(57)【要約】【課題】高品質な接合部が得られるレーザ溶接方法であって、低真空雰囲気を用いることなく深溶込みが得られると共に、高温割れも効果的に抑制することができるレーザ溶接方法及びレーザ溶接用フラックスを提供する。【解決手段】少なくとも溶接線を含む被接合材の表面をフラックスで被覆し、フラックスの成分において、二酸化マンガン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び珪砂のうちから選択される添加成分の含有量の合計を３０質量％以上とし、フラックス側からレーザ光を照射すること、を特徴とするレーザ溶接方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも溶接線を含む被接合材の表面をフラックスで被覆し、
前記フラックスの成分において、二酸化マンガン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び珪砂のうちから選択される添加成分の含有量の合計を３０質量％以上とし、
前記フラックス側からレーザ光を照射すること、
を特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記二酸化マンガン、前記アルミナ及び前記酸化マグネシウムのうちのいずれかの前記含有量を３０質量％以上とすること、
を特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記添加成分の前記含有量の合計を５０質量％以上とすること、
を特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記レーザ光の焦点位置を、所望の溶込み深さの±１０ｍｍ以内とすること、
を特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかに記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記レーザ光の周囲にシールドガスを供給し、
前記レーザ光の照射部近傍に前記フラックスが作用しない局所空間を形成させること、
を特徴とする請求項１〜４のうちのいずれかに記載のレーザ溶接方法。
【請求項６】
前記被接合材を鋼材とすること、
を特徴とする請求項１〜５のうちのいずれかに記載のレーザ溶接方法。
【請求項７】
前記フラックスとして固形状フラックスを用いること
を特徴とする請求項１〜６のうちのいずれかに記載のレーザ溶接方法。
【請求項８】
二酸化マンガン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び珪砂うちから選択される添加成分の含有量の合計が３０質量％以上であること、
を特徴とするレーザ溶接用フラックス。
【請求項９】
前記二酸化マンガン、前記アルミナ及び前記酸化マグネシウムのうちのいずれかの前記含有量が３０質量％以上であること、
を特徴とする請求項８に記載のレーザ溶接用フラックス。
【請求項１０】
前記添加成分の前記含有量の合計が５０質量％以上であること、
を特徴とする請求項８に記載のレーザ溶接用フラックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ溶接方法に関し、より具体的には、常圧下で高品質の深溶込みレーザ溶接を簡便かつ安定的に行うことができるレーザ溶接方法及びレーザ溶接用フラックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
高エネルギー密度のビームを集中させるレーザ溶接は、アーク溶接と比較して深溶込みが得られやすい。また、比較的小さな入熱量で深溶込みが得られるため、被溶接材の変形量が小さく、被溶接材に与える熱影響も小さくなる。このような種々の利点を有するレーザ溶接は、造船や自動車に代表される各種構造物の製造現場における利用が急速に拡大している。
【０００３】
一方で、構造物の多様化に伴って厚板に対する溶接が求められており、特に深い溶込み深さが求められる場合には、主として電子ビーム溶接が検討されてきた。例えば、特殊な大型の電子ビーム溶接装置を用いることで、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼板に対して１０ｃｍ以上の溶込み深さが得られている（非特許文献１）。しかしながら、電子ビーム溶接は高真空環境下で行う必要があり、装置が複雑かつ高価になると共に、被接合材のサイズも制限されてしまう。
