レーザー溶接は、工業用接合プロセスにおける変革的技術として登場した。特に高精度、最小限の熱歪み、生産性の向上が求められる用途では、TIG溶接やMIG溶接のような従来の方法よりも明確な利点があります。高度な接合技術を評価する調達担当者にとって、レーザー溶接は測定可能な性能向上と大幅なコスト優位性の両方を提供します。

の基本原則 レーザー溶接

レーザー溶接は、高強度レーザー・ビームを材料表面に照射し、吸収して熱に変換することで機能する。この熱により局部的な溶融が起こり、場合によっては気化やプラズマ形成が起こる。入熱と材料の反応により、レーザー溶接は通常2つのモードに分類される：

• 伝導溶接:熱により材料は溶融するが、気化はしない。薄肉部に適し、溶け込みを最小限に抑えた滑らかな溶接部が得られる。
• キーホール（深穴）溶接:材料が溶けて気化し、狭くて深いキーホールが形成されるため、高アスペクト比の溶接が可能になる。工業用途ではこの方法が主流である。

技術的な利点

1. 優れた溶接品質

レーザー溶接は、熱を厳密に制御するため、熱影響部 (HAZ)が狭く、冷却が速く、反りが最小限に抑えられる。溶接部はきれいで、微細な組織と母材に近い機械的特性を備えています。結晶粒が細かく、転位が少ないため、一貫した強度と耐久性が保証されます。

2. 効率とスループットの向上

TIG溶接やMIG溶接に比べ、レーザー溶接は多くの用途で5～10倍の効率性を発揮する。高速動作と最小限のリワークおよび後処理要件により、生産時間が劇的に短縮されます。これは、ストレートシーム・レーザー溶接が標準的な手法となっているステンレス鋼管業界で特に有利です。

3. 設計の柔軟性の向上

レーザー溶接は非接触プロセスであるため、レーザー・ヘッドが被加工物に物理的に触れる必要がありません。このため、複雑な形状でもアクセスが容易で、届きにくい継ぎ目、内部接合、輪郭のある表面の溶接が可能です。たとえば、レーザー溶接は、アーク溶接が実用的でないタービン内部部品や、密に詰まったセンサー・アセンブリに使用できます。

4. 卓越した精度

レーザー溶接は、センサー、バルブ、バッテリー・タブなどの小型で繊細な部品に最適です。アーク溶接は、このような微細な用途には熱が発生しすぎることが多い。対照的に、レーザー溶接は高アスペクト比の溶接（深さ対幅）を実現するため、優れた制御性を維持しながら、中～厚板の深い溶け込み溶接に適しています。

コスト削減とプロセスの簡素化

レーザー溶接は、いくつかの重要な方法で製造コストの削減に貢献している：

• 薄板溶接:歪みの減少により、再調整やスクラップの必要性を最小限に抑え、溶接速度の向上により人件費を削減します。
• 中厚板溶接:開先加工が不要になり、溶接後の表面仕上げが軽減されます。これは、従来のアーク溶接と比較して、最大40%の時間短縮と30%以上のコスト削減につながります。

さらに、レーザー溶接は電極を必要としないため、電極の摩耗や汚染の問題を回避できる。工具の摩耗が減り、消耗品も最小限に抑えられるため、総所有コストの削減にさらに貢献する。

汎用性と素材適合性

レーザー溶接は、幅広い金属と異種材料の組み合わせに対応します。自動ロボット統合により、難しい角度でも正確で再現性の高い溶接が可能になります。離れた場所から操作でき、光学ガイダンス・システムを使用できるため、従来の溶接方法ではほとんど実現できなかった、制約や障害物のあるスペースでの溶接が可能になります。

現在のアプリケーションと新たなアプリケーション

レーザー溶接は現在、いくつかの分野で中核技術となっている：

• パワーバッテリー:その精度と再現性により、バッテリータブ、ターミナル、シールピン、コネクターの溶接に使用される。
• 自動車部品:歯車、駆動装置、構造部品の製造に使用される。
• 鉄道と造船:深い溶け込みと長いシーム溶接が可能。
• 航空宇宙・防衛:厳しい公差を必要とする軽量、高強度アセンブリに使用される。

RaycusやMaxPhotonicsといった中国メーカーを中心としたレーザー光源の急速なローカライズと価格下落のおかげで、装置コストは急激に低下している。かつて2017年に1台あたり10～15W人民元した2kWのレーザー光源は、現在2～3W人民元で販売されており、これは80%の値下がりである。

加工可能な材料の範囲は拡大し続けている。ステンレス鋼とアルミニウム合金が現在の主流ですが、レーザー溶接は炭素鋼や高強度鋼にも急速に進歩しており、旧来のTIGやCMT技術に取って代わっています。

結論

レーザー溶接は、精密製造の風景を再構築しています。比類のない精度、最小限の歪み、コスト効率を誇るレーザー溶接は、接合工程の近代化を目指す製造業者にとって魅力的な選択肢です。装置のコストが低下し続け、業界全体で採用が広がるにつれ、レーザー溶接は高性能産業加工の新しい標準になる準備が整っています。