スプラッシュ欠陥の定義：溶接におけるスプラッシュとは、溶接工程中に溶融池から噴出する溶融金属の液滴を指します。これらの液滴は周囲の作業面に落下し、表面の粗さや凹凸を引き起こすほか、溶融池の品質低下を招き、溶接面にへこみ、爆発点、その他の欠陥を生じさせ、溶接部の機械的特性に影響を与える可能性があります。
溶接における飛沫とは、溶接工程中に溶融池から噴出する溶融金属の液滴を指します。これらの液滴は周囲の作業面に落下し、表面の粗さや凹凸を引き起こす可能性があります。また、溶融池の品質低下を招き、溶接面にへこみ、爆発痕、その他の欠陥が生じ、溶接部の機械的特性に影響を与える可能性があります。
スプラッシュ分類:
小さな飛沫：溶接シームの端や材料表面に存在する凝固液滴で、主に外観に影響を与え、性能には影響しません。一般的に、液滴が溶接シームの溶融幅の20％未満である場合を区別します。
大きな飛散：溶接シームの表面に、へこみ、爆発痕、アンダーカットなどの品質低下が生じ、応力やひずみの不均一化につながり、溶接シームの性能に影響を与える可能性があります。本検査では、これらの欠陥に重点を置きます。
水しぶきの発生プロセス：
スプラッシュとは、溶融金属が高加速度によって溶融プール内に溶接液面とほぼ垂直な方向に噴出する現象です。下の図では、溶融液から液柱が上昇し、液滴に分解してスプラッシュを形成する様子がはっきりと確認できます。
水しぶき発生現場
レーザー溶接は、熱伝導溶接と深溶け込み溶接に分類される。
熱伝導溶接では、スパッタの発生がほとんどありません。熱伝導溶接は主に材料表面から内部への熱伝達を伴い、プロセス中にスパッタはほとんど発生しません。このプロセスでは、激しい金属蒸発や物理的な冶金反応は起こりません。
深溶け込み溶接は、飛沫が発生する主なシナリオです。深溶け込み溶接では、レーザーが材料に直接到達し、キーホールを通して材料に熱を伝達します。プロセス反応が激しいため、飛沫が発生する主なシナリオとなります。
上の図に示すように、一部の研究者は、高速撮影と高温透明ガラスを組み合わせて、レーザー溶接中のキーホールの動きの状態を観察しています。レーザーは基本的にキーホールの前壁に当たり、液体を下方へ押し流し、キーホールを迂回して溶融池の末端に到達することがわかります。キーホール内部でレーザーが照射される位置は固定されておらず、レーザーはキーホール内部でフレネル吸収状態にあります。実際には、多重屈折と吸収の状態であり、溶融池の液体の存在を維持しています。各プロセスにおけるレーザーの屈折位置はキーホール壁の角度によって変化し、キーホールがねじれるような動きの状態になります。レーザー照射位置は溶融、蒸発し、力が加わり、変形するため、蠕動運動が前進します。
上述の比較では高温透明ガラスを使用していますが、これは実際には溶融プールの断面図に相当します。結局のところ、溶融プールの流れの状態は実際の状況とは異なります。そのため、一部の研究者は急速凍結技術を使用しています。溶接プロセス中に溶融プールを急速凍結して、キーホール内部の瞬間的な状態を取得します。レーザーがキーホールの前壁に当たり、段差を形成していることがはっきりとわかります。レーザーはこの段差溝に作用し、溶融プールを下方へ押し下げ、レーザーの前進中にキーホールの隙間を埋め、実際の溶融プールのキーホール内部の流れのおおよその流れ方向図を取得します。右図に示すように、液体金属のレーザーアブレーションによって発生する金属反動圧力により、液体溶融プールは前壁を迂回します。キーホールは溶融プールの尾部に向かって移動し、後方から噴水のように上昇して尾部溶融プールの表面に衝突します。同時に、表面張力（表面張力温度が低いほど影響が大きい）により、溶融池の末端にある溶融金属は表面張力によって溶融池の端に向かって引っ張られ、連続的に凝固する。将来的に凝固する可能性のある溶融金属は、再びキーホールの末端へと循環し、このプロセスが繰り返される。
レーザーキーホール深溶け込み溶接の概略図：A：溶接方向；B：レーザービーム；C：キーホール；D：金属蒸気、プラズマ；E：保護ガス；F：キーホール前面壁（溶融前研削）；G：キーホール経路を通る溶融材料の水平方向の流れ；H：溶融プールの凝固界面；I：溶融プールの下降流経路。
レーザーと材料の相互作用プロセス：レーザーは材料の表面に作用し、激しいアブレーションを引き起こします。材料はまず加熱され、溶融し、蒸発します。激しい蒸発プロセス中に、金属蒸気が上昇し、溶融プールに下向きの反動圧力を与え、キーホールを形成します。レーザーはキーホールに入り、複数の放出および吸収プロセスを経て、キーホールを維持する金属蒸気の継続的な供給をもたらします。レーザーは主にキーホールの前面に作用し、蒸発は主にキーホールの前面で発生します。反動圧力により、溶融金属はキーホールの前面から押し出され、キーホールの周囲を溶融プールの尾部に向かって移動します。キーホールの周囲を高速で移動する液体は、溶融プールに上向きに衝突し、隆起した波を形成します。その後、表面張力によって端に向かって移動し、このようなサイクルで凝固します。飛沫は主にキーホール開口部の縁で発生し、前壁の溶融金属は高速でキーホールを迂回し、後壁の溶融プールの位置に衝突する。
投稿日時：2024年3月29日
