(57)【要約】【課題】レーザ光溶接および消耗電極式アーク溶接により一対の被溶接部材を溶接接合するに際して、被溶接部材間に大きなギャップが存在していても、裏当て材なしで良好な溶接継手を高速にて形成することのできるレーザ・アーク複合溶接法を提供する。【解決手段】一対の被溶接部材を、レーザ光溶接および消耗電極式アーク溶接により複合接合するレーザ・アーク複合溶接法において、アーク溶接を先行させると共にレーザ溶接を後行させて、レーザ光照射とアーク放電を同一溶接線上に配置させながら溶接し、且つ溶接線を含み一方の被溶接部材表面と直交する面にアーク放電線を投影したときに、この投影線と垂直線とのなす角度θ1が１０〜４０°であり、前記一方の被溶接部材の表面にアーク放電線を投影したときに、この投影線と溶接線とのなす角度θ2を０〜６０°であるように設定して操業する。【選択図】図３
2010125512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の被溶接部材を、レーザ溶接および消耗電極式アーク溶接により複合接合するレーザ・アーク複合溶接法において、アーク溶接を先行させると共にレーザ溶接を後行させて、レーザ光照射とアーク放電を同一溶接線上に配置させながら溶接し、且つ溶接線を含み一方の被溶接部材表面と直交する面にアーク放電線を投影したときに、この投影線と垂直線とのなす角度θ1が１０〜４０°であり、前記一方の被溶接部材の表面にアーク放電線を投影したときに、この投影線と溶接線とのなす角度θ2を０〜６０°であるように設定して操業することを特徴とするレーザ・アーク複合溶接法。
【請求項２】
先行させるアーク溶接を行う際に、被溶接材間の隙間を埋めるだけの溶湯供給量を確保するように制御すると共に、後行させるレーザ溶接の際にレーザ光の照射出力を調整して前記溶湯の溶融を制御しつつ操業する請求項１に記載のレーザ・アーク複合溶接法。
【請求項３】
前記角度θ1が溶接方向の反対側に開いた前進角である請求項１または２に記載のレーザ・アーク複合溶接法。
【請求項４】
消耗電極式アーク溶接におけるアーク放電狙い位置と前記レーザ光の照射位置との間のアーク・レーザー間隔ＬＡが３〜７ｍｍである請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ・アーク複合溶接法。
【請求項５】
消耗電極式アーク溶接における溶接ワイヤの突出長が１５〜３０ｍｍである請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ・アーク複合溶接法。
【請求項６】
消耗電極式アーク溶接がＭＡＧ溶接であって、シールドガスがＡｒとＣＯ2の混合ガスである請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ・アーク複合溶接法。
【請求項７】
前記シールドガスは、消耗電極式アーク溶接のアークトーチだけから噴出されたものである請求項６に記載のレーザ・アーク複合溶接法。
【請求項８】
開先を形成することなく、鋼板同士を突合せ溶接するものである請求項１〜７のいずれかに記載のレーザ・アーク複合溶接法。
【請求項９】
開先を形成することなく、鋼板同士を重合せ隅肉溶接またはＴ字型溶接するものである請求項１〜７のいずれかに記載のレーザ・アーク複合溶接法。
【請求項１０】
一方の被溶接材表面に対する垂直線とレーザ光の照射線のなす角度θ3を０〜７°に設定して操業する請求項１〜９のいずれかに記載のレーザ・アーク複合溶接法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接および消耗電極式アーク溶接により複合接合して一対の被溶接材を接合するためのレーザ・アーク複合溶接法に関し、特に一対の被溶接材間に大きな隙間が存在しても、溶接裏ビード性状を良好に維持しつつ裏当て材なしで溶接を実施することのできるレーザ・アーク複合溶接法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
切断後の加工履歴をうけた鋼板等の被溶接材では、溶接部分（例えば、突合せ溶接では鋼板の端面）全長に亘って隙間のない若しくは隙間が一定であるということは殆ど無く、２ｍｍ以下の大きな隙間（以下、「ギャップ」と呼ぶことがある）が存在するのが通常である。大きなギャップが存在する状態のままで溶接を行うと、溶湯垂れや溶湯垂れによる引け等により未溶着隙間となり、溶接欠陥の原因となる。こうしたことから、比較的大きなギャップが存在しても、溶接欠陥を発生させることなく特性の良好な溶接継手が得られるような（以下、このような特性を「耐ギャップ性に優れる」と称する）溶接方法が望まれているのが実情である。
【０００３】
