(57)【要約】【課題】溶接凝固部の溶け込み深さを深くでき、強度の信頼性を高めるのに有利な溶接品、溶接方法及び溶接補助装置を提供する。【解決手段】溶接品は、縁部１１，２１同士を重ね合わせた複数の板体１，２と、複数の板体１，２を接合する溶接凝固部５とを備えている。溶接凝固部５の溶け込み深さをＨＡミリメートルとし、一枚の板体の縁部の厚みをｔ１ミリメートルとしたとき、ＨＡ／ｔ１=２〜２０に設定されており、溶接凝固部の溶け込み深さ／板体の厚みの比が大きく設定されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接凝固部により複数の板体を合わせた状態で接合して構成された溶接品において、前記溶接凝固部の溶け込み深さをＨＡミリメートルとし、一枚の前記板体の厚みをｔ１ミリメートルとしたとき、ＨＡ／ｔ１=２〜２０に設定されており、
前記溶接凝固部の溶け込み深さ／板体の厚みの比が大きく設定されていることを特徴とする溶接品。
【請求項２】
請求項１において、前記溶接凝固部の厚み方向の幅をＷとしたとき、Ｗ≧ｔ１に設定されていることを特徴とする溶接品。
【請求項３】
請求項１または２において、前記溶接凝固部は高エネルギ密度ビームにより溶接されていることを特徴とする溶接品。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか一項において、前記板体は縁部を有しており、前記板体の縁部同士が重ね合わされた状態で前記溶接凝固部により接合されていることを特徴とする溶接品。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか一項において、前記溶接凝固部は、 溶け込み深さ方向に沿って延設されていると共に外方に露出する露出面を有していることを特徴とする溶接品。
【請求項６】
請求項１〜４のうちのいずれか一項において、前記溶接凝固部は、異なる方向に指向すると共に外方に露出する少なくとも２つの露出面を有していることを特徴とする溶接品。
【請求項７】
請求項１〜４のうちのいずれか一項において、前記板体は、縁部を有する第１板体と、縁部を有する第２板体とで構成されており、
前記溶接品は、前記第１板体及び前記第２板体の縁部同士を前記溶接凝固部により接合して構成されており、
前記溶接凝固部は、前記第１板体の厚み方向の一方側に指向する第１露出面と、外方に露出すると共に前記第２板体の厚み方向の他方側に指向する第２露出面とを有することを特徴とする溶接品。
【請求項８】
請求項７において、前記溶接凝固部の前記第１露出面は前記板体の縁部の表面の延長線上に沿って設定されていると共に、前記溶接凝固部の前記第２露出面は前記板体の縁部の表面の延長線上に沿って設定されていることを特徴とする溶接品。
【請求項９】
請求項１〜４のうちのいずれか一項において、前記板体は第１板体と第２板体とを有しており、前記第１板体及び前記第２板体の縁部同士を前記溶融凝固部で接合して構成されており、
前記溶接凝固部は、前記第１板体及び前記第２板体のうちのいずれか一方において外方に露出する露出面を有しており、且つ、前記溶接凝固部の前記露出面に対して反対側の部位では、前記第１板体及び前記第２板体のうちの他方が露出していることを特徴とする溶接品。
【請求項１０】
請求項７〜９のうちのいずれか一項において、前記第１板体の厚みをｔ１とし、前記第２板体の厚みをｔ２としたときは、前記溶接凝固部の前記第１露出面は、前記溶接凝固部の厚み方向において、前記第１板体の縁部の表面の延長線に対して内方または外方にｔ１／５（ミリメートル）以内に設定されていると共に、
前記溶接凝固部の前記第２露出面は、前記溶接凝固部の厚み方向において、前記第２板体の縁部の表面の延長線に対して内方または外方にｔ２／５（ミリメートル）以内に設定されていることを特徴とする溶接品。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちのいずれか一項において、前記溶接凝固部の前記露出面は治具により整形された跡を有することを特徴とする溶接品。
【請求項１２】
請求項１〜１１のうちのいずれか一項において、前記板体は鉄系または非鉄系で形成されていることを特徴とする溶接品。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちのいずれか一項において、容器に用いられることを特徴とする溶接品。