【０００４】
これに対し、近年、レーザ溶接においても厚板溶接に関する種々の検討がなされている。例えば、特許文献１（特開２０１１−２４０３６５号公報）においては、低真空雰囲気下で、レーザ光により溶接を行うレーザ溶接装置であって、レーザ光の光軸に沿って、溶接部と所定の間隔を設けて配置され、上端には透過窓が設けられ、下端は雰囲気制御域内に開口しているシールドガス筒と、当該シールドガス筒の透過窓側からシールドガス筒内部へシールドガスを導入するシールドガス供給手段と、を備えていることを特徴とするレーザ溶接装置が提案されている。
【０００５】
前記特許文献１に記載のレーザ溶接装置においては、透過窓と溶接部との間にエアシールドが形成されるため、低真空下において非常に速い速度で透過窓方向に噴出する金属蒸気の飛翔をブロックして、透過窓への金属蒸気の付着を防止することができ、低真空雰囲気下において、十分な溶込み深さが確保される溶接を長時間安定して行うことができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２４０３６５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｙｏｓｈｉａｋｉ  Ａｒａｔａ  ａｎｄ  Ｍｉｃｈｉｏ  Ｔｏｍｉｅ，１００−ｋＷ  Ｃｌａｓｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  （Ｒｅｐｏｒｔ  Ｉ）  ―Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｓｏｍｅ  Ａｓｐｅｃｔｓ  ａｓ  ａ  Ｈｅａｔ  Ｓｏｕｒｃｅ―，Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ＪＷＲＩ，Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．１，１９７３  ｐｐ．１７−２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記特許文献１に記載のレーザ溶接装置においては、溶接の雰囲気を低真空とするための減圧チャンバー及び減圧装置が必須であり、装置構成が複雑になると共に被接合材の大きさが制限される。また、接合部の品質に大きく影響する高温割れの抑制については検討されていない。
【０００９】
以上のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の目的は、高品質な接合部が得られるレーザ溶接方法であって、低真空雰囲気を用いることなく深溶込みが得られると共に、高温割れも効果的に抑制することができるレーザ溶接方法及びレーザ溶接用フラックスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は上記目的を達成すべく、レーザ溶接方法及びレーザ溶接用フラックスについて鋭意研究を重ねた結果、常圧下で溶込み深さの増加と高温割れの抑制を同時に達成するためには、レーザ溶接用に最適化された適当な成分を有するフラックスを用いること等が極めて効果的であることを見出し、本発明に到達した。
【００１１】
即ち、本発明は、
少なくとも溶接線を含む被接合材の表面をフラックスで被覆し、
前記フラックスの成分において、二酸化マンガン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び珪砂のうちから選択される添加成分の含有量の合計を３０質量％以上とし、
前記フラックス側からレーザ光を照射すること、
を特徴とするレーザ溶接方法、を提供する。
【００１２】
従来の一般的なレーザ溶接方法では被接合材のレーザ光照射面には何も配置しないが、本発明のレーザ溶接方法においては、溶接線の表面をフラックスで被覆し、当該フラックス側からレーザ光を照射することで、溶込み深さの増加と高温割れの抑制を同時に達成することができる。
【００１３】
