アーク及びレーザーを用いた溶接方法と溶接装置
【課題】被溶接材の間隙のギャップの裕度が大きく、レーザー光の焦点位置をずらすことなく深溶け込み溶接を行える。
【解決手段】アーク及びレーザーによる溶接装置１は、アーク溶接器２とレーザー溶接器３を治具７で接続して走行可能に設けた。アーク溶接時に検知したアーク電流とアーク電圧の波形情報は、制御部の演算手段によって揺動する溶接ワイヤの調芯位置を演算し、アーク溶接器調芯手段によって調芯を行う。この波形情報に基づいてレーザー溶接器３を溶接位置に調芯すると共に焦点調整するレーザー溶接器調芯手段を設けた。アーク溶接の際、開先の底部に溶着金属を生成させる。溶着金属が凝固した後、溶着金属にレーザー光の焦点を合わせて再溶融させ、間隙の部分を深溶け込み溶接する。
【解決手段】アーク及びレーザーによる溶接装置１は、アーク溶接器２とレーザー溶接器３を治具７で接続して走行可能に設けた。アーク溶接時に検知したアーク電流とアーク電圧の波形情報は、制御部の演算手段によって揺動する溶接ワイヤの調芯位置を演算し、アーク溶接器調芯手段によって調芯を行う。この波形情報に基づいてレーザー溶接器３を溶接位置に調芯すると共に焦点調整するレーザー溶接器調芯手段を設けた。アーク溶接の際、開先の底部に溶着金属を生成させる。溶着金属が凝固した後、溶着金属にレーザー光の焦点を合わせて再溶融させ、間隙の部分を深溶け込み溶接する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接とレーザー溶接を複合的に用いた溶接によって、厚さの大きい厚鋼板等の被溶接材の溶接を行うようにした、アークとレーザーを用いた溶接方法と溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばレーザー溶接とアーク溶接を組み合わせて、レーザー溶接の高エネルギーによる溶け込み深さと高速性、そして、アーク溶接による十分な溶着量という両者の長所を取り入れたハイブリッド溶接が知られている。
例えば、特許文献１に記載されたレーザ溶接とアーク溶接による溶接方法では、Ｙ型の開先形状部とその底部の間隙が形成された厚鋼板の被溶接部に対して、アーク溶接とレーザー溶接を併用して行うことで溶接している。この場合、アーク放電によって発生するプラズマがレーザー光と干渉しないように、Ｙ型開先形状部にレーザー照射をアーク放電に先行して行い、レーザー光の合焦位置をＹ開先部のＶ字形の開先部の底面より上方で被溶接材の表面近傍に調整する。
【０００３】
一方、アーク溶接のアークプラズマにレーザー光が吸収されないように、アークプラズマとレーザー光が干渉しない距離に設定する。そして、レーザー光の合焦位置を開口部内の上方に設定することによって、レーザー光による深い溶け込みエネルギーを残しつつアーク溶接が行われる前に被溶接材のＶ字形の開口部に広く加熱が行われることで、アーク放電によって開先内部までアーク溶接が可能になるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４６７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した溶接方法では、レーザー光源として、ビーム径φ０．３ｍｍのような高密度エネルギーによるレーザー溶接を行うと、被溶接材間の間隙（ギャップ）が大きいところでビームが素通りしてしまうという欠点が生じる。また、レーザーのビームの素通りを防ぐために、レーザー光の焦点位置をＹ開先部の開先部内の上方にずらして設定しているが、この場合にはレーザー光の溶け込み深さが浅くなり、厚鋼板の裏面まで溶接できないという欠点が生じる。
また、ハイブリッド溶接では、厚鋼板の溶接に際し、鋼板の板厚が厚くなると重力の影響で溶融池が開先部に保持されずに間隙を通って裏面に垂れ落ちる等の現象が起こり、裏波の形状が悪いという不具合も生じる。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みて、上述した従来の溶接方法よりも被溶接材間のギャップの裕度が大きく、レーザー光の焦点をずらすことなく深溶け込み溶接を行えるようにした、アーク及びレーザーを用いた溶接方法と溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるアーク及びレーザーを用いた溶接方法は、アーク放電とレーザー照射によって被溶接材の開先と該開先に続く間隙を溶接するようにしたアーク及びレーザーによる溶接方法において、 アーク溶接器でアーク溶接して被溶接材の開先に溶着金属を溶接する工程と、溶着金属を凝固させる工程と、レーザー溶接器のレーザ光を溶着金属に合焦させて再溶融させて被溶接材の開先から間隙に向けてレーザー溶接する工程とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、アーク溶接器によって被溶接材の開先をアーク溶接することで開先に被溶接材とアーク溶接器の溶接ワイヤによって溶着金属を生成させ、この溶着金属が凝固した後でレーザー溶接器によってレーザー光を溶着金属に合焦させて再溶融させ、間隙の部分を深溶け込み溶接する。その際、凝固した溶着金属をレーザー光によって再溶融させるから、溶融金属が溶融しすぎによって被溶接材の裏面へ垂れ落ちて裏波が垂れるという現象を防止できる。
【０００８】
また、アーク溶接器とレーザー溶接器とは所定間隔を開けて走行しながらそれぞれ溶接を行い、レーザー溶接器が所定間隔を走行する時間が経過するまでに溶着金属が凝固するように設定されていることが好ましい。
非溶接部の開先に沿って走行するアーク溶接器によって開先をアーク溶接して溶接ワイヤによって溶着金属が生成され、レーザー溶接器がその溶着金属部分に到達するまでに所定間隔を走行する時間が経過して溶着金属が凝固するので、レーザー溶接器のレーザー光を凝固した溶着金属に照射させて再溶融させることができて溶接位置がずれないで、被溶接材の開先から間隙までを溶接できる。
アーク溶接器とレーザー溶接器は一体に連結されて走行してもよいし、別個に走行するようにしてもよい。
【０００９】
また、アーク溶接器とレーザー溶接器とは所定間隔を開けて連結部材により一体に保持されていてもよく、この場合には連結部材の走行速度によってアーク溶接器によって溶着金属が生成された後、走行するレーザー溶接器によるレーザー溶接をその溶着金属が凝固した後に行わせるよう調整できて溶接位置のずれを確実に防止できる。
所定間隔は例えば３５ｍｍ以上であり、所定間隔を１秒以上かけてアーク溶接器とレーザー溶接器とが走行するようにしてもよく、３５ｍｍ／ｓ以下の速度でアーク溶接器とレーザー溶接器が走行する。
【００１０】
また、アーク溶接の際にアークセンサによって溶接ワイヤを調芯させ、アークセンサによる調芯情報に基づいてレーザー溶接器の調芯と焦点調整を行うことが好ましい。
