高品質溶接部の熱伝導応力解析手法と強度・信頼性保証に関する研究

热传导应力分析方法及高质量焊缝强度/可靠性保证研究

• 批准号: 14750727
• 负责人: 山本 元道
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750727/
• 关键词: 3次元熱伝導解析手法; 3次元熱弾塑性解析手法; レーザ溶接; 液化割れ; 高品質溶接; 高温歪み計測; 液化割れ発生評価試験法; 溶接熱影響部; 3次元熱伝導解析; 3次元熱弾塑性応力解析; 高温割れ; HAZ; 溶融凝固

本研究では,ミクロ的な側面からもマクロ的な側面からも工学的に扱いやすく,高品質溶接(レーザ,電子ビーム,TIGなど)部の温度変化や応力・歪み分布を精度よく推定することの出来る,新しい熱伝導応力解析手法の確立を目指している。本年度研究では,昨年度研究においてその基礎を検討・提案した新しい3次元熱伝導および熱弾塑性解析手法の詳細な検証と確立を試みた。さらに,本解析手法を用いて,これまで評価することが困難であった溶融部極近傍に発生する高温割れの新しい評価手法を提案し,溶接部の強度・信頼性向上とその保証法についても検討した。概略,以下の結論を得ることが出来た。<3次元熱伝導・熱弾塑性解析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・熱弾塑性解析手法を提案した。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。<高温割れ(液化割れ)発生評価手法の提案>上述の新しく提案・確立した3次元熱伝導・熱弾塑性解析手法を用いて,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,溶融部極近傍の溶接熱影響部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。

这项研究旨在建立一种新的热传导应力分析方法，该方法易于从微观和宏观方面进行处理，并可以准确估计温度变化，以及高质量焊接部分（激光，电子束，TIG等）中的应力变化以及应力和应变分布。今年的研究是详细进行的，以验证和建立一种新的3D导热率和热弹性塑料分析方法，我们在去年的研究中研究并提出了这项研究的基础。此外，使用这种分析方法，我们提出了一种新的评估方法，用于在焊缝的极端附近发生高温破裂，这很难评估，还研究了焊缝的强度和可靠性和保证方法的提高。大致得出以下结论。 <高精度验证和建立3D导热率和热弹性塑料分析方法>我们提出了一种新的3D热导率和热弹性塑料分析方法，该方法可以容纳钥匙孔激光焊接，以前很难以高精度进行详细的详细分析。此外，为了对这种分析方法进行高精度验证，我们研究并提出了一种动态，高度准确地测量高速焊缝高速焊接（激光焊接）期间的温度和应变病史的方法。通过使用嵌入式热电偶测量焊缝每个位置的详细温度病史来进行温度病史的测量。我们还尝试使用CCD摄像头在焊接过程中测量焊接池的形状。为了进行失真历史记录测量，提出了一种使用CCD摄像机的新的高温失真测量方法。比较了上述测量结果以及新提出的3D热导率和热弹性塑料分析方法的详细比较，以确认该分析方法的有效性。 <通过使用上述新提出的和建立的3D导热率和上述热弹性塑料分析方法来评估高温裂纹（液化裂纹）方法的建议，我们提出了一种新的方法来评估液化裂纹，该方法在很难评估的融化区域附近发生。液化的裂纹受到在熔化区域近极端焊接热区域发生的相应塑性应变的严重影响，并且通过使用该值，可以在机械和定量上评估和预测液化裂解的发生。此外，使用新的标准测试片使用新标准测试片，可以在实际机器中在实际机器中进行大规模焊接关节在小型和简单的测试条件下的大规模焊接接头中进行液化裂纹的发生。

项目成果

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)

M.Yamamoto：“基于高温应变分析的激光焊接 HAZ 液化裂纹萌生预测”韩国国际焊接/连接会议记录 2002. 244-249 (2002)

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)

Kenji Shinozaki：“利用激光散斑法验证三维热弹塑性分析方法——镍基耐热高温合金激光焊接件热裂纹发生评价方法的研究（第2次报告）——”摘要日本焊接学会全国会议演讲第 73 卷 346-347（2003 年）