JPT技術ノート

【専門家が選ぶ】用途や溶接技術ごとにおすすめのレーザ溶接機

2023年9月

概要

金属を扱うことは、ワクワクすると同時にとても刺激的なものです。 溶接工は金属を思い描いた製品や形状に変えます。 暑さが増し、火花が飛び散る合間に、溶接工たちは業界の専門家の指導と支援の下、スキルを習得するためにたゆまぬ練習と努力を重ねます。

溶接は基本的に、2つまたは複数の別個の部品を取り付けるために熱を必要とする製造プロセスです。 現在、専門家はレーザ溶接、従来のアーク溶接、およびスポット溶接などの方法を使用して作業を行っています。 あらゆる種類のプロセスは、さまざまなケースに適した独自の特殊な特性を備えています。 たとえば、従来の溶接では、精度が低いワークピースの取り付けに対応できます。 一方、レーザ溶接は、歪み (熱) のリスクが低く、処理速度が向上します。

この記事では、レーザ溶接機、その用途、溶接技術について詳しくまとめます。


レーザ溶接とは何か?

では、レーザ溶接は何に使用されるのでしょうか?

レーザスポットまたはレーザ溶接は、レーザを利用して溶接スポットを生成し、金属を接合または付着させる非接触プロセスの一種です。 レーザは基板に焦点を合わせ、光を吸収して金属を溶かします。 この液体金属は流れて固まり、小さな溶接点が形成されます。

この完全なプロセスは数ミリ秒以内に完了します。 顧客が高速処理、多層接合、または複雑な形状の溶接を必要とする場合に、レーザ溶接は幅広い用途と独自のソリューションを提供します。 材料の厚さと必要な接着強度に応じて、完全に繰り返すこともあります。

ファイバーレーザ溶接はどのように行われるのでしょうか? レーザ溶接は常に自動化されたプロセスです。 光ファイバー (ファイバー レーザ溶接) は、ダイオード、YAG、ディスク レーザ、およびファイバーからのビームを伝送します。 ロボット多軸搬送システムの助けを借りて遠隔から簡単に操作できるため、幾何学的に柔軟な製造プロセスが実現します。


レーザ溶接の利点は何か?

利点または利点は、レーザ溶接で鍵穴を作成する現象に関連しています。 キーホールにより、最上面だけでなく材料の厚さ全体を通して熱が入力されます。 主な利点は以下のとおりです。

  1. 狭くて深い溶接:レーザ溶接では、高アスペクト比（狭い幅と深い深さ）の溶接を行うことができます。 したがって、レーザ溶接は、他の溶接手順には適していない（伝導が制限されている）接合部を構成することが可能です。
  2. 柔軟性とスピード:レーザ溶接は最も速い技術の 1 つです。 薄い部分の材料の溶接 (毎分数メートルの速度で) は、使用するレーザの出力と種類に大きく依存します。 したがって、レーザは自動化された高生産環境での作業に非常に適しています。 厚い部分の場合、キーホール レーザ溶接プロセスを使用すると、他の技術では何度も行う必要がある接合を一度に完了できるため、生産性が向上します。
  3. 低入熱、低歪み:レーザは、鍵穴を作成する機能を持つ高濃度の熱源を生成します。 レーザ溶接では少量の溶接金属が生成され、伝達される熱量も限られています。 この低熱の入力によって生じるもう 1 つの利点は、熱影響を受ける幅のゾーンが狭いため、損傷や物性損失が最小限に抑えられることです。
  4. 酸化防止ガスシールド:レーザ溶接は大気圧で行われますが、ビーム電子キーホールを使用した最大溶接作業とは異なり、酸化を避けるためにガスシールドが使用されます。
  5. 片面非接触プロセス:レーザ溶接プロセスでは、金属片を接合したり取り付けたりするために力はかかりません。
  6. これは非連続形式の溶接であり、プラスチック、Al、Ni、Ti 合金などのさまざまな厚さの多くの材料 (非金属および金属) に適しています。 さらに、スチールとアルミニウムなどの異種材料にも適用できます。

