(57)【要約】【課題】対象となる溶接物への影響を少なくしつつ溶接補修部を形成することができる溶接物製造方法等を提供する。【解決手段】加工対象物に穴を形成する穴形成工程と、穴に溶加材を投入し、穴の底に溶加材を置く溶加材投入工程と、穴にレーザを走査させつつ照射し、溶加材を溶解し、溶解した溶加材で穴を埋める溶解工程と、を有し、溶加材投入工程と、溶解工程を繰り返し、穴を埋める溶接補修部を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物に穴を形成する穴形成工程と、
前記穴に溶加材を投入し、穴の底に溶加材を置く溶加材投入工程と、
前記穴にレーザを走査させつつ照射し、前記溶加材を溶解し、溶解した前記溶加材で前記穴を埋める溶解工程と、を有し、
前記溶加材投入工程と、前記溶解工程を繰り返し、前記穴を埋める溶接補修部を形成する溶接物製造方法。
【請求項２】
前記溶解工程は、前記レーザを前記穴の周面に沿って走査させる請求項１に記載の溶接物製造方法。
【請求項３】
前記溶解工程は、前記レーザの軌跡が径の異なる円が複数重なった多重円となる請求項２に記載の溶接物製造方法。
【請求項４】
前記溶解工程は、前記レーザの軌跡が穴と溶加材との境界近傍の入熱が穴の中心側よりも多くなる軌跡である請求項２または請求項３に記載の溶接物製造方法。
【請求項５】
前記溶解工程は、前記レーザを１ｍ／ｓｅｃ以上１０ｍ／ｓｅｃ以下の速度で走査させる請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の溶接物製造方法。
【請求項６】
前記溶解工程は、前記レーザのビーム径が、０．６ｍｍ以上１．６ｍｍ以下である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の溶接物製造方法。
【請求項７】
前記加工対象物は、第１金属部材と、
第２金属部材と、
前記第１金属部材と前記第２金属部材とを接合する溶接線と、を有し、
前記溶接補修部は、前記溶接線と少なくとも一部が重なる請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の溶接物製造方法。
【請求項８】
前記穴は、深さをＨ、径をｄとした場合、Ｈ／ｄが、５以上２０以下であり、ｄが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である請求項１から７のいずれか一項に記載の溶接物製造方法。
【請求項９】
前記穴の表面側の一部をワイヤ状の溶加材を用いるＴＩＧ溶接で埋めるＴＩＧ溶接工程をさらに含む請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の溶接物製造方法。
【請求項１０】
加工対象物の前記穴の状態を検出し、前記穴の状態に基づいて、前記溶加材投入工程と前記溶解工程の加工条件を設定する加工条件設定工程をさらに含む請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の溶接物製造方法。
【請求項１１】
前記加工条件は、投入する溶加材の大きさ、量、レーザを照射する深さ方向の位置、レーザを照射するパターン、レーザの出力の少なくとも１つを含む請求項１０に記載の溶接物製造方法。
【請求項１２】
加工対象物に穴を形成する穴形成装置と、
前記穴に溶加材を投入する溶加材投入装置と、
前記穴にレーザを走査させつつ照射するレーザ加工装置と、
前記穴形成装置と、前記溶加材投入装置と、前記レーザ加工装置と、を制御し、
前記穴に投入された前記溶加材に前記レーザ加工装置からの前記レーザを走査させつつ照射し、前記溶加材を溶解させる処理を実行させる制御装置と、を含む溶接物製造システム。
【請求項１３】
第１金属部材と、
第２金属部材と、
前記第１金属部材と前記第２金属部材を接合する溶接線と、
形成された穴に、前記溶接線と同様の金属材料が埋められた溶接補修部と、を有し、
前記溶接補修部は、深さをｈ、径をｄとした場合、Ｈ／ｄが、５以上２０以下であり、ｄが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、
前記金属材料が積層される溶接物。
【請求項１４】
前記溶接補修部は、前記溶接線と少なくとも一部が重なる請求項１３に記載の溶接物。
【請求項１５】
前記溶接補修部は、前記金属材料の積層数が１個以上２０個以下である請求項１３または請求項１４に記載の溶接物。
