Analytical model for the temperature distribution and the cooling rate of weld in dual beam laser welding is presented for investigating the possibility of controling the cooling rate. The model is based on the solutions to the problem of heat flow due to the distributed and line heat sources for preheating and welding respectively in plates with finite thickness. The effects of beam power, beam distribution parameter, interbeam distance, and welding speed on the resulting temperature distribution and cooling rate are presented. The cooling rates of dual beam laser weld at the weld centerline under the investigated conditions are reduced to as one third of those of welds which were produced by single beam laser. And it appeared that the cooling rate of dual beam laser weld is strongly dependent on the process parameters of preheating laser beam power and welding speed.
The keyhole formed by high energy density laser-material interaction periodically collapses due to surface tension of the molten metal in partial penetration welds. The collapse sometimes traps a void at the bottom of the keyhole, and it remains as welding defects. This phenomenon is seen as one cause of the instability of the keyhole during laser beam welding. Thus, it seems likely that improving the stability of the keyhole can reduce voids and uniform the penetration depth. The goal of this work is to develop techniques for controlling laser weld keyhole dynamics to reduce weld defects such as voids and inconsistent penetration. Statistical analysis of the penetration depth signals in glycerin determined that keyhole dynamics are chaotic. The chaotic nature of keyhole fluctuations and the ability of laser power modulation to control them have been demonstrated by high-speed video images of laser welds in glycerin. Additionally, an incident leading beam angle is applied to enhance the stability of the keyhole. The quasi-sinusoidal laser beam power of 400Hz frequency and 15$^{\circ}$ incident leading beam angle were determined to be the optimum parameters for the reduction of voids. Finally, chaos analyses of uncontrolled signals and controlled signals were done to show the effectiveness of modulation on the keyhole dynamics. Three-dimensional phase plots for uncontrolled system and controlled system are produced to demonstrate that the chaotic keyhole dynamics is converted to regular periodic behavior by control methods: power modulation and incident leading beam angle.
Gas nitriding is a surface hardening process where nitrogen is introduced into the surface of a ferrous alloy. During fusion welding of nitrided carbon steel, the nitride inside weld metal is dissolved and generates nitrogen gas, which causes porosities - blow holes and pits. In this study, several laser welding processes such as weaving welding, two-pass welding, dual beam welding and laser-arc hybrid welding were investigated to elongate the weld pool to enhance nitrogen gas evacuation. The surface pits were successfully eliminated with elongated weld pool. However blowholes inside the weld metal were effective reduced but not fully disappeared.
In this study, fundamental experiment was conducted with various strength of UHSS (Ultra High Strength Steel) by $CO_2$ laser. And then, butt and lap joint laser welding with boron alloyed steel and Al-Si coated boron alloy steel have been done by changing laser beam feature, existence of gap and existence of coating layer to know welding characteristics of those materials. As a result, in case of fundamental experiment with various strength steel, hardening was found in the weld metal of all tested materials and softening was found at the heat affected zone of SGAFC 1180. In case of laser butt welding of UHSS, mechanical properties was improved by using small laser beam diameter and Al-Si coating layer caused fracture of weld metal. In case of laser lap welding of UHSS, Al-Si coating layer resulted in formation of intermetallic compound at the fusion boundary where fracture occurred. Al-Si coating layer caused lowering mechanical properties of weld metal.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.5
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pp.636-644
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2006
Recently, there were some successful examples that the laser welding was introduced into production line. However, the spread of laser welding is not sufficient in many industries. There are several reasons why it is difficult to penetrate the laser welding into production lines. Because it is different from reflection, absorption and permeation of laser beam according to material and surface condition. Moreover, there are significant problems in processing such as absorption and scattering of beam by the induced plasma or plume. Therefore, understanding of mechanism on formation of weld defect in laser welding of the laminated core for motor is very important. In this paper, it was analyzed in terms of materials which was source of defect in laser welding and conventional arc welding. As a results of analysis, insulation coating film of the laminated core was judged to main factor of weld defect. it could be well aware as tracing carbon volume, and it was deduced that weld defect by insulation coating film was caused by difference of mechanism between the two heat sources.
