このトレンドが到来し、レーザー アーク ハイブリッド溶接は主要な重要産業で「トレンドに乗っています」。

近年、レーザー加工技術は様々な産業の工業生産に広く利用されています。多くの産業が産業のアップグレードを進める際に、レーザー加工の使用を選択します。これにより、レーザーの応用分野が広がり、より多くの革新と探求が行われています。 「2021年中国レーザー産業発展報告」のデータによると、2020年の中国レーザー溶接市場規模は110億5000万元に達した。鉄道輸送、土木機械、造船、鋼構造物などの応用分野における変革と高度化のニーズに伴い、中厚板溶接装置の需要はますます増大し、レーザー溶接装置の普及率は加速すると考えられます。

レーザー溶接は、ニーズに応じて、レーザー自生溶接、レーザーフィラー溶接、レーザーハイブリッド溶接など、さまざまな形式に分類できます。その中で、レーザーアークハイブリッド溶接は、後のタイプのレーザー溶接プロセスです。この溶接プロセスは、中厚板の溶接ニーズに特に適しています。ハイエンドの高出力レーザーアークハイブリッド溶接装置は、長い間、ヨーロッパと米国の先進的な製造国によって独占されてきました。ほぼすべての国内造船所は、ドイツ、イタリアなどのレーザーアークハイブリッド溶接生産ラインを導入しています。価格は非常に高く、アフターサービスは遅いです。この消極的な状況を打破するために、Pentium Laser は中国とイタリアの合弁会社としてイタリアの EL の傘下にあります。 ENグループが運営しており、国内外の専門家や専門人材を積極的に多数紹介しています。高出力レーザー溶接装置の研究開発分野および高出力レーザー溶接装置の応用分野で革新と進取を続けています。同社はさまざまなレーザーアークハイブリッド溶接装置を発売し、我が国の多くの産業のギャップを埋めてきました。

レーザーアークハイブリッド溶接技術のメリット

異なる物理的特性と非常に異なるエネルギー伝達メカニズムを持つ 2 つの高温熱源を組み合わせ、それらを材料の表面で一緒に作用させて材料を加熱し、溶接を完了することをハイブリッド レーザー アーク溶接 (HLAW) と呼びます。レーザーアークハイブリッド溶接法は、2つの熱源の利点を十分に発揮し、単一熱源加工の欠点を補うことができます。効率的、高品質、省エネの新しい溶接方法です。シングルレーザー溶接やアーク溶接と比較して、レーザーアークハイブリッド溶接は中厚板の溶接工程において特に大きな利点を持っています。

図1 Pentium Laser 20KWレーザーアークハイブリッド溶接機

レーザー溶接を単独で使用する場合には、主に次のような制限があります。

レーザービームの焦点直径は非常に小さいため、熱作用領域が小さくなります。レーザー溶接では、ワークの組み立てギャップに対する要求が高く、ギャップの互換性は低いです。特に中厚板の場合、隙間の少ない仮溶接組立を実現することは非常に困難です。

反射率の高い材料のレーザー溶接には大きな困難があります。熱伝導率の高い材料の溶接も同様に困難です。溶接工程ではクラックなどの欠陥が発生しやすく、またポアなどの欠陥も発生しやすくなります。同時に、溶融池の流動性が低下し、溶接の形成が不良になります。

レーザー溶接プロセス中に、形成されたプラズマがレーザーを吸収して反射します。この吸収と反射により、基材のレーザー吸収率が低下し、レーザー エネルギーの利用レベルが低くなります。

