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異波長重畳レーザビームと物質間の量子的・熱的相互作用

研究課題

研究課題/領域番号 10305055
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 材料加工・処理
研究機関大阪大学

研究代表者

松縄 朗  大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (20029119)

研究分担者 竹本 正  大阪大学, 先端科学技術共同研究センター, 教授 (60093431)
片山 聖二  大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (10144528)
研究期間 (年度) 1998 – 2001
研究課題ステータス 完了 (2001年度)
配分額 *注記
39,240千円 (直接経費: 38,400千円、間接経費: 840千円)
2001年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2000年度: 6,700千円 (直接経費: 6,700千円)
1999年度: 8,300千円 (直接経費: 8,300千円)
1998年度: 20,600千円 (直接経費: 20,600千円)
キーワードレーザ / 異波長 / ハイブリッド化 / ビーム吸収率向上 / 母材溶融特性 / キーホール挙動 / レーザ溶接 / ポロシティ / ビーム / プラズマ相互作用 / 固体金属相互作用 / レーザ穴あけ / レーザ穴あり
研究概要

平成10年度から平成13年度までの研究成果の概要を以下に記す。
1)アブレーション加工特性に及ぼすレーザ波長の影響調査
各主材料にナノ秒パルスレーザを照射した場合のアブレーション穴あけ加工特性を調べた.照射したレーザ波長はQスイッチYAGレーザの第2高調波(λ=532nm),第3高調波(λ=355nm)及び第4高調波で(λ=266nm)である.アクリル樹脂を用いて穴あけ加工特性を調査した結果,第2高調波及び第3高調波ではナノ秒パルスにも関わらず穴周辺に熱影響部がみとめられること及びレーザの照射回数の増加と共に割れが発生し熱加工特有の現象を示すが,第4高調波では熱影響部は殆ど認められず量子加工的になることが確認された.また,レーザ照射中及び照射後のプラズマ発光強度の変化を調べ,プラズマと入射ビームとの相互作用が加工速度に大きく影響得ることを明らかにした.
2)異波長パルスレーザ重畳照射時における各種材料の溶融特性の解明
基本波パルスYAGレーザ(波長:1064nm)と第2高調波QスイッチYAGレーザ(波長:532nm)を各種金属表面に照射し,その場合の溶融特性を詳細に解明した.その結果,光の反射率の高い純銅や純アルミニウムではピーク出力5kW級の基本波YAGレーザでは全く溶融しないが,第2高調波を重畳すると基本波YAGレーザビームの吸収が促進され溶融断面積が3割以上拡大することが明かとなった.銅およびアルミニウム以外の材料でも2波長を重畳することにより溶融効率が向上することを確認した.さらに,極薄板(0.1mm以下)の重ね溶接の場合,基本波YAGレーザでは溶接できないのに対し,異波長重畳レーザ照射では高反射率の純銅でも安定に溶接できることが明らかになった.
3)レーザ溶接におけるキーホールダイナミックスの直接観察
連続およびパルスレーザ溶接におけるキーホール挙動を高速度X線透視装置とプラズマ観察用の高速度ビデオを同期させて高時間分解能観察を行った.その結果,連続レーザ溶接では一定レーザ出力にも関わらずキーホールの深さおよび形状は速い周期で不安定に変動し,これが特有のポロシティ形成を惹起することを明らかにした.またパルスレーザ溶接では,レーザ出力を急激に減衰させるとキーホールが崩壊し,金属蒸気とシールドガスがキーホール底部に閉じこめられ特有のポロシティが形成され,この防止にはパワー減衰時に適切な波形制御が有効であることを示した.

