Ｔ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法
【課題】エネルギーの消費量の増加や溶接効率の低下を回避して、Ｔ型継手のフランジとリブとの接着面に深い溶込みを得ると共に、溶込み形状の安定した溶接継手を得る、Ｔ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法を提供する。
【解決手段】一方の被溶接材であるフランジの面上に他方の被溶接材であるリブを直交するように当接したＴ型継手を溶接するレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、 前記Ｔ型継手を構成する前記リブと前記フランジとの当接部となる該リブの側面に開先部を形成し、 前記リブのフランジとの当接部に形成した前記開先部の底部に平坦部を形成し、 この平坦部を形成した前記開先部にレーザ光を照射するレーザ溶接とアーク溶接の双方を併用した複合溶接を実施して前記開先部に溶接金属の溶接ビードを形成し、Ｔ型継手を構成する前記フランジとリブを溶接する。
【解決手段】一方の被溶接材であるフランジの面上に他方の被溶接材であるリブを直交するように当接したＴ型継手を溶接するレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、 前記Ｔ型継手を構成する前記リブと前記フランジとの当接部となる該リブの側面に開先部を形成し、 前記リブのフランジとの当接部に形成した前記開先部の底部に平坦部を形成し、 この平坦部を形成した前記開先部にレーザ光を照射するレーザ溶接とアーク溶接の双方を併用した複合溶接を実施して前記開先部に溶接金属の溶接ビードを形成し、Ｔ型継手を構成する前記フランジとリブを溶接する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの部材を接合させてＴ型継手を形成するＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２つの金属部材を接合させる溶接継手の形状は、製品の形状と性能の要求に応じて異なる。板材と板材を溶接させる場合、一方の板材（以下フランジと称す）の面上に他方の板材（以下リブと称す）を設置した構成のＴ型継手はその一つである。
【０００３】
このＴ型継手はアーク溶接によって接合して形成することが多い。しかし、アーク溶接は溶接速度が低く、変形が大きいという問題点がある。
【０００４】
そこで、最近では、Ｔ型継手の溶接にアークに比べエネルギー密度が高いレーザ光を利用したレーザ溶接や、レーザ光とアークを併用したレーザ・アーク複合溶接が行われている。
【０００５】
特開２００８−２７２８２６号公報（特許文献１）の図４及び図７には、Ｔ型継手を構成するフランジとリブとの間に隙間を空けない開先形状にレーザ溶接を施工するレーザ単独溶接が、及び、図９及び図１０にはフランジとリブとの間の開先にレーザ溶接とアーク溶接とを併用したレーザ・アーク複合溶接を施工する溶接方法の技術がそれぞれ開示されている。
【０００６】
特開２００６−２２４１３７号公報（特許文献２）には、Ｔ型継手を構成するフランジとリブとの間の隙間にレ型またはＪ型開先を設け、該レ型またはＪ型開先のルート部にレーザ溶接を施工すると共に、該レ型またはＪ型開先の拡開部にアーク溶接を施工するようにした、レーザ溶接とアーク溶接とを組み合せた溶接方法の技術が開示されている。
【０００７】
特開２００９−８２９８０号公報（特許文献３）の図２には、Ｔ型継手を構成するフランジとリブとの間との間に隙間を空けない開先形状の一方の片側にアーク溶接を施して接合し、フランジとリブとの間の前記開先形状の他方の片側にレーザ溶接を仕上げ溶接として施して接合する、レーザ溶接とアーク溶接とを組み合せた溶接方法の技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２７２８２６号公報
【特許文献２】特開２００６−２２４１３７号公報
【特許文献３】特開２００９−８２９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特開２００６−２２４１３７号公報に開示されたようなレーザ溶接とアーク溶接とを組み合せた溶接方法に関する技術では、リブの厚さが十数ｍｍ以上であるＴ型継手に対して、フランジとリブの当接部に開先を設けない場合にＴ型継手のフランジとリブの当接部を溶融接合させる板厚に限界がある。そのため、上記Ｔ型継手のフランジとリブの当接部にレ型開先またはＪ型開先を設けて溶接が行われている。
【００１０】
しかしながら、Ｔ型継手にレ型開先またはＪ型開先を設けたレーザ溶接とアーク溶接とを組み合せた溶接方法は溶接部の溶込み深さが不十分であり、溶け込み深さの安定した溶接部が得られないという問題がある。
【００１１】
これは、比較例の図４に示すように、レーザ溶接のレーザ光３を照射するレーザ照射位置６（レーザ光３と被溶接対象の作用点）付近の局部的な開先形状は、開先ルート部４１の上方のＶ型部分が鋭角であるため、レーザ照射による溶融された溶融金属が、表面張力の効果で開先ルート部４１の上方のＶ型部分の側壁に引っ張られ、この溶融金属が溶接方向の後方に流動することが阻害されることによるものである。
【００１２】
その結果、レーザ照射における溶融金属の量が増加し、比較例の図５に示すように、レーザ照射位置６を起点として形成される溶接部７の溶込み深さ１１が浅くなるとともに、溶接部７の溶込み形状が不安定となるという課題がある。
【００１３】
そこで、レーザ出力を増やすことや、溶接速度を減らすことにより、上述の溶接部７の溶込み深さを増加させることは可能であるが、この場合、レーザ出力増大によるエネルギーの消費量の増加や、溶接速度減少による溶接効率の低下を招くという課題がある。
【００１４】
本発明の目的は、エネルギーの消費量の増加や溶接効率の低下を回避して、Ｔ型継手のフランジとリブとの接着面に深い溶込みを得ると共に溶込み形状の安定した溶接継手を得るようにしたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法は、一方の被溶接材であるフランジの面上に他方の被溶接材であるリブを直交するように当接したＴ型継手を溶接するレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、前記Ｔ型継手を構成する前記リブと前記フランジとの当接部となる該リブの側面に開先部を形成し、前記リブのフランジとの当接部に形成した前記開先部の底部に平坦部を形成し、この平坦部を形成した前記開先部にレーザ光を照射するレーザ溶接とアーク溶接の双方を併用した複合溶接を施して前記開先部に溶接金属の溶接ビードを形成し、Ｔ型継手を構成する前記フランジとリブを溶接することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法は、一方の被溶接材であるフランジの面上に他方の被溶接材であるリブを直交するように当接したＴ型継手を溶接するレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、前記Ｔ型継手を構成する前記リブと前記フランジとの当接部となる該リブ材の両側の側面に開先部をそれぞれ形成し、
前記リブのフランジとの当接部に形成した前記双方の開先部の底部に平坦部を形成し、これらの平坦部を形成した前記双方の開先部にレーザ光を照射するレーザ溶接とアーク溶接の双方を併用した複合溶接を施して前記双方の開先部に溶接金属の溶接ビードをそれぞれ形成し、Ｔ型継手を構成する前記フランジとリブを溶接することを特徴とする。
【００１７】
