Low sulfur High sulfur
Surface tension data by Nogi
1000 K, Interval 2000 K 17000 K 3500 K 2500 K 3000 K
500 K
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10
12 -2 -4 -6
0 2 4 6 8 10
Radial distance (mm)
Axial distance (mm)
1000 K 1500 K 1750 K
2000 K
SUS 304 (LS) Ar, 150 A τ = 20 s
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10
12 -2 -4 -6
0 2 4 6 8 10
Radial distance (mm)
Axial distance (mm)
Max. 46 cm/s Max. 202 m/s
SUS 304 (LS) Ar, 150 A τ = 20 s
1000 K, Interval 2000 K 17000 K 3500 K 2500 K 3000 K
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10
12 -2 -4 -6
0 2 4 6 8 10
Radial distance (mm)
Axial distance (mm)
1750 K 2000 K
1500 K 1000 K
SUS 304 (HS) Ar, 150 A τ = 20 s
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10
12 -2 -4 -6
0 2 4 6 8 10
Radial distance (mm)
Axial distance (mm)
Max. 53 cm/s Max. 201 m/s
-50 cm/s
SUS 304 (HS) Ar, 150 A τ = 20 s
本プロジェクト（野城ら）による表面張力データでの計算
06プロセスWG-17
Low sulfur High sulfur
Surface tension data by Macnallan
1000 K, Interval 2000 K 17000 K 3500 K 2500 K 3000 K
500 K
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10
12 -2 -4 -6
0 2 4 6 8 10
Radial distance (mm)
Axial distance (mm)
1000 K 1500 K 1750 K
SUS 304 (LS) Ar, 150 A τ = 20 s
2000 K
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10
12 -2 -4 -6
0 2 4 6 8 10
Radial distance (mm)
Axial distance (mm)
Max. 49 cm/s Max. 202 m/s
SUS 304 (LS) Ar, 150 A τ = 20 s
1000 K, Interval 2000 K 17000 K 3500 K 2500 K 3000 K
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10
12 -2 -4 -6
0 2 4 6 8 10
Radial distance (mm)
Axial distance (mm)
1750 K
2000 K 1500 K
1000 K
SUS 304 (HS) Ar, 150 A τ = 20 s
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10
12 -2 -4 -6
0 2 4 6 8 10
Radial distance (mm)
Axial distance (mm)
Max. 202 m/s
Max. 51 cm/s
SUS 304 (HS) Ar, 150 A τ = 20 s
対流モデルの検証:役割分担（対象：TIG溶接）
２次元軸対称アークモデル（阪大・田中）
３次元溶融池対流モデル（阪大・平田）
モデル構築
入熱分布、電流分布、
プラズマ気流
溶融池表面の温度/流動観測（川重・桜井）
溶融池内部の流動観測（阪大・片山）
TIG溶接現象の観察手法（産総研・小川）
溶接現象観察
06 プロセスWG-19
解析対象画像 トレーサ軌跡画像
トレーサ
トレーサ軌跡
溶融池表面の湯流れ観察（川重・桜井）
06 プロセスWG-20
溶接進行方向 MAX：約280[mm/s]
穴から浮き出た直後のため 速度が速いと考えられる
溶接進行方向
MAX：350[mm/s]
穴から浮き出た直後のため 速度が速いと考えられる
溶融池表面流れ解析結果（川重・桜井）
(a) ＬＳ
(b) HS計算最大流速（200Ａ，2mm/s）: 281mm/s 計算最大流速（200Ａ，2mm/s）: 428mm/s 06 プロセスWG-21
溶融池内部観測とシミュレーションの照合(阪大・片山)
Materials used
TIG arc welding conditions
Ar (15 l/min) He (20 l/min) Shielding gas
Welding speed, v(mm/s) 100 Parameters
15 〜20 TIG arc (DCSP) Arc current, I(A)
Type 304 plates ( 4 & 6 mmw)
CCD camera
Work table Microfocused
X-ray tube Image intensifier
(Fluorescent screen)
High speed video camera (200~1000 f/s) Moving stage
Specimen
TIG arc welder Shielding
gas G A S TIG torch
Video set
Bead welding 6 mm
Pt wire
Butt welding 4
mm 4 mm W particle
0.004 %S 0.011 %S
●
●
Arc voltage, E(V)
1.5 〜3.33
06 プロセスWG-22
0 20 4030
60 50 70 9080 100 110 120 130
140 150 160 170
W-2%La2O3
electrode Welding direction
1 mm
t = 60 ms (F=4025) t = 120 ms (F=4085)
t = 160 ms (F=4125)
Type 304 (0.011%S) (6 mmt) l 100 A, 15 V, 3.33 mm/s, Ar (15 /min) X-ray transmission images and schematic representation of molten pool during TIG arc butt
012345 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
移動溶接時のW粒子の流動（HS）
06 プロセスWG-23welding of Type 304 steel with 0.011%S, showing movement of W particle and liquid flow.
v
WM=0.1 m/s W particle dives downward near the central part below the electrode.
