二流

研究室では、最大 100 kW のレーザー溶接電源が報告されており、これにより 50 mm 以上の鋼を 1 回のパスで溶接できます。 この写真では、自動車用途向けの超高強度鋼を高速ファイバーレーザーで溶接しています。

ほとんどの専門家は、溶接は成熟した技術であると考えています。 しかし、過去 20 年間で、新しい高強度材料の接合、インテリジェントな自動化の統合、およびコンポーネントの積層造形 (AM) へのさまざまな溶接プロセスの適用のための新技術の開発において、大幅な進歩が見られました。 研究部門と産業部門の傾向を調査すると、イノベーションのための知識ギャップが拡大している可能性がある場所や、将来の溶接工やエンジニアの潜在的なスキルギャップがどこにあるのかについて、ある程度の見通しが得られます。

ホットな話題

2012 年に、国際溶接協会 (IIW) は、溶接に最も大きな影響を与えている技術革新を特定するために、世界中の 60 人以上の専門家を対象に調査を実施しました [1]。 新しい材料とその溶接性に関連する継続的な課題に取り組みました。 成長分野として示された新技術には、ロボット、電子ビーム、レーザー、ハイブリッドレーザー、摩擦攪拌、磁気パルス溶接などがありました。 2013 年から 2018 年までに出版された文献は、これらが科学研究において引き続き注目のトピックであることを示唆しています。 たとえば、この期間中、トピックとして「溶接」を示した最も引用された上位 10 の論文 [2-11] はすべて、レーザー、電子ビーム、または摩擦撹拌プロセスに関係しています。 ただし、これらの論文のうち 8 つは、これらのプロセスを金属コンポーネントの AM または 3D プリンティングに適用しています。 これはそれほど驚くべきことではありません。なぜなら、大型の金属部品や構造の印刷を可能にする AM 研究に対して、公共部門と民間部門の両方で驚くべき割合の投資が行われているからです。

粉体層のレーザー加熱に基づく商用システムはさまざまな業界で使用されていますが、ワイヤーアーク AM [12] は製造現場で受け入れられ始めたばかりです。 このプロセスの最も注目すべきアプリケーションの 1 つは、ロボットによるガスメタル アーク溶接を使用して MX3D [13] によって製造された歩道橋です。 この例は印象的な 1 回限りの展示品ですが、この技術は軍艦のプロペラなどの他の大型コンポーネントにも経済的に実行可能な技術として認識されています。 実際、直径 1.35 m、質量 400 kg のプロペラが 3D プリントされています [14]。 溶接の知識とロボットによる自動化およびフィードバック制御を組み合わせる能力を備えた熟練作業者が必要となる他の用途も市場に投入されることが予想されます。 より高度なシステムは、電子ビーム熱源を使用して閉ループ形状制御で金属を蒸着し [15]、これらの一部は現在カナダの AM サービス プロバイダーに設置されています [16]。

最近、摩擦撹拌溶接が AM 用の材料の堆積を容易にするために採用されています [17]。 これにより、造形速度と材料特性の点でいくつかの独自の利点が得られます。 摩擦撹拌溶接は、ホンダとマツダによって、異種アルミニウムと鋼の接合などの用途に自動車産業で商業的に採用されています[18]。 摩擦撹拌溶接の適用は、電気自動車の製造のため自動車分野で拡大する可能性が高い[19]。バッテリートレイの溶接には、通常、溶接中に気密封止する必要があるいくつかの押し出し成型アルミニウム部品が含まれます。

摩擦撹拌溶接によって最近接合された最も珍しい材料の 1 つは、CoCrFeNiMn です。これは、600 MPa を超える強度と 60 パーセントを超える破壊ひずみを達成できる高エントロピー合金です [20]。 これらの高エントロピー合金は、航空宇宙用途や硬質コーティング材料が必要なエネルギー用途において、その特性の組み合わせと高級鋼やチタン合金に代わる可能性があるため、ここ数年でかなりの注目を集めています。

レーザー溶接の可能性を広げる