(57)【要約】【課題】適量のルートギャップを現場で容易に確保して良好な溶接を行うことのできるレーザ・アークハイブリッド突き合わせ溶接における開先構造を提供する。【解決手段】互いに対向するルートフェイス１ａ、２ａの両面にそれぞれ、確保すべきルートギャップＧ相当の突出高さｄを有し且つ幅寸法がルートフェイスの寸法に対して微小な凸部５を突設し、それら凸部を被溶接材の板厚方向の位置を互いにずらして配置することで、ルートギャップ方向にラップさせ、その状態で、凸部を基準に用いてルートギャップＧを確保した。【選択図】図１
2014069209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ溶接とアーク溶接を併用して２つの被溶接材を突き合わせ溶接するレーザ・アークハイブリッド突き合わせ溶接における開先構造であって、
前記２つの被溶接材の突き合わせ部の開先における互いに対向するルートフェイスの両面に、確保すべきルートギャップ相当の突出高さを有し且つ前記被溶接材の板厚方向における幅寸法が前記ルートフェイスの寸法に対して微小な凸部を、前記突き合わせ部の長さ方向に連続して突設し、
それら両ルートフェイスの凸部を前記被溶接材の厚さ方向の位置を互いにずらして配置することで、前記ルートギャップ方向にラップさせ、その状態で、前記凸部を基準に用いて前記ルートギャップを確保したことを特徴とするレーザ・アークハイブリッド突き合わせ溶接における開先構造。
【請求項２】
前記２つの被溶接材が鋼管または鋼板であり、その厚さ寸法が１０ｍｍ〜１６ｍｍの場合に、前記レーザ溶接におけるレーザの照射方向の前面にＵ字状の開先を形成すると共に、前記凸部の突出高さを０．５ｍｍ以上で１．５ｍｍ未満に設定し、しかも、前記凸部の突出高さが０．５ｍｍ以上で１．０ｍｍ未満の場合には、レーザの照射方向の裏面に深さ３ｍｍ以上のＶ字状の開先を形成したことを特徴とする請求項１に記載のレーザ・アークハイブリッド突き合わせ溶接における開先構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接とアーク溶接を併用して２つの被溶接材（例えば、厚鋼板あるいは厚肉鋼管など）を突き合わせ溶接するレーザ・アークハイブリッド突き合わせ溶接における開先構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２は従来のレーザ・アークハイブリッド突き合わせ溶接における開先構造を示している。この図に示す開先構造では、２つの母材である被溶接材１、２の突き合わせ部のレーザ照射側である表面側にＵ字状の開先３を形成すると共に、裏面側にＶ字状の開先４を形成し、両方の被溶接材１、２のルートフェイス１ａ、２ａを互いに当接させている。このような突き合わせ部にレーザを照射しながらアーク溶接を行うと、Ｐａで示す領域の母材が溶融すると共に、外部から溶加材が加えられることで、Ｐで示す範囲が溶接金属として固まり、２つの被溶接材１、２が接合される。
【０００３】
ところで、厚鋼板をレーザ・アークハイブリッド突き合わせ溶接法により溶接する場合、溶融金属の垂れ落ちにより溶接不良を起こすことがある。これを防ぐには、特許文献１に示されるように、ルートフェイス１ａ、２ａの間にルートギャップ（隙間）を確保することが有効であることが分かっている。しかし、レーザ溶接に必要なルートギャップを現場において適正に管理することは非常に難しく、ルートギャップが大き過ぎると、集光されたレーザ光がそのギャップをそのまま通過してしまい、十分な溶け込みが得られないことがあり、また、ルートギャップが小さ過ぎると、溶け込みが多すぎて、溶融金属の垂れ落ちの問題を起こすことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２２５６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮し、適量のルートギャップを現場で容易に確保することができて、良好な溶接を行うことのできるレーザ・アークハイブリッド突き合わせ溶接における開先構造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】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、レーザ溶接とアーク溶接を併用して２つの被溶接材を突き合わせ溶接するレーザ・アークハイブリッド突き合わせ溶接における開先構造であって、前記２つの被溶接材の突き合わせ部の開先における互いに対向するルートフェイスの両面に、確保すべきルートギャップ相当の突出高さを有し且つ前記被溶接材の板厚方向における幅寸法が前記ルートフェイスの寸法に対して微小な凸部を、前記突き合わせ部の長さ方向に連続して突設し、それら両ルートフェイスの凸部を前記被溶接材の厚さ方向の位置を互いにずらして配置することで、前記ルートギャップ方向にラップさせ、その状態で、前記凸部を基準に用いて前記ルートギャップを確保したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のレーザ・アークハイブリッド突き合わせ溶接における開先構造であって、前記２つの被溶接材が鋼板でありその板厚が１０ｍｍ〜１６ｍｍの場合に、前記レーザ溶接におけるレーザの照射方向の前面にＵ字状の開先を形成すると共に、前記凸部の突出高さを０．５ｍｍ以上で１．５ｍｍ未満に設定し、しかも、前記凸部の突出高さが０．５ｍｍ以上で１．０ｍｍ未満の場合には、レーザの照射方向の裏面に深さ３ｍｍ以上のＶ字状の開先を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、開先におけるルートフェイスにルートギャップ相当の突出高さの凸部を形成しているので、凸部によって適量のルートギャップを現場において精度よく容易に確保することできるようになる。従って、単位体積（単位表面積）あたりの溶融金属重量を減らすことができ、従来法では垂れ落ちていた金属を表面張力により保持することが可能となり、良好な溶接を行うことができる。また、ルートギャップ無しの場合と比べて、高出力で溶け込み形状に優れた溶接継手を製作することができる。
また、前記凸部を前記互いに対向するルートフェイスの両面それぞれに突設し、それら両ルートフェイスの凸部を前記被溶接材の厚さ方向の位置を互いにずらして配置しているので、製作誤差あるいは組み付け誤差等によって、２つの被溶接材を突き合わせた際に、凸部の先端とそれに対向する他側の被溶接材ルートフェイスのフラット面との間に隙間が生じる場合であっても、ルートギャップ方向から見た際に前記凸部がラップすることとなり、レーザ光がそのままルートギャップを通過することを防ぐことができる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、ルートフェイスに設けた凸部の突出高さを０．５ｍｍ以上で１．５ｍｍ未満の範囲に限定したことにより、最小で０．５ｍｍのルートギャップを正確に確保することができ、それにより、厚鋼板向けのレーザ・アークハイブリッド溶接において問題となる裏ビードの垂れ落ちを回避することができる。即ち、凸部の突出高さが０．５ｍｍ以上で１．０ｍｍ未満である場合は、裏面に３ｍｍ程度の溶融金属の垂れが生じるおそれがあるが、裏面に深さ３ｍｍ以上のＶ字状の開先を形成することにより、溶融金属の垂れ落ちを防ぐことができて、母材と溶接金属との境界の表面形状をなめらかにすることができる。また、凸部の突出高さが１．０ｍｍ以上で１．５ｍｍ未満のときは、裏面にＶ字状の開先を形成しないでも、母材と溶接金属との境界部の表面形状をなめらかにすることができる。また、凸部の突出高さが１．５ｍｍ以上であると、母材が十分に溶融しなくなり、ギャップ部の空間が金属で満たされない接合不良の状態となるおそれがあるが、凸部の突出高さを１．５ｍｍ未満に制限したことにより、それを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態の開先構造の説明図で、（ａ）は突き合わせ部の開先構造の断面図、（ｂ）は開先のルートフェイスに設けた凸部の突出高さなどに応じて溶接の良否を調べた結果を示す図である。
