レーザーパワーが溶接に与える影響：解説

次のような疑問を持ちながら、この記事を読んでほしい：

• 溶接成形係数とは何ですか？計算方法は？
• レーザー出力の選択基準は？ レーザー溶接?
• レーザー出力を下げると、溶接溶け込みと到達溶接速度にどのような影響がありますか？

1.ダブルビーム溶接の原理

レーザー溶接の分類

1) 出力密度と溶接部形成特性による:

• 熱伝導溶接：出力密度（レーザー出力／焦点面積） ＜ 10⁵W/cm²
• 深溶け込み溶接電力密度 > 10⁶W/cm²

2) レーザー出力モードによる

• パルスレーザー溶接
• 連続レーザー溶接

図 1. パルスレーザー溶接 および連続レーザー溶接

2.レーザー出力の選択 P

P（レーザー出力）の選択は板厚に基づく。Pはスポットの出力密度を決定し、溶け込み深さと溶接速度の両方に影響を与えます。

図.2 電力密度と金属温度の経時変化曲線

3.浸透に対するレーザー出力の影響

図に示されているように、パワー（P/kw）が大きいほど、浸透は深くなり、逆もまた然りである。

図3 レーザー透過率とパワーの関係

4.レーザー出力が溶接速度に及ぼす影響

補足的な知識のポイント

GB/T3375-1994では、溶接のフォーム・ファクターは、図4に示すように、単一の溶接部の断面における溶接幅（B）と計算上の溶接厚さ（H）の比（φ＝B/H）として定義されている。

形状が小さいと、溶接部は狭く深くなる。しかし、溶接部の中央部では不純物濃度が高く なりやすく、領域偏析のために耐熱亀裂性が劣る。従って、フォーム・ファクターはあまり小さくし てはならない。

例えば、溶接のフォーム・ファクターは1.3以上であるべきで、これは溶接の幅が、計算された溶接の厚さの少なくとも1.3倍であることを意味する。

図4 レーザー出力と速度が溶接の成形を決定する

図5 溶接速度とレーザー出力の関係

5.レーザー出力、溶接速度、溶け込みの関係

図6 低炭素鋼の異なる出力下での溶け込みと溶接速度の変化

概要

レーザー溶接パワーは、スポットのパワー密度を決定し、溶け込み深さと溶接速度を制御する。レーザー出力が増加すると、溶接速度と溶け込み深さの両方が増加する。