この場合、アークセンサによってアーク溶接器の調芯を行った情報をレーザー溶接器の調芯と焦点位置の調整に利用することができるため、自動的にレーザー光が適正な位置に照射され、レーザー光の調整手段を別途必要としない。
【００１１】
本発明によるアーク及びレーザーによる溶接装置は、アーク放電とレーザー照射によって被溶接材の開先と該開先に続く間隙を溶接するようにしたアーク及びレーザーによる溶接装置において、アーク放電によってアーク溶接して被溶接材の開先に溶着金属を溶着させるアーク溶接器と、凝固した溶着金属にレーザー光を照射して再溶融させて間隙をレーザー溶接するレーザー溶接器と、アーク溶接器とレーザー溶接器とを時間差を設けて開先の溶接位置に沿って走行させる駆動制御手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、被溶接材の開先にアーク溶接器を対向させてアーク溶接することで開先に溶着金属を生成させ、この溶着金属が凝固した後でレーザー溶接器が溶着金属をレーザー照射して再溶融させるように駆動制御手段によってアーク溶接器とレーザー溶接器との走行に時間差を開けさせる。これによって、レーザー光で溶着金属を再溶融させて開先と間隙の部分を深溶け込み溶接する。その際、凝固した溶着金属をレーザー光によって再溶融させるから、溶融金属が溶融しすぎによって被溶接材の裏面へ垂れ落ちて裏波が垂れることがない。
【００１２】
また、アーク溶接器とレーザー溶接器は間隔を開けて設置されていて連結部材によって一体とされていてもよい。
アーク溶接器とレーザー溶接器が一体とされている場合、連結部材によってアーク溶接器とレーザー溶接器の間隔を設定すると共に駆動制御手段によって走行速度を設定することで、被溶接位置でのアーク溶接による溶着金属の生成と凝固後のレーザー溶接による再溶融とを連続して行うよう制御することができる。
【００１３】
或いは、アーク溶接器とレーザー溶接器は間隔を開けて設置されていて互いに分離されていてもよい。
この場合には、アーク溶接器とレーザー溶接器の間隔を走行速度によって個別に設定でき、被溶接位置でのアーク溶接による溶着金属の生成と凝固後のレーザー溶接による再溶融とを連続して行うよう制御することができる。
【００１４】
また、アーク溶接時における溶接電圧及び溶接電流に基づいて調芯するアーク溶接器調芯手段と、アーク溶接器を調芯するための波形情報によってレーザー光の調芯と焦点位置を溶着金属に合致させるレーザー溶接器調芯手段と、を備えることが好ましい。
アーク溶接器調芯手段によってアーク溶接器の調芯をしてアーク溶接を行い、その後のレーザー溶接時に、アーク溶接の波形情報に基づいてレーザー溶接器調芯手段によってレーザー光の調芯を行い焦点を溶着金属に合致させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるアーク及びレーザーを用いた溶接方法と溶接装置によれば、アーク溶接器のアーク放電によってアーク溶接して被溶接材の開先に溶着金属を溶着させ、溶着金属が凝固した後で、レーザー溶接器のレーザ光を溶着金属に合焦させ、レーザー溶接で溶着金属を再溶融させることで、被溶接材の開先とこれに続く間隙を溶接することができ、アーク溶接によって溶着金属が開先部の底部を埋めて凝固することで間隙のギャップ裕度が大きいという利点がある。
また、溶着金属の凝固後にレーザー光によって溶着金属に焦点を合わせて再溶融させることで、高密度エネルギーを利用して開先部の裏側の間隙を深溶け込み溶接によって溶接できると共に、被溶接材の厚みが大きくても溶融金属が重みで裏面に垂れる現象を防いで裏波が垂れないので見栄えがよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第一実施形態によるアーク溶接器及びレーザー溶接器と被溶接材を示す要部斜視図である。
【図２】図１に示すアーク及びレーザーによる溶接装置とその監視制御装置を示す説明図である。
【図３】アークセンサによる溶接ワイヤの揺動中心の制御原理を示す図であり、（ａ）は溶接ワイヤが開先の中心に位置する場合を示す図とこれに対応する電圧変化、電流変化を示す図、（ｂ）は溶接ワイヤが開先の中心からずれている場合を示す図とこれに対応する電圧変化、電流変化を示す図である。
【図４】被溶接材のＹ字形の開先と間隙を示す要部縦断面図である。
【図５】図４に示す開先の底部にアーク溶接によって溶着金属を生成させた図である。
【図６】図５に示す開先に生成された溶着金属にレーザー光を照射する状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるアーク及びレーザーによる溶接装置について説明する。
図１乃至図６は第一実施形態によるアーク及びレーザーによる溶接装置１を示す図である。
図１及び図２に示すアーク及びレーザーによる溶接装置１は、アーク溶接器２とレーザー溶接器３とがそれぞれアーム部２ａ、３ａを介して連結部材を構成する治具７に連結され、アーク溶接器２とレーザー溶接器３は所定間隔Ｌを開けて離間して設定されている。レーザー溶接器３のアーム部３ａは図示しない調整手段によってアーク溶接器２との間隔Ｌを調整できるように設定されている。治具７の脚部８はその下部に設けたレール９によって開先１５に沿うように摺動可能とされている。
アーク及びレーザーによる溶接装置１で溶接される被溶接材１１は、例えば厚鋼材１２，１３であり、厚鋼材１２，１３の対向する面の溶接部１４には例えばＶ字形状の開先１５とその裏面に続く所定幅の間隙（ギャップ）１６とがＹ字状開先部として形成されている。
【００１８】
次に、アーク及びレーザーによる溶接装置１の溶接を制御する監視制御装置１８について、図２により説明する。
図２において、監視制御装置１８は、アーク溶接器２のアークセンサ１９と、アーク溶接器２及びレーザー溶接器３の走行制御と焦点調整を行う制御部２６とを備えている。
アークセンサ１９には、アーク溶接器２と母材である被溶接材１１との間を接続する並列の回路の配線に電流計２２と電圧計２３がそれぞれ配設されており、例えば電流計２２には電源２４が直列に接続されている。アークセンサ１９は、アーク溶接器２で被溶接材１１の開先１５を溶接する際に図３（ａ）、（ｂ）に示す溶接ワイヤ２５の揺動に伴うアーク電流（溶接電流）とアーク電圧（溶接電圧）の変化を電流計２２と電圧計２３でそれぞれ検知することによって、開先１５と溶接ワイヤ２５との位置関係を把握するようにしている。
【００１９】
電流計２２と電圧計２３で検知されたアーク電流とアーク電圧は、制御部２６の入力手段２７に入力され、演算手段２８によってアーク溶接器２の溶接ワイヤ２５の適正な調芯位置を演算し、アーク溶接器調芯手段２９によってアーク溶接器２の調芯を行う。
