ダイヘン,アルミとGA材の接合技術を開発

ダイヘンは,アルミニウム合金と亜鉛メッキ鋼板の異材接合を実現するレーザー・アークハイブリッド溶接において,アルミと自動車業界などで普及している合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA材)の接合技術を開発した(ニュースリリース)。

自動車業界においては,CO2排出量削減(燃費向上)を目的とした車体軽量化のため,部材に高強度な鋼板を適用し板厚の低減が図られている。

また,近年の電気自動車(EV)の普及により更なる軽量化のためマルチマテリアル化が進んでおり,その軽量素材の筆頭となるアルミと鋼板を,高品質かつ低コストで接合できる溶接技術が求められている。

これらの要求に応えるため同社は,2020年1月にアーク溶接に独自のアルミ溶接用の電流波形制御技術と,精密な入熱制御が可能なレーザー技術を組み合わせた独自の溶接・接合システムを開発,6000系アルミと溶融亜鉛めっき鋼板(GI材)の接合において,5000系溶接ワイヤとの組合せにより,6000系アルミ部で母材破断する接合強度を実現している。

一方,近年の自動車車体における防錆を目的とした表面処理鋼板への要求品質は更に高度化し,亜鉛めっき鋼板の材質面での改善が図られたGA材が普及している。GA材はGI材に比べ,めっき層の付着強度が強く,プレス性,溶接性,塗装耐食性に優れているなどの特長があり,自動車車体のほか家電や建築業界にも適用が進んでいる。

しかし,GA材のめっき層には鉄(Fe)成分が含まれるため,アルミとの溶融接合においてGI材よりも脆弱な金属間化合物(IMC)が生成されやすいという課題があった。

そこで今回,新接合法「パルスレーザ・アークハイブリッド接合法」を開発,6000系アルミとGA材の接合において,4000系ワイヤとの組み合わせにより実用的な接合強度を実現したとする。

これは,アルミとGI材の接合に用いている,同社独自の「シンクロフィード溶接法」と古河電工独自のビームモード制御によるレーザー・アークハイブリッド溶接法において,レーザー光をこれまでの連続照射方式からパルス照射方式に変更することで,高いピーク出力によりGA材のめっき層を除去し接合性を向上,レーザー未照射期間に入熱を抑制しIMCの成長を抑制するというもの。

6000系アルミとGA材の接合において,4000系ワイヤとの組み合わせにより引張強度110MPa(JIS規格スポット溶接部の引張せん断強度換算値でA級判定基準の2倍以上)を実現した。

また,アーク溶接をベースとした異材接合技術であるため,現状の溶接ラインに使用されている設備が流用可能で,構造部材の形や生産工程を大きく変更することなく,構造部材の素材をアルミに変更することができるため,導入が容易。さらに,リベットや接着剤などといった他の接合方法と比べ工程時間が半減し,特殊な材料も不要となるためランニングコストも低減するとしている。

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