副産物的に生じる金属蒸気を利用した新時代の機械化アーク溶接技術の確立

利用副产品产生的金属蒸气开创机械化电弧焊技术新时代

基本信息

批准号：
20J13790
负责人：
田中慶吾
金额：
$ 1.22万
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：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J13790/
关键词：
アーク溶接アークプラズマ金属蒸気分光計測電極消耗

项目摘要

ビッグデータと科学に裏付けされたデータを融合させた新時代の機械化アーク溶接プロセスの確立を目指し、「溶融金属から副産物的に生じる金属蒸気こそがアーク溶接現象を実質的に支配している」という観点から、今年度はアーク溶接中において金属蒸気によって誘起される諸現象のメカニズムの解明を試みた。純金属上でのヘリウムティグアークプラズマを対象とした画像分光分析による計測を実施し、鉄蒸気とクロム蒸気ではプラズマ内での過渡的な輸送過程が異なることを明らかにした。これは正味放射係数の大きいクロム蒸気がプラズマを十分に冷却したことで拡散しやすくなったためだと考えられた。また、バンドパスフィルターを備えた高速度カメラを用いた溶接中のタングステン電極表面観察によって、時間経過に伴い電極一部に凸型の変形が生じることが明らかになった。溶接後の電極断面に対して元素濃度マッピングを実施した結果、凸型の変形部はタングステンと被溶接材由来の金属種によって構成されており、輸送された金属蒸気が電極表面一部に堆積することが明らかとなった。ここで、堆積した金属蒸気は溶融し、電極内部へと拡散することで電極表層のタングステン濃度を低下させていた。これは電極表層の融点低下を引き起こしており、結果として金属蒸気の堆積だけでなくタングステン電極の溶融も生じ、電極一部が凸型に変形していったと考えられた。一方、溶融池が形成されない溶接条件において、タングステン電極周囲に傘状の発光領域が出現するときがあった。そこで発光分光分析を実施し、電極周囲に出現する傘状の発光領域はタングステンではなく、電極消耗を抑制させている電極内添加物の蒸気による発光であることが明らかとなった。したがって、輸送される金属蒸気や電極周囲に出現する傘状の発光領域から、アーク放電の起点となっている電極の寿命を予測できる可能性が示唆された。

旨在在新时代建立机械化的电弧焊接过程，将大数据和科学数据结合在一起，“从熔融金属出发的金属蒸汽基本上是弧形焊接现象。”弧焊期间金属蒸气引起的各种现象。实施了对纯金金属上氦气TIG ARC血浆分析的成像光谱的测量，并且在等离子体的过渡运输过程中铁蒸气和铬蒸汽的测量值不同。人们认为这是因为具有较大的净辐射系数的铬蒸汽通过冷却血浆而变得更容易扩散。此外，还发现，使用带有带通滤波器的高速摄像头的高速摄像头观察钨电极表面观察，只要时间通过时间，就会在某些电极中引起凸变形。由于在焊接后对电极横截面进行基本浓度映射的结果，凸变形部分由源自可溶性指南的钨和金属物种组成，并且在电极表面沉积了运输的金属蒸汽。在这里，沉积的金属蒸汽被熔化并扩散到电极中，以降低电极表面层的钨浓度。结果，这导致电极表面层的熔点降低，不仅是金属蒸汽的沉积物，而且还会减少钨电极的熔化，并且某些电极被转化为凸型。另一方面，在未形成熔融池塘的焊接条件下，在钨电气电极周围出现了雨伞形的光发射区域。因此，据显示，在电极周围出现的伞状的光发射区不是钨，但是抑制电极消耗的电极的发射不是由电极中的蒸汽引起的蒸汽引起的光发射。因此，建议可以从金属蒸气和伞状的光发射区域中预测电极的寿命，这是电弧排放的起点，这些发射蒸汽会出现在电极周围。