ＭＩＧ（Ｉｎｅｒｔ−ｇａｓ  Ｍｅｔａｌ−ａｒｃ  ｗｅｌｄｉｎｇ）溶接のような消耗電極式アーク溶接のみで、溶接ワイヤ径（例えば、φ１．２ｍｍ）よりも大きなギャップが存在する状態の溶接を行う際には、図１に示すように、裏当て材を溶接線全長に亘って取り付けると共に、複数回溶接（図１では４ビード、３層）する必要があり、コストや手間がかかると同時に生産性に支障を来すという問題がある。また、板厚が比較的薄い（例えば、厚さｔ：５ｍｍ以下）鋼板を被溶接部材として用いた場合には、アークによる熱影響によって、鋼板が変形するという問題がある。
【０００４】
一方、レーザ溶接とアーク溶接とを組合せたレーザ・アーク複合溶接法は、エネルギー密度が相互に異なる２つの熱源を利用しているため、溶接速度の高速化、開先寸法精度の緩和、溶込み深さの向上、継手部の強度向上および溶接欠陥の抑制等の効果があることが知られている。また、溶接速度の高速化が達成されることによって、板厚が比較的薄い鋼板を被溶接部材として用いた場合であっても、熱量が小さくなることによるアークによる熱影響による鋼板変形も発生することがないという利点もある。
【０００５】
図２は、２枚の鋼板（被溶接材）をレーザ・アーク複合溶接によって突合せ溶接するときの状況例を示す説明図であり、１ａ，１ｂは鋼板、２はレーザヘッド、３はレーザ光、４はアークトーチ、５は溶接ワイヤ、６は溶着金属、７は開先、８はルートギャップを夫々示している。溶接方向前方に、レーザヘッド２を、後方にアークトーチ４を夫々配置し、アーク溶接により鋼板１ａ，１ｂの溶接部に溶着金属６を生成させる前に、レーザ光３を開先７のルートギャップ８に照射して、そのルートフェイス面をレーザ光３によって溶融させた後、アーク溶接によって開先７間のルートギャップ８内に、溶接ワイヤ５の溶滴を流入させて溶着金属６を形成するものである。
【０００６】
こうしたレーザ・アーク複合溶接では、上記した利点を有するものの、耐ギャップ性が依然として良好でない場合があることが指摘されている。即ち、上記の溶接方法は、レーザ溶接を先行させるものであるが、レーザ溶接機と被溶接部材との相対位置の変動によって、レーザ光の焦点位置が溶接過程で変動してしまい、溶込み深さの変動要因となり、こうしたことが比較的大きなギャップが存在しているときに対応できないという問題が生じる。
【０００７】
こうした問題を解決するための技術として、例えば特許文献１に示されるようなレーザ・アーク複合溶接方法も提案されている。この技術では、レーザと消耗電極式アーク溶接とを併用するレーザとマグアークによる複合溶接方法において、アークを先行させ、レーザを後行させ、レーザとアークを同一溶接線上に配置させながら溶接するものである。
【０００８】
この技術では、レーザ照射するに先立ち、消耗電極式アーク溶接によってシールドガス（イナートガス）をアークトーチから供給しつつ溶着金属を形成するものであり、レーザ光が確実に溶着金属に照射されることになってレーザ光の焦点位置に変動による影響が少なくなり、耐ギャップ性を良好にするものである。
【０００９】
しかしながら、この方法では、異厚材の突合わせ溶接では、先に形成された溶着金属をレーザ照射する際に、レーザ光によって溶着金属が分断される（湯分かれ）原因となり、良好なビードが生成されにくいという問題がある。また、耐ギャップ性については、或る程度改良されることになるが、ギャップの大きさが２ｍｍ程度にもなると、依然として不十分である。尚、この技術では、耐ギャップ性を更に良好にするための手段として、アークトーチを揺動させることも示唆されているが、こうした手段を採用することは、線速（溶接速度）が落ちる等の影響があり、高速溶接には馴染まない。
【特許文献１】特開２００６−２２４１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は前記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、レーザ溶接および消耗電極式アーク溶接により一対の被溶接部材を溶接接合（複合溶接）するに際して、被溶接部材間に大きなギャップが存在していても、裏当て材なしで良好な溶接継手を高速にて形成することのできるレーザ・アーク複合溶接法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成することのできた本発明のレーザ・アーク複合溶接法とは、一対の被溶接部材を、レーザ溶接および消耗電極式アーク溶接により複合接合するレーザ・アーク複合溶接法において、アーク溶接を先行させると共にレーザ溶接を後行させて、レーザとアークを同一溶接線上に配置させながら溶接し、且つ溶接線を含み一方の被溶接部材表面と直交する面にアーク放電線を投影したときに、この投影線と垂直線とのなす角度θ1が１０〜４０°であり、前記一方の被溶接部材の表面にアーク放電線を投影したときに、この投影線と溶接線とのなす角度θ2を０〜６０°であるように設定して操業する点に要旨を有するものである。
【００１２】
