(57)【要約】      （修正有） 【課題】高いワイヤスピードを使用するレーザー／ＭＩＧハイブリッド溶接方法を提供する。【解決手段】溶接し合わせようとするエッジ間に設けられる開先の少なくとも一部を、少なくとも１つのフィラーワイヤ２の形態で供給される溶融金属をそこに堆積することにより充填し、互いに併用される電気アーク６およびレーザービーム１を用いてフィラーワイヤを溶融するレーザー／ＭＩＧハイブリッド溶接方法であって、溶接を少なくとも２ｍ／ｍｉｎの溶接速度で行い；フィラーワイヤ供給速度は少なくとも２０ｍ／ｍｉｎであり；かつフィラーワイヤ直径は１．２ｍｍ未満である方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接し合わせようとするエッジ間に設けられる開先の少なくとも一部を、少なくとも１つのフィラーワイヤの形態で供給される溶融金属をそこに堆積することで充填し、互いに併用される電気アークとレーザービームを用いて前記ワイヤを溶融するレーザー／ＭＩＧハイブリッド溶接方法であって：
−  溶接を少なくとも２ｍ／ｍｉｎの溶接速度で行い；
−  フィラーワイヤ供給速度は少なくとも２０ｍ／ｍｉｎであり；かつ
−  フィラーワイヤ直径は１．２ｍｍ未満である
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
溶接しようとする前記エッジは単一の金属被加工物のエッジまたは２つの異なる金属被加工物のエッジであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
溶接しようとする前記エッジは、１つまたはそれ以上のチューブまたはパイプのエッジであることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
溶接しようとする前記エッジ間に作られる開先は“Ｖ”字または“Ｘ”字型であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
溶接を２．５から４ｍ／ｍｉｎの間の溶接速度で行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
フィラーワイヤ供給速度は少なくとも２２ｍ／ｍｉｎ、好ましくは２５から３５ｍ／ｍｉｎの間であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
フィラーワイヤの直径は１．１ｍｍ未満、好ましくは１から０．８ｍｍの間であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
溶接しようとする前記金属被加工物は炭素鋼またはステンレス鋼から作られていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記ワイヤはソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記電気アークは３５０Ａから５００Ａ、好ましくは４００Ａから５００Ａの電流の印加によって得られ、前記レーザービームはＣＯ２、ＹＡＧまたはダイオード型のレーザー装置を用いて得られることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
遮蔽ガスを溶接中に使用し、前記遮蔽ガスは
−ヘリウム、アルゴンおよび酸素；
−ヘリウム、アルゴンおよびＣＯ２；
−ヘリウムおよびアルゴン；
−アルゴンおよび酸素；または
−アルゴンおよびＣＯ２
からなることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
フィラーワイヤの直径は１．１９ｍｍ未満、好ましくは１．１７ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
フィラーワイヤの直径は０．６から１．５ｍｍの間であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記アークおよび前記レーザービームによって溶融したワイヤから生ずる金属を堆積することによって前記開先を完全に充填することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高いワイヤスピードを使用するレーザー／ＭＩＧハイブリッド溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つのチューブまたはパイプを他のものに溶接するか（突合せ溶接）、または、前もって“Ｕ字”に形成した金属シートの二つの縦方向のエッジを縦方向溶接によってそれから“Ｏ字”にすることでチューブまたはパイプを製造することが要求される場合、普通溶接し合わせようとするエッジに開先を設け、典型的に“Ｖ”、“Ｘ”字の形またはその他の形の溝を形成する。
【０００３】
レーザー／ＭＩＧ（金属不活性ガス）ハイブリッド溶接方法を行うことにより金属をそこに堆積することでこの開先を充填することが要求される場合、その原理を示すダイアグラムを図１に示すが、その方法の生産性を維持するためには、高い溶接速度、すなわち少なくとも数ｍ／ｍｉｎの速度を達成する必要がある。
【０００４】
さて、溶接速度が高くなればなるほど、開先の体積、すなわち“Ｖ”字型、“Ｘ”字型または他の形の溝を問題の溶接速度ですばやく充填することを可能にするためには、ワイヤの供給速度はより高くなくてはならない。
【０００５】
これらの条件の下では、約２ｍ／ｍｉｎまたはそれ以上の溶接速度に達したらすぐに、これは、一般的に８ｍｍの厚さで、採用した開先の形を考慮に入れた場合、ワイヤフィーダーで通常直面する限界、すなわち約２０ｍ／ｍｉｎを超えてワイヤの供給速度を増加させなければならなくなる。
【０００６】
従って、堆積速度を増加させる１つの解決策はワイヤの直径を増加させることにある。というのは従来使用しているワイヤが１．２ｍｍの直径を有するためである。
【０００７】
