レーザー溶接のひび割れ：原因と解決策

レーザー溶接装置は、高エネルギー・レーザー・パルスを利用してターゲット金属を集光・溶融し、ワークピースを溶接する。

新しい溶接技術には良い効果があるが、正しく扱わなければ、熱間または冷間亀裂が生じる可能性がある。

レーザー溶接機の溶接割れの原因は？

冶金的要因

レーザー溶接中の不均衡な急加熱と急冷却は、接合部に複雑な応力状態を作り出し、これが割れの原因となる機械的要因である。

レーザー溶接は一連のアンバランスなプロセスであるため、成分の偏在が生じ、急速な凝固の際に耐割れ性の低い硬化組織となる。これは、亀裂の発生を促進する冶金学的要因となる。

機械的要因

の溶接工程で発生する可能性のある亀裂には3つのタイプがある。 レーザー溶接機製品クラック、液化クラック、再加熱クラック。

結晶割れは、溶接部のマクロ領域で組成が不均一になった結果である。

ウエルドの中央部分は、液相結晶化が最後に起こり、ウエルドの両側の柱状結晶が出会う場所である。

残念ながら、この部分には融点の低い不純物も多く蓄積し、その結果、中心線偏析が発生して接合強度が弱くなる。

特定の機械的条件下では、この位置に亀裂が生じることがある。

そのため、亀裂が発生した場合は速やかに特定し、解決することが重要である。

では、レーザー溶接機の溶接割れの発生を抑えるにはどうすればいいのか。

主な対策は2つある：

レーザー溶接機のパラメータ変更

パルス・レーザー溶接中の熱亀裂の主な原因は、パルス・レーザー溶接後の溶接部の凝固によるものである。 レーザー溶接工程.この工程中、溶接部は脆性温度帯と呼ばれる塑性率の 低い温度域を通過する。

溶接金属の結晶化は、溶接金属が収縮しにくいことに起因する引張応力の影響を受ける。

この引張応力は、溶接部に弾塑性変形をもたらす。

溶接金属が脆性温度帯にあり、塑性変形が金属 の塑性を超えると、亀裂が形成される。

亀裂の性質に応じて、材料の合金系を合理的に改善する。

パルスレーザー溶接中の低温クラックの原因は、冷却プロセス中に発生する。A マルテンサイト組織 がシーム近傍に形成され、溶接応力だけでなく組織応力も発生する。

マルテンサイト組織を持つ金属は、強度は高いが塑性が低い。 残留応力 は、冷却過程でも溶接金属中に残る。

フェライト系またはオーステナイト系焼入れ鋼の場合、その応力状態は次のようになる。 溶接継手 の特徴は、溶接部近傍に縦圧縮応力が形成されることである。これは、溶接中にこの領域で起こるマル テンサイト変態が原因である。

この種の応力は、コールド・クラックの形成につながる可能性がある。

熱亀裂の原因：

レーザー溶接中の熱亀裂の発生は、溶接金属とその周辺の化学組成、結晶化プロセスの条件と特性、化学的および物理的な微細不均一性の程度、変形の大きさ、変形が成長する速度など、さまざまな要因に依存する。

現在、結晶クラックの発生メカニズムは次のように説明されている： 

板曲げ機の凝固過程で、レーザー溶接機の溶接部は脆性温度帯と呼ばれる塑性の低い温度域を通過する。

溶接金属の結晶化は、溶接金属が収縮しにくいことに起因する引張応力の影響を受ける。

引張応力が存在すると、溶接部に弾塑性変形が生じる。

溶接金属が脆性温度帯にあり、塑性変形が金属 の塑性を超えると、亀裂が形成される。