本発明のレーザ・アーク複合溶接法においては、先行させるアーク溶接を行う際に、被溶接材間のギャップを埋めるだけの溶湯供給量を確保するように制御すると共に、後行させるレーザ溶接の際にレーザ光の照射出力を調整して前記溶湯の溶融を制御しつつ操業することが良好なビード性状を確保しつつ耐ギャップ性を更に向上させる上で好ましい条件である。
【００１３】
本発明方法を実施するに当たっては、下記の条件（ａ）〜（ｅ）の少なくともいずれかの条件を満足させることが好ましい。
（ａ）角度θ1が溶接方向の反対側に開いた前進角であること、
（ｂ）消耗電極式アーク溶接におけるアーク放電狙い位置と前記レーザ光の照射位置との間のアーク・レーザー間隔ＬＡが３〜７ｍｍであること、
（ｃ）消耗電極式アーク溶接における溶接ワイヤの突出長が１５〜３０ｍｍであること、
（ｄ）消耗電極式アーク溶接がＭＡＧ溶接であって、シールドガスがＡｒとＣＯ2の混合ガスであること、
（ｅ）シールドガスは、消耗電極式アーク溶接のアークトーチだけから噴出されたものであること。
【００１４】
本発明方法は、開先を形成することなく、鋼板同士を突合せ溶接する場合を想定してものであり、こうした構成を採用することによって耐ギャップ性に優れたものとなるものであるが、ギャップが形成されない状態であっても本発明を実施しても良いことは勿論である。その他、本発明方法は、開先を形成することなく、鋼板同士を重合せ隅肉溶接またはＴ字型溶接する場合への技術的適用も可能であり、こうした溶接への適用に際しては、その構成上ギャップの存在の有無に拘わらず、良好な溶接継手を形成することができる。
【００１５】
本発明のレーザ・アーク複合溶接方法では、先行させるアーク溶接を行う際に、上記のような角度θ1,θ2を設定してアーク放電線の方向を傾斜させることを特徴とするものであるが、必要によってレーザ照射線の方向も傾斜させるようにしてもよい。こうした傾斜を行う場合には、一方の被溶接部材表面に対する垂直線とレーザ光の照射線のなす角度θ3を０〜７°に設定することが好ましい。但し、レーザ光を傾斜させる場合には、垂直線の周方向の位置については問わない（垂直線の周方向に対してどの方向に傾斜させてもよい）。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、アーク溶接を先行させると共にレーザ溶接を後行させるレーザ・アーク複合溶接を実施するに際し、アーク放電線が所定の条件を満足するように傾斜させるようにしたので、被溶接部材間に大きなギャップが存在していても、良好な溶接継手を高速にて形成することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明者は、被溶接部材間に大きなギャップが存在していても、レーザ・アーク複合溶接によって良好な溶接継手を実現するべく、様々な角度から検討した。その結果、先行させるアーク溶接の際に、アーク放電線が上記の条件を満足するように傾斜させてやれば、上記目的に適う溶接継手が得られることを見出し、本発明を完成した。以下、本発明方法を、図面を用いて説明する。
【００１８】
図３［図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は側面図］、本発明の溶接方法を説明するための図であり、その基本的な構成は開先７を形成しないこと以外は前記図２と類似し、対応する部分には同一の参照符号を付してある。即ち、本発明方法は、アーク溶接を先行させると共にレーザ溶接を後行させて、レーザとアークを同一溶接線上に配置させながら溶接するものであるが、溶接線を含み一方の被溶接部材表面と直交する面にアーク放電線を投影したときに、この投影線と垂直線とのなす角度θ1を１０〜４０°に設定すると共に、一方の被溶接部材の表面にアーク放電線を投影したときに、この投影線と溶接線とのなす角度θ2を０〜６０°に設定して操業するものである。尚、図３中、ＬＡはアーク放電狙い位置とレーザ照射位置との間隔（アークレーザ間距離）を示し、１０は溶接ワイヤ突出長を示している。
【００１９】
溶接線を含み一方の被溶接部材表面と直交する面内でアーク放電線を傾斜させることは、従来からも行われていることであるのであるが（例えば、前記特許文献１）、この傾斜角度が適切でないと、良好なビードが形成されず、或いはアンダーカットやアンダーフィルが発生する原因となる。こうした観点から、前記角度θ1(以下、「トーチ角度θ1」と呼ぶことがある)は１０〜４０°の範囲に設定する必要がある。即ち、トーチ角度θ1が１０°未満では、アンダーカットとなり、４０°を超えるとアンダーフィルや扁平ビードとなる。
【００２０】
一方、前記角度θ2(以下、「ベベル角度θ2」と呼ぶことがある)は、０〜６０°の範囲に設定する必要がある。ベベル角度θ2が大きくなり過ぎると、溶着金属の溶込みが悪くなったり、スパッタ発生の原因となるので、６０°以下とする必要がある。
【００２１】