【図２】従来のレーザ・アークハイブリッド突き合わせ溶接における突き合わせ部の開先構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は実施形態の開先構造の説明図で、（ａ）は突き合わせ部の開先構造の断面図、（ｂ）は開先のルートフェイスに設けた凸部の突出高さなどに応じて溶接の良否を調べた結果を示す図である。
【００１２】
図１（ａ）に示す開先構造は、レーザ溶接とアーク溶接を併用して２つの被溶接材１、２を突き合わせ溶接するレーザ・アークハイブリッド突き合わせ溶接における開先構造であり、２つの被溶接材１、２の突き合わせ部の開先における互いに対向するルートフェイス１ａ、２ａの両面に、それぞれ、確保すべきルートギャップＧ相当の突出高さｄを有した凸部５、５を突設している。これらの凸部５、５は、被溶接材１、２の厚さ方向（厚さｔ）における幅寸法ｅがルートフェイス１ａ、１ｂの寸法に対して微小な矩形状断面の凸部であり、突き合わせ部の長さ方向に連続して突設されている。ここで、凸部５の幅寸法ｅは、ルートギャップＧを確保する際に潰れない強度を保つことができる寸法であれば、できるだけ小さい方が好ましく、例えば、０．５ｍｍ程度に設定されている。
【００１３】
そして、それら両ルートフェイス１ａ、１ｂの凸部５、５を、被溶接材１、２の板厚方向の位置を互いにずらして配置することで、ルートギャップ方向にラップさせており、その状態で、凸部５、５の先端面を相手側のルートフェイス１ａ、２ａに突き当てることで、凸部５、５を基準に用いて適量のルートギャップＧを確保している。なお、図１では、凸部５の先端とそれに対向する他側の被溶接材ルートフェイスのフラット面との間に隙間が形成された図になっているが、これは図の見易さを重視した図であって、実際には、凸部５の先端はそれに対向する他側の被溶接材ルートフェイスのフラット面に突き当たっている。
【００１４】
また、この開先構造では、２つの被溶接材１、２の突き合わせ部のレーザ照射側である表面側に半Ｕ字状切欠３ａ、３ａを合わせた形のＵ字状の開先３を形成している。ここでは、２つの被溶接材１、２が鋼板であり、その板厚ｔが１０ｍｍ〜１６ｍｍの場合を例にとって示すが、両方の凸部５、５の突出高さｄを共に０．５ｍｍ以上で１．５ｍｍ未満の同一の寸法に設定している。また、凸部５の幅寸法ｅは０．５ｍｍに設定されている。
【００１５】
しかも、凸部５、５の突出高さｄが０．５ｍｍ以上で１．０ｍｍ未満の場合は、レーザの照射方向の裏面に、深さｈ＝３ｍｍ以上のＶ字状の開先４を形成している。このＶ字状の開先４は、カット角度θ＝４５度のレ字状の切欠４ａ、４ｂを合わせた形のものである。
【００１６】
このような突き合わせ部にレーザを照射しながらアーク溶接を行うと、Ｐａで示す領域の母材（被溶接材１、２）が溶融すると共に、外部から溶加材が加えられることで、Ｐで示す範囲が溶接金属として固まり、２つの被溶接材１、２が接合される。
【００１７】
次に、開先のルートフェイス１ａ、２ａに設けた凸部５の突出高さｄなどに応じて溶接の良否を調べた結果について、図１（ｂ）を用いて述べる。図中において、良は「○」印、不良は「×」印で示してある。それら「○」と「×」の記号のうち、細線で示す「○」「×」は、裏面側の開先４の深さｈ＝０ｍｍの場合（開先４がなしの場合）、太線で示す「○」「×」は、裏面側の開先４の深さｈ＝３ｍｍの場合である。
【００１８】
ここでは、溶接金属Ｐの高さをＬとしている。凸部５の高さｄがほぼゼロの場合、溶接金属高さＬが小さいとき（８ｍｍ）は「○」であったが、溶接金属高さＬが大きく（１２ｍｍ）なると、裏面側の開先４の有る（ｈ＝３ｍｍ）無し（ｈ＝０ｍｍ）に拘わらず溶接結果が「×」になった。従って、凸部５の突出高さｄがほぼゼロの場合は、厚鋼板の突き合わせ溶接には不向きであることが分かる。