本発明のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法は、一方の被溶接材であるフランジの面上に他方の被溶接材であるリブを直交するように当接したＴ型継手を溶接するレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、前記Ｔ型継手を構成する前記リブと前記フランジとの当接部となる該リブの側面に開先部を形成し、前記リブのフランジとの当接部に形成した前記開先部は円弧部と該円弧部に連なる傾斜角を有する傾斜面によって形成し、この円弧部と該円弧部に連なる該傾斜面によって形成された前記開先部にレーザ光を照射するレーザ溶接とアーク溶接の双方を併用した複合溶接を施して前記開先部に溶接ビードを形成した溶接部を設けることにより、Ｔ型継手を構成する前記フランジとリブを溶接することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、エネルギーの消費量の増加や溶接効率の低下を回避して、Ｔ型継手のフランジとリブとの接着面に深い溶込みを得ると共に溶込み形状の安定した溶接継手を得るようにしたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施例における溶接対象のＴ型継手を示す概略図。
【図２】本発明の第１実施例におけるＴ型継手の開先形状を示す概略図。
【図３】本発明の第１実施例におけるＴ型継手の溶接結果を示す概略図。
【図４】比較例のＴ型継手の開先形状を示す概略図。
【図５】比較例のＴ型継手の溶接結果を示す概略図。
【図６】本発明の第２実施例におけるＴ型継手の開先形状を示す概略図。
【図７】本発明の第２実施例におけるＴ型継手の溶接結果を示す概略図。
【図８】本発明の第３実施例におけるＴ型継手の開先形状を示す概略図。
【図９】本発明の第３実施例におけるＴ型継手の溶接結果を示す概略図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法について、図面を引用して以下に詳細を説明する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の第１実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法について、図１及び図２を用いて詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法における溶接対象のＴ型継手を示すものである。
【００２３】
その溶接対象は、長さ４００ｍｍ×幅４００ｍｍ×厚さ２０ｍｍのフランジ１を形成する炭素鋼板材の上に、長さ４００ｍｍ×幅２００ｍｍ×厚さ２０ｍｍのリブ２を形成する炭素鋼板材が溶接されてＴ型継手を構成したものである。
【００２４】
フランジ１とリブ２とを接合させてＴ型継手を形成する溶接は、レーザ光３とアーク１００を併用したレーザ・アーク複合溶接で実施した。尚、矢印は溶接方向を示す。
【００２５】
図２は、本発明の第１実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法における溶接対象のＴ型継手の、フランジ１とリブ２の当接部に形成した開先形状を示す。
【００２６】
図２において、Ｔ型継手の前記フランジ１とリブ２の当接部となる底部に平坦部４を設けた開先部Ａにおける平坦部４は、図示されていない別の工程で機械加工により形成されたものである。
【００２７】
上記Ｔ型継手の前記フランジ１とリブ２の当接部となる底部に平坦部４を設けた開先部Ａにおける平坦部４の幅は、実験により確認したところ、１ｍｍ以下の幅では、レーザ溶接特有の深い溶込み形状が安定して得られず、また、本発明の対象のＴ型継手のような、フランジ１とリブ２の当接部を溶融接合させるためには、レーザはフランジ１の面と角度を有してリブ２側に照射させる必要がある。
【００２８】
このため、前記フランジ１とリブ２の当接部となる底部に平坦部４を設けた開先部Ａの底部に形成する平坦部４の幅は、少なくとも１ｍｍ以上とする必要がある。また、開先部Ａの底部に形成する平坦部４の幅が広すぎると開先部Ａを埋めるのに多くの溶接金属を必要とするため、開先部Ａの平坦部４の幅は５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２９】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、Ｔ型継手の前記フランジ１とリブ２の当接部となる底部に平坦部４を設けた前記開先部Ａの平坦部４の幅を２ｍｍとした。また、この開先部Ａの前記平坦部４は前記フランジ１とリブ２との当接面と垂直になるように形成されている。なお、前記平坦部４は後述するレーザ光３の中心線３１と直行するように形成してもよい。
【００３０】
Ｔ型継手を形成する前記フランジ１とリブ２の当接面となる図２に示した開先ルート部４１の寸法は、レーザ光３の所定のレーザ出力と溶接速度などの溶接条件により決めるのが望ましい。本実施例では、上記ルート部４１の寸法を１２ｍｍとした。
【００３１】
上記フランジ１とリブ２とはＴ型継手を形成するように組立された後、拘束ジグ（図示せず）を用いてフランジ１とリブ２のそれぞれを固定し、上記フランジ１とリブ２の当接面となる開先ルート部４１に隙間がないように保持されている。
【００３２】
図示されていないレーザ発振器から出力されたレーザ光３は、光ファイバー（図示せず）により導光され、レーザ加工ヘッドの集光レンズ（図示せず）で集光される。集光されたレーザ光３はリブ２に設けた上記開先部Ａの平坦部４の表面に照射される。
【００３３】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、レーザ溶接のためのレーザ光３はリブ２に設けた開先部Ａの平坦部４が形成された側から照射されているが、上記レーザ光３と上記平坦部４の作用点である図２に示したレーザ照射位置６は、上記開先部Ａの平坦部４のリブ２側の端部（平坦部４がフランジ１に接する位置）からの距離が上記平坦部４の幅の１／２又はそれ以上になるように設定した。また、レーザ照射位置６の上限の距離は、照射されるレーザ光３が開先部Ａの壁面と干渉しない位置となる。
【００３４】
また、レーザ光３を照射するレーザ照射角度は、図２に一点鎖線で示したように、レーザ光３の中心線３１が、前記レーザ照射位置６と、前記リブ２の裏面端と前記フランジ１の表面との交差点５を通過するように設定した。
【００３５】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、レーザ溶接とアーク溶接を併用して溶接を行った。アーク溶接は図示されていないアーク溶接電源、シールドガス供給装置、溶接ワイヤ送給装置と溶接トーチ１００から構成されている。また、本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、溶接方向に対しレーザ光３を先行させているが、アークを先行させてもよい。
【００３６】
フランジ１とリブ２を溶接する際には、溶融金属の酸化を防止するためにシールドガスが使用されている。シールドガスは、アルゴン，ヘリウム，窒素，酸素及び二酸化炭素などより選択される少なくとも１種以上からなるガスを用いる。
【００３７】
一般的には、レーザ・アーク複合溶接に対し、アーク溶接の安定性に有利なシールドガス１種を用いているが、レーザ光とアーク間距離が大きい場合、異なる２種類のシールドガスを使用しても良い。
【００３８】
これは、レーザ光の照射によりキーホールが形成されてシールドガスが採りこまれてもポロシティを生じにくいシールドガスと、アーク溶接過程を安定させるシールドガスは必ずしも一致ではないためである。
【００３９】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、Ａｒ＋２０％ＣＯ２ガスを用いた。
【００４０】
