電流が増加すると、クラッド層の深さと幅が増加し、層の高さが減少します。これは、電流の増加により、発生する熱がクラッド金属だけでなく基板の一部も溶融し、クラッドと基板が混合するため、クラッド層全体が沈下し、溶融深さが増加し、層の高さが減少するためです。また、電流が増加すると、プラズマアークがより粗くなり、熱源の温度範囲が広がり、基板内の溶融プールの広がり能力が強くなるため、溶融プールの幅が増加します。
1.2 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

溶接速度が増加すると、クラッド層の溶融深さが減少し、層の高さは最初に急激に減少し、その後ゆっくりと小さくなり、幅も減少します。溶接速度が 4 mm/s の場合、クラッド金属が一定程度増加すると、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量では母材をさらに溶融させることができず、溶融クラッド層は層の高さが 4.34 mm まで積み上がり続けます。溶接速度が 5 mm/s に増加すると、単位長さあたりの入熱量、ワイヤ送給量が減少するため、溶融深さ、層の高さ、幅が減少します。溶接速度がさらに増加すると、前述のように、このときの入熱量が不十分になり、母材のごく一部しか溶融しないため、溶融クラッド層の高さは最初に急激に減少し、その後ゆっくりと小さくなり、幅も減少します。前述のように、溶接速度が上昇し続けると、この時点での熱入力が不十分となり、母材のごく一部しか溶融せず、溶融クラッド層が垂れ下がることはなく、結果として溶融深さの減少は大きくなる一方、層の高さの減少は小さくなります。

1.3 ワイヤ送給速度がクラッド層の成形に及ぼす影響

表3.3 異なるワイヤ送給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の場合、単位長さあたりの入熱量が一定であり、ワイヤ送給速度の増加に伴い、単位長さあたりの溶加ワイヤ量が増加し、クラッド金属がより多くの熱を吸収する必要があるためです。入熱量ではクラッド層全体を完全に溶融できない場合、母材部分の溶融が少なくなり、溶融深さが減少し、層の高さが増加します。また、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、幅は急速に減少します。

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プロセスパラメータの範囲は、電流90A～110A、溶接速度4mm/s～6mm/s、ワイヤ送給速度50mm/s～70mm/s、イオンガス流量1.5L/minです。
2．溶融クラッド層形成プロセスパラメータ最適化の応答曲面法に基づく
応答曲面法（応答曲面法、RSM）は、実験計画法と統計的手法を組み合わせた最適化手法であり、試験データの分析から、影響因子と応答値の適合関数と3次元曲面マップを導出でき、実際の試験における影響因子と応答値の関係を直感的に反映し、予測的、最適化的な役割を果たすことができます。上記の理由に基づき、プロセス最適化プログラムを開発するために中心複合計画法（中心複合計画法、CCD）でRSMを選択し、電流、溶接速度、ワイヤ送給速度と溶融クラッド層の希釈率、アスペクト比の関係を探索し、プロセスパラメータと希釈率、アスペクト比の関数から導出される数学モデルを作成し、溶融クラッド層の品質予測を実現します。

2.1 プロセスパラメータがクラッド層の希釈率に及ぼす影響

表3.8 プロセス最適化の結果と検証