スマートアーク溶接への技術革新を誘起する数値解析モデルの確立

究極の短ギャップ溶接を可能とするスマートアーク溶接法の実現を見据え、数値シミュレーションにおいてシールドガスの種類をアルゴンからヘリウムに変更して各々の熱源特性を明確にした。また、アルゴンアークについてアーク電流を変化させた場合の計算を行い、アークプラズマの緊縮効果の変動を検討した。狭窄ノズルの効果はアルゴンアークで顕著であるのに対してヘリウムアークではとても小さいことが明らかとなった。これはヘリウムの熱伝導率が高いためアークプラズマ中心部から外縁部に熱拡散が生じやすいためである。狭窄ノズルによるアークプラズマの緊縮効果はアークプラズマの体積が比較的小さい低電流アークにおいて高くなることがわかった。また、アーク電流が150Aの場合において母材への熱流束がほぼ等しくなるアルゴンを用いた狭窄ティグ溶接とヘリウムを用いた従来ティグ溶接に対し、電極温度と電極消耗の比較や金属蒸気の掃き出し性能についての比較を行い、狭窄ノズルを用いたガス流制御が有する溶接プロセスとしての優位性について検討した。電極温度は電極の消耗速度に大きく影響しており、アルゴンを用いた狭窄ティグ溶接ではヘリウムを用いた従来ティグ溶接に比べてアーク放電中の電極温度が低いため電極消耗が抑えられ長時間安定したアーク放電が維持できることが明らかとなった。母材をステンレス鋼とした場合、溶融池から発生する金属蒸気の効率的な排除が必要とされるが、アルゴンを用いた狭窄ティグ溶接を用いることで金属蒸気は拡散を抑制されながらアークプラズマ外部へと掃き出されることがわかった。このように狭窄ティグ溶接はガス流を制御することでアークプラズマを緊縮させアーク溶接熱源特性を向上するだけでなく、電極消耗の軽減や金属蒸気の効率的な掃き出しを可能とすることで溶接部の高品質化や生産効率の向上を実現する働きも兼ね備えていることが明らかとなった。

究極の短ギャップ溶接を可能とするスマートアーク溶接法の実現を見据え、数値シミュレーションにおいてシールドガスの種類をアルゴンからヘリウムに変更して各々の熱源特性を明確にした。また、アルゴンアークについてアーク電流を変化させた場合の計算を行い、アークプラズマの緊縮効果の変動を検討した。狭窄ノズルの効果はアルゴンアークで顕著であるのに対してヘリウムアークではとても小さいことが明らかとなった。これはヘリウムの熱伝導率が高いためアークプラズマ中心部から外縁部に熱拡散が生じやすいためである。狭窄ノズルによるアークプラズマの緊縮効果はアークプラズマの体積が比較的小さい低電流アークにおいて高くなることがわかった。また、アーク電流が150Aの場合において母材への熱流束がほぼ等しくなるアルゴンを用いた狭窄ティグ溶接とヘリウムを用いた従来ティグ溶接に対し、電極温度と電極消耗の比較や金属蒸気の掃き出し性能についての比較を行い、狭窄ノズルを用いたガス流制御が有する溶接プロセスとしての優位性について検討した。電極温度は電極の消耗速度に大きく影響しており、アルゴンを用いた狭窄ティグ溶接ではヘリウムを用いた従来ティグ溶接に比べてアーク放電中の電極温度が低いため電極消耗が抑えられ長時間安定したアーク放電が維持できることが明らかとなった。母材をステンレス鋼とした場合、溶融池から発生する金属蒸気の効率的な排除が必要とされるが、アルゴンを用いた狭窄ティグ溶接を用いることで金属蒸気は拡散を抑制されながらアークプラズマ外部へと掃き出されることがわかった。このように狭窄ティグ溶接はガス流を制御することでアークプラズマを緊縮させアーク溶接熱源特性を向上するだけでなく、電極消耗の軽減や金属蒸気の効率的な掃き出しを可能とすることで溶接部の高品質化や生産効率の向上を実現する働きも兼ね備えていることが明らかとなった。