レーザー溶接の説明:原理、利点、業界の比較

この記事では、レーザー溶接の定義、原理、堅牢性、制限、長所と短所、および MIG 溶接機や TIG 溶接機との比較について説明します。

溶接業界では、レーザー溶接は強力で洗練された接合プロセスの方法とみなされています。レーザーと呼ばれる高濃度の光線を利用します。材料の対象表面では、レーザー ビームが接触点に強烈な熱を発生させ、材料が冷えて固まる際に溶融して強力な結合を形成します。

レーザー溶接には長所と短所の両方があります。 MIG や TIG などの他の溶接プロセスと比較して、レーザー溶接はより強力です。今日は、レーザー溶接、その長所と限界、使いやすさなどについて学びます。この記事では、レーザー溶接といくつかの溶接方法も比較します。

それでは、レーザー溶接の世界に飛び込んでみましょう。

レーザー溶接とは何ですか?

レーザー溶接は、高熱の集束レーザー光線を使用して金属表面を溶かす溶接方法です。溶けた部品は冷却後に結合して固化します。他のレーザー機械と同様に、レーザー溶接機も、固体レーザー、ガス レーザー (CO2 レーザー)、ダイオード レーザーなど、レーザーの特定の要素をいくつか利用します。

歪みを最小限に抑えた高品質の溶接と加熱ゾーンにより、幅広い溶接プロジェクトに適しています。

その他の溶接プロセスには、ガスメタル アーク溶接 (GMAW/MIG)、ガス タングステン アーク溶接 (GTAW/TIG)、シールド メタル アーク溶接 (スティック)、フラックス入りアーク溶接、サブマージ アーク溶接、抵抗スポット溶接、電子ビーム溶接などがあります。

特にレーザー溶接は、すべての中で最も実用的で多用途です。

それはどのように機能しますか?

レーザー溶接では、高濃度の集束レーザービームを使用して金属表面を加熱して溶かします。パーツを結合した後、固まるまで冷却します。

ユーザー情報は以下に段階的に記載されています。

1. ビーム生成:溶接プロセスは、高出力レーザー ビームの生成から始まります。アプリケーション要件に応じて、固体レーザー、ガス レーザー (CO2 レーザーなど)、ダイオード レーザーなど、さまざまな種類のレーザーを使用できます。

2. ビームの集束:次に、ミラーとレンズを使用して、レーザー ビームが集束点に向けられます。材料の効率的な加熱と溶解は、焦点と温度の精度に大きく依存します。

3. 材料の準備:溶接プロセスを開始する前に、材料の準備が必要です。これには、洗浄、クランプ、表面処理が含まれます。

4. 溶接プロセス:準備された材料の表面にレーザー ビームの焦点を合わせます。表面の指示された点は、レーザーの集中した熱で溶けます。

5. 溶接の形成:溶融した材料が融合して固体の接合部を形成します。接合強度を高めて隙間を埋めるために、追加のフィルターを使用することができます。

6. 冷却と固化:溶接が完了すると、溶融した材料は急速に冷えて固化し、接合面間に強固な結合が形成されます。歪みを最小限に抑えるには、適切な冷却制御が非常に重要です。

7. 溶接後の検査:溶接の品質と完全性を検査します。溶接の仕上げによっては、研削、研磨、コーティングなどの追加の仕上げプロセスが必要になる場合があります。

レーザー溶接は強いですか?

はい、レーザー溶接は強力で信頼性の高い溶接技術と考えられています。レーザー溶接が強力な溶接プロセスである理由は以下のとおりです。

• 精度とコントロール

出力、速度、焦点などの溶接パラメータを正確に制御することで、一貫した溶接と材料特性を維持できます。これにより、強力な溶接接合が得られます。

• 最小限の熱影響区域 (HAZ)

集中したビームにより、熱影響ゾーンが最小限に抑えられます。これにより、材料の熱歪み、残留応力、脆弱化が軽減されます。その結果、溶接継手の機械的特性は、多くの場合、他の溶接方法で達成されるものよりも優れています。

• 深い浸透

レーザー溶接は、高いアスペクト比で深い溶け込みを実現できます。そのため、厚い材料の溶接がより容易になります。これにより、ジョイントの構造的完全性が強化されます。

• 高エネルギー密度

高いエネルギー密度により、材料の効率的な溶解と融合が保証されます。これにより、強力な冶金的結合が得られます。この高いエネルギー密度により、鋼と非鉄合金の溶接も可能になります。