本発明のレーザ溶接方法で使用するフラックスは、二酸化マンガン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び珪砂うちから選択される添加成分の含有量の合計が３０質量％以上となっている。添加成分は二酸化マンガン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び珪砂のうちの一つのみであってもよく、二つ以上であってもよい。これらの添加成分によって、溶込み深さの増加と高温割れの抑制を達成することができる。ここで、これらの添加成分以外の成分については、本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、例えば、一般的なアーク溶接用フラックスの成分とすることができる。また、当該アーク溶接用フラックスは、低水素系のものとすることが好ましい。低水素系とは、炭酸カルシウム、フッ化カルシウムを主原料とするフラックスである。
【００１４】
また、通常のレーザ溶接方法で得られる溶接部は被接合材の表面近傍で広がり、深さの増加に伴い細くなる。これに対し、本発明のレーザ溶接方法では表面近傍における広がりが抑制され、全体的に細くかつ深い理想的な溶接部を得ることができる。更に、表面近傍における広がりが抑制されることで、幅が狭く滑らかな余盛形状を得ることができる。加えて、キーホールが安定した細長い形状に変化することで後方に向かっていた湯流れが上方への流れに変化することにより、高温割れを誘発する凝固遅れの領域が減少するため、高温割れの発生を効果的に抑制することができる。
【００１５】
被接合材の表面を被覆するフラックスの量は、レーザ照射条件や所望の溶込み深さ等に応じて適宜最適化すればよいが、溶接線に沿って均一な量のフラックスを配置することが好ましい。フラックスは粉末状や粒状のものを散布してもよく、固形状のものを配置してもよい。例えば、ワイヤ状のフラックスを溶接領域に順次供給してもよく、当該態様でのフラックス供給は、溶接の自動化に資するものである。
【００１６】
なお、溶融部にシールドガスを供給する場合、当該溶融部にガス圧が印加されるように供給することで、溶込み深さを向上させることができる。また、当該シールドガスの供給圧力を周期的に変動させることで（パルス状のシールドガスを供給することで）、より効果的に深溶込みを得ることができる。溶込み深さが増加する理由は必ずしも明らかになっていないが、パルス状のシールドガスによってキーホールの開口部及びその近傍が押し下げられ、当該圧力がキーホールの底部にまで効率的に伝達される結果、深溶込みが達成されるものと思われる。
【００１７】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記レーザ光の周囲にシールドガスを供給し、前記レーザ光の照射部近傍に前記フラックスが作用しない局所空間を形成させること、が好ましい。シールドガスの供給によってレーザ照射部近傍にフラックスが作用しない局所空間を形成することにより、当該フラックスの散布に起因する溶接金属へのスラグの巻き込みの頻度が抑制され、ビード表面の荒れが解消して美麗な表面を形成させることができる。ここで、レーザ照射部近傍にフラックスが作用しない局所空間を形成させる方法はシールドガスの供給に限定されず、従来公知の種々の方法を用いることができる。例えば、スリットや棒状体等でフラックスを掻き分け、レーザ影響領域への侵入を防止してもよい。
【００１８】
本発明のレーザ溶接方法に用いるレーザとしては、本発明の効果を損なわない範囲で従来公知の種々のレーザを用いることができ、例えば、ファイバーレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、ディスクレーザ、半導体レーザ等を使用することができる。また、レーザ出力及び溶接速度等の各種溶接条件は特に限定されず、被接合材の種類や所望の溶接部形状等に応じて適宜設定すればよい。
【００１９】
また、本発名のレーザ溶接方法においては、前記二酸化マンガン、前記アルミナ及び前記酸化マグネシウムのうちのいずれかの前記含有量を３０質量％以上とすること、が好ましい。フラックス中の二酸化マンガン又は酸化マグネシウムの含有量を３０質量％以上とすることで、特に高温割れを顕著に抑制することができる。また、フラックス中のアルミナの含有量を３０質量％以上とすることで、特に溶込み深さを顕著に増加させることができる。
【００２０】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記フラックスの成分において、二酸化マンガン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び珪砂のうちから選択される添加成分の含有量の合計を５０質量％以上とすることが好ましい。これらの添加成分の含有量の合計を５０質量％以上とすることで、溶込み深さの増加と高温割れの抑制をより確実に発現させることができる。
