レーザー溶接機の深溶け込み溶接では、通常、光ファイバーの連続レーザービームを使用して材料の接続を完了します。冶金学的物理プロセスは電子ビーム溶接に非常に似ており、エネルギー変換メカニズムが「鍵穴」構造によって完成されることを意味します。
十分に高い出力密度のレーザーを照射すると、材料が蒸発して小さな穴が形成されます。蒸気で満たされたこの穴は黒体のようなもので、入射ビームのエネルギーをほぼすべて吸収します。キャビティ内の平衡温度は約 2500 ℃に達します。高温チャンバーの外壁から熱が伝わり、チャンバー周囲の金属が溶解します。この小さな穴には、放射線の照射下で壁材が連続的に蒸発することで発生する高温の蒸気が満たされています。小さな穴の四方の壁は溶融金属で囲まれており、液体金属は固体材料で囲まれています。従来のほとんどの溶接プロセスおよびレーザー伝導溶接では、エネルギーはまずワークピースの表面に堆積され、次に表面に伝達されます。穴壁の外側の液体の流れと壁層の表面張力は、キャビティ内で継続的に発生する蒸気圧と動的バランスを維持します。ビームは継続的に小さな穴に入り、穴の外側の物質は連続的に流れます。光線が移動しても、小さな穴は安定した流動状態を保ちます。つまり、細孔とその周囲の溶融金属はガイドビームの前進速度で前進し、溶融金属は小孔によって生じた隙間を埋めて凝縮し、溶接シームを形成します。上記のプロセスはすべて非常に迅速に行われるため、溶接速度は容易に毎分数メートルに達します。
レーザー深溶け込み溶接の主なプロセスパラメータ
1.ビームの焦点。
ビームスポットのサイズは出力密度を決定するため、レーザー溶接における最も重要な変数の 1 つです。しかし、高出力レーザーの場合、多くの間接的な測定技術にもかかわらず、その測定は依然として課題です。
ビームの集束と回折の最大スポット サイズは、光の回折理論に基づいて計算できますが、集束レンズの収差により、実際のスポット サイズは計算値よりも大きくなります。最も簡単で実用的な測定方法は等温等高線法で、厚紙をポリプロピレン板に焼き浸透させて焦点と穴径を測定します。この方法は、レーザーパワーとビーム動作時間を把握するために測定を通じて実践する必要があります。
2.レーザーパワー。
レーザー溶接にはレーザーエネルギー密度のしきい値があります。この値を下回ると、侵入深さは非常に浅くなります。この値に達するか超えると、浸透深さが大幅に増加します。ワーク上のレーザー出力密度が閾値を超えた場合にのみプラズマが生成され、安定した深溶け込み溶接が進行します。レーザー出力がこのしきい値を下回る場合、ワークピースの表面溶融のみが発生します。つまり、安定した熱伝導率タイプで溶接が実行されます。レーザー出力密度が小穴形成の臨界条件に近づくと、深溶け込み溶接と伝導溶接が交互に不安定な溶接プロセスとなり、溶け込み深さが大きく変動します。レーザー深溶け込み溶接では、レーザー出力によって溶け込み深さと溶接速度の両方が制御されます。溶接溶け込み深さはビーム出力密度に直接関係しており、入射ビーム出力とビーム焦点の関数です。一般に、特定の直径のレーザービームの場合、ビームパワーの増加に伴って浸透深さが増加します。
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