| 研究課題/領域番号 |
19K04107
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| 研究機関 | 琉球大学 |
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研究代表者 |
松田 昇一 琉球大学, 工学部, 准教授 (90390567)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | アーク溶接 / GMA溶接 / 磁気制御 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、ガスメタルアーク（GMA）溶接に外部磁場を付加する新溶接法の研究である。GMA溶接法は、最も普及している被覆アーク溶接や比較的安定できれいな溶接面が得られるTIG溶接と比較して溶接速度が10倍以上、溶接電流は2～3倍程度大きい高効率な溶接法である。しかしながら、GMA溶接は溶接ワイヤが電極（熱源）を兼ねていることから、熱源が時間的・空間的に変動する。そのためアークが不安定で、スパッタが発生しやすくなり、ハンピングビード等の溶接欠陥が生じやすくなる。そこで高効率なGMA溶接に外部磁場を付加することによりアークの挙動や溶融池の流動を制御できれば、大幅な溶接欠陥の抑制が期待できる。
令和2年度は、初めに令和1年度に引き続き試験片の動台車および固定治具の大幅な改良を行った。これは当初の予測より溶接が安定するまでに時間を要したため、試験片が従来の実験装置と比較して約1.5倍移動できるように、移動台車および試験片固定治具を大幅に改修した。次に改修した新しい実験装置を用いて、まず直流磁場がアークの挙動に与える影響を詳細に調べた。その結果、磁場を付加した場合でも、まだアークは溶接方向前後または回転するように時間的・空間的に変動をするが、磁場無しと比較すると大幅に改善しスパッタ等の溶接欠陥を低減することができた。その結果の一部は溶接学会秋季全国大会にて発表した。またさらなるアークの安定化を目指し、直流磁場を交流磁場に変更し、磁場がアークに及ぼす影響を詳細に調べた。交流磁場に変更することで、アークの振動は大幅に低減出来る事が確認できたが、詳細なメカニズムは次年度に調べる予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本年度は、大幅な実験装置の改修が必要であったが、昨今の事情により部材や特に試験片を移動させる移動台車の納品が遅れた。また複数での作業も大幅に制限されたため、予定より実験装置の改修作業がおくれた。改修後も実験・研究の時間および人数の制限が有ったが、少しずつ実験・研究を進め、まだ限られた範囲ではあるが、磁場によるアーク制御効果に関する研究成果を発表（溶接学会秋季大会）することができた。現時点では当初の予定より遅れているが、実験装置の改修作業は終了しているので、来年度中に当初の予定通りに研究を遂行する予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度（最終年度）は、本年度大幅改修した実験装置を用いて、直流磁場および交流磁場がアークに及ぼす影響を詳細に調べる。これにより最もアークの振動（変動）を抑制出来る磁場条件を明らかにする。次に溶融池の流動を詳細に可視化する。また最終的なビードに及ぼす影響を調べる。それらの結果よりアークの挙動が溶融池流れおよびビード形成に及ぼす影響を明らかにし、そのメカニズムの解明を目指す。最終的に、GMA溶接の安定化において最適な磁場および溶接条件を明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度、昨今の事情により実験等が大幅に制限され、試験片やシールドガス等の使用量が減ったため、新たに試験片等を購入する必要が無かった。現時点でほぼ試験片は使い切り、次年度は実験を再開する予定のため、新たに試験片およびシールドガス等を購入する予定である。
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