レーザー溶接に最適なガス混合物を選択するにはどうすればよいですか?
種類、メリット、用途
導入：
始める前に知っておくべき重要なこと
レーザー溶接は、レーザー光線を使用してワークの材料を溶かし、冷却後に溶接を形成する高精度の溶接方法です。レーザー溶接ではガスが重要な役割を果たします。保護ガスは、溶接シームの形成、溶接シームの品質、溶接シームの溶け込み、および溶け込み幅に影響を与えるだけでなく、レーザー溶接の品質と効率にも直接影響します。レーザー溶接にはどのようなガスが必要ですか?この記事では、以下について詳しく説明しますレーザー溶接ガスの重要性、使用されるガスとその作用。また、お勧めします。最高のレーザー溶接機あなたのニーズに合わせて。
レーザー溶接プロセスでは、高エネルギー密度のレーザービームがワークピースの溶接領域に焦点を合わせ、ワークピースの表面材料を瞬間的に溶かします。レーザー溶接中には、溶接領域の保護、温度制御、溶接品質の向上、および光学システムの保護のためにガスが必要です。適切なガスの種類と供給パラメータを選択することは、効率的で安定したレーザー溶接プロセスを確保し、高品質の溶接結果を得る上で重要な要素です。
1. 溶接部の保護
レーザー溶接プロセス中、溶接部分は外部環境にさらされており、空気中の酸素やその他のガスの影響を受けやすくなります。
酸素は酸化反応を引き起こし、溶接品質の低下、気孔や介在物の生成につながる可能性があります。適切なガス、通常はアルゴンなどの不活性ガスを溶接領域に供給することにより、溶接部を酸素汚染から効果的に保護できます。
2. 熱制御
ガスの選択と供給は、溶接領域の温度制御に役立ちます。ガスの流量と種類を調整することで、溶接領域の冷却速度に影響を与えることができます。これは、溶接中の熱影響部 (HAZ) を制御し、熱歪みを低減するために重要です。
3. 溶接品質の向上
酸素や窒素などの一部の補助ガスは、溶接の品質と性能を向上させることができます。たとえば、酸素を添加すると溶接の溶け込みが改善され、溶接速度が速くなりますが、溶接の形状や深さにも影響します。
4. ガス冷却
レーザー溶接では、通常、溶接領域は高温の影響を受けます。ガス冷却システムを使用すると、溶接領域の温度を制御し、過熱を防ぐことができます。これは、溶接領域の熱応力を軽減し、溶接の品質を向上させるために不可欠です。
5. 光学系のガス保護
レーザー光は光学システムを介して溶接領域に集光されます。はんだ付けプロセス中に、溶融材料や生成されるエアロゾルが光学部品を汚染する可能性があります。溶接領域にガスを導入することにより、汚染のリスクが軽減され、光学システムの寿命が延長されます。
レーザー溶接では、ガスが溶接プレートから空気を隔離し、空気と反応するのを防ぎます。こうすることで金属板の溶接面がより白く美しく仕上がります。ガスを使用することで溶接粉からもレンズを守ります。通常、次のガスが使用されます。
1. 保護ガス:
「不活性ガス」とも呼ばれるシールドガスは、レーザー溶接プロセスにおいて重要な役割を果たします。レーザー溶接プロセスでは、多くの場合、溶融池を保護するために不活性ガスが使用されます。レーザー溶接で一般的に使用される保護ガスには、主にアルゴンとネオンが含まれます。物理的および化学的特性が異なるため、溶接部への影響も異なります。
·アルゴン: アルゴンは、最も一般的に使用される不活性ガスの 1 つです。レーザーの作用下では高度のイオン化が起こり、プラズマ雲の形成を制御するのに役立たないため、レーザーの効果的な使用に一定の影響を及ぼします。アルゴンの不活性な性質により、アルゴンははんだ付けプロセスに影響を与えず、同時に熱をよく放散するため、はんだ付け領域の温度制御にも役立ちます。
·ネオン: ネオンはアルゴンと同様に不活性ガスとしてよく使用され、主に外部環境の酸素やその他の汚染物質から溶接領域を保護するために使用されます。ネオンはすべてのレーザー溶接用途に適しているわけではないことに注意することが重要です。これは主に、より厚い材料の溶接や、より深い溶接シームが必要な場合など、いくつかの特殊な溶接作業に使用されます。
2. 補助ガス:
レーザー溶接プロセスでは、主な保護ガスに加えて、溶接のパフォーマンスと品質を向上させるために補助ガスも使用できます。以下は、レーザー溶接で使用される一般的な補助ガスの一部です。
· 酸素: 酸素は一般的にアシストガスとして使用され、溶接中の熱と溶接深さを増加させるために使用できます。酸素を追加すると溶接速度と溶け込みが向上しますが、過剰な酸素が酸化の問題を引き起こすのを避けるために慎重に制御する必要があります。
· 窒素: 窒素は、レーザー溶接の補助ガスとしてもよく使用されます。窒素のイオン化エネルギーは中程度で、アルゴンよりも高く、水素よりも低くなります。イオン化度は通常、レーザーの作用下にあります。プラズマ雲の形成をより効果的に低減し、より高品質の溶接と外観を実現し、溶接への酸素の影響を軽減します。窒素は溶接領域の温度を制御し、気泡や細孔の形成を減らすためにも使用できます。
· 水素/水素混合物: 水素は溶接の品質を向上させ、気孔の形成を減らします。アルゴンと水素の混合物は、ステンレス鋼の溶接などの特殊な用途に使用されます。混合物の水素含有量は通常 2% ～ 15% の範囲です。
·ヘリウム: ヘリウムは熱伝導率が低く、イオン化しにくいため、通常、高出力レーザー溶接に使用されます。そのため、レーザーがスムーズに通過し、ビームエネルギーが障害物なくワークピースの表面に到達します。高出力溶接に貢献します。ヘリウムは溶接品質の向上や溶接温度の制御にも使用できます。これはレーザー溶接で使用される最も効果的なシールド ガスですが、比較的高価です。
