Autor: hfc87

船舶製造の範囲内で、Löttechnikは船舶の建造サイクル、コスト、品質に決定的な役割を果たす重要な要素の 1 つです。従来のアーク溶接は広く使用されていますが、溶接欠陥、変形、および大量の修正作業が発生するため、業界では常に厄介な問題となってきました。科学技術の継続的な進歩に伴い、効率と精度という大きな利点を持つレーザー溶接技術が徐々に出現し始めています。この記事の目的は、Schiffbau業界に効率的で高品質かつ低コストの溶接ソリューションを提供するために、主にレーザーの選択を最適化することによって船舶用鋼板の溶接プロセスを探索および開発し、厚さ 4 mm から 20 mm の船舶用炭素鋼に関する体系的な研究を行うことです。

01 レーザーアークハイブリッド溶接技術の背景とメリット

船舶の船体建造において、船舶の溶接工数は全工数の約30～40％を占めます。同様に、コストに占める割合も高くなります。伝統的なアーク溶接プロセスは成熟していますが、中厚および厚さの炭素鋼板を溶接する場合、効率が非常に低く、変形が発生しやすいです。この技術は、レーザー溶接技術、特にレーザーとアークを組み合わせた溶接技術を使用し、高エネルギー密度と低入熱という特性を利用してこれらの問題を効果的に解決します。この技術は溶接効率の向上だけでなく、溶接時に発生する変形を大幅に低減し、後工程での修正作業を軽減し、造船業界に革新的な変化をもたらします。

02 レーザー・アークハイブリッド溶接技術のコアとブレークスルー

この研究では、出力、速度、ワイヤ間隔、ワイヤの種類、アーク長補正、誘導方法など、レーザーアークハイブリッド溶接プロセスのさまざまなパラメータが最適化され、4〜20mmの炭素鋼船舶プレートの溶接中に発生する変形と欠陥の問題を解決することに成功し、片面溶接と両面成形の効果を達成し、効率的な船舶溶接のための信頼できる技術ソリューションを提供しました。

1. レーザー・アークハイブリッド溶接技術

レーザー-アークハイブリッド溶接技術は、レーザー溶接とアーク溶接の利点を組み合わせたものです。レーザーとアークの相互作用により、より高いブリッジ能力とより安定した溶接プロセスを実現します。単一の溶接方法と比較して、この技術には主に 4 つの側面で明らかな利点があります。 1つ目は、架橋能力が高く、溶融領域が広く、架橋能力が良好で、中厚板および厚板の溶接に適しています。 2 つ目は、残留応力と変形が低く、線エネルギーが低いため、溶接プロセス中の残留応力と変形が効果的に軽減されます。 3つ目は高効率で、溶接速度が速くなり、生産効率が大幅に向上します。 4 つ目は、強力なプロセス適応性です。ワークピースの組み立てギャップの影響を受けにくく、適応性が高くなります。

2．船舶プレート溶接におけるレーザープロセスパラメータの影響

図 1 レーザーアークハイブリッド溶接プロセスプラットフォーム

これは次のように書き換えることができます。 図 1 は、レーザー アーク ハイブリッド溶接プロセスのテスト プラットフォームを示すために使用されます。レーザー、ロボット、レーザー加工ヘッド、溶接機、作業台で構成されます。光源にはRFL-(200μm)レーザーを使用しています。プロジェクトを徹底的に検討した結果、レーザー出力、溶接速度、ワイヤ送給速度、アーク電流などの主要なプロセスパラメータが、厚さ4mm～20mmの船舶プレート用に最適化されました。実験の結果、レーザー出力が7〜9kW、溶接速度が20〜30mm/sの場合、厚さ12mmのQ345B船板はアンダーカットや溶接バリなどの欠陥なしで溶接シームを形成できることがわかりました。