制御部２６内には、治具７を走行させることでアーク溶接器２とレーザー溶接器３を開先１５に沿って一定速度で走行させる駆動制御手段３０と、演算手段２８から出力されるアーク溶接器２の調芯情報に基づいてレーザー溶接器３を溶接位置に調芯すると共に焦点調整するレーザー溶接器調芯手段３１とが設けられている。
【００２０】
駆動制御手段３０には治具７をレール９に沿って走行させる駆動モータＭ１が設けられ、治具７の走行によって一定間隔を以て移動するアーク溶接器２とレーザー溶接器３により被溶接材１１の開先１５の溶接部１４を、時間差を開けてそれぞれ連続的に溶接するように設定されている。本実施形態では、治具７に対してアーク溶接器２が走行方向に先行する位置に設けられ、所定間隔Ｌを開けてレーザー溶接器３が後行する位置に設けられている。
この場合、アーク溶接器２とレーザー溶接部３の走行の時間差は、アーク溶接で非溶接部１４に生成される溶着金属ｋが凝固した後で溶着金属ｋにレーザー溶接が行われるように設定されている。そのため、所定距離Ｌとして治具７の走行速度が例えばＬ／秒以下になり、１秒以上の時間差が設定されていることが好ましい。
また、レーザー溶接器３のアーク部３ａには上述した調整手段によってアーク溶接器２との距離Ｌを調整するための位置調整モータＭ２が接続されている。
【００２１】
本実施形態によるアーク及びレーザーによる溶接装置１は上述の構成を備えており、次に厚鋼板１２，１３の溶接方法について説明する。
まず、図１及び図４に示す厚鋼材１２，１３の対向する面の溶接部１４に形成された例えば断面Ｖ字形状の開先１５の底部１５ａをライン状の溶接領域として、アーク溶接器２をアーク放電させると共にレーザー溶接器３のレーザー光を照射させながら、所定間隔Ｌを開けたアーク溶接器２とレーザー溶接器３を、モータＭ１を駆動させることによって一定速度でＸ方向に走行させる。そのため、溶接領域の溶接部１４に対して、先行するアーク溶接と後に続くレーザー溶接とに時間差が生じる。
【００２２】
アーク溶接器２を用いたアーク溶接として例えばマグ溶接を行う。アーク溶接に際し、アーク溶接器２を走行させながら開先１５の底部１５ａに対向する位置に連続的にアーク放電を行う。アーク溶接に際し、アーク溶接器２からアーク放電と共にアルゴンや炭酸ガス等のシールドガスが放出される。
【００２３】
ここで、アーク溶接では、トーチの溶接ワイヤ２５を揺動させながらアーク溶接を行うが、その際、図３（ａ）に示すように、揺動の中心が開先１５の中心線Ｏに位置していれば、電流計２２で検出するアーク電流（溶接電流）と電圧計２３で検出するアーク電圧（溶接電圧）の波形が中心線Ｏに対して左右対称のものになる。このような波形を検出した場合、電流計２２と電圧計２３の波形情報を制御部２６の入力手段２７から入力し、演算手段２８でこれを演算して揺動する溶接ワイヤ２５が中心線Ｏに対称な調芯位置にあることを検知する。
【００２４】
これに対し、図３（ｂ）に示すように、溶接ワイヤ２５の揺動の中心が開先１５の中心線Ｏに対して偏っていれば、電流計２２で検出するアーク電流と電圧計２３で検出するアーク電圧の各波形が中心線Ｏに対して左右非対称のものになる。このような場合には、電流計２２と電圧計２３の波形情報が制御部２６の入力手段２７を介して演算手段２８で検知され、アーク電流の波形とアーク電圧の波形が、図３（ｂ）に示すように中心線Ｏに対して左右非対称であることを演算して検知する。
そして、その演算した制御信号をアーク溶接器調芯手段２９によってアーク溶接器２に出力して図１でＹ方向に溶接ワイヤ２５の調芯を行い、揺動する溶接ワイヤ２５が開先１５の中心線Ｏに対して対称となるように溶接位置を決める。こうして、アークセンサ１９と制御部２６の演算手段２８及びアーク溶接器調芯手段２９とによってアーク調芯のフィードバック制御を行う。
【００２５】
そして、図５に示すように、開先１５の底部１５ａには、アーク放電によって厚鋼板１２、１３と溶接ワイヤ２５を溶融させて溶融池ができ、これが溶着金属ｋとしてアーク溶接器２の走行に応じて連続してライン状に形成される。アーク溶接器２とレーザー溶接器３とは所定距離Ｌだけ離隔しているため、治具７の走行速度に応じてアーク溶接器２が走行してアーク放電が行われた後レーザー溶接器３のレーザー光が到達するまでの間に、その領域の溶着金属ｋが開先１５の底部１５ａで次第に冷却されて凝固され、厚鋼板１２、１２の開先１５の底部１５ａが溶接される。
【００２６】
そして、時間差をおいて治具７と共に走行するレーザー溶接器３によって溶接部１４の凝固された溶着金属ｋの溶接を行う。レーザー溶接器３による溶接に際し、制御部２６の演算手段２８からアークセンサ１９によって設定されたアーク溶接のための調芯位置の波形情報がレーザー溶接のための溶接位置としてレーザー溶接器調芯手段３１に出力される。これによって、レーザー溶接器３は、アークセンサ１９によって設定された溶接位置である調芯位置に倣って、図６に示すように、凝固した溶着金属ｋの位置に自動的に調芯されてレーザー光の焦点を合致させる。
従って、レーザー溶接器３のための調芯と焦点位置を調整する手段をアーク溶接の調芯を行うアークセンサ１９とは別に設ける必要がない。
【００２７】
次に、開先１５の凝固した溶着金属ｋに対してレーザー溶接器３によって溶着金属ｋに合焦した状態でレーザー光を照射し、再溶融させる。レーザー溶接の際、アーク溶接によって厚鋼板１２，１３の間隙１６が溶着金属ｋによって埋められているので、レーザー光の直径が間隙１６の直径より小さくてもレーザー光が間隙１６を素通りすることなく、溶着金属ｋを再溶融させた溶融金属と共に間隙１６が溶融されることによって間隙１６を深溶け込み溶接する。
また、本実施形態による溶接では、アーク溶接での溶着金属ｋが凝固した後にレーザー溶接で再溶融するので溶けすぎず、厚鋼板１２，１３の板厚が厚くても溶融金属の重みで厚鋼板１２、１３の裏面まで溶融金属が垂れるおそれがなく、裏波が垂れない。
【００２８】
このようにして、治具７で連結されたアーク溶接器２とレーザー溶接器３とが、Ｘ方向において所定間隔Ｌを開けて開先１５に沿って一定速度で走行しながら、連続する溶接部１４をアーク溶接器３によってアーク溶接して連続する溶着金属ｋを形成する。そして、後続のレーザー溶接器３が到達する迄のタイムラグによって溶着金属ｋが凝固することになり、その後、所定時間遅れて走行するレーザー溶接器３によって、凝固した溶着金属ｋにレーザー光を照射することで再溶融させて、間隙１６を連続して深溶け込み溶接する。
【００２９】
本実施形態のアーク及びレーザーによる溶接装置１による溶接方法の具体例について説明する。
被溶接材である厚鋼板１２，１３の板厚をそれぞれ１９．０ｍｍ、開先１５の側壁のテーパ角を３度、開先１５につながる間隙１６の深さを１５．０ｍｍ、間隙１６の内径を１．０ｍｍ、裏面側の開先テーパ角度（面取り角）を４５度とし、レーザー光のビーム径を０．６ｍｍとした。
