レーザー溶接と従来の方法:利点、用途、主な違い

溶接業界において、最も一般的な従来技術は、抵抗溶接、アルゴン アーク溶接、プラズマ アーク溶接、電子ビーム溶接 (EBW) の 4 つです。各方法には独自の分野がありますが、レーザー溶接が克服できる特定の制限はすべて共通しています。

抵抗溶接 薄い金属シートの接合には優れていますが、ワークピースを変形させてしまうため、電極のメンテナンスを頻繁に行う必要があります。プロセスには直接接触が含まれるため、レーザー溶接では材料に触れることなく同じ薄い部分を接合することができ、従来の溶接では困難または不可能な領域に到達することができます。

アルゴン アーク溶接 速度が遅くなり、熱入力が大きくなり、歪みのリスクが高まります。 プラズマ アーク溶接 より集中した深いアークを生成することでアルゴン アークを改善しますが、それでもレーザー核融合の精度と速度には及びません。

電子ビーム溶接では、電子の散乱を防ぐために高真空環境が必要です。チャンバーの複雑さにより溶接の形状が制限され、プロセスでは磁気オフセットと X 線の危険が生じ、消磁とシールドが必要になります。対照的に、レーザー溶接は大気圧で動作し、真空や消磁の必要がなく、生産ラインに直接組み込むことができるため、磁性材料や迅速な製造に最適です。

アルミニウム合金のレーザー溶接

アルミニウム合金は、イオン化エネルギーが低く、溶接安定性が低いため、レーザー溶融中に気孔や亀裂が発生することで有名です。高温環境では酸化アルミニウムや窒化アルミニウムも生成され、表面汚染の原因となります。

効果的な戦略には次のものがあります。

• 表面処理 – 合金の表面を研磨すると、レーザーの吸収が増加します。
• 不活性ガスシールド – アルゴンまたは窒素は細孔の形成を防ぎます。
• パラメータの最適化 – 出力、速度、ビーム プロファイルを調整することで、溶融プールを調整して欠陥を低減します。
• プロセスの変動 – 合金組成に基づいて、適切なレーザーの種類（ファイバー、CO₂、Nd:YAG）とモード（連続またはパルス）を選択する

レーザーハイブリッド溶接

レーザー溶接の一般的な課題と解決策

レーザー溶接は効率、精度、自動化の可能性が高いため、多くの分野で不可欠なものとなっています。ただし、欠陥を回避するにはその原則を習得することが不可欠です。以下に、5 つの典型的な問題と実証済みの解決策を示します。

1.ひび割れ

熱亀裂 (結晶化または液状化) は、急速な凝固収縮によって発生します。緩和手法には、ワイヤの充填、接合部の予熱、制御された冷却が含まれます。

2.気孔率

閉じ込められたガスが深く狭い溶融プールから逃れられない場合、細孔が形成されます。徹底的な表面クリーニング、適切なガス流方向、および低い電力密度により、気孔率が減少します。

3.スパッタ

スパッタは溶接の外観を悪化させ、レンズを損傷する可能性があります。レーザーのエネルギー密度を下げ、ビームの焦点を調整すると、スパッタを抑制できます。

4.アンダーカット

溶接速度が速いと、溶融金属の再分配が妨げられ、アンダーカットが発生します。パワーとスピードをジョイントの形状に合わせ、適切なギャップを確保することで、この欠陥は解消されます。

5.崩壊

速度が遅いと、表面張力が金属を保持できなくなり、大きくて広い溶融池が生成され、たわみが発生します。エネルギー密度を下げるか、スキャン速度を上げると、崩壊を防ぐことができます。

レーザー溶接キット

• ホストユニット – 電源、レーザー発生器、光路、制御システムで構成されます。
• 冷却システム – 冷却剤を循環させます。チラーの容量はレーザー出力と一致する
• モーション コントロール – ワークピースの移動、ヘッドの移動、または両方を同時に実行して完全自動化する 3 つのモードを提供します。
• 備品 – ワークピースを固定し、大量生産に不可欠な反復可能な積載と正確な位置決めを可能にします。
• 観察システム – CCD または顕微鏡によるリアルタイムの顕微鏡モニタリングにより、正確な位置合わせと品質チェックを行う

レーザー溶接機の価格

価格は構成と機能によって異なります。

• 3-D 自動レーザー溶接機 – 4,000 ドルから 8,000 ドル。
• 手持ち式ファイバー レーザー溶接機 (1,000 ～ 2,000 W) – 3,000 ドルから 5,000 ドル。
• スリーインワン ハンドヘルド ファイバー レーザー溶接機 – 5,000 ドル～10,000 ドルで、溶接、洗浄、切断を 1 台の機械で提供します。

レーザーで溶接できる材料は何ですか?

レーザー溶接機は多用途です:

• ステンレス鋼、炭素鋼、アルミニウム - すみ肉溶接とスプライス溶接の両方
• マルチモードの 3-in-one ユニットにより、溶接に加えてレーザー切断と洗浄も行うことができます。
• 特殊なモニタリング システムにより、初心者でも 3D マシンでステッチやスプライス溶接を練習できる

業界とアプリケーション

レーザー溶接は、さまざまな分野で採用されています。

• 製造、航空宇宙、造船、自動車、エレクトロニクス、IT、電池、宝飾品、生物医学、粉末冶金、光通信、センサー、ハードウェア、ガラス、家電、太陽光発電、電熱、精密部品
• 自動車:エンジン コンポーネント、ガスケット、シール、高電圧リレー、フィルター、ターボチャージャーなど
• エレクトロニクス:ソリッドステート リレー、コネクタ、モバイル デバイスのハウジングのシール、光ファイバーの接合部の溶接
• 医療機器:密封されたペースメーカーとインプラント
• 航空宇宙:構造コンポーネント用のニッケル合金とチタン合金の溶接

初心者のための家庭用溶接

アーク溶接は高電流と火災の危険性があるため、家庭での使用には適していません。最も安全な導入ポイントは、高周波加熱を使用し、管理可能な強度を提供するろう付けまたはソフトはんだ付けです。予算が許せば、コンパクトなレーザー溶接機またはプラズマ溶接機を使用すると、ガスや高電圧アーク プロセスの危険を伴うことなく、優れた品質と速度を実現できます。

結論

レーザー溶接と従来の方法との比較、その用途、価格、一般的な課題を理解することで、ニーズに合った適切なテクノロジーを選択できるようになります。レーザー溶接がますます主流になるにつれ、常に最新情報を入手することで、あらゆる生産環境でその利点を活用することができます。