ハンドヘルドレーザー溶接スピードチャート

主に板金溶接用のレーザー溶接工程は、レーザーの種類によってファイバー連続レーザー溶接とYAGパルスレーザー溶接に分類できる。ファイバー連続レーザー溶接 レーザーの原理 溶接は、伝導溶接と深溶け込みレーザー溶接に分けられる。

104~105 W/cm以下のパワー密度²溶接は伝導溶接と呼ばれ、溶け込みが浅く、溶接速度が遅いのが特徴である。電力密度が105～107W/cmを超える場合²深溶け込み溶接は、溶接速度が速く、深さ対幅の比率が高いことで知られている。

伝導型レーザー溶接の原理は、レーザー放射が加工表面を加熱することである。表面の熱は熱伝導によって内側に拡散する。パルス幅、エネルギー、ピーク・パワー、繰り返し率などのレーザー・パラメーターを制御することで、被加工物が溶融し、特定の溶融池が形成されるため、薄板の溶接に適している。

歯車溶接や冶金薄板溶接に使用されるレーザー溶接機は、主に深溶け込みレーザー溶接を行う。

表1 ハンドヘルド レーザー溶接厚さ スピードチャート

深溶け込みレーザー溶接の原理

レーザー深溶け込み溶接の原理は、連続ファイバー・レーザー・ビームを使用して材料を接合することである。この冶金的物理的プロセスは、エネルギー変換メカニズムが「キーホール」構造によって達成される電子ビーム溶接と非常によく似ている。

レーザーの高い出力密度の下で、材料は蒸発してキーホールを形成する。この蒸気で満たされたキーホールは黒体のように作用し、入射ビームエネルギーをほぼすべて吸収し、共振器内の平衡温度は約2500℃に達する。

高温のキャビティ壁から熱が伝わり、キャビティ周囲の金属を溶かす。キーホール内は、レーザーの照射下で壁材が連続的に気化することで発生する高温蒸気で満たされ、キーホール壁の周囲には溶融金属が、溶融金属の周囲には固体材料が存在する（ほとんどの従来の溶接プロセスやレーザー伝導溶接とは異なり、エネルギーはまず被加工物の表面に付着してから内側に伝達される）。

孔壁の外側の液体の流れと壁層の表面張力は、キャビティ内の連続的な蒸気圧と動的に釣り合います。ビームは連続的にキーホールに入り、キーホール外の材料は連続的に流れ、ビームが移動してもキーホールは安定した流動状態を保ちます。

つまり、キーホールと穴壁を囲む溶融金属が先導ビームの速度で前進し、移動するキーホールによって残された空隙を溶融金属で満たし、それが凝固して溶接部が形成される。このプロセス全体が非常に速く行われるため、溶接速度は容易に毎分数メートルに達する。

レーザー溶接機の溶接速度に影響する要因

電力密度の重要性
出力密度は、レーザー溶接機の溶接速度を決定する中核的な要素である。出力密度が高いほど、溶接領域にエネルギーが集中し、溶融とプールの形成が速くなるため、溶接速度が速くなる。したがって、出力密度を最適化することは、レーザー溶接速度を向上させる効果的な方法である。

レーザービーム径が溶接速度に及ぼす影響
レーザービームの直径は、もう一つの重要な考慮事項である。一般的に、レーザービームの直径が小さいほど出力密度が高くなり、溶接速度が速くなります。異なる材料や溶接作業に合わせてレーザービーム径を調整することは、溶接効率を高めるための重要な戦略です。

素材の種類と厚さの違い
材料によってレーザーに対する反応は異なり、材料の厚さは溶接速度に直接影響します。一部の材料はレーザーで加熱されやすく、薄い材料は通常、より速く加熱および溶接できます。したがって、溶接計画を立てる際には、最適な溶接速度を達成するために、材料の種類と厚さの両方を考慮することが極めて重要です。

溶接速度設定の調整
レーザー溶接機のオペレーターは、溶接速度を調整することで溶接プロセスを柔軟に制御できる。通常、溶接速度を上げることは、レーザー溶接機が単位時間内にさらに移動することを意味し、より高い溶接速度を達成する。しかし、この場合、溶接の品質を損なわないように、オペレーターは溶接パラメーターを深く理解する必要があります。

溶接ガスと大気条件の重要性
レーザー溶接では、溶接部への酸素の侵入と酸化を防ぐため、アルゴンなどのシールド・ガスの使用が必要となることが多い。大気の質と組成も溶接速度に影響する。適切な雰囲気を維持することは、レーザー溶接の安定性と効率にとって極めて重要である。

レーザーの出力と波長の調整
レーザーの出力と波長は、溶接速度に影響する重要な要素である。通常、レーザー出力が高いほど溶接速度が速くなる。さらに、レーザーの波長を調整することで、異なる材料の吸収特性によりよく適応できるため、溶接効率が向上する。

溶接ヘッド形状とスポット形状の選択
溶接機からのレーザー・スポットの形状と構成も、溶接速度に大きく影響する。形状や構成が異なれば、必要な溶接パラメーターも異なるため、適切な溶接ヘッド形状を選択するには、特定の溶接要件を慎重に検討する必要がある。

溶接角度と方向の調整
溶接ヘッドの角度と方向も、溶接速度に影響する要因である。溶接角度と方向を適切に調整することで、より均一な熱分布が得られ、溶接速度が向上する。

補助材料および補助機器の使用
溶接補助剤または補助加熱装置などの適切な 補助材料および補助装置を使用することで、溶接 過程における熱伝導およびプールの形成を改善し、 溶接速度に影響を与えることができる。特定の溶接作業において、こうした補助手段を適 用することは、効率を高める効果的な方法である。

溶接設計の検討
溶接部の設計と幾何学的形状は、溶接速度に影響す る重要な要因である。複雑な溶接形状は、より長い 溶接時間を必要とするため、溶接前に溶接部を 合理的に設計することで、溶接速度を最適化で きる。

レーザー焦点距離の最適化
レーザー溶接機の焦点距離（焦点からワーク表面までの距離）は、溶接効果を最適化し、溶接速度を向上させることができる。焦点距離を正しく選択することは、レーザー溶接機の性能を十分に活用するために非常に重要です。

ワークの前処理の影響
ワーク表面の状態と前処理は、溶接速度に直接影響する。きれいな表面と適切な前処理は、レーザーエネルギーの吸収と透過を改善し、溶接速度に影響を与える。

温度管理の必要性
環境温度と、溶接プロセス中のワークの初期温度は、 考慮が必要な要因である。場合によっては、適切な温度を維持し、溶接速度と品質 のバランスを確保するために、冷却または加熱措置が必 要になることもある。

いくつかの要因が影響している。 レーザー溶接機の溶接速度パワー密度、レーザー・ビーム径、材料の種類と厚さ、溶接速度の設定を含む。これらのパラメーターを調整することで、オペレーターはより良い溶接結果を得ることができる。さらに、補助材料、溶接ヘッド形状、レーザー焦点距離の最適化も、溶接速度に影響する重要な役割を果たす。これらの要因の協働効果により、レーザー溶接技術の柔軟性が向上し、製造業界を効率的で正確な未来へと導きます。