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溶接体のエネルギーは、レーザー出力、溶接速度、焦点ぼけ、焦点サイズなどの溶接仕様パラメーターがレーザー溶接プロセスに与える影響を包括的に評価するために定義されています。溶接体のエネルギーはレーザー出力に比例し、溶接速度は反比例し、焦点ぼけ量は指数関数的な関係にあります。研究結果は、溶接体のエネルギーが増加するにつれて、溶接溶け込みがほぼ直線的に増加することを示しています。

序文

500mWレーザーモジュール

レーザー溶接、特にレーザー深溶け込み溶接は、レーザー-材料-プラズマ間の相互作用を伴う非常に複雑な物理的および化学的プロセスです。ただし、レーザー溶接プロセスでは、溶接溶け込みやその他の溶接形成条件に影響を与え、決定するのは、レーザー出力、溶接速度、デフォーカス量、フォーカスサイズなどの溶接仕様パラメーターです。その中で、デフォーカス量（レーザー溶接の場合） 、一般的に使用される焦点の量は、レーザースポットと焦点のサイズを特徴づける）は、溶接溶け込みに影響を与える重要な要因の1つです。

アーク溶接では、溶接入熱または入熱（どちらもJ・m-1）を使用して、溶接工程でのアーク電圧、溶接電流、溶接速度などの溶接仕様パラメータを記述および評価することがよくあります。これら2つのパラメータのうち、溶接溶け込みに対するアーク面積の影響を考慮しています。

アーク溶接の溶接入熱または入熱を使用して、レーザー溶接プロセスの溶接溶け込みに対する溶接仕様パラメータの影響を包括的に評価する場合、溶接溶け込みに対するデフォーカスおよびフォーカスサイズの影響を反映することはできません。デフォーカスの影響を考慮し、入熱を使用して、レーザー溶接プロセスでの溶接溶け込みに対する溶接仕様パラメータの影響を評価すると、物理的な意味でのアーク溶接での入熱と混同されやすくなります。

現在、レーザー溶接の研究では、溶接仕様パラメータが溶接プロセスに与える影響を包括的に反映できるパラメータはありません。レーザー溶接プロセスにおける溶接溶け込みに対する溶接仕様パラメータの影響を包括的に評価し、アーク溶接の入熱を区別するために、この論文では、溶接体エネルギーを定義し、Nd：YAGレーザーの溶接体エネルギー突合せ溶接を研究します。深溶け込み溶接プロセスシーム溶け込みの影響。

1.溶接体エネルギーの定義

レーザー出力、溶接速度、レーザー照射面積（デフォーカス）、フォーカスサイズなどの溶接仕様パラメーターが溶接溶け込みに与える影響を包括的に評価できるようにするために、溶接体エネルギーの概念を導入し、溶接体エネルギーqVを定義されています。

溶接体エネルギーの定義から、溶接体エネルギーの物理的意味は、単位時間あたりのレーザー出力密度または単位面積あたりの溶接線エネルギーであることがわかります。その単位はJ・m-3であり、異なります。アーク溶接の溶接ラインから。エネルギーと入熱の物理的意味と単位J・m-1。

溶接体エネルギーの定義から、溶接体エネルギーは、レーザー出力、溶接速度、デフォーカス量、およびレーザービーム焦点半径によって計算できることがわかります。図1は、レーザー出力、溶接速度、デフォーカスなどの溶接仕様パラメーターによる溶接体エネルギーの変化を示しています。溶接体エネルギーの定義と図1から、溶接体エネルギーはレーザー出力に比例し、溶接速度に反比例し、焦点スポットサイズの二乗であり、焦点ぼけに指数関数的に関連していることがわかります。溶接体のエネルギーの変化は、レーザー出力、溶接速度、焦点ぼけなどの溶接仕様パラメーターの変化を反映する可能性があります。

