レーザ・アーク複合溶接方法、及び突き合わせ溶接用金属板の開先
【課題】金属板の開先同士を突き合せて当該金属板を溶接した際に、溶接部から玉状に溶融金属が垂れ落ちることを防止する。
【解決手段】突き合わせる一方の開先の、１パスで溶接を行う領域に、突出部９２ａ、９２ｂと窪み部９１とを、それぞれ当該開先の長手方向に沿って連続的に形成する。そして、突出部９２ａ、９２ｂと窪み部９１とが形成されている開先については、突出部９２ａ、９２ｂの先端面のみが、突き合わせの相手となる開先と当接するように金属板１５を配置する。そして、窪み部９１により形成された開先の間の隙間の中央の領域を含む面９５と、突出部９２及び窪み部９１が形成されている領域の、レーザ光１６が照射される側の端部との交線９６上の位置を、レーザ光１６とワイヤ１７の狙い位置としてレーザアークハイブリッド溶接を行う。
【解決手段】突き合わせる一方の開先の、１パスで溶接を行う領域に、突出部９２ａ、９２ｂと窪み部９１とを、それぞれ当該開先の長手方向に沿って連続的に形成する。そして、突出部９２ａ、９２ｂと窪み部９１とが形成されている開先については、突出部９２ａ、９２ｂの先端面のみが、突き合わせの相手となる開先と当接するように金属板１５を配置する。そして、窪み部９１により形成された開先の間の隙間の中央の領域を含む面９５と、突出部９２及び窪み部９１が形成されている領域の、レーザ光１６が照射される側の端部との交線９６上の位置を、レーザ光１６とワイヤ１７の狙い位置としてレーザアークハイブリッド溶接を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ・アーク複合溶接方法、及び突き合わせ溶接用金属板の開先に関し、特に、金属板の開先同士を突き合せた状態で当該金属板を溶接するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、銅やセラミックスあるいはフラックスで形成された裏当てを用いずに、アーク溶接により、板厚が５［mm］〜１６［mm］の金属板の開先同士を、片側から１パス１プールで裏波溶接することは困難である。また、裏当てを用いると、製品のコストの上昇を招いてしまう。
そこで、深溶込みの溶接が可能なレーザ光によるレーザ溶接と、アーク溶接とを組み合わせたハイブリッド溶接を行うことにより、板厚が５［mm］〜１６［mm］の金属板の開先同士を、片側から１パス１プールで裏波溶接することが考えられる。
【０００３】
しかしながら、例えば、波長が１［μm］程度の大出力（４［kW］以上の出力）の固体レーザを用いて前述したハイブリッド溶接を行うと、金属板の溶接部の裏側（レーザ光を照射する側と反対側）では、適切な溶接ビードが形成されず、玉状に溶融金属が垂れ落ちる現象が生じる。この現象は、次のような理由によって生じると考えられる。すなわち、溶接に伴ってキーホールから噴出する高温の金属蒸気（プルーム）が時間的に一定しないことでプルーム内の屈折率が変化する。これにより、レーザ光がプルーム内で不規則に屈折されるため、レーザ光が高速でゆらぎながら加工点に到達する。そうすると、スパッタが増え、溶融池が不要に振動する。このような溶融池の振動によって、前述したような玉状に溶接金属の垂れ落ちが発生すると考えられる。
そこで、金属板の開先を隙間ができるように突き合わせた状態にして、前述したハイブリッド溶接を行うと、前述したようにして玉状に溶接金属が垂れ落ちることが改善される。このような技術として、特許文献１に記載の技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２２３５４３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、前述した特許文献１に記載の技術では、金属板の開先の間に隙間を設けるための工程が必要になる。しかも、その工程では、金属板の位置決めを高精度に行わなければならない。そこで、金属板の開先同士を突き当てた後、突き当てた金属板の一方を引き戻して、金属板の開先の間に一定の隙間を確保することも考えられる。しかしながら、このようにするための装置が大掛かりなものになってしまう。この他、溶接速度を低速にすることによっても玉状に溶接金属が垂れ落ちることを改善することもできる。しかしながら、このようにすると、溶接を短時間で行うことができず、溶接能率の低下を免れない。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、金属板の開先同士を突き合せて当該金属板を溶接した際に、溶接部から玉状に溶融金属が垂れ落ちることを、大きな作業負荷をかけたり、大掛かりな装置を用いたり、長時間の溶接作業を行うことなく防止できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のレーザ・アーク複合溶接方法は、開先同士が突き合わさるように、１プールで溶接する部分の板厚が５［mm］以上１６［mm］以下の金属板を配置する配置工程と、前記金属板の溶接予定箇所に加工ガスを供給する加工ガス供給工程と、前記突き合わさった開先の長手方向に沿って、前記加工ガスが供給された溶接予定箇所と溶加材との間にアークを順次発生させて当該溶接予定箇所に対してアーク溶接を行うアーク発生工程と、前記突き合わさった開先の長手方向に沿って、前記加工ガスが供給された溶接予定箇所にレーザ光を照射して当該溶接予定箇所に対してレーザ溶接を行うレーザ照射工程と、を有し、前記突き合わさった開先の１プールで溶接が行われる領域の少なくとも何れか一方には、当該開先の長手方向全体に亘って、窪み部と突出部とがそれぞれ連続的に形成されており、前記突出部の板厚方向の長さの合計値は、２［mm］以上であり、前記１プールで溶接が行われる領域の板厚方向の長さに対する、前記窪み部の板厚方向の長さの割合は、０．６［−］以上であり、前記配置工程は、前記窪み部と前記突出部とが形成されている開先については、当該突出部の先端面のみが、突き合わせの相手となる開先と当接するように前記金属板を配置し、前記配置工程により配置されたときに前記窪み部により前記金属板の開先の間に形成される隙間の長さは、０．３［mm］以上、２．５［mm］以下であり、前記レーザ照射工程は、前記窪み部により前記金属板の開先の間に形成された隙間の中央の領域を含む面と、前記１プールで溶接が行われる領域の、前記レーザ光が照射される側の端部との交線上の位置を、前記レーザ光の狙い位置として、前記レーザ光を照射することを特徴とする。
本発明の突き合わせ溶接用金属板の開先は、前記レーザ・アーク複合溶接方法で溶接される金属板の開先であって、前記開先の長手方向全体に亘って、窪み部と突出部とがそれぞれ連続的に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、突き合わさった開先の少なくとも何れか一方に、当該開先の長手方向全体に亘って、窪み部と突出部とがそれぞれ連続的に形成されるようにし、窪み部と突出部とが形成されている開先については、当該突出部の先端面のみが、突き合わせの相手となる開先と当接するようにする。そして、窪み部により形成された開先の間の隙間の中央の領域を含む面と、突出部及び窪み部が形成されている領域の、レーザ光が照射される側の端部との交線上の位置を狙い位置としてレーザ光を照射する。したがって、金属板の開先同士を突き合わせるだけで、開先の間の隙間を容易に確保することができ、レーザ光が溶融する金属板の実効板厚を容易に小さくすることができる。よって、金属板の開先同士を突き合せて当該金属板を溶接した際に、溶接部から玉状に溶融金属が垂れ落ちることを、大きな作業負荷をかけたり、大掛かりな装置を用いたり、長時間の溶接作業を行うことなく防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態を示し、レーザ・アーク複合溶接装置の構成の第１の例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態を示し、ガスシールドアーク溶接トーチと、レーザ溶接トーチの第１の例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態を示し、ガスシールドアーク溶接トーチと、レーザ溶接トーチの第２の例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態を示し、ガスシールドアーク溶接トーチと、レーザ溶接トーチの第３の例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態を示し、レーザ・アーク複合溶接装置の構成の第２の例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態を示し、ガスシールドアーク溶接トーチと、レーザ溶接トーチの第４の例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態を示し、レーザ・アーク複合溶接装置の構成の第３の例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態を示し、ガスシールドアーク溶接トーチと、レーザ溶接トーチの第５の例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態を示し、金属板の開先の形状の第１の例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態を示し、金属板の開先の形状の第２の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態を示し、金属板の開先の形状の第３の例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態を示し、金属板の開先の形状の第４の例を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態を示し、金属板の開先の形状の第５の例を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態を示し、１パス１プールで１パスの溶接を行った場合の実施例と比較例（実施例１〜１２、比較例１〜８）の結果を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態を示し、１パス２プールで溶接を行った場合の実施例と比較例（実施例１３、１４、比較例９）の結果を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態を示し、１パス１プールで多パスの溶接を行った場合の実施例と比較例（実施例１５〜１８、比較例１０、１１）の結果を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態を示し、実施例１における開先の形状を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態を示し、比較例１、２における開先の形状を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態を示し、実施例２における開先の形状を示す図である。
【図２０】本発明の実施形態を示し、実施例３における開先の形状を示す図である。
【図２１】本発明の実施形態を示し、実施例４における開先の形状を示す図である。
【図２２】本発明の実施形態を示し、比較例４における開先の形状を示す図である。
【図２３】本発明の実施形態を示し、比較例５における開先の形状を示す図である。
【図２４】本発明の実施形態を示し、実施例５における開先の形状を示す図である。
【図２５】本発明の実施形態を示し、実施例６における開先の形状を示す図である。
【図２６】本発明の実施形態を示し、比較例６における開先の形状を示す図である。
【図２７】本発明の実施形態を示し、比較例７における開先の形状を示す図である。
【図２８】本発明の実施形態を示し、実施例７における開先の形状を示す図である。
【図２９】本発明の実施形態を示し、実施例８における開先の形状を示す図である。
【図３０】本発明の実施形態を示し、実施例９〜１２、比較例８における開先の形状を示す図である。
【図３１】本発明の実施形態を示し、実施例１３、１４、比較例９における開先の形状を示す図である。
【図３２】本発明の実施形態を示し、実施例１５における開先の形状を示す図である。
【図３３】本発明の実施形態を示し、比較例１０、１１における開先の形状を示す図である。
【図３４】本発明の実施形態を示し、実施例１６における開先の形状を示す図である。
【図３５】本発明の実施形態を示し、実施例１７における開先の形状を示す図である。
【図３６】本発明の実施形態を示し、実施例１８における開先の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。尚、各図において、同一の符号を付したものは同一の構成を有するので、必要に応じて重複する詳細な説明を省略する。
［溶接装置の構成］
（溶接装置の第１の例）
図１は、レーザ・アーク複合溶接装置の構成の第１の例を示す図である。本実施形態では、図１に示すように、金属板の開先同士を突き合わせて突合せ溶接を行う。このような溶接を行う場合としては、例えば、ＵＯ鋼管を造管する場合や、船舶等を製造する際の板継ぎ溶接を行う場合や、鋼管の突合せ溶接を行う場合がある。
【００１０】
図１において、レーザ・アーク複合溶接装置は、制御装置１１と、レーザ照射装置１２と、ワイヤ供給装置１３と、電源１４と、を有する。
制御装置１１は、レーザ・アーク複合溶接装置の全体の動作を制御するためのものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、及び各種のインターフェースを備えている。制御装置１１のＨＤＤには、後述するようにして金属板１５を溶接するための動作を規定したコンピュータプログラムが記憶されている。具体的に、このコンピュータプログラムは、ワイヤ供給装置１３のガスシールドアーク溶接トーチ２０を溶接進行方向に移動させながらワイヤ供給装置１３によりフィラーワイヤ１７及びシールドガスを供給する動作と、レーザ照射装置１２のレーザ溶接トーチ１１９を溶接進行方向に移動させながらレーザ照射装置１２によりレーザ光１６及びシールドガス（加工ガス）を供給する動作と、電源１４によりフィラーワイヤ１７と金属板１５との間に、アークを発生させるための電力を供給する動作とのそれぞれの動作タイミングと動作内容とが規定されている。本実施形態では、ＣＰＵが、このコンピュータプログラムを実行することにより、レーザ照射装置１２と、ワイヤ供給装置１３と、電源１４の動作が制御される。
図１に示すように、レーザ・アーク複合溶接装置の第１の例では、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９を後行させるようにしている。
【００１１】
レーザ照射装置１２は、レーザ溶接トーチ１９を有し、レーザ溶接トーチ１９を溶接進行方向に沿って所定の速度で移動させながら、金属板１５の溶接予定箇所に対してレーザ光１６を照射する。ＹＡＧレーザやファイバレーザのような固体レーザをレーザ照射装置１２として用いることができる。ただし、必ずしも固体レーザを用いる必要はなく、ＣＯ2レーザ等を用いるようにしてもよい。また、レーザ照射装置１２は、レーザ溶接トーチ１９から、金属板１５の溶接予定箇所に対して、レーザ光１６と同軸方向にシールドガス（加工ガス）を吹き付ける。溶接速度の低下を抑制するためである。尚、レーザ溶接トーチ１９の詳細については後述する（((トーチの例))の説明を参照）。また、シールドガス（加工ガス）としては、ＡｒやＨｅのような不活性ガスや、ＣＯ2、Ａｒ−２０％ＣＯ2（ＭＡＧガス）、Ａｒ−２％Ｏ2（ＭＩＧガス）などのガスシールアーク溶接用のシールドガスを用いる。レーザ溶接トーチ１９からガスシールドアーク溶接用のシールドガスを供給する場合、ガスシールドアーク溶接トーチ２０からのシールドガスの供給を省略することもできる。
【００１２】
ワイヤ供給装置１３は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を溶接進行方向に沿って所定の速度で移動させながら、金属板１５の溶接予定箇所に対して、溶加材としてフィラーワイヤ１７を送給する。ワイヤ供給装置１３は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０の先端よりも、予め決められた長さのフィラーワイヤ１７が突出されるように、フィラーワイヤ１７を所定の速度で送給する。また、ワイヤ供給装置１３は、溶接進行方向において後行するレーザ溶接トーチ１９と一定の間隔を保った状態で、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を溶接進行方向に所定の速度で移動させる。
【００１３】
また、ワイヤ供給装置１３は、溶接予定箇所にシールドガス（加工ガス）を吹き付ける。溶接予定箇所に窒素が入るのを防止し、アークの発生を容易にするためである。尚、実際には、フィラーワイヤ１７の先端側と金属板１５との間には、アークが発生するが、図面では、説明を分かり易くするため、アークの図示を省略している。
電源１４は、フィラーワイヤ１７と金属板１５との間に、所定の直流又は交流電力を供給する。この電力は、フィラーワイヤ１７と金属板１５との間にアークを発生させるために必要な大きさを有する。
【００１４】
((トーチの第１の例))
図２は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ溶接トーチ１９の第１の例を示す図である。具体的に図２は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ溶接トーチ１９とを、その横方向から見た図である。
図２に示すように、レーザ溶接トーチ１９ａの内部には集光レンズ２１が配置され、レーザ照射装置１２から発振されたレーザ光１６は、金属板１５の表面が概略焦点位置となるように、集光レンズ２１により集光され、金属板１５の表面に照射される。金属板１５の表面とレーザ光１６の焦点位置との違いは、レーザ光１６の焦点距離の５［％］以内であることが望ましい。金属板１５の表面とレーザ光１６の焦点位置とが、レーザ光１６の焦点距離の５［％］以上離れると、著しく溶接能力が減殺されるからである。
【００１５】
また、レーザ溶接トーチ１９ａには、圧縮空気（エア）２２が流入する。この圧縮空気（エア）２２は、エアナイフと称されるものである。エアナイフ２２は、溶接部から飛散するスパッタ粒子やヒュームが集光レンズ２１等の集光光学系に付着するのを防止するためのものであり、集光レンズ２１等の集光光学系の前を横切るように噴出される。
また、レーザ溶接トーチ１９ａの先端側には、レーザ光１６と同軸のセンターシールドノズル２３が設けられている。このセンターシールドノズル２３は、供給されたシールドガス２４を、レーザ光の光軸に沿って吹き付けるためのものである。このセンターシールドノズル２３を設けることにより、プルームが高くなるのを抑制し、溶接速度を向上させることができる。
図２に示す第１の例では、以下の（１）〜（４）の条件の全てを満たすように、レーザ溶接トーチ１９ａと、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を所定の速度で溶接進行方向に移動させるようにする。
（１）レーザ光１６（の光軸）及びフィラーワイヤ１７（の軸）が、溶接進行方向に対して可及的に左右にずれないように、レーザ溶接トーチ１９ａと、ガスシールドアーク溶接トーチ２０の姿勢を保つ。
（２）ガスシールドアーク溶接トーチ２０の軸（フィラーワイヤ１７の軸）が所定の後退角αA（αA＞０［°］）を、レーザ溶接トーチ１９ａの軸（レーザ光１６の光軸）が所定の前進角αL（ここではαL＝０［°］）を、それぞれ保つようにレーザ溶接トーチ１９ａと、ガスシールドアーク溶接トーチ２０の姿勢を保つ。
