アルミと鋼板間の高品質異材接合技術「レーザ・アークハイブリッド溶接システム」を開発 ダイヘンと古河電気工業

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レーザ・アークハイブリッドトーチ

ダイヘンは2019年12月2日、古河電気工業と共同で、従来困難だったアルミニウム合金(以下「アルミ」)と亜鉛めっき鋼板(以下「鋼板」)間の異材接合で、高品質/高信頼性の接合を可能にする「レーザ・アークハイブリッド溶接システム」を開発したと発表した。2020年1月より、ダイヘンを窓口として販売を開始するという。

自動車製造において、車体軽量化と高い強度を両立させるためのマルチマテリアル化が進むと考えられている。その軽量素材の最有力となるアルミと鋼板とを高品質に接合できる溶接技術が求められていた。

しかし、アルミと鋼板の異材接合は、融点や熱伝導率など材料特性の違いから、アーク溶接や抵抗スポット溶接などの溶融溶接が困難だ。溶融溶接では、母材への入熱が高くなると接合部に脆弱な金属加工物(IMC)が生成される。一方、IMC生成を抑制するために入熱を下げると今後は十分な接合強度を有するビード幅を形成できなくなる。

そのため、アルミと鋼板の接合にはリベットや接着剤を用いたり、その他の新たな接合技術の開発が進められてきた。しかしいずれも強度や信頼性に問題があることに加え、設備コストが高くなるなどの課題があった。

今回、アーク溶接法として、極低スパッタを実現するダイヘン独自の「シンクロフィード溶接法」にさらに改良を加えた「アルミニウム合金用電流波形制御法」を採用し、接合部に必要な溶融金属を極低入熱で供給することで、IMC生成の大幅抑制が可能となった。またレーザーヘッドに、古河電気工業独自のビームモード制御機能付き光学ヘッドを採用することで、レーザー光を異材接合に最適な形状および入熱量で接合部に照射。これにより従来より高い接合強度を実現するための十分な幅のビードを形成できるようになった。

接合結果例(ビード外観)

さらに、アーク溶接をベースとした技術のため、従来の溶接ラインの設備を流用できることから、導入が容易だという。また、一般的なアルミニウム溶接に用いられる5000系ワイヤを用いるだけでアルミと鋼板の異材接合が可能なため、リベットや接着剤などを用いる方法と比較して、工程時間が半減、ランニングコストが下がる、などのメリットがあるとしている。

なお、レーザ・アークハイブリッド溶接システムは、12月4日から6日まで幕張メッセで開催されるPhotonix2019、および12月18日から21日まで東京ビッグサイトで開催される2019国際ロボット展に出展される。

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