溶接ビード整形方法
【課題】適用範囲の広く、また作業性の良い溶接ビード整形方法を提供する。
【解決手段】レーザ光を溶接ビードに照射して溶融させることにより平坦化する。
【解決手段】レーザ光を溶接ビードに照射して溶融させることにより平坦化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ビード整形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、アーク溶接やレーザ溶接等の溶接接合では、溶接線に沿って溶接ビード（溶融金属が固化して形成された溶接跡）が形成される。この溶接ビードの形状（表面形状）は、溶接品質を示すものとして一般に知られており、下記特許文献１ではすみ肉溶接で形成された凸凹状の溶接ビードを平坦に整形することにより、応力集中によるすみ肉ビードの疲労強度の低下を抑制することが開示されている。また、この特許文献１には、溶接ビードを平坦に整形する具体的な方法として、肉もり材をすみ肉ビードの表面に押し付けて相対移動させることにより摩擦熱を発生させ、この摩擦熱によって肉もり材及びすみ肉ビードの一部を溶融させることによってすみ肉ビードの表面を平坦化することが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２６３８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の整形方法は、すみ肉ビードが形成された部材（母材）をスライド台上に固定し、このスライド台を加圧シリンダを用いて円筒状の肉もり材に押圧させ、さらに肉もり材を回転させつつ部材（母材）を移動させるので、適用できる部材がかなり制限される。すなわち、部品の溶接部のようにスライド台上に載置・固定することが可能な部材には適用可能であるが、建造物のような固定構造体はスライド台上に載置・固定することが実質的にできないので、上記従来の整形方法は、固定構造体の溶接部には実質的に適用できない。
【０００４】
また、上記従来の整形方法は、摩擦熱によって肉もり材及びすみ肉ビードの一部を溶融させるものなので、すみ肉ビードが形成された部材に肉もり材を比較的大きな荷重で押圧させる必要があり、よってこのような比較的大きな荷重に耐え得る機械的強度を有する部材にしか適用できないという問題点もある。
【０００５】
さらに、上記従来の整形方法は、肉もり材が押圧された状態ですみ肉ビードが形成された部材を移動させるものなので、肉もり材と部材との位置関係を十分に調整する必要があり、よって整形の作業性が悪いという問題点もある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、適用範囲の広く、また作業性の良い溶接ビード整形方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、レーザ光を溶接ビードに照射して溶融させることにより平坦化する、という手段を採用する。
第２の解決手段として、上記第１の手段において、レーザ光のスポット径を溶接ビードの幅に設定する、という手段を採用する。
第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、レーザ溶接されたＴ型継ぎ手の溶接ビードに適用する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、レーザ光を溶接ビードに照射して溶融させることにより平坦化するので、従来技術のように溶接ビードが形成された部材を固定・移動させる特別な機構を必要とせず、よって幅広い溶接部に適用することが可能である。
特に、建造物の溶接部の場合には、従来技術のようなスライド台上に載置・固定することが実質的に不可能であるが、本発明によれば、溶接部をスライド台上に載置・固定する必要がないので、建造物の溶接部にも十分に適用可能である。
また、線状に延在する溶接ビードを整形する場合に、レーザ光の照射位置を溶接ビードに沿って移動させれば良いので、極めて作業性が良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る溶接ビード整形方法を示す模式図である。この図は、平板な基材にリブがレーザ溶接装置によってすみ肉溶接されたＴ型継ぎ手Ｗの溶接ビード（すみ肉ビードＢ2）を整形対照とする場合を示している。このＴ型継ぎ手Ｗは、リブのすみ肉ビードＢ1側からリブと基材との突合せ部にレーザ光Ｒを照射することにより溶接接合されたものである。