（３）フィラーワイヤ１７の狙い位置とレーザ光１６の狙い位置との間の距離であるレーザ・アーク間距離ＤＭを一定に保つ。
（４）レーザ溶接トーチ１９ａの先端面と金属板１５の表面との間の距離であるスタンドオフＳＦを一定に保つ。
ここで、ガスシールドアーク溶接トーチ２０（フィラーワイヤ１７）の後退角αAを、例えば３０［°］にすることができる。また、レーザ・アーク間距離ＤＭを、例えば３［mm］にすることができる。また、スタンドオフＳＦを、例えば２０［mm］にすることができる。
【００１６】
以上のようにしてレーザ・アーク複合溶接装置を構成し、ハイブリッド溶接を行うことにより、開先が突き合わさった金属板１５の突合せ部分１８に溶接ビード１５ａが形成される（図１を参照）。本実施形態では、溶接に際し、ビームホール（又はキーホール）を有する溶融池が金属板１５に形成されて裏波溶接（レーザ溶接）ができるように、所定のパワー密度［W／mm2］を有するレーザ光１６を、所定の速度で溶接進行方向に移動させる。また、本実施形態では、突き合わさった金属板１５の開先の間に生じる隙間をフィラーワイヤ１７で埋めきれるように、所定の大きさの電流を、フィラーワイヤ１７と金属板１５との間に流しながら、フィラーワイヤ１７を、所定の速度で溶接進行方向に移動させる。尚、突き合わさった金属板１５の開先の間に生じる隙間の詳細については後述する（［開先の構成］の説明を参照）。
((トーチの第２の例))
図３は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ溶接トーチ１９の第２の例を示す図である。具体的に図３は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ溶接トーチ１９とを、その横方向から見た図である。
図２に示した例では、レーザ溶接トーチ１９ａの軸（レーザ光１６の光軸）がとる前進角αLを０［°］とした。しかしながら、この前進角αLは、図３に示す例のように０［°］でなくてもよい。この前進角αLは、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ光１６との干渉が避けられる範囲で、出来るだけ小さい値が（０［°］に近いのが）好ましく、例えば、５［°］にすることができる。
【００１７】
((トーチの第３の例))
図４は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ溶接トーチ１９の第３の例を示す図である。具体的に図４は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ溶接トーチ１９とを、その横方向から見た図である。
図２に示した例では、レーザ溶接トーチ１９ａの先端側に、センターシールドノズル２３を設けるようにした。しかしながら、図４に示すように、必ずしもセンターシールドノズル２３をレーザ溶接トーチ１９ｂに設ける必要はない。ただし、このようにした場合には、センターシールドノズル２３を設けたときに比べ、溶接速度を遅くする必要がある。尚、図４に示したレーザ溶接トーチ１９ｂについても、図３に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ光１６との干渉が避けられる範囲で、任意の前進角αLをとることができる。
【００１８】
（溶接装置の第２の例）
図５は、レーザ・アーク複合溶接装置の構成の第２の例を示す図である。図５において、レーザ・アーク複合溶接装置は、制御装置１１と、レーザ照射装置１２と、ワイヤ供給装置１３ａ、１３ｂと、電源１４と、を有する。
図１〜図４に示したレーザ・アーク複合溶接装置の第１の例では、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９を後行させるようにした。これに対し、レーザ・アーク複合溶接装置の第２の例では、レーザ溶接トーチ１９の後に、ガスシールドアーク溶接トーチ５０を更に後行させるようにする。すなわち、ワイヤ供給装置１３ａは、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を溶接進行方向に所定の速度で移動させる。また、レーザ照射装置１２は、溶接進行方向において先行するガスシールドアーク溶接トーチ２０と一定の間隔を保った状態で、レーザ溶接トーチ１９を溶接進行方向に所定の速度で移動させる。さらに、ワイヤ供給装置１３ｂは、溶接進行方向において先行するレーザ溶接トーチ１９と一定の間隔を保った状態で、ガスシールドアーク溶接トーチ５０を溶接進行方向に所定の速度で移動させる。ガスシールドアーク溶接トーチ２０、５０としては、同じものを使用することができる。
【００１９】
((トーチの第４の例))
図６は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０、５０と、レーザ溶接トーチ１９の第４の例を示す図である。具体的に図６は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０、５０と、レーザ溶接トーチ１９とを、その横方向から見た図である。
図６に示す例では、図２に示す例と同様に、レーザ溶接トーチ１９ａの軸（レーザ光１６の光軸）が前進角αLとして０［°］を保つようにすると共に、ガスシールドアーク溶接トーチ２０の軸（フィラーワイヤ１７ａの軸）が所定の後退角αA（αA＞０［°］）を保つようにする。また、フィラーワイヤ１７ａの狙い位置とレーザ光１６の狙い位置との間の距離であるレーザ・アーク間距離ＤＭを一定に保つようにする
さらに、図６に示す例では、ガスシールドアーク溶接トーチ５０の軸（フィラーワイヤ１７ｂの軸）が所定の前進角αB（αB＞０［°］）を保ち、且つ、レーザ光１６の狙い位置とフィラーワイヤ１７ｂの狙い位置との間の距離であるレーザ・アーク間距離ＤＮを一定に保つようにして、レーザ溶接トーチ１９ａに対してガスシールドアーク溶接トーチ５０を後行させる。
【００２０】
ここで、ガスシールドアーク溶接トーチ５０（フィラーワイヤ１７ｂ）の前進角αBを、例えば１５［°］にすることができる。また、レーザ・アーク間距離ＤＮとして、レーザ光１６によるレーザ溶接とフィラーワイヤ１７ａによるアーク溶接とに基づく（ハイブリッド溶接に基づく）溶融池と、フィラーワイヤ１７ｂによるアーク溶接に基づく溶融池とが１つにならないようにすることができる距離を確保する。レーザ・アーク間距離ＤＮを、例えば１０［mm］にすることができる。このように図６に示す例では、２プールでの溶接を行う。また、レーザ光１６（の光軸）及びフィラーワイヤ１７ａ、１７ｂ（の軸）が、溶接進行方向に対して可及的に左右にずれないように、レーザ溶接トーチ１９ａと、ガスシールドアーク溶接トーチ２０の姿勢を保つ。
尚、図６に示したレーザ溶接トーチ１９ａの後退角αLを、図３に示すように、０［°］以外の値にしてもよいし、また、レーザ溶接トーチ１９ａの代わりに、図４に示したレーザ溶接トーチ１９ｂを用いてもよい。
【００２１】
（溶接装置の第３の例）
図７は、レーザ・アーク複合溶接装置の構成の第３の例を示す図である。図７において、レーザ・アーク複合溶接装置は、制御装置１１と、レーザ照射装置１２と、ワイヤ供給装置１３と、電源１４と、を有する。
図１〜図４に示したレーザ・アーク複合溶接装置の第１の例では、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９を後行させるようにした。これに対し、レーザ・アーク複合溶接装置の第３の例では、レーザ溶接トーチ１９を先行させ、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を後行させるようにする。すなわち、レーザ照射装置１２は、レーザ溶接トーチ１９を溶接進行方向に所定の速度で移動させる。また、ワイヤ供給装置１３のワイヤ送給装置は、溶接進行方向において先行するレーザ溶接トーチ１９と一定の間隔を保った状態で、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を溶接進行方向に所定の速度で移動させる。
【００２２】
((トーチの第５の例))
図８は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ溶接トーチ１９の第５の例を示す図である。具体的に図８は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ溶接トーチ１９とを、その横方向から見た図である。
図８に示す例では、レーザ溶接トーチ１９の軸（レーザ光１６の光軸）が後退角αLとして０［°］を保つようにすると共に、ガスシールドアーク溶接トーチ２０の軸（フィラーワイヤ１７ａの軸）が所定の前進角αA（αA＞０［°］）を保つようにする。また、溶接予定箇所における「フィラーワイヤ１７ａとレーザ光１６」の間の距離であるレーザ・アーク間距離ＤＭを一定に保つようにする。ただし、図８に示す例では、ろう付け進行方向において、レーザ溶接トーチ１９が先行し、ガスシールドアーク溶接トーチ２０が後行する。その他の条件は、図２に示した例と同じである。
【００２３】
尚、図８に示したレーザ溶接トーチ１９の前進角αBを、０［°］以外の値にしてもよいし、また、レーザ溶接トーチ１９ａの代わりに、図４に示したレーザ溶接トーチ１９ｂを用いてもよい。さらに、ガスシールドアーク溶接トーチ２０に対して図６に示したガスシールドアーク溶接トーチ５０を更に後行させるようにしてもよい。このようにした場合には、レーザ・アーク間距離ＤＮの代わりに、ガスシールドアーク溶接トーチ２０によるフィラーワイヤ１７ａの狙い位置と、ガスシールドアーク溶接トーチ５０によるフィラーワイヤ１７ｂの狙い位置との距離であるアーク・アーク間距離ＤＳが規定される。
【００２４】
［開先の構成］
以下に、前述したレーザ・アーク複合溶接装置により溶接を行う開先の構成例を示す。
（開先の第１の例）
図９は、金属板１５の開先の形状の第１の例を示す図である。具体的に図９（ａ）は、金属板１５の開先同士が突き合わさった領域を、図１、図５、図７に示すＡの方向から見た図である。また、図９（ｂ）は、突き合わさった金属板１５の開先に対するレーザ光１６の狙い位置の一例を示す図である。また、図９（ｃ）は、溶接ビード断面の一例を模式的に示す図である。
【００２５】
図９（ａ）に示す例では、金属板１５の開先形状がＩ開先を基本とする形状であり、このＩ開先の中央の部分（通常のＩ開先における突き合わせ面）に、窪み部と突出部とを形成するようにしている。具体的に、突き合わさる一方の開先には、通常のＩ開先における突き合わせ面の中央の領域が窪み、且つ、その中央の領域の上側の領域と下側の領域とが突出するように、窪み部９１と突出部９２ａ、９２ｂとが、それぞれ開先の長手方向（図９（ｂ）のＣの方向（板幅方向））に沿って連続的に形成されている。ここで、突出部９２ａ、９２ｂの先端面と、窪み部９１の底面は、それぞれ板厚方向に沿って平坦な面である。また、開先が突き合わさった金属板１５の他方の開先には、このような突出部９１と窪み部９２とが形成されず、開先は板厚方向に沿って平坦な平面となっている（すなわち、通常のＩ開先と同じである）。
【００２６】
突出部９２ａ、９２ｂの板厚方向の長さの合計値（＝Ｄ１＋Ｄ２）が、２［mm］以上となるようにする。この合計値（＝Ｄ１＋Ｄ２）を２［mm］未満にすると、窪み部９１と突出部９２ａ、９２ｂとを形成するための加工が困難になると共に、突き合わせの相手となる金属板１５と突き合わさったときに突出部９２が大きく変形しまい（潰れてしまい）、突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ４（窪み部９１の深さ）を確保するのが困難になるからである。また、ハイブリッド溶接により１パス１プールで溶接する部分の板厚方向の長さ（ここでは金属板１５の板厚Ｄ５）に対する、窪み部９１の板厚方向の長さＤ３の割合（＝（Ｄ３／Ｄ５））を０．６［−］以上とする。この値が０．６未満であると、窪み部９１を設けた効果を発揮することができないからである。
【００２７】
また、突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ４（窪み部９１の深さ）が、０．３［mm］以上、２．５［mm］以下、好ましくは、０．５［mm］以上、２．０［mm］以下となるようにする。突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ４（窪み部９１の深さ）が０．５［mm］未満であると、玉状に溶融金属が垂れ落ち、適切な溶接ビードを形成することができなくなる虞があり、さらに、突き合わさった開先の間の隙間（窪み部９１の深さ）Ｄ４が０．３［mm］未満になると、その傾向が一層顕著になるからである。一方、突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ４（窪み部９１の深さ）が１．５［mm］を超えると、後述するレーザ光１６の狙い位置９６がずれたときに開先の側面を完全に溶融できなくなる虞があり、突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ４（窪み部９１の深さ）が２．０［mm］を超えると、その傾向が一層顕著になるからである。
【００２８】
また、ハイブリッド溶接により１パス１プールで溶接する部分の板厚方向の長さ（ここでは金属板１５の板厚Ｄ５）は、５［mm］以上、１６［mm］以下とする。ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分の板厚方向の長さ（金属板１５の板厚Ｄ５）が５［mm］未満であると、開先の加工のためのコストが上がってしまうことに加え、図９に示すような窪み部９１や突出部９２ａ、９２ｂを形成しなくても、溶融金属が垂れ落ちず、適切な溶接ビードを形成できることが多いからである。一方、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分の板厚方向の長さ（金属板１５の板厚Ｄ５）が１６［mm］を超えると、溶接により形成される溶融金属の量が多くなることによりその自重で玉状に溶融金属が垂れ落ちる虞があるからである。
【００２９】
図９に示す例では、以上のような形状の金属板１５の開先同士（一方の開先の突出部９２ａ、９２ｂの先端面と他方の開先の面）が、隙間ができないように突き合わさった状態にした上で、レーザ・アーク複合溶接装置により１パス１プールで溶接を行うようにする。
このとき、図９（ｂ）に示すように、窪み部９１により形成された開先の間の隙間の中央の領域を含む面９５と、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する（突出部９２及び窪み部９１が形成されている）領域の、レーザ光１６が照射される側の端部との交線９６上の位置を、レーザ光１６の狙い位置とする。すなわち、レーザ光１６の光軸が、この狙い位置に合うようにレーザ光１６を照射する。以上のように図９に示す例では、溶接進行方向は交線９６の方向であり、溶接予定箇所には交線９６が含まれることになる。尚、このように狙い位置９６を定めてレーザ光１６を照射しても、金属板１５の板面方向（図９（ｂ）のＢの方向）にレーザ光１６の光軸がずれることがある。本実施形態では、この狙い位置を中心として±１．０［mm］までのずれを許容するものとする。レーザ光１６の光軸がこれよりもずれると、窪み部９１によってレーザ光１６が溶融させる金属板１５の実効板厚を小さくする効果が薄れてしまうからである。
【００３０】
ここで、レーザ光１６のビーム径（集光径）は、０．２［mm］以上、１．０［mm］以下、好ましくは、０．４［mm］以上、１．０［mm］以下となるようにする。レーザ光１６のビーム径が０．４［mm］未満になると、窪み部７１により形成された隙間を有する開先面を溶融することができなくなる虞があり、さらに、レーザ光１６のビーム径が０．２［mm］未満になると、この傾向が顕著になるからである。一方、レーザ光１６のビーム径が１．０［mm］を超えると、金属板１５を溶接するのに必要なパワー密度が確保できなくなる虞があるからである。ところで、レーザ・アーク複合溶接のように、アークにより十分な溶融金属が供給される場合、突き合わされた開先の間の隙間がビーム径に比較して大きくても、ビームホール周囲の溶融金属の流れにより、開先面を溶融させることが可能である。
また、図９に示す例では、フィラーワイヤ１７（アーク）の狙い位置も、図９（ｂ）に示す交線９６上の位置としている。ただし、フィラーワイヤ１７（アーク）の狙い位置は、必ずしもレーザ光１６の狙い位置と同じにする必要はない。
以上のように、狙い位置を交線９６として、前述したレーザ・アーク複合溶接装置により１パスで溶接を行うと、図９（ｃ）に示すような溶接ビード７７が形成される。
【００３１】
（開先の第２の例）
図１０は、金属板１５の開先の形状の第２の例を示す図である。具体的に図１０（ａ）は、金属板１５の開先同士が突き合わさった領域を、図１、図５、図７に示すＡの方向から見た図である。また、図１０（ｂ）は、突き合わさった金属板１５の開先に対するレーザ光１６の狙い位置の一例を示す図である。また、図１０（ｃ）は、溶接ビードの一例を模式的に示す図である。
【００３２】
図１０に示す開先は、金属板１５の開先形状がＸ開先を基本とする形状であり、このＸ開先の中央の部分（通常のＸ開先における突き合わせ面）に、窪み部と突出部とを形成するようにしている。図１０に示す例では、突き合わさる双方の開先に窪み部１０２、１０３と突出部１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂとを形成する。すなわち、通常のＸ開先における突き合わせ面の中央の領域が窪み、且つ、その上側の領域と下側の領域とが突出するように、窪み部１０２、１０３と突出部１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂとが、それぞれ開先の長手方向（図１０（ｂ）のＣ方向）に沿って連続的に形成されるようにする。ここで、突出部１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂの先端面と、窪み部１０２、１０３の底面は、それぞれ板厚方向に沿って平坦な面である。尚、Ｘ開先における突き合わせ面の上下の領域は、通常のＸ開先と同様に、板厚方向に対し傾斜角θ［°］で傾斜している。この傾斜角θ［°］は、例えば４０［°］である。
【００３３】
突出部１０４ａ、１０４ｂ（１０５ａ、１０５ｂ）の板厚方向の長さの合計値（＝Ｄ１１＋Ｄ１２）が、２［mm］以上となるようにする。また、ハイブリッド溶接により１パスで溶接する部分（金属板１５の突き合わせ面）の板厚方向の長さＤ１４に対する、窪み部１０２、１０３の板厚方向の長さＤ１３の割合（＝（Ｄ１３／Ｄ１４））を０．６［−］以上とする。
また、突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ１８（窪み部１０２、１０３の深さの合計）が、０．３［mm］以上、２．５［mm］以下、好ましくは、０．５［mm］以上、２．０［mm］以下となるようにする。
また、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分（金属板１５の突き合わせ面）の板厚方向の長さＤ１４は、５［mm］以上、１６［mm］以下とする。
以上のようにする理由は、前述した第１の例で説明した通りである。尚、第２の例では、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分の板厚方向の長さが１６［mm］以下であれば、金属板１５の板厚Ｄ１５は、１６［mm］を超えてもよい。
【００３４】
