| 研究課題/領域番号 |
21K04677
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26030:複合材料および界面関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
伊藤 和博 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (60303856)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | ガスメタルアーク溶接 / ダンデムトーチ / 溶込み形状 / 被溶接体正弦波振動 / 溶融池流体計算 / マランゴニ対流 / 実効入熱 / タンデムトーチ / 被溶接体振動 / Flow3D / ワイヤアーク付加製造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
高効率タンデム溶接で生じる下に凸なフィンガー形状溶け込みを、ある特定周波数にて被溶接体を振動させ均等に湾曲した鍋底形状に変える発見をし、溶融池内の物質と熱の流れを世界最小メッシュにて詳細計算し再現するのに成功した。この現象が生じる機構を解明するために、タンデムのみならずシングル溶接での溶け込み形状の周波数依存性、タンデムトーチ配置、溶接方向、被溶接体振動方向の種々の組合せでの溶け込み形状変化、計算機でのこれら実験結果の再現を試み、本現象が起こる機構を理解する。
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| 研究成果の概要 |
高効率な溶接であるダンデムガスメタルアーク溶接での溶込み形状が、アーク直下が深い異方的なフィンガー形状から、被溶接体を正弦波振動させることでなべ底型に変化させられることを初めて見出した。その機構を熱力学データを用いた数値流体力学から説明した。特に、マランゴニ対流がこの溶け込み形状に大きな影響を及ぼすことを示唆し、それには最適な振動周波数があること、その最適な振動周波数にて実効入熱が低くなったことと、それにより表面張力の温度依存性の2階微分の変曲点(温度)を溶融池温度の範囲内に存在させたことがこの現象発現の主な要因であることを示したことである。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
溶融池内のマランゴニ対流により、ダンデムガスメタルアーク溶接の特徴であるアーク直下が深い異方的なフィンガー形状の溶け込み形状を、なべ底型に変化させられることを初めて見出したことが、学術的、産業的に大きなインパクトを与えた。解明した機構からも明らかなように、ある特異な条件下で発現する現象であったためこれまで知られていなかったと思われる。特異な条件下であるが、主なポイントはこのような振動が実効入熱を下げられることと、その溶融池温度中に表面張力の温度依存性の2階微分の変曲点が存在することであり、施工のおいて調整可能である。
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