中部レーザ応用技術研究会 第１１５回研究会

ワブリングレーザ溶接の応用（株）最新レーザ技術研究センター
沓名 宗春
2022.11.25

(4)ワブリングレーザ溶接

３ｋWシングルモードファイバーレーザ装置と高速スキャナーを用いて各種金属をワブリングレーザ溶接をすることにより安定した突合せ溶接継手を製作できる。

レーザビームを上図のように高速回転しながら、移動することによりワブリング溶接ができる

ワブリングレーザ溶接の概念図

ワブリングレーザ溶接の概要ケベック大学 ,H.Ramiarisonら

IPG YLS 6000 ＋Wobble D50、0.6~０．８ｍｍ径、１５０Ｈｚ～２００Ｈｚ、 Ｖ＝５０ｍｍ/ｓ

アルミ合金のワブリングレーザ溶接部の溶込み形状
ケベック大学 ,H.Ramiarisonらアルミ合金（A6061)のワブリングレーザ溶接部の顕微鏡組織 ケベック大学 ,H.Ramiarisonらアルミ合金（A5052とA6061)のワブリングレーザ
溶接部の硬度分布 ケベック大学 ,H.Ramiarisonら

A５０５２合金A6061合金

アルミ合金（A5052とA6061)のワブリングレーザ溶接部の引張強さ ケベック大学 ,H.RamiarisonらA5052合金

A6061合金

アルミニウム合金（A5083）のワブリングレーザ溶接部（板厚：２ｍｍ）
特長：
１）ポロシティが低減した。
２）金属組織が微細であり、デンドライト組織が細かく、継手性能の向上があった。とくに、溶接金属の硬度の低下が減少した。
３）表面ビード幅と裏面のビード幅に大きな差がない井戸型のビード形状で、角変形が少ない。
４）安定した突合せ溶接継手が得られた。
５）溶接速度も20~３０ｍｍ/s と高速である

実験結果
コバルト基超合金（板厚：２ｍｍ）のワブリングレーザ溶接継手の断面マクロ写真を右の写真を示す。
特長：
１）ポロシティの低減が可能
２）金属組織が微細であり、継手の機械的性能の向上が期待できる。
３）ビード形状が写真からもわかる
ように表面ビード幅と裏面のビード幅に大きな差がない井戸型のビード形状が可能で、角変形が少なく、裏面ビード幅が広いので、シームトラッキングが容易。
４）安定した突合せ溶接が可能
次のアルミニウム合金の溶接でも同じ結果が得られた。

ワブリングレーザ溶接 IPG 菊地氏

レーザワブリング溶接

(5)ボタンホールレーザ溶接

溶融池のボタン穴モデル

Deep penetration laser welding to high seam surface quality
due to buttonhole welding
by V.Schultz, W.-. Cho, A.Merkel and P. Woizeschke, BIAS

実験装置

ボタンホールの安定性に及ぼす溶接出力の影響

ビードの平均粗さと平均波目

（６） レーザ・アークハイブリッド溶接

Arc Augmented Laser Welding
after prof. Steen

Laser Arc Hybrid Welding
after prof. Dilthey

突合せ継手とすみ肉継手へのハイブリッド溶接の適用

造船パネルの（突合せ溶接）組立て工場への導入

船穀パネルの組み立てに適用

（７）樹脂のレーザ溶着 トヨタ自動車

レーザ溶着と従来の締結方法との比較

従来の締結方法

レーザ溶着

ツリウムレーザを用いた樹脂のレーザ溶接

応用例

（８） レーザロール溶接
名古屋大学

鉄ーアルミニウムの平衡状態図

BrittleIMC

Ductile IMC

Fe-Al Phase Diagramレーザロール溶接継手の機械的性質

引張試験結果（母材破断）

エリクセン試験結果

（９） 樹脂と金属のレーザ溶接 ダイセルミライズ

（10）レーザろう付(Audi and VW)

自動車ルーフへのレーザの適用
EDAG（社）提供

自動車トランクパネルのレーザろう付２．SPCC, SUS 及びアルミニウム合金のワブリングレーザ溶接実験
検討項目（１）SUS 304ステンレス鋼のビードオン溶接における溶込み形状に及ぼすワブリング条件の影響（２）SPCC鋼およびA6022アルミニウム合金の突合せ継手の溶接における、溶込み形状に及ぼすワブリング条件の影響（３）SPCC鋼およびA6022アルミニウム合金の突合せ継手について、ビード外観に及ぼすワブリング条件の影響

２．１ 供試材（１）SUS 304 ステンレス鋼
100mmx 30mmx 3mm (ビードオン溶接）（２）SPCCーGA 鋼
200mmx40mmx1.2mm (突合せ継手）（３）A6022 アルミニウム合金
200mmx40mmx1.2mm (突合せ継手）

２．２ 実験装置（１）レーザ装置
シングルモードファイバーレーザ（IPG社製）
最大出力
３ｋW
ビームスポット径 ４０μｍ
ビームモードガウシアンタイプ（２）スキャナー装置
ＹＤ－３０００Ｓ－１．５ （ＹＥデータ製）
最大スキャン速度 ６０００ｍｍ/s
スキャンエリア
１５０ｍｍｘ１３５ｍｍ
光学倍率
１．５（３）最小スポット径６０μｍ

