レーザー溶接における保護ガスの影響
手持ち式レーザー溶接機
章の内容:
▶ 適切なシールドガスで何が得られますか?
▶ 各種保護ガス
▶ 保護ガスを使用する 2 つの方法
▶ 適切な保護ガスを選択するには?
手持ち式レーザー溶接
適切なシールドガスのプラスの効果
レーザー溶接では、保護ガスの選択が溶接シームの形成、品質、深さ、幅に大きな影響を与える可能性があります。ほとんどの場合、保護ガスの導入は溶接シームにプラスの効果をもたらします。ただし、悪影響を及ぼす可能性もあります。適切な保護ガスを使用すると、次のようなプラスの効果が得られます。
1. 溶接池の効果的な保護
保護ガスを適切に導入すると、溶接池を酸化から効果的に保護したり、酸化を完全に防止したりすることができます。
2. スパッタの低減
保護ガスを正しく導入すると、溶接プロセス中のスパッタリングを効果的に減らすことができます。
3. 溶接線の均一な形成
保護ガスを適切に導入すると、凝固中の溶接池の均一な広がりが促進され、均一で見た目の美しい溶接シームが得られます。
4. レーザー利用率の向上
保護ガスを正しく導入すると、レーザーに対する金属蒸気プルームまたはプラズマ雲の遮蔽効果が効果的に低減され、レーザーの効率が向上します。
5. 溶接気孔率の低減
保護ガスを正しく導入すると、溶接シーム内のガス細孔の形成を効果的に最小限に抑えることができます。適切なガスの種類、流量、導入方法を選択することで、理想的な結果を得ることができます。
しかし、
保護ガスを不適切に使用すると、溶接に悪影響を及ぼす可能性があります。悪影響には次のようなものがあります。
1. 溶接部の劣化
保護ガスの導入が不適切だと、溶接シームの品質が低下する可能性があります。
2. 亀裂と機械的特性の低下
間違ったガスの種類を選択すると、溶接シームの亀裂や機械的性能の低下につながる可能性があります。
3. 酸化または干渉の増加
高すぎても低すぎても、間違ったガス流量を選択すると、溶接シームの酸化が増加する可能性があります。また、溶融金属に重大な乱れを引き起こし、溶接シームの崩壊や不均一な形成を引き起こす可能性があります。
4. 不十分な保護または悪影響
間違ったガス導入方法を選択すると、溶接線の保護が不十分になったり、溶接線の形成に悪影響を及ぼしたりする可能性があります。
5. 溶接深さへの影響
保護ガスの導入は、特に溶接の深さが浅くなる傾向にある薄板溶接の場合、溶接の深さに一定の影響を与える可能性があります。
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保護ガスの種類
レーザー溶接で一般的に使用される保護ガスは、窒素 (N2)、アルゴン (Ar)、およびヘリウム (He) です。これらのガスは物理的および化学的特性が異なるため、溶接シームにさまざまな影響を与えます。
1. 窒素（N2）
N2 は適度なイオン化エネルギーを持ち、Ar より高く、He より低くなります。レーザーの作用下でレーザーは適度にイオン化され、プラズマ雲の形成を効果的に減らし、レーザーの利用率を高めます。ただし、窒素は特定の温度でアルミニウム合金や炭素鋼と化学反応し、窒化物を形成する可能性があります。これにより、溶接シームの脆性が増大し靭性が低下し、その機械的特性に悪影響を及ぼす可能性があります。したがって、アルミニウム合金や炭素鋼の溶接部の保護ガスとして窒素を使用することはお勧めできません。一方、窒素はステンレス鋼と反応して窒化物を形成し、溶接継手の強度を高めることができます。したがって、窒素はステンレス鋼の溶接用の保護ガスとして使用できます。
2. アルゴンガス（Ar）
アルゴン ガスはイオン化エネルギーが比較的低いため、レーザー作用下でより高度なイオン化が行われます。これはプラズマ雲の形成を制御する上で不利であり、レーザーの効果的な利用に一定の影響を与える可能性があります。ただし、アルゴンは反応性が非常に低く、一般的な金属と化学反応を起こす可能性はほとんどありません。さらに、アルゴンはコスト効率が優れています。さらに、アルゴンはその密度が高いため、溶接池の上に沈み、溶接池をより良く保護します。したがって、従来のシールドガスとして使用することができます。
3. ヘリウムガス(He)
