レーザー溶接は材料を接合するための正確で効率的な方法です
要約すると、レーザー溶接は歪みを最小限に抑えながら高速で高品質の結果をもたらします。
幅広い材料に適応でき、各アプリケーションの特定のニーズに合わせてカスタマイズできます。
レーザー溶接の大きな利点の 1 つは、その汎用性です。
アルミニウム、銅、ステンレス鋼などの金属だけでなく、他のさまざまな材料の溶接にも使用できます。
特定の熱可塑性プラスチック、ガラス、複合材料が含まれます。
これにより、自動車製造から電子機器、さらには医療機器の製造まで、さまざまな業界で役立ちます。
レーザー溶接とは？【第2回】
最先端の未来を表現
レーザー溶接は、高エネルギーのレーザービームを使用して、接触点で材料（通常は金属）を溶かして正確に接合する最先端技術です。
このプロセスにより、従来の溶接方法に比べて変形が最小限に抑えられ、強力で耐久性のある結合が実現します。
高速かつ効率的で、高品質の結果を生み出すことができます。
レーザー溶接の心臓部
レーザー溶接の核となるのはレーザービームそのものであり、膨大な熱を発生します。
レーザーを金属表面に焦点を合わせると、材料が溶けて小さな溶融池が形成されます。
このプールは、レーザーが遠ざかると通常数ミリ秒以内に急速に固まり、部品間の接続が強固になります。
このプロセスは高度に制御されており、溶接される領域のみが影響を受け、材料の残りの部分にはほとんど影響がありません。
レーザー溶接の理解
レーザー溶接を理解する簡単な方法は、太陽光線を小さな点に集中させる虫眼鏡を想像することです。
集中した光が紙を溶かすことができるのと同じように、レーザー光線は強力なエネルギーを金属の表面に集束させます。
溶けたり、場合によっては蒸発したりします。
レーザービーム溶接のパワー密度
レーザーの出力は、出力密度で測定されます。
これは信じられないほど高い数値で、1平方センチメートルあたり数百万ワットに達します。
レーザーの出力が大きければ大きいほど、溶接プロセスは速くなり、熱は材料に深く浸透します。
ただし、レーザー出力が高くなると、機器のコストも上がります。
機械の全体的な費用を考慮するときに重要な要素になります。
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ファイバーレーザーがレーザー溶接に最適な理由
レーザー溶接における一般的なレーザーの種類について説明します
それぞれのタイプのレーザーには長所と短所があり、レーザー溶接のさまざまな用途に適しています。
ファイバーレーザーは、特に金属溶接において最も汎用性が高く、効率的です。
CO2 レーザーは円形のワークピースには便利ですが、より多くのメンテナンスが必要です。
Nd:YAG レーザーは、金型の修理などの特定の作業に最適ですが、エネルギー効率が低く、メンテナンス コストが高いことが制限となる場合があります。
最後に、ダイオードレーザーは優れたエネルギー効率を提供しますが、高精度が求められる場合には効果が低くなります。
ファイバーレーザー溶接：最も普及し、実績のある
ファイバーレーザーは現在、レーザー溶接において最も普及し、実績のある技術です。
エネルギー効率が約30%と高いことで知られています。
これにより、熱管理が改善され、運用コストが削減されます。
ファイバーレーザーから放射される赤外線波長は、ほとんどの金属によく吸収されます。
幅広い溶接作業に非常に効果的です。
ファイバーレーザーの最大の利点の 1 つは、光ファイバーケーブルを通じてレーザービームを生成し、誘導できることです。
これにより、ビーム品質が向上し、精度とエネルギー密度が向上し、溶接時の溶け込み深さが良好になります。
さらに、ファイバーレーザーでは消耗品の使用が最小限に抑えられるため、メンテナンスのコストと複雑さが軽減されます。
また、ロボットや CNC マシンと簡単に統合できるため、産業現場で非常に多用途に使用できます。
もう一つの利点は、ファイバーレーザーの出力には実質的に制限がないため、厚い材料でも高性能な溶接が可能になることです。
CO2レーザー：特定の用途に最適
CO2 レーザーは、産業用レーザー溶接に使用された最初のタイプのレーザーであり、現在でも特定の用途で使用されています。
これらのレーザーは、光ファイバーを介して誘導できないガスベースのレーザービームを放射します。
その結果、ファイバーレーザーに比べてビーム品質が低下します。
これにより、一部の溶接アプリケーションでは精度が低下します。
