Effect of alloy element on weld pool dynamics in laser welding of aluminum alloys

アルミニウム合金のレーザー溶接における溶融池ダイナミクスに及ぼす合金元素の影響

宮城 雅徳*; Hongze, W.*; 吉田 涼平*; 川人 洋介*; 川上 博士*; 菖蒲 敬久  

Miyagi, Masanori*; Hongze, W.*; Yoshida, Ryohei*; Kawahito, Yosuke*; Kawakami, Hiroshi*; Shobu, Takahisa

レーザー溶接中の金属内部の挙動は材料強度、欠陥発生等に大きく影響することから非常に重要である。本研究では、さまざまなシリーズのアルミニウム合金のレーザー溶接における溶接プールのダイナミクスに関して、その場放射光X線位相コントラストイメージングシステムにより調査した。その結果、レーザーを照射した金属がすぐに蒸発し、キーホールが発生し、その後、キーホールの周囲の金属がキーホールの熱で徐々に溶けていくことが観察された。また、キーホールの深さの成長率は、低沸点元素(TCE)の総含有量と正の線形相関があり、安定した段階でのキーホールの深さと直径も同様であることを明らかにした。そして、実験を繰り返し、アルミニウム合金のレーザー溶接における溶融池のダイナミクスに対する合金元素の影響に関して、定量化することに成功した。

The behavior inside the metal during laser welding is very important because it greatly affects the material strength, defect generation, and so on. In this study, weld pool dynamics in laser welding of various series of aluminum alloys were investigated by the synchrotron radiation X-ray phase contrast imaging system. The experimental results showed that metal irradiated by laser was evaporated immediately, which generated the keyhole. Then metal surrounding the keyhole was melted gradually with the heat from keyhole. The growth rate of keyhole depth had a positive linear correlation with the total content of low boiling temperature elements (TCE), so did the keyhole depth and diameter at the stable stage. Then, by repeating the experiment, we succeeded in quantifying the effect of alloying elements on the dynamics of the weld pool in laser welding of aluminum alloys.