ヘリウム ガスは最も高いイオン化エネルギーを持っており、レーザー作用下でのイオン化の程度は非常に低くなります。これにより、プラズマ雲の形成をより適切に制御できるようになり、レーザーが金属と効果的に相互作用できるようになります。さらに、ヘリウムは反応性が非常に低く、金属との化学反応が起こりにくいため、溶接のシールドに優れたガスです。しかし、ヘリウムはコストが高いため、製品の大量生産には一般的に使用されません。科学研究や高付加価値製品によく使用されます。
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シールドガスの導入方法
現在、シールド ガスを導入するには主に 2 つの方法があります。軸外サイドブローと同軸シールド ガスです (それぞれ図 1 と図 2 を参照)。
図 1: 軸外の側面吹き込みシールド ガス
図 2: 同軸シールドガス
2 つのブロー方法のどちらを選択するかは、さまざまな考慮事項によって決まります。一般的にシールドガスは軸外側面吹き方式を推奨します。
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シールドガス導入方法の選択原則
まず、溶接部の「酸化」という用語は口語的な表現であることを明確にすることが重要です。理論的には、溶接金属と酸素、窒素、水素などの空気中の有害成分との化学反応による溶接品質の劣化を指します。
溶接部の酸化を防ぐには、これらの有害な成分と高温の溶接金属との接触を減らすか回避する必要があります。この高温状態には、溶融池金属だけでなく、溶接金属が溶けてから凝固し、その温度が一定の閾値以下になるまでの全期間が含まれる。
たとえば、チタン合金の溶接では、温度が 300°C を超えると、急速な水素吸収が発生します。 450℃を超えると急速な酸素吸収が起こります。 600℃を超えると急速な窒素吸収が起こります。したがって、酸化を防ぐために、チタン合金の溶接部が凝固し、その温度が 300°C 以下に低下する段階では、効果的な保護が必要です。上記の説明に基づいて、吹き付けられたシールド ガスは、適切な時期に溶接池だけでなく、溶接部の凝固したばかりの領域も保護する必要があることは明らかです。したがって、図 1 に示す軸外サイドブロー法は、図 2 に示す同軸シールド法と比較して、特に溶接部の凝固直後の領域に対して広い範囲の保護を提供するため、一般に好まれます。ただし、特定の製品については、製品の構造や接合部の形状に基づいて方法を選択する必要があります。
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シールドガスの導入方法の具体的な選定
1. 直線溶接
製品の溶接形状が図 3 に示すように直線であり、継手の構成に突合せ継手、重ね継手、すみ肉溶接、またはスタック溶接が含まれる場合、このタイプの製品に推奨される方法は、図 3 に示す軸外サイドブロー法です。図1.
図 3: 直線溶接
2. 平面の囲まれた形状の溶接
図 4 に示すように、このタイプの製品の溶接部は、円形、多角形、または複数セグメントの線形などの閉じた平面形状をしています。ジョイント構成には、突合せジョイント、重ねジョイント、またはスタック溶接が含まれます。このタイプの製品の場合、図 2 に示す同軸シールド ガスを使用する方法が推奨されます。
図 4: 平面の囲まれた形状の溶接
平面密閉形状溶接用のシールド ガスの選択は、溶接製造の品質、効率、コストに直接影響します。しかし、溶接材料は多様であるため、実際の溶接工程では溶接ガスの選択が複雑です。溶接材料、溶接方法、溶接位置、および望ましい溶接結果を総合的に考慮する必要があります。最適な溶接結果を得るために、溶接テストを通じて最適な溶接ガスの選択を決定できます。
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ビデオディスプレイ |ハンドヘルドレーザー溶接用のグランス
ビデオ 1 - ハンドヘルド レーザー溶接機について詳しく知る
ビデオ 2 - 多様な要件に対応する多用途レーザー溶接
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投稿日時: 2023 年 5 月 19 日