報告書

(5件)
  • 2001 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2000 実績報告書
  • 1999 実績報告書
  • 1998 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (31件)

  • [文献書誌] 瀬渡直樹, 片山聖二, 松縄 朗: "「アルミニウム合金レーザ溶接時のポロシティ生成機構の解明とその抑制法」"溶接学会論文集. vol.18,No.2. 243-255 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 瀬渡直樹, 片山聖二, 松縄 朗: "「ステンレス鋼CO_2レーザ溶接時のポロシティ生成機構の解明と低減法」"溶接学会論文集. Vol.19,No.4. 600-609 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] KATAYAMA S., SETO N., MIZUTANI M., MATSUNAWA A.: ""X-ray Transmission In-Situ Observation of Keyhole during Laser Spot Welding and Pulse-Shaping for Prevention of Porosity""Proc. of ICALEO'2001, Jacksonville, FL, USA, Oct. 15-18,2001. E-804-E-809 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Katayama, Y.Kobayashi, M.Mizutani, A.Matsunawa: ""Effect of Vacuum on Penetration and Defects in Laser Welding""Journal of Laser Applications. Vol.13,No.5. 187-192 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 文 鐘賢, 水谷正海, 片山聖二, 松縄 朗: "「異波長重畳レーザによる薄板重ね溶接特性」"溶接学会全国大会講演概要集(2001.10.21). 第69集. 38-39 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] J.H.Moon, M.Mizutani, M.Goto, S.Katayama, A.Matsunawa: ""Melting Characteristics and Energy Absorption in Metals Welded with Combined Laser Beams of Different Wavelength""Proc. of 7th International Welding Symposium, Japan Welding Society, Nov. 20-22,2001,Kobe, Japan. Vol.1. 497-502 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Naoki Seto, Seiji Katayama & Akira Matsunawa: "Porosity formation Mechanism and Suppression Procedure in Laser Welding of Aluminum Alloy (in Japanese)"Quarterly Journal of The Japan Welding Society. Vol. 18, No. 2. 243-255 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Naoki Seto, Seiji Katayama & Akira Matsunawa: "Porosity Formation Mechanism and Reduction Method in CO2 Laser Welding of Stainless Steel (in Japanese)"Quarterly Journal of The Japan Welding Society. Vol. 19, No. 4. 600-609 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] KATAYAMA S., SETO N., MIZUTANI M. & MATSUNAMWA A.: "X-ray Transmission In-Situ Observation of Keyhole during Laser Spot Welding and Pulse-Shaping for Prevention of Porosity"Proc. Of ICALEO'2001, Jacksonvill, FL, USA< Oct. 15-18, 2001. 804-809 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Katayama, Y. Kobayashi, M. Mizutani and A. Matsunawa: "Effect of Vacuum on Penetration and Defects in Laser Welding"Journal of Laser Applications. Vol.13, No.5. 187-192 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Jonhyon Moon, Masami Mizutani, Seiji Katayama & Akira Matsunawa: "Welding Characteristics in Thin Sheet Metals with Combined beams of Different Wavelingth (in Japanese)"Preprints of the National Meeting of J. W. S.. Vol. 69. 38-39 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] J. H. Moon, M. Mizutani, M. Goto, S. Katayama and A Matsunawa: "Melting Characteristics and Energy Absorprion in Metals Welded with combined Laser Beams of Different Wavelength"Proc. of 7th International Welding Symposium, Japan Welding Society, Nov. 20-22, 2001, Kobe, Japan. Vol. 1. 497-502 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 瀬渡直樹, 片山聖二, 松縄 朗: "アルミニウム合金レーザ溶接時のポロシティ生成機構の解明とその抑制法"溶接学会論文集. Vol.18、No.2. 243-255 (2000)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 瀬戸直樹, 片山聖一, 松縄 朗: "ステンレス鋼CO_2レーザ溶接時のポロシティ生成機構の解明と低減法"溶接学会論文集. Vol.19, No.4. 