レーザ溶接におけるスパッタ
発生原因（原理）とその対策

レーザ溶接における「スパッタ」は、溶接プロセス中に発生する現象の1つです。スパッタとは、溶融した金属（溶融プール）から小さな粒子として勢いよく飛び散る現象を指します。これらの粒子の大きさは、数μm～数百μm程度と言われています。

※スパッタに似た現象として、「ヒューム」、「プルーム」などもあります。こちらは、レーザ溶接中に発生する金属蒸気とガスの混合物で、煙やススとして、悪影響を及ぼします。これらの粒子の大きさは、数μm以下と言われています。

レーザ溶接におけるスパッタは、大きく2つの課題を引き起こします。

• 製品へ及ぼす問題点
  ・溶接品質の低下（外観不良、溶接強度低下）
  ・スパッタ禁止エリアへの付着（不良品増加、後処理増加）
• 装置・工程へ及ぼす問題点
  ・光学部品への付着（保護ガラス交換頻度増加）
  ・清掃の頻度増加（メンテ時間増加）

レーザ溶接プロセスは、キーホール溶接と熱伝導溶接に分類することが出来ます。

熱伝導溶接のデメリットは、溶け込み深さが0.2mm以下と薄いことであり、適用できる製品が限定されるのが実情です。そのため、近年のレーザ溶接においては、多くのものがキーホール溶接であり、キーホール溶接におけるスパッタ対策が重要になります。

キーホール溶接において、キーホールの挙動の観察は重要になります。ただし、キーホールは観察することが難しいため、シミュレーション動画を是非ご参考にして下さい。
レーザ照射により、キーホールが形成される様子や、形成されたキーホール（小さな穴）が、すぐに塞がる様子が分かります。

次に、スパッタ発生メカニズムを解説します。
レーザ溶接の加工点をミクロに見ると、加工点では、溶融した金属（溶融池・溶融プールとも呼ばれる）とキーホールの相互作用でとらえることが出来ます。高エネルギーのレーザが照射され、形成されたキーホール近傍は高温であると同時に、プラズマ蒸気が吹き上がり、溶融した金属が暴れます。その暴れにより、金属が勢いよく飛び出ることで、スパッタが発生します。
つまり、スパッタ対策は、「溶融した金属とキーホールの相互作用をいかにコントロールするか？」、「溶融した金属とキーホールをいかに安定させるか？」が、重要なポイントになります。

DOE（回折光学素子）を活用したビームプロファイル制御で実際にスパッタ量が低減されることを実現した動画をご視聴ください。

スパッタ対策の第4世代：短波長レーザの活用の一例です。このBlue用ガルバノスキャナーは、オプションでDOE装着も出来ます。（ビームプロファイル制御機能を追加することが可能です。）

スパッタ対策の第4世代：短波長レーザの活用の一例ですが、Blue-IRハイブリッド用ガルバノスキャナーの事例です。
BlueレーザとIRレーザが同じ光学系を通ると色収差の問題が生じるため、集光点でBlue光とIR光はずれますが、私たちのスキャナーは、色収差補正機能を有しており、集光点での位置ずれの心配はございません。

色収差補正機能を有したBlue-IRハイブリッド用ガルバノスキャナーによる高品質な溶接を実現した動画をご視聴ください。