サブマージアーク溶接の可視化

4.　おわりに

本稿ではサブマージアーク溶接現象を“観る”ことを目的とした研究事例として、実験と数値計算の双方の報告例を挙げ、それぞれの特徴や知見について紹介した。

直接観察では、筒状やトンネル状のジグ越しにキャビティ内部を高速度ビデオカメラで撮影することで、キャビティ内部のアークプラズマや溶滴移行を可視化することができることを示した。また非破壊の観察手法であるX線透過観察では、アークプラズマを可視化することは困難であるものの、キャビティの環境に干渉せずにその内部で生じる溶滴移行や溶接部後方のスラグの流動が観察されたことを示した。

そしてシミュレーションでは、溶融池やフラックス、スラグの挙動をモデル化した報告例を取り上げ、時間経過に伴う溶融池およびスラグの形成過程を示した。また、実験観察では可視化が困難である溶融池内部の速度場を示し、溶滴が輸送されることで溶融池内部の速度場がどのように変化するのか、その一連の過程について述べた。

サブマージアーク溶接の可視化に関する取組みは実験・計算ともに他のアーク溶接プロセスに比べて少なく、まだまだ複雑で未解明な現象が多く残されている。近年で普及したデジタル制御溶接電源を最大限に活かして能率よく施工したり、実施工において生じている課題を解決したりしていくためには、今後も実験と計算の双方からこの溶接現象を可視化し、理解していくことが必要不可欠である。本稿を読んだ読者のサブマージアーク溶接現象に対する理解が少しでも深まれば幸いである。

＜ 参考文献 ＞

1) 溶接学会・日本溶接協会編：溶接・接合技術総論，産報出版，（2016），p. 38.

2) 宮田：波形制御機能付きサブマージアーク溶接電源，溶接学会誌，第77巻，第7号（2008），pp. 635-639．

3) 赤秀ら：サブマージアーク溶接におけるアークの発生状況と溶接条件の関連，溶接学会誌 ，第50巻，第5号（1981），pp. 520-524．

4) 野村ら：サブマージアーク溶接の溶融池現象，溶接学会誌，第51巻，第9号 (1982)，pp. 767-775.

5) Mendez et al.: High-speed video of metal transfer in submerged arc welding, Welding Journal, Vol. 94, No. 10 (2015), pp. 325s-332s.

6) Reisgen et al.: Analysis of the submerged arc in comparison between a pulsed and non-pulsed process, Welding in the World, Vol. 60, No. 4 (2016), pp. 703-711.

7) Li et al.: Metal transfer in submerged arc welding, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 244, (2017), pp. 314-319.

8) https://youtu.be/8UPdRkDlsPk（最終アクセス日2020/6/30）.

9) https://youtu.be/PZxW6PdecvE（最終アクセス日2020/6/30）.

10) https://youtu.be/YD0jfCGU6kg（最終アクセス日2020/6/30）.

11) https://youtu.be/07qzj88MlTY（最終アクセス日2020/6/30）.

12) https://youtu.be/XvY4awxeYkk（最終アクセス日2020/6/30）.

13) Komen et al.: Visualization of Submerged Arc Welding Phenomena by X-ray Observation and Direct Observation, Welding Letters, Vol. 36, No. 4 (2018), pp. 9WL-12WL.

14) 茂田ら：画像分光法によるガスメタルアーク溶接における動的プラズマ挙動の解析，溶接学会論文集，第33巻，第2号（2015），pp. 118-125.

15) Cho et al.: Analysis of submerged arc welding process by three-dimensional computational fluid dynamics simulations, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 213, No. 12 (2013), pp. 2278-2291.

16) 古免ら：サブマージアーク溶接現象のモデル化とその熱源特性に関する実験的検討，溶接学会論文集，第35巻，第2号（2017），pp. 93-101.

17) Komen et al.: Numerical simulation of slag forming process during submerged arc welding using DEM-ISPH hybrid method, Welding in the World, Vol. 62, No. 6 (2018), pp. 1323-1330.

＜　略　歴　＞