01 論文紹介
現在、レーザー アーク ハイブリッド溶接におけるワイヤ間隔が溶接欠陥を引き起こす理由についてはほとんど注目されていません。特に厚板溶接では、厚板形成の不安定性が大きく、溶接欠陥が発生しやすいためです。{0}厚板ハイブリッド溶接におけるワイヤ間隔の欠陥形成への影響をさらに理解するために、この研究では、高速、高出力ワイヤ-レーザー ハイブリッド溶接を使用して、厚さ 12 mm の AH36 船舶用鋼板を溶接しました。-高速カメラを使用して液滴移動と溶融池の流れを観察し、数値シミュレーションを使用して溶融池の特定の流れ挙動を研究しました。これにより、ワイヤ間隔がワイヤレーザーハイブリッド溶接における欠陥形成に影響を与えるメカニズムが明らかになりました。{10}
02 論文の概要:
レーザー-アーク ハイブリッド溶接 (LAHW) は、広く期待されている接合方法として、造船の厚板接合において大きな注目を集めています。レーザー アーク ハイブリッド溶接における最も重要な溶接パラメータの 1 つであるレーザー ビームとアークの間隔は、特に高出力レーザーや高速溶接条件において、レーザーとアーク間の結合効果に大きな影響を与える可能性があります。-したがって、溶接に対するビーム間隔の影響を調査することは、将来の研究や工業生産にとって重要な理論的意義があります。この論文では、溶接プロセスの高速写真-を使用して、溶滴移行と溶融池の流れの安定性に対するビーム間隔の影響を分析し、数値シミュレーションを組み合わせて溶接欠陥の形成メカニズムを調べます。結果は、適切なビーム間隔により、明らかな溶接欠陥を発生させることなく、適切に形成された溶接を達成できることを示しています。-ビーム間隔が近すぎると、レーザーとアーク間の過剰なカップリング効果により、溶滴移行や溶融池の流れが不安定になり、スパッタやアンダーカットなどの溶接欠陥が発生します。ビーム間隔が大きすぎると、2 つの熱源の結合効果が弱まり、溶接補強が減少し、気孔欠陥が発生する可能性があります。
03 グラフィック分析:
さまざまなレーザー ビーム間隔での溶接表面の形態と断面形態の画像（図 1）からは、溶接表面の形成はレーザー ビームの間隔によって大きく変化する一方、異なる間隔での溶接の断面形態は類似しており、すべてゴブレット-の形状に見えることがわかります。レーザービーム間隔が 4 mm の場合、明らかな溶接欠陥はなく、溶接の形成は最適です。
図 2 からわかるように、光ファイバ間の間隔が 0 mm から 8 mm まで徐々に増加するにつれて、短絡遷移の頻度は最初に減少し、その後増加します。
図 3 からわかるように、純粋な MAG 溶接が使用される場合、ジェット遷移モードでは、ジェット遷移の方向はワイヤ先端の遅延線に沿っています。ハイブリッド溶接にレーザーを追加すると、ジェット遷移の偏向角が大幅に変化します。
図 5 の統計グラフから、短絡遷移の頻度は最初は減少し、その後増加することがわかります。-ジェット遷移偏向角の大きさは、光ファイバー間の距離が 0 mm から 4 mm に増加するにつれて徐々に減少します。ファイバー間隔がさらに 6 ～ 8 mm に増加すると、ジェット遷移偏向角に対するレーザーの影響は徐々に消えます。
図 6 からわかるように、スパッタ欠陥の一部は不安定な短絡遷移によって発生します。-。 T+5.9 ms で、溶融金属ブリッジに「ネッキング破断」現象が発生し、多数の微細なスパッタが形成されます。
図7からわかるように、キーホール内の金属蒸気の力と溶滴移行による衝撃の影響により、キーホールの後方位置では、溶接池表面の溶融金属の流れが速すぎて溶接池から離脱し、スパッタ欠陥が形成されます。
図 8 の数値シミュレーション結果から、レーザーとアークの複合効果により、溶融池の中心付近の溶融金属の温度が高く、流速が速くなることがわかります。これにより、溶融金属がプールの中心に向かって蓄積します。溶接部が冷えるにつれて、両側の溶融金属はマランゴニ力の影響を受けて中央領域に向かって移動し続け、その結果、溶接部の両側にアンダーカット欠陥が形成されます。
図9からわかるように、フィラメント間隔が大きすぎるとアーク予熱効果が弱まり、キーホール下部へのレーザー加熱効果が減少し、ホールの安定性が低下します。溶接部の底部に伝達されるエネルギーが不十分なため、キーホールの下半分が不安定になり、開いた状態を維持できなくなり、内部の気泡が抜けにくくなり、最終的に気孔欠陥が発生します。
03 概要と展望
この論文では、厚さ 12 mm の AH36 鋼に高出力レーザー-MAG ハイブリッド溶接を使用して、溶接の形成、溶滴遷移、溶融池の流動挙動を研究しています。さらに、溶接プロセスに対するレーザー ワイヤ間隔の影響と溶接欠陥形成のメカニズムについても説明します。主な結論は次のとおりです。(1) レーザ出力が 9.5 kW、ワイヤ送り速度が 10 m/min、溶接速度が 1.8 m/min、レーザ ワイヤ間隔が 4 mm の場合、アンダーカット、スパッタ、ポロシティなどの欠陥がなく、溶接補強量 0.28 mm、溶接幅 5.02 mm で最良の溶接形状が得られます。(2) レーザ ワイヤ間隔は溶滴の形状に大きく影響します。遷移 (ジェット + 短絡遷移)。レーザーワイヤの間隔が増加すると、短絡遷移の頻度は最初に減少し、その後増加します。レーザーワイヤの間隔が 0、2、4、6、および 8 mm の場合、短絡回路遷移の周波数はそれぞれ 161 Hz、124 Hz、95 Hz、116 Hz、および 138 Hz です。ジェット遷移の偏向角は、ワイヤ間隔が増加するにつれて減少します。ワイヤ間隔が 6 mm より大きい場合、単一 MAG 溶接と一致して、たわみ角はワイヤ間隔の影響を受けなくなります。(3) スパッタは、主にレーザー キーホールの上と溶融池の裏側に形成されます。短絡液滴遷移は液体金属ブリッジのネッキングと破壊を引き起こし、複数の小さな金属液滴を形成します。さらに、鍵穴から噴出する金属蒸気の影響を受けてスパッタが発生します。また、溶融池は蒸気プルームや溶滴遷移の衝撃力の影響を受け、後方の溶湯の流速が増加します。溶融金属が0.3m/sの速度で斜め上向きに流れると、溶融金属の一部が溶融池から剥離してスパッタが形成されます(4) アンダーカット欠陥の形成は溶融池の流れと密接な関係があります。ガスが吹き込まれた領域と鍵穴の周囲の溶融金属は継続的に逆流し、プールの裏側が上昇します。マランゴニ力により溶接部が徐々に凝固するため、溶接部の比較的低温側の溶融金属がホットセンターに向かって流れ、溶接止端部に不十分な溶融金属が残り、アンダーカット欠陥が発生します。(5) レーザーワイヤ間隔が広すぎると、溶接部内部に気孔が発生しやすくなります。レーザーとアークの間の結合効果が大幅に弱まり、レーザーとアークの溶融池がほぼ分離され、溶接部の底部に伝わるエネルギーが減少します。これにより、キーホールの底の安定性が低下し、溶融池から気泡が抜けにくくなり、最終的には溶接部が冷えて固化するときに気孔欠陥が形成されます。
