(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材の開先をＭＡＧ溶接する際、レーザーをＭＡＧアークに先行して照射して、鋼材表面を加熱あるいはレーザー誘起プラズマを発生させ、この照射部にアークの陰極点を誘導することを特徴とする開先用の高精度溶接方法。
【請求項２】
レーザーの平均出力が５０Ｗ以上５００Ｗ以下、ピーク出力が２００Ｗ以上１０ｋＷ以下のパルスレーザー発振またはＱスイッチ発振レーザーを照射することを特徴とする請求項１記載の開先用の高精度溶接方法。
【請求項３】
レーザー照射する位置が、開先底部であることを特徴とする請求項１〜２記載の開先用の高精度溶接方法。
【請求項４】
レーザー照射する位置が、開先底部から２ｍｍ以内の開先の傾斜面であることを特徴とする請求項１〜３記載の開先用の高精度溶接方法。
【請求項５】
レーザー照射する位置をオシレートし、アークの陰極をこの照射位置に併せて動かすこと特徴とする請求項１〜４記載の開先用の高精度溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
造管、造船、建築における開先溶接の高精度化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
造管、造船、あるいは建築物の開先部をＭＡＧ溶接することがある。この時の開先角度は６０゜程度である。これまでは鋼材部のアーク発生点（陰極点）が必
ずしも、開先部の底にならず、開先部の底にアークが到達できず、融合不良になることがある。この課題を解決するため、例えば、ＭＡＧトーチやワイヤを振動させる技術が開発されている。また、ＭＡＧ溶接時のシールドガスを不活性ガスに変えたＭＩＧ溶接の場合について、四国工業技術試験所報告第１５巻第４号１９８４年において、１〜５ｋＷの高出力のレーザーで開先の底を溶融させ、これとＭＩＧのワイヤからの溶融金属を融合させる技術も開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
トーチを振動させる場合には、ワイヤのぶれが、また、ワイヤを振動させる場合にはワイヤのねじれが発生し、必ずしも有効な対策ではない。
また、レーザーを用いる手法では、レーザーによってキーホールを形成し、この底に、ワイヤ先端を延長した点がある。従って、キーホール形成するに必要な高出力のレーザーが必要である。また、このため、溶接部にはレーザー溶接特有の急冷凝固組織が形成され、レーザー照射による熱影響が大きく、靱性などに課題が残る。さらにここではＭＩＧ溶接が用いられているため、活性ガスをシールドに用い、アークの指向性がＭＩＧよりも強く、ＭＡＧ溶接に対する上記技術の適用可否については知られていない。
本発明では、こうした課題を解決するため、小出力のレーザーでＭＡＧ溶接時の開先内でのアークの発生点を制御する技術を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、
（１）鋼材の開先をＭＡＧ溶接する際、レーザーをＭＡＧアークに先行して照射して、鋼材表面を加熱あるいはレーザー誘起プラズマを発生させ、この照射部にアークの陰極点を誘導することを特徴とする開先用の高精度溶接方法にある。
【０００５】
（２）また、レーザーの平均出力が５０Ｗ以上５００Ｗ以下、ピーク出力が２００Ｗ以上１０ｋＷ以下のパルスレーザー発振またはＱスイッチ発振レーザーを照射することを特徴とする前記１に記載したの開先用の高精度溶接方法にある。
（３）また、レーザー照射する位置が、開先底部であることとする前記１〜２に記載したの開先用の高精度溶接方法にある。
（４）また、レーザー照射する位置が、開先底部から２ｍｍ以内の開先の傾斜面であることを特徴とする前記１〜３記載の開先用の高精度溶接方法にある。
（５）そして、レーザー照射する位置をオシレートし、アークの陰極をこの照射位置に併せて動かすこと特徴とする前記１〜４に記載したの開先用の高精度溶接方法ある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の概略図を示す。ＭＡＧ溶接トーチ１を用いて、溶接ワイヤ２を溶接する際、ワイヤの先端３を鋼材４方向に延長した鋼材の表面５部にレーザー６を照射する。この時のレーザーの発振形態は図２、あるいは図３のようなパルス発振、あるいはＱスイッチ発振を用いる。
【０００７】