図2 溶接部の表面形態（v=20mm/s）

図3 溶接部の表面形態（v=25mm/s）

3．さまざまな溶接ワイヤの種類が船板溶接に及ぼす影響

溶接のプロセスにおいて、溶接ワイヤの選択は実際に溶接の品質に非常に重要な影響を与えます。この研究では、フラックス入り溶接ワイヤはソリッドコアワイヤと比較して、溶接部の流動性、充填性、機械的特性の点で優れていることがわかりました。特に溶接速度が速い場合、フラックス入りワイヤは溶接部をより良く充填する能力を備えており、それによって溶融不足などの欠陥が発生する可能性が減少します。ただし、良好な保管条件が利用できない状況では、ソリッドワイヤも信頼できる選択肢であり、アーク長補正パラメータのみを適切に調整する必要があります。

表1 2種類の溶接ワイヤの溶接シーム形成寸法結果

図4 溶接部の表面形態

図5 溶接部の断面形状

03 誘導方法と光ワイヤー間隔が船板溶接に及ぼす影響

溶接の品質に関しては、レーザーとアークの誘導方法、および光フィラメント間の間隔も重要です。ガイド法を変えた場合の溶接断面の形状とX線検査の結果をそれぞれ図6、図7に示します。実験から、溶接幅の点ではレーザーガイドアーク法の方が優れており、溶接の安定性の点ではアークガイドレーザー法の方が有利であることがわかります。実際のアプリケーションでは、特定のニーズに応じて適切なガイド方法を選択できます。同時に、光ファイバー間隔の最適範囲は 1mm ～ 4mm です。この範囲内では、レーザーとアークの結合効果が最も強くなり、溶接効果が最も良​​くなります。以下の表 2 と以下の図 8 は、異なる光ワイヤ間隔での 4 mm 船板溶接の出力と溶接表面の形態に影響を与える溶接プロセス パラメータを示しています。

図6 溶接部の断面形状

図7 X線検出結果

表 2 溶接プロセスパラメータ

図8 溶接部の表面形態

04 レーザー・アークハイブリッド溶接技術の研究概要

船舶板をレーザー・アークハイブリッド溶接する場合、最適な速度範囲があり、20mm/s～60mm/sとなります。より良い溶接継手の性能を得るには、フラックス入り溶接ワイヤを優先して製造する必要があります。このとき、アーク長補正の最適値は 0 ～ 20 です。保管条件がこれ以上優れない場合は、ソリッドコア溶接ワイヤを使用することをお勧めします。この場合、円弧長補正の最適パラメータ範囲は 0 ～ +10 となります。光学フィラメントの間隔にも 1mm ～ 4mm の範囲の最適な範囲があり、溶接ガンとワークピース間の角度にも 45° ～ 60°の範囲の最適な範囲があります。

レーザー非貫通溶接を行う場合には、レーザー・アークハイブリッド溶接法が好ましい。レーザー浸透溶接を行う場合には、アークレーザーハイブリッド溶接法が好ましい。船舶プレート貫通溶接プロセスに適応パラメータ調整機能がない場合、溶接プレートギャップは0.5mm以内に制御されます。ギャップが >0.5 mm になると、レーザー スイング アーク ハイブリッド溶接、デュアル ワイヤ ハイブリッド溶接方法を検討したり、溶接プロセス中に適応パラメータ機能を追加したりできます。

船舶板厚4mm～14mmの範囲では、レーザー・アークハイブリッド溶接により片面溶接と両面成形の効果が得られます。適切な形状の溶接を実現できるのは 1 パスだけです。船板厚が14mmを超える場合は多パス溶接が必要となります。片面マルチパス溶接または両面溶接を使用して、適切な形状の溶接を実現できます。 4mm ～ 20mm の船舶プレート溶接シームのマクロおよびミクロ、X 線、引張および硬度の試験はすべて、「CCS 中国分類協会の材料および溶接規則」規格の要件を満たしています。

