溶接とは何ですか?
金属の溶接能力とは、金属材料の溶接プロセスへの適応性を指し、主に特定の溶接プロセス条件下で高品質の溶接継手を得るのが難しいことを指します。「溶接能力」には、広義には「稼働率」や「信頼性」も含まれる概念です。溶接能力は材料の特性と使用されるプロセス条件によって異なります。金属材料の溶接能力は静的なものではなく、例えば、もともと溶接能力が悪いとされていた材料でも、科学技術の発展に伴い、新たな溶接方法により溶接が容易になり、つまり溶接能力が向上していきます。良くなりました。したがって、プロセス条件を離れて溶接能力を語ることはできません。
溶接能力には 2 つの側面が含まれます。1 つは継手のパフォーマンス、つまり特定の溶接プロセス条件下で溶接欠陥が形成される感度です。2 つ目は実用的な性能、つまり特定の溶接プロセス条件下での使用要件に対する溶接継手の適応性です。
溶接方法
1.レーザー溶接（LBW）
2.超音波溶着(USW)
3.拡散溶接(DFW)
4.etc
1.溶接は、表面を溶融点まで加熱し、その後冷却して固化させることにより、通常は金属である材料を接合するプロセスです。多くの場合、フィラー材料が追加されます。材料の溶接性とは、特定のプロセス条件下で溶接できる能力を指し、材料の特性と使用される溶接プロセスの両方に依存します。
2.溶接性は継手性能と実用性能の2つに分けられます。継手の性能は、特定の溶接プロセス条件下での溶接欠陥の形成の感度を指しますが、実用性能は、特定の溶接プロセス条件下での使用要件に対する溶接継手の適応性を指します。
3.溶接方法には、レーザー溶接（LBW）、超音波溶接（USW）、拡散溶接（DFW）などがあります。溶接方法の選択は、接合する材料、材料の厚さ、必要な接合強度、およびその他の要因によって異なります。
レーザー溶接とは何ですか?
レーザー溶接（「LBW」）としても知られるレーザー溶接は、レーザー ビームを使用して 2 つ以上の材料（通常は金属）を接合する製造技術です。
これは、溶接される部品の片側から溶接ゾーンにアクセスする必要がある非接触プロセスです。
レーザーによって発生した熱により接合部の両側の材料が溶け、溶けた材料が混合して再凝固することで部品が融合します。
強力なレーザー光が材料を急速に加熱すると、溶接が形成されます (通常はミリ秒単位で計算されます)。
レーザー光は単一波長（単色）のコヒーレント（単相）光です。レーザービームはビーム発散が低く、エネルギー量が高いため、表面に当たると熱が発生します。
あらゆる形式の溶接と同様、LBW を使用する場合は詳細が重要です。さまざまなレーザーやさまざまな LBW プロセスを使用できますが、レーザー溶接が最適な選択ではない場合もあります。
レーザー溶接
レーザー溶接には次の 3 種類があります。
1.通電モード
2.伝導・浸透モード
3.ペネトレーションまたはキーホールモード
これらのタイプのレーザー溶接は、金属に供給されるエネルギーの量によってグループ化されます。これらは、レーザー エネルギーの低、中、高エネルギー レベルと考えてください。
伝導モード
伝導モードでは金属に低いレーザーエネルギーが供給されるため、溶接部が浅くて貫通力が低くなります。
一種の連続スポット溶接が得られるため、高い強度を必要としない接合に適しています。伝導溶接は滑らかで見た目にも美しく、通常は深さよりも幅が広くなります。
伝導モード LBW には 2 つのタイプがあります。
1.直接加熱:パーツの表面はレーザーによって直接加熱されます。その後、熱が金属に伝わり、母材の金属の一部が溶け、金属が再凝固するときに接合部が融合します。
2.エネルギー伝達: 特殊な吸収インクが最初にジョイントの界面に配置されます。このインクはレーザーのエネルギーを取り込み、熱を発生します。次に、下にある金属が熱を薄い層に伝え、それが溶けて再凝固して溶接接合部を形成します。
伝導/浸透モード
