【応用例】ダイレクト・ダイオード・レーザーを用いたオシレーション溶接

II-VI DIRECTPHOTONICS

500 W ダイレクト・ダイオード・レーザーを用いたアルミ / 銅のウィービングによるオシレーション溶接を紹介。

500 W ダイレクト・ダイオード・レーザーを用いたアルミ / 銅のウィービングによるオシレーション溶接を紹介。

 

本アプリケーションノートでは、新しいトレパニング光学系を用いたオシレーション溶接における500W DirectProcess ダイレクト・ダイオード・レーザーの性能について、特にアルミ/アルミ及びアルミ/銅の溶接への適用を例にご紹介します。溶接結果は、最大1.5mm厚のアルミと、最大0.2mm厚の銅サンプルで分析しました。
ビーム揺動用のトレパニング光学系により、500W出力 DirectProcess を用いて効率的にアルミ溶接を行えました。

DirectProcess 900 C は、アルミ同士及び薄膜の銅-アルミ溶接において、ファイバレーザーに匹敵する速度と非常に高品質な溶接を、ファイバレーザーと同様の構成で達成しました。一方でトレパニング光学系を用いたレーザービームの揺動により、2Dスキャナを用いた場合と同等の溶接パターンを、より正確かつ簡単に実現できます。

DirectProcess 900 レーザーは、スチールやプラスチックのような他の素材の溶接への利用も可能です。厚みが大きい材料、特に銅や真鍮の場合には、これら材料での熱損失と低い熱吸収性を補正するために、より高いレーザーパワーが求められます。

 

セットアップ

溶接試験は全てトレパニング光学系を用いて行いました。DirectProcess 900 ダイレクト・ダイオード・レーザーの発振時の設定は以下の通りです:

DirectProcess 900セットアップ アルミニウム
出力パワー 500 W
ビーム品質 6 mm mrad
集光レンズ f = 100 mm
揺動速度 1000 rpm
揺動サイズ 300~1500 μm 1500 μm
ギャップ長さ 1.5 mm 1.5 mm
サンプル厚み 0.5 – 1.5 mm 0.2 mm
アシスト・ガス アルゴン

トレパニング光学系は、比較的シンプルなセットアップで、数μmから数mmまでの加工範囲を高速ビーム変位します。ビームはスポット径を保ったまま回転させることができます。この円が任意の2次元軌道設定に沿って移動します。

トレパニング光学系についての詳細は、下の<製品カタログ>バナーから資料をご参照ください。

 

結果

アルミニウム同士の溶接

DirectProcess 900を用いることで、揺動速度 1000rpmで、溶接速度 毎秒50 ~300mmを達成。揺動速度を上げても溶接品質の改善にはつながりませんでした。ギャップサイズは1.5mm程度まで拡がる可能性があります。

 

0.5mm厚
揺動エリア500μmで溶接を行った場合、オシレーションスポット周辺の熱影響域は均一で、強度はあまり高くありません。さらに実験をすすめるため、揺動エリアを1.5mmまで拡大し、加工速度を毎秒100mmに設定しました。ギャップサイズと材料厚みの比は約3:1でした。
溶接は非常に均一で、特に断面図では溶接部が見えないほどです。
1.0mm厚
出力をフルパワーまで、プロセス速度を毎秒300mmまで増大しましたが、同等の溶接品質を保つことができました。ギャップサイズと材料厚みの比は約1.5:1となりました。
非常に均一性の高い溶接を達成。特に断面の溶接品質は、0.5mm溶接並みの高い品質となりました。
1.5mm厚
同等の溶接品質を保つために、プロセス速度を若干遅くしました。ギャップサイズと材料厚みの比は約1:1となりました。
断面での溶接品質がギャップ-厚みの比1:1まで保持されているのがわかります。

銅とアルミニウムの溶接

銅 (0.2mm) とアルミニウム (0.5mm) の溶接結果です。断面観察による溶け込み深さは100μmで、銅の厚みの約50%に相当します。空洞がなく、強く溶接されていることが示されました。

 

まとめ

全てのサンプルについて、DirectProcess 900 ダイレクト・ダイオード・レーザーは非常に高い溶接品質を示しました。揺動ビームを生成するトレパニング光学系の利用により、ギャップサイズは1.5mmまで増大可能です。
アルミニウム同士の溶接については、厚さ1.5mmまで強固な溶接を達成できました。また銅とアルミの溶接も良好な結果が確認できました。実験は全て、CW 500W出力レベルのDirectProcess 900で行っています。
なおより厚い材料では、さらに高い出力パワーとプロセス速度が求められます。

 

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