2021 Fiscal Year Research-status Report
粉体フラックス中のアークプラズマ-メタル-スラグ挙動の統合電磁熱流体解析
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20K14650
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Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
古免 久弥 大阪大学, 接合科学研究所, 講師 (80847989)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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Keywords | サブマージアーク溶接 / 粒子法 / スラグ / シミュレーション |
Outline of Annual Research Achievements |
アーク溶接の一種であるサブマージアーク溶接は熱効率が高く深い溶込みが得られ,橋梁や船舶等の建造に多用されている.近年この溶接プロセス用にデジタル溶接電源が開発され,電源波形制御による効率のよい溶接が期待されている.しかしながら,この溶接プロセスは熱源であるアークプラズマの近傍が粉体に覆われているために外部から溶接部を観察することは容易ではなく,溶接技能者は電源の設定パラメータが溶接現象に与える影響を知らないまま,最適な条件を探さなくてはならない.そこで本研究ではサブマージアーク溶接現象の実験観察を行うとともに,この溶接現象を一挙に解く統合数値演算モデルを確立し,電源の各設定パラメータが溶接現象に与える影響を定量的に明らかにすることを目的としている.令和3年度ではこの統合数値演算モデルを確立するための次段階として,溶融池の流動とスラグ輸送過程を同時に解く数値演算モデルの構築を試みた.ここでは溶接部近傍の可視化が困難なサブマージアーク溶接ではなく,可視化が容易で,一般的な溶接手法であるマグ溶接を対象とした. その結果,熱源中心から溶融池端を伝って後方へ輸送され,溶融池後方の溶接線付近で滞留しながら,その一部が溶接方向前方にも輸送されるという,溶融池の挙動に伴うスラグの輸送過程がシミュレートされた.この計算結果の妥当性を確かめるため,高速度ビデオカメラを用いてマグ溶接中の溶融池表面のスラグ挙動の観察を実施した.数値演算結果をこの実験結果と比較したところ,数値演算によって得られたスラグの挙動は実験結果と同様の傾向を示していた. またこの数値演算モデルにおいて溶融池の各駆動力を個別に考慮した数値実験により,溶融池上に形成されたスラグの挙動を決定する支配因子を推定することに成功した.
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画より若干の遅れが生じているものの,数値演算モデルの開発が順調に進行しているためである.本年度はこれまでは簡略化して粉体フラックスと同様に取り扱っていたスラグをモデル化し,溶融池との相互作用を考慮してその挙動を解析することに成功した. また研究設備においては,本年度構築したモデルで今後計算コストの高い数値演算を行う予定であることから,これまで保有していた設備よりも計算能力の高いグラフィックカードを導入した.
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Strategy for Future Research Activity |
令和4年度は,数値演算においては本年度に開発した数値演算モデルをこれまでのモデルに統合し,サブマージアーク溶接中のスラグ挙動の解析に取り組むと共に,X線による可視化結果との比較を実施する.またこのモデルが完成次第,高電流の溶接現象やタンデム溶接へと適用拡大する. 実験観察においては引き続き直接観察を実施する.令和3年度に予定していた母材の溶込みも確認しながら,溶接電源の設定パラメータがサブマージアーク溶接現象に及ぼす影響について調査する. これらにより,最終目標である統合数値演算モデルの確立に向けて研究を遂行していく予定である.
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Causes of Carryover |
コロナの影響により,発表を予定してた国際会議がオンライン開催となり,旅費等が不要となったため.繰越分については,溶接フラックスなど消耗品の購入や,学会の旅費や参加費に使用する.
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Research Products
(2 results)