JFEスチールは、定格出力30kWのレーザーを用いた真空中でのレーザー溶接技術を開発した(ニュースリリース)。西日本製鉄所の福山地区(広島県福山市)にある厚板工場に新技術を導入し、既に1万8000t以上のクラッド鋼板の製造に適用。安定した操業を確認しているという。

 クラッド鋼板は、炭素鋼または低合金鋼を母材として、その表面にステンレス鋼などの合わせ材を接合した複合鋼板(図1)。ケミカルタンカーや圧力容器、ラインパイプなどに使われる。同社は、母材と合わせ材の重ね合わせ面が清浄かつ真空に密閉されたクラッドスラブを組み立て、熱間圧延によってクラッド鋼板を製造している。このクラッドスラブ組み立て時の溶接に新技術を適用した。

図1:クラッドスラブの組み立てにおける溶接の模式図
(出所:JFEスチール)
[画像のクリックで拡大表示]

 新技術の開発に当たっては、真空中で長時間にわたって大出力レーザーを照射しても安定した溶接を実現できるよう、ビーム品質の安定化と溶接条件の確立に取り組んだ。ビーム品質の安定化では、集光レンズなどの光学系部品の設計を最適化すると同時に、光学系部品の形状や使用中の温度を適切に監視・制御する技術を開発し、ビーム品質の変化を抑えた。最適な溶け込み形状を安定して得られる溶接条件の確立では、レーザービームの形状とレーザー出力、溶接速度などの溶接条件を調整して溶込み形状を制御する技術を構築して実現している。

 一般に真空レーザー溶接には、高速で深い溶込みの溶接が可能で、溶接欠陥やスパッターの発生が少ないといった長所がある。しかし、大出力レーザーを真空中で長時間にわたって照射し続けるため、集光レンズに局所的な温度変化が生じてビームの品質が安定せず、溶接部の品質が低下するという課題があった。

 新技術をクラッドスラブの組み立てに適用したところ、重ね合わせ面の全周に安定して深い溶込みを有する溶接部を得られた(図2)。すなわち、母材と合わせ材が良好に接合されたクラッド鋼板を製造できたとする。

図2:新技術で得られた溶接部断面の例
レーザー出力25kW、溶接速度は0.5m/minの条件で加工し、溶込み深さ53mmの溶接部を得た。(出所:JFEスチー)
[画像のクリックで拡大表示]

 30kW級の大出力レーザーを用いた真空レーザー溶接を「鉄鋼の生産ラインに適用するのは世界初」(同社)という。同社は今後、これまで組み立て・製造が難しいとされていた材料を合わせ材として使った新たなクラッド鋼板の開発を目指す。さらに、クラッド鋼板だけでなく他の生産プロセスに新技術を展開することも検討している。