数値モデル規範型レーザー加工システムに関する研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555520
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 黄地 尚義 大阪大学, 工学部, 教授 (00089880)
• Keywords: レーザー溶融加工 / アーク溶接 / 数値計算モデル / 熱輸送 / 紫外線放射測温法 / 最適入熱条件 / 逆熱伝導問題

Research Abstract

レーザーやアークによる溶融加工プロセスにおいては、その加工状態は温度場に反映される。このような系に対しては、加工プロセスの熱輸送現象に注目した計算モデルよる現象の把握と制御が有効と考えられる。
本研究では、このような観点から、レーザーやアークによる溶融加工プロセスを主対象に、数値モデル規範型加工システムの可能性を検討している。具体的には、まず加工部の熱輸送過程に注目して、数値計算モデルによる解析を試みる。次に、計測した温度データから、モデルを介して加工状態を推定する手法の可能性について検討している。
[計算モデルの構築とその実験的検討]
昨年度までに、レーザーによるキ-ホール溶接の数値計算モデルについて検討し,定性的には十分満足できる結果の得られることを示した。また、小径管のアークによる溶接プロセスを対象とした数値計算モデルを構築した。
本年度は、これらモデルによる計算結果を実験結果とを対比し、熱伝導論をベースとする数値計算モデルが実際の溶融加工プロセスの予測に十分有効であることを明らかにした。
[温度計測による溶融状態の推定]
筆者らは、レーザーやアークによる溶融部を対象に検討し、計測温度データから、母材の入熱および溶融特性の推定が十分可能であること、また、推定の精度を上げるには、より信頼できる温度計測技術の確立が不可欠であることを指摘した。この点に関して、昨年度までに、紫外線を利用する放射測温法を提案・検討し、この手法が、溶融加工プロセスの温度計測の高精度化に有効であることを指摘した。
本年度は、CO_2およびYAGレーザーによる溶融部を対象に、上述の紫外線放射測温法による計測を試み、満足すべき結果の得られること、レーザーによる溶融池の温度分布が、ビームのエネルギー密度と分布を強く反映したものであること等を明らかにした。

Research Products

• [Publications] 松廣克之: "高エネルギー密度ビーム溶接におけるキ-ホール形成限界について" 溶接学会論文集. 13. 212-222 (1995)
• [Publications] Takayoshi OHJI: "Measurement of plasma pluma in laser welding by IR rediation" Laser Materials Processing. 80. 729-738 (1995)
• [Publications] 桝谷武司: "パイプの円周溶接のモデル化に関する検討" 溶接学会論文集. 14. 649-653 (1996)
• [Publications] 佐藤隆康: "紫外線放射測温法による溶融池温度場の計測" 溶接学会論文集. 15. 64-69 (1997)
• [Publications] 近藤勝義: "パイプの円周溶接における最適入熱制御に関する研究" 溶接学会論文集. 15. 494-501 (1997)
• [Publications] 佐藤隆康: "紫外線放射測温法による温度分布計測" 溶接学会論文集. 15. 631-638 (1997)
• [Publications] 黄地尚義: "溶接・接合プロセスの基礎" 産報出版, 262 (1996)