そして、アーク溶接を連続して行い、開先１５の底部１５ａに線状の溶着金属ｋが生成された後、凝固後にレーザー溶接を連続して行った。この場合、間隙１６の内径が２ｍｍまでは十分な溶接を行えたが、間隙１６の内径が２ｍｍを超えるとレーザー光のビームが素通りする部分が発生し、十分な溶接ができない場合があった。
そのため、間隙１６のギャップ裕度は最大２ｍｍであり、レーザー光のビーム径０．６ｍｍと比較して大きな裕度が得られた。
なお、アーク溶接器２とレーザー溶接器３の距離Ｌは少なくとも３５ｍｍ以上、例えば５０ｍｍとし、走行速度を３５ｍｍ／ｓ以下、例えば５０ｍｍ／ｓに設定すれば、アーク溶接とレーザー溶接との間に１秒以上の時間差が設定され、その間に溶着金属ｋを凝固できる。
【００３０】
上述のように本実施形態によるアーク及びレーザーによる溶接装置１及び溶接方法によれば、アーク溶接器２とレーザー溶接器３を所定間隔を開けて連続して走行させながら、開先１５の溶接部１４を溶接することで、アーク溶接によって開先１５の底部１５ａに溶着金属ｋを生成して厚鋼板１２，１３を溶接し間隙１６の上端部が埋められているから、その後に、レーザー光の直径が間隙１６の内径より小さくてもレーザー溶接を行うことができる。例えばビーム径６ｍｍに対して間隙１６のギャップ裕度が最大２ｍｍに大きく設定できるという利点もある。
【００３１】
また、レーザー溶接に際して、上述した従来技術のように、焦点位置を溶着金属ｋから上方にずらして照射すると間隙１６への溶け込みが浅くなる弊害があったが、本実施形態によればレーザー光の焦点を溶着金属ｋからずらす必要がなく、レーザー光による高密度エネルギーを利用して深溶け込み溶接を行える。
また、アーク溶接によって開先１５に生成した溶着金属ｋが凝固した後で、アーク溶接と同じ位置にレーザー光を照射して溶着金属ｋに焦点を合わせて再溶融させるため、溶着金属ｋが溶融した溶融金属は溶けすぎず、厚鋼板１２，１３の板厚が厚くても溶融金属の重みで厚鋼板１２，１３の裏面に垂れ落ちて裏波の形状を悪化させることがない。
更に、アーク溶接器２とレーザー溶接器３とが治具７によって３５ｍｍ以上走行方向に離間して連結されているため、３５ｍｍ／ｓ以下の一定速度で連続走行させながらアーク溶接による溶着金属ｋが凝固した後にレーザー溶接できる。
【００３２】
また、アーク溶接時にアークセンサ１９によってアーク溶接の調芯を行い、その後に制御手段２６によってその調芯のための波形情報をレーザー溶接器３に供給して自動的に調芯して溶接線を倣い、レーザー光の焦点位置を溶着金属ｋに合致させることができる。そのため、レーザー溶接器３の調芯及び焦点調整のための手段を別個設ける必要がなく、溶接装置１の構成が簡単であり、溶接方法の制御が容易になる。
【００３３】
なお、本発明によるアーク及びレーザーによる溶接方法及び溶接装置１は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り適宜の変更が可能である。
上述の実施形態による溶接装置１では、アーク溶接器２とレーザー溶接器３を治具７に連結して一体に保持して移動可能に構成したが、本発明は上述した構成に限定されることはなく、アーク溶接器２とレーザー溶接器３を別々の治具７に保持して、駆動制御手段３０によって個別に所定速度で走行させながら、或いは静止状態で、アーク溶接とレーザー溶接を行うようにしてもよい。
また、上述の実施形態では、アーク溶接器２とレーザー溶接器３を走行させながら順次溶接させるようにしたが、必ずしも走行させる必要はない。例えば、アーク溶接器２とレーザー溶接器３を静止状態にして、アーク溶接器２でアーク溶接を行い、所定時間経過して溶融池が溶着金属ｋとして凝固した後に、レーザー溶接器３で溶着金属ｋのレーザー溶接を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１ 溶接装置
２ アーク溶接器
３ レーザー溶接器
７ 治具
１１ 被溶接材
１２、１３ 厚鋼板
１５ 開先
１６ 間隙
１８ 監視制御手段
１９ アークセンサ
２２ 電流計
２３ 電圧計
２６ 制御部
２８ 演算手段
２９ アーク溶接器調芯手段
３０ 駆動制御手段
３１ レーザー溶接器調芯手段
ｋ 溶着金属
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接とレーザー溶接を複合的に用いた溶接によって、厚さの大きい厚鋼板等の被溶接材の溶接を行うようにした、アークとレーザーを用いた溶接方法と溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばレーザー溶接とアーク溶接を組み合わせて、レーザー溶接の高エネルギーによる溶け込み深さと高速性、そして、アーク溶接による十分な溶着量という両者の長所を取り入れたハイブリッド溶接が知られている。
例えば、特許文献１に記載されたレーザ溶接とアーク溶接による溶接方法では、Ｙ型の開先形状部とその底部の間隙が形成された厚鋼板の被溶接部に対して、アーク溶接とレーザー溶接を併用して行うことで溶接している。この場合、アーク放電によって発生するプラズマがレーザー光と干渉しないように、Ｙ型開先形状部にレーザー照射をアーク放電に先行して行い、レーザー光の合焦位置をＹ開先部のＶ字形の開先部の底面より上方で被溶接材の表面近傍に調整する。
【０００３】
一方、アーク溶接のアークプラズマにレーザー光が吸収されないように、アークプラズマとレーザー光が干渉しない距離に設定する。そして、レーザー光の合焦位置を開口部内の上方に設定することによって、レーザー光による深い溶け込みエネルギーを残しつつアーク溶接が行われる前に被溶接材のＶ字形の開口部に広く加熱が行われることで、アーク放電によって開先内部までアーク溶接が可能になるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４６７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した溶接方法では、レーザー光源として、ビーム径φ０．３ｍｍのような高密度エネルギーによるレーザー溶接を行うと、被溶接材間の間隙（ギャップ）が大きいところでビームが素通りしてしまうという欠点が生じる。また、レーザーのビームの素通りを防ぐために、レーザー光の焦点位置をＹ開先部の開先部内の上方にずらして設定しているが、この場合にはレーザー光の溶け込み深さが浅くなり、厚鋼板の裏面まで溶接できないという欠点が生じる。