図１０に示す例では、以上のような形状の金属板１５の開先同士（一方の開先の突出部１０４ａ、１０４ｂの先端面と他方の開先の突出部１０５ａ、１０５ｂの先端面）が、隙間ができないように突き合わさった状態にした上で、レーザ・アーク複合溶接装置により溶接を行うようにする。
このとき、第２の例でも、第１の例と同様に、窪み部１０２、１０３により形成された開先の間の隙間の中央の領域を含む面１０６と、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する（突出部１０４、１０５及び窪み部１０２、１０３が形成されている）領域の、レーザ光１６が照射される側の端部との交線１０７上の位置を、レーザ光１６の狙い位置とする。また、第１の例と同様に、この狙い位置を中心として±１．０［mm］までのずれを許容するものとする。また、第１の例と同様に、レーザ光１６のビーム径（集光径）は、０．２［mm］以上、１．０［mm］以下、好ましくは、０．４［mm］以上、１．０［mm］以下となるようにする。
【００３５】
以上のように狙い位置を交線１０７として、前述したレーザ・アーク複合溶接装置により１パス１プールでハイブリッド溶接を行うと、図１０（ｃ）に示すような溶接ビード１０８ａが形成される。その後、開先の上下の部分をそれぞれ１パスで仕上げ溶接すると溶接ビード１０８ｂ、１０８ｃがそれぞれ形成される。以上のように、第２の例でも、第１の例と同様に、金属板１５の開先のうち、１プールで溶接される領域に対し、前述した条件を満たす突出部１０４、１０５と窪み部１０２、１０３を形成するようにする。
【００３６】
（開先の第３の例）
図１１は、金属板１５の開先の形状の第３の例を示す図である。具体的に図１１（ａ）は、金属板１５の開先同士が突き合わさった領域を、図１、図５、図７に示すＡの方向から見た図である。また、図１１（ｂ）は、突き合わさった金属板１５の開先に対するレーザ光１６の狙い位置の一例を示す図である。また、図１１（ｃ）は、溶接ビードの一例を模式的に示す図である。
【００３７】
図１１に示す開先は、金属板１５の開先形状がＹ開先を基本とする形状であり、このＹ開先の中央の部分（通常のＹ開先における突き合わせ面）に、窪み部と突出部とを形成するようにしている。図１１に示す例では、突き合わさる双方の開先に窪み部１１２、１１３と突出部１１４、１１５とを形成する。すなわち、通常のＹ開先における突き合わせ面の上側の領域が窪み、且つ、その下側の領域が突出するように、窪み部１１２、１１３と突出部１１４、１１５とが、それぞれ開先の長手方向（図１１（ｂ）のＣ方向）に沿って連続的に形成されるようにする。ここで、突出部１１４、１１５の先端面と、窪み部１１２、１１３の底面は、それぞれ板厚方向に沿って平坦な面である。尚、Ｙ開先における突き合わせ面の上の領域は、通常のＹ開先と同様に、板厚方向に対し傾斜角θ１［°］で傾斜している。この傾斜角θ１［°］の合計値θ（θ１＋θ１）［°］は、例えば４５［°］である。
【００３８】
突出部１１４（１１５）の板厚方向の長さの合計値（＝Ｄ２１）が、２［mm］以上となるようにする。また、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分（金属板１５の突き合わせ面）の板厚方向の長さＤ２４に対する、窪み部１１２、１１３の板厚方向の長さＤ２３の割合（＝（Ｄ２３／Ｄ２４））を０．６［−］以上とする。
また、突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ２８（窪み部１１２、１１３の深さの合計）が、０．３［mm］以上、２．５［mm］以下、好ましくは、０．５［mm］以上、２．０［mm］以下となるようにする。
また、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分（金属板１５の突き合わせ面）の板厚方向の長さＤ２４は、５［mm］以上、１６［mm］以下とする。
以上のようにする理由は、前述した第１の例で説明した通りである。尚、第３の例では、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分の板厚方向の長さが１６［mm］以下であれば、金属板１５の板厚Ｄ２５は、１６［mm］を超えてもよい。
【００３９】
図１１に示す例では、以上のような形状の金属板１５の開先同士（一方の開先の突出部１１４の先端面と他方の開先の突出部１１５の先端面）が、隙間ができないように突き合わさった状態にした上で、レーザ・アーク複合溶接装置により溶接を行うようにする。
このとき、第３の例でも、第１の例と同様に、窪み部１１２、１１３により形成された開先の間の隙間の中央の領域を含む面１１６と、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する領域（突出部１１４、１１５及び窪み部１１２、１１３が形成されている領域）の、レーザ光１６が照射される側の端部との交線１１７上の位置を、レーザ光１６の狙い位置とする。また、第１の例と同様に、この狙い位置を中心として±１．０［mm］までのずれを許容するものとする。また、第１の例と同様に、レーザ光１６のビーム径（集光径）は、０．２［mm］以上、１．０［mm］以下、好ましくは、０．４［mm］以上、１．０［mm］以下となるようにする。
【００４０】
以上のように狙い位置を交線１１７として、前述したレーザ・アーク複合溶接装置により１プールで溶接を行うと、図１１（ｃ）に示すような溶接ビード１１８ａが形成される。その後、開先の上の部分を１パスで仕上げ溶接すると溶接ビード１１８ｂが形成される。以上のように、第３の例でも、第１、第２の例と同様に、金属板１５の開先のうち、１プールで溶接される領域に対し、前述した条件を満たす突出部１１４、１１５と窪み部１１２、１１３を形成するようにする。
【００４１】
（開先の第４の例）
図１２は、金属板１５の開先の形状の第４の例を示す図である。具体的に図１２（ａ）は、金属板１５の開先同士が突き合わさった領域を、図１、図５、図７に示すＡの方向から見た図である。また、図１２（ｂ）は、突き合わさった金属板１５の開先に対するレーザ光１６の狙い位置の一例を示す図である。また、図１２（ｃ）は、溶接ビードの一例を模式的に示す図である。
【００４２】
図１２に示す開先は、金属板１５の開先形状がＩ開先を基本とする形状であり、このＩ開先（通常のＩ開先における突き合わせ面）に、窪み部と突出部とを形成するようにしている。図１２に示す例では、突き合わさる双方の開先に窪み部１２２、１２３と突出部１２４、１２５とを形成する。すなわち、通常のＩ開先における突き合わせ面の上側の領域が突出し、且つ、その下側の領域が窪むように、窪み部１２２、１２３と突出部１２４、１２５とが、それぞれ開先の長手方向（図１２（ｂ）のＣ方向）に沿って連続的に形成されるようにする。ここで、突出部１２４、１２５の先端面と、窪み部１２２、１２３の底面は、それぞれ板厚方向に沿って平坦な面である。
【００４３】
突出部１２４（１２５）の板厚方向の長さの合計値（＝Ｄ３１）が、２［mm］以上となるようにする。また、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分の板厚方向の長さ（金属板１５の板厚Ｄ３５）に対する、窪み部１２２、１２３の板厚方向の長さＤ２３の割合（＝（Ｄ３３／Ｄ３５））を０．６［−］以上とする。
また、突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ３８（窪み部１２２、１２３の深さの合計）が、０．３［mm］以上、２．５［mm］以下、好ましくは、０．５［mm］以上、２．０［mm］以下となるようにする。
また、金属板１５の板厚Ｄ３５は、５［mm］以上、１６［mm］以下とする。
以上のようにする理由は、前述した第１の例で説明した通りである。
【００４４】
第４の例では、以上のような形状の金属板１５の開先同士（一方の開先の突出部１２４の先端面と他方の開先の突出部１２５の先端面）が、隙間ができないように突き合わさった状態にした上で、レーザ・アーク複合溶接装置によりハイブリッド溶接を行うようにする。
このとき、第４の例でも、第１の例と同様に、窪み部１２２、１２３により形成された開先の間の隙間の中央の領域を含む面１２６と、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する領域（突出部１２４、１２５及び窪み部１２２、１２３が形成されている領域）の、レーザ光１６が照射される側の端部との交線１２７上の位置を、レーザ光１６の狙い位置とする。また、第１の例と同様に、この狙い位置を中心として±１．０［mm］までのずれを許容するものとする。また、第１の例と同様に、レーザ光１６のビーム径（集光径）は、０．２［mm］以上、１．０［mm］以下、好ましくは、０．４［mm］以上、１．０［mm］以下となるようにする。
【００４５】
以上のように狙い位置を交線１２７として、前述したレーザ・アーク複合溶接装置により１パス１プールで溶接を行うと、図１２（ｃ）に示すような溶接ビード１２８が形成される。以上のように、第４の例でも、第１〜第３の例と同様に、金属板１５の開先のうち、１プールで溶接される領域に対し、前述した条件を満たす突出部１２４、１２５と窪み部１２２、１２３を形成するようにする。
【００４６】
（開先の第５の例）
図１３は、金属板１５の開先の形状の第５の例を示す図である。具体的に図１３（ａ）は、金属板１５の開先同士が突き合わさった領域を、図１、図５、図７に示すＡの方向から見た図である。また、図１３（ｂ）は、突き合わさった金属板１５の開先に対するレーザ光１６の狙い位置の一例を示す図である。また、図１３（ｃ）は、溶接ビードの一例を模式的に示す図である。
【００４７】
図１３に示す開先は、金属板１５の開先形状がＩ開先を基本とする形状であり、このＩ開先（通常のＩ開先における突き合わせ面）に、窪み部と突出部とを形成するようにしている。図１３に示す例では、突き合わさる双方の開先に窪み部１３２、１３３と突出部１３４、１３５とを形成する。すなわち、通常のＩ開先における突き合わせ面の下側の領域が突出し、且つ、その上側の領域が窪むように、窪み部１３２、１３３と突出部１３４、１３５とが、それぞれ開先の長手方向（図１３（ｂ）のＣ方向）に沿って連続的に形成されるようにする。ここで、突出部１３４、１３５の先端面と、窪み部１３２、１３３の底面は、それぞれ板厚方向に沿って平坦な面である。
【００４８】
突出部１３４（１３５）の板厚方向の長さの合計値（＝Ｄ４１）が、２［mm］以上となるようにする。また、ハイブリッド溶接により１パスで溶接する部分の板厚方向の長さ（ここでは金属板１５の板厚Ｄ４５）に対する、窪み部１３２、１３３の板厚方向の長さＤ４３の割合（＝（Ｄ４３／Ｄ４５））を０．６［−］以上とする。
また、突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ４８（窪み部１３２、１３３の深さの合計）が、０．３［mm］以上、２．５［mm］以下、好ましくは、０．５［mm］以上、２．０［mm］以下となるようにする。
また、金属板１５の板厚Ｄ４５は、５［mm］以上、１６［mm］以下とする。
以上のようにする理由は、前述した第１の例で説明した通りである。
【００４９】
第５の例では、以上のような形状の金属板１５の開先同士（一方の開先の突出部１３４の先端面と他方の開先の突出部１３５の先端面）が、隙間ができないように突き合わさった状態にした上で、レーザ・アーク複合溶接装置によりハイブリッド溶接を行うようにする。
このとき、第５の例でも、第１の例と同様に、窪み部１３２、１２３により形成された開先の間の隙間の中央の領域を含む面１３６と、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する領域（突出部１３４、１３５及び窪み部１３２、１３３が形成されている領域）の、レーザ光１６が照射される側の端部との交線１３７上の位置を、レーザ光１６の狙い位置とする。また、第１の例と同様に、この狙い位置を中心として±１．０［mm］までのずれを許容するものとする。また、第１の例と同様に、レーザ光１６のビーム径（集光径）は、０．２［mm］以上、１．０［mm］以下、好ましくは、０．４［mm］以上、１．０［mm］以下となるようにする。
【００５０】
以上のように狙い位置を交線１３７として、前述したレーザ・アーク複合溶接装置により１プールで溶接を行うと、図１３（ｃ）に示すような溶接ビード１３８が形成される。以上のように、第５の例でも、第１〜第４の例と同様に、金属板１５の開先のうち、１プールで溶接される領域に対し、前述した条件を満たす突出部１３４、１３５と窪み部１３２、１３３を形成するようにする。
【００５１】
尚、金属板１５の開先の形状は、第１〜第５の例に示したものに限定されない。すなわち、突き合わさった開先の少なくとも何れか一方に、当該開先の長手方向全体に亘って、窪み部及び突出部がそれぞれ連続的に形成されるようにすると共に、当該窪み部及び突出部が形成されている開先については、当該突出部の先端面のみが、突き合わせの相手となる開先と当接する（隙間が０となる）ようにしていれば、金属板の開先の形状は、第１〜第５の例に示したものに限定されない（後述する図２８、図２９、図３１（ｂ）、図３４〜図３６等を参照）。
【００５２】
［実施例］
次に、本発明の実施例について説明する。
図１４は、１パス１プールで１パスの溶接を行った場合の実施例と比較例（実施例１〜１２、比較例１〜８）の結果を示す図であり、図１５は、１パス２プールで１パスの溶接を行った場合の実施例と比較例（実施例１３、１４、比較例９）の結果を示す図であり、図１６は、１パス１プールで多パスの溶接を行った場合の実施例と比較例（実施例１５〜１８、比較例１０、１１）の結果を示す図である。各実施例及び比較例では、以下の条件で試験を行った。これ以外の条件は、図１４〜図１６に示すと共に各例の説明で示す。
【００５３】
・金属板；ＳＭ４９０（JIS G 3106）
・アーク溶接；ＭＡＧ溶接
・ＭＡＧ条件；
・シールドガス；Ａｒ−２０［体積％］ＣＯ2（流速；１５［Ｌ／ｍｉｎ］）
・ワイヤ；ＹＧＷ−１１（φ１．２［ｍｍ］）
・突き出し；１５［ｍｍ］
・レーザ条件
・ファイバレーザ
・焦点位置；鋼板面表面
・同軸センターシールド；Ａｒ（流速；５０［Ｌ／ｍｉｎ］）
・レーザ光の照射角度；鋼板表面に対し垂直（前進角・後進角αL＝０［°］）
・スタンドオフ；２０［ｍｍ］
【００５４】
図１４〜図１６において、「ハイブリッド条件」とは、レーザ溶接トーチ１９、ガスシールドアーク溶接トーチ２０、５０の配置を示すものである。「ＡＬ」と表記されているものは、図２に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９ａを後行させることを示す。「ＬＡ」と表記されているのは、図８に示したように、レーザ溶接トーチ１９ａを先行させ、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を後行させることを示す。「ＡＬＡ」と表記されているのは、図６に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行、レーザ溶接トーチ１９ａを後行させ、更に、レーザ溶接トーチ１９ａに対してガスシールドアーク溶接トーチ５０を後行させることを示す。「ＬＡＡ」と表記されているのは、図６の変形例として説明したように、レーザ溶接トーチ１９ａを先行、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を後行させ、更にガスシールドアーク溶接トーチ２０に対してガスシールドアーク溶接トーチ５０を後行させることを示す。また、「ＡＬ」、「ＬＡ」、「ＡＬＡ」、「ＬＡＡ」の後に記載されている数字は、レーザ・アーク間距離ＤＭを示す。
【００５５】
「ハイブリッド溶接対象部板厚」とは、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分の板厚方向の長さ（例えば、図９のＤ５、図１０のＤ１４、図１１のＤ２４、図１２のＤ３５、図１３のＤ４５）である。
「空隙部」の「高さ」とは、窪み部の板厚方向の長さ（例えば、図９のＤ３、図１０のＤ１３、図１１のＤ２３、図１２のＤ３３、図１３のＤ４３）である。
「空隙部」の「幅」とは、突き合わさった開先の間の隙間の長さ（例えば、図９のＤ４、図１０のＤ１８、図１１のＤ２８、図１２のＤ３８、図１３のＤ４８）である。
「空隙高さ率」とは、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分の板厚方向の長さに対する、窪み部の板厚方向の長さの割合（例えば、図９のＤ３／Ｄ５、図１０のＤ１３／Ｄ１４、図１１のＤ２３／Ｄ２４、図１２のＤ３３／Ｄ３５、図１３のＤ４３／Ｄ４５）である。
【００５６】
「突き当て部合計高さ」とは、突出部の板厚方向の長さの合計値（例えば、図９のＤ１＋Ｄ２、図１０のＤ１１＋Ｄ１２、図１１のＤ２１、図１２のＤ３１、図１３のＤ４３）である。
「アーク角度」とは、ガスシールドアーク溶接トーチ２０の軸（フィラーワイヤ１７ａの軸）の方向と、鋼板の板面に垂直な方向とのなす角度（＝前進角・後退角αA）である。
【００５７】
（実施例１）
図１７は、実施例１における開先の形状を示す図である。具体的に図１７（ａ）は、金属板の開先同士を突き合わせる前の状態を示す図であり、図１７（ｂ）は、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。尚、図１７に示す（単位なしの）数字は、各部の寸法をミリメートルの単位で示したものである。また、図１７（ａ）に示す下向きの矢印で示す箇所がレーザ光及びフィラーワイヤの狙い位置であり、この狙い位置は、図９に示した狙い位置９６に対応する。尚、図１７以降の各図においても、単位なしの数字は、各部の寸法をミリメートルの単位で示したものであり、下向きの矢印で示す箇所がレーザ光及びワイヤの狙い位置を示したものである。
本実施例では、図１に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図２に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９ａを後行させて、図９に示したような開先を有する金属板を１パスで溶接した。図１４の実施例１の欄に示すように、本実施例では、開先全体にわたって良好な裏波溶接ができた。
【００５８】
（比較例１、２、３）
図１８は、比較例１、２における開先の形状を示す図である。具体的に図１８（ａ）は、比較例１、２における、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図であり、図１８（ｂ）は、比較例３における、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。
比較例１、２では、Ｉ開先を当接させる（隙間０で突き合わせる）ようにしている。図１４の比較例１、２の欄に示すように、金属板の双方の開先をＩ開先とし、当該開先同士を当接させると、アーク電流を低減しても、溶接部から玉状に溶融金属が垂れ落ちることを回避することはできなかった。
【００５９】
比較例３では、隙間が１．０［ｍｍ］となることを狙ってＩ開先を突き合わせるようにしている。ただし、金属板の開先は完全に平坦ではないので、開先の長手方向において（紙面に対して垂直な方向において）隙間が１．０［ｍｍ］よりも狭い部分と広い部分とが存在する。図１４の比較例３の溶接結果に示すように、隙間がきちっと形成されている部分では、良好な裏波溶接ができたが、隙間が１．０［ｍｍ］よりも（極端に）狭い部分では、玉状に溶融金属が垂れ落ち、また、隙間が１．０［ｍｍ］よりも（極端に）広い部分では、フィラーメタルの量が不足し、アンダーフィルが生じた。このように、２枚の金属板を、間隔が有するように突き合わせる場合には、２枚の金属板の相対的な位置関係を決めることができず、一定の隙間を形成して２枚の金属板を突き合わせるためには、溶接能率を低下させざるを得ない。