【００２１】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記レーザ光の焦点位置を、所望の溶込み深さの±１０ｍｍ以内とすること、が好ましい。レーザ光の焦点位置を所望の溶込み深さの±１０ｍｍ以内とすることで、溶融部を溶込み底部に行くに従って直線的に幅の細くなるくさび型形状とすることができ、溶込み深さと高温割れ抑制を効果的に両立することができる。ここで、より好ましい焦点位置は所望の溶込み深さの±５ｍｍ以内であり、最も好ましい焦点位置は所望の溶込み深さの±２ｍｍ以内である。
【００２２】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記被接合材を鋼材とすること、が好ましい。本発明のレーザ溶接方法が対象とする被接合材は、本発明の効果を損なわない範囲で従来公知の種々の金属材を用いることができるが、鉄鋼材においてはより確実に良好な溶接部を得ることができる。
【００２３】
また、本発明は、
二酸化マンガン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び珪砂のうちから選択される添加成分の含有量の合計が３０質量％以上であること、
を特徴とするレーザ溶接用フラックス、も提供する。
【００２４】
従来の溶接用フラックスは主としてアーク溶接用に最適化されているが、本発明のフラックスはレーザ溶接用であり、二酸化マンガン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び珪砂のうちから選択される添加成分の含有量の合計を３０質量％以上とすることで、レーザ溶接時の溶込み深さの増加と高温割れの抑制を同時に達成することができる。
【００２５】
また、本発明のレーザ溶接用フラックスにおいては、前記二酸化マンガン、前記アルミナ及び前記酸化マグネシウムのうちのいずれかの前記含有量を３０質量％以上とすること、が好ましい。フラックス中の二酸化マンガン又は酸化マグネシウムの含有量を３０質量％以上とすることで、特に高温割れを顕著に抑制することができる。また、フラックス中のアルミナの含有量を３０質量％以上とすることで、特に溶込み深さを顕著に増加させることができる。
【００２６】
また、本発明のレーザ溶接用フラックスにおいては、二酸化マンガン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び珪砂のうちから選択される添加成分の含有量の合計を５０質量％以上とすることがより好ましい。これらの添加成分の含有量の合計を５０質量％以上とすることで、レーザ溶接時の溶込み深さの増加と高温割れの抑制をより確実に発現させることができる。
【００２７】
本発明のレーザ溶接用フラックスにおいて、二酸化マンガン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び珪砂以外の成分については、本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、例えば、一般的なアーク溶接用フラックスの成分とすることができる。また、当該アーク溶接用フラックスは、低水素系とすることが好ましい。
【００２８】
また、本発明のレーザ溶接用フラックスの形状は本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、従来公知の種々の形状とすることができる。例えば、粉末状や粒状としてもよく、ワイヤ状や棒状等の固形状としてもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の溶接方法によれば、高品質な接合部が得られるレーザ溶接方法であって、低真空雰囲気を用いることなく深溶込みが得られると共に、高温割れも効果的に抑制することができるレーザ溶接方法及びレーザ溶接用フラックスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のレーザ溶接方法の実施形態に係わる模式図である。
【図２】実施例１で得られた実施溶接部の縦断面マクロ写真である。
【図３】実施例１で焦点はずし距離を０〜−５０ｍｍとして得られた各溶接部の縦断面マクロ写真である。
【図４】実施例１で得られた各溶接部の焦点はずし距離と溶込み深さの関係を示すグラフである。
