(57)【要約】【課題】中央部の溶込みを、より深いものにすることが可能な肉盛溶接技術を提供する。【解決手段】実施形態によれば、肉盛溶接装置は、レーザ発振器からのレーザ光を溶接部の表面７に向けて集光する光学系３０を有し、集光されたレーザ光を所定の溶接線に沿って当該表面７に照射する溶接ヘッド２２を備える。また、肉盛溶接装置は、溶接ヘッド２２に溶加材として溶接ワイヤ１４を供給する溶接ワイヤ供給源を備える。溶接ヘッド２２、溶接線に向かうに従って低温となる温度勾配を表面７に形成する。【選択図】図２
2014221488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器からのレーザ光を溶接部の表面に向けて集光する光学系を有し、集光されたレーザ光を所定の溶接線に沿って当該表面に照射し、前記溶接線に向かうに従って低温となる温度勾配を前記表面に形成する溶接ヘッドと、
この溶接ヘッドに溶加材として溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ供給源と、
を備えたことを特徴とする肉盛溶接装置。
【請求項２】
前記溶接ヘッドは、前記溶接線に軸心が通る環状をなすレーザ光である環状のレーザ光を前記表面に照射する
ことを特徴とする請求項１に記載の肉盛溶接装置。
【請求項３】
前記光学系は、前記環状のレーザ光が前記表面に照射されたときに、表面温度が最も高い部位の直径が３ｍｍないし７ｍｍとなるように構成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の肉盛溶接装置。
【請求項４】
前記溶接ヘッドは、前記溶接線を挟んでその両側に、それぞれ円形をなす一対のレーザ光を前記表面に照射する
ことを特徴とする請求項１に記載の肉盛溶接装置。
【請求項５】
前記光学系は、前記一対のレーザ光が前記表面に照射されたときに、表面温度が最も高い部位同士の間隔が３ｍｍないし７ｍｍとなるように構成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の肉盛溶接装置。
【請求項６】
前記光学系は、前記レーザ発振器からのレーザ光の光線束を２つに分けるビームスプリッタを備える
ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の肉盛溶接装置。
【請求項７】
レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器からのレーザ光を溶接部の表面に向けて集光する光学系を有し、集光されたレーザ光を所定の溶接線に沿って当該表面に照射する溶接ヘッドを備え、前記溶接線に向かうに従って低温となる温度勾配を前記表面に形成する肉盛溶接装置と、
前記溶接ヘッドにシールドガスを供給するシールドガス供給源と、
前記溶接ヘッドに溶加材として溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ供給源と、
前記溶接ヘッドが前記溶接線に沿って所定の溶接速度で移動するよう制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする肉盛溶接システム。
【請求項８】
前記溶接部は、原子炉の炉内構造物を構成するものであり、
前記溶接ヘッドは、水中において前記表面にレーザ光を照射する
ことを特徴とする請求項７に記載の肉盛溶接システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、母材の表面に所定の金属を溶着する肉盛溶接技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
母材の表面に、硬化、耐食、補修等の目的で所定の組織及び寸法の金属を溶着する方法、いわゆる肉盛溶接が知られている。例えば、耐食性を改善する目的で肉盛溶接を行う場合、溶加材、例えば、溶接ワイヤ（welding wire）を多めに供給することがある。この場合、加えられた熱が溶加材に吸熱されて、母材の溶融が不十分となり、母材と溶加材との融合不良が発生する可能性がある。
