レーザー溶接プロセスのパラメータ

(1) 電力密度。出力密度は、レーザー加工において最も重要なパラメータの 1 つです。出力密度が高くなると、表面層がマイクロ秒の時間範囲内で沸点まで加熱され、大量の蒸発が発生します。したがって、高い電力密度は、穴あけ、切断、彫刻などの材料除去処理に有利です。電力密度が低い場合、表面温度が沸点に達するまでに数ミリ秒かかります。表面が蒸発する前に、下層が融点に達し、良好な溶融溶接部が形成されやすくなります。したがって、伝導レーザー溶接では、出力密度は 10^4 ～ 10^6W/CM^2 の範囲になります。
(2) レーザーパルス波形。レーザー溶接、特に薄膜溶接ではレーザーパルス波形が重要な問題となります。高強度のレーザー光を材料表面に照射すると、レーザーエネルギーの60～98％が金属表面で反射されて失われ、その反射率は表面温度によって変化します。レーザーパルスの作用中、金属の反射率は大きく変化します。
(3) レーザーのパルス幅。パルス幅はパルスレーザー溶接の重要なパラメータの 1 つです。これは、材料の除去と材料の溶解を区別する重要なパラメータであるだけでなく、処理装置のコストと容量を決定する重要なパラメータでもあります。
(4) デフォーカスによる溶接品質への影響。レーザー溶接では、通常、ある程度の焦点のぼかしが必要です。これは、レーザー焦点のスポットの中心のパワー密度が高すぎるため、蒸発して穴が生じやすいためです。パワー密度分布は、レーザー焦点から離れた各面で比較的均一です。焦点ぼけには、正のぼかしと負のぼかしの 2 種類があります。正のデフォーカスの場合は焦点面がワークピースの上に配置され、負のデフォーカスの場合はその逆になります。幾何光学の理論によれば、正および負のデフォーカス面と溶接面との距離が等しい場合、対応する面上のパワー密度はほぼ同じになりますが、実際に得られる溶融池の形状は異なります。デフォーカスが負の場合、より大きな溶融深さが得られますが、これは溶融池の形成プロセスに関連しています。実験によると、レーザーを50〜200μs加熱すると、材料が溶け始め、液体金属が形成され、部分的に蒸発して高圧蒸気が形成され、非常に高速で噴出し、まばゆい白色光を放射します。同時に、高濃度のガスにより液体金属が溶融池の端に移動し、溶融池の中心にくぼみが形成されます。デフォーカスが負の場合、材料内部のパワー密度が表面よりも高くなり、より強力な溶融と蒸発が形成されやすくなり、光エネルギーが材料のより深くまで伝達されます。したがって、実際のアプリケーションでは、より大きな溶融深さが必要な場合は、負のデフォーカスが使用されます。薄い材料を溶接する場合は、プラスのデフォーカスが適しています。
(5) 溶接速度。溶接速度は単位時間当たりの入熱量に影響します。溶接速度が遅すぎると入熱が大きくなり、ワークの焼き付きが発生します。溶接速度が速すぎると入熱が小さくなり、ワークの溶接が不完全になります。