【００１０】
このように形成されたＴ型継ぎ手Ｗでは、レーザ光Ｒの照射側とは反対側のすみ肉ビードＢ2は、図示するように中央近傍が盛り上がった形状となる。このようなすみ肉ビードＢ2における盛り上がり部は、Ｔ型継ぎ手Ｗの疲労強度が低下するので好ましくなく、整形することにより一点鎖線で示すように平坦化する必要がある。
【００１１】
本溶接ビード整形方法では、このようなすみ肉ビードＢ2に対して、レーザ発振器１で発射された高エネルギーのレーザ光Ｒを適当な光伝送路を介してレーザ照射装置２に供給し、該レーザ照射装置２から整形用のレーザ光Ｒを照射する。レーザ発振器１は、上記レーザ溶接装置で使用されている炭酸ガスレーザあるいはＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザである。また、レーザ照射装置２は、光伝送路を介してレーザ発振器１から入射されたレーザ光Ｒを所定のスポット径に絞ってすみ肉ビードＢ2に照射する。
【００１２】
図２は、図1における上側からＴ型継ぎ手Ｗを見た模式図であるが、上記レーザ照射装置２は、直線状に延在するすみ肉ビードＢ2と平行な方向に移動自在に構成されている。このようなレーザ照射装置２は、Ｔ型継ぎ手Ｗの一端（図２における下端）から他端（上端）に一定の移動速度で移動しつつすみ肉ビードＢ2にレーザ光Ｒを照射する。
【００１３】
また、上記スポット径は、すみ肉ビードＢ2の幅、つまり寸法Ｔに合せて設定されている。これによって本実施形態では、すみ肉ビードＢ2の延在方向に直交する断面においてすみ肉ビードＢ2の略全表面を溶融することができる。
【００１４】
次に、本溶接ビード整形方法の具体的な手順について、図１、図２を参照して詳しく説明する。
最初に整形準備を行うが、当該整形準備工程では、レーザ照射装置２をＴ型継ぎ手Ｗの一端（図２の下端）に初期設定し、この状態でレーザ光Ｒの光軸及びスポット径をすみ肉ビードＢ2の方向及び寸法Ｔに設定する。このような整形準備工程は、作業員がＴ型継ぎ手Ｗとレーザ照射装置２との位置関係とを考慮して手作業で行う。なお、この整形準備工程では、光軸及びスポット径を調整する必要からすみ肉ビードＢ2にレーザ光Ｒを照射するが、この際のレーザ光Ｒはすみ肉ビードＢ2を溶融し得ない準備用の低エネルギ光である。
【００１５】
そして、このような整形準備工程が完了すると、作業員がレーザ照射装置２に整形開始指令を入力することにより、すみ肉ビードＢ2へのレーザ光Ｒの本照射とすみ肉ビードＢ2の延在方向に沿った一定の移動速度での移動とが開始される。
【００１６】
ここで、本照射におけるレーザ光Ｒのエネルギは一定なので、上記移動速度は、すみ肉ビードＢ2への入熱量、つまりすみ肉ビードＢ2の溶融深さを規定する。このすみ肉ビードＢ2の溶融深さはＴ型継ぎ手Ｗの材料に応じて異なるので、作業員は、上記整形開始指令を入力する際に、Ｔ型継ぎ手Ｗの材料に応じて異なる移動速度を指定することにより、肉ビードＢ2の溶融深さを所望する深さに調節する。
【００１７】
このような本溶接ビード整形方法によれば、レーザ光Ｒによってすみ肉ビードＢ2を溶融させるのですみ肉ビードＢ2の盛り上がり部を確実に平坦化することが可能であると共に、レーザ照射装置２をすみ肉ビードＢ2の延在方向に沿って移動させつつレーザ光Ｒをすみ肉ビードＢ2に照射するので、上述した従来の整形方法よりも整形の適用範囲が広く、また作業性が良い。
また、すみ肉ビードＢ2の幅に亘ってレーザ光Ｒを照射するので、レーザ照射装置２を肉ビードＢ2の延在方向に沿って１回移動させるだけで、すみ肉ビードＢ2の延在方向に沿った全部位の整形を完了させることが可能であり、この面でも作業性が極めて良好である。
【００１８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、レーザ溶接装置によってすみ肉溶接されたＴ型継ぎ手Ｗの溶接ビード（すみ肉ビードＢ2）を整形対照とする場合について説明したが、本発明の整形対象はこのようなＴ型継ぎ手Ｗに限定されない。本発明は、すみ肉溶接されたＴ型継ぎ手以外の継ぎ手にも適用可能であり、またレーザ溶接装置以外の溶接装置（例えばアーク溶接装置）によって溶接接合された継ぎ手にも適用可能である。
【００１９】
（２）上記実施形態では、直線状に延在するすみ肉ビードＢ2の整形について説明したが、本発明はこれに限定されない。溶接ビードの延在形状が直線以外の場合であっても、当該延在形状に合せてレーザ照射装置を移動させれば良い、
また、ビード長が極端に長い場合には、すみ肉ビードＢ2を複数の領域に分割し、各領域を複数のレーザ照射装置２で整形するようにしても良い。