【請求項１６】
前記溶接補修部は、深さ方向において径が変化する形状である請求項１３から請求項１５のいずれか一項に記載の溶接物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、溶接物製造方法、溶接物製造システム及び溶接物に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物に溶接補修部を形成する方法としては、例えば、特許文献１に、被肉盛面を周面とした有底の凹部を形成する準備工程と、凹部の底面に向けて溶加材を供給するとともに、当該溶加材が供給される凹部の底面に熱源となるレーザビームを照射し、溶融した溶加材によって凹部の底面を埋めつつ被肉盛面に至る肉盛部を形成する肉盛工程と、肉盛工程の後、凹部の底面に到達する新たな凹部を母材に形成する再準備工程と、当該新たな凹部に対して前記肉盛工程と同じく肉盛溶接を行う再肉盛工程と、を含む肉盛溶接方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１２６６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の方法は、対象位置に溶接物を形成し、その溶接物の上に、さらに溶接物を肉盛することで、母材への影響を低減しつつ、肉盛溶接を行うことができる。しかしながら、肉盛溶接を行うためには、一定の加工領域が必要となる。このため、肉盛溶接を行う領域を確保するために、健全な領域で切削が必要な領域が大きくなる。また、特許文献１の方法で、加工領域を確保しないと、レーザを溶加材に適切に照射することができず、溶接した部分に欠陥が生じる可能性が高くなる。
【０００５】
本開示は上述した課題を解決するものであり、対象となる溶接物への影響を少なくしつつ溶接補修部を形成することができる溶接物製造方法、溶接物製造システム及び、溶接物補修部を有する溶接物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本開示の一実施形態として、溶接物製造方法であって、加工対象物に穴を形成する穴形成工程と、前記穴に溶加材を投入し、穴の底に溶加材を置く溶加材投入工程と、前記穴にレーザを走査させつつ照射し、前記溶加材を溶解し、溶解した前記溶加材で前記穴を埋める溶解工程と、を有し、前記溶加材投入工程と、前記溶解工程を繰り返し、前記穴を埋める溶接補修部を形成する。
【０００７】
前記溶解工程は、前記レーザを前記穴の周面に沿って走査させることが好ましい。
【０００８】
前記溶解工程は、前記レーザの軌跡が径の異なる円が複数重なった多重円となることが好ましい。
【０００９】
前記溶解工程は、前記レーザの軌跡が穴と溶加材との境界近傍の入熱が穴の中心側よりも多くなる軌跡であることが好ましい。
【００１０】
前記溶解工程は、前記レーザを１ｍ／ｓｅｃ以上１０ｍ／ｓｅｃ以下の速度で走査させることが好ましい。
【００１１】
前記溶解工程は、前記レーザのビーム径が、０．６ｍｍ以上１．６ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
前記加工対象物は、第１金属部材と、第２金属部材と、前記第１金属部材と前記第２金属部材とを接合する溶接線と、を有し、前記溶接補修部は、前記溶接線と少なくとも一部が重なることが好ましい。
【００１３】
前記穴は、深さＨ、径をｄとした場合、Ｈ／ｄが、５以上２０以下であり、ｄが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
前記穴の表面側の一部をワイヤ状の溶加材を用いるＴＩＧ溶接で埋めるＴＩＧ溶接工程をさらに含むことが好ましい。
【００１５】
加工対象物の前記穴の状態を検出し、前記穴の状態に基づいて、前記溶加材投入工程と前記溶解工程の加工条件を設定する加工条件設定工程をさらに含むことが好ましい。
【００１６】
前記加工条件は、投入する溶加材の大きさ、量、レーザを照射する深さ方向の位置、レーザを照射するパターン、レーザの出力の少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００１７】
上述の目的を達成するために、本開示の一実施形態として、溶接物製造システムであって、加工対象物に穴を形成する穴形成装置と、前記穴に溶加材を投入する溶加材投入装置と、前記穴にレーザを走査させつつ照射するレーザ加工装置と、前記穴形成装置と、前記溶加材投入装置と、前記レーザ加工装置と、を制御し、前記穴に投入された前記溶加材に前記レーザ加工装置からの前記レーザを走査させつつ照射し、前記溶加材を溶解させる処理を実行させる制御装置と、を含む。
