ビーム シェーピングとは、多くの場合、ビーム シェーピング レンズ、レンズ、マイクロレンズ、またはさまざまな形状のファイバーを使用して、光スポットで均質化効果を実現することを意味します。 ここでは、新しい方法を紹介します。内側のファイバー コアと外側のファイバー リングで構成される 2-in-1 ファイバー (図 1) を使用する、TRUMP の BrightLine 溶接技術です。 2 つのビームは重ね合わされて加工領域に作用します。
図 1 TRUNP の 2-in-1 ファイバー技術
深浸透法では、レーザーの熱で微細な箇所の金属を溶かして気化し、微細な穴の底に高圧蒸気を発生させます。 蒸気は底から排出され、スパッタとも呼ばれる材料の損失が発生します。 全体のプロセスは、家庭で継続的に泡を発生させる水を沸騰させることに似ています。 2-in-1 整形ビームを使用する場合、外側のリング ファイバーは、マイクロアパーチャの周囲に大きな「緩衝」領域を提供し、高圧蒸気を逃がします。 アウター リング ビームは、より深い溶融により、より安定した溶接プロセスを作成するのに役立ちます。
同時に、外側のリングビームが溶融池の金属液体の流れ方向を変更します (図 2)。 表面に向かって加速された溶融金属の流れは、リングビームパルスの影響下で横に偏向される。 したがって、上記の 2 つの変更の複合効果の下で、内側と外側の繊維成形技術がスパッタを 90% 削減できることが実験的に証明されています。
図 2 内部ビームと外部ビームの作用による溶融池の変化
ビームの振動軌跡を下図に示します。 部品間にギャップがあり、溶加材がない一部の突合せおよび重ね溶接プロセスでは、従来のレーザー溶接はギャップに沿って直線をたどるため、効果的に溶接することはできません。 そこで、直線と上下の動きを重ね合わせて渦巻きを作るビーム振動（Oscillation or Wobble）を導入し（図3）、金属液が隙間を埋めて溶接する溶融池の面積を増やします。 ビーム振動の使用には、部品の寸法誤差を補正し、気孔率を減らし、溶接の美観と溶接プロセスの安定性を高めるという追加の利点があります。
図３ 直線運動と上下振動を重ね合わせた軌跡
ビーム成形とビーム振動を組み合わせて使用すると、深部溶融溶接プロセスの安定性、アルミニウム合金と高強度鋼の溶接性が大幅に向上し、マイクロクラックを効率的に回避できます。 ただし、一部の材料では、ランダムなマイクロクラックが依然として存在します。 下の図4-6は、ビーム成形、ビーム振動、およびビーム成形と振動の 3 つの条件での 6XXX 系アルミニウム合金の溶接性能を示しています。
図4 溶接部の微細ビーム整形の効果
図5 ビームスイング溶接断面の微視的効果
図6 微視的ビーム整形とビームスイング溶接断面の効果
