用語解説


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表ー柱中心部温度1アクのの測定者条件測定法温度()大気中炭素CN帯±大気中冷銅X線吸収±水素効果大気中冷銅音速±各種――水蒸気同上KORNSTEINAMPENGELSTEENBECKAMPJOHNSONTAWDEAMPSUITSAMPLARENZAMPBUSZFINKELNBURGWCUAMP19311126,500300.193125,000400.1932494,9006,30019353264,1003004,0506,440195150034,000.1954-50030,000∼∼∼∼∼のドプレルタングステンスペクトル分布アルゴン最近、アーク温度という言葉がしばしば使用されています。例えば、溶接アークから出る光が肉眼に及ぼす影響について調べるとき、アーク光の強度がアーク温度によるため、それに着目されます。また、最近労働衛生面より注目を集めているヒュームの研究では、その発生量を低減させる目的で、アーク温度に関した実験が行われています。そこで、ここではアーク温度について簡単に説明します。●アークとは何かまず、アーク温度に触れるまえに、「アークとは何か」について考えてみます。例えば、2本のタングステン電極の間に電圧をかけて、電極を一度接触させた後引離すと、この間に電弧(アーク)が発生します。この電弧は高温のため低比重になっており、その浮力のために上方に浮かび上がろうとします。従って水平電極間に点ぜられたアークでは、電極間に弧を描きます。アークという語はここに由来しています。このアークの成分は、酸素、窒素などの周囲ガス分子(ほとんどは、アークが高温であるため、原子状に解離しています)ですが、溶接アークの場合には、それらに鉄等の溶接材料を構成している物質の原子(または分子)が加わります。そしてこれらの成分はアーク柱においては電気の良導体ではないのでアークが発生して電流が流れるためには、気体粒子(分子または原子)の一部は、陽イオンと電子とに電離されているはずです。そして、電極間にかかる電圧のため、陽イオンは陰極の方へ電子は陽極の方へ移動して電流を形成するわけです。ですから『アークは電極材料等に含有されている物質の中性粒子(分子または原子)、陽イオンおよび電子で構成されているということになります。』なお、アークが光ってみえるのは、分子(または原子、陽イオン)中の電子のエネルギー状態がアークの高温により変化するとき、そのエネルギーの変化量に対応して発生する種々の波長をもった線スペクトルの発光によっています。この他、電子が陽イオンと再結合するときに発生する連続スペクトルもありますが、その量は大気中のアークの場合には少ないと考えられています。●アーク温度物理学的にいうと、気体粒子は高速度に運動していて、その速度(C)は温度(T)と一定の関係があるとされています〔単原子気体の場合には、1/2MC2=3/2KT(M:質量、K:ボルツマン定数)で表されます〕。言い換えるならば、温度は、気体粒子の運動エネルギーを集団的に観察したものであるといえます。ゆえに、『アーク温度とは、アークを構成する中性粒子(分子または原子)、陽イオンおよび電子の運動エネルギーを意味しています。』アークの場合、電界により電子および陽イオンが加速され、それらが中性粒子と激しく衝突しているので、アーク全体の運動エネルギーは、一般の気体よりかなり大きくなっています。ですから、アークは高温となっており、それを利用して溶接が可能になるわけです。ここで、問題となるのは、中性粒子、陽イオンおよび電子の運動エネルギーすなわち温度に差があるかどうかということです。一般的に考えますと、電子は電源からの電気的エネルギーを受けて、最初に加速されて運動エネルギーに変換されるので、この温度が最も高いと考えられます。しかし、大気中のアークでは粒子密度が大きいため、中性粒子、陽イオンおよび電子の衝突は互いに盛んで、これらの運動エネルギーはほぼ同じになっており、そのエネルギーに比較して電子が電界から得るエネルギーが小さいこともあって、これら三者間の温度は等しいと考えられています。すなわち『大気中のアークでは、中性粒子、陽イオンおよび電子の間で熱的平衡状態が成り立っているわけです。』●アーク温度の測定例アーク温度は、表1に示すように種々の方法で測定されており、5000∼30000Kであるといわれています。そして、分光学的手法を採用してTIGアーク(W―水冷CU)の温度を測定した結果を図1に示します(神鋼測定)。このグラフに示すように、TIGアークの温度は約15000Kで、それは電流に比例してまた電圧に反比例して増減しますが、アルゴン流量の影響をあまり受けません。また被覆アーク溶接棒のアーク温度については、従来SUITSが、アーク中の音波の伝ぱ速度の測定により、約6000Kであると報告しています。また、被覆アーク溶接棒のアーク温度測定により蛍石および有機物の増加はアーク温度を上げ、石灰石の増加はアーク温度を下げるという結果を得ています。まとめると、『溶接アークの温度は約5000∼30000Kで、それは溶接条件および溶接材料の変化に応じて変わるということができます。』(1979年3月号)アーク温度1


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