レーザー溶接機は、工業生産において一般的に使用される溶接設備の一種であり、レーザー材料加工に不可欠な機械でもあります。レーザー溶接機の開発初期から現在に至るまで、技術は徐々に成熟し、溶接作業の強力な補助装置として広く使用されているハンドヘルドレーザー溶接機を含む、様々な種類の溶接機が開発されてきました。
ハンドヘルドレーザー溶接機で溶接する際に、なぜシールドガスを使用するのでしょうか？ハンドヘルドレーザー溶接機は、主に薄肉材料や精密部品の溶接に用いられる新しい溶接方式で、スポット溶接、突合せ溶接、重ね溶接、シーリング溶接などを実現できます。溶接深度比が高く、溶接幅が狭く、熱影響部が小さく、変形が小さく、溶接速度が速く、溶接シームが滑らかで美しく、溶接後の処理が不要または簡単な処理で済み、高品質の溶接シーム、気孔なし、精密な制御、焦点スポットが小さく、位置決め精度が高く、自動化が容易です。
1. 金属蒸気汚染や液滴の飛散から集束レンズを保護することができます。
シールドガスは、レーザー溶接機の集束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します。特に高出力溶接では、噴出が非常に強力になるため、このときレンズを保護することがより必要になります。
2.シールドガスは、高出力レーザー溶接からのプラズマシールドを消散させるのに効果的です。
金属蒸気はレーザービームを吸収してプラズマ雲に電離し、金属蒸気の周囲の保護ガスも熱によって電離します。プラズマが過剰に存在する場合、レーザービームはプラズマによってある程度消費されます。プラズマは加工面上に二次エネルギーとして存在するため、溶け込みが浅くなり、溶接プールの表面積が広がります。
電子の再結合率は、電子とイオンおよび中性原子との三体衝突を増加させることでプラズマ中の電子密度を低下させ、増加させます。中性原子が軽いほど衝突頻度が高くなり、再結合率も高くなります。一方、高電離エネルギーの保護ガスのみでは、ガス自体の電離により電子密度は増加しません。
3.保護ガスは溶接中にワークピースを酸化から保護します。
レーザー溶接機は、 保護ガスを最初に放出し、次にレーザーを放出するようにプログラムを設定する必要があります。これは、連続加工中にパルスレーザーが酸化されるのを防ぐためです。不活性ガスは溶融池を保護することができます。一部の材料は表面酸化の有無にかかわらず溶接される場合、保護ガスを考慮する必要はありませんが、ほとんどの用途では、溶接中にワークピースが溶接されるのを防ぐため、ヘリウム、アルゴン、窒素などのガスが保護ガスとしてよく使用されます。
4.ノズル穴の設計
シールドガスはノズルから一定の圧力で噴射され、ワークピースの表面に到達します。ノズルの流体力学的形状と出口径は非常に重要です。噴射されたシールドガスを溶接面全体に行き渡らせるのに十分な大きさが必要ですが、レンズを効果的に保護し、金属蒸気による汚染や金属飛散によるレンズの損傷を防ぐために、ノズルのサイズも制限する必要があります。流量も制御する必要があります。流量が不足すると、シールドガスの層流が乱流になり、大気が溶融池に巻き込まれ、最終的に気孔が形成されます。
レーザー溶接において、シールドガスは溶接形状、溶接品質、溶接溶け込み、および溶け込み幅に影響を与えます。シールドガスを吹き付けると、ほとんどの場合、溶接にプラスの効果をもたらしますが、マイナスの効果をもたらす場合もあります。
ポジティブな役割:
1) シールドガスを適切に吹き付けると、溶接プールが効果的に保護され、酸化が軽減または回避されます。
2) シールドガスを正しく吹き付けると、溶接中に発生するスパッタを効果的に低減できます。
3) 保護ガスを適切に吹き付けると、溶融池が凝固する際に均一に広がり、溶接形状が均一で美しくなります。
4) 保護ガスを正しく吹き込むことで、金属蒸気プルームやプラズマ雲によるレーザーの遮蔽効果を効果的に低減し、レーザーの有効利用率を高めることができます。
5) シールドガスを適切に吹き付けると、溶接の気孔を効果的に低減できます。
ガスの種類、ガス流量、吹き付けモードの選択が適切であれば、理想的な効果が得られます。しかし、保護ガスの不適切な使用も溶接に悪影響を及ぼします。
副作用:
1) シールドガスの不適切な注入は溶接不良の原因となる可能性があります。
2) 間違った種類のガスを選択すると、溶接部に亀裂が生じたり、溶接部の機械的特性が低下する可能性があります。
3) ガス吹き付け流量を誤って選択すると、溶接部の酸化がより深刻になる可能性があり（流量が大きすぎても小さすぎても）、溶接プールの金属が外力によって深刻に乱され、溶接の崩壊や不均一な成形につながる可能性があります。
4) 間違ったガス注入方法を選択すると、溶接の保護効果が達成されなかったり、保護効果がほとんどなかったり、溶接の形成に悪影響を与えたりします。
5) 保護ガスの注入は溶接の溶け込みに一定の影響を与え、特に薄板を溶接する場合は溶接の溶け込みを減少させます。
一般的に、保護ガスとしてヘリウムが用いられます。ヘリウムはプラズマを最大限に抑制し、溶け込み深さと溶接速度を向上させます。また、軽量で排出性が高く、気孔が発生しにくいという利点もあります。もちろん、実際の溶接結果から判断すると、アルゴン保護の効果は悪くありません。
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投稿日時: 2023年2月4日
