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ロボットによるファイバーレーザ溶接の課題やメリット・デメリット

ファイバーレーザ溶接

当コラムでは、溶接方法の中でもメリットが多いとされるロボットによるファイバーレーザ溶接の課題やデメリットについてご説明します。課題を解決する当社のコア技術についてもご説明しますので、是非ご確認ください。

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ファイバーレーザ溶接の特徴

ファイバーレーザは、高品質なレーザビームを集光レンズにより集光する事で高パワー密度な熱源となります。このため、レーザは金属やセラミックなどの材料を容易に、過熱し溶融・蒸発させることができます。
レーザビームをスポット径でΦ0.05からΦ1.0に集光し、被加工材に照射する事で、溶融させ接合します(マルチモードファイバーレーザのスポット径はΦ0.6が一般的)。

極小部を加熱する事から、母材への急熱急冷状態で接合する事により低歪での接合が可能になります。また、高エネルギー密度のレーザを活用する事により高速での溶接が可能となります(アーク溶接の5~10倍)。
広範囲の溶接が必要になる場合においては、高位置決め精度の産業用ロボットを活用する事により繰り返し性の高い接合が可能となります。

当社のファイバーレーザ溶接については、動画でご確認頂けます。

ファイバーレーザ溶接のメリット

ファイバーレーザ溶接では、非接触加工、局所加熱、ビームの小径スポットとエネルギー密度により、ビード幅に対する溶込みがTig溶接よりも深く、焼けや歪みが少ない高品質な溶接が可能です。 従来の溶接技術とは違い、高い溶接品質、高出力によるスピード溶接が可能であるため、多種多様な用途で使用されています。
また、ロボットによる溶接となり、溶接の際に人的作業工数がかからないという点も大きなメリットの一つです。

ファイバーレーザ溶接のデメリット

ファイバーレーザ溶接を行う上では、接合する継手型状に合わせた部品精度が必要となります。一般的なアーク溶接にて行われる突合せ溶接・隅肉溶接においても、ファイバーレーザ溶接では接合部の隙間を0.2㎜以下にする部品加工精度が必要となります。
部品加工精度を確保しても部品間を位置決めする溶接治具の保持力や位置決め精度が不十分であると溶接位置ずれが生じ、接合不良となります。ロボットによる溶接でありヒューマンエラーによる接合不良の回避できると思われがちですが、位置決め精度に依存することも事実であり、位置決めのミスにより溶接品質が低下するリスクがあるわけです。

また、前述のとおり、接合不良を回避するためにはワークセットごとに溶接位置を確認する必要がありますが、この付随作業に時間を要します。溶接においては人的工数がかかりませんが、位置決め作業に時間がかかることから、想定以上の工数がかかることも多くあります。
接合箇所が広範囲に多数存在する場合、レーザヘッドをロボットに把握させることで接合が可能となりますが、ロボットの稼働速度以上にする事が出来ないこと、高速照射を可能とするガルバノスキャナヘッドでも加工エリアが限られていることから、加工エリアを順次稼働し溶接するステップ&リピートによる溶接工法では加工時間の短縮が困難でした。

ファイバーレーザ溶接の課題を解決する工法

これらの問題を解決できるのが、当ガイドブックでご紹介する「オンザフライ溶接工法」と「シームトラッキング溶接工法」です。国内でも徐々に浸透している技術ではありますが、ドイツをはじめとした欧州や北米では、国内よりも活用されている溶接技術です。

当社のコア技術:オンザフライ溶接工法

オンザフライ溶接工法従来のファイバーレーザ溶接においては、広範囲に多くの溶接ポイントがある場合、溶接位置でロボット動作を停止しレーザ光を照射するステップ&リピート工法が用いられていました。この工法ではロボットの動作が停止するため、溶接時間が長時間化していましたが、オンザフライ溶接工法により短時間での溶接が可能となります。 また、当社の高度コア技術であるシームトラッキング溶接技術と共に用いることで、高速・高精度の接合を可能にします。

 

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当社のコア技術:シームトラッキング溶接工法

シームトラッキング溶接工法とは、溶接位置を事前にモニタリングし溶接位置を追従補正することで、安定した溶接が可能となる技術です。 ファイバーレーザ溶接では、極小範囲に高出力のレーザ光を照射する事により複数部材を接合しますが、突合せ溶接・隅肉溶接の場合においては、照射位置のズレにより接合不良が発生する可能性があります。そのため、接合精度の向上のため、加工治具により部品位置決め精度を向上させることが重要です。また、より安定的に接合するためには、ワークセットごとに溶接位置を確認する必要があります。シームトラッキング技術を活用することにより、調整作業がなくなり段取り時間の削減や安定した突合せ・隅肉溶接が可能になります。

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溶接に関する技術資料

金属塑性加工.comでは、高品質・低コストを実現できる溶接に関する無料冊子を発行しております。是非ご確認ください。

 

オンザフライ溶接・シームトラッキング溶接ガイドブック

ロボットによるファイバーレーザ溶接において、位置決め精度が不十分なことによる接合不良発生や位置決め作業の長時間化などのデメリットを解消することができる、オンザフライ溶接工法とシームトラッキング溶接工法のガイドブックです。当技術により、溶接スピードの上昇と位置決め作業の削減で、製造リードタイムの大幅短縮が可能となります。

オンザフライ溶接・シームトラッキング溶接

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表面処理鋼板材接合ガイドブック

表面処理鋼板材の接合不良をなくし、さらにコストダウン・製造リードタイム短縮を実現する、表面処理鋼板材接合技術に関するガイドブックです。表面処理鋼板材接合技術を用いることで、ZAM 材を始めとした目付け量の多い溶融メッキ鋼板の安定的な溶接が可能となります。当技術により、防錆・耐食性が必要な場合に ZAM 材を選定できるため、材料コストを 1/3 に抑えることが可能となります。

先端技術ガイドブック 表面処理鋼板材接合技術

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当コラムでは、ファイバーレーザ溶接の課題やメリット・デメリットついてご説明させて頂きました。金属塑性加工.comを運営する高橋金属は、溶接に関する研究に力を入れております。溶接に関するお悩みをお持ちの皆様、お気軽に当社にご相談ください。

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