【００６０】
（実施例２〜４）
図１９〜図２１は、それぞれ、実施例２〜４における開先の形状を示す図である。具体的に図（ａ）は、金属板の開先同士を突き合わせる前の状態を示す図であり、図（ｂ）は、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。
実施例２〜４は、実施例１に対し、開先の形状（空隙部の幅（図９のＤ４））を変えたものである。
【００６１】
（比較例４、５）
図２２、図２３は、それぞれ比較例４、５における開先の形状を示す図である。具体的に図（ａ）は、金属板の開先同士を突き合わせる前の状態を示す図であり、図（ｂ）は、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。
比較例４、５も、実施例１に対し、開先の形状（空隙部の幅（図９のＤ４））を変えたものである。図１４の比較例４の欄に示すように、空隙部の幅（図９のＤ４）を２［mm］にすると、隙間が広すぎて開先の一部を未溶接のまま残してしまった。また、図１４の比較例５の欄に示すように、空隙部の幅（図９のＤ４）を０．２［mm］にすると、実質的に隙間を形成した効果による効果を出すことができず、溶接部から玉状に溶融金属が垂れ落ちることを回避することはできなかった。
図１４の実施例１〜４、比較例４、５の欄に示すように、空隙部の幅（図９のＤ４）を０．３［mm］以上、２．５［mm］以下にすると、開先全体にわたって良好な裏波溶接ができることが分かる。
【００６２】
（実施例５、６）
図２４、図２５は、それぞれ実施例５、６における開先の形状を示す図である。具体的に図（ａ）は、金属板の開先同士を突き合わせる前の状態を示す図であり、図（ｂ）は、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。
実施例５、６は、実施例１に対し、開先の形状（突き当て部合計高さ（図９のＤ１＋Ｄ２））を変えたものである。
（比較例６、７）
図２６、図２７は、それぞれ比較例６、７における開先の形状を示す図である。具体的に図（ａ）は、金属板の開先同士を突き合わせる前の状態を示す図であり、図（ｂ）は、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。
比較例６、７も、実施例１に対し、開先の形状（突き当て部合計高さ（図９のＤ１＋Ｄ２））を変えたものである。
【００６３】
図１４の比較例６の欄に示すように、空隙高さ率（図９のＤ３／Ｄ５）が０．５であると、溶接ビードの裏面では溶融池の保持が不十分となり、玉状に溶融金属が垂れ落ちた。また、図１４の比較例７の欄に示すように、突き当て部合計高さが、１［mm］であると、金属板を突き合わせたときに、突出部が潰れてしまい安定した隙間を形成することができず、溶接品質が不安定になった。
図１４の実施例１、５、６、比較例６、７の欄に示すように、突き当て部合計高さ（図９のＤ１＋Ｄ２）を２［mm］以上とし、且つ、空隙高さ率（図９のＤ３／Ｄ５）を０．６［−］以上にすると、開先全体にわたって良好な裏波溶接ができることが分かる。
【００６４】
（実施例７、８）
図２８、図２９は、それぞれ実施例７、８における開先の形状を示す図である。具体的に図（ａ）は、金属板の開先同士を突き合わせる前の状態を示す図であり、図（ｂ）は、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図であり、図（ｃ）は、開先の一部を拡大して示す図である。
本実施例では、２枚の金属板に同じ開先加工を施して、２枚の金属板を突き合わせたときに、開先部分が実施例１と同様の形状を有するようにしている。ただし、図２８（ｃ）、図２９（ｃ）に示すように、窪み部の底面端部が湾曲するようにしている。尚、本実施例でも、実施例１と同様に、図１に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図２に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９を後行させて、金属板を１パス１プールで溶接した。
図１４の実施例７、８の欄に示すように、突き合わさるお互いの金属板のそれぞれに、窪み部と突出部とを形成しても、開先全体にわたって良好な裏波溶接ができた。
【００６５】
図３０は、実施例９〜１２、比較例８における開先の形状を示す図である。図３０では、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示している。
（実施例９、１０）
実施例９では、図７に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図８に示したように、レーザ溶接トーチ１９ａを先行させ、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を後行させて、図１２に示したような開先を有する金属板を１パス１プールで溶接した。また、実施例１０では、図１に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図２に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９を後行させて、図１３に示したような開先を有する金属板を１パスプールで溶接した。図１４の実施例９、１０の欄に示すように、突き合わさる突出部の数が１箇所であっても、当該突出部を当接させることによって一定の隙間を形成することができ、開先全体にわたって良好な裏波溶接ができた。
【００６６】
（実施例１１、１２、比較例８）
実施例１１、１２、比較例８でも、図１に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図２に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９を後行させて、図１３に示したような開先を有する金属板を１パス１プールで溶接した。図１４の実施例１１、１２、比較例８の欄に示すように、ハイブリッド溶接対象部板厚（図１３のＤ４５）を５［mm］以上、１６［mm］以下にすると、開先全体にわたって良好な裏波溶接ができた。
【００６７】
（実施例１３、１４、比較例９）
図３１は、実施例１３、１４、比較例９における開先の形状を示す図である。図３１では、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示している。尚、図３１において、°の単位が付いている数字は、角度を示したものである。
金属板の板厚が厚い（板厚が１６［mm］を超える）場合、片側から下向きに１パス１プールで溶接を行うと、溶融部から玉状に溶融金属がその自重によって垂れ落ちる。そこで、実施例１３、１４では、片側から下向きに２プールで溶接を行うようにしている。
【００６８】
実施例１３では、図５に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図６に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９ａを後行させて、突出部と窪み部とが形成された「１プールで溶接を行う領域」を溶接し、図１１（ｃ）に示したような溶接ビード１１８ａを形成する。その後、レーザ溶接トーチ１９に対して後行するガスシールドアーク溶接トーチ５０により、当該領域の上の領域をアーク溶接し、図１１（ｃ）に示したような溶接ビード１１８ｂを形成する。ここで、ガスシールドアーク溶接トーチ２０とレーザ溶接トーチ１９ａとによるハイブリッド溶接における溶融池と、ガスシールドアーク溶接トーチ５０によるアーク溶接における溶融池とが１つとなる１プール溶接とすると、溶融金属の量が多くなり、溶融金属が溶接部から垂れ落ちる虞がある。そこで、レーザ溶接トーチ１９ａから照射されるレーザ光の狙い位置と、ガスシールドアーク溶接トーチ５０から送給されるワイヤの狙い位置との間の距離であるレーザ・アーク間距離ＤＮを１０［mm］にし、ガスシールドアーク溶接トーチ２０とレーザ溶接トーチ１９ａとによるハイブリッド溶接における溶融池と、ガスシールドアーク溶接トーチ５０によるアーク溶接における溶融池とが別々に形成されるようにしている。また、本実施例では、ガスシールドアーク溶接トーチ５０におけるアークを発生する際の電流値は２００［Ａ］である。さらに、本実施例では、ガスシールドアーク溶接トーチ５０（フィラーワイヤ１７ｂ）の前進角αBを１５［°］にしている。
【００６９】
実施例１３では、図１１に示したように、通常のＹ開先における突き合わせ面の上側の領域が窪み、下側の領域が突出するようにした。これに対し、実施例１４では、通常のＹ開先における突き合わせ面の上側の領域と下側の領域とが突出し、中央の領域が窪むようにした。また、実施例１４では、トーチの第５の例（図８）の変形例として説明したように、レーザ溶接トーチ１９ａを先行させ、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を後行させて、突出部と窪み部とが形成された「１プールで溶接を行う領域」を溶接する。その後、レーザ溶接トーチ１９に対して後行するガスシールドアーク溶接トーチ５０により、当該領域の上の領域をアーク溶接する。
【００７０】
また、実施例１４でも、実施例１３と同様に、ガスシールドアーク溶接トーチ２０から送給されるワイヤの狙い位置と、ガスシールドアーク溶接トーチ５０から送給されるワイヤの狙い位置との距離であるアーク・アーク間距離ＤＳを１０［mm］にし、ガスシールドアーク溶接トーチ２０とレーザ溶接トーチ１９ａとによるハイブリッド溶接における溶融池と、ガスシールドアーク溶接トーチ５０によるアーク溶接における溶融池とが別々に形成されるようにしている。また、本実施例でも、ガスシールドアーク溶接トーチ５０におけるアークを発生する際の電流値は２００［Ａ］である。さらに、本実施例でも、ガスシールドアーク溶接トーチ５０（フィラーワイヤ１７ｂ）の前進角αBを１５［°］にしている。
【００７１】
比較例９では、隙間が０．５［mm］となることを狙ってＩ開先を突き合わせるようにしている。比較例９では、実施例１３と同様に、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９ａを後行させて、突出部と窪み部とが形成された「１プールで溶接を行う領域」を溶接し、その後、レーザ溶接トーチ１９に対して後行するガスシールドアーク溶接トーチ５０により、当該領域の上の領域をアーク溶接する。
図１５の実施例１３、１４の欄に示すように、１プールで溶接を行う領域に窪み部と突出部とを形成し、その領域に対してハイブリッド溶接を行うと共に、その領域の上の領域に対してアーク溶接を行うことにより、金属板の板厚が１６［mm］を超えても開先全体にわたって良好な裏波溶接ができた。一方、図１５の比較例９の欄に示すように、突き合わせる金属板に隙間を形成するだけでは、金属板の板厚が１６［mm］を超えると、溶融金属の量が多くなるため、溶融金属の自重により、溶接部から玉状に溶融金属が垂れ落ちた。
【００７２】
（実施例１５）
図３２は、実施例１５における開先の形状を示す図である。具体的に図３２（ａ）は、金属板の開先同士を突き合わせる前の状態を示す図であり、図３２（ｂ）は、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。
本実施例では、図１に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図２に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９ａを後行させて、突出部と窪み部とが形成された「１プールで溶接を行う領域」（図１０の窪み部１０２、１０３、突出部１０４、１０５が形成されている領域）を溶接し、図１０（ｃ）に示したような溶接ビード１０８ａを形成する。その後、当該領域の上下の領域に対して、それぞれ１パスでサブマージアーク溶接を行い、図１０（ｃ）に示したような溶接ビード１０８ａを形成する。図１６の実施例１５の欄に示すように、本実施例では、開先全体にわたって良好な裏波溶接ができた。
【００７３】
（比較例１０、１１）
図３３は、比較例１０、１１における開先の形状を示す図である。具体的に図３３（ａ）は、比較例１０における、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図であり、図３３（ｂ）は、比較例１１における、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。
比較例１０では、Ｘ開先の突き合わせ面を当接した状態にする。そして、図１に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図２に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９ａを後行させて、Ｘ開先の突き合わせ面を１プールで溶接した。図１６の比較例１０の欄に示すように、Ｘ開先の突き合わせ面の部分の板厚方向の長さが８．０［mm］であるのにも関わらず、溶接部から玉状に溶融金属が垂れ落ち、良好な溶接が困難であった。
【００７４】
一方、比較例１１では、間隔が１．０［mm］となることを狙って、Ｘ開先の突き合わせ面を突き合わせるようにしている。そして、図１に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図２に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９ａを後行させて、Ｘ開先の突き合わせ面を１プールで溶接した。図１６の比較例１１の欄に示すように、隙間がきちっと形成されている部分では、良好な裏波溶接ができたが、隙間が１．０［ｍｍ］よりも（極端に）狭い部分では、玉状に溶融金属が垂れ落ち、また、隙間が１．０［ｍｍ］よりも（極端に）広い部分では、フィラーメタルの量が不足し、アンダーフィルが生じた。
【００７５】
（実施例１６〜１８）
図３４〜図３６は、それぞれ、実施例１６〜１８における開先の形状を示す図である。具体的に図（ａ）は、金属板の開先同士を突き合わせる前の状態を示す図であり、図（ｂ）は、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。
実施例１６、１７では、突き合わせる金属板の一方のみに対して、通常のＸ開先の突き合わせ面に窪み部と突出部とを形成する。具体的に実施例１６では、通常のＸ開先の突き合わせ面の上側の領域と下側の領域に突出部を形成し、中央の領域に窪み部を形成する。一方、実施例１７では、通常のＸ開先の突き合わせ面の中央の領域に窪み部を形成し、その上側と下側の領域に窪み部を形成する。
実施例１８では、図３２に示した実施例１５に対し、上側の突出部の上側端部と、下側の突出部の下側端部とが湾曲するようにしている。
図１６の実施例１６〜１８の欄に示すように、各実施例では、開先全体にわたって良好な裏波溶接ができた。
【００７６】
以上のように本実施形態では、突き合わせる少なくとも一方の開先の、１プールで溶接を行う領域に、突出部（例えば図９の突出部９２ａ、９２ｂ）と窪み部（例えば図９の窪み部９１）を、それぞれ当該開先の長手方向に沿って連続的に形成する。そして、突出部と窪み部とが形成されている開先については、突出部の先端面（例えば図９の突出部９２ａ、９２ｂの先端面）のみが、突き合わせの相手となる開先と当接するように金属板１５を配置する。そして、窪み部（例えば図９の窪み部９１）により形成された開先の間の隙間の中央の領域を含む面（例えば図９の面９５）と、突出部及び窪み部が形成されている領域の、レーザ光１６が照射される側の端部との交線（例えば図９の交線９６）上の位置を、レーザ光１６とフィラーワイヤ１７の狙い位置としてレーザアークハイブリッド溶接を行う。以上のようにすることによって、金属板１５の開先同士を突き合わせるだけで、開先の間の隙間を容易に確保することができ、レーザ光１６が溶融する金属板１５の実効板厚を容易に小さくすることができる。したがって、金属板１５の開先同士を突き合せて当該金属板を溶接した際に、溶接部から玉状に溶融金属が垂れ落ちることを、大きな作業負荷をかけたり、大掛かりな装置を用いたり、長時間の溶接作業を行うことなく防止することができる。
尚、ＵＯ鋼管を造管する場合には、窪み部の上下に突出部を形成するのが望ましい。突出部が１箇所で当接するようにすると、突合せ位置がずれてしまう虞があるからである。
【００７７】
尚、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１１ 制御装置
１２ レーザ照射装置
１３ ワイヤ供給装置
１４ 電源
１５ 金属板
１６ レーザ光
１７ フィラーワイヤ
１８ 突合せ部分
１９ レーザ溶接トーチ
２０、５０ ガスシールドアーク溶接トーチ
９１、１０２、１０３、１１２、１１３、１２２、１２３、１３２、１３３ 窪み部
９２、９３、１０４、１０５、１１４、１１５、１２４、１２５、１３４、１３５ 突出部
９５、１０６、１１６、１２６、１３６ 開先の間の隙間の中央の領域を含む面
９６、１０７、１１７、１２７、１３７ 交線（レーザ光の狙い位置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ・アーク複合溶接方法、及び突き合わせ溶接用金属板の開先に関し、特に、金属板の開先同士を突き合せた状態で当該金属板を溶接するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、銅やセラミックスあるいはフラックスで形成された裏当てを用いずに、アーク溶接により、板厚が５［mm］〜１６［mm］の金属板の開先同士を、片側から１パス１プールで裏波溶接することは困難である。また、裏当てを用いると、製品のコストの上昇を招いてしまう。
そこで、深溶込みの溶接が可能なレーザ光によるレーザ溶接と、アーク溶接とを組み合わせたハイブリッド溶接を行うことにより、板厚が５［mm］〜１６［mm］の金属板の開先同士を、片側から１パス１プールで裏波溶接することが考えられる。
【０００３】
しかしながら、例えば、波長が１［μm］程度の大出力（４［kW］以上の出力）の固体レーザを用いて前述したハイブリッド溶接を行うと、金属板の溶接部の裏側（レーザ光を照射する側と反対側）では、適切な溶接ビードが形成されず、玉状に溶融金属が垂れ落ちる現象が生じる。この現象は、次のような理由によって生じると考えられる。すなわち、溶接に伴ってキーホールから噴出する高温の金属蒸気（プルーム）が時間的に一定しないことでプルーム内の屈折率が変化する。これにより、レーザ光がプルーム内で不規則に屈折されるため、レーザ光が高速でゆらぎながら加工点に到達する。そうすると、スパッタが増え、溶融池が不要に振動する。このような溶融池の振動によって、前述したような玉状に溶接金属の垂れ落ちが発生すると考えられる。