【００１９】
次に、凸部５の高さｄが０．５ｍｍ以上で１ｍｍ未満の場合は、ｈ＝３ｍｍの裏面側の開先４を設ける場合に限り、溶接結果が「○」になった。従って、この凸部５の高さｄの範囲（０．５ｍｍ以上で１ｍｍ未満）では、裏面側に設けた深さｈ＝３ｍｍ以上の開先４が必要不可欠であると言える。
【００２０】
次に、凸部５の高さｄが１ｍｍ以上で１．５ｍｍ未満の場合は、ｈ＝０ｍｍの場合もｈ＝３ｍｍの場合も、溶接結果が「○」となった。従って、この凸部５の高さｄの範囲（１ｍｍ以上で１．５ｍｍ未満）では、裏面側の開先４が有っても無くてもよいと言える。
【００２１】
次に、凸部５の高さｄが１．５ｍｍ以上の場合は、ｈ＝０ｍｍの場合もｈ＝３ｍｍの場合も、溶接結果が「×」となった。従って、この凸部５の高さｄの範囲（１．５ｍｍ以上）では、良好な溶接ができないと言うことができる。
【００２２】
以上のように、本実施形態の開先構造では、ルートフェイス１ａ、２ａにルートギャップＧ相当の突出高さｄの凸部５、５を形成しているので、凸部５、５によって適量のルートギャップＧを、現場において精度よく容易に確保することできるようになる。従って、単位体積（単位表面積）あたりの溶接金属Ｐの重量を減らすことができ、従来法では垂れ落ちていた金属を表面張力により保持することが可能となって、良好な溶接を行うことができる。また、ルートギャップ無しの場合と比べて、高出力で溶込み形状に優れた溶接継手を製作することができる。
【００２３】
また、ルートフェイス１ａ、２ａに設けた凸部５、５の突出高さｄを０．５ｍｍ以上で１．５ｍｍ未満に限定したことにより、最小で０．５ｍｍのルートギャップＧを正確に確保することができ、それにより、厚鋼板向けのレーザ・アークハイブリッド溶接において問題となる裏ビードの垂れ落ちを回避することができる。即ち、凸部５の突出高さｄが０．５ｍｍ以上で１．０ｍｍ未満である場合は、裏面に３ｍｍ程度の溶融金属の垂れが生じるおそれがあるが、裏面に深さｈ＝３ｍｍ以上のＶ字状の開先４を形成することにより、溶融金属の垂れ落ちを防ぐことができて、母材と溶接金属との境界の表面形状をなめらかにすることができる。
【００２４】
また、凸部５の突出高さｄが１．０ｍｍ以上で１．５ｍｍ未満のときは、裏面にＶ字状の開先４を形成しないでも、母材と溶接金属との境界部の表面形状をなめらかにすることができる。また、凸部５の突出高さｄが１．５ｍｍ以上であると、母材が十分に溶融しなくなり、ギャップＧ部の空間が金属で満たされない接合不良の状態となるおそれがあるが、凸部５の突出高さｄを１．５ｍｍ未満に制限したことにより、それを回避することができる。
【００２５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、突き合わせ溶接する２つの被溶接材１、２が鋼板の例を示したが、突き合わせ溶接する２つの被溶接材は、鋼板に限られることなく、鋼管でもよく、勿論、他の部材であってもよい。
また、前記実施形態では、凸部５を両被溶接材１，２にわたって、合計２個設けた例に付いて説明したが、これに限られることなく、凸部５は１個であっても、あるいは３個以上の複数であってもよい。
また、前記実施形態では、２個設けた凸部５の突出高さｄを同じ寸法に設定しているが、これに限られることなく、上下のルートギャップに沿う上下の凸部５で突出高さを異ならせてもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１，２  被溶接材
１ａ，２ａ  ルートフェイス
３  Ｕ字状の開先
４  Ｖ字状の開先
５  凸部
ｄ  凸部の突出高さ
ｅ  凸部び幅寸法
ｈ  裏面側のＶ字状の開先の深さ
Ｇ  ルートギャップ
【図１】
2014069209.tif 000003
【図２】
2014069209.tif 000004