Laser welding of metals has been widely used to improve a wear resistance and a corrosion resistance of the industrial parts. The objective of this research works is to investigate the influence of the process parameters, such as the welding for metals with CW Nd:YAG lasers. The bead-on-plate welding tests are carried out for several combinations of the experimental conditions. In order to quantitatively examine the characteristics of the butt welding, the welding quality of the cut section, stain-stress behavior and the hardness of the welded part are investigated. From the results of the investigation, it has been shown that the optimal welding condition without defects in the vicinity of the welded area and with a good welding quality is 1325W of the laser power, and 1.4m/min of laser welding speed.
The Nd:YAG laser process is known to have high speed and deep penetration capability to become one of the most advanced welding technologies. This paper describes the machining characteristics of SM45C carbon steel welding by use of an Nd:YAG laser. In spite of its good mechanical characteristics, SM45C carbon steel has a high carbon contents and suffers a limitation in the industrial application due to the poor welding properties. The major process parameters studied in the present laser welding experiment were position of focus, travel speed and laser power. Optical microscope and SEM were used to investigate the microstructures of the welded zone. The experimental results showed that penetration depth of the welding process increases with laser power. Both the microstructural investigation and the theoretical calculations indicated that materials undergoes a very high heating and cooling cycle during welding process. It was also found that the austenite nucleation takes place at the initial stage and the completion temperature of austenite transformation is much higher than in the case of the arc welding.
The control of the weld bead shape is important in laser welding of the small parts. The effects of laser welding parameters on the weld bead shape in the pulsed Nd:YAG laser welding of STS 304L material were investigated. Shielding gas type, flow rate, pumping voltage, pulse frequency, pulse width, focal position and overlap distance were selected as laser welding parameters. Experiments were designed and conducted using the Taguchi method which was a statistical experimental method. The weld bead width, penetration, area and aspect ratio were measured and analysed as the weld bead shape properties and the welding parameters were optimized to maximize the weld aspect ratio. Weld aspect ratio were greatly affected by the pulse width, pumping voltage and pulse frequency, and somewhat by the overlap distance, and little by the shielding gas type, flow rate and focal position. A confirmation experiment were conducted using the optimized welding parameters.
Laser welding of ASTM no. 1060 Al plate with a pulsed Nd: YAG laser of 200W average power was performed for end capping of KMRR nuclear fuel elements In this research, we performed basic welding experiments. Firstly, laser output parameters which affect laser welding parameters were studied by changing laser input parameters for effective welding of 1060 Al plates. We found that laser power density and pulse energy are important parameters for smooth bead shape. Secondly, welding parameters which affect weld width-to-depth ratio were studied by changing power density and pulse energy, shielding gas, and defocusing. We found that power density must be higher than 0.3 Mw/cm$^{2}$ pulse energy must be higer than 3 J. travel speed must not exceed 200mm/sec, laser focus must be existed beneath 2-3mm from plate surface and helium is proper shielding gas. Thirdly, we studied the weld defects of Al-1060 such as crack and porosity in lap-joint welding. We designed new welding geometry for crack free welding of Al-1060 plates, and obtained crack free weldment but with lack of fusion. However, with Ti, Zr grain refiner elements, we can weld Al plates without solidification hot crack. Finally, we studied the origin of porosity by changing shielding gas. And we found that porosity was resulted from entrapment of shielding gas by the collapsing keyhole.
For the conventional welding method. the high heat transfer makes the crystallized zone of the work material unavoidable. Whereas the laser is able to weld the amorphous metal without a crystallized zone, because heat transfer is limited within a very small restricted volume. In this paper, the possibilities and the limits of the laser welding were studied to utilize the advantageous properties of amorphous metal foils.
Lap joint welding conducts low carbon steel plates using a 2.0kW continuous wave Nd:YAG laser beam. The specimen is composed of thin plate of 20 sheets. Process Variables contain two controlled parameters of the laser power and the welding speed. In order to quantitatively examine the characteristics of the lap welding, the welding quality of the cut section, stain-stress behavior, and the hardness of the welded part are investigated. The weld width difference between the top and the bottom because the welding speed is increased. The reason, cooling rate is decreased because of fast welding speed. When the heat input is higher, larger volume of the base metal will melt and the welding heat has longer time to conduct into the bottom from the top. The microstructure and tensile properties of the joints are investigated in order to analyze the effects of heat input on the quality of laser welded specimen. From the results of the investigation, We observe that welding quality is good for the laser power of 1800W, and laser welding speed from 1.8m/min to 2.2m/min.
Various welding processes are now available for end cap closure of nuclear fuel element such as TG(Tungsten Inert Gas) welding, magnetic resistance welding and laser welding. Even though the resistance and TIG welding processes are widely used for manufacturing commercial fuel elements, they can not be recommended for the remote seal welding of a fuel element at a hot cell facility due to the complexity of electrode alignment, difficulity in the replacement of parts in the remote manner and a large heat input for a thin sheath. Therefore, the Nd:YAG laser system using optical fiber transmission was selected for Zircaloy-4 end cap welding inside hot cell. The laser welding apparatus was developed using a pulsed Nd:YAG laser of 500 watt average power with optical fiber transmission. The weldability of laser welding was satisfactory with respect to the microstructures and mechanical properties comparing with TIG and resistance welding. The optimum operation processes of laser welding and the optical fiber transmission system for hot cell operation in a remote manner have been developed The effects of irradiation on the properties of the laser apparatus were also being studied.
Various welding methods such as Gas Tungsten Arc Welding(GTAW), magnetic force electrical resistance welding and Laser Beam Welding(LBW) are now available for end cap closure of nuclear fuel rods. Even though the resistance and GTA welding processes are widely used in manufacturing commercial fuel rods, they can not be recommended for the remote seal welding of fuel rods in the hot cell Facility due to the complexity of the electrode alignment, the difficulty in replacing parts in a remote manner and the large heat input for the thin sheath. Therefore, the Nd:YAG laser system using optical fiber transmission was selected for the end cap welding of irradiation fuel rods in the hot cell. The remote laser welding apparatus in the hot cell Facility was developed using a pulsed Nd:YAG laser of 500 watt average power with an optical fiber transmission. The weldment quality such as microstructure and mechanical strength was satisfactory. The optimum conditions of laser welding for encapsulating irradiation fuel rods in the hot cell were obtained.
The Nd:YAG laser process is known to have high speed and deep penetration capability to become one of the most advanced welding technologies. In spite of its good mechanical characteristics, SM45C carbon steel has a high carbon contents and suffers a limitation in the industrial application due to the poor welding properties. The major process parameters studied in the present laser welding experiment were position of focus, travel speed and laser power.
This paper used the Laser Speckle Interferometry to present the strain analysis of Nd:YAG Laser welding zone. Previous TIG welding to sheet plate, which welds only high-skilled engineer, produces residual stress nearby welding zone due to thermal effect. However, Laser welding makes sheet pate welding easy and thermal effect minimum. Thermal effect zone is measured by strain analysis of the laser-welding zone by ESPI under tensile testing of sheet plate welded by Nd:YAG laser. The ESPI results, which compared with strain gage method, are agreed within error 3 %.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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