そこで、金属板の開先を隙間ができるように突き合わせた状態にして、前述したハイブリッド溶接を行うと、前述したようにして玉状に溶接金属が垂れ落ちることが改善される。このような技術として、特許文献１に記載の技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２２３５４３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、前述した特許文献１に記載の技術では、金属板の開先の間に隙間を設けるための工程が必要になる。しかも、その工程では、金属板の位置決めを高精度に行わなければならない。そこで、金属板の開先同士を突き当てた後、突き当てた金属板の一方を引き戻して、金属板の開先の間に一定の隙間を確保することも考えられる。しかしながら、このようにするための装置が大掛かりなものになってしまう。この他、溶接速度を低速にすることによっても玉状に溶接金属が垂れ落ちることを改善することもできる。しかしながら、このようにすると、溶接を短時間で行うことができず、溶接能率の低下を免れない。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、金属板の開先同士を突き合せて当該金属板を溶接した際に、溶接部から玉状に溶融金属が垂れ落ちることを、大きな作業負荷をかけたり、大掛かりな装置を用いたり、長時間の溶接作業を行うことなく防止できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のレーザ・アーク複合溶接方法は、開先同士が突き合わさるように、１プールで溶接する部分の板厚が５［mm］以上１６［mm］以下の金属板を配置する配置工程と、前記金属板の溶接予定箇所に加工ガスを供給する加工ガス供給工程と、前記突き合わさった開先の長手方向に沿って、前記加工ガスが供給された溶接予定箇所と溶加材との間にアークを順次発生させて当該溶接予定箇所に対してアーク溶接を行うアーク発生工程と、前記突き合わさった開先の長手方向に沿って、前記加工ガスが供給された溶接予定箇所にレーザ光を照射して当該溶接予定箇所に対してレーザ溶接を行うレーザ照射工程と、を有し、前記突き合わさった開先の１プールで溶接が行われる領域の少なくとも何れか一方には、当該開先の長手方向全体に亘って、窪み部と突出部とがそれぞれ連続的に形成されており、前記突出部の板厚方向の長さの合計値は、２［mm］以上であり、前記１プールで溶接が行われる領域の板厚方向の長さに対する、前記窪み部の板厚方向の長さの割合は、０．６［−］以上であり、前記配置工程は、前記窪み部と前記突出部とが形成されている開先については、当該突出部の先端面のみが、突き合わせの相手となる開先と当接するように前記金属板を配置し、前記配置工程により配置されたときに前記窪み部により前記金属板の開先の間に形成される隙間の長さは、０．３［mm］以上、２．５［mm］以下であり、前記レーザ照射工程は、前記窪み部により前記金属板の開先の間に形成された隙間の中央の領域を含む面と、前記１プールで溶接が行われる領域の、前記レーザ光が照射される側の端部との交線上の位置を、前記レーザ光の狙い位置として、前記レーザ光を照射することを特徴とする。
本発明の突き合わせ溶接用金属板の開先は、前記レーザ・アーク複合溶接方法で溶接される金属板の開先であって、前記開先の長手方向全体に亘って、窪み部と突出部とがそれぞれ連続的に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、突き合わさった開先の少なくとも何れか一方に、当該開先の長手方向全体に亘って、窪み部と突出部とがそれぞれ連続的に形成されるようにし、窪み部と突出部とが形成されている開先については、当該突出部の先端面のみが、突き合わせの相手となる開先と当接するようにする。そして、窪み部により形成された開先の間の隙間の中央の領域を含む面と、突出部及び窪み部が形成されている領域の、レーザ光が照射される側の端部との交線上の位置を狙い位置としてレーザ光を照射する。したがって、金属板の開先同士を突き合わせるだけで、開先の間の隙間を容易に確保することができ、レーザ光が溶融する金属板の実効板厚を容易に小さくすることができる。よって、金属板の開先同士を突き合せて当該金属板を溶接した際に、溶接部から玉状に溶融金属が垂れ落ちることを、大きな作業負荷をかけたり、大掛かりな装置を用いたり、長時間の溶接作業を行うことなく防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態を示し、レーザ・アーク複合溶接装置の構成の第１の例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態を示し、ガスシールドアーク溶接トーチと、レーザ溶接トーチの第１の例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態を示し、ガスシールドアーク溶接トーチと、レーザ溶接トーチの第２の例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態を示し、ガスシールドアーク溶接トーチと、レーザ溶接トーチの第３の例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態を示し、レーザ・アーク複合溶接装置の構成の第２の例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態を示し、ガスシールドアーク溶接トーチと、レーザ溶接トーチの第４の例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態を示し、レーザ・アーク複合溶接装置の構成の第３の例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態を示し、ガスシールドアーク溶接トーチと、レーザ溶接トーチの第５の例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態を示し、金属板の開先の形状の第１の例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態を示し、金属板の開先の形状の第２の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態を示し、金属板の開先の形状の第３の例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態を示し、金属板の開先の形状の第４の例を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態を示し、金属板の開先の形状の第５の例を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態を示し、１パス１プールで１パスの溶接を行った場合の実施例と比較例（実施例１〜１２、比較例１〜８）の結果を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態を示し、１パス２プールで溶接を行った場合の実施例と比較例（実施例１３、１４、比較例９）の結果を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態を示し、１パス１プールで多パスの溶接を行った場合の実施例と比較例（実施例１５〜１８、比較例１０、１１）の結果を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態を示し、実施例１における開先の形状を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態を示し、比較例１、２における開先の形状を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態を示し、実施例２における開先の形状を示す図である。
【図２０】本発明の実施形態を示し、実施例３における開先の形状を示す図である。
【図２１】本発明の実施形態を示し、実施例４における開先の形状を示す図である。
【図２２】本発明の実施形態を示し、比較例４における開先の形状を示す図である。
【図２３】本発明の実施形態を示し、比較例５における開先の形状を示す図である。
【図２４】本発明の実施形態を示し、実施例５における開先の形状を示す図である。
【図２５】本発明の実施形態を示し、実施例６における開先の形状を示す図である。
【図２６】本発明の実施形態を示し、比較例６における開先の形状を示す図である。
【図２７】本発明の実施形態を示し、比較例７における開先の形状を示す図である。
【図２８】本発明の実施形態を示し、実施例７における開先の形状を示す図である。
【図２９】本発明の実施形態を示し、実施例８における開先の形状を示す図である。
【図３０】本発明の実施形態を示し、実施例９〜１２、比較例８における開先の形状を示す図である。
【図３１】本発明の実施形態を示し、実施例１３、１４、比較例９における開先の形状を示す図である。
【図３２】本発明の実施形態を示し、実施例１５における開先の形状を示す図である。
【図３３】本発明の実施形態を示し、比較例１０、１１における開先の形状を示す図である。
【図３４】本発明の実施形態を示し、実施例１６における開先の形状を示す図である。
【図３５】本発明の実施形態を示し、実施例１７における開先の形状を示す図である。
【図３６】本発明の実施形態を示し、実施例１８における開先の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。尚、各図において、同一の符号を付したものは同一の構成を有するので、必要に応じて重複する詳細な説明を省略する。
［溶接装置の構成］
（溶接装置の第１の例）
図１は、レーザ・アーク複合溶接装置の構成の第１の例を示す図である。本実施形態では、図１に示すように、金属板の開先同士を突き合わせて突合せ溶接を行う。このような溶接を行う場合としては、例えば、ＵＯ鋼管を造管する場合や、船舶等を製造する際の板継ぎ溶接を行う場合や、鋼管の突合せ溶接を行う場合がある。
【００１０】
図１において、レーザ・アーク複合溶接装置は、制御装置１１と、レーザ照射装置１２と、ワイヤ供給装置１３と、電源１４と、を有する。
制御装置１１は、レーザ・アーク複合溶接装置の全体の動作を制御するためのものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、及び各種のインターフェースを備えている。制御装置１１のＨＤＤには、後述するようにして金属板１５を溶接するための動作を規定したコンピュータプログラムが記憶されている。具体的に、このコンピュータプログラムは、ワイヤ供給装置１３のガスシールドアーク溶接トーチ２０を溶接進行方向に移動させながらワイヤ供給装置１３によりフィラーワイヤ１７及びシールドガスを供給する動作と、レーザ照射装置１２のレーザ溶接トーチ１１９を溶接進行方向に移動させながらレーザ照射装置１２によりレーザ光１６及びシールドガス（加工ガス）を供給する動作と、電源１４によりフィラーワイヤ１７と金属板１５との間に、アークを発生させるための電力を供給する動作とのそれぞれの動作タイミングと動作内容とが規定されている。本実施形態では、ＣＰＵが、このコンピュータプログラムを実行することにより、レーザ照射装置１２と、ワイヤ供給装置１３と、電源１４の動作が制御される。
図１に示すように、レーザ・アーク複合溶接装置の第１の例では、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９を後行させるようにしている。
【００１１】
レーザ照射装置１２は、レーザ溶接トーチ１９を有し、レーザ溶接トーチ１９を溶接進行方向に沿って所定の速度で移動させながら、金属板１５の溶接予定箇所に対してレーザ光１６を照射する。ＹＡＧレーザやファイバレーザのような固体レーザをレーザ照射装置１２として用いることができる。ただし、必ずしも固体レーザを用いる必要はなく、ＣＯ2レーザ等を用いるようにしてもよい。また、レーザ照射装置１２は、レーザ溶接トーチ１９から、金属板１５の溶接予定箇所に対して、レーザ光１６と同軸方向にシールドガス（加工ガス）を吹き付ける。溶接速度の低下を抑制するためである。尚、レーザ溶接トーチ１９の詳細については後述する（((トーチの例))の説明を参照）。また、シールドガス（加工ガス）としては、ＡｒやＨｅのような不活性ガスや、ＣＯ2、Ａｒ−２０％ＣＯ2（ＭＡＧガス）、Ａｒ−２％Ｏ2（ＭＩＧガス）などのガスシールアーク溶接用のシールドガスを用いる。レーザ溶接トーチ１９からガスシールドアーク溶接用のシールドガスを供給する場合、ガスシールドアーク溶接トーチ２０からのシールドガスの供給を省略することもできる。
【００１２】
ワイヤ供給装置１３は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を溶接進行方向に沿って所定の速度で移動させながら、金属板１５の溶接予定箇所に対して、溶加材としてフィラーワイヤ１７を送給する。ワイヤ供給装置１３は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０の先端よりも、予め決められた長さのフィラーワイヤ１７が突出されるように、フィラーワイヤ１７を所定の速度で送給する。また、ワイヤ供給装置１３は、溶接進行方向において後行するレーザ溶接トーチ１９と一定の間隔を保った状態で、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を溶接進行方向に所定の速度で移動させる。
【００１３】
また、ワイヤ供給装置１３は、溶接予定箇所にシールドガス（加工ガス）を吹き付ける。溶接予定箇所に窒素が入るのを防止し、アークの発生を容易にするためである。尚、実際には、フィラーワイヤ１７の先端側と金属板１５との間には、アークが発生するが、図面では、説明を分かり易くするため、アークの図示を省略している。
電源１４は、フィラーワイヤ１７と金属板１５との間に、所定の直流又は交流電力を供給する。この電力は、フィラーワイヤ１７と金属板１５との間にアークを発生させるために必要な大きさを有する。
【００１４】
((トーチの第１の例))
図２は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ溶接トーチ１９の第１の例を示す図である。具体的に図２は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ溶接トーチ１９とを、その横方向から見た図である。
図２に示すように、レーザ溶接トーチ１９ａの内部には集光レンズ２１が配置され、レーザ照射装置１２から発振されたレーザ光１６は、金属板１５の表面が概略焦点位置となるように、集光レンズ２１により集光され、金属板１５の表面に照射される。金属板１５の表面とレーザ光１６の焦点位置との違いは、レーザ光１６の焦点距離の５［％］以内であることが望ましい。金属板１５の表面とレーザ光１６の焦点位置とが、レーザ光１６の焦点距離の５［％］以上離れると、著しく溶接能力が減殺されるからである。
【００１５】
また、レーザ溶接トーチ１９ａには、圧縮空気（エア）２２が流入する。この圧縮空気（エア）２２は、エアナイフと称されるものである。エアナイフ２２は、溶接部から飛散するスパッタ粒子やヒュームが集光レンズ２１等の集光光学系に付着するのを防止するためのものであり、集光レンズ２１等の集光光学系の前を横切るように噴出される。
また、レーザ溶接トーチ１９ａの先端側には、レーザ光１６と同軸のセンターシールドノズル２３が設けられている。このセンターシールドノズル２３は、供給されたシールドガス２４を、レーザ光の光軸に沿って吹き付けるためのものである。このセンターシールドノズル２３を設けることにより、プルームが高くなるのを抑制し、溶接速度を向上させることができる。
図２に示す第１の例では、以下の（１）〜（４）の条件の全てを満たすように、レーザ溶接トーチ１９ａと、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を所定の速度で溶接進行方向に移動させるようにする。
（１）レーザ光１６（の光軸）及びフィラーワイヤ１７（の軸）が、溶接進行方向に対して可及的に左右にずれないように、レーザ溶接トーチ１９ａと、ガスシールドアーク溶接トーチ２０の姿勢を保つ。
（２）ガスシールドアーク溶接トーチ２０の軸（フィラーワイヤ１７の軸）が所定の後退角αA（αA＞０［°］）を、レーザ溶接トーチ１９ａの軸（レーザ光１６の光軸）が所定の前進角αL（ここではαL＝０［°］）を、それぞれ保つようにレーザ溶接トーチ１９ａと、ガスシールドアーク溶接トーチ２０の姿勢を保つ。
（３）フィラーワイヤ１７の狙い位置とレーザ光１６の狙い位置との間の距離であるレーザ・アーク間距離ＤＭを一定に保つ。
（４）レーザ溶接トーチ１９ａの先端面と金属板１５の表面との間の距離であるスタンドオフＳＦを一定に保つ。
ここで、ガスシールドアーク溶接トーチ２０（フィラーワイヤ１７）の後退角αAを、例えば３０［°］にすることができる。また、レーザ・アーク間距離ＤＭを、例えば３［mm］にすることができる。また、スタンドオフＳＦを、例えば２０［mm］にすることができる。
【００１６】
以上のようにしてレーザ・アーク複合溶接装置を構成し、ハイブリッド溶接を行うことにより、開先が突き合わさった金属板１５の突合せ部分１８に溶接ビード１５ａが形成される（図１を参照）。本実施形態では、溶接に際し、ビームホール（又はキーホール）を有する溶融池が金属板１５に形成されて裏波溶接（レーザ溶接）ができるように、所定のパワー密度［W／mm2］を有するレーザ光１６を、所定の速度で溶接進行方向に移動させる。また、本実施形態では、突き合わさった金属板１５の開先の間に生じる隙間をフィラーワイヤ１７で埋めきれるように、所定の大きさの電流を、フィラーワイヤ１７と金属板１５との間に流しながら、フィラーワイヤ１７を、所定の速度で溶接進行方向に移動させる。尚、突き合わさった金属板１５の開先の間に生じる隙間の詳細については後述する（［開先の構成］の説明を参照）。
((トーチの第２の例))
図３は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ溶接トーチ１９の第２の例を示す図である。具体的に図３は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ溶接トーチ１９とを、その横方向から見た図である。
図２に示した例では、レーザ溶接トーチ１９ａの軸（レーザ光１６の光軸）がとる前進角αLを０［°］とした。しかしながら、この前進角αLは、図３に示す例のように０［°］でなくてもよい。この前進角αLは、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ光１６との干渉が避けられる範囲で、出来るだけ小さい値が（０［°］に近いのが）好ましく、例えば、５［°］にすることができる。
【００１７】
((トーチの第３の例))
図４は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ溶接トーチ１９の第３の例を示す図である。具体的に図４は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ溶接トーチ１９とを、その横方向から見た図である。
図２に示した例では、レーザ溶接トーチ１９ａの先端側に、センターシールドノズル２３を設けるようにした。しかしながら、図４に示すように、必ずしもセンターシールドノズル２３をレーザ溶接トーチ１９ｂに設ける必要はない。ただし、このようにした場合には、センターシールドノズル２３を設けたときに比べ、溶接速度を遅くする必要がある。尚、図４に示したレーザ溶接トーチ１９ｂについても、図３に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ光１６との干渉が避けられる範囲で、任意の前進角αLをとることができる。
【００１８】
（溶接装置の第２の例）
図５は、レーザ・アーク複合溶接装置の構成の第２の例を示す図である。図５において、レーザ・アーク複合溶接装置は、制御装置１１と、レーザ照射装置１２と、ワイヤ供給装置１３ａ、１３ｂと、電源１４と、を有する。