従来のレーザ溶接技術と新しいレーザ溶接技術の違い

両方のタイプの溶接の相違点は次のとおりです。

  • 熱源 ? 従来の溶接には、TIG (タングステン不活性ガス) と MIG (金属不活性ガス) が含まれており、電極とワークピースの間に発生する電気アークを使用して溶接を行います。抵抗スポット溶接は、電流からの熱を利用して金属シートを接続します。 斑点あり。 比較すると、レーザ溶接は、光学モジュールから放射されるレーザビームの助けを借りて、設計された高度な取り付けプロセスを実現しました。
  • 適応性 ? 従来の溶接プロセスは、レーザ溶接プロセスほど正確である必要はなく、治具もレーザ溶接プロセスのようにほぼ完璧なフィット感を保証する必要がなく、精度は低くてもワークピースのフィットアップに対応できます。
  • 熱影響部 ? 従来の溶接プロセスと比較して、レーザ溶接は熱影響部がはるかに小さく、より微細な溶接が可能です。
  • 処理速度 ? レーザ溶接は従来の溶接よりも投資コストがかかりますが、処理速度が速いため、実際には費用効率が高くなります。 その結果、生産が速くなると製造能力が向上し、その結果、回転が速くなります。
  • 自動化 ? 従来の溶接は、その伝統により製造業界ではよく理解されており、自動化がはるかに簡単で、必要な調整の精度も低くなります。 ただし、レーザ溶接は発生する熱が少なく、必要な冷却時間が短いため、効率と精度が向上し、これは産業オートメーションにおいて最も有利な要素の 1 つです。
  • 投資コスト ? レーザ溶接と比較して、従来の溶接の初期投資コストは、レーザ加工ヘッドと送達ファイバーの価格が高いため、最初は低くなります。 しかし、レーザ溶接の効率と部品あたりのコストの低下により、生産量が増加するにつれて限界コストは低下し続けるでしょう。

さまざまな用途や溶接プロセスに合わせてレーザ溶接機をどのように選択するか?

まず、通常溶接機に装備されている 2つの主な種類のレーザ溶接機、つまり連続波（CW）レーザとパルスレーザのどちらかを選択する必要があります。 これらのレーザタイプのいずれを選択するかは、溶接する必要がある材料の厚さに完全に依存します。

連続波（CW）レーザ
  • 厚い部品の溶接に強く推奨されます。
  • 高融点金属に対して特に最も効果的です。
  • パルスレーザと比較するとわずかに安価であり、運用コストも削減されます。
  • 厚さ 0.3 mm を超える金属シートでより効果的に機能します。
パルスレーザ
  • 厚さ0.3mm以下の薄物・軽金属に適しています。
  • 薄い金属の溶解や変形を防ぎます。
  • 板金、チタンペースメーカー、カミソリの刃、および金の宝飾品のチェーンリンクを溶接する場合に特に必要です。

レーザ溶接機の光源はどのように選択すれば良いか?

溶接光源には、Nd YAG レーザ、ダイオードファイバーレーザ、CO2レーザの 3 種類があります。 レーザの種類 (連続またはパルス) に応じて溶接源を選択できます。