【請求項１４】
複数の板体を合わせると共に、合わせた前記板体の少なくとも片面側に当接壁体を当てがう工程、
重ねた前記板体を加熱して溶融部分を形成し、前記溶融部分を前記当接壁体で保持しつつ凝固させて溶接凝固部を形成し、前記溶接凝固部を介して複数の前記板体を接合させる溶接工程とを実施し、
請求項１〜１３のうちのいずれか一項に係る溶接品を形成することを特徴とする溶接方法。
【請求項１５】
請求項１４において、前記当接壁体は２個設けられており、重ね合わせた複数の前記板体同士を厚み方向において２個の前記当接壁体により挟持することを特徴とする溶接方法。
【請求項１６】
請求項１４または１５において、前記当接壁体は、前記板体の表面に接触するとともに溶融部分を保持する保持面を備えていることを特徴とする溶接方法。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のうちのいずれか一項において、重ね合わせた複数の前記板体の前記縁部の端面の位置は、前記当接壁体の先端面の位置よりも前記板体側に退避するように設定されていることを特徴とする溶接方法。
【請求項１８】
請求項１４〜１７のうちのいずれか一項において、重ね合わせた複数の前記板体の前記縁部の高さは、同一または段差を有することを特徴とする溶接方法。
【請求項１９】
請求項１４〜１８のうちのいずれ一項において、加熱は高エネルギ密度ビームにより行われることを特徴とする溶接方法。
【請求項２０】
請求項１４〜１９のうちのいずれか一項において、前記当接壁体は、高エネルギ密度ビームを反射させ得る材質で形成されており、高エネルギ密度ビーム反射用案内面を備えており、高エネルギ密度ビームが高エネルギ密度ビーム反射用案内面で反射して前記板体に伝達されることを特徴とする溶接方法。
【請求項２１】
請求項１４〜２１のうちのいずれか一項において、改質材を溶融前の前記板体または溶融部分に供給することを特徴とする溶接方法。
【請求項２２】
合わせた複数の前記板体のうち少なくとも片面側に当てがわれる当接壁体をもつ溶接補助装置であって、
前記当接壁体は、前記板体の溶融部分を保持しつつ凝固させて溶接凝固部を形成する保持面を有しており、前記当接壁体の保持面は平坦状であることを特徴とする溶接補助装置。
【請求項２３】
請求項２２において、前記当接壁体は、合わせた複数の前記板体をこれの厚み方向において挟むように設けられ第１当接壁体と第２当接壁体とを備えていることを特徴とする溶接補助装置。
【請求項２４】
請求項２２または２３において、前記当接壁体は、金属またはセラミックスで形成されていることを特徴とする溶接補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶接品、溶接方法及び溶接補助装置に関する。本発明は、特に、レーザビーム等の高エネルギ密度ビームを用いて溶接した高エネルギ密度ビーム溶接品及び高エネルギ密度ビーム溶接方法に適用できる。
【背景技術】
【０００２】
レーザビーム等の高エネルギ密度ビームで溶接して溶接品を形成する技術を例にとって背景技術について説明する。高エネルギ密度ビームによれば、単位面積当たりの投入エネルギが多いため、溶接強度を向上させるのに有利である。近年、図２１及び図２２に示すように、レーザビームを用いて複数の板体１Ｘ，２Ｘ同士を溶接して溶接品を形成することが行われている。この場合、図１９に示すように、板体１Ｘ，２Ｘの合わせ面同士の境界に溶接凝固部５Ｘが形成される。溶接凝固部５Ｘは板体１Ｘ，２Ｘの表面で覆われており、外方から視認するには限界がある。
【０００３】
また特許文献１（特公平２−４３５９０号公報）には、薄鋼板の縁部同士を突き合わせ状態として溶接するシーム溶接において、レーザビームを光ファイバーにより搬送し、レーザビームのスポット径を鋼板の厚みの２倍以上に、もしくは、鋼板の突き合わせ隙間の１０倍以上のいずれかに設定すると共に、エネルギ密度をプラズマ発生限界より低くした状態で溶接を行う技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２（特開昭６２−１０１３８２号公報）には、プーリのフランジ部を溶接で接合する溶接方法において、プーリのフランジの外周面（最大径部）の電極を外側からあてがい、且つ、非導電性及び耐熱性をもつリング状をなすセラミックス製の押さえ板をプーリのフランジの外側に配置してフランジをこれの厚み方向に押さえ板で挟んだ状態で、電極に溶接電流を流し、ジュール熱でフランジを溶接する技術が開示されている。