【００１８】
上述の目的を達成するために、本開示の一実施形態として、溶接物であって、第１金属部材と、第２金属部材と、前記第１金属部材と前記第２金属部材を接合する溶接線と、形成された穴に、前記溶接線と同様の金属材料が埋められた溶接補修部と、を有し、前記溶接補修部は、深さｈ、径をｄとした場合、Ｈ／ｄが、５以上２０以下であり、ｄが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、前記金属材料が多層で積層される。
【００１９】
前記溶接補修部は、前記溶接線と少なくとも一部が重なることが好ましい。
【００２０】
前記溶接補修部は、前記金属材料の積層数が１個以上２０個以下であることが好ましい。
【００２１】
前記溶接補修部は、深さ方向において径が変化する形状であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本開示によれば、対象となる溶接物への影響を少なくしつつ溶接補修部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本開示の実施形態に係る溶接物製造システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、加工対象物である溶接物の概略構成を示す模式図である。
【図３】図３は、溶接物の溶接補修部を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、溶接物の溶接補修部を模式的に示す正面図である。
【図５】図５は、溶接物製造システムの動作を説明するための説明図である。
【図６】図６は、溶接物製造システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】図７は、溶接物製造システムの動作を説明するための説明図である。
【図８】図８は、レーザの軌跡の一例を示す説明図である。
【図９】図９は、レーザの軌跡の一例を示す説明図である。
【図１０】図１０は、レーザの軌跡の一例を示す説明図である。
【図１１】図１１は、溶接物製造システムの動作の他の例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本開示に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２５】
図１は、本開示の実施形態に係る溶接物製造システムの概略構成を示す模式図である。図２は、加工対象物である溶接物の概略構成を示す模式図である。図３は、溶接物の溶接補修部を模式的に示す断面図である。図４は、溶接物溶接補修部を模式的に示す正面図である。図５は、溶接物製造システムの動作を説明するための説明図である。
【００２６】
溶接物製造システム１０は、加工対象物である溶接物３０に溶接補修部４０を形成する。図１に示すように、溶接物製造システム１０は、穴加工装置１１と、レーザ照射装置１２と、レーザ走査装置１４と、溶加材投入装置１６と、状態検出装置１８と、制御装置２０と、を有する。溶接物製造システム１０は、溶接物３０と加工する各部の相対位置を調整する移動機構や、相対位置を固定する治具を備えていてもよい。
【００２７】
穴加工装置１１は、溶接物３０に穴を形成する装置である。穴加工装置１１は、ドリル等の加工冶具で、溶接物３０に穴を形成する。穴加工装置１１は、径が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、深さが５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の穴を形成することができる。なお、穴加工装置１１は、レーザを照射し、穴を形成する装置も用いることができる。
【００２８】