【０００３】
なお、下記の特許文献１には、水中においてレーザ光を照射することにより溶接を行う装置について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３１１７１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した融合不良の原因には、母材の表面の凹凸が大きいことや、溶接線の近傍の部位（以下、中央部と記す）において、母材が溶けた部分のうち最も深い点と、溶接する面との距離、いわゆる溶込み（penetration）が浅い（短い）ことが考えられる。このように中央部において溶込みが浅くなる現象は、溶融池の表面側において溶接線から外側に向かう溶融金属の流れが原因で発生するものと考えられる。
【０００６】
例えば、レーザ光をデフォーカスした状態で母材に照射して肉盛溶接を行った場合、溶融池の温度は、当該溶融池の中央部で高く、溶接線から外側に向かうに従って低くなる。温度が高くなるに従って表面張力が減少する材料の場合、比較的高温のため表面張力が低い中央部から、比較的低温のため表面張力が高い周辺部に向かう対流（以下、表面張力対流と記す）が生じていると考えられる。
【０００７】
そこで、本発明の実施形態は、中央部の溶込みを、より深いものにすることが可能な肉盛溶接技術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】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態の肉盛溶接装置は、レーザ発振器からのレーザ光を溶接部の表面に向けて集光する光学系を有し、集光されたレーザ光を所定の溶接線に沿って当該表面に照射し、前記溶接線に向かうに従って低温となる温度勾配を前記表面に形成する溶接ヘッドと、この溶接ヘッドに溶加材として溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ供給源と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の実施形態の肉盛溶接システムは、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器からのレーザ光を溶接部の表面に向けて集光する光学系を有し、集光されたレーザ光を所定の溶接線に沿って当該表面に照射する溶接ヘッドを備え、前記溶接線に向かうに従って低温となる温度勾配を前記表面に形成する肉盛溶接装置と、前記溶接ヘッドにシールドガスを供給するシールドガス供給源と、前記溶接ヘッドに溶加材として溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ供給源と、前記溶接ヘッドが前記溶接線に沿って所定の溶接速度で移動するよう制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、溶融池の内部には、表面側を内側に向かう内側対流を生じさせ、中央部の底に向かう流れを形成することにより、溶融池の中央部の溶込みを、より深いものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態の肉盛溶接システム及び肉盛溶接装置の構成を示す模式図であり、原子炉炉内構造物に対して肉盛溶接を水中で行う例について示している。
【図２】第１の実施形態の肉盛溶接装置を構成する溶接ヘッドの縦断面図である。
【図３】第１の実施形態の肉盛溶接装置において適用した溶接条件を示す表である。
【図４】第１の実施形態の肉盛溶接装置において用いられた溶接ワイヤ及び母材の化学成分を示す表である。
【図５】溶接部の表面に照射されたレーザ光のうちエネルギが高い部分を示す平面図である。
【図６】溶接部の表面に照射されたレーザ光のエネルギ分布を示すグラフである。
【図７】溶接部に形成される溶融池の態様を示す断面図である。
