レーザー蒸着溶接は複雑なプロセスであり、レーザーをオンにする前に多くの準備が必要です。
このプロセスに含まれる重要な手順をいくつか紹介します。
ステップ 1 – 表面の準備
金属ビレットとインゴットには保護表面コーティングが施されています。これらのコーティングは通常、錆、金属メッキ、酸化物（アルミニウムの場合）を防ぐために使用される油です。
金属から不要な化合物や不純物を除去し、表面を粗くする必要があります。表面が粗いほど、溶接時の金属の密着性が向上します。表面の小さな凹凸と空洞は、溶融フィラーメタルが付着するための優れたアンカーポイントとなります。
ステップ 2 – フィラー金属の配送
通常、金属フィラーは微細な金属粉末であり、不活性ガス (窒素またはアルゴン) とともにエア ノズルから流れます。不活性ガスは酸化を防ぎ、不要な表面不純物を吹き飛ばし、溶接部をきれいでスラグのない状態に保ちます。
細かく均一な金属粉末を製造するのは高価なプロセスです。金属粉末の作成には通常、レーザー蒸着溶接自体よりも多くの労力が必要です。
したがって、多くのレーザー蒸着機では代わりに細い金属ワイヤーが使用されています。ワイヤは手動で供給することも、レーザー ヘッド近くのモーターとローラー システムを介して自動的に供給することもできます。
溶接する場合、溶加材はワークピースと同じでも、表面コーティングは異なっていてもよいことに注意してください。
ステップ 3 – 局所レーザー加熱
精密な CNC システムが高出力レーザー ビームを目的の位置に照射します。レーザーは、ワークピースの表面と流入するフィラーメタルを 1 秒以内に溶かします。
レーザー光線は一定量のエネルギーをワークピースに入力し、エネルギーが付与される面積はレーザー光源のワット数とスポット径によって制御されます。レーザースポット径は、レーザーとワークピース間の接触点のサイズです。
スポット サイズが大きいほど、エネルギーがより分散し、表面を溶かすのに時間がかかることを意味します。スポット直径が小さいということは、すべてのレーザーエネルギーが小さなスポットに集中し、溶解時間が短縮されることを意味します。
スポット サイズが小さいほど、精度が向上し、溶接時間が短縮されます。また、熱が一点に集中し、周囲に余分な熱が放射されないため、材料の変形も最小限に抑えられます。
ステップ 4 – レイヤ化と複数のパス
レーザー金属蒸着 (LMD) は溶接に限定されず、コンポーネントを最初から作成する場合にもよく使用されます。最初のレーザーパスの後、レーザーヘッドは別のラウンドを通過し、最初の層の上に新しい材料層を堆積します。希望の高さに達するまでこのプロセスを繰り返します。
積層造形の場合、完全な部品が構築されるまで層が続きます。対照的に、溶接では 1 つまたは 2 つの層だけが必要です。
層の厚さと層の数は、堆積する金属の量を制御するのに役立ちます。
ステップ 5 – 冷却と固化
熱が局所的に発生するため、溶接領域も比較的早く、レーザーがスポットを離れた直後に冷却されます。
LMD プロセスでは、ワークピース上の小さなスポットにエネルギーを直接堆積します。接触点が小さいほどエネルギーがより効率的に使用されるため、レーザーはより速く移動できます。
レーザーが高速になると、ワークピースに投入される総エネルギーと熱が少なくなります。熱の蓄積が少ないということは、冷却が速いことを意味します。急速冷却は、微細構造の改善というさらなる副作用をもたらします。
レーザーデポジション溶接の7つのメリット
レーザー金属蒸着 (LMD) は、積層造形技術に関する長年の研究の蓄積です。レーザー金属蒸着のあらゆる側面は、従来のプロセスの改善という 1 つの目標を念頭に置いて設計されています。
ここでは、レーザー蒸着溶接が現代の製造プロセスにもたらす最大の利点をいくつか紹介します。
1. 溶接時間の短縮
高出力レーザーはワークピースを素早く溶かし、CNC コントローラーはレーザー ヘッドをある点から別の点に素早く移動させるため、溶接時間が信じられないほど速くなります。
自動テーブル送りにより、プロセス中に停止することなく連続溶接が可能になります。また、コンピューター制御の溶接によりエラーが最小限に抑えられ、生産現場での時間がさらに節約されます。
さまざまなプロセスのレーザー金属蒸着パラメータを管理および最適化することで、溶接効率が向上し、生産時間が短縮されます。
2. 精度と制御の向上
少数の手持ち式モデルを除いて、ほぼすべてのレーザー金属蒸着機は自動化されており、コンピューター制御されています。高精度と制御により、より複雑な溶接を高速で行うことができます。
自動レーザー溶接機の精度と精度に匹敵する経験豊富な溶接工はほとんどいません。
3. より高品質な溶接
フィラー材料の微細な粉末粒子が隙間をより効率的に埋め、より強力な溶接を実現します。すべてがコンピューターによって事前に測定および制御されるため、堆積される金属の量はまさに必要なものであり、プロセス全体を通じて溶融池が一定に保たれることを意味します。
さらに、内部ジェットを使用してスラグの形成と金属の酸化を防止し、蒸発した金属の小さな破片を吹き飛ばします。
4. 熱源の歪みゼロ
従来の溶接プロセスでは、大量の不要な熱が母材に導入されます。はんだ接合部に少量の熱が伝わり、その残りが周囲に浸透して金属を変形（反り）させます。
レーザー金属蒸着は、レーザー ビームがワークピースのごく一部のみを溶解し、それ以上は溶解しない非常に精密なプロセスです。効率が良いため、材料の歪みを気にする必要がなく、全面溶接によく使用されます。
表面溶接は、表面仕上げと耐摩耗性を向上させるために、ある材料を別の材料でコーティングするプロセスです。
5. より幅広い材料互換性
高品質で希少な材料に移行するほど、溶接はより困難になります。従来のプロセスは、鉄、銅、ステンレス鋼、さらにはアルミニウム合金などの一般的な材料に適しています。ただし、タングステンなどの硬い金属、マグネシウムなどの揮発性金属、金などの柔らかい金属には、対処すべき特別なケースがあります。
レーザー金属堆積は、さまざまな金属、合金、さらには一部のセラミックもサポートしています。 LMD を使用すると、以下の材料を溶接できます。
ニッケル合金
炭化タングステン
マグネシウム合金
鋳鉄
アルミニウム合金
コバルト基合金
チタン合金
銅
鋼鉄
等
6. 材料廃棄物の削減
レーザー溶接により材料の無駄が最小限に抑えられます。金属粉末は、堆積の過剰/不足を避けるために、制御された供給速度でワークピースに供給されます。フィラーロッドを使用する従来の溶接とは異なり、レーザー蒸着溶接では連続したワイヤと粉末粒子が使用されます。
必要な量のフィラーのみを使用し、残りは次の溶接のために取っておきます。
7. 後処理作業の削減
レーザー金属蒸着ではよりきれいな溶接が行われるため、多くの場合、後処理を実行する必要さえありません。溶接中にワークピースをワイヤーブラシしたり、余分な水たまりを研磨したり、変形を矯正したりする必要はありません。
後処理を削減すると、生産現場での時間を大幅に節約でき、生産性が大幅に向上します。