実験装置

３ｋW SM ファイバーレーザ装置

ロボットとスキャナー

実験条件 表１ SUS 304ステンレス鋼のビードオン溶接条件

実験条件 表２ SPCC鋼の突合せ継手の溶接条件

実験条件 表３ A6022アルミニウム合金の突合せ継手の溶接条件

実験結果（１）SUS 304ステンレス鋼のビードオン溶接における溶込み形状に及ぼすワブリング条件の影響

上段
下段

５０Hz

５０Hz

１００Hz

２００Hz

１００Hz

２００Hz

：１．２ｋW：１．５ｋW

３００Hz

実験結果（１）SUS 304ステンレス鋼のビードオン溶接におけるの溶込み形状に及ぼすワブリング条件の影響

５０Hz

１００Hz

出力

２００Hz

：１．８ｋW

３００Hz

実験結果（１）SUS 304ステンレス鋼のビードオン溶接における溶込み形状に及ぼすワブリング条件の影響

１２００W
１００Hz
４０ｍｍ/ｓ

１２００W
１００Hz
２０ｍｍ/s

１２００W
１００Hz
１０ｍｍ/s

実験結果（１）SUS 304ステンレス鋼のビードオン溶接における溶込み形状に及ぼすワブリング条件の影響

1200W, 0.4mm径

1500W, 0.8mm径

1800W, 1.2mm径

1200W, 0.4mm径

1500W, 0.8mm径

1800W, 1.2mm径

上段：５０HZ、 下段：２００Hz

実験結果（２ー１）A6022アルミニウム合金の突合せ継手について、溶込み形状に及ぼすワブリング条件の影響

５０Hz

１００Hz

５０Hz

１００Hz
上段：２００Hz

２００Hz

０．４ｍｍ径、下段：0.8mm径

３００Hz

実験結果（２ー１）A６０２２アルミニウム合金の突合継手の溶接における溶込み形状に及ぼすワブリング条件の影響

１２００W
１００Hz
４０ｍｍ/ｓ

１２００W
１００Hz
２０ｍｍ/s

１２００W
１００Hz
１０ｍｍ/s

実験結果（２－１） A６０２２アルミニウム合金の突合継手の溶接における溶込み形状に及ぼすワブリング条件の影響

1200W, 0.4mm径

1200W, 0.8mm径

1200W, 1.2mm径

1200W, 0.4mm径

1200W, 0.8mm径

1200W, 1.2mm径

上段：５０HZ、 下段：２００Hz

実験結果（２ー２）SPCC-GA鋼材の突合せ継手の溶接における溶込み形状に及ぼすワブリング条件の影響

５０Hz

７５Hz

５０Hz

７５Hz
上段：

800W、下段：

１００Hz

１００Hz
1000W

２００Hz

２００Hz
溶接速度：１５ｍｍ/s

実験結果（２－２）SPCC鋼の突合せ継手の溶接における、溶込み形状に及ぼすワブリング条件の影響

５０Hz

ワブリングなし
出力８００W、０．８ｍｍ径、７５Hz

速度 15mm/s

実験結果（２－２）SPCC鋼の突合せ継手の溶接における、溶込み形状に及ぼすワブリング条件の影響

速度：40mm/s

速度：２０mm/s

出力

１０００W、

速度：１５mm/s

０．８ｍｍ径、１００Hz

速度：１０mm/s

実験結果（２ー２）SPCC-GA鋼材の突合せ継手の溶接における溶込み形状に及ぼすワブリング条件の影響

５０Hz

７５Hz

５０Hz

７５Hz
上段：

800W、下段：

１００Hz

１００Hz
1000W

２００Hz２００Hz
溶接速度：１５ｍｍ/s

実験結果（３ー１）SUS３０４鋼材のビードオン溶接部のビード外観に及ぼすワブリング条件の影響

５０Hz

５０Hz

１００Hz

１００Hz
上段：

２００Hz

３００Hz

２００Hz

３００Hz

１２００W、下段：

１５００W

溶接速度：４０ｍｍ/s

実験結果（３ー２）A6022アルミニウム合金の突合せ継手のビード外観に及ぼすワブリング条件の影響

５０Hz

１００Hz

５０Hz

１００Hz
上段：

２００Hz

３００Hz

２００Hz

３００Hz

０．４ｍｍ径 、下段：０．８ｍｍ径

溶接速度：４０ｍｍ/s

実験結果（３ー３）SPCCーGA鋼材の突合せ継手のビード外観に及ぼすワブリング条件の影響

５０Hz

７５Hz

５０Hz

７５Hz
上段：

１０００W、下段：８００W

１００Hz

１００Hz

２００Hz

２００Hz
溶接速度：１５ｍｍ/s

３．実験結果のまとめ
以上の実験結果を求めると次のようである。
１）ワブリングレーザ溶接では、溶込み形状に及ぼすワブリング条件の影響は大きい。ワブリング径を大きくすると、「たこの足状」の溶込み形状が現れる。また、表面ビード幅と裏面ビード幅の差が少なくなる。ワブリング周波数を大きくすると、ビード幅が大きくなり、ビードがより滑らかになる。
２）各種材料のレーザ溶接条件について、適切にワブリング条件を選ぶ必要がある。
３）ブローホールの発生は非常に少なかった。
４）凝固割れの発生は見られなかった。
５）ワブリングレーザ溶接は薄板の突合せ溶接に適している。
６）溶接金属の凝固組織や機械的性質などへの影響についてはさらに研究をする必要がある。