また、ハイブリッド溶接では、厚鋼板の溶接に際し、鋼板の板厚が厚くなると重力の影響で溶融池が開先部に保持されずに間隙を通って裏面に垂れ落ちる等の現象が起こり、裏波の形状が悪いという不具合も生じる。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みて、上述した従来の溶接方法よりも被溶接材間のギャップの裕度が大きく、レーザー光の焦点をずらすことなく深溶け込み溶接を行えるようにした、アーク及びレーザーを用いた溶接方法と溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるアーク及びレーザーを用いた溶接方法は、アーク放電とレーザー照射によって被溶接材の開先と該開先に続く間隙を溶接するようにしたアーク及びレーザーによる溶接方法において、 アーク溶接器でアーク溶接して被溶接材の開先に溶着金属を溶接する工程と、溶着金属を凝固させる工程と、レーザー溶接器のレーザ光を溶着金属に合焦させて再溶融させて被溶接材の開先から間隙に向けてレーザー溶接する工程とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、アーク溶接器によって被溶接材の開先をアーク溶接することで開先に被溶接材とアーク溶接器の溶接ワイヤによって溶着金属を生成させ、この溶着金属が凝固した後でレーザー溶接器によってレーザー光を溶着金属に合焦させて再溶融させ、間隙の部分を深溶け込み溶接する。その際、凝固した溶着金属をレーザー光によって再溶融させるから、溶融金属が溶融しすぎによって被溶接材の裏面へ垂れ落ちて裏波が垂れるという現象を防止できる。
【０００８】
また、アーク溶接器とレーザー溶接器とは所定間隔を開けて走行しながらそれぞれ溶接を行い、レーザー溶接器が所定間隔を走行する時間が経過するまでに溶着金属が凝固するように設定されていることが好ましい。
非溶接部の開先に沿って走行するアーク溶接器によって開先をアーク溶接して溶接ワイヤによって溶着金属が生成され、レーザー溶接器がその溶着金属部分に到達するまでに所定間隔を走行する時間が経過して溶着金属が凝固するので、レーザー溶接器のレーザー光を凝固した溶着金属に照射させて再溶融させることができて溶接位置がずれないで、被溶接材の開先から間隙までを溶接できる。
アーク溶接器とレーザー溶接器は一体に連結されて走行してもよいし、別個に走行するようにしてもよい。
【０００９】
また、アーク溶接器とレーザー溶接器とは所定間隔を開けて連結部材により一体に保持されていてもよく、この場合には連結部材の走行速度によってアーク溶接器によって溶着金属が生成された後、走行するレーザー溶接器によるレーザー溶接をその溶着金属が凝固した後に行わせるよう調整できて溶接位置のずれを確実に防止できる。
所定間隔は例えば３５ｍｍ以上であり、所定間隔を１秒以上かけてアーク溶接器とレーザー溶接器とが走行するようにしてもよく、３５ｍｍ／ｓ以下の速度でアーク溶接器とレーザー溶接器が走行する。
【００１０】
また、アーク溶接の際にアークセンサによって溶接ワイヤを調芯させ、アークセンサによる調芯情報に基づいてレーザー溶接器の調芯と焦点調整を行うことが好ましい。
この場合、アークセンサによってアーク溶接器の調芯を行った情報をレーザー溶接器の調芯と焦点位置の調整に利用することができるため、自動的にレーザー光が適正な位置に照射され、レーザー光の調整手段を別途必要としない。
【００１１】
本発明によるアーク及びレーザーによる溶接装置は、アーク放電とレーザー照射によって被溶接材の開先と該開先に続く間隙を溶接するようにしたアーク及びレーザーによる溶接装置において、アーク放電によってアーク溶接して被溶接材の開先に溶着金属を溶着させるアーク溶接器と、凝固した溶着金属にレーザー光を照射して再溶融させて間隙をレーザー溶接するレーザー溶接器と、アーク溶接器とレーザー溶接器とを時間差を設けて開先の溶接位置に沿って走行させる駆動制御手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、被溶接材の開先にアーク溶接器を対向させてアーク溶接することで開先に溶着金属を生成させ、この溶着金属が凝固した後でレーザー溶接器が溶着金属をレーザー照射して再溶融させるように駆動制御手段によってアーク溶接器とレーザー溶接器との走行に時間差を開けさせる。これによって、レーザー光で溶着金属を再溶融させて開先と間隙の部分を深溶け込み溶接する。その際、凝固した溶着金属をレーザー光によって再溶融させるから、溶融金属が溶融しすぎによって被溶接材の裏面へ垂れ落ちて裏波が垂れることがない。
【００１２】
また、アーク溶接器とレーザー溶接器は間隔を開けて設置されていて連結部材によって一体とされていてもよい。
アーク溶接器とレーザー溶接器が一体とされている場合、連結部材によってアーク溶接器とレーザー溶接器の間隔を設定すると共に駆動制御手段によって走行速度を設定することで、被溶接位置でのアーク溶接による溶着金属の生成と凝固後のレーザー溶接による再溶融とを連続して行うよう制御することができる。
【００１３】
或いは、アーク溶接器とレーザー溶接器は間隔を開けて設置されていて互いに分離されていてもよい。
この場合には、アーク溶接器とレーザー溶接器の間隔を走行速度によって個別に設定でき、被溶接位置でのアーク溶接による溶着金属の生成と凝固後のレーザー溶接による再溶融とを連続して行うよう制御することができる。
【００１４】
また、アーク溶接時における溶接電圧及び溶接電流に基づいて調芯するアーク溶接器調芯手段と、アーク溶接器を調芯するための波形情報によってレーザー光の調芯と焦点位置を溶着金属に合致させるレーザー溶接器調芯手段と、を備えることが好ましい。
アーク溶接器調芯手段によってアーク溶接器の調芯をしてアーク溶接を行い、その後のレーザー溶接時に、アーク溶接の波形情報に基づいてレーザー溶接器調芯手段によってレーザー光の調芯を行い焦点を溶着金属に合致させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるアーク及びレーザーを用いた溶接方法と溶接装置によれば、アーク溶接器のアーク放電によってアーク溶接して被溶接材の開先に溶着金属を溶着させ、溶着金属が凝固した後で、レーザー溶接器のレーザ光を溶着金属に合焦させ、レーザー溶接で溶着金属を再溶融させることで、被溶接材の開先とこれに続く間隙を溶接することができ、アーク溶接によって溶着金属が開先部の底部を埋めて凝固することで間隙のギャップ裕度が大きいという利点がある。
また、溶着金属の凝固後にレーザー光によって溶着金属に焦点を合わせて再溶融させることで、高密度エネルギーを利用して開先部の裏側の間隙を深溶け込み溶接によって溶接できると共に、被溶接材の厚みが大きくても溶融金属が重みで裏面に垂れる現象を防いで裏波が垂れないので見栄えがよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第一実施形態によるアーク溶接器及びレーザー溶接器と被溶接材を示す要部斜視図である。
