01 厚板レーザーアークハイブリッド溶接
厚板（厚さ 20mm 以上）の溶接は、航空宇宙、航行および造船、鉄道輸送などの重要な分野の大型機器の製造において重要な役割を果たしています。これらの部品は通常、厚さが厚く、複雑な接合形状、複雑なサービスが特徴です。環境。溶接の品質は、機器の性能と寿命に直接影響します。従来のガスシールド溶接法は、溶接速度が遅いことと深刻なスパッタの問題により、低い溶接効率、高いエネルギー消費、大きな残留応力などの課題に直面しており、増え続ける製造要件を満たすことが困難となっています。ただし、レーザーとアークのハイブリッド溶接技術は従来の溶接技術とは異なります。の利点をうまく組み合わせています。レーザー溶接図 1 に示すように、溶け込み深さが大きく、溶接速度が速く、効率が高く、溶接品質が優れているという特徴があります。したがって、このテクノロジーは広く注目を集めており、いくつかの重要な分野で適用され始めています。
図1 レーザー・アークハイブリッド溶接の原理
02厚板のレーザー・アークハイブリッド溶接に関する研究
ノルウェー工業技術研究所とスウェーデンのルーレ工科大学は、厚さ 45 mm の微細合金高張力低合金鋼の 15 kW 未満の複合溶接継手の構造均一性を研究しました。大阪大学とエジプト中央冶金研究所は、20kWのファイバーレーザーを使用して、ボトムハンプ問題を解決するためにボトムライナーを使用した厚板（25mm）のシングルパスレーザーアークハイブリッド溶接プロセスの研究を実施しました。デンマークの Force Technology Company は、2 台の 16 kW ディスク レーザーを直列に使用して、32 kW で厚さ 40 mm の鋼板のハイブリッド溶接に関する研究を実施しました。これは、高出力レーザー アーク溶接が洋上風力発電のタワー基部の溶接に使用されることが期待されることを示しています。ハルビン溶接有限公司は国内で初めて高出力固体レーザー溶融電極アークハイブリッド熱源溶接のコア技術と設備統合技術を習得しました。高出力固体レーザー・デュアルワイヤ溶融電極アークハイブリッド溶接技術と装置を我が国のハイエンド装置に適用することに成功したのは初めてである。製造業。
図2. レーザー設置レイアウト図
国内外の厚板のレーザーアークハイブリッド溶接の現在の研究状況によると、レーザーアークハイブリッド溶接法と狭ギャップ開先の組み合わせにより厚板の溶接を実現できることがわかります。レーザー出力が10,000ワット以上に増加すると、高エネルギーレーザーの照射下で、材料の蒸発挙動、レーザーとプラズマの相互作用過程、溶融池流の安定状態、熱伝達機構、溶接の冶金学的挙動 程度は異なりますが、変化が発生します。出力が10,000ワット以上に増加すると、出力密度の増加により小穴付近の蒸発の度合いが強まり、反動力が小穴の安定性と溶融池の流れに直接影響を与えます。そのため、溶接プロセスに影響を与えます。この変更は、レーザーとその複合溶接プロセスの実装に無視できない影響を与えます。溶接プロセスにおけるこれらの特徴的な現象は、溶接プロセスの安定性を直接的または間接的に反映し、溶接の品質を決定することもあります。レーザーとアークの2つの熱源のカップリング効果により、2つの熱源の特性が十分に発揮され、単独のレーザー溶接やアーク溶接よりも優れた溶接効果が得られます。レーザー自生溶接法と比較して、この溶接法はギャップ適応性が高く、溶接可能な厚さが大きいという利点があります。厚板のナローギャップレーザーワイヤ充填溶接法と比較して、ワイヤ溶解効率が高く、開先溶融効果が良好であるという利点があります。 。さらに、レーザーがアークに引き寄せられることでアークの安定性が向上し、レーザーとアークのハイブリッド溶接が従来のアーク溶接よりも高速になり、レーザーフィラーワイヤ溶接、比較的高い溶接効率を備えています。
03 高出力レーザー・アークハイブリッド溶接応用
高出力レーザーアークハイブリッド溶接技術は、造船業界で広く使用されています。ドイツのマイヤー造船所は、船体平板と補剛材を溶接するための12kWのCO2レーザー・アークハイブリッド溶接生産ラインを確立し、長さ20mのすみ肉溶接を一度に形成し、変形度を2/3に低減しました。 GE は、空母サラトガの溶接用に最大出力 20kW のファイバー レーザー アーク ハイブリッド溶接システムを開発しました。これにより、図 3 に示すように、800 トンの溶接金属が節約され、工数が 80% 削減されました。 20kW ファイバーレーザー高出力レーザーアークハイブリッド溶接システム。溶接変形を 60% 低減し、溶接効率を 300% 向上させることができます。上海外高橋造船所では、16kW ファイバーレーザー高出力レーザーアークハイブリッド溶接システムを使用しています。生産ラインではレーザーハイブリッド溶接＋MAG溶接の新プロセス技術を採用し、厚さ4～25mmの鋼板の片面1パス溶接と両面成形を実現しています。高出力レーザーとアークのハイブリッド溶接技術は、装甲車両で広く使用されています。溶接の特徴は、厚肉の複雑な金属構造物の溶接が可能であり、低コストで高効率に製造できることです。
図 3. USS サラ トガ航空母艦
高出力レーザー・アークハイブリッド溶接技術は、最初は一部の産業分野で応用されており、中肉厚および大肉厚の大型構造物を効率的に製造するための重要な手段となるでしょう。現時点では、高出力レーザー・アークハイブリッド溶接のメカニズムに関する研究が不足しており、フォトプラズマとアークの相互作用やアークと溶融池の相互作用など、さらなる強化が必要である。高出力レーザー・アークハイブリッド溶接プロセスには、狭いプロセスウィンドウ、不均一な溶接構造の機械的特性、複雑な溶接品質管理など、まだ多くの未解決の問題が残っています。産業用レーザーの出力が徐々に増加するにつれて、高出力レーザーとアークのハイブリッド溶接技術が急速に発展し、さまざまな新しいレーザーハイブリッド溶接技術が引き続き登場すると考えられます。局地化、大規模化、インテリジェント化は、将来の高出力レーザー溶接装置の開発における重要なトレンドとなるでしょう。
投稿日時: 2024 年 4 月 24 日