レーザ照射装置１２は、レーザを出力する。レーザ照射装置１２としては、ファイバレーザ出力装置または短パルスレーザ出力装置を用いることができる。ファイバレーザ出力装置としては、例えば、ファブリペロー型ファイバレーザ出力装置やリング型ファイバレーザ出力装置を用いることができ、これらの出力装置が励起されることによりレーザが発振される。ファイバレーザ出力装置のファイバは、例えば、エルビウム（Ｅｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、イッテルビウム（Ｙｂ）などの希土類元素が添加されたシリカガラスを用いることができる。なお、本実施形態では、ファイバレーザ（第一レーザ）Ｌ１としてＹＡＧレーザやＹＶＯ４レーザなどのマイクロ秒オーダーパルス発振もしくはそれ以下のパルス発振をするレーザも使用可能である。短パルスレーザ出力装置としては、レーザの発振源として例えば、チタンサファイアレーザを用いることができ、パルス幅が１００ピコ秒以下のパルスを発振することができる。ここで、本実施形態において、短パルスレーザは、パルス幅が１００マイクロ秒以下の短パルスでレーザを出力するものである。なお、レーザ加工ユニット２２は、短パルスレーザＬ２を、パルス幅が１００ナノ秒以下の短パルスとすることが好ましく、パルス幅が１ナノ秒未満のレーザとすることがより好ましい。
【００２９】
レーザ照射装置１２は、０．５ｋＷ以上１０ｋＷ以下のレーザを出力することが好ましく、３ｋＷ以上９ｋＷ以下のレーザを出力することがより好ましい。レーザ照射装置１２は、０．６ｍｍ以上１．６ｍｍ以下のビーム径のレーザを照射することが好ましい。また、レーザ照射装置１２は、デフォーカス量が、７０ｍｍ以上備えることが好ましい。
【００３０】
レーザ照射装置１２は、レーザ径が小さく走査パターンをより精緻に制御できるため、ハイパワーレーザのうちシングルモードが好ましい。レーザ照射装置１２は、マルチモードでもよい。
【００３１】
レーザ走査装置１４は、レーザ照射装置１２から照射されたレーザを走査させつつ、溶接物３０に照射する。レーザ走査装置１４は、第１ガルバノミラー２２と、第２ガルバノミラー２４とを有する。第１ガルバノミラー２２と第２ガルバノミラー２４は、ミラーの向きを変化させることで、レーザ照射装置１２から照射されたレーザを反射させる向きを変化させる。レーザ走査装置１４は、第１ガルバノミラー２２のミラーの回動方向と、第２ガルバノミラー２４のミラーの回動方向を異なる方向とすることで、溶接物３０に照射するレーザの位置を２次元平面上で変化させる。レーザ走査装置１４は、１ｍ／ｓｅｃ以上１０ｍ／ｓｅｃでレーザを走査することが好ましい。
【００３２】
溶接物製造システム１０は、レーザ照射装置１２と、レーザ走査装置１４と、を組み合わせてレーザ加工装置となる。レーザ加工装置は、パルスレーザを用いる場合、１ｍｍ以内の間隔でレーザを照射する。また、レーザの照射時間は、１秒以上３０秒以下とすることが好ましく、５秒以上２１秒以下とすることがより好ましい。
【００３３】
レーザ加工装置は、照射するレーザを走査することができればよい。例えば、レーザ加工装置は、レーザを照射するレーザ素子を多数配列し、レーザを照射するレーザ素子を切り替えることで、レーザの照射位置を走査するようにしてもよい。
【００３４】
溶加材投入装置１６は、溶接物の穴の大きさに対応する所定の大きさの溶加材を穴に投入する。溶加材は、溶接線と同じ金属で作製されている。溶加材としては、ワイヤを切断した部材、粉末、ブロック上の母材等の少なくとも１つを用いることができる。溶加材投入装置１６は、所定の大きさの溶加材を複数備えていても、溶加材を切断して所定の大きさとしてもよい。
【００３５】
状態検出装置１８は、溶接物製造システム１０で加工する溶接物３０の溶接位置の状態を検出する。状態検出装置１８は、レーザを照射する位置の画像を撮影する撮影手段、例えば、ＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）イメージセンサなどを有するカメラを有する。状態検出装置１８は、取得した画像に基づいて、溶接物製造システム１０で加工する溶接物３０の溶接位置の状態を検出する。状態検出装置１８は、撮像装置に限定されず、位置センサ、温度センサ等を用いることもできる。状態検出センサ１８は、位置センサで加工する穴の深さを検出してもよいし、温度センサで加工位置の温度を検出して穴の状態を検出してもよい。
【００３６】
制御装置２０は、溶接物製造システム１０の各部の動作を制御する。制御装置２０は、穴加工装置１１で、溶接物３０に穴を形成し、形成した穴に溶加材投入装置１６で溶加材を投入し、レーザ加工装置で溶加材を溶解する動作を制御する。また、制御装置２０は、状態検出装置１８で検出した状態に基づいて、加工条件を調整する。
【００３７】