1. ダイオードファイバーレーザ
  • このファイバーレーザ技術は、細くて鋭いビームで確立されており、貫通性のある連続的な作業の実行を可能にします。
  • 810 〜 1064 nm の範囲の波長です。
  • このファイバー レーザ溶接技術では、ダイオード ファイバー レーザが非常に効率的かつ高速に厚い金属シートを貫通できます。
  • ファイバーレーザの機械への統合は、メンテナンスと使用の両方の点で他のレーザに比べて非常に簡単です。
  • ファイバー レーザの効率は 25% (平均) です。
2. CO2レーザ
  • このレーザ技術では通常、二酸化炭素、窒素、ヘリウムの混合ガスが使用されます。 これらのガスはすべて最適化され、連続的に動作するように電気的に励起されます。
  • CO2レーザは通常、9.3 μm、10.2 μm、および 10.6 μm の 3 つの波長で使用できます。
  • ファイバー レーザと比較して、CO2レーザは設置ベースが大きく、より早く市場に投入されるため、より多くの OEM メーカーが依然として CO2 レーザを使用しています。
  • CO2レーザは、8,000 ワット (平均) で 7% の電力効率を実現します。
3. Nd YAG レーザ
  • パルスモードでは、Nd:YAG レーザが最適化されています。
  • Nd:YAG レーザは、さまざまな波長のパルスを放射しますが、ターゲットには到達せず、熱を生成して散逸します。
  • Nd:YAG レーザは、CO2レーザ (効率 7 〜 10％) やファイバー レーザ (効率 25 〜 30 ％) と比較して、エネルギー効率 (効率 3 〜 4 パーセント) が低くなります。
  • Nd:YAG レーザにより、レーザのパルスの出力、形状、持続時間を効果的に制御できます。
どのパラメータを確認する必要があるのか?
  • エネルギー調整
  • パルスの周波数
  • 効果的な溶接パフォーマンスを実現するために、レーザのビーム径が正確または理想的であること
  • レーザパルスの波形を監視または変更する必要がある（溶接材料に応じて）

特定の金属溶接用途に推奨される JPT レーザ溶接機

1. 板材切断・板金溶接

板材切断や板金溶接（0.05〜0.3mm）、異種金属板溶接（アルミ銅など）の需要においては、JPT M7シリーズレーザが最も信頼性の高い性能を発揮します。 M7 シリーズ レーザは、シード リソース (MOPA) プランとして直接電気変調半導体レーザを採用した高出力光ファイバー レーザを指します。 完璧なレーザ機能と優れたパルス形状制御能力を備えています。

0.3 mm を超える板金の場合、JPT CW シリーズ レーザの方が優れた作業を実行します。 CW シリーズ レーザは、連続レーザビームを放射する、ダイオード レーザ励起の連続波ファイバー レーザです。 CW レーザは出力が高いため、厚い金属に推奨されます。

MOPA 光ファイバー レーザは、パルス周波数とパルス幅を個別に制御できます。 これら 2 つのパラメータを調整および調整することで、一定の高いピーク出力を実現できます。

2. 精密溶接

精密溶接では接続の安定性が求められることが多い。 同時に、実際の状況に応じて溶接位置を調整する必要があります。

JPT QCW (準連続波) レーザは、光、装置、電気、ソフトウェアの最適化された組み合わせを満たします。 制御インターフェースとJPT標準ソフトウェアを使用して、レーザ状態のリアルタイム監視とアラームを実現します。 さらに、データを収集し、操作を記録することもできます。 このレーザは空冷、放熱、上部フレームボックスを備えて設計されており、高い電気光変換効率、低エネルギー消費、メンテナンスフリー、柔軟性、導電性という利点を享受しています。 精密溶接などに最適なレーザ溶接機です。

3. 金属板の切断と溶接

これらのアプリケーションは高エネルギー出力のレーザを必要とし、連続モデルまたは変調モデルで調整を行うことができます。

JPT CW (Continuous Wave) レーザ シリーズは、これらの業界に推奨されます。 制御インターフェースと JPT 標準ソフトウェアを使用して、リアルタイム監視を実現し、レーザ状態を警告します。 さらに、データを収集し、操作を記録することもできます。 CW レーザ シリーズは、空冷、放熱、上部フレーム ボックスを使用して設計されており、高い電気光変換効率、低エネルギー消費、メンテナンスフリー、柔軟性、導電性という利点を享受しています。 従来の溶接プロセスと比較して、高効率、小さな変形、優れたシール性、高いシーム強度、良好な外観、高精度、および組み込みの便利な利点を備えています。

従来のTIG溶接プロセスの代替として採用できます。