2010 Fiscal Year Annual Research Report
溶接アークプラズマ中の金属蒸気の元素分離ダイナミクスと微粒子の生成過程メカニズム
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22246095
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
田中 学 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (20243272)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田代 真一 大阪大学, 接合科学研究所, 助教 (70432424)
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| Keywords | 可視化 / 計測工学 / プラズマ加工 / シミュレーション工学 / 溶接 / アーク / ヒューム / 金属蒸気 |
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| Research Abstract |
ものづくりに必須の基盤技術でありながら,未だ「巧みの世界」と言われるアーク溶接技術を科学に立脚した技術に発展させるため,(1)アーク溶接プロセスで生じるプラズマ中の金属蒸気の元素分離とそれに伴う金属クラスター微粒子の生成過程を実験的に把握するとともに,(2)アーク溶接プロセスの総合的な数値計算シミュレーションを実施し,(3)実験結果と比較検討することにより,金属蒸気の元素分離ダイナミクスと金属微粒子の生成過程メカニズムを明らかにし,それらが溶融プール形成に及ぼす影響について定量的に明らかにすることを目的とする
平成22年度においては、まず、静止GTA(ガスタングステンアーク)溶接プロセスで生じる動的な金属蒸気の元素分離とそれに伴う金属クラスタ「微粒子の生成過程の時間変化を実験的に把握するため,高感度・高速度アークプラズマ診断システムを構築した。これにより、ヘリウムGTAを純鉄平板上で発生させ,純鉄の溶融プールを形成させ、高感度・高速度アークプラズマ診断システムを用いて静止溶接現象の動的変化を観察した.その結果、FeIの線スペクトルの2次元強度分布の時間変化を可視化するとともに,同時に,鉄微粒子の生成過程も可視化することに成功した.一方、我々の研究グループのGTA数値解析モデルに多元素系金属蒸気を考慮に加えるよう拡張した.アーク発生から溶融プールが十分に形成されるまで,金属蒸気の種類及び密度の動的な空間分布変化,プラズマ温度分布の動的変化,溶融プールの動的変化などを時間ごとの数値計算シミュレーションとして出力することに成功した
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