レーザーの平均出力とパルスのピーク出力は、アークの発生を誘導するためにそれぞれ５０Ｗ、２００Ｗ以上必要である。また、レーザーの平均出力やパルスピーク出力がそれぞれ５００Ｗ、１０ｋＷを越えると溶接部の靭性が低下するため、それぞれ５００Ｗ、１０ｋＷ以下にする。
【０００８】
アークの発生を誘導できる範囲について図４および図５に示す。溶接の進行方向の後方から見た図を図４に示す。ＭＡＧトーチ１からでたワイヤ２を延長し、開先の底とぶつかった点を７とし、その７から開先傾斜面にそって、表面に向かった距離を８と定義する。また、溶接の進行方向の横方向から見た図を図５に示す。レーザー６を照射した開先部を９、ＭＡＧのワイヤを延長した点を７とし、レーザーの照射部がアークに先行する距離を１０と定義する。
【０００９】
最も効率的にアークを誘導するためには８および１０がゼロの時である。一方、誘導できる限界という観点からは、開先底部から２ｍｍ以上離れた箇所からアークが発生すると溶接部に融合不良が生じやすい。また、レーザーで誘導できるレーザー照射部とアークの発生点との距離の限界が２ｍｍであるため、レーザー照射位置は、８および１０は２ｍｍ以内にする必要がある。
【００１０】
開先内部でレーザーでアークを誘導する際、図４、図５の範囲で図６のようにレーザーする。レーザーのトーチを溶接進行方向と垂直方向１１、あるいは平行方向１２にオシレートすることにより、レーザー照射の位置もそれぞれ１３、１４方向に動き、その結果、アークの発生点もこの１３や１４にそって動く。溶接部のブローホール低減には垂直、平行方向を併せることが望ましい。このレーザー照射のオシレートに併せて、アークの発生点も動く。特に、オシレートすることによって、溶融金属の温度分布や溶融部の形状が均一になる。溶着金属の表面形状や溶込形状を良好にするために、レーザー照射をオシレートすることが必要である。
【００１１】
【実施例】
実施例１
表１に本発明による開先溶接時の融合不良ならびに熱影響に効果をしめす。このように本発明の技術により、融合不良が解消した。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
実施例２
表２に本発明によるレーザー照射条件を変えた場合の開先溶接時の融合不良ならびに熱影響に効果をしめす。このように本発明の技術により、融合不良と熱影響問題を同時に解決できた。
【００１４】
【表２】
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【００１５】
実施例３
表３にレーザー照射位置を変え、本発明の効果がある範囲を示す。ＭＡＧ条件は２５０Ａ、２８Ｖ、レーザー照射条件は平均出力２００Ｗ、ピーク出力は５ｋＷで、溶接速度は全て２５ｃｍ／ｍｉｎ、鋼材は高張力鋼８０、溶接材料の直径１．２ｍｍである。このように本発明の技術ではレーザー照射位置はアークの狙い位置に対して０〜２ｍｍの範囲で効果がある。
【００１６】
【表３】
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【００１７】
実施例４
レーザーのオシレートの有無の開先内のビード形状形態への効果を表４に示す。ＭＡＧ条件は２５０Ａ、２８Ｖ、レーザー照射条件は平均出力２００Ｗ、ピーク出力は５ｋＷ、レーザーの照射位置はワイヤ延長した開先底部（図４、図５において（８）＝０、（１０）＝０）、溶接速度は全て２５ｃｍ／ｍｉｎ、鋼材は高張力鋼８０、溶接材料の直径１．２ｍｍである。オシレートすることにより、ビード形状が平滑になる。
【００１８】
【表４】
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【００１９】
【発明の効果】
本発明により造管、造船、建築物の狭開先溶接において、融合不良の少ない、そしてレーザー溶接単独よりも廉価で熱影響（靱性）の問題が少ない溶接技術が
完成した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略図
【図２】パルス発振の出力を示すグラフ
【図３】Ｑスイッチ発振の出力を示すグラフ
【図４】アーク発生を誘導できる範囲を示す図
【図５】アーク発生を誘導できる範囲を示す図
【図６】レーザー照射のオシレートを説明する図
【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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