インテリジェントレーザ溶接により、フィラーワイヤの使用が不要

September, 11, 2025, Dresden--動的ビームシェーピングを備えたレーザプロセスは、困難な材料の組み合わせでも安定した接合を作成する。最近のアプリケーションでは、品質、エネルギー効率、生産ロジックを改善しながらフィラー材料を排除する方法が実証されている。Fraunhofer材料ビーム技術研究所IWSは、見本市「Schweißen & Schneiden」で、設計の自由度と経済的可能性の両方を拡大するレーザ溶接ソリューションを紹介する。
フィラーワイヤなしで動作し、実際の生産シナリオに転送できるインテリジェントにガイドされたビームプロセスに焦点が当てられている。すでにこの技術を適用している産業には、e-モビリティ用の軽量構造、航空宇宙タンク、重鋼構造の耐荷重コンポーネントなどがある。

現在の開発プロジェクトのいくつかは、レーザベースの接合に依存している。正確に制御されたビームは溶融挙動に積極的に影響を与えるため、フィラーワイヤが不要になる。「溶接が困難な材料合金の接合や重い部分の溶接など、最も要求の厳しい溶接作業でも、より少ないエネルギー、材料、手戻りで堅牢かつ生産的に実行できることを実証している」とFraunhoferIWSの接合部門責任者Dr.Axel Jahnは話している。「高周波スキャナ技術、柔軟な電力変調、およびわれわれのオープンシステム制御の組み合わせにより、従来のアーク溶接では提供できない設計オプションとアプリケーションの視点が可能になる。」

アルミニウム製バッテリーハウジング:ひび割れがなく、細孔が最小限に抑えられ、ワイヤーなし
EUプロジェクトALBATROSSでは、FraunhoferIWSは電気自動車用の革新的なレーザ製造バッテリーハウジングを開発し、フルコンポーネントスケールでの実証に成功した。軽量設計は、アルミニウム押出プロファイルとダイカストアルミニウム部品を組み合わせたもので、厚さ 5mmまでの壁を備えている。

従来のアプローチでは、ダイカストは気孔を形成する傾向があるが、6000シリーズのアルミニウム押出合金は高温亀裂が発生しやすいため、物理的な限界に達する。「われわれのソリューションは、レーザビームのターゲットを絞った振動に依存しており、メルトプールを移動させ、気孔を減らし、冶金学的に安定した溶接を生成する」とJahnは説明した。「これにより、通常必要な溶加材を使用せずに高品質のアルミニウム溶接を生成できる。」

ハウジングはすでに実際の車両モデルに統合され、テストされている。Fraunhoferの主導プロジェクト、FutureCarProductionでは、持続可能性評価とともに、この技術が現在、アルミニウム二次接合部および鋳造接合部の進歩を進めている。

3Dタンクボトム:厳しい条件に対応する亀裂のない溶接
航空宇宙用途向けに、FraunhoferIWSは、高強度の2000シリーズアルミニウム合金から密閉タンク構造を製造するために、動的ビームシェーピングを備えたレーザ溶接プロセスを開発した。これらの合金は高温亀裂を形成する傾向があるため、従来の溶接では通常、合金組成を調整するためにフィラーワイヤを使用する必要がある。これに対し、新しいレーザプロセスは溶加材を使用せずに動作し、3次元輪郭でも安定した低熱溶接を実現する。「このプロセスは回転対称の容器を閉じるのに理想的であり、パイプ溶接でも研究中である。歪みを最小限に抑え、高い縫い目強度で、タイトで機械的に強い接合部を実現する」(Jahn)。

このデモンストレータは、ドイツ連邦経済・気候行動省(BMWK)が資金提供する航空プロジェクト内で開発されている。並行して、FraunhoferIWSは、シート用の摩擦撹拌溶接(FSW)とハイブリッドパイプジョイント用の電磁パルス溶接(EMP)をテストしている。

クレーンブーム: 鉄骨構造の生産性向上
大型鉄骨構造のメーカーは、肉厚が 20 mm を超える厚いプロファイルを接合するための新しいオプションを手に入れた。FraunhoferIWSは、長さ4メートルのクレーンブームでこれを実証した。このプロセスでは、最大 24 kWのレーザ出力を備えた 1 回のクランプで高性能の多層溶接が使用される。V溝の準備は、5度未満の開口角度に最適化されている。「その結果、溶接量が削減され、溶加材が最大 90% 節約され、歪みが大幅に排除された多くの場合、エネルギーを大量に消費する手動ステップである大規模なアセンブリの矯正は、不要になる」(Hahn)。

レーザ、材料、システムを1つのソースから
デモンストレータは、材料科学、プロセスノウハウ、システム統合がどのように組み合わさるかを示している。FraunhoferIWSは、接合技術の開発だけでなく、生産環境への移行もサポートする。「われわれは、統合されたセンサ、高度な制御、継続的なプロセス品質評価を備えたソリューションをアプリケーションに導入する」とDr.Jahnは締めくくった。