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Elucidation of non-axisymmetric arc plasma by development of three-dimensional optical emission spectroscopic method

Research Project

Project/Area Number 16K06746
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Composite materials/Surface and interface engineering
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Nomura Kazufumi  大阪大学, 工学研究科, 助教 (90397729)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2016: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Keywordsプラズマ診断 / 非軸対称プラズマ / トモグラフィ / 発光分光法 / 干渉フィルタ / GMA溶接 / マグアーク溶接 / 炭酸ガス溶接 / 入熱 / ミグアーク溶接 / 発光分光計測 / 溶滴移行 / 温度分布 / 金属蒸気 / 非軸対称アーク / アークプラズマ / 分光計測 / 非軸対称
Outline of Final Research Achievements

We developed three-dimensional optical emission spectroscopic method to diagnose complex heat characteristics in the arc welding. Welding arc plasma often presents non-axisymmetric and non-stationary appearance. Therefore, the temperature and metal vapor concentration distribute three-dimensionally. To measure such a phenomenon, we constructed multicolor, multidirectional, simultaneous measurement system based on tomography. In this study, the welding arc characteristics in various droplet transfer modes was experimentally revealed regarding Gas Metal Arc welding (MIG arc, CO2 arc, MAG arc). Although the spectral lines required to measure each welding mode are different, we established the methods to convert the measurement values to physical values such as temperature.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

溶接アークプラズマに関する先行研究では,現象を軸対称と仮定する研究がほとんどであるが,本研究により溶接アークの温度分布や金属蒸気分布を三次元的に計測することが可能となった.産業界においては,施工の高効率化や省力化として,複数の熱源を同時に用いるような,そもそも非軸対称となる施工法も多くある.しかし現象が複合的になるため支配要因の抽出,最適化は非常に困難である.そうした現象の計測手法が求められているのも事実であり,本研究の手法は今後多く応用されていくと期待できる.

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (3 results) (of which Open Access: 3 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] 三次元発光分光法による溶接アークプラズマの可視化2019

    • Author(s)
      野村 和史,浅井 知,平田 好則
    • Journal Title

      スマートプロセス学会誌,Vol. 8, No. 2 (2019) pp.46-51

      Volume: 8 Pages: 46-51

    • NAID

      130007821486

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] 3D spectroscopic measurement of temperature and metal vapor concentration in MIG arc plasma2018

    • Author(s)
      戸田 要,吉井 嘉一郎,三村 晃平,野村 和史,平田 好則,浅井 知
    • Journal Title

      QUARTERLY JOURNAL OF THE JAPAN WELDING SOCIETY

      Volume: 36 Issue: 1 Pages: 39-48

    • DOI

      10.2207/qjjws.36.39

    • NAID

      130006441881

    • ISSN
      0288-4771, 2434-8252
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 3D measurement of temperature and metal vapor concentration in MIG arc plasma using a multidirectional spectroscopic method2017

    • Author(s)
      Kazufumi Nomura, Kaichiro Yoshii, Kaname Toda, Kohei Mimura, Yoshinori Hirata, Satoru Asai
    • Journal Title

      Journal of Physics D: Applied Physics

      Volume: 50 Issue: 42 Pages: 425205-425205

    • DOI

      10.1088/1361-6463/aa8793

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Influence of continuous radiation on the temperature measurement of MAG arc plasma2019

    • Author(s)
      K. Nomura, K. Takami, H. Okuda, S. Asai
    • Organizer
      IIW Commissions I, IV, XII, SG 212 Joint intermediate meeting
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 非軸対称ティグアークの電流・入熱密度分布のトモグラフィ計測2018

    • Author(s)
      野村 和史,相部 篤志,浅井 知
    • Organizer
      第242回溶接法研究委員会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Tomographic measurement of the current and heat input densities for the axially asymmetric TIG arc plasma2018

    • Author(s)
      K. Nomura, A. Aibe, S. Asai
    • Organizer
      IIW 71st Annual Assembly and International Conference
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 回転式水冷分割銅板を用いた傾斜TIGアークのトモグラフィ計測2018

    • Author(s)
      相部 篤志,野村 和史,浅井 知
    • Organizer
      溶接学会H30年度秋季全国大会
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  • [Presentation] 回転式水冷分割銅板を用いた傾斜TIGアークプラズマに対する電流・入熱密度分布のトモグラフィ計測2018

    • Author(s)
      相部 篤志,野村 和史,浅井 知
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第22回支部大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Ar-CO2混合ガス溶接プラズマの温度計測における連続光の影響評価2018

    • Author(s)
      奥田 博之,高見 康平,野村 和史,浅井 知
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      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第22回支部大会
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  • [Presentation] 三次元発光分光法による非軸対称溶接アークの可視化2018

