光ファイバー温度計
- 溶接金属の温度、冷却速度の測定技術 -

浸漬型光ファイバー温度計による溶接部の温度測定

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YAGレーザー溶接での温度測定状況
写真 YAGレーザー溶接での温度測定状況
図1 原理図
図1 原理図
図2 測定結果の一例
図2 測定結果の一例

溶接継手の特性評価および品質改善を行う上で溶接時の温度履歴を知ることは重要となります。溶接時の加熱温度や、冷却速度の測定には、これまで熱電対を用いてきました。しかし、シース(保護筒)付きでは応答性や精度が低く、シース無しでは、アークにより接点が溶断しやすいという問題がありました。

光ファイバー温度計とは

このような問題を解決したのが浸漬型光ファイバー温度計です。光ファイバーを溶融金属に浸漬して、先端から取り込んだ放射光を、変換器に伝送して測定を行います。溶接部に適用した場合(図1)、光ファイバーの先端が、アークやビームで溶融しても、新しい断面から放射光が取り込まれるため、温度測定を持続させることが可能です。YAGレーザー溶接への適用状況(写真)と測定結果の一例(図2)を示します。溶接時の急速加熱および冷却の温度変化がきれいなプロファイルとして測定されています。冷却時に、測定点を溶融池が通過する間は温度降下が停滞する様子も明瞭にとらえられています。

開発の経緯、特長

光ファイバーによる温度計測は、もともとは、1995年ごろに製鉄所の高炉などの溶融金属を測温するために開発された技術です。JFEメカニカル(株)より、鋳造用取鍋の温度測定用として市販され、これまで100台近くが販売されています。この応用技術として、弊社はJFEメカニカル(株)と共同で、凝固冷却時も含んだ、溶接部の温度測定技術を開発・実用化してきました。この装置により、2000℃までの高温域温度測定において、精度、応答性および再現性が大幅に向上し、現在、各方面より注目されています。これまで、大学、研究機関、自動車メーカー等において、多くの適用実績が挙げられており、入熱・パス間温度制限や残留応力低減の検討、溶接変形FEM解析等を行うための基礎データの計測法として期待されています。

光ファイバー温度計の特徴

(1)アークに接触しても計測持続
光ファイバーの先端が、溶接アークやビームで溶融しても、新しい断面(新生面)から放射光を取り込み、温度計測を持続することが可能。
(2)高い精度:黒体形成により放射率 =1。
光ファイバーを溶融金属に浸漬させると、「理想黒体」形成により放射率の補正が不要となり、高精度計測が可能。
(3)広い測定温度範囲 : 標準タイプで500℃から2000℃まで計測可能。
特殊タイプでは、最低温度200℃、最高温度2400℃まで計測可能。
(4)高速な応答性 : 標準タイプ0.05秒ピッチ(高速タイプ:0.0005秒).

主な適用事例

ユーザ分野 対象 適用事例の目的
自動車分野 自動車部品のMAG溶接 溶接部変形の低減のため。
重電分野 厚鋼板のレーザー溶接 シャルピ衝撃値の改善のため。
ステンレスの補修溶接 残留応力を低減させる溶接条件の検討用
建築分野 建築鉄骨のMAG溶接 入熱・パス間温度制限の検討のため。
鉄道関係 レールのテルミット溶接 機械的特性の向上のため。
研究機関 各種溶接 溶接変形FEM解析のCCT図の温度データの収集のため。

体制

JFEテクノリサーチ(株)
装置販売及び計測業務受託
JFEメカニカル(株)
装置製造

※)上記試験以外についても、ご相談に応じます。

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JFEテクノリサーチ株式会社 営業本部