パワー密度はレーザー加工において重要なパラメータです。パワー密度が高いほど、表面層は数マイクロ秒で沸点まで急速に加熱され、蒸発が大きくなります。そのため、高パワー密度は、切断、彫刻、穴あけなどの材料除去プロセスに適しています。一方、パワー密度が低いと、表面温度の沸点に達するまでに数ミリ秒かかります。これにより、表面層が蒸発する前に下層が融点に達することができ、強固な溶接部を形成しやすくなります。したがって、伝導レーザー溶接のパワー密度は通常、10^4～10^6 W/cm2の範囲です。

1.2 レーザーパルス幅：

パルス幅はパルスレーザー溶接において重要なパラメータです。材料の除去や溶融とは異なるだけでなく、加工装置のコストと量を決定する重要な要素でもあります。

1.3 焦点ずれが溶接品質に与える影響：

レーザー溶接では通常、ある程度の焦点ずれが必要です。これは、レーザー焦点の中心ではパワー密度が高く、蒸発や穴が発生しやすいためです。一方、レーザー焦点から離れた平面では、パワー密度の分布は比較的均一です。

デフォーカスモードには、正デフォーカスと負デフォーカスの2種類があります。正デフォーカスは焦点面がワークピースの上にある場合に発生し、負デフォーカスはワークピースの下にある場合に発生します。

負の焦点ずれは溶融深度の増加につながり、これは浴の形成プロセスと関連しています。実験結果によると、材料はレーザー加熱後50～200マイクロ秒以内に溶融し始め、液相金属を形成して蒸発し、商用圧力の蒸気となり、非常に高速でまばゆいばかりの白色光を発します。

同時に、蒸気の濃度が高いため、液体金属は浴槽の端に向かって移動し、浴槽の中央に窪みが形成されます。

負のデフォーカスを使用すると、材料内部のパワー密度が表面のパワー密度よりも高くなり、より強い溶融と蒸発が起こりやすくなります。これにより、光エネルギーが材料のより深い部分まで伝達され、より深い浸透が得られます。したがって、溶融深度が大きい場合は負のデフォーカスを使用し、薄い材料を溶接する場合は実用上正のデフォーカスを使用する必要があります。

2.レーザー溶接技術：

1) 基板対基板溶接：

突合せ溶接、端部溶接、中心透過溶接、中心穿孔溶接が含まれます。

2) ワイヤー対ワイヤー溶接：

これには、ワイヤ対ワイヤの突合せ溶接、クロス溶接、平行重ね溶接、T 溶接が含まれます。

3) ワイヤーとブロック部品の溶接：

レーザー溶接は、ワイヤとバルク要素を良好に接続するために使用でき、バルク要素のサイズは任意に設定できます。溶接時には、線状要素の形状に注意する必要があります。

4) 異種金属の溶接：

さまざまな種類の金属を溶接するには、それらの溶接性と溶接性パラメータの範囲を決定する必要があります。

レーザー溶接は特定の材料の組み合わせ間でのみ実行できることに注意してください。

レーザーろう付けは特定の部品の接続には適さない場合もありますが、レーザーは軟ろう付けやろう付けの熱源として使用することができ、レーザー溶接の利点も兼ね備えています。

溶接方法には様々な種類があります。レーザー溶接は主にプリント基板（プリント基板）の溶接、特にウェーハアセンブリ技術に使用されます。

3.レーザー溶接の利点：

局所加熱により、コンポーネントへの熱による損傷のリスクが軽減され、熱影響部が小さくなるため、熱コンポーネントの近くで溶接が可能になります。

非接触加熱により、補助工具なしで水を溶かすことができ、両面部品を取り付けた上で両面プリント基板の加工が可能になります。

繰り返し作業の安定性と溶接工具へのフラックス汚染の最小化により、レーザーろう付けは好ましい選択肢となります。さらに、レーザー照射時間と出力の制御が容易で、レーザーろう付けの歩留まりも高くなります。

セミレンズ、ミラー、プリズム、スキャンミラーなどの光学部品を用いることで、レーザービームを容易に分割することができます。これにより、複数のポイントを同時に対称的に溶接することが可能になります。

レーザーろう付けは、主に波長1.06μmのレーザーを熱源として用い、光ファイバーで伝送することができます。これにより、従来の溶接方法では溶接が困難な部品の加工が可能になり、柔軟性が向上します。

レーザービームは集束特性に優れており、マルチステーション機器の自動化が容易です。

4.レーザーディープメルト溶接：

4.1 冶金技術とプロセス理論：

レーザーディープメルト溶接の冶金プロセスは、エネルギー変換を完了するために「小さな穴」構造に依存する電子ビーム溶接に似ています。

電力密度が十分に高くなると、物質は蒸発して小さな穴を形成します。この穴は黒体のように蒸気で満たされ、入射光のエネルギーをほぼすべて吸収します。穴の空洞内の平衡温度は約25,000度です。

