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工業生産のさまざまな分野で広く利用されています。多くの業界は、産業の高度化の過程でレーザー加工を選択しています。これにより、レーザーの応用分野が広がり、さらなる革新と探究が生まれました。 「2021年中国レーザー産業発展報告」のデータによると、2020年の中国のレーザー溶接市場規模は110億5,000万元に達することが示されています。鉄道輸送、エンジニアリング機械、造船、鉄骨構造物などの応用分野の変革とアップグレードのニーズに伴い、中厚板溶接装置の需要が増加し、レーザー溶接装置の普及率が加速すると予想されます。

レーザー溶接は、レーザー自己融着溶接、レーザーフィラーワイヤ溶接、レーザーハイブリッド溶接など、ニーズに応じてさまざまな形式に分類できます。その中でも、レーザーアークハイブリッド溶接は比較的新しい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。国内の造船所は基本的にドイツ、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る。値段は高いし、アフターサービスも遅い。イタリアのELのように。受動的な状態を打破するために、ENグループが管理する中国とイタリアの合弁会社であるPentium Laserは、国内外の多くの専門家と専門家を積極的に紹介し、高出力レーザー溶接装置の研究開発と応用分野で革新と進歩を続け、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、それによって我が国の多くの産業ギャップを埋めています。

レーザーアークハイブリッド溶接技術のメリット

レーザー アーク ハイブリッド溶接 (HLAW) は、物理的特性が異なり、エネルギー伝達メカニズムがまったく異なる 2 つの高温熱源を 1 つに組み合わせます。これらを材料の表面で相互に作用させて材料を加熱します。最後に、溶接のプロセスが完了します。レーザーアークハイブリッド溶接法の採用により、2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。

レーザー光の焦点径が非常に小さいため、熱の影響を受ける面積も小さくなります。レーザー溶接では、ワークピースの組み立てギャップに対する要件が非常に高く、ギャップの互換性は非常に低いです。特に中厚板では、隙間の少ない仮溶接組立を実現することが困難です。

反射率の高い材質の場合、レーザー溶接は困難です。熱伝導率の高い材料の場合、レーザー溶接も困難に直面します。複雑な亀裂やピンホール状の緻密な細孔などの欠陥が生じやすい。また、溶融池の流動性が悪くなり、溶接性能の低下につながり、最終的には溶接品質が低下します。

レーザー溶接中、形成されたプラズマはレーザーを吸収して反射します。これにより、母材によるレーザーの吸収率が低下し、レーザーエネルギーの利用率が低下します。

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。

厚板に多層多パス溶接を行う場合、開先底部までアークが入りにくく、側壁に非常にアークが当たりやすくなるため、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、単一熱源溶接の限界を補うだけでなく、1+1>2 のような特別な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、フォトプラズマとアークの組み合わせです。

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、外部アークを印加した後、アークによって生成されるプラズマの密度が低くなり、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。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強化し、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では、前部でアークが使用され、後部でレーザーが使用されます。アークにより熱範囲が拡大し、溶接ブリッジ能力が向上し、溶接部品の継ぎ目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。さらに、アーク溶接を追加すると、溶接ワイヤが溶接線に入り込み、溶接線の形状が変化する可能性があります。異なる溶接ワイヤを選択すると、溶接部の化学的および冶金学的組成範囲を調整し、接合部の機械的特性を改善することもできます。

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、長期にわたる実験の結果、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、溶接線が狭く、溶接線の外観が良好であるという利点があることを発見しました。また、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ガスメタルアーク溶接の利点も兼ね備えています。溶接速度の向上と入熱の低減により、溶接変形を大幅に低減します。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よると、Pentium Laser はいくつかの典型的な業界および分野において、完全かつ完璧なレーザー 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

船体建造時、溶接工数は船体建造工数全体の30％～40％、溶接費は船体建造費全体の30％～50％となります。このうち溶接変形によるコストアップは一定の割合を占めます。 1994 年にはすでにレーザー アーク ハイブリッド溶接を使用して、豪華クルーズのデッキ建設用の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構築におけるレーザー アーク ハイブリッド溶接の応用に関する研究を実施しています。通常、船舶のパイプライン、T ビーム、その他の溶接分野におけるレーザー アーク ハイブリッド溶接の応用研究を対象としています。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く、組み立てギャップ精度に対する厳しい要求を考慮すると、製造プロセスには設備コストが高く、ワークピースの準備プロセス要件が厳しいなどの問題があります。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 ハイブリッド溶接技術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

低合金高張力鋼は、優れた機械的特性、優れた加工性能、高い耐食性、優れた低温性能を備えています。エンジニアリング機械の分野で広く使用されています。ジブは、クローラ クレーンの主要な耐荷重および操作構造です。サポートや補助ラフィングなどの役割を果たし、マシン全体の重要な役割を果たします。安全性と作業性において重要な役割を果たします。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コンポーネントです。その材質は通常、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アームはレーザー アーク ハイブリッド溶接技術を使用しています。クレーンブームの主溶接部は片面溶接と両面溶接で形成されます。この処理を安定かつ効率的に行うことができる。溶接継手の引張性能と衝撃性能は、関連する工学応用基準を満たすことができます。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、開先なし溶接の速度は 1.2m/min に達することがあります。

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。各部品の重要な接続形式は溶接です。アルミニウム合金車体の各部品の溶接には、溶接部の静的強度と耐疲労強度があり、車体の構造的完全性と輸送能力に直接影響します。これにより安全性も影響を受け、鉄道輸送車両の速度も制限されます。現在、多くのCSR生産拠点および多くのCNR生産拠点では、車体各部のアルミニウム合金部品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。これが状況です。

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

中国炎普華研究院が発行した「2020年から2025年までの中国レーザーアークハイブリッド溶接装置製造業に関する研究報告」によれば、このような状況が示されている。 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開発状況と市場見通し動向規模を分析します。 「中国製造2025」行動計画と「一帯一路」戦略の段階的な徹底した実施により、製造業の自動化およびインテリジェント生産モデルへの需要はますます勢いを増している。最先端の現代のハイエンド製造技術として、レーザー技術は産業の変革とアップグレードのプロセスにおいて非常に重要な役割を果たすでしょう。レーザー加工の初期の応用分野は、食品、繊維、エレクトロニクスなどの軽工業分野に限定されていましたが、その後、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分野に拡大しました。ペンティアムレーザーは、高出力レーザー応用を積極的に展開しています。高出力切断、高出力溶接、および高出力洗浄に関して、Pentium Laser は包括的なプロセス革新の手配と完全な技術革新の手配を行っています。新しい光源で新しい応用状況を導き、インテリジェント製造によるレーザー応用市場の発展を促進します。レーザーインテリジェントハイエンド機器の大量生産は、大規模アプリケーション市場の目標を達成し、常に継続的な改善の姿勢を維持し、「レーザーアプリケーションのプロフェッショナルになり、顧客のための価値を創造する」というPentium Laserの核となる価値を積極的に実践し、Pentium Laserを世界の高出力レーザーアプリケーション分野のリーディングブランドにしました。