但し、このベベル角度θ2の好ましい範囲は、溶接条件によって異なるものとなる。例えば、通常の突合せ溶接（同厚材同志）の場合に［図３に示した場合］、アーク放電線が前進角［後記図４（ａ）参照］のときには、１０〜４０°程度とすることが好ましく、後進角［後記図４（ａ）参照］のときには、０〜４０°程度とすることが好ましい。また、異厚材の突合せ溶接のとき、および重合せ隅肉溶接やＴ字型溶接のときには、前進角または後進角の如何に関わらず、ベベル角度θ2は１０〜６０°程度とすることが好ましい。このように溶接条件に応じて、ベベル角度θ2を制御することによって、アーク放電による溶着金属がギャップ間に充填されて（被溶接部材両方に溶着金属が接触して）、良好な耐ギャップ性を実現できることになる。特に、従来では異厚材の突合せ溶接のときに生じていた湯分かれも、本発明においては発生することもない。
【００２２】
本発明方法では、上記のようなベベル角度θ2を形成することによって、耐ギャップ性に優れた溶接が実現できるのであるが、こうした効果をより良好に発揮させるために、先行させるアーク溶接を行う際に、被溶接材間のギャップを埋めるだけの溶湯供給量を確保するように制御すると共に、後行させるレーザ溶接の際にレーザ光の照射出力を調整して前記溶湯の溶融を制御しつつ操業することが好ましい。
【００２３】
上記「被溶接材間のギャップを埋めるだけの溶湯供給量」とは、溶接の際に検知されたギャップを埋めるに十分な溶湯供給量（計算によって求められる）を意味し、こうした供給量を確保するために、（１）消耗電極式アーク溶接への溶接ワイヤ供給速度の増大、（２）アーク放電出力の増大、（３）アーク溶接速度の低減等を実行する。引き続き、後行させるレーザ溶接の際にレーザ光の照射出力を抑えることによって、熱エネルギーを溶湯に与えて溶湯を熱膨張させ、これによって溶湯を被溶接部材の接合面に吸着させることができる。またこのときの溶湯が半凝固状態となって更に急速に冷却されることになって、ギャップ間の裏ビードは表面張力（大気断熱層との差によるもの）や熱収縮によって、垂れのない溶接継手（特に突き合わせ溶接継手）が得られることになる。また、上記（２）の条件を考慮した場合には、消耗式アーク溶接を行う際の装置は、アーク電流をギャップ量に応じて調整できるもの（３００Ａ程度まで）であることが好ましい。
【００２４】
ところで、前記トーチ角度θ1は、（ａ）溶接方向の反対側に開いた前進角、（ｂ）溶接方向の開いた後退角のいずれも採用できるが（前記図３は、前進角を示している）、ビード形状良否、ガスシールド効果の有無、溶接線の追跡の容易性等からして前進角［上記（ａ）］とすることが好ましい。こうした状況を、図面を用いて説明する。
【００２５】
図４は、前進角および後退角の状況を説明する図であり、図４（ａ）は前進角、図４（ｂ）は後退角を夫々示している。即ち、前進角とは、トーチ角度θ1が溶接方向の反対側に開いた状態［図４（ａ）］を意味し、後退とはトーチ角度θ1が溶接方向に開いた状態［図４（ｂ）］を意味する。このうち前進角を採用する場合には、後退角を用いる場合に比べて、浅溶け込みで広幅は扁平ビードとなり易いが（後退角の場合には深溶け込みの凸状ビード：後記図１８参照）、こうした点はアーク溶接に続いて実施されるレーザ溶接によって補うことができる。
【００２６】
消耗電極式アーク溶接のトーチ角度θ1を前進角とし、且つアーク溶接をレーザ溶接に先行させるためには、アークトーチをレーザヘッドよりも溶接方向後方に配置する必要があるが（前記図３参照）、このような場合には、アーク溶接の溶接ワイヤとレーザ照射との干渉を避ける必要がある。この点に関して、本発明の溶接方法においては、アーク放電線（即ち、アークトーチ）に上記のようなベベル角度θ2を形成するものであるので、容易に回避することができる。
【００２７】
本発明のレーザ・アーク複合溶接方法においては、消耗電極式アーク溶接におけるアーク放電狙い位置（溶接点）と前記レーザ光の照射位置との間のアーク・レーザー間隔ＬＡ（前記図３参照）も適切に設定することも重要である。即ち、レーザ照射とアーク放電が干渉することなく、両者を併用することによる効果を有効に発揮させるためには、アーク・レーザー間隔ＬＡを３ｍｍ以上とすることが好ましい。しかしながら、アーク・レーザー間隔ＬＡが大きくなり過ぎると、後行させるレーザ照射による効果が発揮され難くなるので、７ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２８】
消耗電極式アーク溶接を行うに当たっては、溶接ワイヤの突出長（前記図３参照）も適切に制御することは、溶接ワイヤ溶融量や電流安定性を良好に維持する上で、重要な要件である。こうした観点から、溶接ワイヤの突出長（以下、「ワイヤ突出長」と呼ぶことがある）は１５〜３０ｍｍ程度にすることが好ましく、こうした要件を満足させることによって、高速下で安定したビードを先行させて形成することができる。尚、本発明方法によれば、ギャップ量：０〜２ｍｍで、溶接速度：０．５〜２ｍ／ｍｉｎ程度が確保できることになる。
【００２９】
