試験・調査報告

-1-試験・調査報告<1.はじめに>各種レーザ溶接の特性従来は,鉄鋼等の金属のレーザ溶接と言えば,高出力CO2レーザが主流であり,一部YAGレーザが細かい自動車部品等に用いられているだけでした。しかしながら,近年,高品質レーザの高出力化が進み溶接が可能な発振器が新たに開発されてきています。今回は,従来のレーザ溶接に加え,新たに開発されたレーザ溶接の特徴を紹介します。<2.レーザの種類および特徴>2-1各種レーザの種類レーザの種類は,発振される媒質の種類によって分類されます。大きく分けると気体レーザ,固体レーザ,半導体レーザに分けられます。気体レーザとしてはCO2(炭酸ガス)レーザ,固体レーザとしてはYAGレーザ,ファイバーレーザ等が挙げられます。また,YAGレーザには,励起源として半導体を用いるLD励起YAGレーザ,フラッシュランプを用いるランプ励起YAGレーザ,および媒質の形状がディスク型(円盤)のディスクレーザ等があります。レーザには多くの種類がありますが,今回は鋼板等の金属のレーザ溶接に用いられるレーザの種類と主な仕様(表1)について簡単に述べます。なお,これらの値は実際の装置によって異なりますので,一定の目安と考えて頂ければと思います。表1レーザの種類と主な仕様(出力4～5kW時)1)(1)波長(μm)(2)ビーム吸収率(%)FeAl(3)総効率(%)【チラーを含む】(4)占有面積(レーザヘッド,電源,チラー)(5)消耗品取換え時間(h)(6)ビーム品質BPP(mm・mrad)(7)ファイバー径(φmm)気体レーザCO2レーザ10.612266-7光学系2,000ブロワー/タービン20,0006―(8)市販品の最高出力(kW)10～100(1)波長固体レーザLD励起ランプ励起ディスクファイバー(YAGレーザ)(YAGレーザ)(YAGレーザ)1.0641.06435767-8光学系2,000LD357112-15光学系2,000フラッシュランプ1.03357157-8光学系2,000LD10,000500-1,00010,000250.68250.6880.28半導体レーザ(LD)0.8401325-301LDレーザ1.07357201LD50,00010,00050.12010018～10波長はレーザが発振される媒質によって決まり,その範囲は大きく二つに分けることができます。①CO2レーザ②それ以外:約10m:約0.8～1m溶接に対する影響という観点で見ると,この値は(2)ビーム吸収率に影響を及ぼします。また,CO2レーザは波長が大きいためファイバー転送ができません。そのため,他のレーザに比べフレキシビリティ性が劣る面があり,ロボットへの適用が困難です。(2)ビーム吸収率溶接の際,レーザは材料表面での反射や錯乱等により損失するため,溶接に使われているエネルギーは,