図１〜図４に示したレーザ・アーク複合溶接装置の第１の例では、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９を後行させるようにした。これに対し、レーザ・アーク複合溶接装置の第２の例では、レーザ溶接トーチ１９の後に、ガスシールドアーク溶接トーチ５０を更に後行させるようにする。すなわち、ワイヤ供給装置１３ａは、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を溶接進行方向に所定の速度で移動させる。また、レーザ照射装置１２は、溶接進行方向において先行するガスシールドアーク溶接トーチ２０と一定の間隔を保った状態で、レーザ溶接トーチ１９を溶接進行方向に所定の速度で移動させる。さらに、ワイヤ供給装置１３ｂは、溶接進行方向において先行するレーザ溶接トーチ１９と一定の間隔を保った状態で、ガスシールドアーク溶接トーチ５０を溶接進行方向に所定の速度で移動させる。ガスシールドアーク溶接トーチ２０、５０としては、同じものを使用することができる。
【００１９】
((トーチの第４の例))
図６は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０、５０と、レーザ溶接トーチ１９の第４の例を示す図である。具体的に図６は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０、５０と、レーザ溶接トーチ１９とを、その横方向から見た図である。
図６に示す例では、図２に示す例と同様に、レーザ溶接トーチ１９ａの軸（レーザ光１６の光軸）が前進角αLとして０［°］を保つようにすると共に、ガスシールドアーク溶接トーチ２０の軸（フィラーワイヤ１７ａの軸）が所定の後退角αA（αA＞０［°］）を保つようにする。また、フィラーワイヤ１７ａの狙い位置とレーザ光１６の狙い位置との間の距離であるレーザ・アーク間距離ＤＭを一定に保つようにする
さらに、図６に示す例では、ガスシールドアーク溶接トーチ５０の軸（フィラーワイヤ１７ｂの軸）が所定の前進角αB（αB＞０［°］）を保ち、且つ、レーザ光１６の狙い位置とフィラーワイヤ１７ｂの狙い位置との間の距離であるレーザ・アーク間距離ＤＮを一定に保つようにして、レーザ溶接トーチ１９ａに対してガスシールドアーク溶接トーチ５０を後行させる。
【００２０】
ここで、ガスシールドアーク溶接トーチ５０（フィラーワイヤ１７ｂ）の前進角αBを、例えば１５［°］にすることができる。また、レーザ・アーク間距離ＤＮとして、レーザ光１６によるレーザ溶接とフィラーワイヤ１７ａによるアーク溶接とに基づく（ハイブリッド溶接に基づく）溶融池と、フィラーワイヤ１７ｂによるアーク溶接に基づく溶融池とが１つにならないようにすることができる距離を確保する。レーザ・アーク間距離ＤＮを、例えば１０［mm］にすることができる。このように図６に示す例では、２プールでの溶接を行う。また、レーザ光１６（の光軸）及びフィラーワイヤ１７ａ、１７ｂ（の軸）が、溶接進行方向に対して可及的に左右にずれないように、レーザ溶接トーチ１９ａと、ガスシールドアーク溶接トーチ２０の姿勢を保つ。
尚、図６に示したレーザ溶接トーチ１９ａの後退角αLを、図３に示すように、０［°］以外の値にしてもよいし、また、レーザ溶接トーチ１９ａの代わりに、図４に示したレーザ溶接トーチ１９ｂを用いてもよい。
【００２１】
（溶接装置の第３の例）
図７は、レーザ・アーク複合溶接装置の構成の第３の例を示す図である。図７において、レーザ・アーク複合溶接装置は、制御装置１１と、レーザ照射装置１２と、ワイヤ供給装置１３と、電源１４と、を有する。
図１〜図４に示したレーザ・アーク複合溶接装置の第１の例では、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９を後行させるようにした。これに対し、レーザ・アーク複合溶接装置の第３の例では、レーザ溶接トーチ１９を先行させ、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を後行させるようにする。すなわち、レーザ照射装置１２は、レーザ溶接トーチ１９を溶接進行方向に所定の速度で移動させる。また、ワイヤ供給装置１３のワイヤ送給装置は、溶接進行方向において先行するレーザ溶接トーチ１９と一定の間隔を保った状態で、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を溶接進行方向に所定の速度で移動させる。
【００２２】
((トーチの第５の例))
図８は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ溶接トーチ１９の第５の例を示す図である。具体的に図８は、ガスシールドアーク溶接トーチ２０と、レーザ溶接トーチ１９とを、その横方向から見た図である。
図８に示す例では、レーザ溶接トーチ１９の軸（レーザ光１６の光軸）が後退角αLとして０［°］を保つようにすると共に、ガスシールドアーク溶接トーチ２０の軸（フィラーワイヤ１７ａの軸）が所定の前進角αA（αA＞０［°］）を保つようにする。また、溶接予定箇所における「フィラーワイヤ１７ａとレーザ光１６」の間の距離であるレーザ・アーク間距離ＤＭを一定に保つようにする。ただし、図８に示す例では、ろう付け進行方向において、レーザ溶接トーチ１９が先行し、ガスシールドアーク溶接トーチ２０が後行する。その他の条件は、図２に示した例と同じである。
【００２３】
尚、図８に示したレーザ溶接トーチ１９の前進角αBを、０［°］以外の値にしてもよいし、また、レーザ溶接トーチ１９ａの代わりに、図４に示したレーザ溶接トーチ１９ｂを用いてもよい。さらに、ガスシールドアーク溶接トーチ２０に対して図６に示したガスシールドアーク溶接トーチ５０を更に後行させるようにしてもよい。このようにした場合には、レーザ・アーク間距離ＤＮの代わりに、ガスシールドアーク溶接トーチ２０によるフィラーワイヤ１７ａの狙い位置と、ガスシールドアーク溶接トーチ５０によるフィラーワイヤ１７ｂの狙い位置との距離であるアーク・アーク間距離ＤＳが規定される。
【００２４】
［開先の構成］
以下に、前述したレーザ・アーク複合溶接装置により溶接を行う開先の構成例を示す。
（開先の第１の例）
図９は、金属板１５の開先の形状の第１の例を示す図である。具体的に図９（ａ）は、金属板１５の開先同士が突き合わさった領域を、図１、図５、図７に示すＡの方向から見た図である。また、図９（ｂ）は、突き合わさった金属板１５の開先に対するレーザ光１６の狙い位置の一例を示す図である。また、図９（ｃ）は、溶接ビード断面の一例を模式的に示す図である。
【００２５】
図９（ａ）に示す例では、金属板１５の開先形状がＩ開先を基本とする形状であり、このＩ開先の中央の部分（通常のＩ開先における突き合わせ面）に、窪み部と突出部とを形成するようにしている。具体的に、突き合わさる一方の開先には、通常のＩ開先における突き合わせ面の中央の領域が窪み、且つ、その中央の領域の上側の領域と下側の領域とが突出するように、窪み部９１と突出部９２ａ、９２ｂとが、それぞれ開先の長手方向（図９（ｂ）のＣの方向（板幅方向））に沿って連続的に形成されている。ここで、突出部９２ａ、９２ｂの先端面と、窪み部９１の底面は、それぞれ板厚方向に沿って平坦な面である。また、開先が突き合わさった金属板１５の他方の開先には、このような突出部９１と窪み部９２とが形成されず、開先は板厚方向に沿って平坦な平面となっている（すなわち、通常のＩ開先と同じである）。
【００２６】
突出部９２ａ、９２ｂの板厚方向の長さの合計値（＝Ｄ１＋Ｄ２）が、２［mm］以上となるようにする。この合計値（＝Ｄ１＋Ｄ２）を２［mm］未満にすると、窪み部９１と突出部９２ａ、９２ｂとを形成するための加工が困難になると共に、突き合わせの相手となる金属板１５と突き合わさったときに突出部９２が大きく変形しまい（潰れてしまい）、突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ４（窪み部９１の深さ）を確保するのが困難になるからである。また、ハイブリッド溶接により１パス１プールで溶接する部分の板厚方向の長さ（ここでは金属板１５の板厚Ｄ５）に対する、窪み部９１の板厚方向の長さＤ３の割合（＝（Ｄ３／Ｄ５））を０．６［−］以上とする。この値が０．６未満であると、窪み部９１を設けた効果を発揮することができないからである。
【００２７】
また、突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ４（窪み部９１の深さ）が、０．３［mm］以上、２．５［mm］以下、好ましくは、０．５［mm］以上、２．０［mm］以下となるようにする。突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ４（窪み部９１の深さ）が０．５［mm］未満であると、玉状に溶融金属が垂れ落ち、適切な溶接ビードを形成することができなくなる虞があり、さらに、突き合わさった開先の間の隙間（窪み部９１の深さ）Ｄ４が０．３［mm］未満になると、その傾向が一層顕著になるからである。一方、突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ４（窪み部９１の深さ）が１．５［mm］を超えると、後述するレーザ光１６の狙い位置９６がずれたときに開先の側面を完全に溶融できなくなる虞があり、突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ４（窪み部９１の深さ）が２．０［mm］を超えると、その傾向が一層顕著になるからである。
【００２８】
また、ハイブリッド溶接により１パス１プールで溶接する部分の板厚方向の長さ（ここでは金属板１５の板厚Ｄ５）は、５［mm］以上、１６［mm］以下とする。ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分の板厚方向の長さ（金属板１５の板厚Ｄ５）が５［mm］未満であると、開先の加工のためのコストが上がってしまうことに加え、図９に示すような窪み部９１や突出部９２ａ、９２ｂを形成しなくても、溶融金属が垂れ落ちず、適切な溶接ビードを形成できることが多いからである。一方、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分の板厚方向の長さ（金属板１５の板厚Ｄ５）が１６［mm］を超えると、溶接により形成される溶融金属の量が多くなることによりその自重で玉状に溶融金属が垂れ落ちる虞があるからである。
【００２９】
図９に示す例では、以上のような形状の金属板１５の開先同士（一方の開先の突出部９２ａ、９２ｂの先端面と他方の開先の面）が、隙間ができないように突き合わさった状態にした上で、レーザ・アーク複合溶接装置により１パス１プールで溶接を行うようにする。
このとき、図９（ｂ）に示すように、窪み部９１により形成された開先の間の隙間の中央の領域を含む面９５と、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する（突出部９２及び窪み部９１が形成されている）領域の、レーザ光１６が照射される側の端部との交線９６上の位置を、レーザ光１６の狙い位置とする。すなわち、レーザ光１６の光軸が、この狙い位置に合うようにレーザ光１６を照射する。以上のように図９に示す例では、溶接進行方向は交線９６の方向であり、溶接予定箇所には交線９６が含まれることになる。尚、このように狙い位置９６を定めてレーザ光１６を照射しても、金属板１５の板面方向（図９（ｂ）のＢの方向）にレーザ光１６の光軸がずれることがある。本実施形態では、この狙い位置を中心として±１．０［mm］までのずれを許容するものとする。レーザ光１６の光軸がこれよりもずれると、窪み部９１によってレーザ光１６が溶融させる金属板１５の実効板厚を小さくする効果が薄れてしまうからである。
【００３０】
ここで、レーザ光１６のビーム径（集光径）は、０．２［mm］以上、１．０［mm］以下、好ましくは、０．４［mm］以上、１．０［mm］以下となるようにする。レーザ光１６のビーム径が０．４［mm］未満になると、窪み部７１により形成された隙間を有する開先面を溶融することができなくなる虞があり、さらに、レーザ光１６のビーム径が０．２［mm］未満になると、この傾向が顕著になるからである。一方、レーザ光１６のビーム径が１．０［mm］を超えると、金属板１５を溶接するのに必要なパワー密度が確保できなくなる虞があるからである。ところで、レーザ・アーク複合溶接のように、アークにより十分な溶融金属が供給される場合、突き合わされた開先の間の隙間がビーム径に比較して大きくても、ビームホール周囲の溶融金属の流れにより、開先面を溶融させることが可能である。
また、図９に示す例では、フィラーワイヤ１７（アーク）の狙い位置も、図９（ｂ）に示す交線９６上の位置としている。ただし、フィラーワイヤ１７（アーク）の狙い位置は、必ずしもレーザ光１６の狙い位置と同じにする必要はない。
以上のように、狙い位置を交線９６として、前述したレーザ・アーク複合溶接装置により１パスで溶接を行うと、図９（ｃ）に示すような溶接ビード７７が形成される。
【００３１】
（開先の第２の例）
図１０は、金属板１５の開先の形状の第２の例を示す図である。具体的に図１０（ａ）は、金属板１５の開先同士が突き合わさった領域を、図１、図５、図７に示すＡの方向から見た図である。また、図１０（ｂ）は、突き合わさった金属板１５の開先に対するレーザ光１６の狙い位置の一例を示す図である。また、図１０（ｃ）は、溶接ビードの一例を模式的に示す図である。
【００３２】
図１０に示す開先は、金属板１５の開先形状がＸ開先を基本とする形状であり、このＸ開先の中央の部分（通常のＸ開先における突き合わせ面）に、窪み部と突出部とを形成するようにしている。図１０に示す例では、突き合わさる双方の開先に窪み部１０２、１０３と突出部１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂとを形成する。すなわち、通常のＸ開先における突き合わせ面の中央の領域が窪み、且つ、その上側の領域と下側の領域とが突出するように、窪み部１０２、１０３と突出部１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂとが、それぞれ開先の長手方向（図１０（ｂ）のＣ方向）に沿って連続的に形成されるようにする。ここで、突出部１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂの先端面と、窪み部１０２、１０３の底面は、それぞれ板厚方向に沿って平坦な面である。尚、Ｘ開先における突き合わせ面の上下の領域は、通常のＸ開先と同様に、板厚方向に対し傾斜角θ［°］で傾斜している。この傾斜角θ［°］は、例えば４０［°］である。
【００３３】
突出部１０４ａ、１０４ｂ（１０５ａ、１０５ｂ）の板厚方向の長さの合計値（＝Ｄ１１＋Ｄ１２）が、２［mm］以上となるようにする。また、ハイブリッド溶接により１パスで溶接する部分（金属板１５の突き合わせ面）の板厚方向の長さＤ１４に対する、窪み部１０２、１０３の板厚方向の長さＤ１３の割合（＝（Ｄ１３／Ｄ１４））を０．６［−］以上とする。
また、突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ１８（窪み部１０２、１０３の深さの合計）が、０．３［mm］以上、２．５［mm］以下、好ましくは、０．５［mm］以上、２．０［mm］以下となるようにする。
また、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分（金属板１５の突き合わせ面）の板厚方向の長さＤ１４は、５［mm］以上、１６［mm］以下とする。
以上のようにする理由は、前述した第１の例で説明した通りである。尚、第２の例では、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分の板厚方向の長さが１６［mm］以下であれば、金属板１５の板厚Ｄ１５は、１６［mm］を超えてもよい。
【００３４】
図１０に示す例では、以上のような形状の金属板１５の開先同士（一方の開先の突出部１０４ａ、１０４ｂの先端面と他方の開先の突出部１０５ａ、１０５ｂの先端面）が、隙間ができないように突き合わさった状態にした上で、レーザ・アーク複合溶接装置により溶接を行うようにする。
このとき、第２の例でも、第１の例と同様に、窪み部１０２、１０３により形成された開先の間の隙間の中央の領域を含む面１０６と、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する（突出部１０４、１０５及び窪み部１０２、１０３が形成されている）領域の、レーザ光１６が照射される側の端部との交線１０７上の位置を、レーザ光１６の狙い位置とする。また、第１の例と同様に、この狙い位置を中心として±１．０［mm］までのずれを許容するものとする。また、第１の例と同様に、レーザ光１６のビーム径（集光径）は、０．２［mm］以上、１．０［mm］以下、好ましくは、０．４［mm］以上、１．０［mm］以下となるようにする。
【００３５】
以上のように狙い位置を交線１０７として、前述したレーザ・アーク複合溶接装置により１パス１プールでハイブリッド溶接を行うと、図１０（ｃ）に示すような溶接ビード１０８ａが形成される。その後、開先の上下の部分をそれぞれ１パスで仕上げ溶接すると溶接ビード１０８ｂ、１０８ｃがそれぞれ形成される。以上のように、第２の例でも、第１の例と同様に、金属板１５の開先のうち、１プールで溶接される領域に対し、前述した条件を満たす突出部１０４、１０５と窪み部１０２、１０３を形成するようにする。
【００３６】
（開先の第３の例）
図１１は、金属板１５の開先の形状の第３の例を示す図である。具体的に図１１（ａ）は、金属板１５の開先同士が突き合わさった領域を、図１、図５、図７に示すＡの方向から見た図である。また、図１１（ｂ）は、突き合わさった金属板１５の開先に対するレーザ光１６の狙い位置の一例を示す図である。また、図１１（ｃ）は、溶接ビードの一例を模式的に示す図である。
【００３７】
図１１に示す開先は、金属板１５の開先形状がＹ開先を基本とする形状であり、このＹ開先の中央の部分（通常のＹ開先における突き合わせ面）に、窪み部と突出部とを形成するようにしている。図１１に示す例では、突き合わさる双方の開先に窪み部１１２、１１３と突出部１１４、１１５とを形成する。すなわち、通常のＹ開先における突き合わせ面の上側の領域が窪み、且つ、その下側の領域が突出するように、窪み部１１２、１１３と突出部１１４、１１５とが、それぞれ開先の長手方向（図１１（ｂ）のＣ方向）に沿って連続的に形成されるようにする。ここで、突出部１１４、１１５の先端面と、窪み部１１２、１１３の底面は、それぞれ板厚方向に沿って平坦な面である。尚、Ｙ開先における突き合わせ面の上の領域は、通常のＹ開先と同様に、板厚方向に対し傾斜角θ１［°］で傾斜している。この傾斜角θ１［°］の合計値θ（θ１＋θ１）［°］は、例えば４５［°］である。
【００３８】
突出部１１４（１１５）の板厚方向の長さの合計値（＝Ｄ２１）が、２［mm］以上となるようにする。また、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分（金属板１５の突き合わせ面）の板厚方向の長さＤ２４に対する、窪み部１１２、１１３の板厚方向の長さＤ２３の割合（＝（Ｄ２３／Ｄ２４））を０．６［−］以上とする。
また、突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ２８（窪み部１１２、１１３の深さの合計）が、０．３［mm］以上、２．５［mm］以下、好ましくは、０．５［mm］以上、２．０［mm］以下となるようにする。
また、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分（金属板１５の突き合わせ面）の板厚方向の長さＤ２４は、５［mm］以上、１６［mm］以下とする。
以上のようにする理由は、前述した第１の例で説明した通りである。尚、第３の例では、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分の板厚方向の長さが１６［mm］以下であれば、金属板１５の板厚Ｄ２５は、１６［mm］を超えてもよい。
【００３９】
