Numerical investigation on melting characteristics of minuteness metal powders by laser welding

レーザー溶接による微細金属パウダーの溶融特性に関する数値的研究

高瀬 和之; 菖蒲 敬久  ; 月森 和之; 村松 壽晴

Takase, Kazuyuki; Shobu, Takahisa; Tsukimori, Kazuyuki; Muramatsu, Toshiharu

原子炉本体やその付帯設備等の健全性を確保する補修技術の確立を目的として、3次元微細加工が可能なレーザーを利用した金属材料溶接技術の開発が行われている。この開発の一環として、金属材料溶接技術の最適化を目指し、レーザー照射による金属材料の溶融凝固現象を数値シミュレーションによって定量評価する手法の開発を次世代部門と協力して行っている。本報では、平均径40ミクロンの超微細な金属パウダーがレーザー照射によって溶融する過程、並びにレーザー照射終了後に次第に凝固する過程を数値シミュレーションによって評価した結果を報告する。予測結果は共同研究者らが実施したレーザー溶接の実験結果の傾向をよく模擬しており、金属材料溶接シミュレーションの実現に向けて高い可能性を示すことができた。

At the commercial use stage in sodium-cooled fast breeder reactors, securing maintenance and repair better than an equal to that of present water-cooled reactors is needed. Especially a repair technology that secures the plant integrity for long-term operation period becomes indispensable in the heat exchanger tubes of the steam generator that form the boundary of sodium and water coolants. Then the present study focused on the standardization of welding technology with a laser. An experimental study regarding the welding of a stainless steel plate with the laser using fine metal powders is being performed. Moreover, a numerical study is performed to simulate the welding of the fine metal powder on the stainless steel plate. The fine metal powder is made of iron, and is heated by the laser beam, and then melts exceeding the melting temperature. This paper reports the computational results of the welding phenomenon of some metal powders which changes from solid to liquid and liquid to solid. The results were compared with the experimental results qualitatively. It was concluded that a welding simulation is possible and the present numerical approach will be effective.