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深溶込みはレーザ溶接の長所である.近年開発された高出 力・高輝度レーザであるディスクレーザおよびファイバー レーザは,高出力でビーム品質が優れるため,キーホール生 成に必要とされるパワー密度(50 kW/mm以上)1)が入射レー ザ方向に対し広範囲に実現でき,厚板のレーザ溶接熱源とし て期待される.また,減圧雰囲気下におけるレーザ溶接は溶 込み深さが改善させることが報告されている.炭酸ガス レーザを用いたステンレス鋼 SUS304の溶接では,13 kPa減 圧雰囲気下,レーザ出力 20 kW,溶接速度 5 mm/sの条件で, 大気圧下の 2.5倍程度に相当する 45 mm溶込み深さが得ら れている.また,溶融池の安定性およびレーザ誘起プルーム が溶接結果に影響することが報告されている.YAG (Ytterbium aluminum garnet)レーザ溶接の報告では,0.4 kPa の減圧雰囲気下,3 kWレーザ出力の条件で,SUS304ステン レス鋼は大気圧下の 1.3倍,A5083アルミニウム合金は 2.8 倍に相当する溶込み深さが得られ,ポロシティの低減が確認 されている.しかしながら,レーザの種類,材料,減圧雰囲 気,溶接条件によって溶込み深さの改善に違いがあり,減圧 雰囲気が溶込みおよび溶接現象に対する影響について十分 に明らかにされていないのが現状である. 本研究では,高出力で優れたビーム品質 BPP(Beam para meter product)8 mm*mradを有する最大出力 16 kWのディス クレーザ(波長:1030 nm)を用い,0.1 kPaの減圧雰囲気から 大気圧(101 kPa)に制御された空間おいて,ステンレス鋼 SUS304およびアルミニウム合金 A5052の厚板に対し, 17 mm/s溶接速度でメルトラン溶接を行い,得られた溶込み 深さおよび形状を調べた.また,各減圧雰囲気でのレーザ誘 起プルームの状態観察および,プルーム通過で可視光プロー ブレーザが屈折される角度計測を行い,プルームによる光の 伝搬特性への影響について評価した.さらに,各減圧雰囲気 下におけるキーホール口およびその周囲の溶融池挙動を高 速度ビデオで観察して溶接現象を明らかにし,減圧雰囲気と 溶込みとの関係について検討した. [溶接学会論文集 第 31巻 第1号 p. 48-55 (2013)]

Effect of Reduced Pressure Atmosphere on Partial Penetration Welds of Stainless Steel and Aluminum Alloy with High Power and High Brightness Laser