図３は、本実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法で作製されたＴ型継手の溶接部の断面形状を示すものである。Ｔ型継手の隅肉溶接において、前記フランジ１とリブ２の当接部となる底部に平坦部４を設けた開先Ａを用いることにより、１回の溶接でリブ２の表側の開先部Ａにアーク溶接により表側の溶接ビード７１が形成された溶接部７が設けられると同時に、レーザ光３を照射するレーザ溶接よってリブ２を貫通してフランジ１とリブ２とが溶接され、リブ２の裏側にも形状の安定した裏側の溶接ビード７２を形成した溶接部７を設けることができている。
【００４１】
次に、本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法の効果を示すため、比較例として、図４及び図５に示すように、Ｔ型継手を構成するフランジ１とリブ２の間の開先部に平坦部４を備えていないレ型開先を用いてレーザ・アーク複合溶接を実施した。
【００４２】
図４は、比較例としてＴ型継手を構成するフランジ１とリブ２の間の開先部に平坦部４を備えていないレ型開先４ｂを用いてレーザ・アーク複合溶接を実施したレ型開先形状を示す。前記フランジ１とリブ２の当接面となる開先ルート部４１の寸法は第１実施例のＴ型継手のレーザ溶接方法及びＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法に用いた開先部Ａと同様の１２ｍｍである。
【００４３】
図４及び図５に示した比較例のレーザ・アーク複合溶接は、第１実施例のＴ型継手のレーザ溶接方法及びＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法に用いたものと同様な構成のレーザ・アーク複合溶接法で実施したものである。
【００４４】
図４に示した比較例のレーザ・アーク複合溶接では、前記したようにＴ型継手を構成するフランジ１とリブ２の間に平坦部を備えていないレ型開先４ｂを形成して、このレ型開先にレーザ・アーク複合溶接を実施した場合における比較例の溶接結果を図５に示すものである。
【００４５】
図５に示した比較例のレーザ・アーク複合溶接では、図４に示したＴ型継手の前記レ型開先４ｂにレーザ・アーク複合溶接を実施した場合の比較例の溶接結果を示すものである。
【００４６】
図５に示したように、この比較例においては、溶接されたＴ型継手のリブ２の表側は良好な表側の溶接ビードを形成した溶接部７が設けられているが、リブ２がレーザ光３によって貫通溶融されなかったために溶接部７の溶込み深さ１１は不十分となってフランジ１とリブ２の当接部が完全に溶融されず、フランジ１とリブ２の当接部に一部未溶融部が生じている。
【００４７】
これに対して本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、前述した図３に示したように、Ｔ型継手の隅肉溶接において、前記フランジ１とリブ２の当接部となる底部に平坦部４を設けた開先Ａを用いることにより、１回の溶接でリブ２の表側の開先部Ａにアーク溶接によって表側の溶接ビード７１を形成した溶接部７が設けられると同時に、レーザ光３によってリブ２を表側から裏側に貫通してフランジ１とリブ２とが溶接され、リブ２の裏側にも形状の安定した裏側の溶接ビード７２を形成した溶接部７が設けられることから、Ｔ型継手のフランジ１とリブ２との接着面にリブ２の表面から裏面に至る深い溶込みを得ると共に、溶込み形状の安定した溶接継手を得ることができる。
【００４８】
前記したように本実施例によれば、エネルギーの消費量の増加や溶接効率の低下を回避して、Ｔ型継手のフランジとリブとの接着面に深い溶込みを得ると共に、溶込み形状の安定した溶接継手を得るようにしたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法が実現できる。
【実施例２】
【００４９】
次に、本発明の第２実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法について図６と図７を用いて詳細に説明する。
【００５０】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法は、先に説明した第１実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法と基本的な構成は共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。
【００５１】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、フランジ１とリブ２の当接部をリブ２の両側から溶接を行った例である。
【００５２】
図６は本発明の第２実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法に用いたＴ型継手の開先形状を示す。溶接対象は、長さ４００ｍｍ×幅４００ｍｍ×厚さ３０ｍｍのステンレス鋼板材のフランジ１の上に、長さ４００ｍｍ×幅４００ｍｍ×厚さ３０ｍｍのステンレス鋼板材のリブ２が溶接されるＴ型継手である。
【００５３】
上記Ｔ型継手の前記フランジ１とリブ２の当接部となる底部には、リブ２の両側に平坦部４及び９を備えた開先部Ａをそれぞれ設けており、前記各開先部Ａにおける平坦部４及び９の幅はそれぞれ３ｍｍとした。
【００５４】
実施する溶接は、第１実施例におけるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法と同様の構成であるレーザ・アーク複合溶接法により行った。シールドガスは第１実施例と異なるＡｒ＋２％Ｏ２ガスを用いた。
【００５５】
レーザ光３のレーザ照射位置６は、前記リブ２の両面とも、図２に示した実施例１の場合と同様に、各開先部Ａの低部の平坦部４及び９の幅方向の中心点（上記平坦部４、９の幅の１／２となる点）とした。
【００５６】
また、レーザ光３のレーザ照査角度についても、図２に示した実施例１の場合と同様に、レーザ光３の中心線３１の延長線が、レーザ照射位置６と、リブ２とフランジ１の当接部となるリブ２の裏面端とフランジ１の表面との交点５を通るように設定した。
【００５７】
本実施例のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法は、リブ２の両側に形成した双方の開先Ａから同時に前記レーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法を施しても良いし、或いは前記開先Ａの片側ずつに前記レーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法を施しても良い。
【００５８】
図７にＴ型継手を構成するリブ２の両側に平坦部４と平坦部９をそれぞれ備えた開先部Ａに本実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法を適用した溶接結果を示す。
【００５９】
図７に示したように、リブ２の両側から前記両開先部Ａに施したレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接を施して、表側の溶接ビード７１を形成した溶接部７及び表側の溶接ビード８１を形成した溶接部８を設けることによって、前記溶融部７及び溶融部８の溶込みが中央部でつながり、リブ２とフランジ１の当接部に未溶融残りのない良好な溶込み形状が得られ、溶接欠陥のない高品質なＴ型溶接継手が得られた。
【００６０】
前記したように本実施例によれば、エネルギーの消費量の増加や溶接効率の低下を回避して、Ｔ型継手のフランジとリブとの接着面に深い溶込みを得ると共に、溶込み形状の安定した溶接継手を得るようにしたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法が実現できる。
【実施例３】
【００６１】
次に、本発明の第３実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法について図８を用いて説明する。
