FLOW-3D 適用事例 – 溶接解析


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FLOW-3D による溶接解析

溶接は2つ以上の金属を接合するものであり、金属の溶融、凝固および蒸発といった相変化に加え、表面張力が卓越する微細領域での流動を伴うため非常に複雑な現象です。実現象では高い放射強度と高温であることにより、直接的な観察が困難となります。このためX線透過技術による可視化が用いられますが、現象内部の詳細を明らかとするには不十分であるのが現状です。それ故、現象内部の状態を把握するために数値シミュレーションを用いた可視化が注目されています。 FLOW-3D では、溶接に伴う現象を捉えるために必要な金属の相変化、溶融時の流動、放熱による凝固を扱うことができます。また、溶融時は表面張力の影響が強く、自由界面を追跡する数値手法に対して高い精度が要求されるため、 FLOW-3D の自由界面追跡手法TruVOFが最適です。これらの物理モデルを併用し、溶接における溶融-凝固の連続的な現象を捉えます。

 

レーザー溶接

 FLOW-3D laser
レーザー溶接は、レーザー照射による熱量を母材に加わえて溶接します。また、レーザーの出力によっては溶融金属の蒸発が起こります。この蒸発により発生した溶融界面を押す力が、表面張力や重力のような界面を安定させる力を上回るとキーホールが生成されます。照射光源が移動することでキーホールも移動し、溶融池内部の対流は非常に複雑になります。

アーク溶接

weld
アーク溶接は、母材と溶接棒との間で放電させ、両者を溶かしながら接合する溶接です。溶接棒が溶融すると液滴が形成され母材に滴下されます。

ろう付け(ブレージング)

brazing
ろう付けも金属を接合する手法の一つです。母材や部品などの被接合物よりも融点の低い金属をろう材として使用します。溶融したろう材を接合部へ供給し、固化させて接合していきます。ろう材の拡がり、凝固のタイミングなど、 FLOW-3D によるシミュレーションで現象の再現、適切な条件を検討することが可能です。

※参考文献: 1) J.-H. CHO, S.-J. NA “Three-Dimensional Analysis of Molten Pool in GMA-Laser Hybrid Welding”
Welding Journal, 2009
2) Z.CAO, Z.YANG, X.L.CHEN “Three-Dimensional Simulation of Transient GMA Weld Pool with Free Surface”
Welding Journal, 2004
3) Kazuyoshi Saida, Haruki Ohnishi, Kazutoshi Nishimoto “Fluxless laser brazing of aluminium alloy to galvanized
steel using a tandem beam ? dissimilar laser brazing of aluminium alloy and steels” Welding International, 2010

 

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