接続技術に対する要求が高くなると高精度で高強度な連結の同義語になりました.当初は,主に薄壁材料と低速溶接に使用された. 作業部品の表面をレーザー放射線で加熱することで,材料は特定の溶融池を形成するために溶融した.開発を数十年経った後レーザー溶接は研究室から広範囲にわたる産業用アプリケーションへと移行し,自動車製造,航空宇宙,電子機器などの分野で 卓越した能力を示しています.この記事では,レーザー溶接の技術原理を深く研究し,比較データを通して,固さに関してその重要な利点が明らかになります.
技術原理: エネルギー密度の根本的な違い
レーザー溶接と通常の溶接の本質的な違いは,溶接合体の最終強度性能を直接決定するエネルギー転送メカニズムにあります.レーザー 熱源として高エネルギー密度のレーザービームを使用します精密な焦点化により,直径0.2-1.0mmの小さな領域で106~108W/cm2の電力の密度を生成します.この超高エネルギー密度は金属材料がミリ秒以内に溶融点に達することを可能にします溶融池を形成し,隣接する領域は熱の影響を受けることがほとんどない.レーザー溶接は,異なる電力密度に基づいて2つの基本モードに分類することができます:
熱伝導溶接:電力の密度は104~105W/cm2の範囲にあり,浸透深さも浅く,溶接速度も遅い.薄いプレートの精密溶接に適しています.
深層浸透溶接: 電力密度は105〜107W/cm2に達する. 高温の影響下では,金属表面は"穴"に凸出します.溶接シームを形成し,深さと幅の比が大きい (最大10溶接速度が速い
対照的に,従来の弧溶接 (MIG/MAGなど) は,熱源が分散した弧の熱伝導に依存する.弧幅は通常6mm以上,熱の影響を受けたゾーンは大きい.そしてエネルギー密度はレーザー溶接のほんの一部に過ぎませんエネルギー密度のこの根本的な違いは,溶接形態,熱影響帯の大きさ,微細構造の両種類の溶接方法の間の重大な差異を直接につながります.
2耐久性: 構造的整合性の違い
レーザー溶接の強度優位性は,理論的レベルだけでなく,多くの産業慣行でも確認されています.レーザーで溶接された屋根の張力強度は,基材の90%以上に達する屋根の整体硬度を30%向上させるため,
連続密度の溶接シーム:レーザー溶接は連続した直線溶接シームを形成し,スポット溶接は離散的な溶接点をのみ接続します.連続溶接は,スポット溶接間隔領域のストレスの集中問題を排除ダイナミックロードテストでは,レーザー溶接接接頭は疲労耐久性が高く,振動ストレスにさらされる部品に特に適しています.
細粒子の強化効果:レーザー溶接の急速な冷却と固化プロセス (冷却速度は最大1000°C/s) は,溶接金属の粒子の大きさを著しく精製します.材料 科学 は,細粒子の 構造 が 強さ を 向上 さ せる だけ で なく,強さ や 破裂 耐性 を 向上 さ せる こと を 確認 し て い ますしかし,通常の溶接の冷却速度は比較的遅いので,特に脆い相が発生する熱影響帯では,粒子が粗くなることは明らかです.
金属純度:レーザー溶接は惰性ガス保護下で行われ,効果的に空気を隔離し,酸化含有を減らす.深深溶接における"鍵穴効果"は,ガスや不浄物質の脱出に有利である.実験データによると,レーザー溶接の孔隙は通常の溶接の約3分の"に過ぎません.
