透明媒質を用いたレーザーキーホール形成現象の解析

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CO_2レーザー溶接の際にキーホールから発せられるkHzオーダーの発光信号および音響信号の発生源を明らかにすることを目的として研究を行った。側面からの観察が可能であるグリセリン溶液にCO_2レ-ザ-を照射し、その際生じるキ-ホ-ルを高速度ビデオカメラにより直接撮影し画像を解析した。またキ-ホ-ルから発せられる音響信号もマイクロフォンにより測定した。グリセリン溶液のキーホールから発せられる音響信号を高速フーリエ変換により周波数成分に分解したところ、1-3kHzの領域と5kHz以上の領域に卓越したピークが現れた。これはSS400やSUS304などの工業材料において測定された音響信号ときわめて類似した結果である。したがって媒質が異なっていても、キーホールから発せられる音響信号の発生源は同じところにあるものと考えられる。高速度ビデオカメラにより撮影したグリセリン溶液のキーホール画像より、キーホールは光軸方向に伸縮するだけでなく、半径方向にも伸縮していることが明らかになった。このキーホール伸縮の原因は、キーホール内部での蒸気ガスの膨張にある。キーホール底部で生成するガスが膨張するにつれて内部圧力は高くなる。そしてある程度圧力が高くなるとキーホール上部から抜け出るため内圧が低くなり、キーホールは収縮する。しかしながら今回、高速度ビデオカメラの解像度の制限から、kHzオーダーの振動を見つけることは出来なかった。