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

基本信息

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

项目摘要

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．

为了建立有助于制造业更智能的最终等离子体加入过程，今年建立的数值分析模型将进一步发展，以便与去年的Gas Metal Arc焊接更为复杂试图阐明焊接现象的机制。潜水弧焊接的特征是将弧等离子体保持在称为通量的粉末中。为了重现这一点，该数值分析模型使用ISPH方法具有繁琐的弧形焊接模型，这是一种计算方法，该方法表达粉末和连续体（例如熔融金属）。该数值分析需要在颗粒和通量中表达，并且计算负载很大，因为使用了许多粒子。因此，我购买了一个计算器来使用去年引入的CUDA语言在图形板上进行计算。另一方面，该计算计算模型无法处理具有重大密度变化的ARC血浆。因此，在这项研究中，使用有限的体积减去了优势规则的方程，并使用通过简单方法求解的晶格定律来求解电弧等离子体热源的热流，从而使热流在上面流动将foler材料的表面用作热源。由于数值分析，同时模拟了熔融材料融化并通过通量处理的炉渣形成的熔融池。通过该数值分析获得的熔融材料的插入深度等同于实际插入，并获得了合理的计算结果。专注于通量，sl弹和轻微的材料的热流，很明显，通过热源后，通量将在此焊接过程中作为亚热源起作用。另一方面，很明显，sl剂和熔融材料之间的加热很小，并且洛杉原材料的表面受到由于气体等的冷却而保护的。