【００２０】
（３）上記実施形態では、レーザ照射装置２を肉ビードＢ2の延在方向に沿って１回移動させるだけですみ肉ビードＢ2の延在方向に沿った全部位の整形を完了させることができるように、レーザ光Ｒのスポット径をすみ肉ビードＢ2の幅（寸法Ｔ）に設定したが、本発明はこれに限定されない。スポット径をさらに絞ることにより、すみ肉ビードＢ2において盛り上がっている中央近傍領域だけにレーザ光Ｒを照射するようにしても良い。
【００２１】
（４）さらに、上記実施形態では、レーザ照射装置２の移動速度を一定としたが、本発明はこれに限定されない。すみ肉ビードＢ2の延在方向の部位によってはすみ肉ビードＢ2の形状が極所的に変化している場合があるので、このようなすみ肉ビードＢ2の局所的な形状変化に応じてレーザ照射装置２の移動速度を変化させるようにしても良い。
なお、このようなすみ肉ビードＢ2の局所的な形状変化に応じてレーザ照射装置２の移動速度を変更するのではなく、レーザ光Ｒの照射エネルギを変更するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係わる溶接ビード整形方法を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる溶接ビード整形方法を示す模式図であり、上記図1における上側からＴ型継ぎ手Ｗを見た模式図である。
【符号の説明】
【００２３】
Ｗ…Ｔ型継ぎ手、Ｂ1，Ｂ2…すみ肉ビード、１…レーザ発振器、２…レーザ照射装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ビード整形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、アーク溶接やレーザ溶接等の溶接接合では、溶接線に沿って溶接ビード（溶融金属が固化して形成された溶接跡）が形成される。この溶接ビードの形状（表面形状）は、溶接品質を示すものとして一般に知られており、下記特許文献１ではすみ肉溶接で形成された凸凹状の溶接ビードを平坦に整形することにより、応力集中によるすみ肉ビードの疲労強度の低下を抑制することが開示されている。また、この特許文献１には、溶接ビードを平坦に整形する具体的な方法として、肉もり材をすみ肉ビードの表面に押し付けて相対移動させることにより摩擦熱を発生させ、この摩擦熱によって肉もり材及びすみ肉ビードの一部を溶融させることによってすみ肉ビードの表面を平坦化することが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２６３８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の整形方法は、すみ肉ビードが形成された部材（母材）をスライド台上に固定し、このスライド台を加圧シリンダを用いて円筒状の肉もり材に押圧させ、さらに肉もり材を回転させつつ部材（母材）を移動させるので、適用できる部材がかなり制限される。すなわち、部品の溶接部のようにスライド台上に載置・固定することが可能な部材には適用可能であるが、建造物のような固定構造体はスライド台上に載置・固定することが実質的にできないので、上記従来の整形方法は、固定構造体の溶接部には実質的に適用できない。
【０００４】
また、上記従来の整形方法は、摩擦熱によって肉もり材及びすみ肉ビードの一部を溶融させるものなので、すみ肉ビードが形成された部材に肉もり材を比較的大きな荷重で押圧させる必要があり、よってこのような比較的大きな荷重に耐え得る機械的強度を有する部材にしか適用できないという問題点もある。
【０００５】
さらに、上記従来の整形方法は、肉もり材が押圧された状態ですみ肉ビードが形成された部材を移動させるものなので、肉もり材と部材との位置関係を十分に調整する必要があり、よって整形の作業性が悪いという問題点もある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、適用範囲の広く、また作業性の良い溶接ビード整形方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、レーザ光を溶接ビードに照射して溶融させることにより平坦化する、という手段を採用する。
第２の解決手段として、上記第１の手段において、レーザ光のスポット径を溶接ビードの幅に設定する、という手段を採用する。
