アーク放電によるマイクロ接合に関する研究

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本研究は、平成14年度に次の研究実績が得られた。提案したマイクロアーク放電方式(ノーパルス式、高周波パルス式、ハイブリッドパルス式)に対し、溶接条件を変化させて接合実験を行い、マイクロアーク現象を詳細に調べると同時に、それらの溶接加工特性を検討した。更に、マイクロ接合部の溶け込みをモニタニングするために、溶接中の電流と電圧を検出しマイクロ・アークセンサーを試作し、その有効性を検討した。得られた主な結果を要約すると:(1)ディジタル式CCDカメラで観察した結果により、20KHzの高周波パルスアーク及びハイブリッドパルスアークは、2Aぐらいの小さい電流でも指向性が高くふらつきがないことが分かった。また、数十Hzから数百Hzまでの中周波パルスの場合には、マイクロアークが直流や高周波の場合より広くなり、パルス周波数の増加に伴って小さくなる。そして、パルス幅を大きくすると、中周波アークの高輝度領域が電極に沿い広がっていくとともに、アークの形態はりんご形から円錐形へ移行する。(2)平均溶接電流一定の場合には、アーク放電のパルス式によってアークの産熱及び指向性が異なることが分かった。具体的には、ベースパルスに高周波パルスを印加すると、アークの産熱が多くてアークの安定性がよくなる。(3)連続電流放電下でのビード幅は高周波の場合よりやや大きくなる。ハイブリッドパルス溶接のビードは連続電流と高周波との場合より広くなり、そのベースパルス周波数の増加に従って狭くなる。(4)パルス溶接の場合、一周期内アークの瞬時電圧電流の関係はアークの熱慣性や溶接電気回路の感性によってヒステリシス・ループを示すことが分かった。(5)ビード溶け込みの変化に伴って、アーク電圧の平均値や統計的特性、及びアーク電流と電圧との関係図は異なった。これは、マイクロ・アークセンサーで溶け込みをモニタニングできる可能性を示している。