2010 Fiscal Year Annual Research Report
放射光X線を用いたレーザー溶接時の溶融池内対流現象のリアルタイム観察
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22860079
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
山田 知典 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 敦賀本部レーザー共同研究所, 博士研究員 (70586271)
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| Keywords | 放射光X線 / レーザー溶接 / 溶融池 / 吸収コントラスト法 / ファイバーレーザー |
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| Research Abstract |
溶接部には熱履歴に起因した残留応力が発生し、構造物の破壊や変形に対して重要な要因となる。これまでに実施されてきた残留応力に関する研究は溶接後の試験片を用いて行なわれており、溶融・凝固過程との関係は明確にされていないが、溶融池内の対流は溶融池形状や溶け込み深さに大きな影響を与えるため、残留応力との関係は無視できない。この関係を定量的に評価するには、従来以上に高時間分解能・高空間分解能で溶融池内を観察する必要がある。本研究では、溶融池内対流現象を把握するために、従来、のX線源と比較し高輝度、高指向性を有する放射光X線を利用した。
溶融池観察は、大型放射光施設(SPring-8)のビームラインBL19B2及びBL22XUを使用して行なった。X線のエネルギーは30keV及び70keVである。試験片は厚さ5mmのアルミニウム合金及びステンレス鋼であり、試験片上部よりファイバーレーザーを集光照射した。レーザー出力は330W、集光径は1mmである。試験片に埋め込んだ直径100μmのトレーサー粒子の過渡挙動を吸収コントラスト法により計測した。検出器はシンチレータ付きCCDカメラであり、時間分解能111ms、空間分解能10μmで観察した。
アルミニウム試験片に1mm/sでビードオンプレート溶接を行なった際には熱伝導型の溶融池が形成された。ここでは従来では観察が難しかった固液界面の時間変化と対流を同時にリアルタイムで観察することができた。
ステンレス鋼試験片においても、アルミニウムと同様に固液界面の時間変化を観察することができており、平成23年度は対流との同時観察を行なう予定である。
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