2021 Fiscal Year Annual Research Report
金属組織制御の新学理に基づく短パルスレーザ誘起圧力波支援高速レーザ溶接法の開発
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20H02048
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
佐野 智一 大阪大学, 工学研究科, 教授 (30314371)
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2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | レーザ溶接 / 短パルスレーザ誘起圧力波 / 結晶粒微細化 / 力学特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、金属組織を作り込むときに通常考慮される「温度場」だけでなく、これまで無視出来るほど小さかった「圧力場」を新たに取り入れることによって、これまでに無い新しい金属組織制御法の基盤となる新しい学理を構築する。具体的には、液相から凝固が開始する際に圧力を印加し微細な凝固組織を形成する学理（新学理A）と、固相に衝撃波を印加し通常の塑性変形では考慮されない転位生成を陽に考慮し効率的に塑性変形を誘起する学理（新学理B）である。本研究の目的は、この新しい学理を基に、ナノ秒レーザ誘起圧力波とフェムト秒レーザ誘起衝撃波を「圧力場」として利用することによって、割れの無い高強度な溶接継手を実現する新しい高速レーザ溶接法を開発することである。
2021年度は新学理Bに基づき、レーザ溶接中に溶接部近傍にフェムト秒レーザを照射し、フェムト秒レーザ誘起衝撃波によって熱影響部をピーニングし高強度化するプロセスを実施した。溶接用レーザとして波長1070 nm、最大出力1.0 kW、M^2 1.1のシングルモードファイバーレーザを、衝撃波を誘起するために波長800 nm、パルス幅100 fs、最大パルスエネルギー7 mJのナノ秒レーザを用いた。材料として、A2024アルミニウム合金（T3処理、板厚3.175 mm）を用いた。熱影響部に最適化したフェムト秒レーザを照射することによって、レーザ溶接によって軟化した熱影響部の硬さを母材以上に硬くすることに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画通り、レーザ溶接によって形成された熱影響部へのフェムト秒レーザ照射による熱影響部の力学特性の向上を達成することが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、2021年度に実施したプロセスの高度化を図るため、フェムト秒レーザ照射後の試料の熱処理による力学特性向上を試みる。溶接用レーザとして波長1070 nm、最大出力1.0 kW、M^2 1.1のシングルモードファイバーレーザを、衝撃波を誘起するために波長800 nm、パルス幅100 fs、最大パルスエネルギー7 mJのナノ秒レーザを用いる。材料としては、アルミニウム合金と、積層欠陥エネルギーが異なる面心立方格子金属として銅を用いる。それぞれの材料にフェムト秒レーザを照射し、その後の熱処理条件が金属組織形成に及ぼす影響を調べる。
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