図１１に示す例では、以上のような形状の金属板１５の開先同士（一方の開先の突出部１１４の先端面と他方の開先の突出部１１５の先端面）が、隙間ができないように突き合わさった状態にした上で、レーザ・アーク複合溶接装置により溶接を行うようにする。
このとき、第３の例でも、第１の例と同様に、窪み部１１２、１１３により形成された開先の間の隙間の中央の領域を含む面１１６と、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する領域（突出部１１４、１１５及び窪み部１１２、１１３が形成されている領域）の、レーザ光１６が照射される側の端部との交線１１７上の位置を、レーザ光１６の狙い位置とする。また、第１の例と同様に、この狙い位置を中心として±１．０［mm］までのずれを許容するものとする。また、第１の例と同様に、レーザ光１６のビーム径（集光径）は、０．２［mm］以上、１．０［mm］以下、好ましくは、０．４［mm］以上、１．０［mm］以下となるようにする。
【００４０】
以上のように狙い位置を交線１１７として、前述したレーザ・アーク複合溶接装置により１プールで溶接を行うと、図１１（ｃ）に示すような溶接ビード１１８ａが形成される。その後、開先の上の部分を１パスで仕上げ溶接すると溶接ビード１１８ｂが形成される。以上のように、第３の例でも、第１、第２の例と同様に、金属板１５の開先のうち、１プールで溶接される領域に対し、前述した条件を満たす突出部１１４、１１５と窪み部１１２、１１３を形成するようにする。
【００４１】
（開先の第４の例）
図１２は、金属板１５の開先の形状の第４の例を示す図である。具体的に図１２（ａ）は、金属板１５の開先同士が突き合わさった領域を、図１、図５、図７に示すＡの方向から見た図である。また、図１２（ｂ）は、突き合わさった金属板１５の開先に対するレーザ光１６の狙い位置の一例を示す図である。また、図１２（ｃ）は、溶接ビードの一例を模式的に示す図である。
【００４２】
図１２に示す開先は、金属板１５の開先形状がＩ開先を基本とする形状であり、このＩ開先（通常のＩ開先における突き合わせ面）に、窪み部と突出部とを形成するようにしている。図１２に示す例では、突き合わさる双方の開先に窪み部１２２、１２３と突出部１２４、１２５とを形成する。すなわち、通常のＩ開先における突き合わせ面の上側の領域が突出し、且つ、その下側の領域が窪むように、窪み部１２２、１２３と突出部１２４、１２５とが、それぞれ開先の長手方向（図１２（ｂ）のＣ方向）に沿って連続的に形成されるようにする。ここで、突出部１２４、１２５の先端面と、窪み部１２２、１２３の底面は、それぞれ板厚方向に沿って平坦な面である。
【００４３】
突出部１２４（１２５）の板厚方向の長さの合計値（＝Ｄ３１）が、２［mm］以上となるようにする。また、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分の板厚方向の長さ（金属板１５の板厚Ｄ３５）に対する、窪み部１２２、１２３の板厚方向の長さＤ２３の割合（＝（Ｄ３３／Ｄ３５））を０．６［−］以上とする。
また、突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ３８（窪み部１２２、１２３の深さの合計）が、０．３［mm］以上、２．５［mm］以下、好ましくは、０．５［mm］以上、２．０［mm］以下となるようにする。
また、金属板１５の板厚Ｄ３５は、５［mm］以上、１６［mm］以下とする。
以上のようにする理由は、前述した第１の例で説明した通りである。
【００４４】
第４の例では、以上のような形状の金属板１５の開先同士（一方の開先の突出部１２４の先端面と他方の開先の突出部１２５の先端面）が、隙間ができないように突き合わさった状態にした上で、レーザ・アーク複合溶接装置によりハイブリッド溶接を行うようにする。
このとき、第４の例でも、第１の例と同様に、窪み部１２２、１２３により形成された開先の間の隙間の中央の領域を含む面１２６と、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する領域（突出部１２４、１２５及び窪み部１２２、１２３が形成されている領域）の、レーザ光１６が照射される側の端部との交線１２７上の位置を、レーザ光１６の狙い位置とする。また、第１の例と同様に、この狙い位置を中心として±１．０［mm］までのずれを許容するものとする。また、第１の例と同様に、レーザ光１６のビーム径（集光径）は、０．２［mm］以上、１．０［mm］以下、好ましくは、０．４［mm］以上、１．０［mm］以下となるようにする。
【００４５】
以上のように狙い位置を交線１２７として、前述したレーザ・アーク複合溶接装置により１パス１プールで溶接を行うと、図１２（ｃ）に示すような溶接ビード１２８が形成される。以上のように、第４の例でも、第１〜第３の例と同様に、金属板１５の開先のうち、１プールで溶接される領域に対し、前述した条件を満たす突出部１２４、１２５と窪み部１２２、１２３を形成するようにする。
【００４６】
（開先の第５の例）
図１３は、金属板１５の開先の形状の第５の例を示す図である。具体的に図１３（ａ）は、金属板１５の開先同士が突き合わさった領域を、図１、図５、図７に示すＡの方向から見た図である。また、図１３（ｂ）は、突き合わさった金属板１５の開先に対するレーザ光１６の狙い位置の一例を示す図である。また、図１３（ｃ）は、溶接ビードの一例を模式的に示す図である。
【００４７】
図１３に示す開先は、金属板１５の開先形状がＩ開先を基本とする形状であり、このＩ開先（通常のＩ開先における突き合わせ面）に、窪み部と突出部とを形成するようにしている。図１３に示す例では、突き合わさる双方の開先に窪み部１３２、１３３と突出部１３４、１３５とを形成する。すなわち、通常のＩ開先における突き合わせ面の下側の領域が突出し、且つ、その上側の領域が窪むように、窪み部１３２、１３３と突出部１３４、１３５とが、それぞれ開先の長手方向（図１３（ｂ）のＣ方向）に沿って連続的に形成されるようにする。ここで、突出部１３４、１３５の先端面と、窪み部１３２、１３３の底面は、それぞれ板厚方向に沿って平坦な面である。
【００４８】
突出部１３４（１３５）の板厚方向の長さの合計値（＝Ｄ４１）が、２［mm］以上となるようにする。また、ハイブリッド溶接により１パスで溶接する部分の板厚方向の長さ（ここでは金属板１５の板厚Ｄ４５）に対する、窪み部１３２、１３３の板厚方向の長さＤ４３の割合（＝（Ｄ４３／Ｄ４５））を０．６［−］以上とする。
また、突き合わさった開先の間の隙間の長さＤ４８（窪み部１３２、１３３の深さの合計）が、０．３［mm］以上、２．５［mm］以下、好ましくは、０．５［mm］以上、２．０［mm］以下となるようにする。
また、金属板１５の板厚Ｄ４５は、５［mm］以上、１６［mm］以下とする。
以上のようにする理由は、前述した第１の例で説明した通りである。
【００４９】
第５の例では、以上のような形状の金属板１５の開先同士（一方の開先の突出部１３４の先端面と他方の開先の突出部１３５の先端面）が、隙間ができないように突き合わさった状態にした上で、レーザ・アーク複合溶接装置によりハイブリッド溶接を行うようにする。
このとき、第５の例でも、第１の例と同様に、窪み部１３２、１２３により形成された開先の間の隙間の中央の領域を含む面１３６と、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する領域（突出部１３４、１３５及び窪み部１３２、１３３が形成されている領域）の、レーザ光１６が照射される側の端部との交線１３７上の位置を、レーザ光１６の狙い位置とする。また、第１の例と同様に、この狙い位置を中心として±１．０［mm］までのずれを許容するものとする。また、第１の例と同様に、レーザ光１６のビーム径（集光径）は、０．２［mm］以上、１．０［mm］以下、好ましくは、０．４［mm］以上、１．０［mm］以下となるようにする。
【００５０】
以上のように狙い位置を交線１３７として、前述したレーザ・アーク複合溶接装置により１プールで溶接を行うと、図１３（ｃ）に示すような溶接ビード１３８が形成される。以上のように、第５の例でも、第１〜第４の例と同様に、金属板１５の開先のうち、１プールで溶接される領域に対し、前述した条件を満たす突出部１３４、１３５と窪み部１３２、１３３を形成するようにする。
【００５１】
尚、金属板１５の開先の形状は、第１〜第５の例に示したものに限定されない。すなわち、突き合わさった開先の少なくとも何れか一方に、当該開先の長手方向全体に亘って、窪み部及び突出部がそれぞれ連続的に形成されるようにすると共に、当該窪み部及び突出部が形成されている開先については、当該突出部の先端面のみが、突き合わせの相手となる開先と当接する（隙間が０となる）ようにしていれば、金属板の開先の形状は、第１〜第５の例に示したものに限定されない（後述する図２８、図２９、図３１（ｂ）、図３４〜図３６等を参照）。
【００５２】
［実施例］
次に、本発明の実施例について説明する。
図１４は、１パス１プールで１パスの溶接を行った場合の実施例と比較例（実施例１〜１２、比較例１〜８）の結果を示す図であり、図１５は、１パス２プールで１パスの溶接を行った場合の実施例と比較例（実施例１３、１４、比較例９）の結果を示す図であり、図１６は、１パス１プールで多パスの溶接を行った場合の実施例と比較例（実施例１５〜１８、比較例１０、１１）の結果を示す図である。各実施例及び比較例では、以下の条件で試験を行った。これ以外の条件は、図１４〜図１６に示すと共に各例の説明で示す。
【００５３】
・金属板；ＳＭ４９０（JIS G 3106）
・アーク溶接；ＭＡＧ溶接
・ＭＡＧ条件；
・シールドガス；Ａｒ−２０［体積％］ＣＯ2（流速；１５［Ｌ／ｍｉｎ］）
・ワイヤ；ＹＧＷ−１１（φ１．２［ｍｍ］）
・突き出し；１５［ｍｍ］
・レーザ条件
・ファイバレーザ
・焦点位置；鋼板面表面
・同軸センターシールド；Ａｒ（流速；５０［Ｌ／ｍｉｎ］）
・レーザ光の照射角度；鋼板表面に対し垂直（前進角・後進角αL＝０［°］）
・スタンドオフ；２０［ｍｍ］
【００５４】
図１４〜図１６において、「ハイブリッド条件」とは、レーザ溶接トーチ１９、ガスシールドアーク溶接トーチ２０、５０の配置を示すものである。「ＡＬ」と表記されているものは、図２に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９ａを後行させることを示す。「ＬＡ」と表記されているのは、図８に示したように、レーザ溶接トーチ１９ａを先行させ、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を後行させることを示す。「ＡＬＡ」と表記されているのは、図６に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行、レーザ溶接トーチ１９ａを後行させ、更に、レーザ溶接トーチ１９ａに対してガスシールドアーク溶接トーチ５０を後行させることを示す。「ＬＡＡ」と表記されているのは、図６の変形例として説明したように、レーザ溶接トーチ１９ａを先行、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を後行させ、更にガスシールドアーク溶接トーチ２０に対してガスシールドアーク溶接トーチ５０を後行させることを示す。また、「ＡＬ」、「ＬＡ」、「ＡＬＡ」、「ＬＡＡ」の後に記載されている数字は、レーザ・アーク間距離ＤＭを示す。
【００５５】
「ハイブリッド溶接対象部板厚」とは、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分の板厚方向の長さ（例えば、図９のＤ５、図１０のＤ１４、図１１のＤ２４、図１２のＤ３５、図１３のＤ４５）である。
「空隙部」の「高さ」とは、窪み部の板厚方向の長さ（例えば、図９のＤ３、図１０のＤ１３、図１１のＤ２３、図１２のＤ３３、図１３のＤ４３）である。
「空隙部」の「幅」とは、突き合わさった開先の間の隙間の長さ（例えば、図９のＤ４、図１０のＤ１８、図１１のＤ２８、図１２のＤ３８、図１３のＤ４８）である。
「空隙高さ率」とは、ハイブリッド溶接により１プールで溶接する部分の板厚方向の長さに対する、窪み部の板厚方向の長さの割合（例えば、図９のＤ３／Ｄ５、図１０のＤ１３／Ｄ１４、図１１のＤ２３／Ｄ２４、図１２のＤ３３／Ｄ３５、図１３のＤ４３／Ｄ４５）である。
【００５６】
「突き当て部合計高さ」とは、突出部の板厚方向の長さの合計値（例えば、図９のＤ１＋Ｄ２、図１０のＤ１１＋Ｄ１２、図１１のＤ２１、図１２のＤ３１、図１３のＤ４３）である。
「アーク角度」とは、ガスシールドアーク溶接トーチ２０の軸（フィラーワイヤ１７ａの軸）の方向と、鋼板の板面に垂直な方向とのなす角度（＝前進角・後退角αA）である。
【００５７】
（実施例１）
図１７は、実施例１における開先の形状を示す図である。具体的に図１７（ａ）は、金属板の開先同士を突き合わせる前の状態を示す図であり、図１７（ｂ）は、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。尚、図１７に示す（単位なしの）数字は、各部の寸法をミリメートルの単位で示したものである。また、図１７（ａ）に示す下向きの矢印で示す箇所がレーザ光及びフィラーワイヤの狙い位置であり、この狙い位置は、図９に示した狙い位置９６に対応する。尚、図１７以降の各図においても、単位なしの数字は、各部の寸法をミリメートルの単位で示したものであり、下向きの矢印で示す箇所がレーザ光及びワイヤの狙い位置を示したものである。
本実施例では、図１に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図２に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９ａを後行させて、図９に示したような開先を有する金属板を１パスで溶接した。図１４の実施例１の欄に示すように、本実施例では、開先全体にわたって良好な裏波溶接ができた。
【００５８】
（比較例１、２、３）
図１８は、比較例１、２における開先の形状を示す図である。具体的に図１８（ａ）は、比較例１、２における、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図であり、図１８（ｂ）は、比較例３における、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。
比較例１、２では、Ｉ開先を当接させる（隙間０で突き合わせる）ようにしている。図１４の比較例１、２の欄に示すように、金属板の双方の開先をＩ開先とし、当該開先同士を当接させると、アーク電流を低減しても、溶接部から玉状に溶融金属が垂れ落ちることを回避することはできなかった。
【００５９】
比較例３では、隙間が１．０［ｍｍ］となることを狙ってＩ開先を突き合わせるようにしている。ただし、金属板の開先は完全に平坦ではないので、開先の長手方向において（紙面に対して垂直な方向において）隙間が１．０［ｍｍ］よりも狭い部分と広い部分とが存在する。図１４の比較例３の溶接結果に示すように、隙間がきちっと形成されている部分では、良好な裏波溶接ができたが、隙間が１．０［ｍｍ］よりも（極端に）狭い部分では、玉状に溶融金属が垂れ落ち、また、隙間が１．０［ｍｍ］よりも（極端に）広い部分では、フィラーメタルの量が不足し、アンダーフィルが生じた。このように、２枚の金属板を、間隔が有するように突き合わせる場合には、２枚の金属板の相対的な位置関係を決めることができず、一定の隙間を形成して２枚の金属板を突き合わせるためには、溶接能率を低下させざるを得ない。
【００６０】
（実施例２〜４）
図１９〜図２１は、それぞれ、実施例２〜４における開先の形状を示す図である。具体的に図（ａ）は、金属板の開先同士を突き合わせる前の状態を示す図であり、図（ｂ）は、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。
実施例２〜４は、実施例１に対し、開先の形状（空隙部の幅（図９のＤ４））を変えたものである。
【００６１】
（比較例４、５）
図２２、図２３は、それぞれ比較例４、５における開先の形状を示す図である。具体的に図（ａ）は、金属板の開先同士を突き合わせる前の状態を示す図であり、図（ｂ）は、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。
比較例４、５も、実施例１に対し、開先の形状（空隙部の幅（図９のＤ４））を変えたものである。図１４の比較例４の欄に示すように、空隙部の幅（図９のＤ４）を２［mm］にすると、隙間が広すぎて開先の一部を未溶接のまま残してしまった。また、図１４の比較例５の欄に示すように、空隙部の幅（図９のＤ４）を０．２［mm］にすると、実質的に隙間を形成した効果による効果を出すことができず、溶接部から玉状に溶融金属が垂れ落ちることを回避することはできなかった。
図１４の実施例１〜４、比較例４、５の欄に示すように、空隙部の幅（図９のＤ４）を０．３［mm］以上、２．５［mm］以下にすると、開先全体にわたって良好な裏波溶接ができることが分かる。
【００６２】
（実施例５、６）
図２４、図２５は、それぞれ実施例５、６における開先の形状を示す図である。具体的に図（ａ）は、金属板の開先同士を突き合わせる前の状態を示す図であり、図（ｂ）は、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。
実施例５、６は、実施例１に対し、開先の形状（突き当て部合計高さ（図９のＤ１＋Ｄ２））を変えたものである。
（比較例６、７）
図２６、図２７は、それぞれ比較例６、７における開先の形状を示す図である。具体的に図（ａ）は、金属板の開先同士を突き合わせる前の状態を示す図であり、図（ｂ）は、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。
比較例６、７も、実施例１に対し、開先の形状（突き当て部合計高さ（図９のＤ１＋Ｄ２））を変えたものである。
【００６３】
図１４の比較例６の欄に示すように、空隙高さ率（図９のＤ３／Ｄ５）が０．５であると、溶接ビードの裏面では溶融池の保持が不十分となり、玉状に溶融金属が垂れ落ちた。また、図１４の比較例７の欄に示すように、突き当て部合計高さが、１［mm］であると、金属板を突き合わせたときに、突出部が潰れてしまい安定した隙間を形成することができず、溶接品質が不安定になった。
図１４の実施例１、５、６、比較例６、７の欄に示すように、突き当て部合計高さ（図９のＤ１＋Ｄ２）を２［mm］以上とし、且つ、空隙高さ率（図９のＤ３／Ｄ５）を０．６［−］以上にすると、開先全体にわたって良好な裏波溶接ができることが分かる。
【００６４】
（実施例７、８）
図２８、図２９は、それぞれ実施例７、８における開先の形状を示す図である。具体的に図（ａ）は、金属板の開先同士を突き合わせる前の状態を示す図であり、図（ｂ）は、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図であり、図（ｃ）は、開先の一部を拡大して示す図である。
本実施例では、２枚の金属板に同じ開先加工を施して、２枚の金属板を突き合わせたときに、開先部分が実施例１と同様の形状を有するようにしている。ただし、図２８（ｃ）、図２９（ｃ）に示すように、窪み部の底面端部が湾曲するようにしている。尚、本実施例でも、実施例１と同様に、図１に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図２に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９を後行させて、金属板を１パス１プールで溶接した。
図１４の実施例７、８の欄に示すように、突き合わさるお互いの金属板のそれぞれに、窪み部と突出部とを形成しても、開先全体にわたって良好な裏波溶接ができた。
【００６５】