【図５】実施例１で得られた各溶接部の焦点はずし距離と高温割れ面積率の関係を示すグラフである。
【図６】実施例２で得られた各溶接部の縦断面マクロ写真である。
【図７】実施例２で得られた各溶接部の溶込み深さを示すグラフである。
【図８】実施例２で得られた各溶接部の高温割れ面積率を示すグラフである。
【図９】実施例３で得られた各溶接部の縦断面マクロ写真である。
【図１０】実施例３で得られた各溶接部の溶込み深さを示すグラフである。
【図１１】実施例３で得られた各溶接部の高温割れ面積率を示すグラフである。
【図１２】実施例４で得られた各溶接部の縦断面マクロ写真である（アルミナ添加及びシリカ添加）。
【図１３】実施例４で得られた各溶接部の溶込み深さを示すグラフである。
【図１４】実施例４で得られた各溶接部の高温割れ面積率を示すグラフである。
【図１５】実施例５における観察状況の模式図である。
【図１６】実施例５で得られた観察画像である（ＬＢ−２６のみ）。
【図１７】実施例５で得られた観察画像である（二酸化マンガン添加）。
【図１８】実施例５で得られた溶接部の縦断面マクロ写真である（二酸化マンガン添加）。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照しながら本発明のレーザ溶接方法及びレーザ溶接用フラックスの代表的な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであるから、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。
【００３２】
（１）レーザ溶接方法
図１は、本発明のレーザ溶接方法の実施形態に係わる模式図である。当該実施形態では、被接合材２同士を突き合わせ被接合界面（接合線）４を形成し、被接合界面４を含む被接合材２の表面をフラックス６で被覆している。
【００３３】
ここで、レーザ光Ｒをフラックス６側から被接合材２に照射し、被接合界面４を含む領域を溶融凝固させることで、被接合材２同士の溶接が達成される。フラックス６を使用しない場合と比較して接合領域（溶融凝固領域）の深さが増加することに加え、被接合材２の表面近傍における当該接合領域の幅が狭くなる。加えて、接合領域における高温割れを効果的に抑制することができる。
【００３４】
フラックス６は、二酸化マンガン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び珪砂のうちから選択される添加成分の含有量の合計が３０質量％以上となっている。これらの添加成分によって、溶込み深さの増加と高温割れの抑制を達成することができる。ここで、これらの添加成分以外の成分については、本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、例えば、一般的なアーク溶接用フラックスの成分とすることができる。また、当該アーク溶接用フラックスは、低水素系とすることが好ましい。
【００３５】
ここで、フラックス６においては、二酸化マンガン、アルミナ及び前記酸化マグネシウムのうちのいずれかの含有量を３０質量％以上とすることが好ましい。フラックス６の二酸化マンガン又は酸化マグネシウムの含有量を３０質量％以上とすることで、特に高温割れを顕著に抑制することができる。また、フラックス６のアルミナの含有量を３０質量％以上とすることで、特に溶込み深さを顕著に増加させることができる。
【００３６】
また、フラックス６の成分において、二酸化マンガン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び珪砂のうちから選択される添加成分の含有量の合計を５０質量％以上とすることが好ましい。これらの添加成分の含有量の合計を５０質量％以上とすることで、溶込み深さの増加と高温割れの抑制をより確実に発現させることができる。
【００３７】
被接合材２の表面を被覆するフラックス６の量は、レーザ照射条件や所望の溶込み深さ等に応じて適宜最適化すればよいが、溶接線（被接合界面４）に沿って均一な量のフラックス６を配置することが好ましい。フラックス６は粉末状や粒状のものを散布してもよく、固形状のものを配置してもよい。
【００３８】
フラックス６が粉末状や粒状の場合、専用のトーチを用いてレーザ光Ｒの前方にフラックス６を供給しつつ、レーザ溶接を施してもよい。また、フラックス６がワイヤ状の場合、専用の自動供給装置を用いて溶接領域に順次供給してもよい。