600-609 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] KATAYAMA S., SETO N., MIZUTANI M., MATSUNAMWA A.: "X-ray Transmission In-Situ Observation of Keyhole during Laser Spot Welding and Pulse-Shaping for Prevention of Porosity"Proc. of ICALEO'2001, Jacksonville, FL, USA, Oct. 15-18, 2001. E-804-E-809 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] S.Katayama, Y.Kobayashi, M.Mizutani, A.Matsunawa: "Effect of Vacuum on Penetration and Defects in Laser Welding"Journal of Laser Applications. Vol.13, No.5. 187-192 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 文 鐘賢, 水谷正海, 片山聖二, 松縄 朗: "異波長重畳レーザによる薄板重ね溶接特性"溶接学会全国大会講演概要集(2001.10.21). 第69集. 38-39 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] J.H.Moon, M.Mizutani, M.Goto, S.Katayama, A.Matsunawa: "Melting Characteristics and Energy Absorption in Metals Welded with Combined Laser Beams of Different Wavelength"Proc. of 7th International Welding Symposium, Japan Welding Society, Nov. 20-22, 2001, Kobe, Japan. Vol.1. 497-502 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] J.H.Moon,M.Mizutani,M.Goto,S.Katayama & A.Matsunawa: "Melting Characteristics of Metals by Combined Laser Beams with Different Wavelength"Proc.of ICALEO'2000, Oct.2-5, 2000, Dearborn, MI, USA. Vol.89. E143-E152 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] S.Katayama,N.Seto,M.Mizutani & A.Matsunawa: "Formation Mechanism of Porosity in High Power YAG Laser Welding"Proc.of ICALEO'2000, Oct. 2-5, 2000, Dearborn, MI, USA. Vol.89. C16-C25 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] N.Seto,S.Katayama & A.Matsunawa: "High-speed Simultaneous Observation of Plasma and Keyhole Behavior during High Power CO_2 Laser Welding"Journal of Laser Application. Vol.12. 245-250 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 文鐘賢,水谷正海,片山聖二,松縄朗: "異波長重畳レーザによる金属のビーム吸収と溶融特性"溶接学会全国大会講演概要. 第66集. 52-53 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] A. Matsunawa, N. Seto, J. D. Kim. M. Mizutani & S. Katayama: "Dynamics of Keyhole and Molten Pool in High Power CO_2 Laser Welding"Proc. of SPIE, High Power Lasers in Manufacturing, 1-5, Nov., 1999, Osaka. vol.3888. 34-45 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] N. Seto, S. Katayama, M. Mizutani & A. Matsunawa: "Relationship between Plasma and Keyhole Behavior during CO_2 Laser Welding"Proc. of SPIE, High Power Lasers in Manufacturing, 1-5, Nov., 1999, Osaka. vol.3888. 61-68 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] S. Fujinaga, H. Miura, T. Narikiyo, S. Katayama, A. Ohmori & A. Matsunawa: "Integration of three high power Nd-YAG lasers to one beam and its application in stainloss steel welding"Science and Technology of Welding and Joining. vol.4,No.6. 373-380 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 文 鐘賢,水谷正海,片山聖二,松縄 朗: "異波長重畳レーザによる金属のビーム吸収と溶融特性"溶接学会全国大会講演概要. 第66集. 52-53 (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 松縄 朗,片山聖二: "レーザー溶接におけるキーホールダイナミックスのリアルタイム高速度観察" レーザー研究(レーザー学会). 26,11. 783-787 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] A.Matsunawa,J.D.Kim,N.Seto,M.Mizutani & S.Katayama: "Dynamics of keyhole and molten pool in laser welding" Journal of Laser Applications (Laser Institute of America). 10,6. 247-254 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] S.Katayama & A,Matsunawa: "Formation Mechanism and Prevention of Defects in Laser Welding of Aluminium Alloys" Proceedings of CISFFEL'98. Vol.1. 215-222 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 北原,金,竹本,松縄: "パルスYAGレーザによる微小穴あけ加工" 溶接学会全国大会講演概要. 第63集. 300-301 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 瀬戸,水谷,片山,松縄: "レーザ溶接におけるキーホール挙動とプラズマ挙動の相関" 溶接学会全国大会講演概要. 第63集. 220-221 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書

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公開日: 1998-04-01   更新日: 2016-04-21  

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