Raycus Laser は、中厚および厚さの炭素鋼材料のレーザー溶接技術に画期的な進歩をもたらしました。この画期的な技術は、複数の船舶製造プロジェクトに適用されて成功しています。溶接プロジェクト完了後に溶接品質を検査したところ、造船業界の基準に適合した結果が得られたため、顧客から高い評価を得ることができました。

効率的で高品質の溶接技術に対する造船業界の需要が日に日に高まっているため、レーザーアークハイブリッド溶接技術はより広範な開発領域の到来をもたらすことになります。 Raycus Laser は、この分野での開発を継続し、プロセスパラメータの最適化を継続し、機器の性能を継続的に向上させることで、造船業界により高度で信頼性の高い溶接ソリューションを提供していきます。

泉州ワイヤーカット加工

ワイヤーカットと呼ばれる特殊な金属加工法があり、現代のものづくりにおいて重要な役割を果たしています。電気火花の放電原理を利用し、細い金属線を工具電極として使用し、金属材料を正確に切断する方法です。ワイヤーカットは、高硬度、高強度の金属材料や、複雑な形状で高精度が要求される部品の加工に特に適しています。泉州地域では、この加工方法がさまざまな産業分野で広く使用されています。

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まず、ワイヤーカットの基本原理は複雑ではありません。金属線とワークの間にパルス状の火花放電を発生させ、瞬間的な高温を利用して金属を部分的に溶融または蒸発させ、材料を切断します。次に、プロセス全体が特定の作動流体内で実行され、冷却、切りくずの除去、断熱の役割を果たします。最後に、この加工方法の革新的な点は、非接触加工を実現できるため、機械的ストレスが発生せず、脆性材料や薄肉部品の加工に非常に適していることです。

1. ワイヤーカット加工の主な種類

ワイヤ切断加工の焦点は、高速ワイヤ切断と低速ワイヤ切断の 2 つのカテゴリに分けられます。両者には明らかな違いがあります。高速ワイヤ移動処理中、金属ワイヤは高速往復運動を受けます。この加工の電極としては、一般にモリブデン線が使用されます。この方法の利点は、処理速度が比較的速く、コストが比較的低いにもかかわらず、精度がより一般的なレベルであることです。スローワイヤ加工では、金属ワイヤが一方向にゆっくりと移動します。加工用の電極には通常銅線が使用されます。加工精度が高く、表面品位も良好です。ただし、設備費やメンテナンス費も比例して高くなります。どちらの方法にも独自の利点があり、特定の操作に適用する場合は、特定の実際のニーズに基づいて選択を決定する必要があります。

2. ワイヤーカット加工のメリットと特徴

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ワイヤー切断には多くの独特の利点があります。第一に、焼き入れ鋼や超硬合金など、従来の機械加工では扱うことが困難な硬質材料を加工できることです。 2つ目は、CNC技術の活用により、鋭利な角や細いスリットなどの微細な構造に至るまで、さまざまな複雑な形状の部品を正確に加工することが可能です。第三に、機械加工プロセス中に工具とワークピースが直接接触しないため、機械的変形の問題が回避されます。第四に、この加工方法は高い寸法精度と再現性のある位置決め精度を確保でき、精密部品の製造ニーズに応えます。

3. ワイヤーカット加工の具体的な用途

工業生産において、ワイヤー切断は幅広い用途に使用されます。金型製造の分野では、プレス金型や射出成形金型などの各種精密金型の加工に使用されます。機械部品の製造では、ギアやカムなどの複雑な形状の部品の製造によく使用されます。工具製造においては、さまざまな切削工具や測定工具の製造に使用されます。さらに、新製品開発や小ロット生産のプロセスにおいても、ワイヤーカットはその独自の価値を発揮し、設計コンセプトを迅速に物理的なオブジェクトに変換することができます。

