FORM TECH REVIEW_vol33

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×1× Welding speed: 16.6 mm/sWelding direction-1×1.5×x(mm)0.5y(mm)PositionCommentFrontPartiallyinsideRearCompletely outsideSidePartiallyinsideBoundaryMostly insideGrain refinement regionFig. 3. Grain size measurement region. Grain refinement region200µm- 99 -CW Laser for weldingWavelength: 1070 nmPower: 1 kW1.66 mm2.5 mm120°1.5 mm1 mm200 µm1.66 mm-2.5×-2Position of CW laser irradiationShape of molten pool of A2024-T3 welded at 16.6 mm/sArea of short-pulsed laser irradiationSpot center of short-pulsed laserCoordinate(x,y)of spotcenter of short-pulsedlaser(unit: mm)(1.5,0) (-2.5,0) (-1,1) (-1,0)３．結果 短パルスレーザ照射時の溶接池表面の高速度カメラ画像をFig. 5に示す。表面でアブレーションプラズマが確認された時刻をT = 0とし、パルス幅が10 nsであり、プラズマの発光時間が2フレーム（0.2 ms）以上観測されていないことから、T = 0の定義の時間誤差は0.1 ms以内と判断した。レーザ溶接のみを行った場合、レーザが直接照射た波長938±5 nmのレーザ（JENOPTIK Optical Systems GmbH, JOLD-45-CPXF-IL）を追加して使用した。 接合開始端から15 mm離れた位置から組織観察用の試料を取り出した。この試料をバフ研磨で鏡面研磨し、バーカー試薬を用いて電圧20 Vで3分間陽極電解エッチングを行った後、エッチング後の試料を偏光顕微鏡で分析した。 各照射条件の試験片について、Jeffries法により平均粒径の測定を行い、短パルスレーザが粒径に及ぼす影響を評価した。Jeffries法では、対象面積A内の結晶粒数Naを測定することで粒径を算出する。対象領域の境界線上に位置する結晶粒の数を1/2とカウントする。平均粒径dANaはAとNaから求めた。短パルスレーザの影響領域を評価するために、各試験片のFig. 3に示す領域で測定を行った。 最も結晶粒が微細化した(x,y) = (-1,0)の短パルスレーザを照射した試料についてビッカース硬さ試験を行い、結晶Table 1. Chemical composition of 2024-T3 (thickness: 3.175 mm) (mass %). Short-pulsedLaserWavelength: 1064 nmPulse width: 10 nsPulse energy: 430 mJSpot diameter: 2mmShield gasAr: 50 L/minFig. 1. Experimental setup for laser welding. Fig. 2. Positions of laser irradiation. 粒の微細化が硬さに及ぼす影響を測定した。硬さ試験は、ビード中心に沿った領域で、荷重1.96 N、保持時間10 s、測定間隔200 mで行った。測定位置をFig. 4に示す。 された場所のみ酸化膜が溶融し、溶融池の表面には膜状に残っていることが確認された。これは、酸化アルミニウムの融点（2072 ℃）が純アルミニウムの融点（660 ℃）より高いために起こる現象である[1]。 溶融池内部に短パルスレーザを直接照射した場合(x,y) = (-1,0)、溶融池全体がアブレーション圧で大きく変形した。溶融池内部に部分的に照射した場合(x,y) = (-1,1)は、溶接線から1 mm離れた溶融池側面から波面が伝播することが確認された。いずれの条件でも、短パルスレーザは溶融アルミニウムではなく、表面の酸化皮膜に照射された。 偏光顕微鏡による溶接金属の表面および垂直部の顕微鏡写真をFigs. 6-8に示す。なお、各画像における溶接方向は、画像の左から右に向かっている。Fig. 6に示すように、溶接速度16.6 mm/sでレーザ溶接のみを行った場合の結晶粒構造を解析すると、溶接金属の組織は、母材からエピタキシャル成長した柱状結晶とストレイ結晶が主であり、等軸結晶はほとんど形成されていないことがわかる。 Region for measurement of grain sizeFig. 4. Schematic of measured positions for the hardness test.