2.溶接部のエネルギーが溶接溶け込みに及ぼす影響

試験条件

5000mWレーザーモジュール

実験に使用したレーザーは、定格出力2kWのNd：YAG固体レーザーで、波長1.06μmの連続波レーザーを出力します。レーザービームは内径0.6mmのファイバーで透過します。 、出力レーザービームの焦点半径は、焦点長200mm、0.3mm、ワークピースは250×100×1.8mm Q235鋼板、同軸シールドガスはArガスのレンズで集束されます。この記事の主な目的は、溶接体のエネルギーが溶接溶け込みに与える影響を調べることです。したがって、接合部の形状やサイズなどの影響を減らすために、実験ではNd：YAGレーザー平板表面仕上げ、深溶け込み溶接を採用しています。モードであり、ワークピースのみを測定します。溶け込み時の溶接の溶け込み。

レーザー出力、溶接速度、焦点ぼけの離散的な変化により、溶接体のエネルギーが変化します。

溶接部のエネルギーが溶接部の溶け込みに及ぼす影響

溶接体のエネルギーはレーザー出力に比例し、レーザー出力の増加に伴ってレーザー出力密度が増加し、溶接体のエネルギーも増加します。したがって、単位時間あたりにより多くのレーザービームエネルギーが小さな穴の底に照射され、穴の底でのレーザービームの放射加熱効果が強化されます。穴の底で蒸発する材料が多いほど、より深くなります。溶接溶け込み。

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溶接体のエネルギーは溶接速度に反比例します。溶接速度が速くなると、小穴へのレーザービームの照射時間が短くなり、小穴に照射される溶接体のエネルギーが小さくなります。穴の底で蒸発する材料が減少します。少ないほど、溶接の溶け込みが浅くなります。

溶接体のエネルギーはデフォーカスと指数関数的な関係にあります。デフォーカスの変更中、レーザービームの焦点とワークピースの上面との間の距離が小さくなると、小さな穴に照射されるレーザースポットは小さくなります。 、レーザー出力密度は次のようになります。溶接体のエネルギーが大きいほど、穴の底での材料の衝撃が強くなり、穴の底で蒸発する材料が多くなり、溶接の溶け込みが深くなります。

溶接侵入深さは、溶接体のエネルギーの変化に伴ってほぼ直線的に変化します。溶接体のエネルギーが大きいほど、単位時間および単位面積あたりに被削材が照射するレーザービームのエネルギーが大きくなり、蒸発する材料が増えるため、小さな穴の深さと溶接部の溶け込みが大きくなります。より深くなります。

溶接体エネルギーの定義と図から、溶接体エネルギーは、レーザー出力、溶接速度、溶接貫通部の焦点ぼけなどの溶接仕様パラメーターの影響を統合していることがわかります。

さらに、溶接体のエネルギーの定義から、溶接体のエネルギーはレーザービームの焦点半径と正方の関係にあることがわかります。これは、レーザービームの焦点の影響を反映することができます。溶接溶け込み。レーザービームの焦点サイズが小さいほど、溶接体のエネルギーが大きくなり、より深い溶接溶け込みが得られます。言い換えれば、特定の溶接体エネルギーの下で、特定の溶接溶け込みの深さが得られます。使用されるレーザービームの焦点が小さければ、必要なレーザー出力も小さくなります。したがって、強収束法を使用してレーザービームの焦点サイズを小さくし、侵入深さを大きくしたり、レーザーの出力を小さくしたりすることができます。これは、関連する外国の研究結果によって証明されています。

3.結論

（1）レーザー溶接体のエネルギーを定義します。これは、レーザー出力、溶接速度、および焦点ぼけ量によって計算されます。

（2）溶接体のエネルギーはレーザー出力に比例し、溶接速度は反比例し、焦点ぼけ量は指数関数的です。レーザービームの焦点サイズが小さいほど、溶接体のエネルギーは大きくなります。

（3）溶接部の侵入深さは、溶接体のエネルギーの増加に伴ってほぼ直線的に増加します。溶接ボディのエネルギーは、溶接仕様パラメータが溶接溶け込みに与える影響を包括的に反映できます。