4. ワイヤーカット加工の技術ポイント

理想的な処理結果を得たい場合は、いくつかの主要な技術的エントリ ポイントを制御する必要があります。処理動作を開始する前に、電気的パラメータが多様かつ適切に選択される。この電気パラメータには、パルス幅、パルス間隔、電流サイズなどが含まれます。これらのパラメータは、処理速度、表面品質、電極ワイヤの損失に直接影響します。処理パスの計画も重要です。合理的なパスにより、材料の内部応力が加工精度に与える影響を軽減できます。加工の安定性と表面品質に直接影響するため、作動流体のスクリーニングとメンテナンスは無視できません。さらに、ワークのクランプ方法や金属ワイヤーの張力制御などの微妙な点も、最終的な加工効果に影響します。

5. ワイヤーカット加工の開発動向

製造技術の進歩により、ワイヤーカット加工は開発と革新を続けています。加工精度に関しては、最新の装置はすでにミクロンレベルの精度要件を満たすことができます。自動化の程度は向上し続けています。多くの機器が自動結線やセルフアライメントと同等の機能を実現しています。インテリジェント制御システムの開発により、処理プロセスの安定性と信頼性が向上しました。環境保護の面では、新しい作動流体とエネルギー回収技術が採用され、加工プロセスがより環境に優しく、省エネになりました。これらの技術進歩により、ワイヤーカット加工は高精度化、高能率化が進んでいます。

6. ワイヤーカット加工のコストの考え方

ワイヤーカット加工を選択する場合、コストは重要な考慮要素です。設備投資は主な費用の一つです。精度や機能が異なる機器は価格差が比較的大きくなります。通常の運用コストには、ワイヤの消費量、作動液の交換、電力消費などが含まれます。人件費も無視できません。オペレーターの技術レベルは、処理効率と品質に直接影響します。さらに、設備のメンテナンス費用や現場の費用なども考慮する必要があります。適正なコスト管理には、加工品質を確保しつつ、各種経費を最適化することが求められます。

7. ワイヤーカット加工の品質管理

加工品質を確保するには、完全な品質管理システムを確立する必要があります。加工前に、材料が加工要件を満たしていることを確認するために厳密に検査する必要があります。処理プロセス中、さまざまなパラメータをリアルタイムで監視し、問題を時間内に発見して解決する必要があります。加工が完了した後は、十分な検査を実施する必要があります。寸法精度や表面粗さなどを検査します。トレーサビリティと分析を容易にするために、完全な品質記録システムを確立する必要があります。機器が良好な動作状態にあることを確認するために、機器を定期的に校正および保守してください。体系的な品質管理があってこそ、良品を安定して継続的に生産することができます。

8. ワイヤーカット加工の実技

実際の運用では、実用的な価値のある特定のテクニックにより、処理の効率と品質を向上させることができます。薄いワークの加工には、積層加工を使用することで効率化が図れます。テーパのある部品を加工する場合は、プログラミングパラメータの設定に特に注意してください。異なる厚さの材料を処理する場合、それに応じて電気パラメータを調整する必要があります。補助工具を合理的な方法で使用すると、クランプの効率と品質を向上させることができます。ガイドホイールと導電性ブロックを定期的に清掃すると、装置の耐用年数を延ばすことができます。こうした実践経験の蓄積により、オペレーターはさまざまな処理ニーズに適切に対応できるようになります。

9. ワイヤーカット加工に関するよくあるご質問

処理中にさまざまな問題が発生する可能性があります。断線は一般的な問題の 1 つであり、不適切なパラメータ設定や機器の故障が原因である可能性があります。機械加工表面の縞模様は、多くの場合、機器の振動やパラメータの不一致に関連しています。寸法の偏差は、プログラミング エラーまたは材料の変形が原因である可能性があります。表面粗さが標準に達していない場合は、多くの場合、電気的パラメータの選択と作動流体の状態に関連しています。これらの問題の原因と解決策を理解することは、オペレーターがタイムリーにトラブルシューティングを行い、スムーズな処理を確保するのに役立ちます。

