高品質・高速深溶込み溶接部作製のための真空中レーザ溶接法の開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650740
• 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 明 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (20029119)
• Keywords: レーザ溶接 / 真空 / X線透視映像法 / キーホール / 溶接欠陥 / ポロシティ / アルミニウム合金 / 湯流れ

Research Abstract

真空中および通常のシールドガス中においてアルミニウム合金とオーステナイト系ステンレス鋼の高出力YAGレーザ溶接を行い,その溶接時のキーホール挙動と気泡およびポロシティの生成状況ならびに湯流れをX線透視映像法を用いて観察し,レーザ溶接時の溶込みの増加とポロシティの低減に及ぼす真空度の影響について検討した.その結果,(1)高出力YAGレーザ溶接時には,いずれの材料においても,大きな気泡がキーホール底部先端部から発生し,溶融部上部や表面まで達成し,消失するものもあるが,トラップされたものがポロシティとなることが判明した.(2)ステンレス鋼溶融部内底部での湯流れはYAGレーザ溶接の方がCO_2レーザ溶接時より激しく,キーホール周辺での湯流れも異なることが判明した.(3)真空中YAGレーザ溶接では,真空度の増加と共に,溶込み深さが増加し,ポロシティのない溶接部の生成が可能であった.(4)真空・低圧下でのレーザ溶接では,キーホール底部が大きく膨らむが,キーホール先端部からの気泡の発生がないためポロシティの生成がないことが判明した.(5)真空度が高くなるにつれて,キーホールは深くなり,その口から噴出する金属蒸気の流速が速くなって溶融部底部での湯流れが弱くなった.その結果,気泡の発生が少なくなり,ポロシティが減少した.(6)大気圧不活性シールドガス中と真空中でのレーザ溶接では,湯流れ方向が逆であることが判明した.以上,キーホール挙動,気泡およびポロシティの生成挙動ならびに湯流れ現象を明らかにし,ポロシティの防止に及ぼす真空溶接の効果を確認し,高品質・高速レーザ溶接法確立のための知見を得た.

Research Products

• [Publications] Katayama, et al.: "Formation Mechanism of Porosity in High Power YAG Laser Welding"Proc.of ICALEO 2000. 89. C16-C25 (2000)
• [Publications] Katayoma, et al.: "Effect of Vacuum on Penetration and Defects in Laser Welding"Proc.of ICALEO 2000. 89. C182-C191 (2000)
• [Publications] 片山,瀬渡,水谷,松縄: "レーザ溶接時のキーホール挙動と気泡発生状況のX線透視リアルタイム観察"レーザ加工学会誌. 8-1. 31-36 (2001)
• [Publications] 片山,瀬渡,水谷,松縄: "レーザ溶接現象の解明"第52回レーザ加工学会論文集. 52(3月). (2001)
• [Publications] 片山,小林 ら: "真空中におけるレーザ溶接現象"プラズマ応用と複合機能材料. 10(3月). (2001)
• [Publications] S.Katayama,N.Seto and A.Matsunawa: "Dynamic Behaviour of Keyhole and Molten Pool in High Power Laser Welding"Proc.7th Intern.Aachen Welding Conf.. 7(5月). (2001)
• [Publications] 片山聖二: "平成12年度 溶接工学夏季大学教材(分担)"レーザプロセスの基礎とその知能化. 115-144 (2000)