ものづくりのスマート化に寄与する究極的プラズマ接合プロセスの確立

建立有助于智能制造的终极等离子键合工艺

• 批准号: 17J00523
• 负责人: 古免 久弥
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J00523/
• 关键词: 粒子法; 離散要素法; 溶滴移行現象; アークプラズマ; スラグ

ものづくりのスマート化に寄与する究極的プラズマ接合プロセスの確立にあたり，本年度は昨年度に構築した数値解析モデルをさらに発展させることで，昨年度対象としたガスメタルアーク溶接よりも複雑なサブマージアーク溶接のモデル化とその溶接現象のメカニズムの解明を試みた．サブマージアーク溶接はフラックスと呼ばれる粉体中でアークプラズマが維持され，溶接が行われることが特徴である．これを再現するため，本数値解析モデルでは粉体を表現する計算手法であるDEMと溶融金属のような連続体を表現する計算手法であるISPH法を用いた連成計算モデルをサブマージアーク溶接現象に適用した．この数値解析は被溶接材料とフラックスを粒子で表現する必要があり，多くの粒子数を用いることから計算負荷が大きい．そこで昨年度導入したCUDA言語を用いてグラフィックボード上での計算を実現するため，計算機を購入した．一方でこの連成計算モデルは，大きな密度変化を伴うアークプラズマを取り扱うことができない．そこで本研究では，有限体積法によって支配方程式を離散化し，SIMPLE法によって解く格子法を用いてアークプラズマ熱源を解くことで，被溶接材料表面における熱流束を求めて熱源として利用した．数値解析の結果，被溶接材料が溶融した溶融池と，フラックスが溶融したスラグの形成過程を同時にシミュレートすることができた．この数値解析によって得られた被溶接材料の溶込みの深さは実際の溶込みと同等であり，妥当な計算結果が得られた．またフラックスやスラグと被溶接材料の熱流束に注目すると，熱源通過後にフラックスから被溶接材料への入熱が確認でき，フラックスはこの溶接プロセスにおいてサブ熱源としてはたらくことが明らかとなった．一方スラグと被溶接材料間の入熱は小さく，被溶接材料表面をガス等による冷却から保護していることが明らかとなった．

も の づ く り の ス マ ー ト change に send す る of ultimate プ ラ ズ マ joint プ ロ セ ス の establish に あ た り, this year's annual に は yesterday to construct し た the numerical analytical モ デ ル を さ ら に 発 exhibition さ せ る こ と で, Last year as と seaborne し た ガ ス メ タ ル ア ー ク dissolves よ り も complex 雑 な サ ブ マ ー ジ ア ー ク dissolves の モ デ ル change と そ の dissolves phenomenon の メ カ ニ ズ ム の interpret を try み た. サ ブ マ ー ジ ア ー ク dissolves は フ ラ ッ ク ス と shout ば れ る powder in で ア ー ク プ ラ ズ マ が maintain さ れ, dissolves が line わ れ る こ と が, 徴 で あ る. こ れ を reappearance す る た め, book numerical analytical モ デ ル で す は powder を performance る method で あ る DEM と melt metal の よ う な even 続 body を performance す る method で あ る を ISPH method with い た into computing モ デ ル を サ ブ マ ー ジ ア ー ク dissolves phenomenon に applicable し た. こ の the numerical analytical は be dissolves material と フ ラ ッ ク ス を particle performance で す る necessary が あ り, more く の particle count を with い る こ と か ら が large computational load き い. そ こ で yesterday annual import し た を using CUDA words い て グ ラ フ ィ ッ ク ボ ー ド on で の computing を be presently す る た め, computer を buy し た. Party で こ の into computing モ デ ル は, big き な density variations change を with う ア ー ク プ ラ ズ マ を take り Cha う こ と が で き な い. そ こ で this study で は, finite volume method に よ っ て govern equations を discretization し, SIMPLE method に よ っ て solution を く grid method with い て ア ー ク プ ラ ズ マ heat source を solution く こ と で, be dissolves surface に お け る heat flow beam を o め て heat source と し て using し た. The numerical analytical の results, be が dissolves material melt し た と melt pool, フ ラ ッ ク ス が melt し た ス ラ グ の を formation process at the same time に シ ミ ュ レ ー ト す る こ と が で き た. こ の the numerical analytical に よ っ て have ら れ た is の dissolves materials dissolve 込 み の deep さ は be interstate の soluble 込 み と equal で あ り, appropriate な computing results ら が れ た. ま た フ ラ ッ ク ス や ス ラ グ と is の dissolves materials heat flow beam に attention す る と, after heat source through に フ ラ ッ ク ス か ら be dissolves material へ の into hot が confirm で き, フ ラ ッ ク ス は こ の dissolves プ ロ セ ス に お い て サ ブ heat source と し て は た ら く こ と が Ming ら か と な っ た. One party ス ラ グ と is の between material dissolves into the small heat は さ く, be dissolves surface を ガ ス etc に よ る cooling か ら protection し て い る こ と が Ming ら か と な っ た.

项目成果

Numerical Simulation of Moten Metal Behavior in Gas Metal Arc Welding by Three-dimensional Incompressible SPH Method

三维不可压缩SPH法数值模拟熔化极气体保护焊中熔融金属的行为

• 发表时间: 2017
• 作者: Hisaya Komen;Masaya Shigeta;Manabu Tanaka
• 通讯作者: Manabu Tanaka

Three-Dimensional Numerical Simulation of Molten Metal Convection During Submerged Arc Welding Using DEM-ISPH Method

采用DEM-ISPH方法对埋弧焊金属液对流进行三维数值模拟

• 发表时间: 2018
• 作者: Komen H.;Shigeta M.;Tanaka M.;Abe Y.;Fujimoto T. and Nakatani M.
• 通讯作者: Fujimoto T. and Nakatani M.