熱伝導溶接と深溶け込み溶接 日本

1.レーザー熱伝導溶接の定義と特徴

レーザー熱伝導溶接は、 レーザー溶接。この溶接モードは溶け込み深さが浅く、深さ対幅の比が小さいです。電力密度が 10^4~10^5 W/cm2 未満の場合は伝導溶接に分類され、溶融深さが浅いことが特徴です。そして溶接速度も遅くなります。

熱伝導溶接では、レーザ照射エネルギーが材料表面に作用し、レーザ照射エネルギーが表面で熱に変換されます。表面熱が熱伝導により内部に拡散し、材料が溶融して溶融池が形成されます。溶融池はレーザー光とともに前進しますが、溶融池内の溶融金属は前進しません。レーザー光が前進すると、溶融池内の溶融金属が凝固して、 2 つの材料を接続する溶接。

レーザー照射エネルギーは材料の表面にのみ作用し、熱伝導により下地の材料の溶解が行われます。レーザーエネルギーは表面の10～100nmの薄膜に吸収されて溶解した後、表面温度が継続します。が増加し、溶融温度の等温線が材料の深部まで伝播します。最大表面温度は蒸発温度までしか到達できません。したがって、この方法で達成できる溶融深さは、蒸発温度と熱伝導率によって制限されます。主に薄物（1mm程度）や小物部品の溶接に使用されます。

溶接に使用されるビームの出力密度は低いです。ワークがレーザーを吸収した後は、表面の融点まで温度が上昇するだけで、その後は熱伝導によりワーク内部に熱が伝わり、溶融池が形成されるため経済的です。また、溶接シームも良好です。平滑で気孔がなく、外観部品の溶接加工に使用できます。

代表的な用途は、ステンレス鋼のシンク溶接、金属ベローズ、金属管継手の溶接などです。

2.レーザー深溶け込み溶接の定義と特徴

電力密度が10^5~10^7W/cm2を超えると、熱により金属表面が「穴」に凹み、深溶け込み溶接が形成され、溶接速度が速く、アスペクト比が大きいという特徴があります。

レーザー深溶け込み溶接の冶金学的物理プロセスは、電子ビーム溶接の冶金学的物理プロセスと非常によく似ています。つまり、エネルギー変換メカニズムは「小さな穴」構造によって完成します。十分に高い出力密度のビームの照射下で、材料は蒸発し、蒸気が満たされたこの小さな穴は黒体のようなもので、入射光のエネルギーをほぼすべて吸収し、穴内の平衡温度は約25,000度に達します。この高温の外壁から熱が伝わります。小さな穴は、ビームの照射下で壁材料が継続的に蒸発することによって発生する高温の蒸気で満たされます。小さな穴の壁は溶融金属で囲まれ、液体金属は固体材料で囲まれています。穴壁の外側の液体の流れと壁層の表面張力は、穴キャビティ内で継続的に発生する蒸気圧と同位相です。光線は継続的に小さな穴に入り、小さな穴の外側の物質は連続的に流れます。光線が移動すると、小さな穴は常に安定した流れの状態になります。つまり、パイロットビームの前進速度に応じて、小穴とその周囲の溶融金属が前進する。溶融金属は、小さな穴が除去された後に残った隙間を埋め、それに応じて凝縮して溶接が形成されます。これらすべてが非常に速く起こるため、溶接速度は簡単に毎分数メートルに達します。

材料の深溶け込み溶接には非常に高いレーザー出力が必要です。熱伝導溶接とは異なり、深溶け込み溶接では金属を溶かすだけでなく、金属を蒸発させます。溶けた金属は金属蒸気の圧力で放出され、小さな穴が形成されます。レーザービームは穴の下部を照射し続け、穴内の蒸気圧が液体金属の表面張力および重力と釣り合うまで穴を広げます。深溶け込み溶接後は、狭くて均一な溶接が形成されます。このプロセスは、処理速度が速く、熱影響部が小さいため、材料の変形が小さいという特徴があります。

一般的な用途は、厚い鋼板 (10 ～ 25 mm) の溶接や、パワーバッテリーのアルミニウム シェルの溶接です。

3.レーザー深溶け込み溶接の特徴

高アスペクト比。 高温蒸気の円筒形チャンバーの周囲に溶融金属が形成され、ワー​​クピースに向かって広がるため、溶接部は深く狭くなります。

最小限の熱入力。 小さな穴の内部の温度は非常に高いため、溶解プロセスは非常に速く起こり、ワークピースへの入熱は非常に低く、熱変形と熱影響部は小さくなります。

高密度。 高温の蒸気で満たされた小さな穴は溶接池の撹拌とガスの逃がしに役立ち、結果として気孔のない溶け込み溶接が得られるためです。溶接後の冷却速度が速いため、溶接組織の微細化が容易です。

強力な溶接。 高温の熱源と非金属成分の完全な吸収により、不純物含有量が減少し、溶融池内の介在物サイズとその分布が変化します。溶接プロセスには電極やフィラーワイヤ、溶融ゾーンが必要ありません。汚染が少ないため、溶接部の強度と靭性は母材と少なくとも同等、またはそれを超えています。

正確なコントロール。 集光スポットが小さいため、溶接シームを高精度に位置決めできます。レーザー出力には「慣性」がなく、高速での停止および再起動が可能です。 CNC ビーム移動技術を使用して、複雑なワークピースを溶接できます。

非接触の大気溶接プロセス。エネルギーは光子ビームから得られ、ワークピースとの物理的接触がないため、ワークピースに外力がかかりません。また、磁気や空気はレーザー光に影響を与えません。

レーザー深溶け込み溶接のメリット：

1）集光レーザーは従来に比べて出力密度が非常に高いため、溶接速度が速く、熱影響部が小さく変形が小さく、チタンなどの難溶接材の溶接も可能です。
2）ビームの伝達と制御が容易なため、溶接ガンやノズルを頻繁に交換する必要がなく、電子ビーム溶接に必要な真空も必要ないため、ダウンタイムや補助時間が大幅に削減され、負荷率と生産効率が向上します。高いです。
3）浄化効果と高い冷却速度により、溶接シームは高い強度、靭性、および全体的な性能を備えています。
4）平均入熱量が低く、加工精度が高いため、再処理コストを削減できます。さらに、レーザー溶接の運用コストも低いため、ワークの加工コストを削減できます。
5）ビーム強度と微細な位置決めを効果的に制御でき、自動運転の実現が容易です。

レーザー深溶け込み溶接のデメリット：

1）溶接深さには限界があります。

2）ワークの組み立てには高い要求が要求されます。

3）レーザーシステムへの一度の投資は比較的高額です