【００６２】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法は、先に説明した第１実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法と基本的な構成は共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。
【００６３】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、第１実施例と同じ溶接対象に対し、開先部の形状が異なる例である。
【００６４】
図８は本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法の開先部Ｂの形状を示す。本実施例における開先部Ｂは、リブ２とフランジ１の当接部の一端に形成された半径Ｒの円弧部１０と、この円弧部１０に連なる傾斜角θを有する傾斜面１２によって構成された開先部の形状となる。
【００６５】
前記開先部Ｂを構成する前記円弧部１０を形成する半径Ｒの曲率半径は１ｍｍ、前記開先部Ｂを構成する前記傾斜面１２の幅は１ｍｍである。また、開先部Ｂの開先角度となる前記傾斜面１２の傾斜角θは２０度としたが、前記傾斜角θは５〜４５度の範囲で設定可能である。
【００６６】
また、リブ２の開先が設定されていないルート部４１の寸法は、実施例１の場合のルート部４１と同じ１２ｍｍした。
【００６７】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、前記したように半径Ｒの円弧部１０と、この円弧部１０に連なる傾斜角θを有する傾斜面１２によって構成される開先部Ｂを用いている。
【００６８】
そして、まず始めに、前記開先部Ｂにレーザ光３を照射するレーザ溶接を単独で施して、フランジ１とリブ２の当接部のルート部４１を溶融接合して開先部Ｂと反対側の面に裏側のビード７２を形成した溶接部８１を設ける。
【００６９】
次に、ＧＭＡＷ（Gas Metal Arc Welding）と呼ばれるアーク溶接を用いて開先部Ｂに埋め戻し溶接を施して表側のビード７２を形成した溶接部８２を設ける。
この結果、図９に示すような溶接部８１及び溶接部８２をそれぞれ設けることができる。即ち、本実施例においては、円弧部１０と該円弧部１０に連なる傾斜角θを有する傾斜面１２によって構成される開先部Ｂにレーザ溶接を施すことによってルート部４１は完全溶融されてリブ２は裏側まで貫通し、リブ２に裏側の溶接ビード７２を形成した溶接部８１を設けることができる。
【００７０】
また、前記開先部Ｂにアーク溶接を施すことにより、開先部Ｂが完全に埋め戻されて良好な表側の溶接ビード７１を形成する溶接部８２を設けることができる。
【００７１】
本実施例においては、レーザ溶接の場合に溶接材料の添加は行わずレーザのみで溶接したが、溶接材料を添加しながら溶接を行っても良い。また、開先部Ｂの埋め戻し溶接はＧＭＡＷに限定されるものではなく、ＧＴＡＷ（Gas Tungsten Arc Welding）、プラズマ溶接や、溶接材料添加しながらのレーザ溶接でも良いことは言うまでもない。
【００７２】
前記したように本実施例によれば、エネルギーの消費量の増加や溶接効率の低下を回避して、Ｔ型継手のフランジとリブとの接着面に深い溶込みを得ると共に、溶込み形状の安定した溶接継手を得るようにしたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明はＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法に適用可能であるが、特に中厚板及び厚板のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法に有効である。
【符号の説明】
【００７４】
１：フランジ、２：リブ、３：レーザ光、３１：レーザ光の中心線、４：平坦部、４１：開先ルート部、５：フランジ表面とリブ裏面端との交点、６：レーザ照射位置、７、８：溶接部、７１：表側の溶接ビード、７２：裏側の溶接ビード、８１、８２：溶接部、９：平坦部、１０：円弧部、１１：溶込み深さ、１２：傾斜面、１００：アーク溶接トーチ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの部材を接合させてＴ型継手を形成するＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２つの金属部材を接合させる溶接継手の形状は、製品の形状と性能の要求に応じて異なる。板材と板材を溶接させる場合、一方の板材（以下フランジと称す）の面上に他方の板材（以下リブと称す）を設置した構成のＴ型継手はその一つである。
【０００３】
このＴ型継手はアーク溶接によって接合して形成することが多い。しかし、アーク溶接は溶接速度が低く、変形が大きいという問題点がある。
【０００４】
そこで、最近では、Ｔ型継手の溶接にアークに比べエネルギー密度が高いレーザ光を利用したレーザ溶接や、レーザ光とアークを併用したレーザ・アーク複合溶接が行われている。
【０００５】
特開２００８−２７２８２６号公報（特許文献１）の図４及び図７には、Ｔ型継手を構成するフランジとリブとの間に隙間を空けない開先形状にレーザ溶接を施工するレーザ単独溶接が、及び、図９及び図１０にはフランジとリブとの間の開先にレーザ溶接とアーク溶接とを併用したレーザ・アーク複合溶接を施工する溶接方法の技術がそれぞれ開示されている。
【０００６】
特開２００６−２２４１３７号公報（特許文献２）には、Ｔ型継手を構成するフランジとリブとの間の隙間にレ型またはＪ型開先を設け、該レ型またはＪ型開先のルート部にレーザ溶接を施工すると共に、該レ型またはＪ型開先の拡開部にアーク溶接を施工するようにした、レーザ溶接とアーク溶接とを組み合せた溶接方法の技術が開示されている。
【０００７】
特開２００９−８２９８０号公報（特許文献３）の図２には、Ｔ型継手を構成するフランジとリブとの間との間に隙間を空けない開先形状の一方の片側にアーク溶接を施して接合し、フランジとリブとの間の前記開先形状の他方の片側にレーザ溶接を仕上げ溶接として施して接合する、レーザ溶接とアーク溶接とを組み合せた溶接方法の技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２７２８２６号公報
【特許文献２】特開２００６−２２４１３７号公報
【特許文献３】特開２００９−８２９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特開２００６−２２４１３７号公報に開示されたようなレーザ溶接とアーク溶接とを組み合せた溶接方法に関する技術では、リブの厚さが十数ｍｍ以上であるＴ型継手に対して、フランジとリブの当接部に開先を設けない場合にＴ型継手のフランジとリブの当接部を溶融接合させる板厚に限界がある。そのため、上記Ｔ型継手のフランジとリブの当接部にレ型開先またはＪ型開先を設けて溶接が行われている。
【００１０】
しかしながら、Ｔ型継手にレ型開先またはＪ型開先を設けたレーザ溶接とアーク溶接とを組み合せた溶接方法は溶接部の溶込み深さが不十分であり、溶け込み深さの安定した溶接部が得られないという問題がある。
【００１１】
これは、比較例の図４に示すように、レーザ溶接のレーザ光３を照射するレーザ照射位置６（レーザ光３と被溶接対象の作用点）付近の局部的な開先形状は、開先ルート部４１の上方のＶ型部分が鋭角であるため、レーザ照射による溶融された溶融金属が、表面張力の効果で開先ルート部４１の上方のＶ型部分の側壁に引っ張られ、この溶融金属が溶接方向の後方に流動することが阻害されることによるものである。
【００１２】
その結果、レーザ照射における溶融金属の量が増加し、比較例の図５に示すように、レーザ照射位置６を起点として形成される溶接部７の溶込み深さ１１が浅くなるとともに、溶接部７の溶込み形状が不安定となるという課題がある。
【００１３】
