74-75 (1996)
• [Publications] 片山聖二、松縄 朗、金 鍾道、須貝裕之: "レーザ溶接時の欠陥生成機構の解明と防止(第2報)-X線透過映像法による欠陥生成挙動のリアルタイム観察-" 溶接学会全国大会講演概要. 第59集. 78-79 (1996)
• [Publications] 片山聖二、金 鍾道、水谷正海、松縄 朗: "亜鉛めっき鋼板レーザ溶接時におけるポロシティ生成挙動のX線透過映観察" 高温学会誌. 23・1. 21- (1996)
• [Publications] 片山聖二、金 鍾道、松縄 朗: "YAGレーザ溶接現象" 題40回レーザ熱加工研究会論文集. 40. 21-31 (1997)
• [Publications] 片山聖二、松縄 朗、Theofil IAMBOLIEV: "オーステナイト系ステンレス鋼レーザ急冷溶接金属部のミクロ組織の生成機構" 溶接学会全国大会講演概要. 第60集. (1997)
• [Publications] 瀬渡直樹、金 鍾道、片山聖二、松縄 朗: "X線透過映像法によるポロシティ生成挙動のリアルタイム観察-レーザ溶接時の欠陥生成機構の解明と防止(第3報)-" 溶接学会全国大会講演概要. 第60集. (1997)