• 非接触プロセス

レーザー溶接は非接触溶接方法であるため、溶接材料の物理的変形と汚染を最小限に抑えます。

長所と短所

レーザー溶接は、幅広い溶接作業に多用途で便利なプロセスです。ただし、他の溶接方法と比較して、必要な出力を提供できない場合があります。レーザー溶接の長所と短所を並べて見てみましょう。

長所 短所 高精度で制御された溶接が可能で、複雑で繊細な部品に最適です。 レーザー溶接装置の初期投資は、従来の溶接方法に比べて相対的に高くなります。 金属、プラスチック、異種材料など、さまざまな材料を溶接できます。 非常に厚い材料や、レーザー光を反射または散乱させる可能性のある反射率の高い表面を持つ材料には適さない可能性があります。 熱歪みや材料の損傷が軽減され、周囲の材料の機械的特性が維持されます。 レーザー光線の見通しの性質により、溶接継手での使用が制限されます。簡単にアクセスできない、または複雑な形状をしている高速溶接が可能なため、生産性が向上し、製造時間が短縮されます
高アスペクト比の厚い材料の強力な溶接を、多くの場合シングルパスで実現します。
自動化された製造システムに簡単に統合でき、効率と一貫性が向上します。

レーザー溶接の限界を克服する方法!

レーザー溶接は、適切な方法で利用すれば素晴らしい機会となります。はい、一定の制限はありますが、ほとんどの制限は克服できます。では、どうやってそれを行うのでしょうか?

設備費が高い

• 徹底的な費用対効果分析を実行します。生産性の向上による長期的な節約を考慮してください。

• 融資またはリースのオプションを検討します。

• マシンへの最小限の投資から始めます。投資を徐々に増やしていきます。

物質的な制限

• 反射材にコーティングまたは表面処理を使用します。これにより、レーザーの吸収が強化され、反射の問題が軽減されます。

• 材料の特性と厚さに合わせてレーザー パラメータを最適化します。

• レーザー溶接を他の溶接方法 (MIG や TIG など) と組み合わせます。

共同アクセスが制限されている

• ロボット アームと自動システムを使用すると、届きにくい関節にアクセスできるようになります。

• カスタムの治具と治具を設計します。

• 多軸レーザー溶接システムを採用

さらに、既存の製品を段階的に実装し、互換性評価を実施し、パイロット プロジェクトを開始することで、マシンの効率が向上し、制限が大幅に軽減されます。

レーザー溶接 VS MIG

機能 レーザー溶接 MIG 熱源レーザービーム電気アーク精度非常に高い中熱影響範囲最小限大きい溶接速度高い中程度から低い溶け込み深さ、多くの場合シングルパス良好、複数パスが必要な場合もある材料の適合性溶接が難しいものを含む広い範囲広範囲、一般的な金属スパッタ最小限からなしスパッタの発生設備コスト高い低いスキル要件高い、専門的なトレーニングが必要中程度、習得が容易ジョイントアクセシビリティ 見通し線が必要である より柔軟である 自動化 自動化が容易である 自動化が容易ではない 安全性 高出力レーザーによる重大な危険 注意が必要であるが、一般に安全である

レーザー溶接 VS TIG

側面 レーザー溶接 TIG 溶接 精度と制御非常に高い精度、複雑で自動化されたプロセスに最適手動制御による高精度、詳細で高品質な溶接に最適熱影響部 (HAZ) HAZ を最小限に抑え、熱歪みを低減し、材料特性を維持HAZ を最小限に抑えますが、レーザー溶接ほどではありません速度高速溶接により生産性が向上します溶接速度が遅いと生産性が低下します汎用性金属、プラスチック、プラスチックなどの幅広い材料に適しています異種材料 さまざまな金属、特に非鉄には優れているが、プラスチックには汎用性が低い スキル要件 専門的なトレーニングと専門知識が必要 最良の結果を得るにはかなりのスキルと経験が必要 コスト 初期設備コストが高い 中程度の設備コストで、他の方法よりも高い 用途 高精度、自動化された大量生産アプリケーションに最適 航空宇宙、自動車、芸術的な金属加工など、高品質の溶接と手動制御に最適