In the remote welding system using $CO_2$ laser, laser beam can be rapidly transferred to a workpiece by moving mirrors of scanner system. So, it makes reducing the cycle time of welding process. We can also use and apply various patterns of weld beads by linear controlled mirrors. But most of the domestic car makers have usually applied use stitch-shaped weld bead. In that case, we don't have the merit of remote welding system efficiently. Therefore, in this paper, we investigated the characteristic of weld strength according to patterns of weld bead on $CO_2$ laser welding. And we also studied the relationship between shape of weld bead and value of tensile load.
A laser beam welding and an electric arc welding were combined, and the positive points of each welding method are drawn such as high speed, low thermal load, deep penetration, and high productivity. The fiber laser-MIG conjugated welding. namely the hybrid welding has been studied mainly for the automation industry of a pipeline welding. In this study, the MIG welding was combined with a fiber laser welding to make up the hybrid welding. The weld shapes, microstructures and mechanical properties for weld zones after the hybrid welding or only fiber laser welding were investigated on the 700 MPa grade Ultra Fine Grained(UFG) high strength steel. The amount of acicular ferrite in weld metals and HAZ(heat affected zone) was observed larger after hybrid welding compared with after only laser welding. The Vickers hardness of the top area of the fusion zone after fiber laser welding was higher compared with after hybrid welding.
The laser welding and its analysis of thin-sheet carbon steels were carried out with high power $CO_{2}$ laser. The main factor of weld quality of laser welding is gap and edge quality. This work was preformed to focus on the gap tolerance problem during laser welding. First, bead on plate welding of thin sheet was examined to investigate the effect of laser welding variables, and to obtain optimum welding condition. Butt welding was also carried out to show the effect of gap on the laser weldability of thin sheet. In order to investigate the effect of gap on formability of welded thin sheet, LDH test was caried out. At high welding speed, the partial penetration was obtained by low heat input. Otherwise, porosity was formed in the bead at low weld speed because of too much heat input. The optimum welding condition of welding was derived from bead width, penetration and hardness property. The maximum gap tolerance on laser welding was observed to be about 0.2mm. This gap size has good relationship with beam size of laser spot(about 0.3mm). The formability of welded sheet was about $80{\%}$ value of base metal and the gap size has not affected on the formability, although weld quality is dependent on the gap size.
Laser beam welding is increasingly being used in welding of structural steels. The laser welding process is one of the most advanced manufacturing technologies owing to its high speed and deep penetration. The thermal cycles associated with laser welding are generally much faster than those involved in conventional arc welding processes, leading to a rather small weld zone. Experiments are performed for Inconel 600 plates changing several process parameter such as laser power, welding speed, shielding gas flow rate, presence of surface pollution, with fixed or variable gap and misalignment between plate and plate, etc. The follow conclusions can be drawn that laser power and welding speed have a pronounced effect on size and shape of the fusion zone. Increase in welding speed resulted in an increase in weld depth/ aspect ratio and hence a decrease in the fusion zone size. The penetration depth increased with the increase in laser power . Welding characteristics of austienite Inconel 600 using a continuous wave Nd:YAG laser are experimentally investigated. This paper describes the weld ability of inconel 600 for machine structural use by Nd:YAG laser.
Electron beam weldability was investigated for 1mm thick cold rolled sheets of commercially pure grade titanium and Ti-6Al-4V alloy. Accelerating voltage of 40kV, beam current of 6mA, and weld speed of 0.8m/min was used and focal position of focused electron beam was just on the surface of workpiece. Microstructure of weld metal, the heat affected zone and base metal was observed using optical microscope. Vickers hardness was measured across the welds and the transverse tensile test was carried out. Hydroformability test was also carried out for the butt welded coupons of commercially pure grade titanium. For the electron beam welded C P Ti, the average grain size was equiaxed $\alpha(15{\sim}25{\mu}m)$ for base metal, coarse equiaxed $\alpha(80{\sim}200{\mu}m)$ for weld metal and annealed and enlarged grain($40{\sim}120{\mu}m$) for the HAZ. The vickers hardness of C P Ti was $180{\sim}200Hv$ for base metal, and $160{\sim}180Hv$ for the weld metal and the HAZ. For the electron beam welded Ti-6Al-4V alloy, the vickers hardness was 360Hv for the base metal, abd $400{\sim}425Hv$ for the weld metal and the HAZ. All the failure occurred at the base metal, when the transverse weld tensile test was carried out for both electron beam welded C P Ti and Ti-6Al-4V alloy. The formability of electron beam welded C P Ti was decreased compared with that of C P Ti base alloy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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