アルミニウムレーザー溶接のパラメータ： パワー、スピード、フォーカス、ワイヤーフィード

1. レーザー出力：出力値と起動・停止動作を設定します。

光出力は、コントローラーのパーセンテージだけでなく、WまたはkW単位で記録してください。また、光源が連続動作か、パルス動作か、変調動作かも記録してください。パルス動作の場合、平均出力だけではピーク出力、パルス幅、繰り返し周波数は分かりません。

溶融が浅い場合は、まずビームの位置、焦点、光学系、およびフィッティングを確認してください。出力を上げると溶接が深くなる場合がありますが、スパッタの増加、溶融池の拡大、または貫通溶接の原因となる可能性もあります。開始部、安定部、終了部をそれぞれ個別にテストしてください。中間部が長く健全であっても、クレーターに亀裂がないとは限りません。

有用な試行質問：計画された電力変更は、別の許容できない欠陥を発生させることなく、必要な溶断面積を改善するだろうか？

2. 移動速度：縫い目全体を通して露出を制御する

移動速度が速いほど、ビームが各位置で過ごす時間は短くなります。一方、移動速度が遅いほど、出力が一定の場合、単位長さあたりの公称エネルギーは多くなります。ただし、どちらの方向でも必ずしも品質が向上するとは限りません。プールの流れ、熱損失、キーホール特性も変化するためです。

試験シート全体を通して、速度は1つの単位で記録してください。自動作業の場合は、加速とコーナリングを確認してください。手作業の場合は、作業者の通常の速度、角度、および距離の変動を含めてください。機械の表示速度は、人の手の動きを測定するものではありません。

役立つ試用問題：動きが遅くなる箇所も含め、最初、中間、最後の部分はすべて通過しますか？

3. フォーカスとスポットサイズ：調整する前に基準を定義する

「−1 mm」などのフォーカス値は、基準面とヘッドの符号規則が分かっていない限り不完全です。物理的な焦点面、スタンドオフ、スポットサイズを記録してください。オフセットの意味を確認せずに、異なるレンズや処理ヘッド間でオフセットを転送しないでください。

出力が一定の場合、円形スポットの直径を半分にすると、公称面積は4分の1に減少します。したがって、単位面積あたりの平均出力は4倍になります。実際のビーム形状は必ずしも均一ではないため、この幾何学的比較だけでは透過率を予測することはできません。

2024年のAA6061に関する研究で、松田氏らはスポットサイズの変化が完全溶け込みに必要なエネルギーと、揺動が溶接に及ぼす影響に影響を与えることを発見した。この結果は、光学系を単なる付属品ではなく、溶接手順の一部として扱うべきであることを裏付けている。研究概要を読む。

より詳細な光学比較については、「0.14 mm 対 0.4 mm レーザー溶接スポットサイズ」を参照してください。

4. ウォブル：移動に合わせてパターンの幅と周波数を合わせる

ウォブルとは、ヘッドが前進する際にビームを小さな繰り返しパターンで動かすことを意味します。これにより、より広い範囲に熱を分散させ、溶着材の分布を促進できます。パターンが広すぎると、目に見えるビードが広く見えても、根元の溶融が不十分になる可能性があります。

パターン、方向、周波数、およびメーカーが定義する振幅またはスキャン幅を保存してください。「振幅2mm」は、すべてのコントローラーで同じ全範囲のスキャンを意味するとは限りません。移動速度は、繰り返しパターン間の間隔を変えるため、記録と一緒に保存してください。

最も幅の広いビードを選択するのではなく、上面、界面、ルートの溶融状態を比較してください。繰り返し発生する欠陥がある場合は、プログラムされた動作に対してその間隔を確認してください。ウォブルレーザー溶接ガイドでは、パターン選択についてさらに詳しく説明しています。

5. シールドガス：流量だけでなく、被覆率も確認する

アルゴンはアルミニウムシールドの一般的な初期選択肢ですが、開発された手順ではヘリウムまたは混合ガスを使用することもできます。実際のプロセスと材料に適したガスを選択してください。異なるガスで報告された結果は、生産においてそのガスを代替することを許可するものではありません。

ガスの種類、流量（L/分）、ノズルサイズ、角度、距離、および前/後流量を記録します。通常の抽出と周囲の気流がある状態で供給を確認します。シールドを乱すような不十分な被覆と過剰な流量の両方が問題を引き起こす可能性があります。TWIは、レーザー溶接欠陥ガイダンスにおいて、汚染やキーホールの不安定性に加えて、不十分なシールドを特定します。

参考になる試用質問：プールは、角、始点、終点を含め、実際の継ぎ目全体にわたって保護されていますか？

6. 溶加材：化学組成、供給速度、ビーム位置を合わせる

溶加材を用いない溶接は、自溶溶接と呼ばれます。これは、密着性の高い接合部に適しています。溶加材は、接合部に金属を追加する必要がある場合や、割れ防止や使用条件を満たすために異なる溶接組成が必要な場合に役立ちます。

4043と5356は一般的なアルミニウム溶加材ですが、すべてのグレードで互換性があるわけではありません。必要な特性（強度、耐食性、使用温度、陽極酸化処理後の外観など）と、正確な基材合金の組み合わせから選択する必要があります。ESABの溶加材比較表では、これらのトレードオフについて説明しています。最終的なレーザー溶接継手は、別途試験が必要です。

送り速度は、移動距離と充填される体積に合わせる必要があります。ワイヤ送り速度が一定のまま移動距離が増加すると、単位継ぎ目長さあたりのワイヤ供給量が減少します。ワイヤが目的のビーム/プール交点を外れた場合、送り速度を変更するだけでは解決しない可能性があります。ワイヤの直径、角度、位置、およびフィーダー上の番号を記録してください。

レーザー溶接工程におけるワイヤ供給側のワイヤ供給速度の調整方法をご覧ください。

7. 接合部の調整：製造ギャップと制約を測定する

隙間、端部の不一致、重なり、およびクランプによって、溶融可能な金属の位置と接合部からの熱の放出方法が決まります。広い表面ビードでは、界面での溶融不足を補うことはできません。

実際の部品を複数測定し、許容誤差の最大値と最大値を明記してください。治具が継ぎ目に沿って同じ隙間を維持するか、裏打ち材によって熱伝導経路が変わるか、加熱によって接合部が開くか閉じるかを確認してください。揺動や充填材は一部の工程で許容誤差を大きくすることができますが、嵌合限界を完全に排除するものではありません。

有用な試行質問：選択した範囲は、意図した治具を使用した場合、最も不利な通常部品に対して機能しますか？