2016 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of in-situ-local microporous metal by porosity controlled at the laser-irradiated unit
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25289240
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
川人 洋介 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (70379105)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川上 博士 三重大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00252338)
西本 浩司 阿南工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (40501169)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | レーザ / 溶接 / ポロシティ / 制御 / その場局所 / マイクロポーラス / 金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低炭素社会では、金属の軽量化と高機能化が同時に必要で、ポーラス金属は期待される材料である。本研究では、レーザ照射された金属部に生じる空孔（溶接ポロシティ）を制御したマイクロポーラス金属を世界に先駆けて創成する為の基盤的な研究を実施した。昨年度に引き続き、チタンのレーザスポット溶接時において溶融池からの熱放射光（溶融池直径を推定）をインプロセスモニタリングし、リアルタイムでレーザ照射時間を制御した。5 ms以下の照射時間では、キーホールの最大深さの位置にキーホール先端部と同様なサイズの空孔（溶接ポロシティ）を概ね制御して生成できることを実証した。本年度の対象材料であるアルミニウム合金のレーザ溶接では、溶融金属表面が凹む（アンダーフィル）が発生することがわかった。アンダーフィルの原因はスパッタの大量発生の場合が多く、本研究のこれまでの成果として、スパッタの発生が溶融池内部の溶融金属の流れと関係していることを査読付き論文にて報告している。そこで、溶融池サイズを変えて溶融金属の流れる方向を制御してスパッタ抑制を行うことにした。具体的には、キーホール（溶融池の穴）が形成されずアルミニウム合金が溶融するパワー密度でレーザを照射し、熱放射光をインプロセスモニタリングすることで、目的の溶融池直径のところまでレーザ照射時間を制御した。本制御によってアンダーフィルは大幅に改善できることが判明した。また、アンダーフィル抑制のレーザ照射時間制御の後、連続して適切な照射時間を管理することでポロシティ制御を行い、得られたポーラス金属の微細構造解析及び材料性能評価を行った。新しい知見として、シールドガスを通常使用するアルゴンから窒素に変えて検討した際に、キーホール口に吹きかける流量によっては、多量の空孔が生成することも明らかにできた。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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