【図８】第２の実施形態の肉盛溶接装置を構成する溶接ヘッドの縦断面図である。
【図９】溶接部の表面に照射されたレーザ光のうちエネルギが高い部分を示す平面図である。
【図１０】溶接部の表面に照射されたレーザ光のエネルギ分布を示すグラフである。
【図１１】第２の実施形態の変形例の肉盛溶接装置を構成する溶接ヘッドの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００１３】
〔第１の実施形態〕
第１の実施形態の肉盛溶接システム及び肉盛溶接装置の構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態の肉盛溶接システム及び肉盛溶接装置の構成を示す模式図であり、原子炉炉内構造物に対して肉盛溶接を水中で行う例について示している。図２は、本実施形態の肉盛溶接装置を構成する溶接ヘッドの縦断面図である。本実施形態において、溶接対象は、一例として、原子炉の炉内構造物であり、且つ炉内構造物の耐食性を改善するために、水中において炉内構造物を構成する母材に肉盛溶接を行う場合について説明する。
【００１４】
なお、以下の説明において、溶接部（weld）には、溶接中に溶融・凝固した金属である溶接金属（weld metal）が含まれている。溶接金属には、溶融した溶加材（filler metal）、いわゆる溶着金属（deposited metal）と、母材のうち溶融した部分、いわゆる溶融部（fusion zone）が含まれている。また、溶接部には、上述した溶接金属の他に、母材のうち溶融していないものの、溶接中に熱的な影響を受けて、冶金的性質及び機械的性質に変化が生じた部分、いわゆる熱影響部（heat-affected zone）が含まれている。
【００１５】
また、以下の説明において、溶接部の表面７上を通り、溶接すべき箇所の中央を示す仮想上の線を「溶接線」と記して、図５〜図７に一点鎖線Ａ又は点Ａで示す。肉盛溶接は、この溶接線に沿って溶接金属で構成された複数のビード（bead）が隣接して並行に置かれる。
【００１６】
図１に示すように、肉盛溶接システム１は、レーザ光を発振するレーザ発振器１１と、レーザ光を所定の溶接線に沿って溶接部の表面７（図２参照）に照射する溶接ヘッド２２を備えた肉盛溶接装置２０とを有している。また、肉盛溶接システム１は、溶接ヘッド２２にシールドガスを供給するシールドガス供給源１３と、溶接ヘッド２２が溶接線に沿って所定の溶接速度で移動するよう制御する制御装置１００とを有している。なお、肉盛溶接装置２０には、溶接ヘッド２２に溶加材として溶接ワイヤ１４（図２参照）を供給する溶接ワイヤ供給源（図示せず）が含まれており、以下に詳述する。
【００１７】
図１及び図２に示すように、肉盛溶接装置２０は、レーザ光を集光して溶接部に向けて照射する部分（以下、溶接ヘッドと記す）２２を有している。溶接ヘッド２２には、光ファイバ１０の一端が接続されており、光ファイバ１０の他端は、レーザ発振器１１に接続されている。
【００１８】
本実施形態において、溶接部は、原子炉の炉内構造物５を構成しており、当該溶接部は、水中にある。このため、溶接ヘッド２２を含む肉盛溶接装置２０は、水中に配置されている。溶接ヘッド２２は、水中において、溶接部の表面７にレーザ光を照射する。
【００１９】
一方、レーザ発振器１１は、肉盛溶接装置２０から離れた場所の大気中に配置されている。レーザ発振器１１は、レーザ光を発振し、発振したレーザ光を、光ファイバ１０に送出する。なお、本実施形態において、レーザ発振器１１は、波長１．０６μｍ、出力２〜３ｋＷのＹＡＧレーザを発振する。レーザ発振器１１から発振され、光ファイバ１０に出射されたレーザ光は、当該光ファイバ１０から水中にある溶接ヘッド２２内に入る。
【００２０】
図２に示すように、溶接ヘッド２２の内部には、レーザ光を通す通路（以下、内部通路と記す）２３が形成されている。内部通路２３は、光ファイバ１０からのレーザ光を屈折可能な光学系３０を収容している。
【００２１】
