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加工法
  • MAG溶接/マグ溶接
  • TIG溶接/ティグ溶接
  • アーク溶接
  • ガス溶接
  • スタッド溶接
  • スポット溶接
  • ナット溶接
  • レーザー溶接
  • 抵抗溶接
  • 溶接
  • 溶着
材質
  • アルミ
  • ステンレス/SUS
  • パイプ・アングル
  • 樹脂・板プラスチック
  • 鉄/鉄板
  • 銅・真鍮
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レーザー溶接について詳しく解説!
レーザー溶接とは

レーザー溶接とは、レーザー光を熱源とする溶接法であり、レーザー光を用いた加工法において代表格と言えます。
レーザー溶接の利点として、
・ビード幅が狭く、ビード外観が綺麗
・溶け込み深さが深く、高品質の溶接が可能
・異種材料間の溶接が可能
・線での溶接になるため溶接箇所は比較的頑丈になる
・溶接速度が速い
などが挙げられます。高品質な溶接が求められる製品において、レーザー溶接が多く用いられているでしょう。

レーザー溶接の種類

レーザー溶接は、まず使用されるレーザー光によって分類されます。CO2レーザー・YAGレーザー・ファイバーレーザーが用いられます。
CO2レーザーもしくは炭酸ガスレーザーは、二酸化炭素を利用してレーザーを得るものであり、出力が高いことが特徴です。そのため厚板の溶接も可能であり、造船などの溶接にも用いられています。
YAGレーザーは個体レーザーの代表的なレーザーになっており、特殊な結晶を利用します。特徴としては、超薄板の高速溶接が可能な点が挙げられます。
ファイバーレーザーは近年発達しているレーザーであり、ファイバーの両端にミラーを設置することでファイバーのコア系が非常に小さくなり、熱による光学品質のばらつきが生じなくなります。そのため非常に綺麗なビード外観を保つことができ、さらに高反射金属であるアルミの高品質・スピード溶接も可能であるため注目を集めています。

レーザー溶接の種類
  • CO2レーザー
YAGレーザー
  • ファイバーレーザー
主な用途
  • 厚板・大きな製品

また、レーザー溶接は溶接の原理によって熱伝導型レーザー溶接と深溶け込み型レーザー溶接の二種類に分類されます。熱伝導型レーザー溶接は、母材がレーザーによる熱で溶融する際に溶融池があまり深くへこまずに、深さよりも幅が広くなることが特徴です。そのため熱伝導型レーザー溶接は薄板の溶接や、母材同士の溶着などに用いられます。
一方で、深溶け込み型レーザー溶接はパワー密度が高いレーザーを利用し、溶融池にくぼみが生じるという特徴があります。そのため、深溶け込み型レーザー溶接は母材の深くまでレーザー光が届き、十分な溶け込み深さを実現することができ、主に厚板の溶接をする際に適用されます。

レーザー溶接の用途

レーザー溶接は、非常に薄い板でも高速かつ高品質な溶接が可能であることが特徴です。高速な溶接速度で入熱を抑制することができるため、熱変形を起こさずに細くて綺麗な溶接が可能です。材質もアルミなどの非鉄金属にも対応しており、アルミ合金の自動車などはレーザー溶接が用いられています。

溶接法
  • レーザー溶接
  • TIG溶接
  • MAG溶接
  • MIG溶接
  • ガス溶接
  • 抵抗溶接
特徴(材質・板厚 など)
  • ・非常に薄い板の溶接が可能
    ・異種材料の溶接が可能
  • ・鉄・非鉄を問わず金属全般で溶接可能
    ・薄板から厚板まで、幅広く適用
  • ・鋼やステンレスなどの鉄鋼材料
    ・アルミニウムなどの非鉄金属は溶接困難
  • ・ほとんどが非鉄金属に適用
  • ・溶融点の低い金属の溶接に適する
  • ・多くの場合自動車や家電などの多量生産工場で適用

レーザー溶接は一般的に付き合わせ溶接や重ね溶接での適用が多いです。また、異種材料間の溶接も可能である点で自動車の溶接過程で多く取り入れられるようになっています。自動車は強度や耐久性、軽量化などいくつもの項目が求められ、ボディ部材の材質が細かく決められているためです。

また、もちろん厚板の溶接にも対応しています。同じく自動車における溶接で、自動車に多数組み込まれているトランスミッションギアにはレーザー溶接が適用されています。熱いものを溶接する際には、溶け込み深さが深いことが特徴である深溶け込み型レーザー溶接が用いられます。

レーザー溶接の強度

レーザー溶接は十分な溶け込み深さ、高品質な溶接ができるため強度は高く、レーザー溶接を用いた製品は比較的頑丈な構造物となります。
また、レーザー溶接は高速で溶接することが可能であり、溶接のビード幅も狭めることができるため溶接面のひずみや熱影層が少なくなります。
しかし、レーザー溶接はエネルギーを一点に絞った状態での溶接になるため、溶接部に凹凸や隙間があった場合にうまく溶接できないという短所もあります。凹凸や隙間があるような部分の溶接は、溶接部の周囲も含めて幅広く溶接されるアーク溶接の方が適しているといえます。

レーザー溶接のビード外観

レーザー溶接によるビードは、ビード幅が狭く溶け込み深さが深い、比較的綺麗なものとなります。レーザーはエネルギー密度が高く絞られた状態での溶接になるためです。エネルギー密度がそこまで高くなく、溶接ビードのビード幅が広くなるようなアーク溶接(TIG溶接)と比較してみると、レーザー溶接のビード外観の綺麗さがわかります。

レーザー溶接機(レーザー溶接の原理)

YAGレーザー溶接機を例にして、レーザー溶接機とレーザー溶接の原理について説明します。

まず、YAGレーザーの場合はファイバを通して、CO2レーザーの場合はミラーで反射させながらレーザー光を発振器から伝送します。伝送された先には加工ヘッドと呼ばれるトーチがついていて、そこから溶接する部分にレーザーを照射し、レーザーのエネルギーによって母材が溶融します。
このとき、溶融した母材が空気と反応することによって酸化することを防ぐために、シールドガスと呼ばれるアルゴンなどの不活性ガスが用いられます。そのためシールドガスの供給系の装置も必要となります。
さらにレーザー溶接機はロボットとの連結が容易であることから自動化することも可能です。
しかし、レーザー溶接機は他の溶接機と比べると大がかりな装置になり、価格も比較的高価になります。

レーザー溶接の条件による変化(パラメーター)

レーザー溶接を実際におこな会う場合は、溶接条件がどのように溶接の結果に影響を及ぼすのかを知っておく必要があります。いくつかの代表的なパラメーターについて説明します。
・溶接速度
 溶接速度が速くなればなるほど溶け込み深さが減少します。溶接速度が遅いと、溶け込み深さは深くなりますが、遅すぎると入熱量が大きくなりすぎて熱変形などを引き起こす可能性があります。

・レーザーの出力
 レーザーの出力が上がるほど溶け込み深さは深くなります。しかし同時にビード幅も大きくなります。レーザー溶接ではある出力以下になると溶接部が熱伝導型になるため溶け込み深さが大幅に減少します。そのため、出力が低い場合は注意が必要です。

・焦点位置
 焦点位置の変化はレーザーのエネルギー密度に影響を及ぼします。そのため、ちょうど焦点があっている位置で溶け込み深さが一番深くなり、そこから母材に対して近づくもしくは離れると溶け込み深さは浅くなっていきます。

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