レーザー溶接

銅レーザー溶接の課題と解決策

銅レーザー溶接の課題と解決策 |レーザーチャイナ

レーザー溶接は、精度と効率を実現する高度な製造技術です。ただし、銅に関しては、金属の固有の特性により、このプロセスには課題が伴います。室温での近赤外レーザーに対する銅の低い吸収率、高い熱伝導率、および変動する吸収率は、重大な障害となります。このブログ投稿では、銅レーザー溶接に関連する困難、これらの課題から生じる欠陥、およびそこから得た洞察について詳しく説明します。 レーザーチャイナ これらの問題を解決する方法についてエンジニアに伝えます。

高い熱伝導率と急速な放熱

銅の 401 W/(m*K) という卓越した熱伝導率は、素早い熱放散を促進するだけでなく、レーザー溶接プロセスを複雑にします。これは、レーザービームが銅に照射されると、エネルギーの多くが溶接の深さに寄与するのではなく、冷却によって失われることを意味します。たとえば、入力が 1000 W の場合、鋼は 400 W を維持するのに対し、銅は 600 W を消費し、溶接用に 920 W のみが残ります。同等の溶解深さを達成するには、銅の場合はアルミニウムの場合の XNUMX 倍以上、鋼の場合の XNUMX 倍以上のレーザー出力が必要です。熱伝導率が高いと、マクロレベルでは溶融の欠如や外観の粗さなど、さまざまな溶接欠陥が発生し、ミクロレベルでは大きな熱影響部が発生して性能が低下します。エンジニアらは、アーク溶接などの低密度溶接プロセスでは予熱が必要な場合が多いが、レーザー溶接などの高密度プロセスでは安定性を維持するためにさらに高い電力が必要であると示唆しています。

高反射率かつ低吸収率

銅は反射率が高く、赤外線レーザー光の吸収率が低いため、別のハードルが生じます。特に 1030 ~ 1080nm の波長範囲でのファイバー レーザーの普及により、室温では入射レーザーのわずか約 3% が銅に吸収されます。この効率の低さにより、効果的な溶接のために高出力のレーザーが必要となり、溶接プロセス中の不安定性が悪化します。これを克服する戦略には、レーザーパラメータを最適化し、銅とより有利に相互作用する可能性のあるさまざまな波長を探索することが含まれます。

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可変吸収率

銅の吸収率は溶接プロセス中に大幅に変化するため、レーザー溶接はさらに複雑になります。室温では、固体銅の初期吸収率は約 3% ですが、8K では約 1250% までゆっくりと増加します (わずか 5% の増加です)。しかし、1250~1350Kの狭い温度範囲では吸収率が約15%に跳ね上がり、熱伝導率は330W/(mK)から160W/(mK)程度まで急激に低下します。この急激な変化により蓄熱量が大幅に増加し、スパッタやポロシティなどの欠陥が発生します。エンジニアは、これらの変動を管理し、溶接品質を向上させるためのリアルタイム制御の重要性を強調しています。

まとめ

銅レーザー溶接には特有の課題があり、高品質の接合を確保するには特殊なアプローチが必要です。高い熱伝導率、高い反射率、および吸収率の大幅な変動により、より高いレーザー出力の使用と溶接パラメータの慎重な制御が必要になります。これらの課題を理解し、エンジニアが提供するソリューションを実装することで、メーカーは銅レーザー溶接に伴う障害を克服し、信頼性の高い効率的な結果を達成できます。技術の進歩に伴い、レーザー機器と技術のさらなる最適化により、さまざまな産業用途における銅溶接の能力が向上し続けます。

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