本発明で適用する消耗電極式アーク溶接法は、基本的に不活性ガス（例えば、Ａｒ：１００容量％）を用いるＭＩＧ溶接が代表的な方法として挙げられるが、こうした方法に限らず、シールドガスとして一部にＣＯ2ガスを含んだ雰囲気で行うＭＡＧ（Ｍｅｔａｌ  ａｃｔｉｖｅ−ｇａｓ  ｓｈｉｌｄｅｄ  ａｒｃ  ｗｅｌｄｉｎｇ）溶接を適用することができる。また、こうしたＭＡＧ溶接を適用する際のシールドガスとしてはＡｒとＣＯ2の混合ガス（一般的には８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ2：「％」は容量％を示す）が挙げられる。
【００３０】
また、消耗電極式アーク溶接法に引き続いて行われるレーザ溶接の際にも、レーザ照射雰囲気は、できるだけ不活性雰囲気であることが好ましいが、上記のような混合ガス雰囲気であれば、そのまま使用することができる。即ち、本発明方法を実施するに当たっては、その雰囲気を形成するシールドガスは、消耗電極式アーク溶接のアークトーチだけから噴出されたものを使用すれば良く、レーザ溶接の際に改めてその雰囲気を調整する必要はない。
【００３１】
本発明方法は、開先を形成することなく、鋼板同士を突合せ溶接する場合を想定したものであり（前記図２参照）、本発明の構成を採用することによって耐ギャップ性に優れたものとなるものであるが、ギャップが形成されない状態であっても本発明を実施しても良いことは勿論である。また本発明方法は、同厚さの鋼板同士を突合せ溶接する場合に限らず、板厚の異なる鋼板（異厚材）を突合せ溶接する場合にも適用できるものである。但し、開先を形成することなく、鋼板同士を重合せ隅肉溶接またはＴ字型溶接する場合への技術的に適用することも有用であり、こうした溶接への適用に際しては、その構成上ギャップの存在の有無に拘わらず、良好な溶接継手を形成することができる。
【００３２】
図５は重合せ隅肉溶接を行う場合の概略を説明するための図であり、この場合は一対の鋼板１ａ，１ｂ間の形成される肉盛り部分１２にアーク放電とレーザ光照射を行うことになる（レーザ照射方向は鋼板１ａ，１ｂ間方向）。こうした重合せ隅肉溶接を行う場合に、角度θ1,θ2を設定する基準となる被溶接部材表面は、肉盛りされる一方の鋼板１ｂ側の端面１ｃとなる。図６はＴ字型溶接を行う場合の概略を説明するための図であり、この場合は一対の鋼板１ａ，１ｂ間にアーク放電とレーザ光照射を行うことになる。こうしたＴ字型溶接を行う場合に、角度θ1,θ2を設定する基準となる被溶接部材表面は、Ｔ字型継手を構成する一方の鋼板１ｂ側の表面１ｄとなる（板厚の異なる鋼板を突合せ溶接する場合には、図６に示した状態に準ずる）。
【００３３】
本発明のレーザ・アーク複合溶接方法では、先行させるアーク溶接を行う際に、上記のような角度θ1,θ2を設定してアーク放電線の方向を傾斜させることを特徴とするものであるが、必要によってレーザ照射線の方向も傾斜させるようにしてもよい。こうした傾斜を行う場合には、一方の被溶接部材表面に対する垂直線とレーザ光の照射線のなす角度θ3を０〜７°に設定することが好ましい。但し、レーザ光の照射線のなす角度θ3は、溶接条件によってもその最適範囲が異なり、例えば突合せ溶接の場合には、θ3＝０°にすること（即ち、傾斜しないこと）が好ましく、隅肉溶接やＴ字型溶接ではθ3＝７°程度まで傾斜させることが好ましい。
【００３４】
レーザ光を傾斜させる場合には、垂直線の周方向の位置については問わない（垂直線の周方向に対してどの方向に傾斜させてもよい）。しかしながら、レーザ光の照射線のなす角度θ3を０〜７°だけを傾斜させて、角度θ1,θ2を設定しない（即ち、アーク放電線の方向を傾斜させない）場合には、耐ギャップ性を良好にする上では不十分である（後記比較例２参照）。またレーザ光を傾斜させる場合には、アーク放電線と干渉が生じないように考慮する必要がある。
【００３５】
本発明のレーザ・アーク複合溶接法で用いるレーザ光は、溶接される鋼板（被溶接部材）に対してエネルギーを与えることができるものであれば特に限定されず、例えばＣＯ2レーザ、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ、半導体レーザ、ファイバーレーザ等を用いることができるが、レーザ光の移送性を考慮すれば、ＹＡＧレーザやファイバーレーザを採用するのが好ましい。
【００３６】
本発明方法で用いられる被溶接部材（金属板）の種類についても限定されず、上記した鋼板以外にも、例えばアルミ板等にも適用できるものである。また、こうした被溶接部材の厚さについても限定されず、板厚が３〜４ｍｍの薄板であっても、変形を発生させることなく、溶接できるが、板厚が１２ｍｍまでの金属板についても（厚さの異同に拘わらず）適用できるものである。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前記・下記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００３８】