3. 冷却ガス:
レーザー溶接では、溶接領域の温度を制御し、過熱を防ぎ、溶接品質を維持するために、冷却ガスがよく使用されます。一般的に使用される冷却ガスの一部を次に示します。
·水: 水は、レーザー発生器やレーザー溶接光学システムを冷却するためによく使用される一般的な冷却媒体です。水冷システムは、レーザー発生器と光学コンポーネントの温度を安定に維持し、レーザービームの安定性とパフォーマンスを確保するのに役立ちます。
·大気ガス: 一部のレーザー溶接プロセスでは、冷却に周囲大気ガスを使用できます。たとえば、レーザー発生器の光学システムでは、周囲の雰囲気ガスが冷却効果をもたらす可能性があります。
·不活性ガス: アルゴンや窒素などの不活性ガスも冷却ガスとして使用できます。熱伝導率が低いため、溶接領域の温度を制御し、熱影響部 (HAZ) を減らすために使用できます。
·液体窒素: 液体窒素は、非常に高出力のレーザー溶接に使用できる極低温の冷却媒体です。非常に効果的な冷却効果をもたらし、溶接エリアの温度制御を確実にします。
4. 混合ガス:
混合ガスは、溶接速度、溶け込み深さ、アークの安定性など、プロセスのさまざまな側面を最適化するために溶接で一般的に使用されます。ガス混合物には、主に二元混合物と三元混合物の 2 つのタイプがあります。
1. 二元ガス混合物:
·アルゴン + 酸素: アルゴンに少量の酸素を添加すると、アークの安定性が向上し、溶接池が微細化され、溶接速度が向上します。この混合物は、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼の溶接に一般的に使用されます。
·アルゴン + 二酸化炭素: アルゴンに CO₂ を添加すると、スパッタを低減しながら溶接強度と耐食性が向上します。この混合物は、炭素鋼とステンレス鋼の溶接によく使用されます。
·アルゴン + 水素: 水素はアーク温度を上昇させ、溶接速度を向上させ、溶接欠陥を減らします。ニッケル基合金とステンレス鋼の溶接に特に役立ちます。
2. 三元ガス混合物:
·アルゴン + 酸素 + 二酸化炭素: この混合物は、アルゴン-酸素混合物とアルゴン-CO₂ 混合物の両方の利点を組み合わせています。スパッタを低減し、溶接池の流動性を改善し、溶接品質を向上させます。さまざまな厚さの炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼の溶接に広く使用されています。
·アルゴン + ヘリウム + 二酸化炭素: この混合物は、アークの安定性を向上させ、溶接池温度を上昇させ、溶接速度を向上させます。短絡アーク溶接および重溶接用途に使用され、酸化をより適切に制御します。
さまざまな用途でのガスの選択
レーザー溶接のさまざまな用途では、ガスの組み合わせが異なると溶接の品質、速度、効率も異なるため、適切なガスを選択することが重要です。特定の用途に適したガスを選択するのに役立つガイドラインをいくつか示します。
溶接材料の種類:
材料が異なれば、必要なガスの組み合わせも異なります。一般的に言えば。
·ステンレス鋼は通常、アルゴンまたはアルゴン/水素混合物を使用します。
·アルミニウムおよびアルミニウム合金では、多くの場合、純アルゴンが使用されます。
·チタン合金には窒素が使用されることがよくあります。
·高炭素鋼では、補助ガスとして酸素が使用されることがよくあります。
溶接速度と溶け込み:
より高い溶接速度またはより深い溶接溶け込みが必要な場合は、ガスの組み合わせを調整できます。多くの場合、酸素を追加すると速度と浸透が向上しますが、酸化の問題を避けるために慎重に制御する必要があります。
溶接品質:
ガスの組み合わせによっては、溶接の品質と外観を改善できる場合があります。たとえば、窒素を使用すると、外観と表面の品質が向上します。
毛穴と泡のコントロール:
非常に高品質の溶接が必要な用途では、細孔や気泡の形成に特別な注意を払う必要があります。ガスを適切に選択すると、これらの欠陥のリスクを軽減できます。
熱影響部 (HAZ) の制御:
洗浄する材料によっては、洗浄プロセス中に特別な取り扱い手順を必要とする有害廃棄物が発生する場合があります。これにより、レーザー洗浄プロセスの全体的なコストが増加する可能性があります。
設備とコストの考慮事項:
ガスの選択は、機器のタイプとコストにも影響されます。ガスによっては、特別な供給システムが必要になったり、より高いコストが必要になる場合があります。
特定の用途については、溶接エンジニアまたはプロのレーザー溶接装置メーカーと協力して、専門的なアドバイスを得て溶接プロセスを最適化することをお勧めします。通常、最終的なガスの組み合わせを選択する前に、ある程度の実験と最適化が必要です。特定の用途に応じて、さまざまなガスの組み合わせとパラメータを試して、最適な溶接条件を見つけることができます。
知っておくべきこと: ハンドヘルドレーザー溶接
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要約する
つまり、レーザー溶接では、溶接領域の保護、温度制御、溶接品質の向上、光学システムの保護のためにガスを使用する必要があります。適切なガスの種類と供給パラメータを選択することは、効率的かつ安定したレーザー溶接プロセスを確保し、高品質の溶接結果を得る上で重要な要素です。材料や用途が異なれば、特定の溶接要件を満たすために異なる種類や混合比率が必要になる場合があります。
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投稿時刻: 2025 年 1 月 13 日