1. レーザー溶接技術：
レーザー溶接は、レーザー加工技術の応用における重要な側面の一つです。レーザー溶接は、レーザーの放射エネルギーを利用して効果的な溶接を実現するプロセスです。レーザー溶接の動作原理は、レーザー活性媒体（CO2とその他のガスの混合物、YAGイットリウムアルミニウムガーネット結晶など）を特定の方法で励起し、共振器内で往復振動させることで、励起放射ビームを形成することです。ビームがワークピースに接触すると、そのエネルギーはワークピースに吸収され、温度が材料の融点に達すると溶接が行われます。
2. 重要なパラメータレーザー溶接技術：
2.1 電力密度：
パワー密度は、レーザー加工において最も重要なパラメータの一つです。高いパワー密度を用いることで、表面層はマイクロ秒単位の時間範囲で沸点まで加熱され、大量の蒸発を招きます。そのため、高パワー密度は、パンチング、切断、彫刻などの材料除去加工に非常に有利です。パワー密度が低い場合、表面温度が沸点に達するまで数ミリ秒かかります。表面が蒸発する前に、下層が融点に達するため、良好な溶融溶接を容易に形成できます。
2.2 レーザーパルス波形：
高強度レーザービームが材料表面に当たると、金属表面におけるレーザーエネルギーの60～98%が反射され、失われます。特に金、銀、銅、アルミニウム、チタンなどの材料は反射が強く、熱伝達が速いため、その影響は顕著です。レーザーパルス信号が照射されている間、金属の反射率は時間とともに変化します。材料の表面温度が融点まで上昇すると、反射率は急激に低下します。表面が溶融状態にある場合、反射率は一定の値で安定します。
2.3 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。パルス幅は溶融深さと熱影響部によって決定されます。パルス幅が長いほど熱影響部は大きくなり、溶融深さはパルス幅の1/2の電力で増加します。しかし、パルス幅を広げるとピーク電力が低下します。そのため、熱伝導溶接ではパルス幅を広げることが一般的です。形成される溶接部は広く浅く、特に薄板と厚板の重ね溶接に適しています。
ただし、ピーク電力が低いと過剰な熱入力につながり、各材料には溶融深度を最大化できる最適なパルス幅があります。
2.4 デフォーカス量：
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、レーザー焦点付近のスポット中心部のパワー密度が高くなりすぎて、容易に蒸発して穴が開いてしまうためです。レーザー焦点から離れた各平面では、パワー密度の分布は比較的均一です。
2.5 焦点をぼかすには2つの方法があります：
正のデフォーカスと負のデフォーカス。正のデフォーカスの場合、焦点面はワークピースの上方に位置し、負のデフォーカスの場合、焦点面はワークピースの上方に位置します。幾何光学の理論によれば、正のデフォーカス面と負のデフォーカス面と溶接面との距離が等しい場合、対応する面におけるパワー密度はほぼ同じですが、実際には得られる浴の形状は多少異なります。負のデフォーカスの場合、より深い溶融深度が得られ、これは浴の形成プロセスに関連しています。
2.6 溶接速度：
溶接速度は溶融深度に大きな影響を与えます。速度を上げると溶融深度は浅くなりますが、速度が低すぎると材料が過度に溶融し、ワークピースが貫通して溶接されてしまいます。したがって、特定の材料、特定のレーザー出力、および特定の厚さに対しては、適切な溶接速度範囲があり、対応する速度値で最大の溶融深度が得られます。
2.7 保護ガス：