［比較例１］
板厚が６ｍｍ（ｔ６）と４．５ｍｍ（ｔ４．５）の鋼板［鋼種：引張強度４９０ＭＰａ級鋼板（ＳＭ４９０Ａ）］を用意し、ＭＡＧアーク溶接（溶接装置：ＨＩＴＡＣＨＩ３５０ＩＩ、アーク溶接については以下同じ）によって突合せ溶接を行った。また板厚が１２ｍｍ（ｔ１２）と９ｍｍ（ｔ９）の鋼板（鋼種：上記と同じ）をも用意し、ＭＡＧアーク溶接によって突合せ溶接を行った（溶接長：２００ｍｍ）。このときの溶接条件を下記表１に示す。また、溶接ワイヤは、ＭＧ−５０（直径：１．２ｍｍ）を使用し、溶接速度：０．４ｍ／ｍｉｎ（４０ｃｍ／ｍｉｎ）とし、８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ2の混合ガスを噴射しつつ（ガス流量２０〜３０Ｌ／ｍｉｎ）溶接を行った。尚、下記表１における層数３、パス数４とは、前記図１に示した状態（開先角度：６０°、ギャップ：４ｍｍ）であることを意味する。
【００３９】
【表１】
2010125512.tif 000003
【００４０】
ＭＡＧ溶接だけで得られた溶接継手は、鋼板に変形が認められ、良好な溶接継手が得られないことが確認できた。また裏当て材も必要であった。図７は、このとき得られた溶接継手（突合せ溶接継手）の外観を示す図面代用写真であり、図７（ａ）は試験Ｎｏ．１の溶接継手（ｔ６／ｔ４．５）を示し、図７（ｂ）は試験Ｎｏ．２の溶接継手（ｔ１２／ｔ９）を示している。図７において、「熱影響部」と示した部分にて変形が生じていた。
【００４１】
［比較例２］
板厚が６ｍｍ（ｔ６）と４．５ｍｍ（ｔ４．５）の鋼板［鋼種：引張強度４９０ＭＰａ級鋼板（ＳＭ４９０Ａ）］を用意し、ファイバーレーザ溶接によって突合せ溶接を行った。また板厚が１２ｍｍ（ｔ１２）と９ｍｍ（ｔ９）の鋼板（鋼種：上記と同じ）を用意し、ファイバーレーザ溶接によって突合せ溶接を行った（溶接長：２００ｍｍ）。このときの溶接条件を下記表２に示す。シールドガスとしてＡｒガス（１００％Ａｒ）を噴射しつつ（ガス流量３０Ｌ／ｍｉｎ）溶接を行った。また、ファイバーレーザ溶接のレーザ光は、必要によって傾斜させた（前記角度θ3）。
【００４２】
尚、下記表２中において、「焦点との差」とは、レーザ焦点が溶接点の位置からどれだけ離れているかを示したものであり、レーザ焦点が溶接点の位置より手前側（レーザ照射側）の場合を「＋」、レーザ焦点が溶接点の位置より反対側（鋼板裏側）の場合を「−」で示している。このようにして、レーザ焦点を溶接点の位置からずらすことによって、溶接点における出力を調整するものである。また、必要によって、レーザ光の照射位置を厚板側にずらした状態（シフトした状態）とした（試験Ｎｏ．３：１ｍｍシフト、試験Ｎｏ．４：１．５ｍｍシフト、試験Ｎｏ．５：シフトなし、試験Ｎｏ．６：１．５ｍｍシフト）。
【００４３】
【表２】
2010125512.tif 000004
【００４４】
図８は、このとき得られた溶接継手（突合せ溶接継手）の外観（表面、裏面）を示す図面代用写真であり、図８（ａ）は試験Ｎｏ．３の溶接継手（ｔ６／ｔ４．５：角度θ3＝０°）を示し、図８（ｂ）は試験Ｎｏ．４の溶接継手（ｔ６／ｔ４．５：角度θ3＝１８°）を示している。また図９は、このとき得られた溶接継手（突合せ溶接継手）の他の外観（表面、裏面）を示す図面代用写真であり、図９（ａ）は試験Ｎｏ．５の溶接継手（ｔ１２／ｔ９：角度θ3＝０°）を示し、図９（ｂ）は試験Ｎｏ．６の溶接継手（ｔ１２／ｔ９：角度θ3＝１８°）を示している。尚、図８、９においては、鋼板相互のギャップ（図中、「Ｇａｐ」と記する）を０〜２．５ｍｍで変化させた状態を示している。
【００４５】
この結果から、次のように考察できた。レーザ溶接だけで突合せ溶接した場合に、レーザ光を傾斜させないときには（角度θ3＝０°）、ギャップが小さい状態でないと良好な溶接が実現できないのであるが［図８（ａ）でギャップが０．６ｍｍまで、図９（ａ）でギャップが０．９ｍｍまで］、レーザ光を傾斜させたときには（角度θ3＝１８°）、ギャップがある程度大きくなっても良好な溶接が実現できていることが分かる［図８（ｂ）でギャップが１．０ｍｍまで、図９（ｂ）でギャップが１．５ｍｍまで］。しかしながら、レーザ溶接だけで突き合わせ溶接した場合には、レーザ光を傾斜させた場合であっても、ギャップが１．５ｍｍまでしか対応できない状況であった。
【００４６】
［実施例１］
板厚が６ｍｍの鋼板［鋼種：引張強度４９０ＭＰａ級鋼板（ＳＭ４９０Ａ）］を一対用意し、ＭＡＧアーク溶接とファイバーレーザ溶接との複合溶接（アーク溶接先行、レーザ溶接後行）によって突合せ溶接を行った（溶接長：２００ｍｍ）。このとき下記表３に示すように溶接条件を変えて溶接を行った。シールドガスとしては、８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ2ガスを噴射しつつ（ガス流量３０Ｌ／ｍｉｎ）溶接を行った。また、ファイバーレーザ溶接のレーザ光は、傾斜させない状態とした（前記角度θ3＝０°）。
