電流が増加すると、クラッド層の深さと幅が増加し、層の高さは減少します。これは、電流の増加に伴い発生する熱によってクラッド金属が溶融するだけでなく、基材の一部も溶融し、クラッドと基材の混合が起こり、クラッド層全体が沈下するため、溶融深度が増加し、層の高さは減少します。また、電流が増加するとプラズマアークが粗くなり、熱源の温度範囲が広がるため、基材における溶融池の広がりが強くなり、溶融池の幅が広がります。
1.2 の効果溶接溶融クラッド層の成形速度

表3.2 異なる溶接速度における溶融クラッド層の断面形状

溶接速度の増加に伴い、クラッド層の溶融深さは浅くなり、層高さはまず急激な減少を示し、その後徐々に小さくなり、幅は減少します。 溶接速度が 4 mm/s の場合、クラッド金属がある程度増加すると、溶融深さは 1.17 mm になります。このとき、単位長さあたりの入熱では母材をさらに溶融することができず、溶融クラッド層は層高さ 4.34 mm の高さまで積み重なり続けます。 溶接速度が 5 mm/s に上昇し、単位長さあたりの入熱とワイヤ送給量が低下するため、溶融深さ、層高さ、幅は減少します。 溶接速度がさらに上昇すると、前述のように、この時点で入熱が不十分であるため、母材のごく一部しか溶融できず、溶融クラッド層高さは最初に急激な減少を示し、その後徐々に小さくなり、幅が減少します。溶接速度がさらに上昇すると、前述のように、このときの入熱が不十分で、母材のごく一部しか溶融できず、溶融クラッド層のたるみは発生せず、結果として溶融深さの減少が大きくなり、層高さの減少は小さくなります。

1.3 ワイヤ供給速度がクラッド層の成形に与える影響

表3.3 異なるワイヤ送り速度におけるクラッド層の断面の幾何学的寸法。

ワイヤ送給速度が増加すると、クラッド層の深さと幅は減少し、層の高さは増加します。これは、電流と溶接速度が一定であれば、単位長さあたりの入熱は一定であり、ワイヤ送給速度の増加に伴い、単位長さあたりのフィラーワイヤの量が増加し、クラッド金属がより多くの熱を吸収する必要があり、入熱がクラッド層全体を完全に溶融できない場合、母材部分の溶融量が少なくなるため、溶融深さが減少し、層の高さが増加し、母材部分に近いクラッド金属の広がり能力が低下するため、幅が急激に減少するためです。

要約すると、プラズマアーククラッディング 2205 二相ステンレス鋼層の有効なプロセス パラメータの範囲は、電流 90 A ～ 110 A、溶接速度 4 mm/s ～ 6 mm/s、ワイヤ送り速度 50 mm/s ～ 70 mm/s、イオンガス流量 1.5 L/分です。
2 応答曲面法に基づく溶融クラッド層形成プロセスパラメータの最適化
応答曲面法（Response Surface Method、RSM）は、実験計画法と統計手法を組み合わせた最適化手法で、試験データを分析し、影響係数と応答値のフィッティング関数および3次元曲面マップから導出することができ、実際の試験の影響係数と応答値の関係を直感的に反映し、予測、最適化の役割を果たします。 上記の理由に基づいて、中央複合設計（Central composite design、CCD）でRSMを選択してプロセス最適化プログラムを開発し、電流、溶接速度、ワイヤ送給速度と溶融クラッド層希釈率、アスペクト比の関係を調査し、プロセスパラメータと希釈率、アスペクト比の関数を導出する数学モデル化により、溶融クラッド層品質の予測を実現します。

2.1 プロセスパラメータがクラッド層の希釈率に与える影響。

表3.8 プロセス最適化の結果と検証