そこで、レーザ出力を増やすことや、溶接速度を減らすことにより、上述の溶接部７の溶込み深さを増加させることは可能であるが、この場合、レーザ出力増大によるエネルギーの消費量の増加や、溶接速度減少による溶接効率の低下を招くという課題がある。
【００１４】
本発明の目的は、エネルギーの消費量の増加や溶接効率の低下を回避して、Ｔ型継手のフランジとリブとの接着面に深い溶込みを得ると共に溶込み形状の安定した溶接継手を得るようにしたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法は、一方の被溶接材であるフランジの面上に他方の被溶接材であるリブを直交するように当接したＴ型継手を溶接するレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、前記Ｔ型継手を構成する前記リブと前記フランジとの当接部となる該リブの側面に開先部を形成し、前記リブのフランジとの当接部に形成した前記開先部の底部に平坦部を形成し、この平坦部を形成した前記開先部にレーザ光を照射するレーザ溶接とアーク溶接の双方を併用した複合溶接を施して前記開先部に溶接金属の溶接ビードを形成し、Ｔ型継手を構成する前記フランジとリブを溶接することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法は、一方の被溶接材であるフランジの面上に他方の被溶接材であるリブを直交するように当接したＴ型継手を溶接するレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、前記Ｔ型継手を構成する前記リブと前記フランジとの当接部となる該リブ材の両側の側面に開先部をそれぞれ形成し、
前記リブのフランジとの当接部に形成した前記双方の開先部の底部に平坦部を形成し、これらの平坦部を形成した前記双方の開先部にレーザ光を照射するレーザ溶接とアーク溶接の双方を併用した複合溶接を施して前記双方の開先部に溶接金属の溶接ビードをそれぞれ形成し、Ｔ型継手を構成する前記フランジとリブを溶接することを特徴とする。
【００１７】
本発明のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法は、一方の被溶接材であるフランジの面上に他方の被溶接材であるリブを直交するように当接したＴ型継手を溶接するレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、前記Ｔ型継手を構成する前記リブと前記フランジとの当接部となる該リブの側面に開先部を形成し、前記リブのフランジとの当接部に形成した前記開先部は円弧部と該円弧部に連なる傾斜角を有する傾斜面によって形成し、この円弧部と該円弧部に連なる該傾斜面によって形成された前記開先部にレーザ光を照射するレーザ溶接とアーク溶接の双方を併用した複合溶接を施して前記開先部に溶接ビードを形成した溶接部を設けることにより、Ｔ型継手を構成する前記フランジとリブを溶接することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、エネルギーの消費量の増加や溶接効率の低下を回避して、Ｔ型継手のフランジとリブとの接着面に深い溶込みを得ると共に溶込み形状の安定した溶接継手を得るようにしたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施例における溶接対象のＴ型継手を示す概略図。
【図２】本発明の第１実施例におけるＴ型継手の開先形状を示す概略図。
【図３】本発明の第１実施例におけるＴ型継手の溶接結果を示す概略図。
【図４】比較例のＴ型継手の開先形状を示す概略図。
【図５】比較例のＴ型継手の溶接結果を示す概略図。
【図６】本発明の第２実施例におけるＴ型継手の開先形状を示す概略図。
【図７】本発明の第２実施例におけるＴ型継手の溶接結果を示す概略図。
【図８】本発明の第３実施例におけるＴ型継手の開先形状を示す概略図。
【図９】本発明の第３実施例におけるＴ型継手の溶接結果を示す概略図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法について、図面を引用して以下に詳細を説明する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の第１実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法について、図１及び図２を用いて詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法における溶接対象のＴ型継手を示すものである。
【００２３】
その溶接対象は、長さ４００ｍｍ×幅４００ｍｍ×厚さ２０ｍｍのフランジ１を形成する炭素鋼板材の上に、長さ４００ｍｍ×幅２００ｍｍ×厚さ２０ｍｍのリブ２を形成する炭素鋼板材が溶接されてＴ型継手を構成したものである。
【００２４】
フランジ１とリブ２とを接合させてＴ型継手を形成する溶接は、レーザ光３とアーク１００を併用したレーザ・アーク複合溶接で実施した。尚、矢印は溶接方向を示す。
【００２５】
図２は、本発明の第１実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法における溶接対象のＴ型継手の、フランジ１とリブ２の当接部に形成した開先形状を示す。
【００２６】
図２において、Ｔ型継手の前記フランジ１とリブ２の当接部となる底部に平坦部４を設けた開先部Ａにおける平坦部４は、図示されていない別の工程で機械加工により形成されたものである。
【００２７】
上記Ｔ型継手の前記フランジ１とリブ２の当接部となる底部に平坦部４を設けた開先部Ａにおける平坦部４の幅は、実験により確認したところ、１ｍｍ以下の幅では、レーザ溶接特有の深い溶込み形状が安定して得られず、また、本発明の対象のＴ型継手のような、フランジ１とリブ２の当接部を溶融接合させるためには、レーザはフランジ１の面と角度を有してリブ２側に照射させる必要がある。
【００２８】
このため、前記フランジ１とリブ２の当接部となる底部に平坦部４を設けた開先部Ａの底部に形成する平坦部４の幅は、少なくとも１ｍｍ以上とする必要がある。また、開先部Ａの底部に形成する平坦部４の幅が広すぎると開先部Ａを埋めるのに多くの溶接金属を必要とするため、開先部Ａの平坦部４の幅は５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２９】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、Ｔ型継手の前記フランジ１とリブ２の当接部となる底部に平坦部４を設けた前記開先部Ａの平坦部４の幅を２ｍｍとした。また、この開先部Ａの前記平坦部４は前記フランジ１とリブ２との当接面と垂直になるように形成されている。なお、前記平坦部４は後述するレーザ光３の中心線３１と直行するように形成してもよい。
【００３０】
Ｔ型継手を形成する前記フランジ１とリブ２の当接面となる図２に示した開先ルート部４１の寸法は、レーザ光３の所定のレーザ出力と溶接速度などの溶接条件により決めるのが望ましい。本実施例では、上記ルート部４１の寸法を１２ｍｍとした。
【００３１】
上記フランジ１とリブ２とはＴ型継手を形成するように組立された後、拘束ジグ（図示せず）を用いてフランジ１とリブ２のそれぞれを固定し、上記フランジ１とリブ２の当接面となる開先ルート部４１に隙間がないように保持されている。
【００３２】
図示されていないレーザ発振器から出力されたレーザ光３は、光ファイバー（図示せず）により導光され、レーザ加工ヘッドの集光レンズ（図示せず）で集光される。集光されたレーザ光３はリブ２に設けた上記開先部Ａの平坦部４の表面に照射される。