溶接ヘッド２２のうち溶接部側の端部（以下、先端部と記す）２４には、内部通路２３の開口（以下、先端部開口と記す）２５が設けられている。溶接ヘッド２２の内部通路２３のうち先端部開口２５とは反対側には、光ファイバ１０が接続されている。光学系３０は、光ファイバ１０からのレーザ光を集光して、先端部開口２５から溶接部の表面７に照射する。
【００２２】
なお、溶接ヘッド２２により照射されるレーザ光の中心を示す軸線を、以下の説明において「照射中心軸」と記して、各図に一点鎖線Ｃ又は点Ｃで示す。本実施形態において、照射中心軸は、溶接線に直交している。
【００２３】
より詳細には、光学系３０において、凸レンズ３１には、光ファイバ１０からの発散光線束が入射する。凸レンズ３１は、光ファイバ１０からの発散光線束を屈折させて、平行光線束にして出射する。凸レンズ３２は、凸レンズ３１からの平行光線束を屈折させて、収束光線束にして出射する。この収束光線束は、先端部開口２５を通って、溶接部に照射される。なお、本実施形態において、光学系３０は、照射中心軸を軸心とする環状の焦点を有するように構成されている。
【００２４】
このように、光学系３０は、レーザ発振器１１からのレーザ光を、２つの凸レンズ３１，３２により溶接部に向けて集光する。溶接ヘッド２２は、先端部開口２５から、溶接部の表面７にレーザ光を照射する。溶接部の表面７は、照射されたレーザ光を吸収して溶融する。
【００２５】
溶接部には、溶加材（filler metal）として溶接ワイヤ１４が、先端部２４の貫通孔（以下、溶接ワイヤ用貫通孔と記す）２６から供給される。溶接ワイヤ１４は、図示しないモータ等により、溶接部に向けて繰り出される。溶接部に供給された溶接ワイヤ１４は、母材と共に溶融して図７に示すように溶融池８を構成する。
【００２６】
なお、溶接中において、溶接部には、レーザ光の熱を吸収して溶融した金属の溜まり、いわゆる溶融池８（molten weld pool）が含まれており、溶接池８の表面は、溶接部の表面７に含まれている。
【００２７】
また、図１に示すように、溶接ヘッド２２は、ガスチューブ１２を介してシールドガス供給源１３に接続されている。シールドガス供給源１３からは、水等が溶接雰囲気内に侵入することを防止するためのガス、いわゆるシールドガス（shielding gas）が、溶接ヘッド２２に供給される。本実施形態において、シールドガスには、アルゴンが使用されている。溶接ヘッド２２は、ガスチューブ１２からのシールドガスを、内部通路２３で受けて、先端部開口２５から溶接部に向けて噴射する。
【００２８】
また、図２に示すように、溶接ヘッド２２の先端部２４には、水等が溶接雰囲気内に侵入するのを防止するためのカバー（以下、シールドガバーと記す）１６が設けられている。シールドカバー１６は、溶接ヘッド２２の先端部開口２５と、これに対向する溶接部を覆う。シールドカバー１６の内側、すなわち溶接部の周囲にある溶接雰囲気は、シールドガスで満たされることとなる。
【００２９】
また、図１に示すように、肉盛溶接装置２０は、通信ケーブル線１５を介して制御装置１００に接続されている。制御装置１００は、溶接ヘッド２２を含む肉盛溶接装置２０の各種機能を制御するための電子制御装置である。制御装置１００は、肉盛溶接装置２０に対する溶接ヘッド２２の移動を制御可能に構成されている。
【００３０】
制御装置１００は、溶接ヘッド２２が、所定の溶接線に沿ってレーザ光を溶接部の表面７に照射するよう制御している。具体的には、制御装置１００は、溶接ヘッド２２が、所定の溶接線に沿って、所定の溶接方向に、所定の溶接速度で移動するよう制御する。
【００３１】
次に、本実施形態の肉盛溶接システムの溶接条件について、図１〜図４を用いて説明する。図３は、本実施形態の肉盛溶接装置において適用した溶接条件を示す表である。図４は、本実施形態の肉盛溶接装置において用いられた溶接ワイヤ及び母材の化学成分を示す表である。
【００３２】
