レーザー切断技術の標準化に向けた研究開発,3; 数値解析によるレーザー切断時溶融金属排出挙動の現象論的評価

Study on standardization of laser cutting technologies for reactor plants, 3; Numerical evaluation of dross ejection process in laser cutting

杉原 健太 ; 中村 保之 ; 小川 剛充; 佐野 一哉 ; 村松 壽晴

Sugihara, Kenta; Nakamura, Yasuyuki; Ogawa, Takemitsu; Sano, Kazuya; Muramatsu, Toshiharu

本報告では、レーザー切断における熱流動現象の現象論的解明及び適切化を目指し、気液固3相の熱流体力学モデルに基づく数値シミュレーションモデル及びコードを開発し、溶融金属排出がレーザー切断に与える影響を現象論的に評価した。気固液の界面形状と温度場の発達の様子を解析した結果、アシストガスによる溶融金属排出には切断フロントの形成だけでなく、固相表面への局所的な入熱を促進する効果があることが明らかになった。切断開始位置の裏側に切り残しがあるような実験結果が得られているが、切断初期の熱伝達不足が切断残りの原因となることが数値シミュレーションによって裏付けられた。切断条件の適切化にはアシストガスによる溶融金属排出だけでなく切断途中の熱伝達挙動の把握も重要であるといえる。

Numerical simulation code, based on multi-phase thermohydraulics, has been being developed with a goal of a control and prediction for the laser cutting process. A thermohydraulic numerical simulation of the laser steel cutting was carried out to confirm an assist gas and sweep velocity effect to the cutting performance. The performance was evaluated, based on temperature profile and cutting front formation. From results of numerical simulation, it was concluded that the thermohydraulics in the kerf takes important role for not only dross ejection but also promotion of heat input at solid surface.