10. ワイヤーカット加工の今後の展望

新しい材料や新しいプロセスが次々と登場するにつれて、ワイヤーカット加工技術も発展し続けます。制御システムの高精度化により、加工品質はさらに向上します。より環境に優しい作動流体とより省エネな機器は、業界の持続可能な発展を促進します。他の処理技術との統合により、その適用範囲が拡大します。インテリジェントおよびデジタル技術の適用により、処理プロセスがより効率的かつ信頼性の高いものになります。これらの開発により、製造業に対する技術サポートが強化されます。高まる精密加工の需要に応える。

ワイヤーカット加工は製造業において欠かすことのできない重要な金属加工方法です。独自の加工特性により、さまざまな複雑精密部品の製造に効果的なソリューションを提供します。技術の進歩に伴い、ワイヤーカット加工は今後も重要な役割を果たし、製造業の発展に貢献していきます。この技術の基本原理、特性、応用を理解することは、この加工方法をより適切に活用してさまざまな生産ニーズを満たすのに役立ちます。

チタン合金は、Luft- und Raumfahrt産業で使用される新しい非常に重要な構造材料です。比重はアルミニウムとスチールの中間にあり、強度もアルミニウムとスチールの中間にあります。動作温度もアルミニウムとスチールの間ですが、アルミニウムやスチールよりも強度があります。耐海水腐食性や極低温エネルギー性能にも優れています。 1950 年、米国は F-84 戦闘爆撃機で初めて、後部胴体の熱シールド、風向偏向板、尾翼カバー、その他の非耐荷重部品にそれを使用しました。 1960 年代には、チタン合金の使用が後部胴体から中央胴体に移行し、バルクヘッド、ビーム、フラップ スライド レールなどの主要な耐荷重コンポーネントを製造するための構造用鋼が部分的に置き換えられました。軍用機におけるチタン合金の使用は急速に増加しており、航空機構造の重量の 20% ～ 25% を占めています。 1970 年代以降、民間航空機ではチタン合金が大量に使用され始めました。たとえば、ボーイング 747 旅客機には 3,640 キログラムを超えるチタンが使用されています。マッハ数が 2.5 を超える航空機用にチタン合金を選択する主な目的は、構造重量を軽減するために鋼鉄を置き換えることです。別の例として、アメリカの SR-71 高高度高速偵察機の飛行マッハ数は 3、飛行高度は 26,212 メートルです。この航空機のチタンは航空機の構造重量の 93% を占めており、「フルチタン」航空機と呼ばれています。航空エンジンの推力対重量比が 4 ～ 6、8 ～ 10 に増加し、それに応じてコンプレッサーの出口温度が 200 ～ 300°C から 500 ～ 600°C に上昇した場合、元々アルミニウムで作られていた低圧コンプレッサーのディスクとブレードをチタン合金に切り替える必要があります。または、高圧コンプレッサーのディスクを製造するためにステンレス鋼の代わりにチタン合金を使用することができます。ブレードを使用することで構造重量が軽減されます。 1970 年代、航空エンジンに使用されるチタン合金の量は、一般に構造物の総重量の 20% ～ 30% を占めていました。主に、鍛造チタンファン、コンプレッサーディスクおよびブレード、鋳造チタンコンプレッサーケーシング、中間ケーシング、ベアリングハウジングなどのコンプレッサー部品の製造に使用されます。チタン合金は、高い比強度、優れた耐食性、耐低温性を備えています。宇宙船は主にこれらの特性を利用して、さまざまな圧力容器、燃料タンク、ファスナー、計器ストラップ、フレーム、ロケットのケーシングなど、対応するさまざまなコンポーネントを製造します。人工地球衛星、月着陸船、有人宇宙船、スペースシャトルにもチタン合金板の溶接部品が使用されています。