2016 Fiscal Year Annual Research Report
DYNAMIC TRANSPORTATION OF METAL VAPOR BY PLASMA JET AND VISUALIZATION OF HEAT TRANSPORTATION IN WELDING ARCS
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26249101
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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) |
茂田 正哉 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (30431521)
田代 真一 大阪大学, 接合科学研究所, 助教 (70432424)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 可視化 / 計算工学 / シミュレーション工学 / 溶接 / アーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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中の動的なプラズマ状態を実験的に把握すると伴に、(2)プラズマジェットの流れ場を可視化することにより金属蒸気の導入ダイナミクスを実験的に把握する。さらに、(3)アーク溶接プロセスの数値シミュレーションを通じて、(4)実験結果と比較検討することにより、プラズマジェットによる金属蒸気輸送に起因したアーク溶接の熱輸送現象を定量的に可視化し、それらが溶融プール形成に及ぼす影響について明らかにすることを目的とする。
平成２８年度では、溶接技術として、より実践的な視点で溶接アーク熱輸送現象の可視化を実施した。具体的には、シールドガスの組成をアルゴンと炭酸ガスの混合ガスとし、その混合比をパラメータとして変化させ、高感度・高速度イメージ分光可視化システムを活用し、アーク溶接プロセス中の動的なプラズマ診断を実行した。その結果、電極ワイヤ先端から溶滴が離脱する際に、スプレー移行とグロビュール移行の違いをもたらすメカニズムが明らかになった。すなわち、スプレー移行になる場合には、電極ワイヤ先端からの金属蒸気がプラズマジェットによってアーク中心部に輸送され、その結果、金属蒸気プラズマとシールドガスプラズマが二相分離していることがわかった。他方、グロビュール移行になる場合には、プラズマジェット流速が低下するため、プラズマ内の拡散による輸送が支配的になり、金属蒸気とシールドガスが十分に混合していることがわかった。数値シミュレーションと総合的に比較したところ、溶滴下部での電流経路の有無の違いが電磁ピンチ効果による溶滴離脱の妨げの有無を誘起し、溶滴下部の電流経路の存在がグロビュール移行を発生させる主因であることを世界で初めて発見した。また、この違いが溶融プール形状の違いを生じさせていることが明らかになった。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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