アルミニウム合金のレーザー溶接技術の新開発

アルミニウムおよびアルミニウム合金は、現在製造業で最も広く使用されている非鉄金属材料であり、重工業の製造、装飾建材、食品機械、船舶機械、新エネルギー発電用電池などに広く使用されています。 同時に、異なるシリーズのアルミニウム合金の溶接性能には大きな違いがあるため、溶接は困難であり、さらなる開発のボトルネックになっています。 これらの困難を解決するために、ますます多くの技術者がこの分野の研究に専念しており、新しい技術とプロセスが絶えず出てきており、アルミニウム合金のアプリケーションのさらなる発展のためのより多くの可能性を提供しています。

アルミニウムとアルミニウム合金の溶接の難しさは、主にそれら自体の性能によるものです。アルミニウム合金の組成は複雑で、一連の工業用純アルミニウムを除いて、他のすべてのアルミニウム合金シリーズには、多数の他の金属および非金属成分がドープされています。これらの金属および非金属元素の物理的および化学的特性は、アルミニウム自体とは大きく異なり、溶接プロセス中に、溶接部の気孔、亀裂、および機械的特性の低下などの溶接欠陥が発生しやすくなります。レーザー溶接において、アルミニウムやアルミニウム合金は反射率の高い材料であり、レーザー光の吸収率を向上させ、レーザーによる損傷をいかに防ぐかが喫緊の課題となっています。アルミニウム合金の溶接の難しさを考慮して、主要なレーザーメーカーとインテグレーターもそれぞれの分野でさまざまな方法を導入してそれらを解決しています。



アルミニウムおよびアルミニウム合金材料は反射率の高い材料です.1080nm 波長のレーザーの吸収率は高くないため、加工プロセスの安定性に影響します.特に溶接プロセスでは、より高いリターン現象が発生します.多くの場合、高反射のために、レーザーの寿命が短くなり、ポンプ光源が焼損することさえありました。近年、さまざまなレーザー メーカーがこの問題を解決するために多くのエネルギーを投資しており、内部シャッターと戻り光アイソレータの設置 (図 1) から始めたり、QBH ヘッドから始めて光源から戻り光を剥がしたりしています。現在、これらの解決策は実用上良好な成果を上げており、この点からも将来性が期待できます。



調整可能なビーム

ビームから始めて、さまざまなレーザー メーカーがビーム チューナブル技術を導入しています.代表的なものは、IPG の AMB レーザー (結果のビームを図 2 に示します) と Nlight のコロナ レーザーです。ビームパターンを調整することにより、より大きく安定したキーホールが生成されます.円形ビーム（図3）は、材料を軟化させて溶融池の底に偏向させ、溶接スパッタと気孔を減らし、溶接品質と効率を効果的に向上させますアルミニウム合金材料の。




青色レーザー

銅やアルミニウムなどの高反射材料の赤外線帯域での吸収が悪いため、レーザー溶接時に大量のスパッタが発生するため、溶接後に部品を洗浄する必要がありますが、赤外線帯域と比較して、銅とアルミニウムの材料は、赤外線に近い青色光をより多く吸収します.青色レーザーは、帯域の 10 倍であるため、低電力で溶接でき、溶接の清浄度を維持できます.したがって、レーザー メーカーも青色レーザーを市場に投入しています。

溶接工程の改善

レーザー メーカーがビーム側から問題を解決する一方で、多くのレーザー溶接インテグレーターも独自のプロセスを開始して市場に対応しています。

ウィービング溶接

スイング溶接モードは、ビームをスイングするための特殊なレーザー スイング溶接ヘッド (図 4) の使用を指します。これにより、ビーム処理範囲が広がり、溶接幅に対する許容度が向上し、溶接品質が向上します。




図 5 に示すように、ビームを攪拌することにより、スイング モードでアルミニウム合金製品を溶接すると、ガスをよりよく逃がし、気孔を減らし、溶接継手の構造と性能を向上させることができます。



二波長レーザー溶接

複合光源が金属材料の溶接である場合、主光源のファイバーレーザーを母材の深溶着溶接に使用し、半導体レーザーをサブ波長光源として使用して、材料を同時に予熱し、加熱時間を長くします。溶接時の熱亀裂や内部気孔の発生を抑制し、溶接孔の安定性を向上させるとともに、図6に示すように、溶融状態を維持します。さらに、半導体レーザーは、母材のレーザーへの吸収率を大幅に高めることができ、銅やアルミニウムなどの高反射材料の溶接に大きな利点があります。




レーザーMIGハイブリッド溶接

アルミニウム合金の厚板の溶接では、単一のレーザーを熱源として目的の効果を達成することは困難です.現在、業界の企業は基本的に伝統的なアーク溶接方法を使用しており、面取り、多層、多層が必要です。 - パス溶接、生産効率が低く、作業強度が高く、溶接変形が大きく、溶接シームの品質を保証することは困難です。 Kaiyi Laser と Lincoln Electric が共同で開始したレーザー MIG アーク ハイブリッド溶接 (図 7) は、この問題点をうまく解決します。




レーザーMIGハイブリッド溶接は、溶け込みが大きく、溶接強度が高いという特徴があります。単一のレーザー溶接は、溶接スポットが小さく出力密度が高いため、製品のギャップと位置の要件により敏感ですが、レーザーと MIG のハイブリッド溶接は、ギャップと位置の誤差に対して 1.6mm 以内の許容度が非常に高く、組み立て精度が低下します。生産コストも削減。同時に、レーザーとアークの協力も相互利益を達成しました。レーザーはアークを圧縮することで安定したアークへの影響を与え、高速溶接の状態でも安定したアーク状態を維持することができます。アークはレーザーエネルギーの吸収も促進し、同じパワーの場合、より深い浸透が得られます。溶接速度を上げながら、溶接変形を最大60%低減し、工数を80%削減 レーザー-MIGハイブリッド溶接の溶接効果を図8に示します。産業グレードのレーザーの出力が徐々に増加するにつれて、高出力レーザーと MIG のハイブリッド溶接は、より厚い製品にも適用されます。



アルミニウム合金の溶接の難しさを克服するソリューションがますます増え続けていますが、完璧で普遍的な溶接方法はなく、さまざまな溶接ニーズに対応するために、将来の開発は多様化および個別化されなければなりません。アルミニウム合金の完全な溶接はどのくらいの距離ですか?まだ答えはありません。すべての技術の進歩には、レーザー溶接の専門家による継続的な調査が必要です。