3溶接質: 精密な制御の重要な利点
レーザー溶接は溶接品質に革命的な突破をもたらし,接続部品の信頼性と耐久性を直接決定しています.質の優位性は5つの重要な側面に反映されています:
定理精度:レーザービームは,光学システムによって正確に導かれ,焦点を当てられます.溶接幅は2mm以内に制御され,表面の平らさは±0.1mmに達できます.後の磨き処理の必要性を排除する普通の弧溶接の溶接幅は通常6mmを超え,不均等な表面で,追加の仕上げプロセスが必要です.微電子部品 の 精密 製造 に 理想 的 な 選択 に なる医療機器など
熱変形制御:レーザー溶接の熱入力量は,通常のスポット溶接の3分の"に過ぎません.熱は高度に集中しています.熱帯の幅は0の範囲で制御されます..1〜1.0mm 通常の溶接の熱影響領域は2-5mmに達し,重度の熱変形を引き起こす.自動車製造データによると,レーザーで溶接された屋根の寸法偏差は,スポット溶接されたものより70%低い自動車車体の組立精度を大幅に向上させる.
欠陥制御:レーザー溶接の急速な溶融と固化プロセスは,毛穴や裂け目などの欠陥を大幅に軽減します.特にパルスレーザー溶接では,パルス波形とパラメータを正確に制御することで標準的な溶接では,通常2~3倍以上の欠陥が発生し,より厳格な検査と再加工が必要になります.
密封性能:連続レーザー溶接シームは完璧な気密の障壁を形成します. 車の雨テストでは,レーザー溶接された屋根の漏れは5ml/min未満でした.ポイント溶接プロセスの20ml/min以上よりもはるかに低かったこの特性により,レーザー溶接は,パノラマ式太陽屋根や燃料タンクなどの密封要件が高い部品にとって好ましいプロセスになります.
外観の質:レーザー溶接シームは,伝統的なスポット溶接 (深さ0.1-0.3mm) のインデント問題なく,滑らかで平坦で,車両ボディのためのより良いコーティングベース表面を提供します..高級家電と装飾業界では,この優位性は直接的に製品の美学価値と表面質を向上させます.
4材料互換性:異質な接続における突破
レーザー溶接は材料の適応性に優れた柔軟性を示し,伝統的な溶接で克服するのが難しい異なる材料を接続する問題を解決します.独特の利点は:
高度な溶融点材料加工:レーザーの高エネルギー密度は,従来の熱源で処理するのが難しい耐火性金属を溶かすことができます.例えば,レーザーは,チタン合金とモリブデン合金などの高強度材料の接続に成功しました航空宇宙分野において重要な価値を持っています
異なる金属接続:レーザー溶接は,従来の方法によって完了するのが難しい銅-アルミ,鋼-アルミなどの異なる材料の接続を達成することができます.溶融池の熱量と形状を正確に制御することで新しいエネルギー車両の電池の製造において,電池は,レーザー溶接は,銅とアルミタブを接続する業界の問題を解決しました.
特殊材料加工: レーザー溶接は粉末金属工学の材料の接続において非常にうまく機能します.従来の溶接方法では,粉末金属工学の材料を扱うことが困難です激光線は熱を正確に制御し,シンターされた体内の過剰な粒子の成長を防ぐことができます.レーザー溶接は,クォーツや陶器などの非金属材料の正確な接続にも広く使用されています..
コーティング材料の溶接:レーザー溶接の低熱入力特性は,最大限の範囲で作業部品の表面に,ガルバン化およびアルミ化コーティングなどの耐腐蝕コーティングを維持することができます通常のスポット溶接では,コーティングが損傷し,耐腐蝕性能が低下します.自動車産業における試験は,レーザーで溶接された電磁板の耐腐蝕性は,スポット溶接されたものより5倍以上高いことを示した.
しかし,レーザー溶接は,純銅やアルミニウム合金などの反射性のある材料には一定の制限があります.これらの材料は,固体状態では95%までレーザー反射性を有し,特別なプロセス制御を必要とする.さらに,溶融点と沸点が互いに近い材料 (クロムとタンタルなどの) に対して,溶接パラメータの窓は狭いで,蒸発と穴を防ぐために正確に制御する必要があります.
テクノロジーの発展は限界を知らない.レーザー溶接と伝統的な溶接方法は,未来の製造業で共存し,互いを補完する.しかし,より高い強度を追求する製造のアップグレードへの道に疑いはありませんレーザー溶接は 未来を照らす重要な技術の一つになりました