高度な加工ツールとして、レーザーは工業溶接の分野でますます重要な役割を果たしています。従来のレーザー溶接技術はこれらの欠陥をある程度制御できますが、その効果は固定された溶接パラメータとプロセスによって制限されることがよくあります。近年、レーザースイング溶接技術の登場により、溶接欠陥の制御に新たな解決策がもたらされました。この技術は、溶接プロセス中にレーザービームをスイングさせることで、溶融池の動的特性を大幅に改善し、溶接品質を最適化します。レーザースイング溶接技術は、主にレーザービームの精密な制御とスイング技術に基づいて、効率的で高品質な溶接を実現します。
外観を改善する：
その間溶接プロセスレーザービームは、溶接領域全体をカバーするように、高速かつ正確にスイングされます。ビームが溶接方向に沿って移動すると、円、8の字、らせんなど、さまざまな形で振動します。Chenらは、スイングレーザーを使用して異種アルミニウム合金を溶接し、スイングレーザー溶接なしの場合と比較して、スイングレーザー溶接の前面と背面の溶接形態が大幅に改善されました。さらに、横方向スイングレーザー溶接は、溝のクリアランス適応性を高めるために使用されます。一部の導電性接続ワークピースでは、過電流領域を拡大する必要があり、金属接続面を拡大する必要もあり、金属接続面を「U」にするためにレーザー溶接をスイングする必要もあります。
1. (a)および(b)異なるスイングモードにおける溶接断面形状および溶接サイズの統計；(c)異なるスイングモードにおける溶接上面の形成。
側壁癒合不良を改善する：
中厚板の従来の狭開先レーザー溶接では、側壁の非溶融欠陥が発生しやすい。これは、開先におけるレーザーエネルギーの分布が不均一で、開先中央部の熱入力が大きく、側壁の熱入力が小さいため、良好な接合ができないことが原因である。非溶融側壁欠陥を解決するための重要な対策は、側壁への熱入力を増やすことである。レーザー溶接の工程において、ビームスイングによってワークピース表面へのレーザービームのエネルギー分布をより合理的にすることができる。開先の幅が変化すると、ビームスイングの振幅を開先の幅に合わせて調整することで、側壁への効果的な熱入力を実現できる。
2. 振動ありまたは振動なしのレーザー溶接における、第1層（L1）から第7層（L7）までの溶接部のマクロ画像。
多孔性欠陥を低減する：
レーザーの揺動が溶接孔を抑制するメカニズムは、微細孔の安定性向上と溶融金属の流動性向上に起因すると考えられる。図3は、溶接プロセス中にトレーサー粒子によって示される溶融プールの流れ挙動を示している。光ビームの揺動により、微細孔に高周波かつ高速の回転攪拌運動が生じ、気泡の溢れ出しが促進され、凝固した孔を「捕捉」する効果が得られる。同時に、光ビームの揺動は微細孔の面積を増加させ、不安定な崩壊による気泡形成の可能性を低減させる。
3. (a) および (b) 溶接中のトレーサー粒子の軌跡。キーホール開口部領域: (c) レーザーが振れていない場合 (d) レーザーが振れている場合。
亀裂欠陥を低減する：
熱割れは、溶接工程において内部応力と冶金学的要因の相互作用によって生じる欠陥の一種であり、溶接の熱影響部（HAZ）によく見られます。このような割れの発生は、高温における材料の脆弱性、溶接応力、および材料の化学組成に関連しています。従来のレーザー溶接技術では、主に以下の理由により、溶接工程で熱割れが発生する可能性があります。第一に、レーザー溶接の高いエネルギー入力により、溶接領域が急速に加熱および冷却され、大きな温度勾配と熱応力が発生します。第二に、溶接工程における冶金学的反応により、低融点の不純物元素が偏析し、脆性相が形成され、割れの感受性が高まります。最後に、材料の急速な凝固により微細構造が不均一になり、図4に示すように、柱状結晶の成長方向が溶融池から中心に向かっています。この場合、割れの感受性が著しく高まります。
4. レーザー溶接の凝固モード (a) 従来型レーザー溶接 (b) スイングレーザー溶接
振動レーザー溶接技術は、振動レーザービームを導入することで、高温割れの発生を効果的に低減または排除することができます。振動レーザー溶接プロセスでは、レーザービームの周期的な振動により溶融池内の金属の流れが促進され、微細構造の均一性が向上します。また、図5に示すように、溶融池の中心で結晶粒が同軸状に成長します。これらの同軸状の結晶粒は、亀裂の伝播を防ぐ保護バリアとして機能し、さらに亀裂の伝播を防ぐ断熱層としても機能します。同時に、振動レーザーは、成分の偏析による脆性相の形成を低減し、熱割れのリスクを軽減します。
5. (A) 従来のレーザー溶接溶接部の凝固微細構造特性 (B) レーザースイング溶接 (CCW) の凝固微細構造特性。
レーザー自己融着溶接と比較して、スイングレーザー溶接技術は、気孔の発生傾向を低減し、側壁の非溶融などの欠陥を改善する効果的な方法として認識されています。溶融池に対するビームの攪拌効果により、ギャップフィットの改善、微細構造の均一性の向上、結晶粒の微細化において大きな利点があります。レーザースイング溶接技術の応用により、レーザー溶接の普及が進み、より大きなワークピースやより広い溶接部に対してもレーザーによる高効率精密溶接が可能となり、製品の基本プロセスおよび組立精度が緩和されます。
投稿日時：2025年2月21日