第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、レーザ溶接されたＴ型継ぎ手の溶接ビードに適用する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、レーザ光を溶接ビードに照射して溶融させることにより平坦化するので、従来技術のように溶接ビードが形成された部材を固定・移動させる特別な機構を必要とせず、よって幅広い溶接部に適用することが可能である。
特に、建造物の溶接部の場合には、従来技術のようなスライド台上に載置・固定することが実質的に不可能であるが、本発明によれば、溶接部をスライド台上に載置・固定する必要がないので、建造物の溶接部にも十分に適用可能である。
また、線状に延在する溶接ビードを整形する場合に、レーザ光の照射位置を溶接ビードに沿って移動させれば良いので、極めて作業性が良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る溶接ビード整形方法を示す模式図である。この図は、平板な基材にリブがレーザ溶接装置によってすみ肉溶接されたＴ型継ぎ手Ｗの溶接ビード（すみ肉ビードＢ2）を整形対照とする場合を示している。このＴ型継ぎ手Ｗは、リブのすみ肉ビードＢ1側からリブと基材との突合せ部にレーザ光Ｒを照射することにより溶接接合されたものである。
【００１０】
このように形成されたＴ型継ぎ手Ｗでは、レーザ光Ｒの照射側とは反対側のすみ肉ビードＢ2は、図示するように中央近傍が盛り上がった形状となる。このようなすみ肉ビードＢ2における盛り上がり部は、Ｔ型継ぎ手Ｗの疲労強度が低下するので好ましくなく、整形することにより一点鎖線で示すように平坦化する必要がある。
【００１１】
本溶接ビード整形方法では、このようなすみ肉ビードＢ2に対して、レーザ発振器１で発射された高エネルギーのレーザ光Ｒを適当な光伝送路を介してレーザ照射装置２に供給し、該レーザ照射装置２から整形用のレーザ光Ｒを照射する。レーザ発振器１は、上記レーザ溶接装置で使用されている炭酸ガスレーザあるいはＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザである。また、レーザ照射装置２は、光伝送路を介してレーザ発振器１から入射されたレーザ光Ｒを所定のスポット径に絞ってすみ肉ビードＢ2に照射する。
【００１２】
図２は、図1における上側からＴ型継ぎ手Ｗを見た模式図であるが、上記レーザ照射装置２は、直線状に延在するすみ肉ビードＢ2と平行な方向に移動自在に構成されている。このようなレーザ照射装置２は、Ｔ型継ぎ手Ｗの一端（図２における下端）から他端（上端）に一定の移動速度で移動しつつすみ肉ビードＢ2にレーザ光Ｒを照射する。
【００１３】
また、上記スポット径は、すみ肉ビードＢ2の幅、つまり寸法Ｔに合せて設定されている。これによって本実施形態では、すみ肉ビードＢ2の延在方向に直交する断面においてすみ肉ビードＢ2の略全表面を溶融することができる。
【００１４】
次に、本溶接ビード整形方法の具体的な手順について、図１、図２を参照して詳しく説明する。
最初に整形準備を行うが、当該整形準備工程では、レーザ照射装置２をＴ型継ぎ手Ｗの一端（図２の下端）に初期設定し、この状態でレーザ光Ｒの光軸及びスポット径をすみ肉ビードＢ2の方向及び寸法Ｔに設定する。このような整形準備工程は、作業員がＴ型継ぎ手Ｗとレーザ照射装置２との位置関係とを考慮して手作業で行う。なお、この整形準備工程では、光軸及びスポット径を調整する必要からすみ肉ビードＢ2にレーザ光Ｒを照射するが、この際のレーザ光Ｒはすみ肉ビードＢ2を溶融し得ない準備用の低エネルギ光である。
【００１５】
そして、このような整形準備工程が完了すると、作業員がレーザ照射装置２に整形開始指令を入力することにより、すみ肉ビードＢ2へのレーザ光Ｒの本照射とすみ肉ビードＢ2の延在方向に沿った一定の移動速度での移動とが開始される。
【００１６】
ここで、本照射におけるレーザ光Ｒのエネルギは一定なので、上記移動速度は、すみ肉ビードＢ2への入熱量、つまりすみ肉ビードＢ2の溶融深さを規定する。このすみ肉ビードＢ2の溶融深さはＴ型継ぎ手Ｗの材料に応じて異なるので、作業員は、上記整形開始指令を入力する際に、Ｔ型継ぎ手Ｗの材料に応じて異なる移動速度を指定することにより、肉ビードＢ2の溶融深さを所望する深さに調節する。
【００１７】
このような本溶接ビード整形方法によれば、レーザ光Ｒによってすみ肉ビードＢ2を溶融させるのですみ肉ビードＢ2の盛り上がり部を確実に平坦化することが可能であると共に、レーザ照射装置２をすみ肉ビードＢ2の延在方向に沿って移動させつつレーザ光Ｒをすみ肉ビードＢ2に照射するので、上述した従来の整形方法よりも整形の適用範囲が広く、また作業性が良い。