これをモードの 1 つとして認識しない人もいるかもしれません。彼らは 2 つのタイプしかないと感じています。熱を金属に伝導するか、小さな金属チャネルを蒸発させて、レーザーを金属に到達させます。
しかし、伝導/浸透モードは「中」のエネルギーを使用し、より多くの浸透をもたらします。ただし、レーザーはキーホール モードのように金属を蒸発させるほど強力ではありません。
貫通または鍵穴モード
このモードでは、深く狭い溶接が作成されます。したがって、これをペネトレーションモードと呼ぶ人もいます。通常、行われる溶接は幅よりも深くなり、伝導モード溶接よりも強度が高くなります。
このタイプの LBW 溶接では、高出力レーザーが母材金属を蒸発させ、接合部まで伸びる「キーホール」として知られる狭いトンネルを作成します。この「穴」は、レーザーが金属の奥深くまで侵入するための導管となります。
LBWに適した金属
レーザー溶接は、次のような多くの金属に使用できます。
- 炭素鋼
- アルミニウム
- チタン
- 低合金およびステンレス鋼
- ニッケル
- 白金
- モリブデン
超音波溶着
超音波溶接 (USW) は、高周波の機械的運動から発生する熱を利用して熱可塑性プラスチックを接合または再形成することです。これは、高周波の電気エネルギーを高周波の機械的運動に変換することによって実現されます。この機械的な動きと加えられた力により、プラスチック部品の合わせ面 (接合部分) に摩擦熱が発生し、プラスチック材料が溶けて部品間に分子結合が形成されます。
超音波溶着の基本原理
1. フィクスチャ内の部品: 組み立てられる 2 つの熱可塑性プラスチック部品は、フィクスチャと呼ばれる支持構造の中に重ねて配置されます。
2.超音波ホーン接触：ホーンと呼ばれるチタンまたはアルミニウムの部品を上部のプラスチック部分に接触させます。
3. 適用される力: 制御された力または圧力が部品に適用され、部品が固定具に対して固定されます。
4. ウェルド時間: 超音波ホーンは、ウェルド時間と呼ばれる所定の時間、1 秒あたり 20,000 (20 kHz) または 40,000 (40 kHz) 回、1000 分の 1 インチ (ミクロン) 単位で測定される距離で垂直に振動します。慎重な部品設計により、この振動機械エネルギーは 2 つの部品間の限られた接触点に向けられます。機械的振動は熱可塑性材料を介して接合界面に伝わり、摩擦熱が発生します。接合界面の温度が融点に達するとプラスチックが溶けて流動し、振動が止まります。これにより、溶けたプラスチックが冷却され始めます。
5.保持時間: 溶融プラスチックが冷えて固まるときに部品が融合できるように、クランプ力は所定の時間維持されます。これはホールドタイムとして知られています。(注: 保持時間中により高い力を加えることにより、接合強度と気密性を向上させることができます。これは二重圧力を使用して達成されます)。
6.ホーンが引っ込む: 溶けたプラスチックが固まると、クランプ力が解除され、超音波ホーンが引っ込みます。2 つのプラスチック部品は、あたかも一緒に成形されたかのように結合され、1 つの部品として固定具から取り外されます。
拡散溶接、DFW
熱と圧力による接合プロセス。接触面は原子の拡散によって接合されます。
プロセス
濃度の異なる 2 つのワークピース [1] が 2 つのプレス [2] の間に配置されます。プレスはワークの組み合わせごとに異なるため、製品の設計が変更された場合には新しい設計が必要になります。
次に、材料の融点の約 50 ～ 70% に相当する熱がシステムに供給され、2 つの材料の原子の移動度が増加します。
次に、プレスが互いに押し付けられると、原子が接触領域で材料間で拡散し始めます [3]。拡散はワークピースの濃度が異なるために起こりますが、熱と圧力はプロセスを容易にするだけです。したがって、圧力は、原子がより容易に拡散できるように、材料と接触面をできるだけ近づけるために使用されます。所望の割合の原子が拡散したら、熱と圧力を取り除き、結合処理が完了します。