図３に示すように、本実施形態の肉盛溶接装置において、溶接速度（welding speed）、すなわち１回のパスによって作られる溶接金属（ビード）を置く速度は、０．３〜０．５ｍ／ｍｉｎである。また、溶接ワイヤ１４の径は、１．１ｍｍであり、溶接ワイヤ１４が溶接部に供給される速度、すなわち単位時間あたりの溶加材（溶接ワイヤ１４）の長さである溶加材送給速度（filler metal feeding rate）は、０．６〜１．５ｍ／ｍｉｎである。
【００３３】
また、図４に示すように、本実施形態の肉盛溶接装置において、溶接ワイヤ１４には、インコネル（登録商標）６９０（いわゆる６９０合金）が用いられる。一方、炉内構造物を構成する母材には、インコネル（登録商標）６００（いわゆる６００合金）が用いられる。これら合金の化学成分の詳細については、図４に示して説明を省略する。これら合金は、温度が上昇するに従って表面張力が減少する材料である。なお、母材には、温度が上昇するに従って表面張力が減少する材料で例えば、ステンレス鋼を用いることもできる。
【００３４】
次に、本実施形態の肉盛溶接装置の溶接ヘッドが、溶接部に照射するレーザ光の態様と、溶接部に形成される溶融池８内の溶融金属の流れについて説明する。図５は、溶接部の表面７に照射されたレーザ光のうちエネルギが高い部分を示す平面図である。図６は、溶接部の表面７に照射されたレーザ光のエネルギ分布を示すグラフである。図７は、溶接部に形成される溶融池８の態様を示す断面図である。なお、図７においては、溶接部（溶融池８）の表面７の温度分布と、溶接池内の溶融金属の対流とを併せて示している。
【００３５】
図２及び図５に示すように、本実施形態の溶接ヘッド２２は、照射中心軸（図２に一点鎖線Ｃで示し、図５に点Ｃで示す）を中心に環状をなすレーザ光を、溶接部（溶融池８）の表面７に集光するよう光学系３０が構成されている。なお、図５には、溶接ヘッド２２が溶接部の表面７に照射したレーザ光のうち、エネルギが比較的高い部分（以下、高エネルギ部と記す）３３をハッチングで示している。すなわち、溶接ヘッド２２は、照射中心軸を中心に、環状をなす高エネルギ部３３を有するレーザ光を溶接部に照射している。なお、以下の説明において、この態様のレーザ光を「環状のレーザ光」と記す。
【００３６】
環状のレーザ光を照射することにより、溶接部の表面７には、図５及び図６に示すように、照射中心軸を中心とする環状に表面温度が高温となる温度分布が形成される。より具体的には、図６に示すように、溶接部の表面７には、外側から溶接線（図に点Ａで示す）に向かうに従って表面温度が低温となる温度勾配（図に符号Ｔ１で示す部分、以下、「内側温度勾配」と記す）が形成される。また、内側温度勾配Ｔ１の外側には、溶接線から外側に向かうに従って表面温度が低温となる温度勾配（図に符号Ｔ２で示す部分、以下、「外側温度勾配」と記す）が形成されている。
【００３７】
本実施形態においては、図５及び図６に示すように、環状のレーザ光の高エネルギ部３３の直径（図６に寸法Ｓで示す）が３ｍｍないし７ｍｍとなるように、溶接部の表面７にレーザ光を照射する。詳細には、レーザ光の照射により、溶接部（溶融池８）の表面温度のうち、最も高い部位（図６に点Ｔｐで示す）の直径が、３ｍｍないし７ｍｍとなるように、溶接ヘッド２２を配置する。
【００３８】
溶接部の表面７側には、図７に示すように、母材及び溶接ワイヤが溶融して、溶融池８が形成される。母材及び溶接ワイヤは、温度が高いほど表面張力が減少する材料で構成されている。このため、溶融池８の内部には、表面側を内側に向かう表面張力対流（以下、単に「内側対流」と記し、図に矢印Ｂ１で示す）と、表面側を外側に向かう表面張力対流（以下、単に「外側対流」と記し、図に矢印Ｂ２で示す）が生じる。
【００３９】
このような内側対流を溶融池８内に生じさせることにより、溶融池８の中央部においては、溶融金属が、中央部の底８ａに向かう流れが形成される。この流れにより、底８ａと表面との間の距離、すなわち溶融池８の中央部の深さが大きくなる。このように、本実施形態の肉盛溶接装置２０は、溶融池８内に内側対流を形成することにより、中央部の溶込みを、より深いものにすることができる。
【００４０】
