2021 Fiscal Year Annual Research Report
Study on high quality and high efficiency GMA welding utilizing external magnetic field
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19K04107
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| Research Institution | University of the Ryukyus |
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Principal Investigator |
松田 昇一 琉球大学, 工学部, 准教授 (90390567)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | アーク溶接 / GNA溶接 / 磁気制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ガスメタルアーク（GMA）溶接に外部磁場を付加する高効率新溶接法の研究である。GMA溶接法は、被覆アーク溶接やTIG溶接と比較して、溶接（溶着）速度が10倍以上、溶接電流は2～3倍の高効率な溶接法である。しかしながら、GMA溶接は溶接ワイヤが電極（熱源）を兼ねていることから、熱源が時間的・空間的に変動する。そのためアークが不安定で、スパッタが発生しやすくなり、ハンピングビード等の溶接欠陥が生じやすくなる。そこで、外部磁場の付加により、アークや溶融池内に生じる電磁力を用いて、溶接欠陥の低減を試みた。
初年度は、GMA溶接に種々の方法で直流磁場を付与し、磁場がアークに及ぼす影響を詳細に調べた。その結果、磁場によりアークの変動を一部抑制できたが、限定的であり、アークの変動を任意に制御することは難しかった。その成果は令和２年の溶接学会秋季全国大会にて発表した。磁場の効果が限定的だった原因の１つは、他のアーク溶接法と比較して溶接速度が速いため、既存の実験装置では、実際に磁場を付与できる区間が短くなり、適正な磁場付与方法を検討することが難しかった事が考えられる。
そこで２年目は、試験片が従来と比較して約1.5倍移動できるように実験装置を大幅に改修した。その装置を用いて直流磁場がアークの挙動に与える影響を詳細に調べた。その結果、磁場（直流および交流）を付加した場合でも、アークは溶接方向前後または回転するように時間的・空間的に変動をするが、磁場無しと比較すると大幅にスパッタ等の溶接欠陥を低減することができた。その結果は令和3年の溶接学会秋季全国大会にて発表した。
最終年度は、主に外部磁場を高周波の交流磁場に変更し、さらなるアークの安定化を目指した。その結果、アークおよび溶融池の振動を大幅に低減し、本手法の適用範囲が拡がった。その結果は令和4年の溶接学会秋季全国大会にて発表予定である。
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