【特許文献１】特公平２−４３５９０号公報
【特許文献２】特開昭６２−１０１３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した背景技術によれば、板体１Ｘ，２Ｘの合わせ面同士の境界に溶接凝固部５Ｘが形成されている。そして溶接強度及びその信頼性を高めることがますます要請されている。しかしながら溶接凝固部５Ｘの溶け込み深さは、上記した要請を充分に満たすには限界がある。
【０００６】
また上記した特許文献１によれば、溶け込み不足となり易いため、溶接凝固部の強度の信頼性を高めるには限界がある。更に上記した特許文献２においても、溶け深さは浅いものであり、溶接凝固部の強度を高めるには限界がある。
【０００７】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、溶接凝固部の溶け込み深さを深くでき、溶接強度の信頼性を高めるのに有利な溶接品、溶接方法、溶接補助装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１様相に係る溶接品は、溶接凝固部により複数の板体を合わせた状態で接合して構成された溶接品において、前記溶接凝固部の溶け込み深さをＨＡミリメートルとし、一枚の板体の厚みをｔ１ミリメートルとしたとき、ＨＡ／ｔ１=２〜２０に設定されており、溶接凝固部の溶け込み深さ／板体の厚みの比が大きく設定されていることを特徴とするものである。
【０００９】
溶接凝固部の溶け込み深さ／板体の厚みの比が大きく設定されており、溶接凝固部の強度を高めることができる。このような溶接品は、第２様相に係る溶接方法により製造することができる。
【００１０】
第２様相に係る溶接方法は、複数の板体を合わせると共に、合わせた板体の少なくとも片面側に当接壁体を当てがう工程、重ねた板体を加熱して溶融部分を形成し、溶融部分を当接壁体で保持しつつ凝固させて溶接凝固部を形成し、溶接凝固部を介して複数の板体を接合させる溶接工程とを実施し、上記した様相に係る溶接品を形成することを特徴とするものである。
【００１１】
複数の板体同士を重ね合わせると共に、合わせた複数の板体の厚み方向の少なくとも片面側に当接壁体を当てがう。その状態で、合わせた板体を加熱して溶融部分を形成し、溶融部分を当接壁体で保持しつつ凝固させて溶接凝固部を形成する。このように溶融部分を当接壁体で保持しつつ凝固させるため、溶融深さを大きくすることができる。このため溶接凝固部の溶け込み深さ／板体の厚みの比を大きく設定することができる。このように溶接凝固部の溶け込み深さを大きくすることができるため、溶接凝固部の強度を高めることができ、更に、溶接凝固部の強度の信頼性を高めることができる。
【００１２】
第３様相に係る溶接補助装置は、合わせた複数の前記板体のうち少なくとも片面側に当てがわれる当接壁体をもつ溶接補助装置であって、当接壁体は、板体の溶融部分を保持しつつ凝固させて溶接凝固部を形成する保持面を有しており、当接壁体の保持面は平坦状であることを特徴とするものである。溶融部分は当接壁体により保持され、溶融部分の流出が抑制される。
【発明の効果】
【００１３】
第１様相に係る溶接品によれば、通常では得られないほどに、溶接凝固部の溶け込み深さを大きくすることができ、溶接凝固部の溶け込み深さ／板体の厚みの比を大きく設定することができ、溶接凝固部の強度を高めることができ、更に、溶接凝固部の強度の信頼性を高めることができる。
【００１４】
第２様相に係る溶接方法によれば、合わせた板体を加熱して溶融部分を形成し、その溶融部分を当接壁体で保持しつつ凝固させる。このため溶融部分の流出が抑制され、溶け込み深さを大きくすることができる。故に、溶接凝固部の溶け込み深さ／板体の厚みの比を、通常では得られないほどに大きく設定することができる。よって、溶接凝固部の強度を高めることができ、更に、溶接凝固部の強度の信頼性を高めることができる。
【００１５】
