高性能・高品質レーザ加工法確立のためのポロシティの生成挙動と湯流れ現象の解明

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650788
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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 / 溶接現象 / 溶接欠陥 / キ-ホール / ポロシティ / X線透過映像法 / リアルタイム観察

Research Abstract

アルミニウム合金およびステンレス鋼のレーザ溶接を種々の条件で行い、溶接欠陥、特にポロシティの生成に及ぼすシールドガスの種類、溶接条件および溶接方法の影響について明らかにした。また、レーザ溶接現象とポロシティの生成挙動に関連して、溶接中のキ-ホール挙動、気泡(バブル)の生成挙動と移動状況、溶融池内の湯流れ状況、キ-ホール挙動とレーザ誘起プルーム挙動の相関などについて、マイクロフォーカスX線透過映像装置、超高速度ビデオ、ファイバー2現象同時撮影光学系などを用いてリアルタイム観察を行った。さらに、ポロシティ内ガス成分もQマス特殊装置で分析した。それらの結果、(1)いずれの材料でも、ポロシティは、主に、キ-ホール底部から発生する気泡が浮上中にトラップされて生成することが判明した。特に、アルミニウム合金の方がステンレス鋼より気泡が浮上しやすく、浮上に及ぼす影響は少ないと考えられる。(2)アルミニウム合金およびステンレス鋼で、窒素ガスシールド中ではポシティを極めて少なくできた。これは、キ-ホール先端部が細く気泡の発生が抑えられるためであることが観察された。(3)アルミニウム合金におけるポロシティの生成は、Mg含有量が増加するにつれて、顕著になった。これはキ-ホール先端部での気泡の発生が多くなったためであろうと推察される。(4)ポロシティ内にはシールドガスが巻き込まれていることが確認された。(5)レーザ誘起プルームはキ-ホール挙動と関連性があることが明らかとなった。(6)Snワイヤによって溶融池内の融液の流れが明確化された。(7)微小W粒子を用いて観察した結果、気泡と同様な挙動を示し、溶融池内に急速な湯流れ場と滞留場があることが判明した。
以上、高品質レーザ加工法確立のための基礎知見が得られた。

Research Products

• [Publications] 片山, 松縄: "アルミニウム合金のレーザ溶接性" レーザ熱加工研究会論文集. 43. 33-52 (1998)
• [Publications] S.Katayama, A.Matsunawa: "Formation mechanism and prevention of defects in laser welding" Proc.CISFFEL 6. (1998)
• [Publications] S.Katayama, A.Matsunawa: "Laser weldability of Zn-coated steel" Proc.CISFFEL 6. (1998)
• [Publications] 片山、瀬渡、金、松縄: "アルミニウム合金におけるポロシティ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61集. 372-373 (1997)
• [Publications] 片山、瀬渡、金、松縄: "X線透過映像法によるキ-ホールレーザ溶接現象の観察" 溶接学会全国大会講演概要. 第62集. (1998)
• [Publications] 瀬渡、片山、松縄、中井: "アルミニウム合金のレーザ溶接性に及ぼす窒素の影響" 溶接学会全国大会講演概要. 第62集. (1998)