【００３３】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、レーザ溶接のためのレーザ光３はリブ２に設けた開先部Ａの平坦部４が形成された側から照射されているが、上記レーザ光３と上記平坦部４の作用点である図２に示したレーザ照射位置６は、上記開先部Ａの平坦部４のリブ２側の端部（平坦部４がフランジ１に接する位置）からの距離が上記平坦部４の幅の１／２又はそれ以上になるように設定した。また、レーザ照射位置６の上限の距離は、照射されるレーザ光３が開先部Ａの壁面と干渉しない位置となる。
【００３４】
また、レーザ光３を照射するレーザ照射角度は、図２に一点鎖線で示したように、レーザ光３の中心線３１が、前記レーザ照射位置６と、前記リブ２の裏面端と前記フランジ１の表面との交差点５を通過するように設定した。
【００３５】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、レーザ溶接とアーク溶接を併用して溶接を行った。アーク溶接は図示されていないアーク溶接電源、シールドガス供給装置、溶接ワイヤ送給装置と溶接トーチ１００から構成されている。また、本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、溶接方向に対しレーザ光３を先行させているが、アークを先行させてもよい。
【００３６】
フランジ１とリブ２を溶接する際には、溶融金属の酸化を防止するためにシールドガスが使用されている。シールドガスは、アルゴン，ヘリウム，窒素，酸素及び二酸化炭素などより選択される少なくとも１種以上からなるガスを用いる。
【００３７】
一般的には、レーザ・アーク複合溶接に対し、アーク溶接の安定性に有利なシールドガス１種を用いているが、レーザ光とアーク間距離が大きい場合、異なる２種類のシールドガスを使用しても良い。
【００３８】
これは、レーザ光の照射によりキーホールが形成されてシールドガスが採りこまれてもポロシティを生じにくいシールドガスと、アーク溶接過程を安定させるシールドガスは必ずしも一致ではないためである。
【００３９】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、Ａｒ＋２０％ＣＯ２ガスを用いた。
【００４０】
図３は、本実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法で作製されたＴ型継手の溶接部の断面形状を示すものである。Ｔ型継手の隅肉溶接において、前記フランジ１とリブ２の当接部となる底部に平坦部４を設けた開先Ａを用いることにより、１回の溶接でリブ２の表側の開先部Ａにアーク溶接により表側の溶接ビード７１が形成された溶接部７が設けられると同時に、レーザ光３を照射するレーザ溶接よってリブ２を貫通してフランジ１とリブ２とが溶接され、リブ２の裏側にも形状の安定した裏側の溶接ビード７２を形成した溶接部７を設けることができている。
【００４１】
次に、本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法の効果を示すため、比較例として、図４及び図５に示すように、Ｔ型継手を構成するフランジ１とリブ２の間の開先部に平坦部４を備えていないレ型開先を用いてレーザ・アーク複合溶接を実施した。
【００４２】
図４は、比較例としてＴ型継手を構成するフランジ１とリブ２の間の開先部に平坦部４を備えていないレ型開先４ｂを用いてレーザ・アーク複合溶接を実施したレ型開先形状を示す。前記フランジ１とリブ２の当接面となる開先ルート部４１の寸法は第１実施例のＴ型継手のレーザ溶接方法及びＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法に用いた開先部Ａと同様の１２ｍｍである。
【００４３】
図４及び図５に示した比較例のレーザ・アーク複合溶接は、第１実施例のＴ型継手のレーザ溶接方法及びＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法に用いたものと同様な構成のレーザ・アーク複合溶接法で実施したものである。
【００４４】
図４に示した比較例のレーザ・アーク複合溶接では、前記したようにＴ型継手を構成するフランジ１とリブ２の間に平坦部を備えていないレ型開先４ｂを形成して、このレ型開先にレーザ・アーク複合溶接を実施した場合における比較例の溶接結果を図５に示すものである。
【００４５】
図５に示した比較例のレーザ・アーク複合溶接では、図４に示したＴ型継手の前記レ型開先４ｂにレーザ・アーク複合溶接を実施した場合の比較例の溶接結果を示すものである。
【００４６】
図５に示したように、この比較例においては、溶接されたＴ型継手のリブ２の表側は良好な表側の溶接ビードを形成した溶接部７が設けられているが、リブ２がレーザ光３によって貫通溶融されなかったために溶接部７の溶込み深さ１１は不十分となってフランジ１とリブ２の当接部が完全に溶融されず、フランジ１とリブ２の当接部に一部未溶融部が生じている。
【００４７】
これに対して本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、前述した図３に示したように、Ｔ型継手の隅肉溶接において、前記フランジ１とリブ２の当接部となる底部に平坦部４を設けた開先Ａを用いることにより、１回の溶接でリブ２の表側の開先部Ａにアーク溶接によって表側の溶接ビード７１を形成した溶接部７が設けられると同時に、レーザ光３によってリブ２を表側から裏側に貫通してフランジ１とリブ２とが溶接され、リブ２の裏側にも形状の安定した裏側の溶接ビード７２を形成した溶接部７が設けられることから、Ｔ型継手のフランジ１とリブ２との接着面にリブ２の表面から裏面に至る深い溶込みを得ると共に、溶込み形状の安定した溶接継手を得ることができる。
【００４８】
前記したように本実施例によれば、エネルギーの消費量の増加や溶接効率の低下を回避して、Ｔ型継手のフランジとリブとの接着面に深い溶込みを得ると共に、溶込み形状の安定した溶接継手を得るようにしたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法が実現できる。
【実施例２】
【００４９】
次に、本発明の第２実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法について図６と図７を用いて詳細に説明する。
【００５０】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法は、先に説明した第１実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法と基本的な構成は共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。
【００５１】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、フランジ１とリブ２の当接部をリブ２の両側から溶接を行った例である。
【００５２】
図６は本発明の第２実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法に用いたＴ型継手の開先形状を示す。溶接対象は、長さ４００ｍｍ×幅４００ｍｍ×厚さ３０ｍｍのステンレス鋼板材のフランジ１の上に、長さ４００ｍｍ×幅４００ｍｍ×厚さ３０ｍｍのステンレス鋼板材のリブ２が溶接されるＴ型継手である。
【００５３】
上記Ｔ型継手の前記フランジ１とリブ２の当接部となる底部には、リブ２の両側に平坦部４及び９を備えた開先部Ａをそれぞれ設けており、前記各開先部Ａにおける平坦部４及び９の幅はそれぞれ３ｍｍとした。
【００５４】
実施する溶接は、第１実施例におけるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法と同様の構成であるレーザ・アーク複合溶接法により行った。シールドガスは第１実施例と異なるＡｒ＋２％Ｏ２ガスを用いた。
【００５５】
レーザ光３のレーザ照射位置６は、前記リブ２の両面とも、図２に示した実施例１の場合と同様に、各開先部Ａの低部の平坦部４及び９の幅方向の中心点（上記平坦部４、９の幅の１／２となる点）とした。