図３０は、実施例９〜１２、比較例８における開先の形状を示す図である。図３０では、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示している。
（実施例９、１０）
実施例９では、図７に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図８に示したように、レーザ溶接トーチ１９ａを先行させ、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を後行させて、図１２に示したような開先を有する金属板を１パス１プールで溶接した。また、実施例１０では、図１に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図２に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９を後行させて、図１３に示したような開先を有する金属板を１パスプールで溶接した。図１４の実施例９、１０の欄に示すように、突き合わさる突出部の数が１箇所であっても、当該突出部を当接させることによって一定の隙間を形成することができ、開先全体にわたって良好な裏波溶接ができた。
【００６６】
（実施例１１、１２、比較例８）
実施例１１、１２、比較例８でも、図１に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図２に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９を後行させて、図１３に示したような開先を有する金属板を１パス１プールで溶接した。図１４の実施例１１、１２、比較例８の欄に示すように、ハイブリッド溶接対象部板厚（図１３のＤ４５）を５［mm］以上、１６［mm］以下にすると、開先全体にわたって良好な裏波溶接ができた。
【００６７】
（実施例１３、１４、比較例９）
図３１は、実施例１３、１４、比較例９における開先の形状を示す図である。図３１では、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示している。尚、図３１において、°の単位が付いている数字は、角度を示したものである。
金属板の板厚が厚い（板厚が１６［mm］を超える）場合、片側から下向きに１パス１プールで溶接を行うと、溶融部から玉状に溶融金属がその自重によって垂れ落ちる。そこで、実施例１３、１４では、片側から下向きに２プールで溶接を行うようにしている。
【００６８】
実施例１３では、図５に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図６に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９ａを後行させて、突出部と窪み部とが形成された「１プールで溶接を行う領域」を溶接し、図１１（ｃ）に示したような溶接ビード１１８ａを形成する。その後、レーザ溶接トーチ１９に対して後行するガスシールドアーク溶接トーチ５０により、当該領域の上の領域をアーク溶接し、図１１（ｃ）に示したような溶接ビード１１８ｂを形成する。ここで、ガスシールドアーク溶接トーチ２０とレーザ溶接トーチ１９ａとによるハイブリッド溶接における溶融池と、ガスシールドアーク溶接トーチ５０によるアーク溶接における溶融池とが１つとなる１プール溶接とすると、溶融金属の量が多くなり、溶融金属が溶接部から垂れ落ちる虞がある。そこで、レーザ溶接トーチ１９ａから照射されるレーザ光の狙い位置と、ガスシールドアーク溶接トーチ５０から送給されるワイヤの狙い位置との間の距離であるレーザ・アーク間距離ＤＮを１０［mm］にし、ガスシールドアーク溶接トーチ２０とレーザ溶接トーチ１９ａとによるハイブリッド溶接における溶融池と、ガスシールドアーク溶接トーチ５０によるアーク溶接における溶融池とが別々に形成されるようにしている。また、本実施例では、ガスシールドアーク溶接トーチ５０におけるアークを発生する際の電流値は２００［Ａ］である。さらに、本実施例では、ガスシールドアーク溶接トーチ５０（フィラーワイヤ１７ｂ）の前進角αBを１５［°］にしている。
【００６９】
実施例１３では、図１１に示したように、通常のＹ開先における突き合わせ面の上側の領域が窪み、下側の領域が突出するようにした。これに対し、実施例１４では、通常のＹ開先における突き合わせ面の上側の領域と下側の領域とが突出し、中央の領域が窪むようにした。また、実施例１４では、トーチの第５の例（図８）の変形例として説明したように、レーザ溶接トーチ１９ａを先行させ、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を後行させて、突出部と窪み部とが形成された「１プールで溶接を行う領域」を溶接する。その後、レーザ溶接トーチ１９に対して後行するガスシールドアーク溶接トーチ５０により、当該領域の上の領域をアーク溶接する。
【００７０】
また、実施例１４でも、実施例１３と同様に、ガスシールドアーク溶接トーチ２０から送給されるワイヤの狙い位置と、ガスシールドアーク溶接トーチ５０から送給されるワイヤの狙い位置との距離であるアーク・アーク間距離ＤＳを１０［mm］にし、ガスシールドアーク溶接トーチ２０とレーザ溶接トーチ１９ａとによるハイブリッド溶接における溶融池と、ガスシールドアーク溶接トーチ５０によるアーク溶接における溶融池とが別々に形成されるようにしている。また、本実施例でも、ガスシールドアーク溶接トーチ５０におけるアークを発生する際の電流値は２００［Ａ］である。さらに、本実施例でも、ガスシールドアーク溶接トーチ５０（フィラーワイヤ１７ｂ）の前進角αBを１５［°］にしている。
【００７１】
比較例９では、隙間が０．５［mm］となることを狙ってＩ開先を突き合わせるようにしている。比較例９では、実施例１３と同様に、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９ａを後行させて、突出部と窪み部とが形成された「１プールで溶接を行う領域」を溶接し、その後、レーザ溶接トーチ１９に対して後行するガスシールドアーク溶接トーチ５０により、当該領域の上の領域をアーク溶接する。
図１５の実施例１３、１４の欄に示すように、１プールで溶接を行う領域に窪み部と突出部とを形成し、その領域に対してハイブリッド溶接を行うと共に、その領域の上の領域に対してアーク溶接を行うことにより、金属板の板厚が１６［mm］を超えても開先全体にわたって良好な裏波溶接ができた。一方、図１５の比較例９の欄に示すように、突き合わせる金属板に隙間を形成するだけでは、金属板の板厚が１６［mm］を超えると、溶融金属の量が多くなるため、溶融金属の自重により、溶接部から玉状に溶融金属が垂れ落ちた。
【００７２】
（実施例１５）
図３２は、実施例１５における開先の形状を示す図である。具体的に図３２（ａ）は、金属板の開先同士を突き合わせる前の状態を示す図であり、図３２（ｂ）は、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。
本実施例では、図１に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図２に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９ａを後行させて、突出部と窪み部とが形成された「１プールで溶接を行う領域」（図１０の窪み部１０２、１０３、突出部１０４、１０５が形成されている領域）を溶接し、図１０（ｃ）に示したような溶接ビード１０８ａを形成する。その後、当該領域の上下の領域に対して、それぞれ１パスでサブマージアーク溶接を行い、図１０（ｃ）に示したような溶接ビード１０８ａを形成する。図１６の実施例１５の欄に示すように、本実施例では、開先全体にわたって良好な裏波溶接ができた。
【００７３】
（比較例１０、１１）
図３３は、比較例１０、１１における開先の形状を示す図である。具体的に図３３（ａ）は、比較例１０における、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図であり、図３３（ｂ）は、比較例１１における、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。
比較例１０では、Ｘ開先の突き合わせ面を当接した状態にする。そして、図１に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図２に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９ａを後行させて、Ｘ開先の突き合わせ面を１プールで溶接した。図１６の比較例１０の欄に示すように、Ｘ開先の突き合わせ面の部分の板厚方向の長さが８．０［mm］であるのにも関わらず、溶接部から玉状に溶融金属が垂れ落ち、良好な溶接が困難であった。
【００７４】
一方、比較例１１では、間隔が１．０［mm］となることを狙って、Ｘ開先の突き合わせ面を突き合わせるようにしている。そして、図１に示したレーザ・アーク複合溶接装置を用いて、図２に示したように、ガスシールドアーク溶接トーチ２０を先行させ、レーザ溶接トーチ１９ａを後行させて、Ｘ開先の突き合わせ面を１プールで溶接した。図１６の比較例１１の欄に示すように、隙間がきちっと形成されている部分では、良好な裏波溶接ができたが、隙間が１．０［ｍｍ］よりも（極端に）狭い部分では、玉状に溶融金属が垂れ落ち、また、隙間が１．０［ｍｍ］よりも（極端に）広い部分では、フィラーメタルの量が不足し、アンダーフィルが生じた。
【００７５】
（実施例１６〜１８）
図３４〜図３６は、それぞれ、実施例１６〜１８における開先の形状を示す図である。具体的に図（ａ）は、金属板の開先同士を突き合わせる前の状態を示す図であり、図（ｂ）は、金属板の開先同士を突き合わせた状態を示す図である。
実施例１６、１７では、突き合わせる金属板の一方のみに対して、通常のＸ開先の突き合わせ面に窪み部と突出部とを形成する。具体的に実施例１６では、通常のＸ開先の突き合わせ面の上側の領域と下側の領域に突出部を形成し、中央の領域に窪み部を形成する。一方、実施例１７では、通常のＸ開先の突き合わせ面の中央の領域に窪み部を形成し、その上側と下側の領域に窪み部を形成する。
実施例１８では、図３２に示した実施例１５に対し、上側の突出部の上側端部と、下側の突出部の下側端部とが湾曲するようにしている。
図１６の実施例１６〜１８の欄に示すように、各実施例では、開先全体にわたって良好な裏波溶接ができた。
【００７６】
以上のように本実施形態では、突き合わせる少なくとも一方の開先の、１プールで溶接を行う領域に、突出部（例えば図９の突出部９２ａ、９２ｂ）と窪み部（例えば図９の窪み部９１）を、それぞれ当該開先の長手方向に沿って連続的に形成する。そして、突出部と窪み部とが形成されている開先については、突出部の先端面（例えば図９の突出部９２ａ、９２ｂの先端面）のみが、突き合わせの相手となる開先と当接するように金属板１５を配置する。そして、窪み部（例えば図９の窪み部９１）により形成された開先の間の隙間の中央の領域を含む面（例えば図９の面９５）と、突出部及び窪み部が形成されている領域の、レーザ光１６が照射される側の端部との交線（例えば図９の交線９６）上の位置を、レーザ光１６とフィラーワイヤ１７の狙い位置としてレーザアークハイブリッド溶接を行う。以上のようにすることによって、金属板１５の開先同士を突き合わせるだけで、開先の間の隙間を容易に確保することができ、レーザ光１６が溶融する金属板１５の実効板厚を容易に小さくすることができる。したがって、金属板１５の開先同士を突き合せて当該金属板を溶接した際に、溶接部から玉状に溶融金属が垂れ落ちることを、大きな作業負荷をかけたり、大掛かりな装置を用いたり、長時間の溶接作業を行うことなく防止することができる。
尚、ＵＯ鋼管を造管する場合には、窪み部の上下に突出部を形成するのが望ましい。突出部が１箇所で当接するようにすると、突合せ位置がずれてしまう虞があるからである。
【００７７】
尚、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１１ 制御装置
１２ レーザ照射装置
１３ ワイヤ供給装置
１４ 電源
１５ 金属板
１６ レーザ光
１７ フィラーワイヤ
１８ 突合せ部分
１９ レーザ溶接トーチ
２０、５０ ガスシールドアーク溶接トーチ
９１、１０２、１０３、１１２、１１３、１２２、１２３、１３２、１３３ 窪み部
９２、９３、１０４、１０５、１１４、１１５、１２４、１２５、１３４、１３５ 突出部
９５、１０６、１１６、１２６、１３６ 開先の間の隙間の中央の領域を含む面
９６、１０７、１１７、１２７、１３７ 交線（レーザ光の狙い位置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開先同士が突き合わさるように、１プールで溶接する部分の板厚が５［mm］以上１６［mm］以下の金属板を配置する配置工程と、
前記金属板の溶接予定箇所に加工ガスを供給する加工ガス供給工程と、
前記突き合わさった開先の長手方向に沿って、前記加工ガスが供給された溶接予定箇所と溶加材との間にアークを順次発生させて当該溶接予定箇所に対してアーク溶接を行うアーク発生工程と、
前記突き合わさった開先の長手方向に沿って、前記加工ガスが供給された溶接予定箇所にレーザ光を照射して当該溶接予定箇所に対してレーザ溶接を行うレーザ照射工程と、を有し、
前記突き合わさった開先の１プールで溶接が行われる領域の少なくとも何れか一方には、当該開先の長手方向全体に亘って、窪み部と突出部とがそれぞれ連続的に形成されており、
前記突出部の板厚方向の長さの合計値は、２［mm］以上であり、
前記１プールで溶接が行われる領域の板厚方向の長さに対する、前記窪み部の板厚方向の長さの割合は、０．６［−］以上であり、
前記配置工程は、前記窪み部と前記突出部とが形成されている開先については、当該突出部の先端面のみが、突き合わせの相手となる開先と当接するように前記金属板を配置し、
前記配置工程により配置されたときに前記窪み部により前記金属板の開先の間に形成される隙間の長さは、０．３［mm］以上、２．５［mm］以下であり、
前記レーザ照射工程は、前記窪み部により前記金属板の開先の間に形成された隙間の中央の領域を含む面と、前記１プールで溶接が行われる領域の、前記レーザ光が照射される側の端部との交線上の位置を、前記レーザ光の狙い位置として、前記レーザ光を照射することを特徴とするレーザ・アーク複合溶接方法。
【請求項２】
前記突き合わさった開先の１プールで溶接が行われる領域の少なくとも何れか一方には、当該開先の中央の領域が窪み、且つ、当該中央の領域の上側の領域と下側の領域とが突出するように、前記窪み部と前記突出部とが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ・アーク複合溶接方法。
【請求項３】
前記突き合わさった開先の１プールで溶接が行われる領域の一方には、前記窪み部と前記突出部とがそれぞれ形成され、他方には、前記窪み部と前記突出部とが形成されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ・アーク複合溶接方法。
【請求項４】
前記金属板の開先の形状がＸ開先であり、
前記Ｘ開先の中央の部分に前記窪み部と前記突出部とがそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のレーザ・アーク複合溶接方法。
【請求項５】
前記レーザ光のビーム径は、０．２［mm］以上、１．０［mm］以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のレーザ・アーク複合溶接方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載のレーザ・アーク複合溶接方法で溶接される金属板の開先であって、
前記開先の長手方向全体に亘って、窪み部と突出部とがそれぞれ連続的に形成されていることを特徴とする突き合わせ溶接用金属板の開先。
【請求項１】
開先同士が突き合わさるように、１プールで溶接する部分の板厚が５［mm］以上１６［mm］以下の金属板を配置する配置工程と、
前記金属板の溶接予定箇所に加工ガスを供給する加工ガス供給工程と、
前記突き合わさった開先の長手方向に沿って、前記加工ガスが供給された溶接予定箇所と溶加材との間にアークを順次発生させて当該溶接予定箇所に対してアーク溶接を行うアーク発生工程と、
前記突き合わさった開先の長手方向に沿って、前記加工ガスが供給された溶接予定箇所にレーザ光を照射して当該溶接予定箇所に対してレーザ溶接を行うレーザ照射工程と、を有し、
前記突き合わさった開先の１プールで溶接が行われる領域の少なくとも何れか一方には、当該開先の長手方向全体に亘って、窪み部と突出部とがそれぞれ連続的に形成されており、
前記突出部の板厚方向の長さの合計値は、２［mm］以上であり、
前記１プールで溶接が行われる領域の板厚方向の長さに対する、前記窪み部の板厚方向の長さの割合は、０．６［−］以上であり、
前記配置工程は、前記窪み部と前記突出部とが形成されている開先については、当該突出部の先端面のみが、突き合わせの相手となる開先と当接するように前記金属板を配置し、
前記配置工程により配置されたときに前記窪み部により前記金属板の開先の間に形成される隙間の長さは、０．３［mm］以上、２．５［mm］以下であり、
前記レーザ照射工程は、前記窪み部により前記金属板の開先の間に形成された隙間の中央の領域を含む面と、前記１プールで溶接が行われる領域の、前記レーザ光が照射される側の端部との交線上の位置を、前記レーザ光の狙い位置として、前記レーザ光を照射することを特徴とするレーザ・アーク複合溶接方法。
【請求項２】
前記突き合わさった開先の１プールで溶接が行われる領域の少なくとも何れか一方には、当該開先の中央の領域が窪み、且つ、当該中央の領域の上側の領域と下側の領域とが突出するように、前記窪み部と前記突出部とが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ・アーク複合溶接方法。
【請求項３】
前記突き合わさった開先の１プールで溶接が行われる領域の一方には、前記窪み部と前記突出部とがそれぞれ形成され、他方には、前記窪み部と前記突出部とが形成されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ・アーク複合溶接方法。
【請求項４】
前記金属板の開先の形状がＸ開先であり、
前記Ｘ開先の中央の部分に前記窪み部と前記突出部とがそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のレーザ・アーク複合溶接方法。
【請求項５】
前記レーザ光のビーム径は、０．２［mm］以上、１．０［mm］以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のレーザ・アーク複合溶接方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載のレーザ・アーク複合溶接方法で溶接される金属板の開先であって、
前記開先の長手方向全体に亘って、窪み部と突出部とがそれぞれ連続的に形成されていることを特徴とする突き合わせ溶接用金属板の開先。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【公開番号】特開２０１１−２１８３６２（Ｐ２０１１−２１８３６２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８６４１２（Ｐ２０１０−８６４１２）
【出願日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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