レーザー溶接の基本ガイド

レーザー溶接の基本

レーザー溶接は非接触プロセスであり、溶接される部品の片側から溶接ゾーンにアクセスする必要があります。

•溶接は、強力なレーザー光が材料を急速に加熱するときに形成されます。通常、ミリ秒単位で計算されます。

•通常、溶接には3つのタイプがあります。

–伝導モード。

–伝導/貫通モード。

–貫通モードまたは鍵穴モード。

•伝導モード溶接は低エネルギー密度で実行され、浅くて広い溶接ナゲットを形成します。

•伝導/浸透モードは中程度のエネルギー密度で発生し、伝導モードよりも多くの浸透を示します。

•溶け込みまたは鍵穴モードの溶接は、深く狭い溶接が特徴です。

–このモードでは、レーザー光は「鍵穴」と呼ばれる気化した材料のフィラメントを形成します。このフィラメントは材料内に伸び、レーザー光を材料に効率的に供給するための導管を提供します。

–材料へのこのエネルギーの直接供給は、浸透を達成するために伝導に依存しないため、材料への熱を最小限に抑え、熱影響部を減らします。

伝導溶接

•伝導結合は、レーザービームが集束される一連のプロセスを表します。

–10³Wmm⁻²

のオーダーの電力密度を与えるため

–材料を溶かして、大幅な気化を伴わずに接合部を作成します。

•伝導溶接には2つのモードがあります：

–直接加熱

–エネルギー伝達。

直接加熱

•直接加熱中

–熱流は表面熱源からの古典的な熱伝導によって支配され、溶接は母材の一部を溶かすことによって行われます。

•最初の伝導溶接は1960年代初頭に行われ、ワイヤコネクタに低出力パルスルビーとCO2レーザーを使用しました。

•伝導溶接は、さまざまな構成のワイヤーや薄いシートの形で、さまざまな金属や合金で使用できます。

– CO2、Nd：YAG、および数十ワットのオーダーの出力レベルのダイオードレーザー。

– CO2レーザービームによる直接加熱は、ポリマーシートの重ね溶接および突合せ溶接にも使用できます。

トランスミッション溶接

•透過溶接は、Nd：YAGレーザーとダイオードレーザーの近赤外線を透過するポリマーを接合する効率的な手段です。

•エネルギーは、新しい界面吸収法によって吸収されます。

•マトリックスと補強材の熱特性が類似している場合は、複合材を接合できます。

•伝導溶接のエネルギー伝達モードは、近赤外線を伝達する材料、特にポリマーで使用されます。

•ラップジョイントの界面に吸収インクを配置します。インクはレーザービームのエネルギーを吸収します。レーザービームのエネルギーは、限られた厚さの周囲の材料に伝導され、溶接された接合部として固化する溶融界面膜を形成します。

•ジョイントの外面を溶かすことなく、厚いセクションの重ね継手を作成できます。

•突合せ溶接は、エネルギーをジョイントラインに向けて、ジョイントの片側の材料を通る角度で、または材料の透過性が高い場合は一方の端から向けることによって行うことができます。

レーザーはんだ付けとろう付け

•レーザーはんだ付けおよびろう付けプロセスでは、ビームを使用してフィラーの添加物を溶かします。これにより、母材を溶かすことなく接合部のエッジを濡らします。

•レーザーはんだ付けは、プリント回路基板の穴を通して電子部品のリード線を接合するために、1980年代初頭に人気を博し始めました。プロセスパラメータは、材料特性によって決定されます。

ペネトレーションレーザー溶接

•高出力密度では、エネルギーを吸収できる場合、すべての材料が蒸発します。したがって、この方法で溶接する場合、通常、蒸発によって穴が形成されます。

•次に、この「穴」は、溶融した壁が背後で密閉された状態で材料を通過します。

•その結果、「キーホール溶接」と呼ばれるものが得られます。これは、平行な側面の溶融ゾーンと狭い幅が特徴です。

レーザー溶接効率

•この効率の概念を定義する用語は、「結合効率」として知られています。

•結合効率は、（mm2結合/ kJ供給）の単位を持っているという点で真の効率ではありません。

–効率=V.t / P（切削における比エネルギーの逆数）ここで、V =トラバース速度、mm / s; t =溶接厚さ、mm; P =入射電力、KW。

結合効率

•接合効率の値が高いほど、不要な加熱に費やされるエネルギーが少なくなります。

–熱影響部（HAZ）を下げます。

–歪みが少ない。

•融着とHAZエネルギーは、溶接される高抵抗インターフェースでのみ生成されるため、抵抗溶接はこの点で最も効率的です。

•レーザーと電子ビームも優れた効率と高出力密度を備えています。

プロセスのバリエーション

•アーク増強レーザー溶接。

–レーザービームの相互作用点の近くに取り付けられたTIGトーチからのアークは、レーザーで生成されたホットスポットに自動的にロックされます。

–この現象に必要な温度は、周囲温度より約300°C高くなっています。

–効果は、トラバース速度のために不安定なアークを安定させるか、安定しているアークの抵抗を減らすことです。

–ロックは、電流が低く、したがって陰極ジェットが遅いアークでのみ発生します。つまり、80A未満の電流の場合。

–アークはワークピースのレーザーと同じ側にあるため、溶接速度を2倍にして、資本コストをわずかに増やすことができます。

•ツインビームレーザー溶接

– 2つのレーザービームを同時に使用すると、溶接プールの形状と溶接ビードの形状を制御できる可能性があります。

– 2つの電子ビームを使用すると、キーホールを安定させることができ、溶接プールでの波が少なくなり、溶け込みとビードの形状が向上します。

–エキシマレーザーとCO2レーザービームの組み合わせにより、アルミニウムや銅などの高反射率材料の溶接の結合が改善されたことが示されました。

–強化された結合は、主に次の理由で考慮されました：

•エキシマーによって引き起こされる表面の波打つことによって反射率を変える。

•エキシマーによって生成されたプラズマを介した結合から生じる二次効果。