コアリングレーザー溶接とは？技術、利点、用途

イントロダクション

コアリングレーザー溶接は、カスタマイズされた光学システムを用いて中心レーザービームと周囲を囲むリングビームを生成するデュアルビームレーザー溶接技術です。中心ビームはキーホール形成と深溶け込みに特化し、リングビームは溶接領域周辺の予熱と溶融池制御を行います。このビーム構造は、厚板溶接、アルミニウムおよび銅加工、重工業用金属加工向けに開発されました。

本稿では、コアリングレーザー溶接の動作原理について、中心ビームとリングビームの機能、シングルビームレーザー溶接との違い、溶接性能、適用材料、産業用途などを含めて解説します。レーザー溶接プロセスに関する知識と装置の試験データに基づき、読者がこの技術とその適用条件を理解できるよう構成されています。

コアリングレーザー溶接とは？

コアリングレーザー溶接は、中心レーザービームとリング状レーザービームという2つの同軸エネルギー分布を用いる複合レーザー溶接プロセスです。この技術は、カスタマイズされた光学システムによって深溶け込みと熱分布制御を両立させ、厚板金属部品や高度な産業用途向けの溶接方法を提供します。

中央のビームは溶接部の浸透を集中させ、リング状のビームは溶接領域周辺で熱入力と溶融池の安定性を制御します。炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅など、溶接品質とプロセス安定性が求められる金属溶接プロセスに適用されます。

それはどのように動作しますか？

コアリングレーザー溶接は、特殊な光学構造を持つ単一のカスタムレーザー光源を用いて、中心ビームとリングビームという2つの同軸ビームを生成します。両方のビームは同じ光ファイバー光源から出力されます。コアビームとリングビームの出力比は、材料の種類、厚さ、溶接条件に応じて調整可能です。

コアリングレーザー溶接とシングルビームレーザー溶接の比較

コアリングレーザー溶接は、中心ビームと周囲のリングビームを組み合わせることで、従来の単一ビームによるエネルギー分布を変革します。中心ビームは溶接部の浸透に集中し、リングビームは溶接領域周辺の熱分布を制御します。このビーム構造により、単一ビームレーザー溶接とは異なり、厚板や高反射材料に対して異なるプロセス特性が得られます。

比較	シングルビームレーザー溶接	コアリングレーザー溶接
エネルギー分配	集中した熱入力を伴う単一ガウス型エネルギー分布	同軸中心ビームおよびリングビーム分配、調整可能な出力比
キーホールの安定性	高出力溶接、特にアルミニウム合金の溶接では、キーホールの変動が発生する可能性がある。	リングビームはキーホール周辺の安定した熱入力を支え、プロセスの安定性を向上させます。
飛散と多孔性	溶融池の不安定性は、スパッタや気孔の形成を増加させる可能性がある。	リングビーム予熱は溶融池の制御を改善し、溶接欠陥を低減する。
溶け込み深さと溶接幅	厚板用途では熱分布が制限される	コアリングのエネルギー分配により、より広い熱範囲とより深い溶接能力が実現します。
高反射素材	銅やアルミニウムの溶接は、反射や不安定な溶融の影響を受けやすい。	リングビームの予熱は、高反射材溶接時のエネルギー吸収を向上させる。
溶接部の形成	表面品質と均一性は、プロセスパラメータに大きく依存する。	溶融池の挙動がより安定することで、溶接部の外観が均一になる。

コアリングレーザー溶接は、厚板金属、アルミニウム、銅の溶接、および安定した溶接品質が求められる用途に適しています。一方、シングルビームレーザー溶接は、よりシンプルなプロセス要件が求められる標準的な溶接作業において、依然として一般的な選択肢となっています。