更に溶融部分を当接壁体で保持しつつ凝固させて溶接凝固部を形成することにしているため、入熱量を増加させたとしても、溶融部分の落下、ハンピングビードが抑制される。このように入熱量を増加させることができるため、溶接凝固部の強度を更に高めることができ、更に、溶接凝固部の強度の信頼性を更に高めることができる。ハンピングビードとは、溶融凝固部が厚みの不均等を発生させつつ曲走する不良欠陥をいう。
【００１６】
第３様相に係る溶接補助装置は、第２様相に係る溶接方法の実施に使用することができ、第２様相に係る溶接方法で得られる効果を発現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明によれば、溶接凝固部の溶け込み深さをＨＡミリメートルとし、一枚の板体の縁部の厚みをｔ１ミリメートルとしたとき、ＨＡ／ｔ１=２〜２０に設定されている。この結果、溶接凝固部の溶け込み深さ／板体の厚みの比を大きく設定することができる。本発明によれば、溶接凝固部の溶け込み深さを深くできるため、ＨＡ／ｔ１としては、溶接品の種類に応じて設定できるものの、２以上とすることができ、２〜２０の範囲，２〜１９の範囲、２〜１８の範囲、２〜１５の範囲、２〜１０の範囲、２〜８の範囲とすることができる。なお、ＨＡ／ｔ１については、下限値としては２．０、２．２または２．５または３または４または５を例示できる。この下限値と組み合わせ得る上限値としては、２０または１５または１０または８を例示できる。
【００１８】
溶接凝固部の厚み方向の幅をＷとしたとき、Ｗ≧ｔ１に設定されている形態を例示することができる。ここで、Ｗ=ｔ１×２とすることができる。従って、Ｗ=（ｔ１×２）×αとすることができる。α=０．８５〜１．１５、あるいは、０．９５〜１．０５とすることができる。
【００１９】
上記した溶接品は、金属を基材とする複数の板体を溶接で組み付けて構成されている。この溶接品は、好ましくは、複数の板体の縁部同士を合わせると共に、加熱により溶接凝固部を介して複数の板体を接合されている。板体を構成する金属としては、加熱により溶融させて接合できるものであれば良く、鉄系でも良いし、非鉄系でも良い。鉄系としては軟鋼系でも良いし、場合によっては硬鋼系でも良いし、合金鋼系でも良い。合金鋼系としてはステンレス鋼系等を例示できる。ステンレス鋼系としては、フェライト系、オーステナイト系、場合によってはマルテンサイト系でも良い。溶接品が鉄系である場合には、炭素含有量は質量比で１．０％以下、０．８％以下、０．５％以下、０．３％以下とすることができ、さらに０．１％以下、０．０５％以下とすることができる。なお、鉄系の場合には、過剰焼き入れを抑制するためには、炭素含有量を抑えることが好ましい。
【００２０】
加熱手段としては高エネルギ密度ビームを例示できる。高エネルギ密度ビームとしては、レーザビームまたは電子ビームが挙げられる。レーザとしてはＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザ、ルビーレーザ、Ａｒレーザ、ガラスレーザが例示される。
【００２１】
溶接凝固部は外方に露出していることが好ましい。従って、溶接凝固部は、異なる方向に指向すると共に外方に露出する少なくとも２つの露出面を有していることが好ましい。従って溶接凝固部は、外方に露出すると共に第１板体の厚み方向の一方側に指向する第１露出面と、外方に露出すると共に第２板体の厚み方向の他方側に指向する第２露出面とを有する形態を例示することができる。この場合、第１露出面及び第２露出面の双方が外方に露出しているため、第１露出面及び第２露出面の双方から溶接凝固部の溶け込み深さを目視または撮像装置等で視認することができ、溶接凝固部の強度の信頼性を一層高めることができる。
【００２２】
好ましい形態によれば、第１板体の厚みをｔ１とし、第２板体の厚みをｔ２としたとき、溶接凝固部の第１露出面は、溶接凝固部の厚み方向において、第１板体の縁部の表面の延長線に対して内方または外方にｔ１／５（ミリメートル）以内に設定されており、かつ、溶接凝固部の第２露出面は、溶接凝固部の厚み方向において、第２板体の縁部の表面の延長線に対して内方または外方にｔ１／５（ミリメートル）以内に設定されている形態を例示することができる。
【００２３】
従って好ましい形態によれば、図４に示すように、溶接凝固部の第１露出面は第１板体の第１縁部の表面の延長線に沿って設定されていると共に、溶接凝固部の第２露出面は第２板体の第２縁部の表面の延長線に沿って設定されている形態を例示することができる。また、溶接凝固部の露出面は当接壁体等の治具により整形された跡を有する形態を例示することができる。
