紫外線放射測温法によるレーザ溶融加工プロセスのモニタリング

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450272
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 黄地 尚義 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00089880)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮坂 史和 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80304012) ; 平田 好則 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00116089)
• Keywords: 紫外線放射測温法 / レーザ溶融加工 / アーク溶接 / モニタリング / 数値計算モデル / 熱輸送 / 温度計測 / 最適入熱条件

Research Abstract

レーザやアークによる熱加工状態は、その温度場に反映される。加工中の温度場が正確に計測できれば、その温度場から熱加工状態が推定できるはずである。本研究では、このような観点から溶融加工状態を対象に、その温度計測手法の確立をはかるとともに、計測した温度場を用いてレーザやアークによる溶融加工プロセスをモニタリングする手法について検討することを目的としている。
平成12年度は、昨年度に引き続き、本研究で提案した紫外線放射測温法の確立を主眼として検討した。具体的には昨年度に提案・試作したミラー方式の紫外線画像計測装置を改造し、紫外像と赤外像を同時に採取できる計測系を製作した。またアーク溶融部の計測に際しては、溶接トーチを機械的に排除する方式を採用し、ノイズの少ないより鮮明な画像の取得に成功した。この装置を用いて、アークプラズマやレーザによる溶融加工部を計測し、以下のような結果を得た。
(1)アークによる静止および移動溶融プールを対象にその表面温度の計測を試み、提案した紫外線放射測温法では、従来から汎用されている赤外線放射測温法に比べ、極めて信頼性の高い、精確な温度計測が可能となることを明らかにした。
(2)電流100A程度のTIG(Tungsten Inert Gas)アークによるステンレス鋼の溶融池表面温度は、その融点に比較的近いこと、また溶融池表面の最高温度は、融点より約200〜300K高い値となること等を示した。
(3)移動熱源による溶融プールの表面温度分布は、入熱分布をほぼ反映したものとなるが、計測値のばらつきが大きく、たとえば、その最高温度のばらつきは、100K程度に達することを示した。
このように、提案した紫外線放射測温法は溶接プロセスをモニタリングするツールとして極めて有益である。

Research Products

• [Publications] F.Miyasaka: "Temperature Measurement by UV Thermal Radiation"IMEKO World Congress,IMEKO 2000 Proceedings. 4・. 399-402 (2000)
• [Publications] 平田好則: "溶射粒子の温度・速度の同時計測"高温学会誌. 25・Sup.. 232-238 (1999)
• [Publications] T.Sato: "Measurement of molten pool temperature distribution by UV thermal radiation"Welding International. 12・8. 627-634 (1998)
• [Publications] K.Kondoh: "In process heat input control in arc welding"Science and Technology of Welding and Joining. 3・6. 295-303 (1998)
• [Publications] 宮坂史和: "紫外線放射測温法による溶融金属温度場の計測"センシング技術の新たな展開と融合(計測自動制御学会). 89-92 (2000)
• [Publications] Y.Suita: "宇宙ステーション軌道圧力での高出力半導体レーザー溶接実験"Space Utilization Research. 17・. 339-342 (2001)