【００５６】
また、レーザ光３のレーザ照査角度についても、図２に示した実施例１の場合と同様に、レーザ光３の中心線３１の延長線が、レーザ照射位置６と、リブ２とフランジ１の当接部となるリブ２の裏面端とフランジ１の表面との交点５を通るように設定した。
【００５７】
本実施例のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法は、リブ２の両側に形成した双方の開先Ａから同時に前記レーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法を施しても良いし、或いは前記開先Ａの片側ずつに前記レーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法を施しても良い。
【００５８】
図７にＴ型継手を構成するリブ２の両側に平坦部４と平坦部９をそれぞれ備えた開先部Ａに本実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法を適用した溶接結果を示す。
【００５９】
図７に示したように、リブ２の両側から前記両開先部Ａに施したレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接を施して、表側の溶接ビード７１を形成した溶接部７及び表側の溶接ビード８１を形成した溶接部８を設けることによって、前記溶融部７及び溶融部８の溶込みが中央部でつながり、リブ２とフランジ１の当接部に未溶融残りのない良好な溶込み形状が得られ、溶接欠陥のない高品質なＴ型溶接継手が得られた。
【００６０】
前記したように本実施例によれば、エネルギーの消費量の増加や溶接効率の低下を回避して、Ｔ型継手のフランジとリブとの接着面に深い溶込みを得ると共に、溶込み形状の安定した溶接継手を得るようにしたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法が実現できる。
【実施例３】
【００６１】
次に、本発明の第３実施例であるＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法について図８を用いて説明する。
【００６２】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法は、先に説明した第１実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法と基本的な構成は共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。
【００６３】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、第１実施例と同じ溶接対象に対し、開先部の形状が異なる例である。
【００６４】
図８は本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法の開先部Ｂの形状を示す。本実施例における開先部Ｂは、リブ２とフランジ１の当接部の一端に形成された半径Ｒの円弧部１０と、この円弧部１０に連なる傾斜角θを有する傾斜面１２によって構成された開先部の形状となる。
【００６５】
前記開先部Ｂを構成する前記円弧部１０を形成する半径Ｒの曲率半径は１ｍｍ、前記開先部Ｂを構成する前記傾斜面１２の幅は１ｍｍである。また、開先部Ｂの開先角度となる前記傾斜面１２の傾斜角θは２０度としたが、前記傾斜角θは５〜４５度の範囲で設定可能である。
【００６６】
また、リブ２の開先が設定されていないルート部４１の寸法は、実施例１の場合のルート部４１と同じ１２ｍｍした。
【００６７】
本実施例のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法では、前記したように半径Ｒの円弧部１０と、この円弧部１０に連なる傾斜角θを有する傾斜面１２によって構成される開先部Ｂを用いている。
【００６８】
そして、まず始めに、前記開先部Ｂにレーザ光３を照射するレーザ溶接を単独で施して、フランジ１とリブ２の当接部のルート部４１を溶融接合して開先部Ｂと反対側の面に裏側のビード７２を形成した溶接部８１を設ける。
【００６９】
次に、ＧＭＡＷ（Gas Metal Arc Welding）と呼ばれるアーク溶接を用いて開先部Ｂに埋め戻し溶接を施して表側のビード７２を形成した溶接部８２を設ける。
この結果、図９に示すような溶接部８１及び溶接部８２をそれぞれ設けることができる。即ち、本実施例においては、円弧部１０と該円弧部１０に連なる傾斜角θを有する傾斜面１２によって構成される開先部Ｂにレーザ溶接を施すことによってルート部４１は完全溶融されてリブ２は裏側まで貫通し、リブ２に裏側の溶接ビード７２を形成した溶接部８１を設けることができる。
【００７０】
また、前記開先部Ｂにアーク溶接を施すことにより、開先部Ｂが完全に埋め戻されて良好な表側の溶接ビード７１を形成する溶接部８２を設けることができる。
【００７１】
本実施例においては、レーザ溶接の場合に溶接材料の添加は行わずレーザのみで溶接したが、溶接材料を添加しながら溶接を行っても良い。また、開先部Ｂの埋め戻し溶接はＧＭＡＷに限定されるものではなく、ＧＴＡＷ（Gas Tungsten Arc Welding）、プラズマ溶接や、溶接材料添加しながらのレーザ溶接でも良いことは言うまでもない。
【００７２】
前記したように本実施例によれば、エネルギーの消費量の増加や溶接効率の低下を回避して、Ｔ型継手のフランジとリブとの接着面に深い溶込みを得ると共に、溶込み形状の安定した溶接継手を得るようにしたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明はＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法に適用可能であるが、特に中厚板及び厚板のＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法に有効である。
【符号の説明】
【００７４】
１：フランジ、２：リブ、３：レーザ光、３１：レーザ光の中心線、４：平坦部、４１：開先ルート部、５：フランジ表面とリブ裏面端との交点、６：レーザ照射位置、７、８：溶接部、７１：表側の溶接ビード、７２：裏側の溶接ビード、８１、８２：溶接部、９：平坦部、１０：円弧部、１１：溶込み深さ、１２：傾斜面、１００：アーク溶接トーチ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の被溶接材であるフランジの面上に他方の被溶接材であるリブを直交するように当接したＴ型継手を溶接するレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、
前記Ｔ型継手を構成する前記リブと前記フランジとの当接部となる該リブの側面に開先部を形成し、
前記リブのフランジとの当接部に形成した前記開先部の底部に平坦部を形成し、
この平坦部を形成した前記開先部にレーザ光を照射するレーザ溶接とアーク溶接の双方を併用した複合溶接を施して前記開先部に溶接ビードを形成した溶接部を設けることにより、Ｔ型継手を構成する前記フランジとリブを溶接することを特徴とするＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法。
【請求項２】
一方の被溶接材であるフランジの面上に他方の被溶接材であるリブを直交するように当接したＴ型継手を溶接するレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、
前記Ｔ型継手を構成する前記リブと前記フランジとの当接部となる該リブ材の両側の側面に開先部をそれぞれ形成し、
前記リブのフランジとの当接部に形成した前記双方の開先部の底部に平坦部を形成し、