なお、環状の高エネルギ部の直径を３ｍｍより小さくした場合、中央部において溶融池８の表面温度が高くなるため、上述した中央から外側に向かうに従って高温となる内側温度勾配を形成することが困難である。また、環状の高エネルギ部の直径を７ｍｍより大きくした場合には、溶融池８の中央部の溶込みが浅くなるという問題がある。従って、溶接部（溶融池８）の表面温度が最も高い部位（図６に点Ｔｐで示す）の直径（図６に寸法Ｓで示す）が、３ｍｍないし７ｍｍとなるように、溶接部の表面７にレーザ光を照射することが好ましい。
【００４１】
〔第２の実施形態〕
第２の実施形態の肉盛溶接装置の構成について、図１、図８〜図１１を用いて説明する。図８は、本実施形態の肉盛溶接装置を構成する溶接ヘッドの縦断面図である。図９は、溶接部の表面７に照射されたレーザ光のうちエネルギが高い部分を示す平面図である。図１０は、溶接部の表面７に照射されたレーザ光のエネルギ分布を示すグラフである。図１１は、本実施形態の変形例の肉盛溶接装置を構成する溶接ヘッドの縦断面図である。
【００４２】
本実施形態は、溶接ヘッドの光学系の構成と、溶接部（溶融池８）の表面７に照射されるレーザ光の態様が、第１の実施形態と異なっている。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４３】
図８に示すように、本実施形態の溶接ヘッド２２Ｂは、光ファイバ１０から入射したレーザ光の光線束を２つに分ける分光素子、いわゆるビームスプリッタとして、プリズム３６を有している。光ファイバ１０からプリズム３６に入射したレーザ光の光線束は、２つの発散光線束に分かれる。
【００４４】
溶接ヘッド２２Ｂの内部には、２つの光線束に対応して、レーザ光を通す内部通路２３Ｂが、プリズム３６を挟んで両側に形成されている。溶接ヘッド２２Ｂのうち先端部２４Ｂには、内部通路２３Ｂごとに先端部開口２５Ｂが設けられている。各内部通路２３Ｂには、それぞれ、平面鏡３８、凸レンズ３１、凸レンズ３２が収容されている。
【００４５】
各平面鏡３８は、プリズム３６からの発散光線束を、対応する凸レンズ３１に向けて反射する。各凸レンズ３１は、平面鏡３８から入射した発散光線束を屈折させて、平行光線束にして、対応する凸レンズ３２に向けて出射する。各凸レンズ３２は、凸レンズ３１からの平行光線束を屈折させて、収束光線束にして出射する。各凸レンズ３２からの収束光線束は、対応する先端部開口２５Ｂを通って、溶接部に照射される。本実施形態において、光学系３０Ｂは、照射中心軸（図８に一点鎖線Ｃで示す）を中心として、その両側に、２つの焦点ができるよう構成されている。
【００４６】
このように、光学系３０Ｂは、光ファイバ１０からのレーザ光を、ビームスプリッタとしてのプリズム３６により２つに分けて、それぞれのレーザ光を、凸レンズ３１，３２により溶接部に向けて集光する。溶接ヘッド２２Ｂは、２つの先端部開口２５Ｂから、それぞれ溶接部の表面７にレーザ光を照射する。溶接部の表面７は、照射されたレーザ光を吸収して溶融する。この溶接部には、溶加材として溶接ワイヤ（図示せず）が供給される。溶接部に供給された溶加材は、母材と共に溶融して溶融池８を構成する。
【００４７】
図８及び図９に示すように、本実施形態の溶接ヘッド２２Ｂは、溶接線（図９に一点鎖線Ａで示す）及び照射中心軸（図８に一点鎖線Ｃで示し、図９に点Ｃで示す）を中央に挟んで、その両側に、それぞれ円形をなすレーザ光を、溶接部（溶融池８）の表面７に集光するよう光学系３０Ｂが構成されている。なお、図９には、溶接ヘッド２２Ｂが溶接部の表面７に照射したレーザ光のうち高エネルギ部３３Ｂをハッチングで示している。溶接ヘッド２２Ｂは、溶接線を挟んでその両側に、溶接線から等しい距離をあけて、高エネルギ部３３Ｂを有するレーザ光を、溶接部の表面７に照射している。なお、以下の説明において、この態様のレーザ光を「一対のレーザ光」と記す。
【００４８】
