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2019 年度 実績報告書

放射光を利用したアーク溶接現象の可視化による凝固割れの解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K18947
研究機関大阪大学

研究代表者

柳楽 知也  大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (00379124)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2020-03-31
キーワードその場観察 / 凝固割れ / アーク溶接 / 放射光
研究実績の概要

本研究では、時間分解X線イメージングを利用してアーク溶接過程のその場観察を組織スケールで行い、溶接中に生じる凝固割れの形成機構について明らかにする。本年度は、ステンレス鋼を対象にアーク溶接の一種であるTIG溶接中に発生する凝固割れの進展過程を観察し、その特徴や凝固割れの温度範囲について調査した。TIG溶接過程のその場観察の実験は、SPring-8の20XUのビームラインにて行った。X線の上流側からX線の経路上に沿って温度計測用のカメラ、試料セル、TIG溶接用のトーチ、X線透過像用のX線検出器を配置した。トーチの電極直上の試料を透過したX線は、X線検出器に到達して透過像が得られる。試料ステージは、上下に駆動するZ軸ステージと連結している。トーチは固定されており、Z軸ステージを任意の速度と移動量で制御することにより、立向き下進でTIG溶接を行った。試料は、ステンレス鋼の中で凝固割れが発生しやすいSUS310S (Aモード)とSUS316L (AFモード)を対象とした。
ビード中央部に線状の開口した凝固割れの進展過程を観察することに成功した。溶接速度は約5 mm/sであり、ほぼ一定であった。一方、凝固割れの進展速度は急激な増加と減少を繰り返した。つまり、凝固割れは溶融池に向かって進展するが、進展速度の変化に伴って、割れの先端と溶融池との距離が周期的に変化していることがその場観察の結果から初めて明らかとなった。これはSUS316Lにおいても同様に観察された共通の現象である。また、デジタル画像相関法により、割れが進展する際に引張ひずみやひずみ速度が局在化した。凝固割れの進展速度の周期性は、凝固過程中の固相率とひずみ速度の変化が関係していると考えられる。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うちオープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] 高輝度X線(接合研~SPring-8)を利用した溶接・接合研究2019

    • 著者名/発表者名
      柳楽 知也, 藤井 英俊
    • 雑誌名

      生産と技術

      巻: 71 ページ: 18-21

  • [雑誌論文] 放射光X線を利用した炭素鋼のTIG溶接における凝固割れのその場観察2019

    • 著者名/発表者名
      柳楽知也
    • 雑誌名

      溶接技術

      巻: 11 ページ: 114-115

  • [雑誌論文] In situ observation of solidification cracking for stainless steel during TIG welding using synchrotron X-ray imaging2019

    • 著者名/発表者名
      T. Nagira, D. Yamashita, M. Kamai, H. Fujii
    • 雑誌名

      Proceedings of the Visual-JW 2019 and WSE 2019

      巻: 1 ページ: 9-10

    • オープンアクセス
  • [学会発表] 高輝度X 線(接合研~SPring-8)を利用した溶接・接合研究2019

    • 著者名/発表者名
      柳楽 知也, 藤井 英俊
    • 学会等名
      第16回産学連携シンポジウム
  • [学会発表] In situ observation of solidification cracking for stainless steel during TIG welding using synchrotron X-ray imaging2019

    • 著者名/発表者名
      T. Nagira, D. Yamashita, M. Kamai, H. Fujii
    • 学会等名
      Visual-JW 2019 and WSE 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] 放射光を利用したTIG溶接中の凝固割れの進展過程のその場観察2019

    • 著者名/発表者名
      柳楽知也、山下大輔、釜井正善、藤井英俊
    • 学会等名
      2020年日本金属学会春期(第166回)講演大会

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公開日: 2021-01-27  

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