レーザー溶接とは何ですか？-作業、種類、用途

レーザー溶接とは何ですか？

レーザービーム溶接（LBW）は、レーザーを使用して金属片または熱可塑性プラスチックを接合するために使用される溶接技術です。ビームは集中した熱源を提供し、狭く深い溶接と高い溶接速度を可能にします。これは、鍵穴または貫通モードの溶接に基づいています。

レーザー溶接は、伝導制限溶接と鍵穴溶接の2つの根本的に異なるモードで動作します。レーザービームが溶接している材料と相互作用するモードは、ワークピースに当たるビーム全体の出力密度によって異なります。

このプロセスは、自動車業界のように、自動化を使用する大量のアプリケーションで頻繁に使用されます。レーザー溶接の主な利点は、エネルギー密度が高いため、部品の広い領域に影響を与えることなく、接合部の端にある領域を溶かすことができることです。

レーザー溶接は、アーク溶接プロセスと比較して比較的低い入熱で高アスペクト比の溶接を生成する高出力密度の融接プロセスです。さらに、レーザー溶接は「真空外」で実行でき、近赤外線固体レーザービームの光ファイバー配信により、他の接合技術と比較して柔軟性が向上します。

レーザー加工機の設備

レーザービーム溶接の主な部品または機器は次のとおりです。

• レーザーマシン： 溶接用レーザーの製造に使用される機械です。レーザー加工機の主な部品を以下に示します。
• 電源： レーザーマシン全体に高電圧電源を印加して、レーザービームを生成します。
• CAM： これは、レーザーマシンをコンピューターと統合して溶接プロセスを実行するコンピューター支援製造です。レーザーによる溶接プロセス中のすべての制御動作はCAMによって行われます。溶接プロセスを大幅にスピードアップします。
• CAD： これは、コンピュータ支援設計と呼ばれます。溶接の仕事を設計するために使用されます。ここでは、コンピューターを使用してワークピースを設計し、ワークピースで溶接を実行する方法を説明します。
• シールドガス： w / pの酸化を防ぐために、溶接プロセス中にシールドガスを使用することができます。

レーザービーム溶接はどのように機能しますか？

レーザー溶接は、レーザービームを使用して金属または熱可塑性プラスチックを結合して溶接を形成するために使用されるプロセスです。このように熱源が集中しているため、薄い材料では毎分数メートルの高速溶接速度でレーザー溶接を実行でき、厚い材料では四角いエッジの部品間に狭く深い溶接を行うことができます。

レーザービーム溶接は、原子の電子がエネルギーを受け取ることによって励起されるという原理に基づいて機能します。そして、しばらくして基底状態に戻ると、光子を放出します。

この放出された光子の濃度は、放射線の励起放出によって増加し、高エネルギーの集束レーザービームが得られます。誘導放出による光増幅はレーザーと呼ばれます。

最初に、溶接機は希望の場所に（接合する2つの金属片の間に）設置されます。後のセットアップでは、高電圧電源がレーザーマシンに適用されて操作が実行されます。

レンズは、溶接が必要な領域にレーザーの焦点を合わせるために使用されます。 CAMは、溶接プロセス中のレーザーとワークピーステーブルの速度を制御するために使用されます。

マシンのフラッシュランプを起動し、光子を放出します。光子のエネルギーはルビー結晶の原子によって吸収され、電子はそれらのより高いエネルギーレベルに励起されます。低エネルギー状態または基底状態に戻ると、光子を放出します。

この光子は再び原子の電子を刺激し、2つの光子を生成します。このプロセスは継続され、複数の部品を溶接するための目的の場所で使用される集束レーザービームが得られます。

使用するレーザーの種類

1. ガスレーザー： レーザーを生成するためのレーザー媒質としてガスの混合物を使用します。レーザー媒質として、窒素、ヘリウム、CO2などのガスの混合物が使用されます。
2. 固体レーザー： 合成ルビー結晶（酸化アルミニウム中のクロム）、ガラス中のネオジム（Nd：ガラス）、イットリウムアルミニウムガーネット中のネオジム（Nd-YAG、最も一般的に使用される）などのいくつかの固体媒体を使用します。
3. ファイバーレーザー： このタイプのレーザーのレーザー媒質は光ファイバーそのものです。

レーザー加工機の利点

レーザービームを正確に制御することで、TIG、MIG、およびスポット溶接に比べていくつかの利点があります。

• 溶接強度： レーザー溶接は狭く、深さと幅の比率が優れており、強度が高くなっています。
• 熱影響部： 熱影響部は限られており、急速に冷却されるため、周囲の材料は焼きなましされません。
• 金属： レーザーは、炭素鋼、高強度鋼、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、貴金属、および異種材料の溶接に成功しています。
• 精密作業： 小さく、厳密に制御されたレーザービームにより、小型部品の正確なマイクロ溶接が可能になります。
• 変形： パーツの変形や収縮は最小限です。
• 連絡なし： 材料とレーザーヘッドの間に物理的な接触はありません。
• 片面溶接： レーザー溶接は、片側からのアクセスのみを必要とするスポット溶接に取って代わることができます。
• スクラップ： レーザー溶接は制御可能であり、少量のスクラップを生成します。

レーザー加工機のデメリット

• 溶接装置は高価であるため、このプロセスのコストは高くなります。
• フィラー材料が必要であるが、このプロセスでは、フィラー材料を使用して生産される量が限られているため、比較的高価です。
• 溶接後の操作もいくつかあります。
• ジョイントは、梁の下で横方向に正確に配置する必要があります。
• ジョイントの最終的な位置は、ビームの衝突点と正確に一致します。
• レーザービームで溶接できる最大接合部の厚さは多少制限されています。
• AlやCu合金のように、材料は高い熱伝導率と反射率を持ち、レーザーとの溶接性に影響を与える可能性があります。
• 中程度から高出力のレーザー溶接を実行しながら溶接の再現性を確保するには、適切なプラズマ制御装置を使用する必要があります。
• レーザーのエネルギー変換効率は10％未満になる傾向があります。
• LBMの急速な凝固特性の結果として、ある程度の溶接気孔率と脆性が予想されます。

レーザー加工機の用途

• 自動車業界で有名です。そのため、大量生産が必要な分野で使用されています。
• 高精度の溶接に使用されます。電極を使用しないため、最終的な溶接は軽量ですが強力になります。
• レーザー溶接は、宝石商の製造にも頻繁に使用されます。
• ただし、レーザービーム溶接は、医療業界で金属を小規模にまとめるために使用されています。