これらの平坦部を形成した前記双方の開先部にレーザ光を照射するレーザ溶接とアーク溶接の双方を併用した複合溶接を施して前記双方の開先部に溶接金属の溶接ビードを形成した溶接部をそれぞれ設けることにより、Ｔ型継手を構成する前記フランジとリブを溶接することを特徴とするＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載されたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、
前記開先部の底部に形成する平坦部の幅は１ｍｍ以上で５ｍｍ以下となるように設定することを特徴とするＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載されたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、
前記開先部にレーザ光を照射するレーザ照射位置となる前記レーザ光と前記平坦部の交差点から上記平坦部のリブ側の端部からの距離が上記平坦部の幅の１／２以上となるように設定することを特徴とするＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載されたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、
前記開先部にレーザ光を照射するレーザ照射角度は、前記レーザ光の中心線の延長線が前記レーザ照射位置６と前記リブの裏面端と前記フランジの表面との交差点を通過するように設定することを特徴とするＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法。
【請求項６】
一方の被溶接材であるフランジの面上に他方の被溶接材であるリブを直交するように当接したＴ型継手を溶接するレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、
前記Ｔ型継手を構成する前記リブと前記フランジとの当接部となる該リブの側面に開先部を形成し、
前記リブのフランジとの当接部に形成した前記開先部は円弧部と該円弧部に連なる傾斜角を有する傾斜面によって形成し、
この円弧部と該円弧部に連なる該傾斜面によって形成された前記開先部にレーザ光を照射するレーザ溶接とアーク溶接の双方を併用した複合溶接を施して前記開先部に溶接ビードを形成した溶接部を設けることにより、Ｔ型継手を構成する前記フランジとリブを溶接することを特徴とするＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法。
【請求項７】
請求項６に記載されたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、
円弧部と該円弧部に連なる傾斜面によって形成された前記開先部の前記傾斜面の傾斜角は５〜４５度となるように設定することを特徴とするＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法。
【請求項１】
一方の被溶接材であるフランジの面上に他方の被溶接材であるリブを直交するように当接したＴ型継手を溶接するレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、
前記Ｔ型継手を構成する前記リブと前記フランジとの当接部となる該リブの側面に開先部を形成し、
前記リブのフランジとの当接部に形成した前記開先部の底部に平坦部を形成し、
この平坦部を形成した前記開先部にレーザ光を照射するレーザ溶接とアーク溶接の双方を併用した複合溶接を施して前記開先部に溶接ビードを形成した溶接部を設けることにより、Ｔ型継手を構成する前記フランジとリブを溶接することを特徴とするＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法。
【請求項２】
一方の被溶接材であるフランジの面上に他方の被溶接材であるリブを直交するように当接したＴ型継手を溶接するレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、
前記Ｔ型継手を構成する前記リブと前記フランジとの当接部となる該リブ材の両側の側面に開先部をそれぞれ形成し、
前記リブのフランジとの当接部に形成した前記双方の開先部の底部に平坦部を形成し、
これらの平坦部を形成した前記双方の開先部にレーザ光を照射するレーザ溶接とアーク溶接の双方を併用した複合溶接を施して前記双方の開先部に溶接金属の溶接ビードを形成した溶接部をそれぞれ設けることにより、Ｔ型継手を構成する前記フランジとリブを溶接することを特徴とするＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載されたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、
前記開先部の底部に形成する平坦部の幅は１ｍｍ以上で５ｍｍ以下となるように設定することを特徴とするＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載されたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、
前記開先部にレーザ光を照射するレーザ照射位置となる前記レーザ光と前記平坦部の交差点から上記平坦部のリブ側の端部からの距離が上記平坦部の幅の１／２以上となるように設定することを特徴とするＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載されたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、
前記開先部にレーザ光を照射するレーザ照射角度は、前記レーザ光の中心線の延長線が前記レーザ照射位置６と前記リブの裏面端と前記フランジの表面との交差点を通過するように設定することを特徴とするＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法。
【請求項６】
一方の被溶接材であるフランジの面上に他方の被溶接材であるリブを直交するように当接したＴ型継手を溶接するレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、
前記Ｔ型継手を構成する前記リブと前記フランジとの当接部となる該リブの側面に開先部を形成し、
前記リブのフランジとの当接部に形成した前記開先部は円弧部と該円弧部に連なる傾斜角を有する傾斜面によって形成し、
この円弧部と該円弧部に連なる該傾斜面によって形成された前記開先部にレーザ光を照射するレーザ溶接とアーク溶接の双方を併用した複合溶接を施して前記開先部に溶接ビードを形成した溶接部を設けることにより、Ｔ型継手を構成する前記フランジとリブを溶接することを特徴とするＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法。
【請求項７】
請求項６に記載されたＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法において、
円弧部と該円弧部に連なる傾斜面によって形成された前記開先部の前記傾斜面の傾斜角は５〜４５度となるように設定することを特徴とするＴ型継手のレーザ溶接とアーク溶接の複合溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−６２０３（Ｐ２０１３−６２０３Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１６９１（Ｐ２０１１−１４１６９１）
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
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