【図２】図１に示すアーク及びレーザーによる溶接装置とその監視制御装置を示す説明図である。
【図３】アークセンサによる溶接ワイヤの揺動中心の制御原理を示す図であり、（ａ）は溶接ワイヤが開先の中心に位置する場合を示す図とこれに対応する電圧変化、電流変化を示す図、（ｂ）は溶接ワイヤが開先の中心からずれている場合を示す図とこれに対応する電圧変化、電流変化を示す図である。
【図４】被溶接材のＹ字形の開先と間隙を示す要部縦断面図である。
【図５】図４に示す開先の底部にアーク溶接によって溶着金属を生成させた図である。
【図６】図５に示す開先に生成された溶着金属にレーザー光を照射する状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるアーク及びレーザーによる溶接装置について説明する。
図１乃至図６は第一実施形態によるアーク及びレーザーによる溶接装置１を示す図である。
図１及び図２に示すアーク及びレーザーによる溶接装置１は、アーク溶接器２とレーザー溶接器３とがそれぞれアーム部２ａ、３ａを介して連結部材を構成する治具７に連結され、アーク溶接器２とレーザー溶接器３は所定間隔Ｌを開けて離間して設定されている。レーザー溶接器３のアーム部３ａは図示しない調整手段によってアーク溶接器２との間隔Ｌを調整できるように設定されている。治具７の脚部８はその下部に設けたレール９によって開先１５に沿うように摺動可能とされている。
アーク及びレーザーによる溶接装置１で溶接される被溶接材１１は、例えば厚鋼材１２，１３であり、厚鋼材１２，１３の対向する面の溶接部１４には例えばＶ字形状の開先１５とその裏面に続く所定幅の間隙（ギャップ）１６とがＹ字状開先部として形成されている。
【００１８】
次に、アーク及びレーザーによる溶接装置１の溶接を制御する監視制御装置１８について、図２により説明する。
図２において、監視制御装置１８は、アーク溶接器２のアークセンサ１９と、アーク溶接器２及びレーザー溶接器３の走行制御と焦点調整を行う制御部２６とを備えている。
アークセンサ１９には、アーク溶接器２と母材である被溶接材１１との間を接続する並列の回路の配線に電流計２２と電圧計２３がそれぞれ配設されており、例えば電流計２２には電源２４が直列に接続されている。アークセンサ１９は、アーク溶接器２で被溶接材１１の開先１５を溶接する際に図３（ａ）、（ｂ）に示す溶接ワイヤ２５の揺動に伴うアーク電流（溶接電流）とアーク電圧（溶接電圧）の変化を電流計２２と電圧計２３でそれぞれ検知することによって、開先１５と溶接ワイヤ２５との位置関係を把握するようにしている。
【００１９】
電流計２２と電圧計２３で検知されたアーク電流とアーク電圧は、制御部２６の入力手段２７に入力され、演算手段２８によってアーク溶接器２の溶接ワイヤ２５の適正な調芯位置を演算し、アーク溶接器調芯手段２９によってアーク溶接器２の調芯を行う。
制御部２６内には、治具７を走行させることでアーク溶接器２とレーザー溶接器３を開先１５に沿って一定速度で走行させる駆動制御手段３０と、演算手段２８から出力されるアーク溶接器２の調芯情報に基づいてレーザー溶接器３を溶接位置に調芯すると共に焦点調整するレーザー溶接器調芯手段３１とが設けられている。
【００２０】
駆動制御手段３０には治具７をレール９に沿って走行させる駆動モータＭ１が設けられ、治具７の走行によって一定間隔を以て移動するアーク溶接器２とレーザー溶接器３により被溶接材１１の開先１５の溶接部１４を、時間差を開けてそれぞれ連続的に溶接するように設定されている。本実施形態では、治具７に対してアーク溶接器２が走行方向に先行する位置に設けられ、所定間隔Ｌを開けてレーザー溶接器３が後行する位置に設けられている。
この場合、アーク溶接器２とレーザー溶接部３の走行の時間差は、アーク溶接で非溶接部１４に生成される溶着金属ｋが凝固した後で溶着金属ｋにレーザー溶接が行われるように設定されている。そのため、所定距離Ｌとして治具７の走行速度が例えばＬ／秒以下になり、１秒以上の時間差が設定されていることが好ましい。
また、レーザー溶接器３のアーク部３ａには上述した調整手段によってアーク溶接器２との距離Ｌを調整するための位置調整モータＭ２が接続されている。
【００２１】
本実施形態によるアーク及びレーザーによる溶接装置１は上述の構成を備えており、次に厚鋼板１２，１３の溶接方法について説明する。
まず、図１及び図４に示す厚鋼材１２，１３の対向する面の溶接部１４に形成された例えば断面Ｖ字形状の開先１５の底部１５ａをライン状の溶接領域として、アーク溶接器２をアーク放電させると共にレーザー溶接器３のレーザー光を照射させながら、所定間隔Ｌを開けたアーク溶接器２とレーザー溶接器３を、モータＭ１を駆動させることによって一定速度でＸ方向に走行させる。そのため、溶接領域の溶接部１４に対して、先行するアーク溶接と後に続くレーザー溶接とに時間差が生じる。
【００２２】
アーク溶接器２を用いたアーク溶接として例えばマグ溶接を行う。アーク溶接に際し、アーク溶接器２を走行させながら開先１５の底部１５ａに対向する位置に連続的にアーク放電を行う。アーク溶接に際し、アーク溶接器２からアーク放電と共にアルゴンや炭酸ガス等のシールドガスが放出される。
【００２３】
ここで、アーク溶接では、トーチの溶接ワイヤ２５を揺動させながらアーク溶接を行うが、その際、図３（ａ）に示すように、揺動の中心が開先１５の中心線Ｏに位置していれば、電流計２２で検出するアーク電流（溶接電流）と電圧計２３で検出するアーク電圧（溶接電圧）の波形が中心線Ｏに対して左右対称のものになる。このような波形を検出した場合、電流計２２と電圧計２３の波形情報を制御部２６の入力手段２７から入力し、演算手段２８でこれを演算して揺動する溶接ワイヤ２５が中心線Ｏに対称な調芯位置にあることを検知する。
【００２４】
これに対し、図３（ｂ）に示すように、溶接ワイヤ２５の揺動の中心が開先１５の中心線Ｏに対して偏っていれば、電流計２２で検出するアーク電流と電圧計２３で検出するアーク電圧の各波形が中心線Ｏに対して左右非対称のものになる。このような場合には、電流計２２と電圧計２３の波形情報が制御部２６の入力手段２７を介して演算手段２８で検知され、アーク電流の波形とアーク電圧の波形が、図３（ｂ）に示すように中心線Ｏに対して左右非対称であることを演算して検知する。
そして、その演算した制御信号をアーク溶接器調芯手段２９によってアーク溶接器２に出力して図１でＹ方向に溶接ワイヤ２５の調芯を行い、揺動する溶接ワイヤ２５が開先１５の中心線Ｏに対して対称となるように溶接位置を決める。こうして、アークセンサ１９と制御部２６の演算手段２８及びアーク溶接器調芯手段２９とによってアーク調芯のフィードバック制御を行う。
【００２５】