CO2 レーザーは、ワークピースが回転している間にレーザーを固定できるため、通常は円形のワークピースの溶接に使用されます。
ただし、ミラーやガスなどの消耗品が頻繁に必要になるため、より多くのメンテナンスが必要になります。
平均エネルギー効率は約 20% であり、CO2 レーザーはファイバー レーザーほどエネルギー効率が高くありません。
結果として運用コストが高くなります。
Nd:YAGレーザー：限界付きで実証済み
Nd:YAG（ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット）レーザーは、レーザー溶接において実績のある技術です。
しかし、それらにはいくつかの制限があります。
エネルギー効率は低く、通常は 5% 程度です。
これにより、熱管理の問題が発生し、運用コストが高くなります。
Nd:YAG レーザーの強みの 1 つは、光ファイバーを使用してレーザー ビームを誘導し、ビームの品質を向上させることができることです。
しかし、レーザービームを小さな点に集中させることは依然として困難であり、特定の用途では精度が制限されます。
Nd:YAG レーザーは、より大きな焦点が許容される金型の修理などの特定の作業によく使用されます。
また、鏡やランプなどの消耗品は定期的に交換する必要があるため、メンテナンスコストも高くなります。
ダイオードレーザー：ビーム品質が悪いため焦点を合わせるのが難しい
ダイオードレーザーは、高いエネルギー効率（約 40%）が求められるアプリケーションで一般的になりつつあります。
この高い効率により、他のレーザー タイプと比較して、熱管理が改善され、運用コストが削減されます。
しかし、ダイオードレーザーの大きな欠点の 1 つは、ビーム品質が非常に低いことです。
これにより、レーザーを小さなスポットサイズに集中させることが難しくなります。
これにより、一部の溶接アプリケーションでは精度が制限されます。
それにもかかわらず、ダイオードレーザーは、特定の材料、特にプラスチックには依然として有用であり、それらの用途で効果的に使用できます。
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伝導・キーホールレーザー溶接
一般的な溶接技術の理解
レーザー溶接は、伝導溶接とキーホール溶接の 2 つの主なタイプに分けられます。
これら 2 つのプロセスは、レーザーが材料と相互作用する方法と、生成される結果が異なります。
主な違い
溶接品質
伝導溶接では通常、スパッタや欠陥が少なく、よりきれいな結果が得られますが、キーホール溶接ではスパッタや多孔性が増加し、熱影響部が大きくなる可能性があります。
溶接熱分布
伝導溶接では熱が全方向に均等に分散されますが、キーホール溶接では熱がより狭い垂直方向に集中し、より深い浸透につながります。
溶接速度
キーホール溶接は高速なので大量生産に適していますが、伝導溶接は低速ですが精度が高くなります。
伝導溶接
伝導溶接は、より穏やかでゆっくりとしたプロセスです。この方法では、レーザービームが金属の表面を溶かします。
金属を融解温度（液体に変わる温度）まで到達させます。
しかし、それを超えて気化温度（金属がガスに変わる温度）まで上昇してはいけません。
熱は材料全体に均等に分散され、金属内のすべての方向に熱伝達が起こります。
伝導溶接では材料がよりゆっくりと溶けるため、より高品質な結果が得られます。
これには、スパッタ（溶接中に漏れる溶融材料の小さな液滴）が最小限に抑えられ、煙も少なくなるため、プロセスがよりクリーンになります。
ただし、伝導溶接は速度が遅いため、通常、速度よりも精度と高品質の接合が求められる用途に使用されます。
キーホール溶接
一方、キーホール溶接はより高速かつ強力なプロセスです。
この方法では、レーザービームが金属を溶かして蒸発させ、材料に小さく深い穴または鍵穴を作成します。
レーザーの強力な熱により、金属は溶融温度と気化温度の両方に達します。
溶融池の一部はガスに変化します。
材料が気化するため、熱はレーザービームに対してより垂直に伝達され、より深く狭い溶接プールが形成されます。
このプロセスは伝導溶接よりもはるかに高速であるため、大量生産ラインに最適です。
しかし、急速かつ高熱のためスパッタが発生し、急速な溶融により多孔性（溶接部内に閉じ込められた小さなガス泡）が生じることもあります。
そして、熱影響部（HAZ）（熱によって変化する溶接周囲の領域）が大きくなります。
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投稿日時: 2024年12月25日