優位性

• 厚板溶接の安定性：リングビームがキーホール開口部を拡大し、高出力溶接時のキーホールの安定性を向上させます。6000Wのコアリングレーザー溶接システムは、最大14mmの炭素鋼、12mmのステンレス鋼、10mmのアルミニウム/銅を溶接できます。調整可能なコアリング出力配分により、より柔軟なプロセスを実現します。
• 溶接欠陥の制御：リングビームは、深溶け込み溶接時にキーホールと溶融池を安定させます。これにより、スパッタ、気孔、溶融不良などの一般的な欠陥を低減します。試験結果によると、材料とパラメータに応じて、スパッタは70%以上、気孔は70%～97%低減されます。
• ギャップ許容範囲の向上：シングルビーム溶接と比較して、コアリングレーザー溶接はより広い熱分布領域を提供します。0.1～0.3mmの組立ギャップに対応でき、接合部の位置決め精度に対する感度を低減します。
• 溶接変形の低減：リングビームが溶接部周辺の入熱量を均一化します。これにより、熱影響部を25～35%削減でき、溶接変形を約40%低減できます。
• 高反射材溶接：リングビームは材料表面を予熱し、アルミニウムや銅の溶接におけるエネルギー吸収の安定性を向上させます。中央ビームは、高反射金属の溶接における溶け込み性能を維持します。

コアリングレーザー溶接はどのような材料に対応できますか？

コアリングレーザー溶接は、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、銅、その他工業用溶接用途で使用される金属材料に適しています。

コアリングレーザー溶接は、厚板金属の溶接と安定した溶接品質が求められる、建設機械、鉄骨構造物、圧力容器、エネルギー機器などの産業分野で使用されています。

コアリングレーザー溶接はどのような業界で使用されていますか？

コアリングレーザー溶接は、厚板金属の溶接、安定した溶接品質、および制御された熱入力が求められる産業分野で使用されています。一般的な用途としては、重工業、エネルギー機器、造船、および圧力関連部品などが挙げられます。

コアリングレーザー溶接機の種類

コアリングレーザー溶接機の構成上の特徴

コアリングレーザー溶接機は、厚板金属の溶接と連続的な工業運転向けに開発された構成を備えています。ビーム出力分布、ワイヤ送給システム、および保護構造は、さまざまな材料、厚さ、および溶接条件に合わせて設計されています。

コアリングレーザー溶接機の構成は、ビーム制御、安定したワイヤ送給、および長期運転保護に重点を置いています。これらのシステムは、重工業用途における安定した溶接性能を支えます。

コアリングレーザー溶接は、お客様の用途に適していますか？

コアリングレーザー溶接は、安定した溶け込み深さ、制御された入熱量、そして一貫した溶接品質が求められる用途向けに設計されています。最適な用途は、材料の種類、板厚、および生産要件によって異なります。

こんな方へ：

• 厚板金属溶接：炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅など、より高い厚みが求められる部品に適しています。
• 高反射性材料：エネルギー吸収の安定性が求められるアルミニウムおよび銅の溶接に適しています。
• 大型溶接構造物：鉄骨構造物、機械フレーム、圧力機器、および重工業部品に適しています。
• 高い一貫性のある生産：溶接品質とプロセスの安定性が求められる連続生産に適しています。

以下の場合には不要となる可能性があります：

• 極薄板溶接：薄い材料の場合、より低い熱入力とよりシンプルなレーザー溶接ソリューションが必要となる場合があります。
• 単純な低出力溶接作業：標準的なシングルビームレーザー溶接は、基本的な溶接要件を持つ用途に対応できます。

結論

コアリングレーザー溶接は、中心ビームとリングビームを1つの同軸レーザーシステムに統合した技術です。この技術は、厚板溶接、高反射材料、および安定した溶接品質が求められる産業用途において、制御されたエネルギー分布を実現します。ビーム出力の調整、溶融池の制御、および欠陥低減特性により、鉄骨構造物、重機、エネルギー機器、および圧力関連部品に適しています。

KEMPSONは、さまざまな溶接要件に対応するため、4000Wおよび6000W構成のコアリングレーザー溶接ソリューションを開発・製造しています。溶接プロセス試験、サンプル検証、機器のカスタマイズ、設置サポート、技術トレーニングを提供しています。お客様の材料、板厚、生産要件に最適なレーザー溶接ソリューションをご提案いたしますので、お気軽にお問い合わせください。

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