次に、溶接物製造システム１０で溶接補修部４０を形成する加工対象物である溶接物３０について説明する。溶接物３０は、第１金属部材３４と、第２金属部材３６と、溶接線３８と、溶接補修部４０と、を有する。
【００３８】
溶接物３０は、第１金属部材３４と第２金属部材３６とが溶接線３８で接合されている。第１金属部材３４と第２金属部材３６とは、同一の金属でも異なる金属でもよい。また、溶接物３０は、円筒の部材であり、第１金属部材３４と第２金属部材３６とが１つの板状の部材で、両端が溶接線３８で接合された構造でもよい。
【００３９】
溶接線３８は、第１金属部材３４と第２金属部材３６との間に形成され、第１金属部材３４と第２金属部材３６とを接合する。溶接線３８は、ＴＩＧ溶接等の溶加材を用いた溶接、電子ビーム溶接等の第１金属部材３４と第２金属部材３６を溶解して接合する溶接で形成することができる。溶接金属は特に限定されない。
【００４０】
溶接補修部４０は、溶接線３８の一部に形成されている。溶接補修部４０は、溶加材を溶解するレーザ溶接で形成された溶接部である。溶接補修部４０は、溶接線３８と同じ金属材料で形成されている。溶接補修部４０は、溶接線３８と別の溶接作業で作製されるため、境界が識別できる。溶接補修部４０は、図５に示すように溶加材５２に走査するレーザＬ、Ｌａを照射して溶解した充填部５４が、図３に示すように高さ方向に複数積層される。つまり、溶接補修部４０は、溶接線３８に形成された穴５０に溶加材５２を溶解して固化させた複数の充填部５４を高さ方向に重ねることで、穴５０を埋めた構造である。溶接補修部４０は、充填部５４の積層数を、１個以上２０個以下とすることが好ましい。ここで、充填部５４は、１個以上としたが、複数積層すること、２個以上、好ましくは５個以上積層することが好ましい。積層数を上記範囲とすることで、効率よく作成することができ、かつ、製造時に欠陥や隙間が生じることを抑制できる。なお、溶接補修部４０は、深さ方向（溶接物３０の表面に直交する方向）に延びた穴に充填部５４を充填した形状であるが、溶接物３０の表面に向けて径が大きくなるテーパを備えていてもよい。つまり、溶接補修部４０は、深さ方向において径が変化してもよい。
【００４１】
溶接補修部４０は、深さ（高さ）Ｈと径（直径）ｄとの関係が、５≦Ｈ／ｄ≦２０となることが好ましい。また、溶接補修部４０は、深さ（高さ）Ｈが、２０ｍｍ≦Ｈ≦３００ｍｍであり、５ｍｍ≦Ｈ≦１００ｍｍとすることが好ましい。また、溶接補修部４０は、径ｄが、１ｍｍ≦ｄ≦２０ｍｍであり、一例として５ｍｍとすることが好ましい。
【００４２】
溶接物製造システム１０は、本実施形態のように、溶接線３８に溶接補修部４０を設けることで、溶接線３８の欠陥等を補修することができるがこれに限定されない。溶接補修部４０は、溶接物３０のいずれかの位置に設けられていればよい。例えば、溶接補修部４０は、一部が第１金属部材３４及び第２金属部材３６の少なくとも一方と接していてもよい。また、溶接補修部４０は、深さ方向に傾斜していてもよい。溶接物３０は、溶接補修部４０を備えた金属部材であればよく、溶接線３８が形成されていない部材でもよい。
【００４３】
次に、図５に加え、図６及び図７を用いて、溶接物製造システム１０の動作、つまり、溶接物製造システム１０を用いて溶接補修部４０を形成する方法である溶接物製造方法の一例を説明する。図６は、溶接物製造システムの動作を説明するためのフローチャートである。図７は、溶接物製造システムの動作を説明するための説明図である。
【００４４】
溶接物製造システム１０は、図５に示すように、溶接線３８に形成した穴５０に溶加材５２を投入して、穴５０の底部に溶加材５２を置く。溶接物製造システム１０は、溶加材５２を穴５０の底部に置いた状態で、レーザ照射装置から穴５０にレーザＬ、Ｌａを走査しつつ照射し、溶加材５２を溶かして高さｈａの充填部５４を形成する。高さｈａは、穴５０の深さＨよりも短い。溶接物製造システム１０は、充填部５４を複数個、重ねることで、補修溶接部４０を形成する。
【００４５】
以下、図６及び図７を用いて、溶接物製造方法をより具体的に説明する。溶接物製造システム１０は、加工対象物である溶接物３０に穴あけ加工を行う（ステップＳ１２）。具体的には、溶接物３０ａは、溶接線３８の内部に欠陥６０がある。溶接物製造システム１０は、穴加工装置１１で穴あけ加工することで、溶接線３８の欠陥６０を含む部分を除去し、溶接線３８に穴５０を形成した溶接物３０ｂを作製する。
【００４６】
