レーザー溶接
レーザー溶接法では、高エネルギー密度の集中光線（ビーム径 0.1 ～ 2 mm）を使用して部品を接続します。光ビームの種類に応じて、レーザー溶接はパルス溶接と連続溶接が可能です。スポット継手はパルス方式で溶接され、連続継ぎ目の場合はパルス周期または連続放射線が使用されます。パルス溶接は、連続生産または大量生産における高速溶接など、温度加熱による変形を最小限に抑え、継続的に高精度を確保する必要がある場合にも使用されます。
レーザー溶接は、鋼、チタン、アルミニウム、高融点金属、銅、合金、貴金属、バイメタルなど、数十ミリから数ミリの厚さのさまざまな材料を接合するために使用されます。ただし、アルミニウムや銅などの反射金属をレーザー溶接するのはやや困難です。金属のレーザー溶接を図に示します。 2.
活性金属の溶接は、光ビームの照射領域に向けられたジェットの形のシールドガスを使用して実行されます。
写真 1 — 固体レーザーでの溶接: 1 — 活性媒体 (ルビー、ガーネット、ネオジム)、2 — ポンプ ランプ、3 — 不透明ミラー、4 — 半透明ミラー、5 — 光ファイバー、6 — 光学システム、7 — 詳細、 8 — 焦点のレーザー ビーム、9、10 — レーザー ビーム スプリッター。
写真2 — 材料の溶接性
溶け込みの深さに応じて、レーザー溶接には 3 つのタイプがあります。
1) マイクロウェルディング (100 ミクロン未満)、
2) ミニ溶接 (0.1 ... 1 mm)、
3）マクロ溶接（1mm以上）。
通常、溶け込み深さが 4 mm を超えないため、レーザー溶接は主に精密工具の製造、電子機器、時計の製造、航空機製造、自動車産業、パイプ溶接などで広く使用されています。宝石業界。
突合せ溶接して重ね合わせる前に、0.1 ～ 0.2 mm のギャップを確保してください。ギャップが大きいと、バーンアウトや合成不足が発生する可能性があります。
レーザー溶接モードの主なパラメータは次のとおりです。
1) パルスの持続時間とエネルギー、
2) パルス周波数、
3) 光ビームの直径、
4) 集束ビームの最小部分から表面までの距離、
5）溶接速度。 5mm/sに達します。速度を上げるには、パルス周波数を上げるか、連続モードを使用します。
業界では、レーザー溶接に 2 種類のレーザーを使用しています。
1) 固体 - ルビー、ネオジム、YAG レーザー (イットリウム アルミニウム ガーネットベース)。
2) ガス CO2 レーザー。
最近では、石英製の光ファイバーを能動素子とするレーザー溶接機も登場しています。このようなレーザーを使用すると、反射率の高い銅や真鍮、チタンといった「問題のある」材料の溶接が可能になります。
さまざまなレーザー溶接機の機能を表 1 および表 2 に示します。
CO2 ガスレーザー溶接モードの例を表 3 に示します。
表 1 — 板厚と溶接レーザー出力
表 2 — レーザーの適用可能性
表 3 ガスレーザーによるレーザー突合せ溶接のモード
レーザービームの直径は通常 0.3 mm です。 0.3 mm 未満のビームで溶接された突合せ溶接部は、密着性が不足し、溶け込みが不足する可能性があります。最大 10 kW のレーザーによる溶接は、通常、フィラーなしで行われます。
レーザー溶接中の熱の影響を受ける領域は小さいため、溶接部は非常に急速に冷えます。これは、溶接継手の品質にマイナスとプラスの両方の影響を与える可能性があります。多くの金属は、接合部を急速に冷却することで最高の物理的および機械的特性を実現します。ただし、ステンレス鋼を溶接する場合、溶接破壊につながる可能性があります。パルス幅を 10 ms に増やして予熱すると、この現象を解消できます。
溶接材料と溶接モードを適切に選択すると、レーザー溶接では最高品質の継ぎ目が得られます。
レーザー システムは 3 つのカテゴリに分類できます。
1) エンクロージャデバイス。このような装置では、ワークピースは、保護された中性雰囲気とレーザービームを含む特別な密閉空間に配置されます。溶接工は、特殊な光学システムを使用して溶接プロセスを制御および監視できます。
2) 屋外での溶接を目的とした装置。レーザービームにはいくつかの自由度があり、プログラムされた動きを生成します。溶接ゾーンはガス流によって保護されています。
3) 手動レーザー溶接を目的とした装置。レーザー トーチは TIG 溶接トーチと非常に似ています。レーザービームは光ファイバーを使用してトーチに伝送されます。溶接中、溶接工は片手でレーザー トーチを持ち、もう一方の手で溶加材を持ちます。
表 4 — さまざまな種類のレーザー溶接の比較
レーザー溶接には次のような利点があります。
1）材料に対するレーザービームの熱影響の範囲が小さく、その結果、熱変形がわずかになります。
2) レーザー放射が透過する環境 (ガラス、液体、気体) で、手の届きにくい場所での溶接の可能性。
３）磁性材料の溶接。
4）光ビームの直径が小さく、微細溶接の可能性があり、良好な美的特性を備えた狭い溶接シーム。
5) プロセスを自動化する機能。
6) 光伝送による光ビームの柔軟な操作。
7) レーザー装置の多用途性 (レーザー溶接および切断、マーキングおよび穴あけに使用できる可能性)。
8) 異なる材料を溶接する可能性。
レーザー溶接のデメリット:
1. レーザー装置のコストと複雑さ。
2. 溶接エッジの準備と洗浄に対する高い要件。
3. 厚肉部品の溶接が不可能、パワー不足。溶接レーザーの出力を上げることは、金属に対するレーザー光線の影響が強くなり、溶接領域内で活発に散乱するため、装置の光学系に損傷を与え、数時間でレーザーが停止してしまうという事実によって制限されます。 。