溶接熱影響部における高温割れ現象の解析モデルに関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450405
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 北村 充 広島大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40195293)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 篠崎 賢二 広島大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70154218) ; 山本 元道 広島大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30274111) ; 濱田 邦裕 広島大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40294540)
• Keywords: 溶接熱影響部 / 3次元解析モデル / 液化割れ / レーザ溶接 / 相変化 / 高温割れ / 非線形解析 / 溶融凝固

Research Abstract

本研究は,溶接部熱影響部(HAZ)での高温割れ発生現象を,力学的見地から定量的に解明・把握しようとするものである。特に,本検討に必要不可欠な高温度域かつ高非線形場である溶接部の3次元解析モデル・手法の提案・検討を主な目的・目標としている。本年度研究成果の概略を以下に示す。
<1.レーザ溶接部の3次元熱弾塑性解析モデル・手法の提案・検討>これまで一般に行われてきた温度を与える方法での2次元熱伝導解析手法ではなく,熱量を直接投与する方法を用いて,キーホールタイプのレーザ・電子ビーム溶接に対応できる熱源の形状を検討・採用して,非常に精度の高い3次元熱伝導解析手法を提案することが出来た。応力・ひずみ解析では,溶融〜凝固付近の非常に高温域での材料定数や,溶融温度以上での液体金属の取り扱いを工夫することで,高温割れで問題となる溶融部極近傍のHAZでのひずみを詳細に精度良く把握することが出来るようになった。本年度の初期目標であった「金属相変化現象の3次元問題への拡張」,「相変化を考慮した有限要素法解析手法の検討」をある程度実現出来た。
<2.レーザ・TIG溶接での溶融池形状と塑性ひずみの実験的把握>レーザスペックル法などを用いて,計測が非常に困難である,溶接部極近傍の溶接中の温度変化・ひずみ変化を,ダイナミックかつ詳細に計測・把握することが出来た。本計測結果と上記解析結果とを比較することで,液化割れに大きく影響する溶融池極近傍HAZ部での温度・応力・ひずみの変化を,非常に精度良く推定できるようになった。

Research Products

• [Publications] M.Yamamoto: "Prediction of Liquation Crack Initiation at HAZ of Laser Weldment Based on Strain Analysis at Elevated Temperature"Proceedings of the International Welding/joining Conference Korea 2002. 244-249 (2002)
• [Publications] 山本元道: "レーザ溶接部の3次元熱弾塑性ひずみ解析手法の検討 -Ni基耐熱超合金レーザ溶接部の高温割れ発生評価法に関する研究(第1報)-"溶接学会全国大会講演概要集. 第70集. 254-255 (2002)
• [Publications] 篠崎賢二: "3次元熱弾塑性ひずみ解析によるレーザ溶接熱影響部の液化割れ発生の予測"レーザ加工学会誌. Vol.9,No.3. 251-257 (2002)