溶接とは、熱を加えることによって2つ以上の金属を接合するプロセスです。溶接では通常、材料を融点まで加熱し、母材金属を溶融させて接合部の隙間を埋め、強固な接合部を形成します。レーザー溶接は、レーザーを熱源として使用する接合方法です。
角型ケースのパワーバッテリーを例にとると、バッテリーコアは複数の部品を介してレーザーで接続されます。レーザー溶接プロセス全体を通して、材料の接合強度、生産効率、不良率の3つが業界で特に注目されている点です。材料の接合強度は、金属組織の浸透深さと幅（レーザー光源と密接に関係）によって反映されます。生産効率は主にレーザー光源の加工能力に関係し、不良率は主にレーザー光源の選択に関係します。そこで、この記事では市場で一般的なレーザー光源について考察します。いくつかのレーザー光源の簡単な比較を行い、プロセス開発者の皆様のお役に立てれば幸いです。
なぜならレーザー溶接本質的には光から熱への変換プロセスであり、関連するいくつかの重要なパラメータは次のとおりです。ビーム品質（BBP、M2、発散角）、エネルギー密度、コア径、エネルギー分布形状、適応溶接ヘッド、加工プロセスウィンドウ、および加工可能な材料。これらの方向からレーザー光源を分析および比較するために主に使用されます。
シングルモードレーザーとマルチモードレーザーの比較
シングルモード・マルチモードの定義：
シングルモードとは、2次元平面上の単一のレーザーエネルギー分布パターンを指し、マルチモードとは、複数の分布パターンの重ね合わせによって形成される空間エネルギー分布パターンを指します。一般的に、ビーム品質M2係数の大きさは、ファイバーレーザー出力がシングルモードかマルチモードかを判断するために使用できます。M2が1.3未満の場合は純粋なシングルモードレーザー、M2が1.3から2.0の間の場合は準シングルモードレーザー（少数モード）、M2が2.0より大きい場合はマルチモードレーザーです。
なぜならレーザー溶接本質的には光から熱への変換プロセスであり、関連するいくつかの重要なパラメータは次のとおりです。ビーム品質（BBP、M2、発散角）、エネルギー密度、コア径、エネルギー分布形状、適応溶接ヘッド、加工プロセスウィンドウ、および加工可能な材料。これらの方向からレーザー光源を分析および比較するために主に使用されます。
シングルモードレーザーとマルチモードレーザーの比較
シングルモード・マルチモードの定義：
シングルモードとは、2次元平面上の単一のレーザーエネルギー分布パターンを指し、マルチモードとは、複数の分布パターンの重ね合わせによって形成される空間エネルギー分布パターンを指します。一般的に、ビーム品質M2係数の大きさは、ファイバーレーザー出力がシングルモードかマルチモードかを判断するために使用できます。M2が1.3未満の場合は純粋なシングルモードレーザー、M2が1.3から2.0の間の場合は準シングルモードレーザー（少数モード）、M2が2.0より大きい場合はマルチモードレーザーです。
図に示すように、図bは単一の基本モードのエネルギー分布を示しており、円の中心を通る任意の方向のエネルギー分布はガウス曲線の形をしています。図aはマルチモードのエネルギー分布を示しており、これは複数の単一レーザーモードの重ね合わせによって形成される空間エネルギー分布です。マルチモードの重ね合わせの結果は、平坦な頂部を持つ曲線となります。
一般的なシングルモードレーザー：IPG YLR-2000-SM（SMはシングルモードの略）。計算では、焦点スポットサイズを計算するためにコリメートされた焦点150-250を使用し、エネルギー密度は2000Wで、焦点エネルギー密度は比較に使用されます。
シングルモードとマルチモードの比較レーザー溶接影響
シングルモードレーザー：コア径が小さく、エネルギー密度が高く、貫通力が強く、熱影響部が小さく、鋭利なナイフに似ており、特に薄板の溶接や高速溶接に適しており、ガルバノメーターと併用して、小さな部品や高反射部品（極めて反射性の高い部品）の耳、接続部品などを加工できます。上の図に示すように、シングルモードはキーホールが小さく、内部の高圧金属蒸気の体積が限られているため、一般的に内部気孔などの欠陥がありません。低速では、保護空気を吹き付けないと外観が粗くなります。高速では、保護が追加されます。ガス加工品質は良好で、効率が高く、溶接部は滑らかで平坦で、歩留まり率が高いです。積層溶接や浸透溶接に適しています。
マルチモードレーザー：コア径が大きく、シングルモードレーザーよりもエネルギー密度がやや低く、刃先が鈍く、キーホールが大きく、金属構造が厚く、深さ対幅比が小さく、同じ出力では、貫通深さがシングルモードレーザーよりも30%低いため、突合せ溶接加工や、大きな組立ギャップのある厚板加工に適しています。
複合リングレーザーコントラスト
ハイブリッド溶接：波長915nmの半導体レーザービームと波長1070nmのファイバーレーザービームを同一の溶接ヘッド内で組み合わせます。2つのレーザービームは同軸に配置され、2つのレーザービームの焦点面を柔軟に調整できるため、製品には半導体とファイバーの両方の要素が含まれます。レーザー溶接溶接後の性能。効果は明るく、繊維の深みがある。レーザー溶接.
半導体では、400μmを超える大きな光スポットがよく用いられます。これは主に、材料の予熱、材料表面の溶融、およびファイバーレーザーの材料吸収率の向上（材料のレーザー吸収率は温度の上昇とともに増加する）に寄与します。
リングレーザー：2つのファイバーレーザーモジュールがレーザー光を発し、それが複合光ファイバー（円筒形光ファイバー内にリング状光ファイバーが内蔵されたもの）を通して材料表面に伝送される。
環状スポットを持つ2つのレーザービーム：外側のリングはキーホール開口部の拡大と材料の溶融を担い、内側のリングレーザーは浸透深さを制御することで、超低スパッタ溶接を実現します。内側と外側のリングレーザーの出力コア径は自由に調整可能で、単一レーザービームよりも加工範囲が広くなっています。
複合材円形溶接効果の比較
ハイブリッド溶接は、半導体熱伝導溶接と光ファイバー深溶け込み溶接を組み合わせたものであるため、外輪の溶け込みが浅く、金属組織がよりシャープで細くなります。同時に、外観は熱伝導性があり、溶融池の変動が小さく、範囲が広く、溶融池がより安定しているため、より滑らかな外観になります。
リングレーザーは深溶け込み溶接と深溶け込み溶接の組み合わせであるため、外側のリングも溶け込み深さを生み出すことができ、キーホールの開口部を効果的に拡大できます。同じ出力で溶け込み深さが大きく、金属組織が厚くなりますが、同時に溶融池の安定性は光ファイバー半導体の複合溶接よりもわずかに低く、変動は複合溶接よりもわずかに大きく、粗さは比較的大きくなります。
投稿日時：2023年10月20日