    • Author(s)
      野村 和史
    • Organizer
      第26回 応用物理学会 プラズマエレクトロニクス分科会 プラズマ新領域研究会『熱プラズマの電磁熱流体構造を開拓する』
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    • Invited
  • [Presentation] 三次元発光分光法による溶接アークプラズマの可視化2018

    • Author(s)
      野村 和史
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      日本学術振興会第153委員会研究会『高密度プラズマの計測技術~高密度プラズマの物理現象の 見える化技術~』
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      2017 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 溶接アークプラズマの三次元温度・金属蒸気濃度分布計測2017

    • Author(s)
      戸田 要,吉井 嘉一郎,野村 和史,三村 晃平,平田 好則,浅井 知
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第20回支部大会
    • Place of Presentation
      九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2017-12-17
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      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 溶接アークプラズマのトモグラフィ計測手法に関する研究2017

    • Author(s)
      三村 晃平,戸田 要,野村 和史,浅井 知
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第20回支部大会
    • Place of Presentation
      九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2017-12-17
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      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 炭酸ガスアーク溶接における非軸対称プラズマ挙動の発光分光計測2017

    • Author(s)
      高見 康平,三村 晃平,戸田 要,野村 和史,浅井 知, 上月渉平,早川直哉,池田倫正
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第21回支部大会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 混合ガスを用いた溶接アークプラズマの分光計測に関する研究2017

    • Author(s)
      戸田 要,野村 和史,浅井 知
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第21回支部大会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] マグ溶接アークプラズマの三次元温度計測手法に関する研究2017

    • Author(s)
      戸田 要,三村 晃平,野村 和史,浅井 知
    • Organizer
      溶接学会H29年度秋季全国大会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 炭酸ガスアークプラズマの反発移行時の三次元発光分光計測2017

    • Author(s)
      高見 康平,三村 晃平,戸田 要,野村 和史,浅井 知, 上月渉平,早川直哉,池田倫正
    • Organizer
      溶接学会H29年度秋季全国大会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 3D spectroscopic measurement of arc plasma behavior in CO2 arc welding2017

    • Author(s)
      K. Nomura, K. Takami, K. Mimura, K. Toda, S. Asai, S. Kozuki, N. Hayakawa, R. Ikeda
    • Organizer
      iiw20117
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      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 溶接アークの多方向同時三次元分光計測(第3報)-トモグラフィ計測手法の再構成分布への影響-2017

    • Author(s)
      野村 和史,三村 晃平,戸田 要,浅井 知
    • Organizer
      溶接学会H29年度春季全国大会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 3D Spectroscopic Measurement of Temperature Distribution in MIG Welding2016

    • Author(s)
      K. Toda, K. Yoshii, K. Nomura, K. Mimura, Y. Hirata, S. Asai
    • Organizer
      Visual-JW2014
    • Place of Presentation
      Hotel Hankyu Expo Park(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2016-10-17
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      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 3D temperature measurement of MIG arc plasma by multidirectional spectroscopic method2016

    • Author(s)
      K. Nomura, K. Yoshii, K. Toda, K. Mimura, Y. Hirata, S. Asai
    • Organizer
      10th International Conference on Trends in Welding Research & 9th International Welding Symposium of Japan Welding Society (9WS)
    • Place of Presentation
      学術総合センター(東京都千代田区)
    • Year and Date
      2016-10-11
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 3D measurement of temperature and metal vapor concentration in MIG arc plasma by multidirectional spectroscopic method2016

    • Author(s)
      K. Nomura, K. Yoshii, K. Toda, K. Mimura, Y. Hirata, S. Asai
    • Organizer
      69th IIW Annual Assembly & International Conference (IIW2016)
    • Place of Presentation
      Melbourne, Australia
    • Year and Date
      2016-07-10
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 三次元発光分光法によるミグ溶接の温度計測2016

    • Author(s)
      戸田 要, 吉井 嘉一郎, 野村 和史, 三村 晃平, 平田好則, 浅井 知
    • Organizer
      H28年度春季溶接学会全国大会
    • Place of Presentation
      ATCホール(大阪府住之江区)
    • Year and Date
      2016-04-12
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      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 三次元発光分光法によるミグ溶接の温度計測2016

    • Author(s)
      野村和史,戸田要,吉井嘉一郎,三村晃平,平田好則,浅井知
    • Organizer
      第114回軽構造接合加工研究委員会
    • Place of Presentation
      大阪大学接合科学研究所(大阪府吹田市)
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    • Invited
  • [Presentation] 多方向発光分光法によるミグ溶接の三次元温度・金属蒸気濃度計測2016

    • Author(s)
      野村和史,戸田要,吉井嘉一郎,三村晃平,平田好則,浅井知
    • Organizer
      第235回溶接法研究委員会
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪府吹田市)
    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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