次に、溶接物製造システム１０は、形成した穴の底に溶加材を配置する（ステップＳ１４）。溶接物製造システム１０は、溶加材投入装置１６で、所定の大きさの溶加材５２を穴５０に投入する。このように、溶接物製造システム１０は、溶加材５２が穴５０の底部に置かれた溶接物３０ｃを作製する。
【００４７】
次に、溶接物製造システム１０は、穴に照射位置を走査しつつレーザを照射する（ステップＳ１６）。溶接物製造システム１０は、レーザ照射装置１２から照射したレーザＬを穴５０の底部に向けて照射して、溶加材５２を溶解させて、充填部５４が穴５０の底部に形成された溶接物３０ｄを作製する。具体的には、レーザ照射装置１２及びレーザ走査装置１４は、第１ガルバノミラー２２及び第２ガルバノミラー２４でレーザＬの照射位置を１ｍ／ｓｅｃ以上の速度で走査させる。また、レーザ照射装置１２及びレーザ走査装置１４は、照射位置を設定されたパターンで移動させながら、短パルスレーザの場合、レーザの照射を例えば３００回行う。
【００４８】
次に、溶接物製造システム１０は、形成した穴が充填部５４で埋まったかを判定する（ステップＳ１８）。製造物製造システム１０は、形成した穴が埋まっていない（ステップＳ１８でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ１４に戻り、充填部５４を形成する処理を行う。溶接物製造システム１０は、形成した穴が埋まっている（ステップＳ１８でＹｅｓ）と判定した場合、本処理を終了する。
【００４９】
溶接物製造システム１０は、溶接物に生じている欠陥を穴加工で除去し、除去した領域に溶接補修部を形成する。溶接物製造システム１０は、溶接物を穴に置き、レーザを走査させつつ照射する処理を繰り返して、溶接補修部４０を形成する。溶接物製造システム１０は、レーザ加工時に穴５０の内部にワイヤ等が残らず、溶加材５２のみが配置された状態となるため、レーザを所望の位置に照射することができる。つまり、レーザの照射を阻害する部材が配置されていない状態で加工をすることができる。これにより、上述したように、アスペクト比が高く、径が細い、細長い穴を充填部５４で埋めることができる。これにより、溶接物製造システム１０は、溶接欠陥等、溶接物３０の欠陥を径の細い溶接補修部で補修することができるため、好適に欠陥を補修することができる。
【００５０】
また、溶接物３０は、細長い溶接補修部４０で、溶接物３０の内部にある欠陥を補修することができる。溶接補修部４０は、母材である第１金属部材３４、第２金属部材３６、溶接線３８に与える熱影響等を小さくしつつ形成される。これにより、溶接物３０は、母材への補修の影響を小さい状態で欠陥が補修された状態となり、より性能が高い溶接物３０とすることができる。
【００５１】
溶接物製造システム１０は、１ｍ／ｓｅｃ以上で、レーザを走査させつつ照射することで、穴５０の中で一定の入熱分布を持たせることが可能となり、溶加材と穴底面、側面を一様に溶融できるため融合不良を抑制できる。溶接物製造システム１０は、各部分に必要な熱量も最適化可能となり、少ない熱量で溶加材を溶融できるため、アンダーカット等の欠陥がなく、溶接熱影響部を少なくした溶接が可能となる。
【００５２】
溶接物製造システム１０は、穴５０の全てを充填部５４で埋めることに限定されず、穴の表面側の一部をワイヤ状の溶加材を用いるＴＩＧ溶接で行ってもよい。表面側の一部をＴＩＧ溶接で溶接することで、簡単に溶接を行うことができる。
【００５３】
次に、溶加材に向けて走査しつつ照射するレーザの軌跡について説明する。図８から図１０は、それぞれレーザの軌跡の一例を示す説明図である。溶接物製造システム１０は、レーザを穴５０の内部で走査させる。溶接物製造システム１０は、溶加材の表面にレーザを照射する。これにより、母材となる穴５０の側面が変形し、次の充填部５４の溶接に影響を少なくすることができる。溶接物製造システム１０は、走査時の軌跡の隙間、つまり、レーザの照射位置の移動間隔を１ｍｍ以内とすることで、レーザ溶接のスパイキングの発生を抑制することができる。
【００５４】
図８に示す軌跡７０は、内径側の円と外径側の円とを有する。溶接物製造システム１０は、矢印７２で示すように、照射位置を移動させることで、軌跡７０の各位置でレーザを照射することができる。
【００５５】
図９に示す軌跡７４は、内径側から外径側に径が異なり、中心が同じ円７６ａ、７６ｂ、７６ｃの３つの円を有する。つまり、軌跡７４は、３重の円であり、それぞれの円が径方向に延びる接続線で接続されている。
【００５６】
