ガスメタルアーク溶接におけるアークプラズマならびに溶滴移行挙動の3次元数値シミュレーション

摘要

アーク溶接プロセスは製造業の各分野にて不可欠な基盤技術であり，その高品質化·高効率化が望まれているのは周知のとおりである。GMA（ガスメタルアーク）溶接プロセスは，エネルギー源としてアークプラズマを用い，消耗式のワイヤ電極を用いる溶接プロセスである。ワイヤ電極はアークプラズマからエネルギーを受け取り溶融し，母材へと移行することによって溶接対象における空隙を埋めるフィラーであるとともに，アーク放電の電極という役割も担っている。そのため，溶融したワイヤ（溶滴）の挙動は，アークプラズマ挙動の安定性に直結し，ひいてはGMA溶接プロセス全体の安定性にも極めて大きな影響を及ぼしている。例えば，シールドガスに100%炭酸ガスを用いる炭酸ガスアーク溶接においては，アーク電流を大きくすると，図1に示すように溶滴がアークプラズマからの力を受け，大きく変形しながら不安定な挙動を示すことが知られている。このような溶滴挙動は，反発移行と呼ばれており，多量のスパッタが発生するなど，溶接作業に対し支障をきたしうる。GMA溶接プロセスの高品質化·高効率化を達成するためには.まずその現象を適切に理解し制御の指針を明確にすることが重要であると考えられる。