一対のレーザ光を照射することにより、溶接部の表面７には、図９及び図１０に示すように、溶接線を中央に挟んで、その両側が高温となる温度分布が形成される。図１０に示すように、溶接部の表面７には、外側から溶接線（図に点Ａで示す）に向かうに従って表面温度が低温となる内側温度勾配Ｔ１Ｂが形成される。また、内側温度勾配Ｔ１Ｂの外側には、溶接線から外側に向かうに従って表面温度が低温となる外側温度勾配Ｔ２Ｂが形成される。
【００４９】
本実施形態においては、図９及び図１０に示すように、一対のレーザ光の高エネルギ部３３Ｂの中心Ｐの間隔（図に寸法Ｓ２で示す）が、３ｍｍないし７ｍｍとなるように、溶接部の表面７にレーザ光を照射する。溶接線を挟んで両側にある中心Ｐは、照射中心軸Ｃを通り、且つ溶接線に直交する平面上に配置されている。これら中心Ｐは、各高エネルギ部３３Ｂのうち表面温度が最も高くなる部位（図１０に点Ｔｐで示す）である。すなわち、溶接部（溶融池８）のうち表面温度が最も高い部位同士の間隔が３ｍｍないし７ｍｍとなるように、溶接ヘッド２２Ｂは配置される。
【００５０】
本実施形態においても、図７に示すように、溶融池８の内部には、表面側を内側に向かう内側対流（図７に矢印Ｂ１で示す）と、表面側を外側に向かう外側対流（図７に矢印Ｂ２で示す）を生じさせることができる。これにより、溶融池８の中央部においては、溶融金属が、中央部の底８ａに向かう流れが形成されて、溶融池８の中央部の深さが大きくなる。以上のようにして本実施形態の肉盛溶接装置２０Ｂは、溶融池８内に内側対流を形成することにより、溶融池８の中央部の溶込みを、より深いものにすることができる。
【００５１】
なお、一対のレーザ光において、表面温度が最も高い部位同士の間隔を３ｍｍより小さくした場合、中央部において溶融池８の表面温度が高くなるため、溶接線から外側に向かうに従って表面温度が高くなる内側温度勾配を形成することが困難である。また、表面温度が最も高くなる部位同士の間隔を７ｍｍより大きくした場合には、中央部の表面温度が低くなり過ぎてしまい、溶融池８がレーザ光に対応して２つに分離してしまうという問題が生じる。
【００５２】
なお、本実施形態において、レーザ光の光線束を２つに分けるビームスプリッタとして、プリズムが用いられるものとしたが、ビームスプリッタの態様は、これに限定されるものではない。ビームスプリッタには、平面鏡等を用いることも可能である。
【００５３】
また、本実施形態においては、１つの光線束のレーザ光を、ビームスプリッタにより２つの光線束に分けることにより、一対のレーザ光を溶接部に照射するものとしたが、一対のレーザ光を発生させる態様は、これに限定されるものではない。
【００５４】
例えば、図１１に示す変形例の溶接ヘッド２２Ｃのように、図示しない２つのレーザ発振器からそれぞれ対応する光ファイバ１０にレーザ光を出射し、これら２つの光ファイバ１０から溶接ヘッド２２Ｃ内に入った２つのレーザ光（発散光線束）を、それぞれ凸レンズ３１，３２により集光して、一対のレーザ光を溶接部の表面７に照射するものとしても良い。
【００５５】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明と均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１  肉盛溶接システム
５  炉内構造物
７  溶接部の表面
８  溶融池（溶接部）
８ａ  溶融池の底
１０  光ファイバ
１１  レーザ発振器
１２  ガスチューブ
１３  シールドガス供給源
１４  溶接ワイヤ（溶加材）
１５  通信ケーブル線
１６  シールドカバー
２０  肉盛溶接装置
２２，２２Ｂ，２２Ｃ  溶接ヘッド
２３，２３Ｂ  内部通路
２４，２４Ｂ  先端部
２５，２５Ｂ  先端部開口
２６  溶接ワイヤ用貫通孔
３０，３０Ｂ  光学系
３１，３２  凸レンズ
３３，３３Ｂ  高エネルギ部
３６  プリズム（ビームスプリッタ）
３８  平面鏡
１００  制御装置
【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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