Elucidation of hydrogen generation mechanism in underwater laser welding

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K06818
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Composite materials/Surface and interface engineering
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (2019); Osaka University (2017-2018)
• Principal Investigator: KAWAHITO Yosuke 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭技術開発プログラム), プログラム長 (70379105)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川上 博士 三重大学, 工学研究科, 准教授 (00252338) ; 西本 浩司 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 准教授 (40501169) ; Dino Wilson 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (60379146)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 溶接 / レーザ / 水中 / 水素 / 水素生成メカニズム / キーホール / 金属蒸気 / チタン

Outline of Final Research Achievements

Hydrogen is an energy source that contributes to energy diversification in supply sources and reduction of environmental load. Hydrogen generation is one of the important research issues in artificial photosynthesis and fuel cells. In welding case, hydrogen causes hydrogen embrittlement of steels and hydrogen cracking of the weld metals. We have newly discovered that some amount of hydrogen was made during underwater laser welding. In this study, we experimentally and theoretically elucidated the hydrogen generation mechanism during underwater laser welding through the appropriate element and optimum process for the hydrogen gas generation. We solved the issue, "Why hydrogen is generated in water when metal is melted? ". Furthermore, it was verified whether the energy consumption of laser welding and the energy generation of hydrogen generation can be achieved at the same time.

Free Research Field

溶接・接合

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

水素生成は今後の社会に必要とされる人工光合成や燃料電池等の分野で重要な研究課題である。一方、学術的な溶接分野における水素は、鋼材の水素脆化や溶接部の水素割れの原因となる元素で、水素の金属挙動や冶金的な影響等について継続的な基礎研究がなされている課題でもある。本研究成果は、新たに発見した水中レーザ溶接時の水素生成機構を解明し、水素生成に適正な元素と最適なプロセスの探求を通じて“水中で金属が溶融すると、どうして水素が生成するのか”を明らかにし、それと同時にレーザ溶接(エネルギー消費)と水素生成(エネルギー創生)との両立ができるのかも明らかにすることで、学術的・社会的に貢献する基礎研究成果である。