そして、図５に示すように、開先１５の底部１５ａには、アーク放電によって厚鋼板１２、１３と溶接ワイヤ２５を溶融させて溶融池ができ、これが溶着金属ｋとしてアーク溶接器２の走行に応じて連続してライン状に形成される。アーク溶接器２とレーザー溶接器３とは所定距離Ｌだけ離隔しているため、治具７の走行速度に応じてアーク溶接器２が走行してアーク放電が行われた後レーザー溶接器３のレーザー光が到達するまでの間に、その領域の溶着金属ｋが開先１５の底部１５ａで次第に冷却されて凝固され、厚鋼板１２、１２の開先１５の底部１５ａが溶接される。
【００２６】
そして、時間差をおいて治具７と共に走行するレーザー溶接器３によって溶接部１４の凝固された溶着金属ｋの溶接を行う。レーザー溶接器３による溶接に際し、制御部２６の演算手段２８からアークセンサ１９によって設定されたアーク溶接のための調芯位置の波形情報がレーザー溶接のための溶接位置としてレーザー溶接器調芯手段３１に出力される。これによって、レーザー溶接器３は、アークセンサ１９によって設定された溶接位置である調芯位置に倣って、図６に示すように、凝固した溶着金属ｋの位置に自動的に調芯されてレーザー光の焦点を合致させる。
従って、レーザー溶接器３のための調芯と焦点位置を調整する手段をアーク溶接の調芯を行うアークセンサ１９とは別に設ける必要がない。
【００２７】
次に、開先１５の凝固した溶着金属ｋに対してレーザー溶接器３によって溶着金属ｋに合焦した状態でレーザー光を照射し、再溶融させる。レーザー溶接の際、アーク溶接によって厚鋼板１２，１３の間隙１６が溶着金属ｋによって埋められているので、レーザー光の直径が間隙１６の直径より小さくてもレーザー光が間隙１６を素通りすることなく、溶着金属ｋを再溶融させた溶融金属と共に間隙１６が溶融されることによって間隙１６を深溶け込み溶接する。
また、本実施形態による溶接では、アーク溶接での溶着金属ｋが凝固した後にレーザー溶接で再溶融するので溶けすぎず、厚鋼板１２，１３の板厚が厚くても溶融金属の重みで厚鋼板１２、１３の裏面まで溶融金属が垂れるおそれがなく、裏波が垂れない。
【００２８】
このようにして、治具７で連結されたアーク溶接器２とレーザー溶接器３とが、Ｘ方向において所定間隔Ｌを開けて開先１５に沿って一定速度で走行しながら、連続する溶接部１４をアーク溶接器３によってアーク溶接して連続する溶着金属ｋを形成する。そして、後続のレーザー溶接器３が到達する迄のタイムラグによって溶着金属ｋが凝固することになり、その後、所定時間遅れて走行するレーザー溶接器３によって、凝固した溶着金属ｋにレーザー光を照射することで再溶融させて、間隙１６を連続して深溶け込み溶接する。
【００２９】
本実施形態のアーク及びレーザーによる溶接装置１による溶接方法の具体例について説明する。
被溶接材である厚鋼板１２，１３の板厚をそれぞれ１９．０ｍｍ、開先１５の側壁のテーパ角を３度、開先１５につながる間隙１６の深さを１５．０ｍｍ、間隙１６の内径を１．０ｍｍ、裏面側の開先テーパ角度（面取り角）を４５度とし、レーザー光のビーム径を０．６ｍｍとした。
そして、アーク溶接を連続して行い、開先１５の底部１５ａに線状の溶着金属ｋが生成された後、凝固後にレーザー溶接を連続して行った。この場合、間隙１６の内径が２ｍｍまでは十分な溶接を行えたが、間隙１６の内径が２ｍｍを超えるとレーザー光のビームが素通りする部分が発生し、十分な溶接ができない場合があった。
そのため、間隙１６のギャップ裕度は最大２ｍｍであり、レーザー光のビーム径０．６ｍｍと比較して大きな裕度が得られた。
なお、アーク溶接器２とレーザー溶接器３の距離Ｌは少なくとも３５ｍｍ以上、例えば５０ｍｍとし、走行速度を３５ｍｍ／ｓ以下、例えば５０ｍｍ／ｓに設定すれば、アーク溶接とレーザー溶接との間に１秒以上の時間差が設定され、その間に溶着金属ｋを凝固できる。
【００３０】
上述のように本実施形態によるアーク及びレーザーによる溶接装置１及び溶接方法によれば、アーク溶接器２とレーザー溶接器３を所定間隔を開けて連続して走行させながら、開先１５の溶接部１４を溶接することで、アーク溶接によって開先１５の底部１５ａに溶着金属ｋを生成して厚鋼板１２，１３を溶接し間隙１６の上端部が埋められているから、その後に、レーザー光の直径が間隙１６の内径より小さくてもレーザー溶接を行うことができる。例えばビーム径６ｍｍに対して間隙１６のギャップ裕度が最大２ｍｍに大きく設定できるという利点もある。
【００３１】
また、レーザー溶接に際して、上述した従来技術のように、焦点位置を溶着金属ｋから上方にずらして照射すると間隙１６への溶け込みが浅くなる弊害があったが、本実施形態によればレーザー光の焦点を溶着金属ｋからずらす必要がなく、レーザー光による高密度エネルギーを利用して深溶け込み溶接を行える。
また、アーク溶接によって開先１５に生成した溶着金属ｋが凝固した後で、アーク溶接と同じ位置にレーザー光を照射して溶着金属ｋに焦点を合わせて再溶融させるため、溶着金属ｋが溶融した溶融金属は溶けすぎず、厚鋼板１２，１３の板厚が厚くても溶融金属の重みで厚鋼板１２，１３の裏面に垂れ落ちて裏波の形状を悪化させることがない。
更に、アーク溶接器２とレーザー溶接器３とが治具７によって３５ｍｍ以上走行方向に離間して連結されているため、３５ｍｍ／ｓ以下の一定速度で連続走行させながらアーク溶接による溶着金属ｋが凝固した後にレーザー溶接できる。
【００３２】
また、アーク溶接時にアークセンサ１９によってアーク溶接の調芯を行い、その後に制御手段２６によってその調芯のための波形情報をレーザー溶接器３に供給して自動的に調芯して溶接線を倣い、レーザー光の焦点位置を溶着金属ｋに合致させることができる。そのため、レーザー溶接器３の調芯及び焦点調整のための手段を別個設ける必要がなく、溶接装置１の構成が簡単であり、溶接方法の制御が容易になる。
【００３３】
なお、本発明によるアーク及びレーザーによる溶接方法及び溶接装置１は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り適宜の変更が可能である。
上述の実施形態による溶接装置１では、アーク溶接器２とレーザー溶接器３を治具７に連結して一体に保持して移動可能に構成したが、本発明は上述した構成に限定されることはなく、アーク溶接器２とレーザー溶接器３を別々の治具７に保持して、駆動制御手段３０によって個別に所定速度で走行させながら、或いは静止状態で、アーク溶接とレーザー溶接を行うようにしてもよい。
また、上述の実施形態では、アーク溶接器２とレーザー溶接器３を走行させながら順次溶接させるようにしたが、必ずしも走行させる必要はない。例えば、アーク溶接器２とレーザー溶接器３を静止状態にして、アーク溶接器２でアーク溶接を行い、所定時間経過して溶融池が溶着金属ｋとして凝固した後に、レーザー溶接器３で溶着金属ｋのレーザー溶接を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１ 溶接装置
