厚鋼板の安定な低入熱1パス溶接のための高性能プラズマミグハイブリッド溶接法の開発

开发高性能等离子 MIG 复合焊接方法，实现厚钢板稳定、低热输入单道焊接

• 批准号: 21K04710
• 负责人: 田代 真一
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04710/
• 关键词: プラズマ溶接; ミグ溶接; キーホール; アーク間干渉; 分光計測; プラズマミグハイブリッド溶接法; 厚鋼板; 低入熱; 1パス溶接

本申請課題では厚鋼板の低入熱1パス溶接実現に向けた高性能プラズマミグハイブリッド溶接法を開発する。本溶接法ではプラズマアークとミグアーク間に電磁的な干渉が生じ、これがキーホール安定性及び溶融池形成に強い影響を及ぼす。そこで理論・実験の両面から当該現象の定量的解析を行い、その影響と原理を解明することを目的としている。また、溶接品質向上のため外部磁場を用いたアーク間干渉の制御技術の開発についても併せて行う。2022年度は主に数値シミュレーションを通じて、プラズマアークとミグアーク間に電磁的な干渉が発生するメカニズム、及びこれがキーホール安定性及び溶融池形成に及ぼす影響とその原理の解明を行った。アーク間の電磁的な干渉は、アークからもたらされる圧力や運動量、質量、入熱等の分布を時間的に大きく変貌させ、アーク・キーホール・溶融池の熱的・力学的相互作用に決定的な影響を与え、キーホール安定性や溶融池形成を支配するものと考えられる。プラズマミグハイブリッド溶接の数値シミュレーションモデルを開発し、これを用いて溶融池内の熱輸送プロセスを検討した結果、主にプラズマ溶接とミグ溶接のプラズマ流が引き起こすせん断力により、溶融池には複数の大規模な渦が形成されることがわかった。特にミグ溶接にパルス電流を用いた場合、アーク間干渉の影響が小さくなることから、ミグワイヤから溶融池へともたらされる高温の溶滴はキーホール背後の渦に移行し、移流により母材裏面側へと輸送され、溶込みを大幅に増加させることが明らかとなった。

The subject of this application is a high-performance welding method for thick steel plates with low heat input. This welding method is produced by electromagnetic welding methodじ, これがキーホール stability and びmolten pool formation have a strong influence on を and ぼす.そこで Theory・実験の両面から Quantitative analysis of the phenomenon, そのinfluence and principle, clarification and purpose of としている.また、The quality of welding is improved by using the external magnetic field control technology of いたアーク间干渉の开発についても和せて行う. In 2022, the main number of the year is the electromagnetic な干渉が発The stability of the raw material and the stability of the びこれキーホール and the formation of the molten pool and the influence of the とその principle are explained and performed.アークama's electromagnetic な干渉は, アークからもたらされる姧力やmotionに大きく変appearanceさせ、アーク・キーホール・The thermal and mechanical interaction of the melt pool determines the influence and the stability of the melt pool and the formation of the melt pool. Plug and play The results of the heat transfer in the melting pool and the result of using the heat in the melting pool. Main にプラズマfusion とミグ fusion のプラズマflow がinduced きRISE こすせんbreaker力により, molten pool には plural large-scale vortex formation されることがわかった. When the special welding current is used in the case where the welding current is used, the influence of the interference between the parts is not affected小さくなることから、ミグワイヤからmelting pool へともたらされる高Warm melt dripping vortex behind the back of the vortex migration し, migration により base material inner sideへと Transportation され, solv込みを大に Increase させることが明らかとなった.

项目成果

Observation of Microstructure and Mechanical Properties in Heat Affected Zone of As-Welded Carbon Steel by Using Plasma MIG welding Process

等离子MIG焊工艺观察碳钢焊态热影响区的显微组织和力学性能

• DOI: 10.3390/met12020315
• 发表时间: 2022
• 期刊: metals
• 影响因子: 2.9
• 作者: Sarizam Mamat;Nur Azmina Sidek;Nur Aina Aqilah Mohd Afandi;Rose Alifah Ellyana Roslan;Teo Pao Ter;Toshifumi Yuji;Shinichi Tashiro* and Manabu Tanaka
• 通讯作者: Shinichi Tashiro* and Manabu Tanaka

3D spectroscopic measurement of plasma temperature and metal vapor concentration in plasma-MIG hybrid welding process

等离子-MIG 混合焊接过程中等离子温度和金属蒸气浓度的 3D 光谱测量

• 发表时间: 2021
• 作者: Kazuya Ishida;Shinichi Tashiro;Kazufumi Nomura;Dongsheng Wu;Manabu Tanaka
• 通讯作者: Manabu Tanaka

Physical mechanism of material flow in variable polarity plasma arc keyhole welding revealed by in situ x-ray imaging

原位X射线成像揭示变极性等离子弧小孔焊接材料流动的物理机制

• DOI: 10.1063/5.0036587
• 发表时间: 2021
• 期刊: Physics of Fluids
• 影响因子: 4.6
• 作者: Bin Xu;Shujun Chen;Shinichi Tashiro;Fan Jiang;Manabu Tanaka
• 通讯作者: Manabu Tanaka

Dynamic vapor and keyhole behavior, and equiaxed dendrite formation in blue laser processing of copper

铜蓝色激光加工中的动态蒸气和小孔行为以及等轴枝晶形成

• DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124102
• 发表时间: 2022
• 期刊: International Journal of Heat and Mass Transfer
• 影响因子: 5.2
• 作者: Dongsheng Wu;Junhao Sun;Zhuguo Li;Shinichi Tashiro;Anthony B. Murphy;Ninshu Ma;Manabu Tanaka;Jian Huang;Ke Feng;Changqing Liu;Wei Jiao
• 通讯作者: Wei Jiao

Elucidation of arc coupling mechanism in plasma-MIG hybrid welding process through spectroscopic measurement of 3D distributions of plasma temperature and iron vapor concentration

• DOI: 10.1016/j.jmapro.2022.04.002
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: Journal of Manufacturing Processes
• 影响因子: 6.2
• 作者: K. Ishida;S. Tashiro;K. Nomura;Dongsheng Wu;Manabu Tanaka