エネルギー産業関連分野でのレーザーアブレーション応用として,金属材料の表面改質技術の一つであるレーザーピーニング、原子力でニーズの高いレーザークリーニング、環境分野にも適用可能なアブレーションを利用した微量分析技術について、開発状況を紹介する。

37・4・1 レーザーピーニング

短パルス高ピークパワーレーザーが扱いやすくなった1990年代以降,自動車や航空機の金属部品の疲労強度改善や,大規模プラント構造物の溶接部周辺の応力腐食割れ(SCC:stress corrosion cracking)を防止する技術としてレーザーピーニングやレーザー衝撃処理と呼ばれる技術開発が進められている.

金属材料表面の衝撃処理技術としてはセラミックスや金属のビーズをたたきつけて応力改善するショットピーニンク技術が実用化されているが,レーザーピーニングは,ビーズの代わりに尖頭値の高い短パルスレーザーを一定条件のもとで照射することによりレーザー生成プラズマを介して材料表面に圧縮応力を与える新しい技術で,光の力を使うため非接触作業,反力がない,狭隆部への作業が可能,ビーズのような回収物がない,などの特長を備えている.ここでは,原子力発電所の原子炉内構造物の応力腐食割れの防止技術として,わが国で開発が進められているレーザーピーニングの原理や特徴・実例を紹介し,後半で少し方式の奥なるフランス,アメリカの開発例について紹介する.

(1) 原理

レーザーピーニングの原理を図37・11を用いて説明する75).パルス幅が数ns,パルスエネルギーが数十mJより大きく,水中透過性のレーザー光を水中で1 mmφ以下に集光して金属表面に照射する.照射された金属はごく表面層がアブレーション作用によりプラズマ化する(図(a)).発生したプラズマは水の慣性により膨張を抑えられるために数GPaの高圧になり,この圧力によって生ずる衝撃波が材料中に伝搬する.衝撃波による動的な応力が材料の降伏応力を超えると塑性変形が生じて材料表面に圧縮応力が形成される(図(b)).

図37・11

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