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。多くの業界が産業のアップグレードの過程でレーザー加工を選択し、レーザーの応用分野がより広がり、より多くの革新と探求が可能になりました。 「2021年中国レーザー産業発展報告」データによると 報告書によると、中国のレーザー溶接市場規模は2020年に110億5,000万元に達すると予測されている。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みられる。

ニーズに応じて、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の多くの形式に分けることができます。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。基本的に、国内のさまざまな造船所は、ドイツ、イタリア、その他の国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、アフターサービスも遅いです。イタリアELとして消極的な状況の打破を目指す。 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、高出力レーザー溶接装置の研究開発と応用における革新と進歩を続けるために、国内外の多くの専門家や専門家を積極的に紹介しています。私の国の多くの産業ギャップを埋めるために、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

2 つの高温熱源を 1 つに組み合わせるレーザー アーク ハイブリッド溶接 (HLAW) と呼ばれる溶接プロセスがあります。 2 つの熱源は、異なる物理的特性と異なるエネルギー伝達メカニズムを持っています。これらは材料の表面で連携して材料を加熱し、溶接を完了します。レーザーアークハイブリッド溶接法は、2熱源の利点を最大限に発揮し、単一熱源加工の欠点を補うことができます。高効率・高品質・省エネルギーを特徴とする新しい溶接方法です。レーザー アーク ハイブリッド溶接は、中厚板の溶接プロセスにおいて、シングル レーザー溶接やアーク溶接に比べて特に明らかな利点があります。

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は非常に小さいため、熱影響範囲は大きくありません。レーザー溶接はワークの組立クリアランスの要求が厳しく、ギャップ適合性が低い。特に中厚板の場合、溶接前に小さな隙間を組み立てるのは非常に困難です。

高反射率、高熱伝導率の材料をレーザーで溶接するのは非常に難しく、クラックやポアなどの欠陥が発生しやすいのです。同時に、溶融池の流動性が低下し、溶接の形成が不十分になります。

レーザー溶接では、形成されたプラズマがレーザーを吸収・反射するため、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。

厚板を多層多パス溶接する場合、開先底部までアークが入りにくく、側壁で非常にアークが発生しやすいため、開先幅が比較的広くなり、溶接効率が低くなります。

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 の特殊効果も実現できます。レーザーとアークの組み合わせの性質は、フォト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

レーザー溶接工程では、外部アークを照射した後、アークにより生成されるプラズマの密度が比較的低いため、レーザー光によるプラズマが希釈され、レーザー入射に対するプラズマの障害が小さくなり、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。レーザーを材料の表面に照射すると、大量のプラズマが発生します。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、前方にアーク、後方にレーザーという溶接方法を採用した後、アークにより加熱範囲が拡大し、アークにより溶接ブリッジ能力が向上し、中厚板の溶接で特に重要である溶接部品のシームギャップの組立精度要件が軽減されます。さらに、アーク溶接を追加すると溶接ワイヤが溶接部を埋めることができ、アーク溶接を追加すると溶接部の形態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を調整し、接合部の機械的特性を向上させることができます。

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、溶接シームが狭く、溶接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。エネルギー効率、ギャップブリッジ能力、冷却速度、エネルギー結合力におけるガスメタルアーク溶接の利点を組み合わせています。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 レーザー溶接 R&D センターが実施した業界調査の結果によると、Pentium Laser は以下の典型的な業界で完全なレーザー 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

船体建造期間中、溶接作業時間は船体建造時間全体の約30％～40％を占め、溶接費は船体建造費全体の約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かなりの割合を占めます。 1994 年にはすでに、レーザー アーク ハイブリッド溶接が、豪華客船のデッキを構築するためのウェブとして平鋼で作られたサンドイッチ パネルの製造に使用されてきました。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。典型的な研究では、船舶のパイプライン、T ビーム、その他の溶接領域におけるレーザー アーク ハイブリッド溶接の応用が取り上げられています。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、車両の軽量化に伴い、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。ほとんどの自動車アルミニウムボディにはレーザー溶接プロセスが使用されています。レーザービームの焦点径が小さいため、組み立てギャップの精度に対する要求が高くなります。そのため、製造工程においては、設備コストが高くなったり、ワークの準備工程が厳しくなるといった問題があった。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

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。サポートや補助ラフィングなどの役割を果たし、機械全体の安全性や操作性において非常に重要な役割を果たします。リフティング アームは、クローラ クレーンの主要な耐荷重および操作コンポーネントです。その材質は通常、機械全体の安全性と操作能力に重要な役割を果たす低合金鋼で作られています。材質は低合金鋼が一般的です。トラッククレーンの伸縮アームはクレーンの重要な部品であり、その材質には低合金超高張力鋼が多く使用されています。吊り上げ作業用に設計されています。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。安定した効率的な結果を達成できるプロセスがあり、クレーンブームの主溶接部が片側と両側の溶接によって形成される状況を実現します。溶接継手の引張特性と衝撃特性は、関連する工学応用基準を満たしています。さらに、このプロセスは、ブーム溶接接合部のギャップやエッジの位置ずれなどの実際の状況に適応する強力な能力を備えています。実際のエンジニアリング用途では、その速度は開先なし溶接で 1.2m/分に達します。

4．鉄道輸送業界

現代の鉄道輸送車両は、アルミニウム合金車体の開発傾向を示しています。溶接は、アルミニウム合金車体のさまざまな部品の重要な接続形式です。溶接部の静的強度と耐疲労強度は、車体の構造的完全性に直接影響し、運転の安全性に関係します。また、鉄道輸送車両のさらなる速度向上も制限されます。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

中岩普化研究所が発行した「2020年から2025年までの中国のレーザーアークハイブリッド溶接装置製造産業に関する研究報告」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の傾向規模が分析されます。 「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、製造業では自動化されたインテリジェントな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における最先端の技術であり、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。レーザー加工の応用は、食品、繊維、エレクトロニクスなどの軽工業分野から、自動車、船舶、航空宇宙、鉄道、高速鉄道、鉄骨構造物などの重工業分野まで広がっています。 Pentium Laserは、高出力レーザーの応用分野を積極的に展開し、高出力切断の包括的なプロセス革新の手配、高出力溶接の包括的な技術革新の手配、および高出力洗浄の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で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を活用して大規模なアプリケーション市場を形成します。 Pentium Laser の核となる価値観を常に進取的な姿勢で積極的に実践し、「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」ことで、Pentium Laser は世界の高出力レーザー アプリケーションのリーディング ブランドになりました。