2018 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of non-axisymmetric arc plasma by development of three-dimensional optical emission spectroscopic method
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16K06746
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
野村 和史 大阪大学, 工学研究科, 助教 (90397729)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | マグアーク溶接 / 炭酸ガス溶接 / プラズマ診断 / 非軸対称プラズマ / トモグラフィ / 干渉フィルタ / 入熱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，複雑な溶接プロセスの熱源特性を捉えるための三次元発光分光法を開発している．本研究の特徴は，非軸対称な様相を呈する溶接アークであってもトモグラフィに基づく多色多方向同時計測を行うことによって，その複雑な三次元(x,y,z)的な温度分布や金属蒸気分布が求められる点である．昨年まではシールドガスが不活性ガスArのみであるMIGアーク溶接を対象にしてきたが，最終年度は計測対象をCO2アーク溶接，およびCO2とArの混合ガスであるMAG溶接へと対象を拡大した．それぞれで計測に用いる線スペクトルは異なるものの，温度などの算出理論をそれぞれで構築し，確立することができた．例としてCO2アーク溶接で見られる反発移行形態では，溶滴成長方向と逆側に電流経路が偏ることを見出し，従来の定説とは異なる機構の存在を示すに至った．また，分光計測時に用いる干渉フィルタの半値幅および連続スペクトルの影響を実験的に検証し，本研究で用いた1.8nm程度の半値幅の干渉フィルタであれば，シールドガス部分の温度については真値との誤差は許容できるといった結果も得た．さらに，溶接アークに対するトモグラフィ計測法の応用として，回転式分割水冷銅板を用いた新しい入熱計測法を提案し，傾斜TIGアークの入熱分布を実験的に計測することに成功した．
溶接アークプラズマに関する先行研究では，現象を軸対称と仮定する研究がほとんどであるが，本研究により溶接アークの温度分布や金属蒸気分布を三次元的に計測することが可能となった．産業界においては，施工の高効率化や省力化として，複数の熱源を同時に用いるような，そもそも非軸対称となる施工法も多くある．しかし現象が複合的になるため支配要因の抽出，最適化は非常に困難である．そうした現象の計測手法が求められているのも事実であり，本研究の手法は今後多く応用されていくと期待できる．
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