レーザー接合技術、またはレーザー溶接技術は、高出力レーザービームを用いて材料表面への照射を集中・制御し、材料表面がレーザーエネルギーを吸収して熱エネルギーに変換することで、材料が局所的に加熱・溶融し、その後冷却・凝固することで、同種または異種の材料の接合を実現する。レーザー溶接プロセスには、10のレーザー出力密度が必要となる。410まで8W/cm2従来の溶接方法と比較して、レーザー溶接には次のような利点があります。
レーザー接合技術、またはレーザー溶接技術は、高出力レーザービームを用いて材料表面への照射を集中・制御し、材料表面がレーザーエネルギーを吸収して熱エネルギーに変換することで、材料が局所的に加熱・溶融し、その後冷却・凝固することで、同種または異種の材料の接合を実現する。レーザー溶接プロセスには、10のレーザー出力密度が必要となる。410まで8W/cm2従来の溶接方法と比較して、レーザー溶接には次のような利点があります。
1-プラズマ雲、2-溶融物質、3-キーホール、4-核融合の深さ
キーホールが存在するため、レーザービームはキーホールの内部を照射した後、材料によるレーザーの吸収が増加し、散乱などの効果によって溶融池の形成が促進されるため、2つの溶接方法を以下のように比較します。
上の図は、同じ材料、同じ光源を用いたレーザー溶接プロセスを示しています。エネルギー変換機構はキーホールを通してのみ行われ、キーホールと穴の壁付近の溶融金属はレーザービームの進行とともに移動し、溶融金属はキーホールから離れた場所に残った空気を充填し、凝縮して溶接シームを形成します。
溶接する材料が異種金属である場合、熱特性の違いが存在すると、溶接プロセスに大きな影響を与えます。例えば、異なる材料の融点、熱伝導率、比熱容量、膨張係数の違いなどにより、溶接応力、溶接変形、溶接接合金属の結晶化条件の変化が生じ、溶接部の機械的特性が低下します。
そのため、溶接現場のさまざまな特性に応じて、レーザーフィラー溶接、レーザーろう付け、デュアルビームレーザー溶接、レーザー複合溶接などの溶接プロセスが開発されてきた。
レーザーワイヤー充填溶接
アルミニウム、チタン、銅合金のレーザー溶接プロセスでは、これらの材料におけるレーザー光の吸収率が低い（10%未満）ため、光生成されたプラズマがレーザー光をある程度遮蔽し、スパッタが発生しやすく、気孔や亀裂などの欠陥が生じる。さらに、薄板スパッタリングにおいて、ワークピース間のギャップがスポット径よりも大きい場合も、溶接品質に影響が出る。
上記の問題を解決するには、溶加材を用いる方法が有効である。溶加材としては、ワイヤ状または粉末状のもの、あるいは予め設定された溶加材を用いる方法などがある。溶加材を塗布すると、スポットが小さくなるため、溶接部は狭くなり、表面はわずかに凸状になる。
レーザーろう付け
溶融溶接では2つの溶接部品を同時に溶融させるのに対し、ろう付けでは母材よりも融点の低い溶加材を溶接面に添加し、母材の融点よりも低く、かつ溶加材の融点よりも高い温度で溶加材を溶融させて隙間を埋め、その後凝縮させて固体の溶接部を形成する。
ろう付けは、熱に弱いマイクロエレクトロニクス機器、薄板、揮発性金属材料に適しています。
さらに、ろう付け材料を加熱する温度に応じて、軟ろう付け（450℃未満）と硬ろう付け（450℃以上）に分類することもできます。
デュアルビームレーザー溶接
デュアルビーム溶接では、レーザー照射時間と位置を柔軟かつ容易に制御できるため、エネルギー分布を調整できます。
主にアルミニウム合金やマグネシウム合金のレーザー溶接、自動車のスプライス溶接や重ね板溶接、レーザーろう付け、深溶融溶接などに使用されます。
二重ビームは、2つの独立したレーザーを用いるか、ビームスプリッターを用いてビームを分割することによって得ることができる。
2つのビームは、時間領域特性（パルス型か連続型か）、波長（中赤外線か可視光か）、出力が異なるレーザーの組み合わせで構成することができ、実際の加工対象物に応じて選択できる。
4.レーザー複合溶接
レーザービームを唯一の熱源として使用するため、単一熱源レーザー溶接はエネルギー変換率と利用率が低く、溶接母材の接合部に位置ずれや気孔、亀裂などの欠陥が生じやすい。この問題を解決するために、他の熱源の加熱特性を利用してワークピースへのレーザーの加熱を改善することができ、これは通常レーザー複合溶接と呼ばれる。
レーザー複合溶接の主な形態は、レーザーと電気アークの複合溶接であり、1 + 1 > 2 の効果は以下のとおりです。
レーザービームがアーク照射付近に到達した後、電子密度が大幅に減少するレーザー溶接によって生成されたプラズマ雲は希釈され、レーザー吸収率を大幅に向上させることができる一方、基材の予熱によるアーク放電は、レーザーの吸収率をさらに高める。
2. アークの高いエネルギー利用と合計エネルギー利用が増加する.
3、レーザー溶接の作用領域が小さいため、溶接ポートの位置ずれが発生しやすく、アークの熱作用が大きいため、溶接ポートのずれを軽減する同時に、溶接品質とアーク効率が向上しますレーザー光線がアークに集束・誘導する効果によるものです。
4、レーザー溶接はピーク温度が高く、熱影響部が大きく、冷却と凝固速度が速く、亀裂や気孔が発生しやすい。一方、アーク溶接は熱影響部が小さいため、温度勾配、冷却、凝固速度を低減できる。気孔や亀裂の発生を抑制・解消できる.
レーザーアーク複合溶接には、レーザーTIG複合溶接（下図参照）とレーザーMIG複合溶接という2つの一般的な方法があります。
レーザー溶接やプラズマアーク溶接、レーザーと誘導加熱源を組み合わせた複合溶接など、他の溶接方法も存在する。
MavenLaserについて
Maven Laserは、中国におけるレーザー産業応用分野のリーダーであり、グローバルなレーザー加工ソリューションを提供する権威ある企業です。当社は製造業の発展動向を深く理解し、製品とソリューションを絶えず充実させ、製造業における自動化、情報化、インテリジェント化の融合を追求することに尽力しています。レーザー溶接装置、レーザーマーキング装置、レーザー洗浄装置、レーザー金銀ジュエリー切断装置など、フルパワーシリーズを含む幅広い製品を様々な業界に提供し、レーザー機器分野における影響力を拡大し続けています。
投稿日時：2023年1月13日