【００３９】
被接合材２は、本発明の効果を損なわない範囲で従来公知の種々の金属材を用いることができるが、鉄鋼材を用いることで、より確実に良好な溶接部を得ることができる。
【００４０】
また、レーザ光Ｒとしては、本発明の効果を損なわない範囲で従来公知の種々のレーザを用いることができ、例えば、ファイバーレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、ディスクレーザ、半導体レーザ等を使用することができる。
【００４１】
なお、レーザ光Ｒの出力及び溶接速度等の各種溶接条件は特に限定されず、被接合材２の種類や所望の溶接部形状等に応じて適宜設定すればよい。また、溶接雰囲気を低真空とすることなく、大気圧下での溶接で深溶込みを実現することができる。ここで、本発明のレーザ溶接方法で固形状のフラックス６を使用する場合は、全ての溶接姿勢に対応することができる。
【００４２】
レーザ光Ｒの焦点位置は、所望の溶込み深さの±１０ｍｍ以内とすることが好ましい。例えば、４０ｍｍの溶込み深さが必要な場合、焦点位置の好ましい範囲は被接合材２の表面を基準として−５０ｍｍ〜−３０ｍｍ（被接合材２の内部）となる。レーザ光Ｒの焦点位置を所望の溶込み深さの±１０ｍｍ以内とすることで、溶融部を溶込み底部に行くに従って直線的に幅の細くなるくさび型形状とすることができ、溶込み深さと高温割れ抑制を効果的に両立することができる。ここで、より好ましい焦点位置は所望の溶込み深さの±５ｍｍ以内であり、最も好ましい焦点位置は所望の溶込み深さの±２ｍｍ以内である。
【００４３】
なお、溶融部にシールドガスを供給する場合、当該溶融部にガス圧が印加されるように供給することで、溶込み深さを向上させることができる。また、当該シールドガスの供給圧力を周期的に変動させることで（パルス状のシールドガスを供給することで）、より効果的に深溶込みを得ることができる。溶込み深さが増加する理由は必ずしも明らかになっていないが、パルス状のシールドガスによってキーホールの開口部及びその近傍が押し下げられ、当該圧力がキーホールの底部にまで効率的に伝達される結果、深溶込みが達成されるものと思われる。
【００４４】
また、シールドガスの供給によってレーザ照射部近傍にフラックス６が作用しない局所空間を形成することにより、フラックス６の散布に起因する溶接金属へのスラグ巻き込みの頻度が抑制され、ビード表面の荒れが解消して美麗な表面が形成される。レーザ照射部近傍にフラックス６が作用しない局所空間を形成させる方法はシールドガスの供給に限定されず、従来公知の種々の方法を用いることができる。例えば、スリットや棒状体等でフラックスを掻き分け、レーザ影響領域への侵入を防止してもよい。
【００４５】
（２）レーザ溶接用フラックス
フラックス６は、二酸化マンガン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び珪砂のうちから選択される添加成分の含有量の合計が３０質量％以上であること、を特徴としている。
【００４６】
従来の溶接用フラックスは主としてアーク溶接用に最適化されているが、フラックス６はレーザ溶接用であり、二酸化マンガン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び珪砂のうちから選択される添加成分の含有量の合計を３０質量％以上とすることで、レーザ溶接時の溶込み深さの増加と高温割れの抑制を同時に達成することができる。
【００４７】
また、フラックス６においては、二酸化マンガン、アルミナ及び前記酸化マグネシウムのうちのいずれかの含有量を３０質量％以上とすることが好ましい。フラックス６の二酸化マンガン又は酸化マグネシウムの含有量を３０質量％以上とすることで、特に高温割れを顕著に抑制することができる。また、フラックス６のアルミナの含有量を３０質量％以上とすることで、特に溶込み深さを顕著に増加させることができる。
【００４８】
また、フラックス６においては、二酸化マンガン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び珪砂のうちから選択される添加成分の含有量の合計を５０質量％以上とすることがより好ましい。これらの添加成分の含有量の合計を５０質量％以上とすることで、レーザ溶接時の溶込み深さの増加と高温割れの抑制をより確実に発現させることができる。
【００４９】
