新技術・研究開発

新技術プラズマ溶接

新プラズマ溶接
開先加工なしで突き合わせ溶接が可能
板厚15mmまでは1パスで溶接可能
入熱範囲が狭く、従来法に比べ、溶接歪が少ない
溶接欠如の発生が少ない

研究の背景および経緯

【技術開発の市場】

・アルミニウムは耐腐食性・軽量性などの利点から、物流機器(船舶・鉄道)、産業プラント(電力設備・化学プラント)、各種構造物など大きな市場を有しています。

【いくつかの課題】

・アルミ材の溶接は、接合する板同士をV型ないしX型に切削(開先加工)し、この切削部を溶融させ、そこに溶融させた溶接棒を加えながら凹部を充填し接合します。
・材料の板厚が厚いと、溶接回数が増加・熱歪が大きくなる等、経済性・品質面で大きな問題を抱えています。

【技術的な問題点】

・前述の課題を解決するため、開先加工が不要となる溶接方法が求められますが、電子ビーム溶接、レーザー溶接等の方法は、設備が非常に高額であること、高精度の前処理が必要とされる等が大きな障害となっています。
・そのような状況下、プラズマ溶接は装置が比較的安価で、汎用性も高く、最も有望視されていますが、一般的なプラズマ溶接機は電流制限から、溶接加工板厚が5㎜程度まででした。

研究開発の概要と成果

【新プラズマ溶接の概要】

・当社では、平成19年経済産業省の「戦略的基盤技術高度化事業」の認定を受け、プラズマ溶接技術の開発に着手、次いで平成23年、経済産業省の「新連携計画」の認定を受け、産・学・官の連携により、中~厚板溶接に最適な「新型プラズマ溶接」の実用化に取り組んできました。
・具体的には、
  ① エネルギー密度の集中化、シュミレーションの最適化
  ② トーチ形状の最適化
  ③ 溶接システム・施工方法の最適化
に取り組みました。

【成果】

・板厚15㎜までの1パス溶接が可能な溶接ロボットを含む溶接システム、施工方法を確率することが出来ました。
・新プラズマでの溶接結果は、従来方法の溶接技術と比較して、同等以上の品質を確認できました。

開発された製品・技術のスペック

・本技術については、高圧ガス保安協会(経済産業省)、日本ボイラー協会(厚生労働省)で施工法を得ることができました。

従来溶接法との性能比較
TIG/MIGレーザー電子ビーム従来プラズマ新プラズマ
1パス可能厚(AL/mm) 〜5 〜4 100超え 〜5 6〜15
開先形状 V/X | | | |
開先精度(mm) 〜1.0 〜0.2 〜0.5 〜1.0 〜1.5
安全性環境負荷 大気中 大気中放射線 真空放射線 大気中 大気中
寸法制限 無し 無し 有り 無し 無し