溶接プロセスモデル（対流モデル）の 総括および今後の課題
（１）TIGアークモデルと溶融池対流モデルを統合し、TIG溶接現象を定量的に 解析できる数値モデルをほぼ完成させた。
（２）高速度ビデオカメラによる観察、Ｘ線透視観察などによる検証実験を試み、
提案したモデルが、TIGアークによる溶込み形成過程、溶融池における流動 現象を、限定された条件下ではあるが、定量的に説明できることを示した。
（３）計算モデルを用いて、アーク溶接の対流熱輸送現象に及ぼす表面張力、
電磁力、プラズマ気流の影響を明らかにした。
（１）計算モデルをより厳密なものにするため、今後、自由表面、固液共存領域、
アークプラズマと溶融池の相互作用などを考慮する必要がある。
（２）アーク溶接のシミュレーション技術の更なる展開を図るためには、計測 技術の開発、表面張力などの高温物性値の高精度計測技術の確立が 望まれる。
06 プロセスWG-24
計算モデル
Arc Electrode wire
Molten pool
Metal transfer
W eld metal
W elding direction t=tn-1
t=tn
①
②
③
④ t=tn
t=tn
主な仮定
３．溶接プロセスモデル（熱伝導モデル、ＭＡＧ）
06 プロセスWG-25
① プール内の熱輸送は、熱伝導によって支配されるものとする。（溶滴の移行に伴うプール内の 流動・撹拌現象及びプール内における対流現象の熱輸送への影響を無視している。）
② プール表面形状は、アーク圧力、重力及び表面張力の平衝によって決定 されるものとする。
水平すみ肉溶接（計算結果）
Influence of arc pressure on weld profile in horizontal fillet welding
6mm
5mm
W.D.
5mm
W.D.
6mm
(a) Pa=0 (b) Pa=1000Pa
(I=230A, V=25V, v=40cm min
-1,
η=65%, R
q=4mm, R
p=9mm)
06 プロセスWG-26
5mm 5mm 5mm
W.D. W.D. W.D.
Calculated example 4.1
Calculated result in three passes welding
6mm 6mm 6mm
A
B C
A
B C
A
B C
(a) First pass (b) Second pass (c) Third pass
(I=230A, V=25V, v=40cm min-1, Pa=800Pa, Rp=4mm, Rq=4mm)
0 10 20 30 40 50
0 1000 2000
Time (s)
Temperature (K)
A B
C
Calculated example 4.2
6mm A
B C
6mm A
B C
6mm A
B C
(a) First pass (b) Second pass (c) Third pass
Temperature history
(I=230A, V=25V, v=40cm min-1, Pa=800Pa, Rp=4mm, Rq=4mm)
多パス溶接とその温度プロフィール（計算結果）
06 プロセスWG-27
水平すみ肉溶接（計算結果）
タンデム溶接
( I =200A, V =25V, v =40cm/min)
W.D.
6mm
10mm
W.D.
6mm
10mm
(a) D=20mm (b) D=30mm
06 プロセスWG-28
Comparison between experiment and calculation in horizontal fillet welding (I=230A, V=25V,v=60cm/min, η=90%, Ra=Rp=4mm, Pa=500Pa)
水平すみ肉溶接（計算結果と実験結果の比較）
ビード形状
6mm 6mm
6mm
6mm
計算結果 実験結果
6mm 6mm
6mm 6mm
Comparison between experiment and calculation in fillet welding in vertical down position
(I=230A, V=25V,v=60cm/min, η=90%, Ra=Rp=4mm, Pa=500Pa) (a)Calculation (b) Experiment
実験結果 計算結果
06 プロセスWG-29
6mm 6mm
3mm 3mm
(a) plate thickness: 3mm (b) plate thickness: 6mm Horizontal fillet welding
(I=230A, V=24V, v=40cm/min)
水平すみ肉溶接（計算結果と実験結果の比較）
溶け込み形状
06プロセスWG-30
突合せ溶接（計算結果と実験結果の比較）
［Ⅴ開先、３層］
(a) First pass welding (b) Second pass welding (c) Third pass welding