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精密加工

熱歪・溶接不良を最小化させるレーザ・アーク複合溶接プロセス

東京都

株式会社マスコエンジニアリング

2020年4月20日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 高張力鋼板によるモジュール部品軽量化を実現させるプレス加工・ハイブリッド溶接複合プロセスの構築
基盤技術分野 精密加工
対象となる産業分野 自動車
産業分野でのニーズ対応 高機能化(新たな機能の付与・追加)、高性能化(既存機能の性能向上)、高性能化(精度向上)、高効率化(同じ生産量に対するリソースの削減)、高効率化(生産性増加)
キーワード 高張力鋼板、アーク溶接、レーザー、ハイブリッド、シミュレーション
事業化状況 実用化に成功し事業化に向けて取り組み中
事業実施年度 平成26年度~平成28年度

プロジェクトの詳細

事業概要

自動車業界では、プレス成形品を溶接接合させたモジュール部品の高付加価値化が進行しており、プレス成形品単体及び溶接組立品の高品質化と軽量化のための高強度鋼板適用拡大が必要不可欠である。本開発では、弊社独自技術をもとに熱歪・溶接不良を最小化させるレーザ・アーク複合溶接工法を構築し、プレス加工から溶接組立まで一気通貫で材料変形予測できる仮想試作技術により高品質なモジュール部品開発プロセスを実現させる

開発した技術のポイント

レーザ・アーク複合溶接システムを構築して、形状寸法など機能要件を満たす「ステアリングハンガービーム」を700MPa級の高張力鋼板で作成可能とし、モジュール部品の試作を効率化する予測技術を開発する
(新技術)
レーザ・アーク複合溶接(ハイブリッド溶接)により高張力鋼板を溶接するシステム
(新技術の特徴)
・アーク発生直前の電流波形を制御する
・溶接欠陥や溶接変形、残留応力を抑制する

具体的な成果

・レーザ‐アーク溶接複合システムの構築
‐レーザ‐アーク複合溶接機で700MPa級高張力鋼板の溶接加工を実現した
‐仕上がり形状寸法及び固有値振動等機能要件を満足させた「ステアリングハンガービーム」を試作した
・溶接電源制御技術の開発と溶接施工条件の最適化
‐アーク溶接で、スパッタ発生量を1/6に減少した
‐実際の現場にも導入して、不良品の発生率を30%削減した
・現行品に対する980MPa級の高張力鋼板を使用した試作
‐440MPa級の高張力鋼板を用いる現行品に対して、980MPa級の鋼板による最小限のトライアル回数で試作品を取得できた
・組立部品の熱変形シミュレーションツールを開発
‐パイプ溶接の際の歪変形量に関して実験と解析結果を比較し、予測誤差を約0.5mm以内にできた

研究開発成果の利用シーン

・高張力鋼板部品向けレーザ・アーク複合(ハイブリッド)溶接装置
・モジュール部品の成形・熱歪シミュレータ

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

自動車メーカーへレーザー・アークハイブリッド溶接の試作品の提示及び単体テスト結果の報告を実施し現量産品(アーク溶接品)と同等の性能を有していることからレーザー・アークハイブリッド溶接の量産適用は可能との一次判断を得ている。
また、本研究開発成果の事業化にあたっては自動車メーカーによる開発スケジュールに沿って適宜、ステアリングハンガービームの試作品を供給し完成車としての性能テストが必要となる。
自動車メーカーから新車開発のスケジュールの情報開示を受けステアリングハンガービームの試作品を供給出来る体制を準備している。

提携可能な製品・サービス内容

設計・製作、製品製造、共同研究・共同開発、技術コンサルティング

製品・サービスのPRポイント

・最適な電流波形制御や溶接加工条件の設定で溶接品質を向上
‐スパッタ発生量が約1/6に減少
‐スパッタサイズ1.4mm以上が1/20に低減
・新型のレーザ・アーク複合溶接工法を実現
‐ロボットで自動化されたレーザ・アーク複合溶接システム
‐溶接条件及び溶接機器・ロボットの条件設定情報等をデータベース化して再利用可能
・成型時や溶接(熱歪)による変形予測技術を開発
‐各溶接工法において実物と同様の3次元そり変形形状を予測可能
‐成形シミュレーションから連続して溶接時の熱変形シミュレーションが可能
‐設計段階で寸法不良や形状不良を事前対策することで、試作回数を最小化

今後の実用化・事業化の見通し

自動車メーカーへレーザー・アークハイブリッド溶接の試作品の提示及び単体テスト結果の報告を実施し現量産品(アーク溶接品)と同等の性能を有していることからレーザー・アークハイブリッド溶接の量産適用は可能との一次判断を得ている。
また、本研究開発成果の事業化にあたっては自動車メーカーによる開発スケジュールに沿って適宜、ステアリングハンガービームの試作品を供給し完成車としての性能テストが必要となる。
自動車メーカーから新車開発のスケジュールの情報開示を受けステアリングハンガービームの試作品を供給出来る体制を準備している。
FEMシミュレーションによる溶接ひずみ寸法精度予測については、継続的に精度向上の取り組みを行っている。

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 株式会社マスコエンジニアリング
株式会社増田製作所
事業管理機関 一般社団法人日本金属プレス工業協会
国立研究開発法人理化学研究所
研究等実施機関 一般社団法人日本金属プレス工業協会
国立研究開発法人理化学研究所

サポイン事業者 企業情報

企業名 株式会社マスコエンジニアリング(法人番号:2010601039145)
事業内容 自動車部品製造 金属プレス加工 金属プレス金型設計・製作 自動化設備設計・製作
社員数 105 名
生産拠点 山形工場(山形県)、升形ブランチ(山形県)
本社所在地 〒135-0004 東京都江東区森下4丁目1番2号
ホームページ https://www.pref.yamagata.jp/carsite/corp/05_10/local05_10.html
連絡先窓口 業務管理部部長 執行役員 星川憲雄
メールアドレス hoshikawa.norio@msd-mfg.co.jp
電話番号 0233-23-5555