アーク・電極系の統一モデルに基づくアーク溶接現象の理論的解析

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650779
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 牛尾 誠夫 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (80029248)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 学 大阪大学, 接合科学研究所, 助手 (20243272) ; 中田 一博 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (80112069)
• Keywords: タングステン電極 / アーク / 溶融池 / ティグ溶接 / 数値解析モデル / プラズマ温度 / レーザ計測 / シミュレーション

Research Abstract

アーク溶接技術は,我が国の将来の一翼を担うエネルギー,自動車,航空・宇宙産業等における構造物の「要」となる加工要素である.しかしながら,そのアーク溶接現象が未だ正確に理論的な取扱いをなされていないため,素材から製品に至る一貫した生産・品質管理システムを構築するための大きな阻害因子になっている.したがって,アーク溶接現象の理論的理解は,我が国そして世界の工業生産の知的化にとって最重要でありながら新世紀に残された重大な課題の一つである.本研究では,アーク溶接現象の鍵となる支配要素を抽出して,アークから溶融池にわたる統一された数値解析モデルを開発するとともに,そのモデルを用いてアーク溶接現象の理論的解析を行うことを目的としている.
本年度は,アーク溶接の数値解析モデルの計算結果において,前年度に行ったアークプラズマの信頼性の検証に引き続きタングステン電極および溶融池側の信頼性を検証する目的で,タングステン電極およびステンレス鋼溶融池の表面温度を放射温度計によって測定した.それぞれの表面温度の測定には,アークプラズマからの強烈な放射光が阻害因子となるが,アーク消去直後の温度を測定することでそれを排除した.一方,放射温度測定には物質の放射率が測定精度を左右する重要なパラメータになるが,タングステン電極には2色放射測温法を採用し,溶融池にはステンレス鋼の凝固温度で補正することにより,信頼性の高い温度測定を実現した.測定結果はともに計算結果と非常によい一致を示し,数値解析モデルの信頼性の高さが示された.