２ アーク溶接器
３ レーザー溶接器
７ 治具
１１ 被溶接材
１２、１３ 厚鋼板
１５ 開先
１６ 間隙
１８ 監視制御手段
１９ アークセンサ
２２ 電流計
２３ 電圧計
２６ 制御部
２８ 演算手段
２９ アーク溶接器調芯手段
３０ 駆動制御手段
３１ レーザー溶接器調芯手段
ｋ 溶着金属
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク放電とレーザー照射によって被溶接材の開先と該開先に続く間隙を溶接するようにしたアークとレーザーによる溶接方法において、
アーク溶接器でアーク溶接して被溶接材の開先に溶着金属を溶接する工程と、
前記溶着金属を凝固させる工程と、
前記レーザー溶接器のレーザ光を前記溶着金属に合焦させて再溶融させて前記被溶接材の開先から間隙に向けてレーザー溶接する工程と
を備えたことを特徴とするアーク及びレーザーによる溶接方法。
【請求項２】
前記アーク溶接器とレーザー溶接器とは所定間隔を開けて走行しながらそれぞれ溶接を行い、前記レーザー溶接器が前記所定間隔を走行する時間が経過するまでに前記溶着金属が凝固するように設定されている請求項１に記載されたアーク及びレーザーによる溶接方法。
【請求項３】
前記アーク溶接器とレーザー溶接器とは前記所定間隔を開けて一体に保持されている請求項２に記載されたアーク及びレーザーによる溶接方法。
【請求項４】
アーク溶接の際にアークセンサによって溶接ワイヤを調芯させ、前記アークセンサによる調芯情報に基づいて前記レーザー溶接器の調芯と焦点調整を行うようにした請求項１乃至３のいずれか１項に記載されたアーク及びレーザーによる溶接方法。
【請求項５】
アーク放電とレーザー照射によって被溶接材同士の開先と該開先に続く間隙を溶接するようにしたアーク及びレーザーによる溶接装置において、
アーク放電によってアーク溶接して被溶接材の前記開先に溶着金属を溶着させるアーク溶接器と、
凝固した前記溶着金属にレーザー光を照射して再溶融させて前記間隙をレーザー溶接するレーザー溶接器と、
前記アーク溶接器とレーザー溶接器とを時間差を設けて前記開先の溶接位置に沿って走行させる駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とするアーク及びレーザーによる溶接装置。
【請求項６】
前記アーク溶接器とレーザー溶接器は所定間隔を開けて設置されていて連結部材によって一体とされている請求項５に記載されたアーク及びレーザーによる溶接装置。
【請求項７】
前記アーク溶接器とレーザー溶接器は所定間隔を開けて設置されていて互いに分離されている請求項５に記載されたアーク及びレーザーによる溶接装置。
【請求項８】
アーク溶接時における溶接電圧及び溶接電流に基づいて調芯するアーク溶接器調芯手段と、
前記アーク溶接器を調芯するための波形情報によってレーザー光の調芯と焦点位置を前記溶着金属に合致させるレーザー溶接器調芯手段と、
を備えたことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載されたアーク及びレーザーによる溶接装置。
【請求項１】
アーク放電とレーザー照射によって被溶接材の開先と該開先に続く間隙を溶接するようにしたアークとレーザーによる溶接方法において、
アーク溶接器でアーク溶接して被溶接材の開先に溶着金属を溶接する工程と、
前記溶着金属を凝固させる工程と、
前記レーザー溶接器のレーザ光を前記溶着金属に合焦させて再溶融させて前記被溶接材の開先から間隙に向けてレーザー溶接する工程と
を備えたことを特徴とするアーク及びレーザーによる溶接方法。
【請求項２】
前記アーク溶接器とレーザー溶接器とは所定間隔を開けて走行しながらそれぞれ溶接を行い、前記レーザー溶接器が前記所定間隔を走行する時間が経過するまでに前記溶着金属が凝固するように設定されている請求項１に記載されたアーク及びレーザーによる溶接方法。
【請求項３】
前記アーク溶接器とレーザー溶接器とは前記所定間隔を開けて一体に保持されている請求項２に記載されたアーク及びレーザーによる溶接方法。
【請求項４】
アーク溶接の際にアークセンサによって溶接ワイヤを調芯させ、前記アークセンサによる調芯情報に基づいて前記レーザー溶接器の調芯と焦点調整を行うようにした請求項１乃至３のいずれか１項に記載されたアーク及びレーザーによる溶接方法。
【請求項５】
アーク放電とレーザー照射によって被溶接材同士の開先と該開先に続く間隙を溶接するようにしたアーク及びレーザーによる溶接装置において、
アーク放電によってアーク溶接して被溶接材の前記開先に溶着金属を溶着させるアーク溶接器と、
凝固した前記溶着金属にレーザー光を照射して再溶融させて前記間隙をレーザー溶接するレーザー溶接器と、
前記アーク溶接器とレーザー溶接器とを時間差を設けて前記開先の溶接位置に沿って走行させる駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とするアーク及びレーザーによる溶接装置。
【請求項６】
前記アーク溶接器とレーザー溶接器は所定間隔を開けて設置されていて連結部材によって一体とされている請求項５に記載されたアーク及びレーザーによる溶接装置。
【請求項７】
前記アーク溶接器とレーザー溶接器は所定間隔を開けて設置されていて互いに分離されている請求項５に記載されたアーク及びレーザーによる溶接装置。
【請求項８】
アーク溶接時における溶接電圧及び溶接電流に基づいて調芯するアーク溶接器調芯手段と、
前記アーク溶接器を調芯するための波形情報によってレーザー光の調芯と焦点位置を前記溶着金属に合致させるレーザー溶接器調芯手段と、
を備えたことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載されたアーク及びレーザーによる溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１０３２５９（Ｐ２０１３−１０３２５９Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４９７３７（Ｐ２０１１−２４９７３７）
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄住金エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄住金エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
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