Penetration Shape Improvement and Investigation of its Mechanism in Workpiece Vibration Assisted Gas Metal Arc Welding

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ダンデムガスメタルアーク溶接(GMAW)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鍋底型に変化させられることを見出した。これまで、溶込み形状の周波数依存性を組織観察してきたが、市販Flow3Dソフトに溶接条件や物性、特に表面表力の温度依存性を独自に組み込んだサブルーチンにて入力することで再現計算し、被溶接体振動により実効入熱が低くなり、マランゴニ対流が溶込み形状に大きな影響を及ぼす溶融池温度域になったことが大きかったと考察した。今年度は、昨年に引続き、振動周波数の変化が実効入熱に与える影響を明らかにし、かつその変化が溶融池での熱と物質の流れにどのように影響を及ぼすかを再現計算した。振動有りでは振動無しと比較して実効入熱が低くなり、振動数の減少に伴い実効入熱が減少した。また、実効入熱の低さ故に、その溶融池温度ではマランゴニ対流による溶込み形状変化への影響(溶接止端部への熱と物質の流れ)が見られたが、それに加えて実効入熱の低減によるマランゴニ対流効果と物理的な振動効果の重畳が生じていた。計算で再現したHAZ部の溶融線に近い部分と遠い部分の2か所の温度変化履歴から最もその面積が小さくなる(被溶接部での入熱が低い)周波数を最適とすると、実験観察にて溶込み形状がより鍋底型に近くなる周波数と一致した。その250Hzが溶込み形状を鍋底型にしHAZをより薄く均一にする最適周波数と考えられた。これら結果を学会発表および論文投稿した。タンデムトーチ配置と溶接方向に対して平行と垂直、振動方向も溶接方向に対して平行と垂直とした計4つの組合せにて、溶込み形状の振動数依存性を観察した結果については、残り1年にて学会発表や論文投稿する予定である。