研究開発された技術紹介

重電産業の超厚板溶接では国際競争の中、生産の効率化が命題となっており大出力レーザによる「超厚板高速自動溶接」が望まれている。しかし超厚板レーザ溶接において発生する膨大なヒューム、プラズマにより溶け込みが不足し溶接不良の原因ともなる。本提案は溶接部の現象を解明しつつ照射ビームを最適化し、ビームプロファイルの監視、溶接点近傍の気流制御技術などにより超厚板材料に対し、省エネと高品質な高速溶接を実現する

高効率な統合型加工ヘッドの実現、焦点位置の可視化、大出力レーザ溶接用シミュレーション手法の開発
(新技術)
新方式気流制御を用いた統合型加工ヘッドの高効率レーザ溶接、雰囲気制御による高品質レーザ継手を実現する
(新技術の特徴)
溶融池への気流制御技術がキー。超厚板材料に対して、省エネと高品質な高速溶接を実現する

・気流制御方法に、溶融池周辺のシールドガス吹付けの新方式を採用し、板厚90mmの突合せ溶接部を作製できたが、溶接中の凝固割れによる溶接内部欠陥発生が起こり、雰囲気圧力を低真空下で、内部欠陥が無い板厚150mmの突合せ溶接を実現し、超厚板での高品質レーザ溶接工法の可能性を見出した
・波長1070nm帯の散乱光を可視化できるカメラの画像を取得・制御し、プロファイル表示ソフトを開発した
・数値化ソフトにより、散乱光画像を取得し、画像を連続保存できる動画保存機能も実装しオフライン解析ができた
・大出力レーザ溶接時に特徴的な深溶込み形状は、レーザ出力が最大平均出力100kWとなると、被溶接部材に照射した際には多様で複雑な現象となり再現が困難と判明し、現象論的な考え方も取り入れた新たなレーザ照射機能を開発し、実験結果の溶込み形状に類似する結果となった

・重電産業用の超厚板材料の省エネルギー化と高品質化を両立させる高速溶接技術
・大出力レーザ加工ヘッド開発技術

100kWレーザ加工機を使用した超厚板のレーザ溶接に関する研究開発を継続している。

・新技術は、従来技術に比べて、溶接速度171倍、総エネルギー消費量を37%削減し、総合工程率30%削減を達成
・高効率な統合型加工ヘッドの実現、焦点位置の可視化、そして大出力レーザ溶接用シミュレーション手法の開発
・新技術(工法:開先不要レーザ溶接、開先面積:0mm2、溶接回数:2回、溶接速度:114cm/分)

・現工法ではワークが限定化され、ターゲットとする大型構造物では実用性が困難である。そこで、加工点を低真空環境に作り出すノズルの開発が今後の課題となる
・重工業分野である造船やプラントでは現状考えられる対象品は、熱交換器内の給水加熱器、水力発電プラント内の水車ランナー、ITERのTFコイル、溶接以外の工法としてレーザ切断(原子炉の解体・廃炉)が考えられる

市場開拓

超厚板溶接加工している企業との連携を模索中