Welding and forming of steel plates with diode laser

Abstract

Diode lasers offer the advantage of higher conversion efficiecy than conventional C02 and YAG (Yttrium-Aluminum-Garnet) lasers, but their beam properties are very poor. Nevertheless, they can be focused into a spot 0.96 mm in diameter at a laser power of 2 kW. The feasibility was therefore examined of welding and forming steel plates using a diode laser with a high power of 2 kW and a high power density of 236 kW/sq cm. Steel plates ranging from 0.5 mm to 10 mm in thickness were successfully welded without porosities or cracks. The diode laser beam's top hat shape was found to be suitable for welding. Laser forming of thick steel plates with a high power diode laser was also investigated. A 5 mm thick steel plate was bent at an angle of about 13.5 deg by scanning it 30 times with a 3.2 mm diameter beam at a power of 1 kW and a scanning speed of 1.5 m/min. Even though the diode laser has a short focusing length, it was found to be suitable for laser forming because it does not require the melting of the specimen's surface.

ダイオードレーザは従来のCO2やYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザより高い変換効率を持つ利点を提供するが、そのビーム特性は非常に劣る。それにも拘わらず、ダイオードレーザは2kWの出力で直径0.96mmの点に焦点を合わすことが出来る。従って、2kWの高出力で0.236kW/平方センチメートルの高出力密度を持つレーザダイオードを使い、鋼板の溶接および成形の実現性について検討した。0.5mmから1.0mm厚さの範囲の鋼板は多孔性や亀裂もなくうまく溶接できた。ダイオードレーザビームのシルクハット形状は溶接に適している事が分かった。また高出力ダイオードレーザを用い厚い鋼板のレーザ成形について調査した。1kWの出力で3.2mmのビーム径を用い、走査速度1.5m/分で30回走査する事により、5mm厚さの鋼板が約13.5度の角度で曲がった。ダイオードレーザは集束距離は短いが、試料の表面を溶かす必要が無いのでレーザ成形に適している事が分かった。