また、すみ肉ビードＢ2の幅に亘ってレーザ光Ｒを照射するので、レーザ照射装置２を肉ビードＢ2の延在方向に沿って１回移動させるだけで、すみ肉ビードＢ2の延在方向に沿った全部位の整形を完了させることが可能であり、この面でも作業性が極めて良好である。
【００１８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、レーザ溶接装置によってすみ肉溶接されたＴ型継ぎ手Ｗの溶接ビード（すみ肉ビードＢ2）を整形対照とする場合について説明したが、本発明の整形対象はこのようなＴ型継ぎ手Ｗに限定されない。本発明は、すみ肉溶接されたＴ型継ぎ手以外の継ぎ手にも適用可能であり、またレーザ溶接装置以外の溶接装置（例えばアーク溶接装置）によって溶接接合された継ぎ手にも適用可能である。
【００１９】
（２）上記実施形態では、直線状に延在するすみ肉ビードＢ2の整形について説明したが、本発明はこれに限定されない。溶接ビードの延在形状が直線以外の場合であっても、当該延在形状に合せてレーザ照射装置を移動させれば良い、
また、ビード長が極端に長い場合には、すみ肉ビードＢ2を複数の領域に分割し、各領域を複数のレーザ照射装置２で整形するようにしても良い。
【００２０】
（３）上記実施形態では、レーザ照射装置２を肉ビードＢ2の延在方向に沿って１回移動させるだけですみ肉ビードＢ2の延在方向に沿った全部位の整形を完了させることができるように、レーザ光Ｒのスポット径をすみ肉ビードＢ2の幅（寸法Ｔ）に設定したが、本発明はこれに限定されない。スポット径をさらに絞ることにより、すみ肉ビードＢ2において盛り上がっている中央近傍領域だけにレーザ光Ｒを照射するようにしても良い。
【００２１】
（４）さらに、上記実施形態では、レーザ照射装置２の移動速度を一定としたが、本発明はこれに限定されない。すみ肉ビードＢ2の延在方向の部位によってはすみ肉ビードＢ2の形状が極所的に変化している場合があるので、このようなすみ肉ビードＢ2の局所的な形状変化に応じてレーザ照射装置２の移動速度を変化させるようにしても良い。
なお、このようなすみ肉ビードＢ2の局所的な形状変化に応じてレーザ照射装置２の移動速度を変更するのではなく、レーザ光Ｒの照射エネルギを変更するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係わる溶接ビード整形方法を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる溶接ビード整形方法を示す模式図であり、上記図1における上側からＴ型継ぎ手Ｗを見た模式図である。
【符号の説明】
【００２３】
Ｗ…Ｔ型継ぎ手、Ｂ1，Ｂ2…すみ肉ビード、１…レーザ発振器、２…レーザ照射装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を溶接ビードに照射して溶融させることにより平坦化することを特徴とする溶接ビード整形方法。
【請求項２】
レーザ光のスポット径を溶接ビードの幅に設定することを特徴とする請求項１記載の溶接ビード整形方法。
【請求項３】
レーザ溶接されたＴ型継ぎ手の溶接ビードに適用することを特徴とする請求項１または２記載の溶接ビード整形方法。
【請求項１】
レーザ光を溶接ビードに照射して溶融させることにより平坦化することを特徴とする溶接ビード整形方法。
【請求項２】
レーザ光のスポット径を溶接ビードの幅に設定することを特徴とする請求項１記載の溶接ビード整形方法。
【請求項３】
レーザ溶接されたＴ型継ぎ手の溶接ビードに適用することを特徴とする請求項１または２記載の溶接ビード整形方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−２４８１０４（Ｐ２００９−２４８１０４Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９６１８１（Ｐ２００８−９６１８１）
【出願日】平成２０年４月２日（２００８．４．２）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２日（２００８．４．２）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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