【００４７】
【表３】
2010125512.tif 000005
【００４８】
図１０〜１３は、このとき得られた溶接継手（突き合わせ溶接継手）の外観（表面、裏面）を示す図面代用写真であり、図１０は試験Ｎｏ．７の溶接継手、図１１は試験Ｎｏ．８の溶接継手、図１２は試験Ｎｏ．９の溶接継手、図１３は試験Ｎｏ．１０の溶接継手、を夫々示している（図中、「前進角ＭＡＧ先行ＨＹＢ溶接」または「後退角ＭＡＧ先行ＨＹＢ溶接」と記す）。
【００４９】
この結果から明らかなように、アーク放電の方向（トーチ角度θ1、ベベル角度θ2）を適切に設定しつつレーザ・アーク複合溶接を行った場合には、ギャップの大小に拘わらず良好な溶接が実現できていることが分かる。
【００５０】
［実施例２］
板厚が６ｍｍの鋼板［鋼種：引張強度４９０ＭＰａ級鋼板（ＳＭ４９０Ａ）］を一対用意し、ＭＡＧアーク溶接とファイバーレーザ溶接との複合溶接（アーク溶接先行、レーザ溶接後行）によって突合せ溶接を行った（溶接長：２００ｍｍ）。また板厚が４．５ｍｍの鋼板（鋼種：上記と同じ）を一対用意し、ＭＡＧアーク溶接とファイバーレーザ溶接との複合溶接（アーク溶接先行、レーザ溶接後行）によって突合せ溶接を行った（溶接長：２００ｍｍ）。このときの溶接条件を下記表４に示す。シールドガスとしては、８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ2ガスを用いた（ガス流量３０Ｌ／ｍｉｎ）。また、ファイバーレーザ溶接のレーザ光は、傾斜させない状態とした（前記角度θ3＝０°）。
【００５１】
【表４】
2010125512.tif 000006
【００５２】
図１４〜１７は、このとき得られた溶接継手（突き合わせ溶接継手）の外観（表面、裏面）を示す図面代用写真であり、図１４は試験Ｎｏ．１１の溶接継手、図１５は試験Ｎｏ．１２の溶接継手、図１６は試験Ｎｏ．１３の溶接継手、図１７は試験Ｎｏ．１４の溶接継手、を夫々示している。
【００５３】
この結果から明らかなように、アーク放電の方向（トーチ角度θ1、ベベル角度θ2）を適切に設定しつつレーザ・アーク複合溶接を行った場合には、良好な溶接が実現できていることが分かる。また、前進角ＭＡＧ先行レーザ・アーク複合溶接（図中、「前進角ＭＡＧ先行ＨＹＢ溶接」と記す）では、比較的扁平なビードが形成され（図１４、１６）、後退角ＭＡＧ先行レーザ・アーク複合溶接（図中、「後退角ＭＡＧ先行ＨＹＢ溶接」と記す）では、凸状のビードが形成されるが（図１５、１７）、いずれの場合であっても裏当て材をしなくても溶落ちが発生すことなく、良好な裏ビートが形成されていることが分かる。
【００５４】
このときのビード形状を模式的に図１８に示す。図１８（ａ）は後退角ＭＡＧ先行ＨＹＢ溶接のときのビード形状を、図１８（ｂ）は前進角ＭＡＧ先行ＨＹＢ溶接のときのビード形状を夫々示している。本発明者が確認したところによれば、ビード形状の如何に拘わらず、溶込み量については、それほど変らない状況であった。また、いずれの場合であっても、ビード端部については、比較的滑らかに形成されており、この部分の応力集中は低減されていることが確認できた。
【００５５】
［実施例３］
板厚が１２ｍｍ（ｔ１２）と４．５ｍｍ（ｔ４．５）の鋼板［鋼種：引張強度４９０ＭＰａ級鋼板（ＳＭ４９０Ａ）］を用意し、ＭＡＧアーク溶接とファイバーレーザ溶接との複合溶接（アーク溶接先行、レーザ溶接後行）によってＴ文型溶接を行った（溶接長：２００ｍｍ）。また板厚が６ｍｍ（ｔ６）と４．５ｍｍ（ｔ４．５）の鋼板（鋼種：上記と同じ）を用意し、ＭＡＧアーク溶接とファイバーレーザ溶接との複合溶接（アーク溶接先行、レーザ溶接後行）によってＴ字型溶接をも行った（溶接長：２００ｍｍ）。このときの溶接条件を下記表５に示す。シールドガスとしては、８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ2ガスを用いた（ガス流量３０Ｌ／ｍｉｎ）。また、ファイバーレーザ溶接のレーザ光照射はレーザ焦点を溶接点から３ｍｍ手前（焦点との差：＋３ｍｍ）となるようにし、溶接点でのレーザ径を０．６９５ｍｍとなるように設定した。尚、いずれの場合も、前記図６に示した鋼板１ｂ側を板厚が薄い側とした。
【００５６】
【表５】
2010125512.tif 000007
【００５７】
図１９、２０は、このとき得られた溶接継手（Ｔ字型溶接継手）の外観（表面、裏面）を示す図面代用写真であり、図１９は試験Ｎｏ．１５の溶接継手、図２０は試験Ｎｏ．１６の溶接継手、を夫々示している。
【００５８】
この結果から明らかなように、アーク放電の方向（トーチ角度θ1、ベベル角度θ2）を適切に設定しつつレーザ・アーク複合溶接を行った場合には、Ｔ字型溶接を行う場合であっても良好な溶接が実現できていることが分かる。
【００５９】
［実施例４］
