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アーク・電極系の統一モデルに基づくアーク溶接現象の理論的解析

研究課題

研究課題/領域番号 13650779
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 材料加工・処理
研究機関大阪大学

研究代表者

牛尾 誠夫  大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (80029248)

研究分担者 田中 学  大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (20243272)
中田 一博  大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (80112069)
研究期間 (年度) 2001 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
2003年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2002年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2001年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
キーワードタングステン電極 / アーク / 溶融池 / ティグ溶接 / 数値解析モデル / プラズマ温度 / 熱対流 / シミュレーション / レーザ計測
研究概要

アーク溶接技術は構造物の「要」となる加工要素である.しかし,そのアーク溶接現象が未だ正確に理論的な取扱いをなされていないため,素材から製品に至る一貫した生産・品質管理システムを構築するための大きな阻害因子になっている.したがって,アーク溶接現象の理論的理解は工業生産の知的化にとって最重要でありながら新世紀に残された重大な課題の一つである.本研究は,アーク溶接現象の鍵となる支配要素を抽出して,アークから溶融池にわたる統一された数値解析モデルを開発するとともに,そのモデルを用いてアーク溶接現象の理論的解析を行うことを目的としたものである.
「タングステン電極-アークプラズマ-溶融池」を同時に解く軸対称2次元の静止アルゴンティグ溶接の数値解析モデルを構築し,アークプラズマ温度など計算により予想された数値とレーザ分光測定等により得られた実験値を比較した結果よい一致を示した.さらに,シールドガスをヘリウムにも対応できるように汎用性を拡張し,良好な繰り返し計算の収束結果が得られた.以上より,将来的に生産現場で簡単に使用できるアーク溶接シミュレータへの展開の可能性が示された.また,数値計算により実験では得られない溶融池形成の支配要素を抽出して解析した結果,鉄鋼材料の溶融池形成には溶融池内の対流現象が極めて重要であり,「プラズマ気流による引きずり力」,「浮力」,「アーク電流による電磁気力」,「表面張力勾配によるマランゴニ力」の4つの駆動力の微妙なバランスにより溶融池内のマクロな対流が決定され,この対流がアークプラズマから伝達されるエネルギーを輸送し溶融池の形状を決定づけていることが明らかになった.

報告書

(4件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (6件)

  • [文献書誌] Manabu TANAKA: "A unified numerical modeling of stationary tungsten-inert-gas welding process"Metall.Trans.A. 33A. 2043-2052 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Manabu TANAKA: "Steady State Calculations of Stationary Gas Tungsten Arc Welding from A Unified Arc-Electrodes Model"Transactions of JWRI, Osaka University. 31. 19-24 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 坂本英次: "陰極-プラズマ-陽極系を解く大気圧DCアーク一体化数値解析モデル"プラズマ応用科学. 11. 107-113 (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.TANAKA: "A unified numerical modeling of stationary tungsten-inert-gas welding process"Metall.Trans.A. 33A. 2043-2052 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.TANAKA: "Steady State Calculations of Stationary Gas Tungsten Arc Welding from A Unified Arc-Electrodes Model"Transactions of JWRI, (Osaka University). 31. 19-24 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] E.SAKAMOTO: "Numerical Analysis of DC Arc Plasma at Atmospheric Pressure"J.Institute of Applied Plasma Science. 11. 107-113 (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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