アーク溶接における溶融金属の不安定挙動の理解に基づく可変熱源指向性の発現

基于理解电弧焊中熔融金属不稳定行为的可变热源方向性表达

基本信息

批准号：
22KJ2184
负责人：
佐藤祐理子
金额：
$ 1.6万
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：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

アーク溶接において、高温アークプラズマ雰囲気にワイヤ消耗陽極を逐次供給すると、ワイヤは溶融し溶融金属ジェットを形成する。溶融金属ジェットは、アークプラズマおよびワイヤ消耗陽極を貫く直流電流が形成する自己誘導磁場と相互に作用して分裂し、溶融金属滴（溶滴）を連続生成する。溶融金属ジェット分裂現象において、電磁力・慣性力・表面張力の3種類の駆動力バランスが変化すると分裂形態が遷移して溶滴の生成特性が劇的に変化する。本研究の目的は、各駆動力の相対的強さを定量的に評価し、分裂形態の遷移メカニズムを解明することである。本年度は、電磁力と慣性力がそれぞれ分裂挙動に与える影響を実験アプローチに基づき調査した。電磁力は溶接電流に、慣性力はワイヤ供給速度に支配されることから、溶接電流とワイヤ供給速度を独立に制御可能な装置を構築した。本研究では信頼性の高い熱物性データを入手可能かつアーク溶接で広く用いられる金属である純鉄または純アルミニウムワイヤを供試材料に溶滴生成プロセスの高速度観察を実施した。一般に、アークプラズマに大気（酸素）が混入すると、表面活性元素である酸素の存在が原因で溶融金属の表面張力が低下する。電磁力と慣性力を比較する本年度の目的を達成するためには、表面張力の変動を防止する必要がある。この課題を解決するために、大気からアークプラズマを保護する性能を高めた改良ガスノズルを用いた。溶接電流とワイヤ供給速度をパラメータに、溶融金属ジェットの分裂挙動を高速度撮影し、ジェットの射出開始位置および分裂位置を計測した。ジェット分裂長さ（射出開始位置・分裂位置間の距離）および溶滴生成周期を指標に、計測結果に及ぼす溶接電流・ワイヤ供給速度の影響を評価することに成功し、溶接電流の大きさおよびその電流経路を制御することで溶融金属ジェットの伸長性および分裂時の安定性が制御可能であることを明らかにした。

在电弧焊接中，如果将电线耗尽供应到高温度的弧等离子体气氛中，则电线将融化并形成熔融金属射流。熔融金属射流乘以由电弧等离子体形成的自源性磁场和渗透动态的DC电流形成的自源磁场。在熔融金属射流拆分现象中，当电磁力，惯性和表面张力变化的三种类型的驱动力平衡时，分裂形成过渡并大大改变了溶解的生产特性。这项研究的目的是定量评估每个驱动力的相对强度，并阐明分裂形式的过渡机制。今年，我们根据实验方法研究了电磁和惯性对部门行为的影响。由于电磁力以焊接电流为主，因此惯性力以接线供应速度为主，这是一种可以独立于焊接电流和电线供应速度控制的设备。在这项研究中，使用纯铁或纯铝线对熔融加工过程进行了高速度观察，这是一种宽金属，可以在电弧焊接中获得并广泛使用，以作为测试材料的规定。通常，当将大气（氧）混合到弧等离子度中时，由于存在氧气，这是表面活性元件，熔融金属的表面张力会减少。为了实现今年比较电磁力和惯性的目的，有必要防止表面张力波动。为了解决此问题，使用了改进的气喷嘴，以增强保护ARC血浆免受大气的性能。将焊接电流和电线供应速度作为参数采用，并将熔融金属射流的分裂行为高高，并测量了喷射注射启动和分裂位置。在射流拆分长度的指标下（注入起始位置与拆分位置之间的距离）和熔体生成周期，成功地评估了焊接电流和电线供应速度对测量结果的影响以及焊接电流。