2023年のレーザースポット溶接およびレーザーシーム溶接

レーザースポット溶接は、レーザービームの出力を利用して2つの金属表面を1つのスポットで接合する溶接プロセスです。レーザービームは小さな点を狙うことで、金属表面を溶かして融合させるのに十分なエネルギーを伝達します。高速かつ精密で、異種金属を含むさまざまな金属を溶接できます。

レーザーシーム溶接は、長く連続した表面にわたって溶接する場合に使用します。ただ、近接するスポットを溶接する場合、レーザースポット溶接はレーザーシーム溶接のように見え始めます。

このページでは、レーザースポット溶接とシーム溶接で何ができるか、両者の機能がどのように異なるのか、最適なレーザー溶接システムはどれか、レーザー溶接がEVバッテリーの生産ラインでどのように普及しているかについて説明します。

レーザースポット溶接とは？

レーザー溶接を使用してスポット溶接を作成できます。このような溶接は、抵抗溶接（抵抗スポット溶接とも言う）によって生成される溶接に似ています。

抵抗溶接vsレーザースポット溶接

レーザースポット溶接のように、抵抗スポット溶接は1点で表面を接合します。その違いは、抵抗溶接では溶接棒を使用して接合面に圧力をかけることです。また、溶接棒に電流を流して表面を溶接します。レーザースポット溶接では溶接棒が不要で、レーザービームを用いて溶接します。

レーザースポット溶接法

さまざまなレーザースポット溶接法があります。キーホール溶接は、小さく深い溶接を生成します。強度の高い構造溶接を行う場合、より深い溶接が好まれます。伝導スポット溶接は、より大きいものの浅い溶接を生成します。溶接中に熱に弱い素材を損傷してはならない場合、より浅い溶接が好まれます。

レーザーシーム溶接とは？

レーザー溶接は、長く連続したシーム（継ぎ目）上で表面を接合するシーム溶接の生成に使用できます。シーム溶接は強度が高く、漏れのない溶接部を生成することができるため、製品の強度と耐久性を高める傾向があります。

連続したシームは、溶接中にレーザービームを連続的に放出する連続ビームを使用して行うと考えるのが自然です。しかし予想に反して、レーザーシーム溶接はパルスレーザーと連続レーザーの両方を利用して行うことができます。

レーザーシーム溶接におけるパルスレーザーvs連続レーザー

パルスレーザーはレーザーパルスを放出し、重なり合う一連のスポットを生成することができます。各スポット間のわずかな重なりは非常に小さく（わずか数ミクロン）、溶接がシーム（継ぎ目）のように見えることがあります。

パルスレーザーは、熱影響部を最小限に抑え、ワークピースへの熱損傷を回避し、入熱を制御し、反りを防ぎ、溶接速度を高速化し、溶接品質と再現性を向上させます。

連続レーザーはスポットのないシーム溶接を生成します。均一な溶接プロセスのための安定した熱入力を供給し、複数パス（または複数の継ぎ目）の必要性を減らし、より厚い素材の高出力溶接を可能にし、一般的にパルスレーザーよりも安価です。

レーザースポット溶接およびシーム溶接：非接触プロセスですか？

レーザー溶接システムは非接触工具として紹介されることがありますが、これでは誤解を招いてしまいます。レーザーが物理的に部品に触れずに離れた場所から溶接を行うことは確かですが、溶接の過程で接合される構成部品を一緒に保持する必要があります。これは、隙間のない良好で一貫した溶接を得るために必須です。

しかし、部品を固定して隙間を埋めるために使用する工具は機械的な動きを加えるため、溶接プロセスが遅くなる可能性があります。

Laseraxは、ロボットアームを利用して溶接箇所に圧力をかけるレーザー溶接機を開発しました。ロボットアームは機械的な動きによるダウンタイムを最小限に抑え、結果としてレーザーの稼働時間を最大化します。以下の動画では、バッテリー製造におけるバスバーレーザー溶接に適用されるプロセスのデモンストレーションを見ることができます。

抵抗溶接からの脱却

抵抗溶接は小規模なプロジェクトに使用されますが、レーザー溶接は大規模な産業用途に適しています。抵抗溶接の方が安価かもしれませんが、高温入力は構成部品、特に熱に影響を受けやすい部分が損傷する可能性があります。

今日では、バッテリーセルを精密かつ最小限の熱入力で処理しなければならないEVバッテリーの生産ラインにおいて特に重要になっています。

抵抗溶接で使用する溶接棒では、不十分な溶接力を加える可能性があります。溶接力が低すぎると、接合力が弱くなり、溶接品質が低下します。溶接力が強すぎると、溶接棒がワークピースの変形を引き起こし、接触面が大きすぎる溶接が発生します。

これらの問題は、プロセスパラメータの高度な制御を提供するレーザー溶接により制御が容易になります。Laseraxでは、高精度のロボットを使って溶接部に圧力をかけ、適切な溶接力がかかるようにしています。

ファイバーレーザー溶接の長所

レーザー溶接は高速な産業プロセスです。これは、ファイバーレーザー溶接システムを使用する場合に特に該当します。ファイバーレーザーは、Nd:YAGレーザーや炭酸ガスレーザーなどの他のレーザー技術に比べて、次のようなさまざまな長所があります。

• 高品質な結果が得られる精度の向上
• 省スペース
• 電気効率の向上
• より少ないメンテナンス頻度
• 低運用コスト
• 高速加工

Evバッテリー製造向けレーザー溶接用途

EV産業の急速な発展に伴い、自動車メーカーやそのサプライヤーは、生産ラインでレーザー溶接を導入することが増えています。当社のレーザーは現在、大容量バッテリーの生産ラインで使用されています。レーザー溶接には、最大2000 Wのレーザー出力を持つ連続波ファイバーレーザーなど、いくつかのオプションがあります。

バッテリー製造にレーザー溶接を使用する方法の詳細については、当社のレーザーエキスパートにお問い合わせください。

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Stéphane Melançon

バッテリーおよび電気推進装置の技術エキスパートおよびコンサルタントであるStéphaneは、フォトニクス、光学、電子工学、ロボット工学、音響学を専門とする物理学の学位を取得しています。EVの変革に注力し、電動バイク用の産業用バッテリーパックを設計しました。余暇には、あらゆる電気製品に関するYouTubeチャンネルを運営しています。

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