フラックス６において、二酸化マンガン、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、及び珪砂以外の成分については、本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、例えば、一般的なアーク溶接用フラックスの成分とすることができる。また、当該アーク溶接用フラックスは、低水素系とすることが好ましい。
【００５０】
また、フラックス６の形状は本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、従来公知の種々の形状とすることができる。例えば、粉末状や粒状としてもよく、ワイヤ状や棒状等の固形状としてもよい。
【００５１】
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それら設計変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【００５２】
≪実施例１≫
供試材を厚さ６０×幅８０×長さ２５０ｍｍの炭素鋼板（ＳＭ４９０Ａ）とし、ファイバーレーザ（ファイバー径：０．５ｍｍ，ビーム集光スポット径：１ｍｍ）を用いてビードオンプレートにて溶接を行った。板幅中心を溶接線と見做し、図１に示す状態となるように、当該溶接線に沿って厚さが１２ｍｍとなるように粉末状のフラックスを配置した。ＥＰＭＡを用いて測定した当該フラックスの酸化物組成（質量％）を表１に示す。
【００５３】
【表１】
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【００５４】
レーザ出力：５０ｋＷ、溶接速度：０．６ｍ／ｍｉｎ、焦点はずし距離（被接合材表面から内部への距離）：−４０ｍｍ、レーザ入射角度：１０°（後退角）とし、所望する溶込み深さを４０ｍｍに設定し、大気圧下で実施溶接部を得た。得られた溶接部の縦断面マクロ写真を図２に示す。設定よりも深い４３．８４ｍｍの溶込み深さが得られていることに加え、高温割れは殆ど発生していない。
【００５５】
次に、溶込み深さ及び高温割れに及ぼす焦点はずし距離の影響を確認するため、焦点はずし距離を０〜−５０ｍｍとして得られた各実施溶接部の縦断面マクロ写真を図３に示す。また、当該縦断面マクロ写真から求めた溶込み深さ及び高温割れ面積率を図４及び図５にそれぞれ示す。
【００５６】
溶込み深さは焦点はずし距離を−４０ｍｍとした場合が最も深く、−２０ｍｍ〜−５０ｍｍの範囲（特に、−３０ｍｍ〜−５０ｍｍの範囲）で溶込み深さの顕著な増加が認められる。また、高温割れ面積率については、焦点はずし距離を−５０ｍｍとした場合が最も小さく、−２０ｍｍ〜−５０ｍｍの範囲（特に、−４０ｍｍ〜−５０ｍｍの範囲）で顕著な低下が認められる。
【００５７】
また、比較として、フラックスを用いない場合についても同様にして溶接部を得た。焦点はずし距離と溶込み深さの関係を図４に、焦点はずし距離と高温割れ面積率の関係を図５にそれぞれ示す。フラックスを用いない場合、焦点はずし距離が−２０ｍｍ〜−５０ｍｍの範囲では、当該距離の増加に伴って溶込み深さが小さくなっており、レーザ溶接用フラックスを用いた場合とは逆の傾向を示している。また、フラックスを用いない場合は高温割れ面積率が全体的に大きくなっており、特に、焦点はずし距離が−２０ｍｍ〜−５０ｍｍの範囲では急激に増加している。
【００５８】
≪実施例２≫
（株）神戸製鋼所製の市販の低水素系溶接棒（ＬＢ−２６）の被覆を剥がした後に粉砕して粉末状とし、粉末状の酸化チタン（ＴｉＯ２）を混合して当該酸化チタンの含有量を１０質量％、２０質量％、３０質量％及び５０質量％とするレーザ溶接用フラックスを得た。なお、ＥＰＭＡを用いて粉末状としたＬＢ−２６の定量分析したところ、表２に示す化学組成（質量％）となっていた。
【００５９】
【表２】
2020082159.tif 000004
【００６０】
フラックスを変更したこと以外は実施例１と同様にして、実施溶接部を得た（焦点はずし距離は−４０ｍｍで一定とした）。なお、比較として、フラックスを用いない場合及び粉末状のＬＢ−２６のみをフラックスとした場合についても同様に溶接部を得た。酸化チタン含有フラックスを用いて得られた各溶接部の縦断面マクロ写真を図６に示す。
【００６１】
得られた各溶接部の溶込み深さを図７に、高温割れ面積率を図８にそれぞれ示す。粉末状のＬＢ−２６のみを用いた場合はフラックスを使用しない場合よりも溶込み深さが小さくなっている。これに対し、酸化チタンを３０質量％以上含むフラックスを用いた場合は明瞭な溶込み深さの増加が認められる。
