特 集 【sustinaシリーズ S13 /S23 /HYBRID

マグネシウム 合 金 のレーザ 溶 接 技 術
マグネシウムの 吸 収 率 はアルミニウムに 比 べて2 倍 以
上 であり,なおかつ2つの 材 料 の 熱 物 性 は 同 程 度 である
ことから,マグネシウムはアルミニウムよりレーザによ
って 加 熱 が 容 易 であると 考 えられる.また,マグネシウ
ムと 鉄 を 比 べた 場 合 , 熱 物 性 , 吸 収 率 に 大 きな 差 がある.
次 章 においてはマグネシウム 合 金 と, 実 際 に 鉄 道 車 両
構 体 に 使 用 されるステンレス 鋼 について 溶 接 性 の 比 較 を
行 う. 両 合 金 の 諸 物 性 は 省 略 するが,マグネシウム 合 金
とステンレス 鋼 の 物 性 の 関 係 はマグネシウムと 鉄 と 同 程
度 である.
レーザ 溶 接 におけるパラメータは 溶 接 時 に 容 易 に 変 更
可 能 なレーザ 出 力 , 溶 接 速 度 , 加 工 ガス 流 量 や, 装 置 側
の 構 成 を 変 更 する 必 要 があるビーム 径 ,ガスノズル 径 ・
角 度 等 がある.・
まず 初 めに 溶 接 速 度 とガスノズル 径 をパラメータとし
た 時 のマグネシウム 合 金 の 溶 け 込 みについて 調 査 した.
表 3に 結 果 の 断 面 マクロ 写 真 を 示 す. 材 料 は 板 厚 が3mm
のマグネシウム 合 金 である. 継 手 はビードオンプレート
とした. 溶 接 部 近 傍 は 溶 接 前 にワイヤブラシにより 酸 化
被 膜 を 除 去 した. 使 用 したレーザは 波 長 940nmの 半 導 体
レーザである.レーザ 出 力 は3kW,ガス 流 量 は 純 Ar・
15L/minに 固 定 した.・
溶 接 速 度 ・
4.0・ ・
4.0・ ・
(m/min)・
ガスノズル 径 φ4・ ガスノズル 径 φ12・
溶 接 速 度 ・
(m/min)・
ガスノズル 径 φ4・ ガスノズル 径 φ12・
5.0・
6.0・
8.0・
5.0・
6.0・
8.0・
・ ・
・ ・
・ ・
・ ・
・ ・
・ ・
・
・
表 3よりガスノズルが 細 いほうが, 比 較 的 に 溶 け 込 み
が 深 い 傾 向 にあることがわかる.この 傾 向 はステンレス
鋼 板 の 場 合 においても 同 様 である.3mm 板 を 貫 通 溶 接 す
るには,およそ4.0m/min 未 満 の 溶 接 速 度 が 必 要 であると
考 えられる.
板 厚 3mmのステンレス 鋼 において, 同 様 にレーザ 出 力
3kWで 溶 接 した 場 合 の 断 面 マクロ 写 真 を 表 4に 示 す.こ
こでは 溶 接 速 度 をパラメータとしている.なお,ガス 流
量 は 純 Ar・30L/minである.
表 4の 中 で 最 も 速 い 溶 接 速 度 3.0m/minにおいては,お
よそ1mm 程 度 しか 溶 け 込 み 深 さが 得 られていない.3mm
の 厚 さを 貫 通 溶 接 するためには0.6m/minの 溶 接 速 度 が 必
要 となっていることがわかる.
溶 接 速 度 ・
(m/min)・
溶 接 速 度 ・
(m/min)・
ガスノズル 径 φ4・
0.6・
0.9・
1.5・
3.0・
ガスノズル 径 φ4・
0.6・
0.9・
1.5・
3.0・
これらの 断 面 マクロ 写 真 から 求 めた 溶 接 速 度 ごとの ・ 溶
け 込 み 深 さの 比 較 を 図 1に 示 す.なお, 溶 込 み 深 さ3mm
の 位 置 のステンレス 鋼 板 のプロットは, 貫 通 溶 接 されて
いるため 参 考 の 点 である.グラフを 横 軸 方 向 に 見 ていく
と,Mg 合 金 がある 溶 込 み 深 さを 得 ようとした 場 合 ,ステン
・
・
・
・
・
・
・
63
2016 年 12 月