高張力鋼の溶接中、溶接シームは急速に冷えるため、硬化した組織や亀裂が発生しやすくなります。

MIG/MAG アーク溶接を単独で使用する場合の制限には、主に次のようなものがあります。

1パス溶接の溶け込みは小さいです。

厚板の多層多パス溶接では、アークが開先底部まで到達しにくく、側壁に向かってアーク着火しやすくなります。そのため、開先幅が広くなり溶接効率が低下します。

溶接速度が遅い。速度が高すぎると、アークが不安定になります。

溶接入熱が大きく、熱影響部が大きく、板変形が大きい。

レーザー アーク ハイブリッド溶接は、単一熱源溶接期間の制限を補うことができるだけでなく、1+1>2 という独特の効果も達成できます。レーザーとアークの組み合わせの本質は、光誘起プラズマとアークの結合です。

図2 レーザーアークハイブリッド溶接の模式図

レーザー溶接では、アークを追加した後、アークによって生成されるプラズマの密度が比較的低いため、レーザー光によって誘起されたプラズマが希釈されます。その結果、プラズマによるレーザー入射の障害が軽減され、材料表面へのレーザー照射エネルギーが増加します。アーク溶接プロセス中、プラズマはアークの中心に向かって移動する傾向があります。レーザーが材料の表面に照射されると、大量のプラズマが生成されます。これらのプラズマはアークの方向性と安定性を高めます。アークの剛性を向上させます。レーザーアークハイブリッド溶接プロセスが前方アークと後方レーザーのモードを採用すると、このようなアークを作成するための熱範囲が拡大し、溶接現場でのブリッジ能力が向上し、溶接部品のシームギャップの組み立て精度要件が軽減されます。これは中厚板の溶接において特に重要です。また、このような状況はアーク溶接を追加した後でも発生します。溶接ワイヤが溶接部を埋め、溶接部の形態が変化します。異なる溶接ワイヤを選択すると、溶接部の化学冶金によりその組成が調整され、接合部の機械的特性が向上します。

図3 10mm厚Q345B片面溶接・両面成形

レーザーアークハイブリッド溶接の応用分野

Pentium レーザー溶接技術研究センターは、長期にわたる実験を通じて、レーザー アーク ハイブリッド溶接には、レーザー溶接速度が速く、熱影響部が小さく、溶接シームが狭く、形状が良いという特徴があることを発見しました。溶融アークガスシールドアーク溶接には、エネルギー効率、ギャップブリッジ能力、冷却速度、エネルギー結合力の点でいくつかの利点があります。溶接速度が向上し、入熱が減少し、溶接変形が大幅に軽減されます。このため、ハイエンド製品の中厚板の深溶け込み溶接用途には、レーザーアークハイブリッド溶接が採用されることになります。 Pentium Laser Welding R&D Center が実施した業界調査の結果に基づいて、Pentium Laser は以下の典型的な業界に完全なレーザー アーク ハイブリッド溶接ソリューションを提供できます。

1. 造船業

船体を建造する場合、溶接工数は船体建造総工数の約３０％～４０％を占め、溶接に要する費用は船体建造総コストの約３０％～５０％を占めます。このうち溶接変形によるコストアップが大きな割合を占めます。 1994 年には、レーザー アーク ハイブリッド溶接を使用して、豪華客船のデッキの建設にウェブとして使用される平鋼製のサンドイッチ パネルの製造を開始しました。近年、アメリカ海軍は複数の船体コンポーネントの建造にレーザー アーク ハイブリッド溶接を適用しています。代表的なものとしては、船舶のパイプラインやTビームなどの溶接におけるレーザーアークハイブリッド溶接の応用研究が挙げられ、国内では広州造船国際などがドイツIMG社のレーザーアークハイブリッド溶接装置を導入している。渤海造船所、湖東造船所などはレーザーアークハイブリッド溶接ワークステーションを建設し、船体製造にレーザーアークハイブリッド溶接技術を導入した。

