ステンレス鋼は、その固有の耐食性、耐高温酸化性、および強度により、さまざまな用途に使用される材料ソリューションです。レーザー溶接接合は最高の強度を提供し、その他のさまざまな用途に使用できるため、多くの自動車、医療、軍事および航空宇宙 (MIL/AERO) 用途では、高出力溶接プロセスを介して別々のステンレス鋼片を接合することが、他の溶接または接着方法よりも好まれています。利点。これらには次のものが含まれます。
小さなHAZエリア:ステンレス鋼の接合部は、多くの場合、強度が高いだけでなく、見た目がきれいである必要があります。レーザーは最小の熱影響ゾーン、つまり「HAZ」を提供します。このため、レーザー溶接は、複雑な溶接パターンを持つ製品や、溶接する領域に手が届きにくい場所にも最適です。レーザービームは非常に正確に焦点を合わせることができるため、周囲の表面に損傷、穴、または変形が生じる可能性も低くなります。
クリーンプロセス:レーザー溶接作業は単に金属を溶融するだけであるため、（通常は）充填材は必要なく、追加の環境リスクもありません。このため、多くの場合、レーザー溶接が最も費用対効果が高く、環境に優しいオプションとなります。また、医療機器や外科用途で使用されるステンレス鋼チューブなどの最終製品では、レーザー全体が清浄であるため、汚染物質やバリのない製品が確実に提供されます。
腐食が少ない:従来のTIG溶接やMIG溶接では、溶接に使用する電極中に微量の水分が含まれています。溶接の熱により水が急速に分解され、その際に水素が放出され、金属の中に侵入して金属がもろくなります。レーザー溶接は熱を伝導する電極に依存しないため、自己腐食のリスクがありません。
精度：出力、溶接のサイズ、溶接の深さ、溶接の速度、ステンレス鋼表面上のレーザービームの軌跡はすべて高度に制御可能です。その結果、非常に正確な溶接が得られます。この最適な制御により、ステンレスの最も薄いシートもレーザー溶接できます。
熱歪みの低減:ステンレス鋼をレーザー溶接することによるさらなる利点は、従来の溶接技術と比較して、熱歪みと残留応力が減少することです。これは、普通の炭素鋼よりも熱膨張が 50% 大きいステンレス鋼にとって特に重要です。
オートメーション：高度に制御されたプロセスのもう 1 つの利点は、レーザー溶接が高度にプログラム可能でロボット化されていることです。金属不活性ガス (MIG)* やタングステン不活性ガス (TIG)* の溶接法と比べて自動化が容易なため、より高い再現性とより速いスループットを実現できます。
4種類のステンレス素材を理解する
ステンレス鋼を種類ごとに材質特性別に説明します。これらは、レーザー溶接に関する考慮事項とそれぞれの要件です。
オーステナイト系ステンレス鋼
300系ステンレス鋼はオーステナイト系ステンレス鋼です。これらのステンレス鋼は、耐食性と靱性が必要な用途や、熱歪みに関する問題が考慮される場合に使用されます。 300 シリーズ ステンレス鋼は、石油、輸送、化学、発電産業の幅広い用途に使用されています。これらのステンレス鋼は、高温環境で特に役立ちます。このシリーズのステンレス鋼は、パルスレーザー溶接と連続波 (CW) レーザー溶接の両方に適しています。ステンレス鋼のレーザー溶接では、ほとんどのオーステナイト系ステンレス鋼の熱伝導率が低いため、低炭素鋼と比較して溶接溶け込み深さがわずかに向上し、溶接速度が向上します。レーザー溶接による高速化は、粒界でのクロム炭化物の析出によって引き起こされる腐食の影響を軽減するのにも有利です。溶接プロセス中の入熱が高すぎると、炭化クロムの析出が発生することがあります。
フェライト系ステンレス鋼
フェライト系 400 シリーズのステンレス鋼には、通常、ニッケルがほとんどまたはまったく含まれておらず、オーステナイト系グレードと比較した場合、良好なレーザー溶接性がありません。フェライト系ステンレス鋼グレードをレーザー溶接すると、接合部の靭性と耐食性が損なわれる場合があります。靱性の低下の一部は、熱影響部での粗大粒子の形成と、炭素含有量の高いグレードで発生するマルテンサイトの形成によるものです。熱影響部は冷却速度が速いため硬度が高くなり、脆性が増大します。
マルテンサイト系ステンレス鋼
The martensitic 400 series of stainless steel is more challenging to laser weld than the austenitic and ferritic grades. Laser welding high carbon martensitic grades (>{{0}.15% の炭素）を含むと、熱影響部で材料が脆くなる可能性があります。炭素含有量が 0.1% を超えるマルテンサイト系ステンレス鋼を溶接する場合、オーステナイト系ステンレス鋼の溶加材を使用すると溶接靱性が向上し、亀裂の発生しやすさを軽減できますが、熱影響部の脆性を軽減することはできません。溶接前に材料を予熱するか、レーザー溶接後に材料を 650-750 度で焼き戻すと、熱影響部の脆性を軽減できます。
二相ステンレス鋼
二相ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼とフェライト系ステンレス鋼の混合物です。これらのステンレス鋼は、オーステナイトとフェライトを含む二相微細構造が特徴です。オーステナイトとフェライトの体積分率はほぼ同じです。主な合金元素はクロム、ニッケル、モリブデンです。二相ステンレス鋼は通常、少量の窒素を加えて合金化されます。二相材料は一般に溶接可能であり、良好な結果が得られます。