レーザー溶接プロセスでは、槽を保護するために不活性ガスがよく使用されますが、ヘリウム、アルゴン、窒素などのガスは、ほとんどのアプリケーションで保護によく使用されます。保護ガスの2番目の役割は、集光レンズを金属蒸気汚染や液滴のスパッタリングから保護することです。高出力レーザー溶接中は噴出が非常に強力であるため、このときにレンズを保護することがより重要です。保護ガスの3番目の効果は、高出力レーザー溶接によって生成されるプラズマシールドを効果的に分散できることです。金属蒸気はレーザービームを吸収し、それをプラズマにイオン化します。プラズマが多すぎると、レーザービームはある程度プラズマによって消費されます。
3.レーザー溶接技術の独自の効果：
従来の溶接技術と比較して、4つの独自の効果があります。
3.1 溶接浄化効果：
レーザービームを溶接部に照射すると、材料中の酸化物などの不純物のレーザー吸収率は、金属のレーザー吸収率よりもはるかに高くなります。そのため、溶接部中の酸化物などの不純物は急速に加熱され、蒸発して放出されるため、溶接部中の不純物含有量は大幅に低減されます。したがって、レーザー溶接はワークピースを汚染しないだけでなく、材料を浄化することもできます。
3.2 光バースト衝撃の影響：
レーザー出力密度が非常に高い場合、強力なレーザービームの照射により、溶接部の金属は急速に蒸発・気化します。高圧金属蒸気の作用により、浴槽内の溶融金属は爆発的な飛沫を発生し、その強力な衝撃波が穴の深さ方向に伝播し、細長い深穴を形成します。レーザー溶接プロセスの連続的な移動中に、周囲の溶融金属は継続的に穴を埋め、凝縮して固体の深溶融溶接部を形成します。
3.3 深溶着溶接の小孔効果：
最大107W/cm²のパワー密度を持つレーザービームを照射すると、溶接部へのエネルギー入力速度は熱伝導、対流、放射損失の速度をはるかに上回り、レーザー照射領域の金属は急速に蒸発し、高圧蒸気の作用で浴中に小さな穴が形成されます。このような穴は天文学におけるブラックホールのようなもので、すべての光エネルギーを吸収します。レーザービームはこの穴を通過し、穴の底に直接当たります。穴の深さによって溶融深度が決まります。
3.4 浴槽の穴の側壁がレーザーに及ぼす集光効果：
レーザー照射下で浴槽に穴を開ける工程では、穴の側壁に入射するレーザー光の入射角が通常大きいため、入射したレーザー光は穴の側壁で反射して穴の底まで透過し、穴内でビームエネルギーが重なり合う現象が生じ、穴内のビーム強度を効果的に高めることができます。この現象は穴の側壁集束効果と呼ばれています。レーザーが溶接に使用できる理由は、上記の効果の結果に基づいています。
4. のメリットレーザー溶接技術：
レーザー溶接のユニークな効果により、レーザー溶接には次のような利点があります。
4.1 レーザー照射時間が短く、溶接プロセスが極めて高速であるため、生産性の向上に寄与するだけでなく、溶接材料は酸化されにくく、熱影響部が小さいため、熱に敏感なトランジスタ部品の溶接に適しています。レーザー溶接は溶接スラグを発生せず、ワークピースの酸化膜を除去する必要もありません。ガラス越しでも溶接が可能で、特に小型精密機器の溶接に適しています。
4.2 レーザーは、同種の金属材料だけでなく、異種金属材料、さらには金属と非金属材料の混合溶接も可能です。例えば、セラミックを基板とする集積回路の場合、セラミックの融点が高く、適切な圧力をかけることができないため、他の溶接方法を用いるのは困難ですが、レーザー溶接はより簡便です。もちろん、レーザー溶接はすべての異種材料を溶接できるわけではありません。
レーザー溶接の適用シーンと業界：1. 熱伝導溶接は主に金属箔、エッジ加工、医療技術などの精密加工に用いられます。2. ディープメルト溶接とろう付けは主に自動車産業で用いられ、そのうちディープメルト溶接は車体、トランスミッション、ハウジングなどに用いられます。ろう付けは主に車体溶接に用いられます。3. レーザー伝導溶接は非金属にも対応でき、用途が広く、消費財、自動車産業、電子機器ハウジング、医療技術などに用いられます。4. 複合溶接は主に船舶甲板などの特殊鋼構造物に適しています。