図１０に示す軌跡８０は、直径８６の基準円８２に沿って、軌跡を設定する円の中心を移動させつつ、直径８４の円を描いた軌跡である。直径８６は、直径８４よりも大きい。基準円８２に沿って中心を移動させつつ円を描くことで、溶加材を好適に溶融することができる。
【００５７】
溶接物製造システム１０は、レーザの走査パターンを多重円とすることにより、各部分に必要な熱量をより適切にすることができ、より少ない熱量で連続的に溶加材を溶融できる。これにより、アンダーカット等の欠陥が生じることを抑制でき、溶接熱影響部をより少なくすることができる。また、軌跡が多重円の場合、内径側の円から外径側円の順でレーザを走査することが好ましい。溶接物製造システム１０は、多重円としたが、渦巻形の軌跡としてもよい。
【００５８】
溶接物製造システム１０は、レーザの軌跡は、穴の外周側、つまり、穴と溶加材との境界近傍の入熱が穴の中心側よりも多くなる軌跡とすることが好ましい。つまり、レーザの軌跡は、穴の中心側の領域よりも壁面に沿った領域を多く走査する軌跡とすることが好ましい。例えば、図８の軌跡７０、図９の軌跡７４の場合、外径側の軌跡の操作回数を多くすることが好ましい。これにより、溶接補修部４０と溶接線３８との間での融合不良、つまり溶接欠陥が生じることを抑制できる。
【００５９】
図１１は、溶接物製造システムの動作の他の例を説明するためのフローチャートである。溶接物製造システム１０は、加工対象物である溶接物３０に穴あけ加工を行う（ステップＳ１２）。溶接物製造システム１０は、形成した穴の状態を確認し、加工条件を設定する（ステップＳ２０）。具体的には、溶接物製造システム１０は、状態検出装置１８で穴５０の画像を取得し、穴の深さ、径、穴の表面の状態を検出する。溶接物製造システム１０は、検出した穴５０の状態に基づいて、加工条件を設定する。加工条件としては、投入する溶加材の大きさ、量、レーザを照射する深さ方向の位置（デフォーカス量）、レーザを照射するパターン、レーザの出力等がある。
【００６０】
次に、溶接物製造システム１０は、形成した穴の底に溶加材を配置する（ステップＳ１４）。溶接物製造システム１０は、穴に照射位置を走査しつつレーザを照射する（ステップＳ１６）。次に、溶接物製造システム１０は、形成した穴が充填部５４で埋まったかを判定する（ステップＳ１８）。製造物製造システム１０は、形成した穴が埋まっていない（ステップＳ１８でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ２０に戻り、充填部５４を形成する処理を行う。溶接物製造システム１０は、形成した穴が埋まっている（ステップＳ１８でＹｅｓ）と判定した場合、本処理を終了する。
【００６１】
溶接物製造システム１０は、加工条件、例えばレーザ出力・デフォーカス量を調整することで、溶加材５２の溶け込み深さ及び凝固形態の少なくとも一方を制御でき、溶接補修部に欠陥等が生じる恐れをより低減することができ、溶接補修部の品質をより高くすることができる。
【００６２】
溶接物製造システム１０は、状態検出装置１８で状態を検出して加工条件を調整したが、作製する充填部５４の積層数に応じて、加工条件を変化させてもよい。溶接物製造システム１０は、レーザ出力量を大きくすることで、入熱量を大きくでき、デフォーカス量を大きくすることで、レーザ径を大きくできる。
【００６３】
また、溶接物製造システム１０は、レーザの照射パターンが多重円の場合、外径側の円と内径側の円とで、レーザ出力またはデフォーカス量を変化させてもよい。具体的には、溶接物製造システム１０は、外径側の円でレーザを照射する場合のレーザの出力またはデフォーカス量を、内径の円でレーザを照射する場合よりも、大きくすることが好ましい。これにより、溶加材を好適に溶解することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０  溶接物製造システム
１１  穴加工装置
１２  レーザ照射装置
１４  レーザ走査装置
１６  溶加材投入装置
１８  状態検出装置
２０  制御装置
２２  第１ガルバノミラー
２４  第２ガルバノミラー
３０  溶接物（加工対象物）
３４  第１金属部材
３６  第２金属部材
３８  溶接線
４０  溶接補修部
５０  穴
５２  溶加材
５４  充填部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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