しかし、そのことから起きる問題は、一定速度での金属の堆積のために、太い直径のワイヤ、すなわち約１．６ｍｍの直径のものを溶融するにはその結果高電流を必要とすることであるが、この場合、この方法はほとんどのＭＩＧ発生器の電流限界（通常は約４５０Ａ、従ってこの限界はこの値よりも大きい電流が供給されることを許容しない）に達する。
【０００８】
次に起きる問題は、上記の欠点および限界に直面することなく、如何にして高速で開先を充填できるかということである。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の解決策はそれゆえに、溶接し合わせようとするエッジの間に設けられる開先の少なくとも一部を少なくとも１つのフィラーワイヤの形態の供給された溶融金属をそこに堆積することで充填し、互いに併用される電気アークおよびレーザービームを用いて前記フィラーワイヤを溶融するレーザー／ＭＩＧハイブリッド溶接方法であって、溶接を少なくとも２ｍ／ｍｉｎの溶接速度で行い、フィラーワイヤ供給速度は少なくとも２０ｍ／ｍｉｎであり、かつフィラーワイヤの直径は１．２ｍｍ以下であることを特徴とする方法である。
【００１０】
場合に応じて、本発明の方法は１つまたはそれ以上の以下の特徴を含んでもよい：
−  単独の電気アークおよび単独のレーザービームを使用し、これらを互いに併用する；
−  溶接しようとするエッジは単一の金属被加工物のエッジまたは２つの異なる金属被加工物のエッジである；
−  溶接しようとするエッジで測定した、溶接しようとする被加工物の厚さは、６から６０ｍｍの間である；
−  溶接しようとするエッジは、１つまたはそれ以上のチューブまたはパイプのエッジである；
−  溶接しようとするエッジ間で作られる開先は“Ｖ”字または“Ｘ”字型である；
−  溶接を２．５から４ｍ／ｍｉｎの間の溶接速度で行う；
−  フィラーワイヤ供給速度は少なくとも２２ｍ／ｍｉｎ、好ましくは２５から３５ｍ／ｍｉｎの間である；
−  フィラーワイヤの直径は１．１９ｍｍ未満、好ましくは１．１７ｍｍ未満である；
−  フィラーワイヤの直径は０．４ｍｍより大きい；
−  フィラーワイヤの直径は１．１ｍｍ未満、好ましくは１から０．８ｍｍの間である；
−  フィラーワイヤの直径は０．６から１．５ｍｍの間である；
−  溶接しようとする金属被加工物は炭素鋼またはステンレス鋼から作られている；
−  ワイヤはソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤである；
−  開先をアークおよびレーザービームによって溶融したワイヤから生ずる金属を堆積することによって完全に充填する；
−  電気アークは３５０Ａから５００Ａ、好ましくは４００Ａから５００Ａの電流の印加によって得られ、レーザービームはＣＯ２、ＹＡＧまたはダイオード型のレーザー装置を用いて得られる；および
−  遮蔽ガスを溶接中に使用し、前記遮蔽ガスはヘリウム、アルゴンおよび酸素；ヘリウム、アルゴン、およびＣＯ２；ヘリウムおよびアルゴン；アルゴンおよび酸素；またはアルゴンおよびＣＯ２からなる。任意の特定の材料の溶接に最も適切なガスの選択は、当業者の能力の範囲内であり、経験的な試験によってなされるだろう。
【００１１】
換言すると、本発明によると、上述の問題を解決するために、ワイヤスピードを２０ｍ／ｍｉｎ以上に、そして３０から４０ｍ／ｍｉｎの値まで増加させることが賢明であることが実際にわかっている。これは普通、ワイヤフィーダーモーターの減速比を変更することによって、しかしさらに同時に、従来技術で用いられていたのとは逆に、１．２ｍｍ未満の直径を有するワイヤを使用することでかなり容易に達成できる。
【００１２】
これは、一定の金属の堆積速度で、フィラーワイヤの直径の減少は必要とする電流を減少させるという結果を有するためである。従って、溶接発電機から供給される電流の最大値に対して、溶融金属の量を増加させることができ、それにより２ｍ／ｍｉｎという問題の溶接速度でより多くの開先を充填することができる。
【００１３】
図１は、本発明のレーザー／ＭＩＧハイブリッド溶接方法を図示しており、互いに溶接しようとする２つの被加工物のエッジに位置する開先を、フィラーワイヤ２の形態で供給される溶融金属を前記開先に堆積することによって充填することを示す。フィラーワイヤは溶接ノズル４の下で互いに併用される電気アーク６およびレーザービーム１によって溶融され、アークがレーザービームと併用される領域の下でキャピラリーまたはキーホール５に形成する。溶接中、この領域はノズル４の下に供給される遮蔽ガス３によって大気から遮蔽される。
【００１４】
図２の写真は、図１の方法に従う厚さ８ｍｍのプレートに作られる開先にＭＩＧハイブリッド溶接することで得られる溶接のマクログラフである（従来技術に従う比較例）。溶接速度は３ｍ／ｍｉｎ、レーザーパワーは８ｋＷ、ワイヤ供給速度は１９ｍ／ｍｉｎ、ワイヤ直径は１．２ｍｍ、および溶接電流は４５０Ａであった。見てわかるように、この場合開先は完全には充填されていない。
【００１５】
それに対して、図３の写真は同じ試験を示すが、この場合、ワイヤ速度は３０ｍ／ｍｉｎ、ワイヤ直径は１ｍｍであって、すなわち本発明の方法に従うものである。
【００１６】
この場合において見てわかるように、本発明の方法を用いた場合には開先は完全に充填されており、２０ｍ／ｍｉｎ以上のワイヤスピードおよび１．２ｍｍ未満のワイヤ直径の採用のおかげで、如何に開先を完全に充填するかという問題の解決策を明確に示す。
【００１７】
より一般的には、本発明の溶接方法は、チューブまたはパイプを自動溶接ライン上で製造すること、およびパイプの突合せ溶接または布設に特に適し、特にオフショアまたはオンショアの用途に特に適する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のレーザー／ＭＩＧ溶接方法を示す図。
【図２】比較例の方法により得られる溶接の写真。
【図３】本発明の方法により得られる溶接の写真。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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