2003 Fiscal Year Annual Research Report
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
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13450405
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
北村 充 広島大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40195293)
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| 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)
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| Keywords | 3次元熱伝導解析手法 / 3次元熱弾塑性歪み解析手法 / レーザ溶接 / 液化割れ / 電子ビーム溶接 / 高温歪み計測 / 有限要素法 / 溶接熱影響部 |
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| Research Abstract |
本研究は,溶接熱影饗部(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性場である溶接部の3次元熱伝導・熱弾塑性歪み解析モデル・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要をいかに示す。
<3次元熱伝導・熱弾塑性歪み解析モデル・手法の高精度検証と確立>
これまで高精度かつ詳細な解析が困難であった,キーホール型のレーザ溶接に対応できる新しい3次元熱伝導・熱弾塑性歪み解析手法を提案した。高温度域での材料物性値の設定法,溶融金属の取扱い方,熱源の設定法などを工夫することで,有限要素法による高精度な解析手法を提案することが出来た。また,本解析手法の高精度な検証を行うため,溶接部極近傍の高温部の高速溶接(レーザ溶接)中の温度・歪み履歴をダイナミックかつ高精度に計測する手法を検討・提案した。温度履歴計測は,埋め込み型熱電対により溶接部各位置での詳細な温度履歴を計測した。またCCDカメラによる溶接中の溶融池形状計測を試みた。歪み履歴計測は,CCDカメラを用いた新しい高温ひずみ計測手法を提案した。以上の計測結果と新しく提案した3次元熱伝導・熱弾塑性歪み解析手法による結果とを詳細に比較・検討し,本解析手法の妥当性を確認することが出来た。
<液化割れ発生評価法の提案と実機電子ビーム溶接継手部への適用>
上述の新しく提案・確立した3次元熱伝導・熱弾塑性歪み解析手法を用いて.液化割れ発生試験結果と対応させることにより,これまで評価することが困難であった溶融部極近傍の溶接熱影響部(HAZ)に発生する液化割れの新しい評価手法を提案した。液化割れには,溶融部極近傍のHAZ生じる相当塑性歪みが大きく影響しており,当該値を用いることにより液化割れ発生を力学的かつ定量的に評価・予測することが出来るようになった。さらに,小型で簡便な試験条件で,大型の実機溶接継手部での液化割れ発生を評価・予測することの出来る,新しい小型標準試験片を用いた液化割れ発生試験法を検討・提案した。最後に,実機ロケットエンジンの電子ビーム溶接継手部に本解析手法を適用し,大型の電子ビーム溶接部にも十分適用可能であることが明らかにした。
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Research Products
(3 results)
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[Publications] M.Yamamoto: "Three Dimensional Strain Analysis on Laser Weldment for Prediction of Liquation Crack Initiation"Proc. of PLASTICITY'03 : The Tenth International Symposium on Plasticity and its Current Applications. 502-504 (2003)
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[Publications] 篠崎賢二: "レーザスペックル法を用いた3次元熱弾塑性解析手法の検証-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2報)-"溶接学会全国大会講演概要. 第73集. 346-347 (2003)
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[Publications] M.Kitamura: "Prediction of Liquation Crack Initiation at HAZ of Laser Weldment Based on Strain Analysis at Elevated Temperature"Proc. of the Seventeenth Asian-Pacific Technical Exchange and Advisory Meeting on Marine Structures : TEAM-2003. 287-296 (2003)