【００６２】
高温割れ面積率に関しても、粉末状のＬＢ−２６のみを用いた場合はフラックスを使用しない場合よりも値が大きくなっている。これに対し、酸化チタンを３０質量％含むフラックスを使用した場合はフラックス未使用の場合と大差なく、酸化チタンの含有量を５０質量％に増加させることで、フラックス未使用の場合よりも高温割れ面積率が小さくなっている。
【００６３】
≪実施例３≫
粉末状のＬＢ−２６に添加する成分を酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とし、当該酸化マグネシウムの含有量を１０質量％、２０質量％及び５０質量％としたこと以外は実施例２と同様にして、実施溶接部を得た（焦点はずし距離は−４０ｍｍで一定とした）。なお、比較として、フラックスを用いない場合及び粉末状のＬＢ−２６のみをフラックスとした場合についても同様に溶接部を得た。酸化マグネシウム含有フラックスを用いて得られた各溶接部の縦断面マクロ写真を図９に示す。
【００６４】
得られた各溶接部の溶込み深さを図１０に、高温割れ面積率を図１１にそれぞれ示す。酸化マグネシウムを２０質量％以上含むフラックスを用いた場合は明瞭な溶込み深さの増加が認められる。また、高温割れ面積率に関しては、酸化マグネシウムの含有量を５０質量％とすることで明瞭な数値の低下が確認できる。
【００６５】
≪実施例４≫
粉末状のＬＢ−２６に添加する成分の含有量を５０質量％で一定とし、当該成分として二酸化マンガン、酸化チタン、酸化マグネシウム、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）及びシリカ（ＳｉＯ２）の各成分を用いたこと以外は実施例２と同様にして、実施溶接部を得た（焦点はずし距離は−４０ｍｍで一定とした）。なお、比較として、フラックスを用いない場合及び粉末状のＬＢ−２６のみをフラックスとした場合についても同様に溶接部を得た。アルミナ添加フラックスを用いた場合とシリカ添加フラックスを用いた場合で得られた溶接部の縦断面マクロ写真を図１２に示す。
【００６６】
得られた各溶接部の溶込み深さを図１３に、高温割れ面積率を図１４にそれぞれ示す。本発明のレーザ溶接用フラックスを用いて得られた溶接部は全て深溶込みが得られているが、特に、アルミナを添加した場合に溶込み深さの増加が顕著である。また、本発明のレーザ溶接用フラックスを用いて得られた全ての溶接部で高温割れの発生が効果的に抑制されているが、二酸化マンガン、アルミナ及び酸化チタンを添加した場合に当該効果が顕著であり、二酸化マンガンを添加することで高温割れの発生が完全に抑制されている。
【００６７】
≪実施例５≫
粉末状のＬＢ−２６のみを使用する場合とＬＢ−２６に二酸化マンガンを５０質量％添加したフラックスを使用する場合について、溶接状況のその場観察を行った。図１５に示すように、被接合材の前にガラス（ホウケイ酸ガラス）板を配置し、当該ガラス板側から高速度カメラによってレーザ照射によるキーホール溶接の状況を撮影した。なお、溶接の各条件は実施例１と同様とし（焦点はずし距離：−４０ｍｍ）、フラックスの飛散を防止するために鋼製ガイドを設けた。
【００６８】
ＬＢ−２６のみを使用した場合の観察画像を図１６に、二酸化マンガン添加フラックスを使用した場合の観察画像を図１７にそれぞれ示す。また、二酸化マンガン添加フラックス用いて得られた溶接部の縦断面マクロ写真を図１８に示す。二酸化マンガンを添加することでキーホールが細長くなっており、溶込みも深くなっていることが分かる。当該形状変化は高温割れの抑制にも資するものである。より具体的には、キーホールが安定した細長い形状に変化することで後方に向かっていた湯流れが上方への流れに変化することにより、高温割れを誘発する凝固遅れの領域が減少するため、高温割れの発生を効果的に抑制することができる。
【符号の説明】
【００６９】
２・・・被接合材、
４・・・被接合界面（接合線）、
６・・・フラックス。
【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】
2020082159.tif 000009
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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