高温空洞の外壁から熱が伝わり、周囲の金属が溶解します。穴は常に、光線によって壁材が蒸発することで発生する高温の蒸気で満たされています。

穴の 4 つの壁は溶融金属に囲まれており、溶融金属は固体材料に囲まれています。穴の外側の液体金属は流れ、穴の空洞内の連続的な蒸気圧と動的なバランスを維持します。

光線が移動しても、穴は安定した状態を保ちます。つまり、小さな穴とその周囲の溶融金属は、誘導ビームの速度で前進します。溶融金属は移動する穴によって生じた隙間を埋め、凝縮して溶接部を形成します。

4.2 影響要因：

レーザー深溶着に影響を及ぼす要因は、レーザー出力、レーザービーム径、材料の吸収率、溶接速度、保護ガス、レンズの焦点距離、焦点位置、レーザービームの位置、およびレーザー出力の開始と停止の増減制御です。

4.3 レーザーディープメルト溶接の特徴：

1) 高アスペクト比：溶融金属が円筒状の高温蒸気室の周囲に形成され、ワークピースまで広がるため、溶接はより深く狭くなります。

2) 最小入熱：ソースキャビティの温度が高いため、溶融プロセスが速く、ワークピースの入熱が少なく、熱変形と熱影響部が小さくなります。

3) 高密度: 高温の蒸気が満たされた小さな穴が浴槽の攪拌とガスの放出を促し、それによって無孔の溶融溶接を形成します。

溶接後の冷却速度が速く、溶接組織の微細化が容易です。

4) 溶接部を強化します。

5) 正確な制御。

6) 非接触、大気中溶接プロセス。

4.4 レーザーディープメルト溶接の利点：

従来の方法と比較して、集束レーザービームのパワー密度が高いため、溶接速度が速くなります。さらに、チタンや石英などの耐火材料を、熱影響部が小さく、変形も少ない状態で溶接できます。

レーザービームは伝送と制御が容易で、トーチやノズルを頻繁に交換する必要がなく、ダウンタイムが短縮され、負荷率と生産効率が向上します。

精製と高い冷却速度により、溶接強度と全体的なパフォーマンスが向上します。

レーザー溶接は入熱量が低く加工精度が高いため、再処理コストが削減され、費用対効果の高いソリューションとなります。

レーザー溶接は簡単に自動化でき、ビームの強度と正確な位置決めを効果的に制御できます。

4.5 レーザーディープメルト溶接装置：

一般的に言えば、炭素鋼のレーザー溶接は効果が良く、溶接品質は主に不純物含有量に依存します。

他の溶接プロセスと同様に、硫黄とリンは溶接割れの感受性に影響を与える要因です。

満足のいく溶接品質を得るためには、炭素含有量が 0.25% を超える場合は予熱が必要です。

炭素含有量の異なる鋼を溶接する場合は、接合部の品質を確保するために、溶接トーチを低炭素材料側にわずかに傾けることをお勧めします。

低炭素沸点鋼は硫黄とリンの含有量が多いため、レーザー溶接には適していません。

低炭素鎮静鋼は不純物含有量が少ないため、溶接効果が優れています。

中炭素鋼、高炭素鋼、および普通合金鋼もレーザー溶接に効果的に適用できます。ただし、応力を除去し、割れの発生を防ぐため、予熱と溶接後処理が必要です。

5. 鋼材のレーザー溶接：

5.1 炭素鋼と普通合金鋼のレーザー溶接：

一般的に、炭素鋼はレーザー溶接性能が良好ですが、溶接品質は不純物含有量の影響を受けます。

他の溶接技術と同様に、硫黄とリンが溶接割れを引き起こす主な要因です。

炭素含有量が 0.25% を超える場合、理想的な溶接品質を実現するために予熱を行う必要があります。

炭素含有量の異なる鋼を溶接する場合は、接合部の品質を確保するために、溶接トーチを炭素含有量の低い側に傾けます。

硫黄とリンの含有量が多いため、低炭素沸点鋼にはレーザー溶接は推奨されません。

低炭素炭素鋼は不純物含有量が少ないため、優れた溶接効果を発揮します。

中炭素鋼、高炭素鋼、および通常の合金鋼はどちらも効果的にレーザー溶接できますが、応力を除去して亀裂の形成を防ぐために、予熱と溶接後の処理が必要です。

5.2 ステンレス鋼のレーザー溶接：

一般的に、ステンレス鋼のレーザー溶接は、従来の溶接よりも高品質な接合部を得やすいです。これは、溶接速度が速く、熱影響部が小さいため、鋭敏化の問題がなくなるためです。

ステンレス鋼は炭素鋼に比べて熱伝導率が低く、深溶着や狭い溶接部を容易に実現できます。

5.3 異種金属間のレーザー溶接：

レーザー溶接は冷却速度が速く、熱影響部が小さいため、さまざまな金属を溶かした後、さまざまな組織材料の適合性に適した条件が生まれます。

レーザー溶接技術の分析：プロセスと技術

目次：

1.レーザー溶接プロセスパラメータ：

1.1 電力密度：