板厚が９ｍｍの鋼板［鋼種：引張強度４９０ＭＰａ級鋼板（ＳＭ４９０Ａ）］を一対用意し、ＭＡＧアーク溶接とファイバーレーザ溶接との複合溶接（アーク溶接先行、レーザ溶接後行）によって重合わせ隅肉溶接を行った（溶接長：２００ｍｍ）。このときの溶接条件を下記表６に示す。シールドガスとしては、８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ2ガスを用いた（ガス流量３０Ｌ／ｍｉｎ）。また、ファイバーレーザ溶接のレーザ光照射はレーザ焦点を溶接点から３ｍｍ手前（焦点との差：＋３ｍｍ）となるようにし、溶接点でのレーザ径を０．６９５ｍｍとなるように設定した。
【００６０】
【表６】
2010125512.tif 000008
【００６１】
図２１は、このとき得られた溶接継手（重合わせ隅肉溶接継手）の外観（肉盛り付近）を示す図面代用写真である。この結果から明らかなように、アーク放電の方向（トーチ角度θ1、ベベル角度θ2）を適切に設定しつつレーザ・アーク複合溶接を行った場合には、重合わせ隅肉溶接を行う場合であっても良好な溶接が実現できていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】消耗電極式アーク溶接のみで、大きなギャップが存在する状態の溶接を行う場合の説明図である。
【図２】２枚の鋼板（被溶接材）をレーザ・アーク複合溶接によって突合せ溶接するときの状況例を示す説明図である。
【図３】本発明の溶接方法を説明するための図である。
【図４】前進角および後退角の状況を説明する図である。
【図５】本発明によって重合せ隅肉溶接を行う場合の概略を説明する図である。
【図６】本発明によってＴ字型溶接を行う場合の概略を説明する図である。
【図７】比較例１でアーク溶接だけで得られた溶接継手（突合せ溶接継手）の外観を示す図面代用写真である。
【図８】比較例２でレーザ溶接だけで得られた溶接継手（突合せ溶接継手）の外観を示す図面代用写真である。
【図９】比較例２でレーザ溶接だけで得られた溶接継手（突合せ溶接継手）の他の外観を示す図面代用写真である。
【図１０】実施例１の試験Ｎｏ．７で得られた溶接継手（突合せ溶接継手）の外観を示す図面代用写真である。
【図１１】実施例１の試験Ｎｏ．８で得られた溶接継手（突合せ溶接継手）の外観を示す図面代用写真である。
【図１２】実施例１の試験Ｎｏ．９で得られた溶接継手（突合せ溶接継手）の外観を示す図面代用写真である。
【図１３】実施例１の試験Ｎｏ．１０で得られた溶接継手（突合せ溶接継手）の外観を示す図面代用写真である。
【図１４】実施例２の試験Ｎｏ．１１で得られた溶接継手（突合せ溶接継手）の外観を示す図面代用写真である。
【図１５】実施例２の試験Ｎｏ．１２で得られた溶接継手（突合せ溶接継手）の外観を示す図面代用写真である。
【図１６】実施例２の試験Ｎｏ．１３で得られた溶接継手（突合せ溶接継手）の外観を示す図面代用写真である。
【図１７】実施例２の試験Ｎｏ．１４で得られた溶接継手（突合せ溶接継手）の外観を示す図面代用写真である。
【図１８】前進角または後退角がビード形状に与える影響を模式的に示した説明図である。
【図１９】実施例３で得られた溶接継手（Ｔ字型溶接継手）の外観を示す図面代用写真である。
【図２０】実施例３で得られた溶接継手（Ｔ字溶接継手）の他の外観を示す図面代用写真である。
【図２１】実施例４で得られた溶接継手（重合せ隅肉溶接継手）の外観を示す図面代用写真である。
【符号の説明】
【００６３】
１ａ，１ｂ  鋼板
２  レーザヘッド
３  レーザ光
４  アークトーチ
５  溶接ワイヤ
６  溶着金属
７  開先
８  ルートギャップ
【図１】
2010125512.tif 000009
【図２】
2010125512.tif 000010
【図３】
2010125512.tif 000011
【図４】
2010125512.tif 000012
【図５】
2010125512.tif 000013
【図６】
2010125512.tif 000014
【図１８】
2010125512.tif 000015
【図７】
2010125512.tif 000016
【図８】
2010125512.tif 000017
【図９】
2010125512.tif 000018
【図１０】
2010125512.tif 000019
【図１１】
2010125512.tif 000020
【図１２】
2010125512.tif 000021
【図１３】
2010125512.tif 000022
【図１４】
2010125512.tif 000023
【図１５】
2010125512.tif 000024
【図１６】
2010125512.tif 000025
【図１７】
2010125512.tif 000026
【図１９】
2010125512.tif 000027
【図２０】
2010125512.tif 000028
【図２１】
2010125512.tif 000029