The real-time holographic interferometer with digital high-speed camera is applied to the experimental study of laser induced plasma/plume in pulsed Nd:YAG laser welding. A pulsed Nd:YAG laser with 1.2 kW average power is applied to generate laser induced plume. The recording speed of the high-speed camera is 3,000 f/s. The high speed photographs of weld plume without another visualization method, are compared with the visualization photographs with holographic interferometer. The radiation intensity from the laser induced plume is recorded by the high speed photographs, which fluctuated during laser radiation and disappeared after laser end. The density distribution of the plume is recorded by the holographic visualization method. The experimental results show the process of generation of the laser induced plasma/plume, and give the feasibility of quantitative measurement of laser induced plume in laser welding.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.12
no.6
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pp.14-21
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2003
With the increased use of lasers in industrial welding applications, techniques for monitoring and controlling these processes become increasingly important. It is very important that we understand the dynamic behaviors of the laser induced Plume in welding, because the laser induced plume has considerable effects on welding efficiency and the quality of materials. As the plume fluctuation was associated with keyhole instability, unstable vapor plume indicated the process was unstable and would result in poor welds. An Infrared Thermal-vision Camera can be utilized compensate for incurracies encountered in real-time monitoring during laser welding. We have results that instabilities of plume are closely related with hot cracking and defect of laser welding.
Kim, Do-Hyung;Chung, Chin-Man;Baik, Sung-Hoon;Kim, Koung-Suk;Kim, Jin-Tae
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.28
no.4
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pp.372-376
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2008
We report experimental results on the correlations between welding penetration depth and the frequencies of the radiation from the welding pool. Various welding samples such as SUS304, brass, SUS316, etc. have been investigated with 2 kW CW Nd:YAG laser welding machine. The radiation signals from the plume generated by the interactions between the welding sample and laser with respect to the defocusing length was measured with fiber system collecting the plume signal. Analysis of the frequencies by using fast Fourier transform (FFT) shows that the penetration depth is deep as plume signal frequencies are low, shallow penetration depth for high frequencies. Frequencies up to 250 Hz for obtained signals can be analyzed with the discrete FFT. This is the useful method fur closed loop control of the laser power with respect to the welding penetration depth and is used for real time inspection of the welding quality.
Park, Young-Soo;Lee, Yoon-Sik;Kim, Hyung-Sik;Kim, Chan
Laser Solutions
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v.2
no.3
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pp.11-18
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1999
This paper describes the weldability of carbon steel and stainless steel using 5㎾ $CO_2$ laser system with nearly multi-mode beam and a parabolic focusing mirror. In the laser welding of steels, major welding parameters are focal point, travel speed, beam power, shield gas and gap tolerance, etc.. Two kinds of gases(Ar, He) were used as a assist gas and supplied through the external nozzle. It is very important for optimum condition to remove plasma plume which absorbs laser beam and to obtain deep penetration and sound weld bead. Bead-on-plate welding tests were carried out for the experiments. Penetration data were obtained with various welding parameters and the effects of welding parameters were discussed. Butt welding tests were performed with various conditions. Only the optimum laser parameters assured good weld quality As a result of this study, We achieve the fundamental weldabilities using a high power $CO_2$ laser for carbon steel and stainless steel.
Kim, Jin-Tae;Kim, Do-Hyoung;Chung, Chin-Man;Baik, Sung-Hoon;Park, Seung-Kyu;Kim, Min-Suk
Journal of the Optical Society of Korea
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v.7
no.3
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pp.193-196
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2003
We have developed a laser welding monitoring system to monitor laser welding process conditions such as sample feed rate, laser focal position, and laser power. A 2 ㎾ Nd:YAG CW laser beam has been applied to the welding of a stainless steel plate (SUS306) to investigate the welding monitoring. Theradiation signal from the weld pool was guided back through the focusing optics and the laser delivery fiber, and measured by a photo detector. By changing the focus of the laser beam along the z-direction, the penetration depth of the welding material has been measured. That shows the penetration depth depends on the frequency fluctuations of the plume signals which can be used in welding quality control.
In this study, three-dimensional heat flow in laser beam welding for deep penetration was analyzed by using F.E.M common code, and then the results were compared with the experimental data. The models for analysis are full penetration welds and are made at three different laser powers (6, 9.9, 4.5 kW) with two different welding speeds (5.8mm/s, 5mm/s). The characteristics of thermal absorption by the workpiece during deep penetration laser welding can be represented by a combination of line heat source through the workpiece and distributed heat source at the top surface due to the plasma plume above the top surface. This gives an insight into the way in which the beam interacts with the material being welded. The analyses performed with the combined heat source models show comparatively good agreement between the experimental and calculated melt temperature isotherm, i.e, the fusion zone boundary. The results are used to explain the "nail head" appearance of fusion zone, which is quite common in laser beam welds.eam welds.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.21
no.5
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pp.814-823
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2012
Fluctuation of light intensity from the keyhole becomes more significant in full penetration welding than partial penetration welding, since the plasma produced in the keyhole can escape from the rear side of the keyhole. The plasma optical radiation emitted during Nd:YAG laser welding of S45C steel samples has been detected with a Photodiode and analyzed under different process conditions. As the results, the BOP was performed for welding, behavior of plasma, spatter or plume was monitored to determine the reference signal. Then, random combination was made for comparison with the reference signal, which aimed at verifying reliability of the welding monitoring system that this study intended to develop.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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