レーザー溶接補修技術の標準化に向けた研究開発,8; レーザー溶接中の溶融池内流動場の特性評価

Study on standardization of laser welding technologies, 8; Evaluation of transient phenomena in molten pool during laser welding

山田 知典; 山下 晋   ; 杉原 健太 ; 小川 剛充; 菖蒲 敬久  ; 村松 壽晴

Yamada, Tomonori; Yamashita, Susumu; Sugihara, Kenta; Ogawa, Takemitsu; Shobu, Takahisa; Muramatsu, Toshiharu

原子力機構では、原子力施設をはじめ一般産業プラントに展開可能なレーザー溶接技術の標準化を進めており、これまでに大型放射光施設(SPring-8)からの高輝度単色X線と溶融池内対流現象観察装置を利用して、直接観察することが難しいレーザー溶接中の溶融池内部の現象把握を行ってきた。本研究では、溶融池内を移動するトレーサー粒子の挙動を詳細に観察することで、各場所における流れの方向や速度を評価した。溶融池内現象の観察はSPring-8のビームラインBL19B2を使用した(研究課題番号: 2011B1975)。X線のエネルギーは30keVである。試験片はアルミニウム合金であり、試験片上部よりファイバーレーザーを集光照射し、試験片表面に塗布したトレーサー粒子の溶融池内過渡流動挙動を吸収コントラスト法により計測した。溶融池内部では、固液界面近傍では下降流が、中央部では上昇流が形成された。溶融池内部に気泡が発生した場合、上昇流や自身の浮力で浮上したが、レーザー照射時間の経過とともに気泡の数は増大し、凝固時に溶融池内部に取り残され溶接欠陥となった。したがって、溶接部の信頼性向上には気泡の抑制や、凝固速度の制御が非常に重要となることがわかった。

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