2. 自動車部品製造

近年、自動車の軽量化開発ニーズに応え、ボディ構造はスペースフレームからアルミ複合ボディへと変化してきました。自動車のアルミニウムボディには主にレーザー溶接技術が使用されています。レーザービームの焦点径が小さいことを考慮すると、組み立てギャップの精度は非常に高くなります。したがって、生産期間中は、高額な設備コストと厳格なワーク準備プロセス要件が必要になります。これらの問題は、レーザー アーク ハイブリッド溶接の助けを借りて解決できます。フォルクスワーゲン フェートン シリーズのすべてのドアには、レーザー アーク ハイブリッド溶接プロセスが使用されています。ドイツのアウディ車では、オールアルミニウムボディの主要部品の溶接にもレーザーアークハイブリッド溶接が使用されています。

3．建設機械産業

良好な機械的特性、優れた加工性能、高い耐食性、良好な低温性能を備えた低合金高張力鋼は、建設機械業界で広く使用されています。クローラクレーンの主な耐荷重および操作構造として、ブームはサポート、補助ラフィングなどの役割を果たし、機械全体の安全性と操作能力にとって重要です。その材質は通常、低合金鋼で作られています。トラッククレーンの伸縮アームもクレーンの重要な部品であり、その材質は一般に低合金超高張力鋼で作られています。現在、XCMG、三一重工業、その他のクレーン溶接会社はすべてレーザー アーク ハイブリッド溶接技術を使用しています。この溶接プロセスは、クレーンブームの主溶接部の良好な片面および両面溶接を実現でき、安定かつ効率的です。溶接継手の引張性能と衝撃性能は、対応するエンジニアリング用途のさまざまな規格を満たしています。さらに、このプロセスは、ブーム溶接接合部の隙間やエッジの位置ずれなど、実際の作業条件に強く適応します。実際のエンジニアリング用途では、速度は 1.2m/min に達し、溝なしの溶接を実現できます。

4. 鉄道輸送産業

現代の鉄道輸送車両の開発トレンドの 1 つは、アルミニウム合金の車体です。溶接は、アルミニウム合金車体の部品の重要な接続形式です。溶接部の静的強度と耐疲労性は、車体の構造的完全性と動作の安全性に直接影響を与え、鉄道輸送車両のさらなる速度向上も制限します。現在、CSRおよびCNRの複数の生産拠点では、車体のアルミニウム合金部品の溶接にレーザーアークハイブリッド溶接装置を導入しています。

レーザーアークハイブリッド溶接の応用展望

図4 6mm厚Q235B片面溶接・両面成形

図5 6mm厚Q960片面溶接・両面成形

中国炎普化研究院が発表した「2020-2025年中国レーザーアークハイブリッド溶接装置製造産業調査報告書」によると、2020年のレーザーアークハイブリッド溶接装置製造業界の発展状況と市場見通し動向規模が分析されている。 「中国製造 2025」行動計画と「一帯一路」戦略の徹底的な実施により、製造業界では自動化およびインテリジェント生産モデルに対する需要が高まっています。レーザー技術は、現代のハイエンド製造の最先端技術です。それは産業の変革とアップグレードのプロセスにおいて重要な役割を果たすでしょう。レーザー加工アプリケーションは当初、食品、繊維、エレクトロニクスなどの軽工業で使用されていました。現在では、自動車、船舶、航空宇宙、鉄道輸送、高速鉄道、鉄骨構造物などの重工業にまで拡大しています。 Pentium Laser は、高出力レーザー アプリケーションの分野で積極的に展開されています。高出力切断については包括的なプロセス革新の手配を行い、高出力溶接については包括的な技術革新の手配を行い、高出力洗浄については包括的なプロセスおよび技術革新の手配を行っています。新しい光源で新しいアプリケーションをリードし、インテリジェント製造を使用してレーザーアプリケーション市場を促進し、レーザーインテリジェントハイエンド機器の量産により大規模なアプリケーション市場を形成します。常に進歩し、「レーザー アプリケーションの専門家であり、顧客のための価値を創造する」という Pentium Laser の核となる価値観を積極的に実践する姿勢により、Pentium Laser は高出力レーザー アプリケーションの世界をリードするブランドになりました。