【００２４】
溶接凝固部は、複数の板体の縁部同士を接合している形態を例示することができる。この場合、縁部同士を効果的に接合できる。なお、複数の板体を接合させて容器としての溶接品を構成することができる。
【００２５】
また板体は第１板体と第２板体とを有しており、第１板体及び第２板体の縁部同士を溶融凝固部で接合して構成されている形態を採用することができる。この場合、溶接凝固部は、第１板体及び第２板体のうちのいずれか一方において外方に露出する露出面を有しており、且つ、溶接凝固部の露出面に対して反対側の部位では、第１板体及び第２板体のうちの他方が露出している形態を採用することができる。一般的には、他方は、第１板体及び第２板体のうち厚みが厚い側となる。この場合には、レーザビームの照射位置がずれたとき、あるいは、第１板体及び第２板体の厚みが不均等であるときに生じ易い。
【００２６】
また、上記した溶接方法の好ましい形態によれば、金属を基材とする複数の板体の縁部同士を重ね合わせると共に、重ね合わせた複数の板体の縁部の厚み方向の少なくとも片面側に当接壁体（治具に相当）を当てがう工程と、重ねた板体の縁部に高エネルギ密度ビームを照射して溶融部分を形成し、溶融部分を当接壁体で保持しつつ凝固させて溶接凝固部を形成し、溶接凝固部を介して複数の板体の縁部同士を接合させる溶接工程とを実施する。当接壁体は板体の表面に加圧して接触させることができる。この場合、当接壁体と板体の表面との隙間が低減されたため、溶接凝固部となる溶融部分の漏れが抑制される。
【００２７】
本発明方法によれば、当接壁体は２個設けられており、重ね合わせた複数の前記板体の縁部を厚み方向に２個の当接壁体により挟持する形態を例示することができる。この場合、当接壁体は、板体の表面に接触するとともに溶融部分を保持する保持面を備えている形態を例示することができる。当接壁体の保持面に溶融部分が保持されるため、溶融部分の流出が抑制され、溶融部分の体積が確保され、溶接凝固部の強度の信頼性を高めることができる。
【００２８】
当接壁体の材質としては、金属系、セラミックス系が例示される。金属系としては、鋼系、非鉄系が例示される。鉄系としては炭素鋼系でも良いし、合金鋼系でも良い。合金鋼系としてはステンレス鋼系等を例示できる。非鉄系としては、溶融部分の温度を考慮して選択するが、銅または銅系合金、タングステンまたはタングステン合金、モリブデンまたはモリブデン合金、バナジウムまたはバナジウム合金、場合によってはアルミニウムまたはアルミニウム合金を例示できる。セラミックス系としては、アルミナ系、シリカ系、炭化珪素系、窒化珪素系、ジルコニア系が例示される。
【００２９】
本発明方法によれば、板体の縁部の端面は、当接壁体の先端面よりも板体側に退避している形態を例示することができる。また合わせた複数の板体の縁部の高さは同一平坦面である形態、または、段差を有する形態を例示することができる。
【００３０】
本発明方法によれば、当接壁体は、高エネルギ密度ビームを効率よく反射させ得る材質で形成されており、高エネルギ密度ビーム反射用案内面を備えている形態を例示することができる。この場合、高エネルギ密度ビームが高エネルギ密度ビーム反射用案内面で反射して板体の縁部に伝達される。更に、改質材を溶融前の板体又は溶融部分に供給する形態を例示することもできる。
【００３１】
本発明に係る溶接補助装置は、合わせた複数の板体のうち少なくとも片面側に当てがわれる当接壁体をもつ。当接壁体は、板体の溶融部分を保持しつつ凝固させて溶接凝固部を形成する保持面を有する。当接壁体の保持面は平坦状である形態を例示することができる。当接壁体は、合わせた複数の板体をこれの厚み方向において挟むように設けられ第１当接壁体と第２当接壁体とを備えている形態を例示することができる。
【実施例１】
【００３２】
以下、本発明の実施例１について図１〜図４を参照して具体的に説明する。本実施例は縁継手構造に適用したものである。まず、図１に示すように、第１対象物である第１板体１の第１縁部１１と、第２対象物である第２板体２の第２縁部２１とを重ね合わせる。重ね合わせた第１板体１の第１縁部１１の厚み方向の片面側に第１当接壁体３を当てがうとともに、第２板体２の第２縁部２１の厚み方向の片面側に第２当接壁体４を当てがう。第１板体１及び第２板体２は鉄系金属（例えば質量比で炭素含有量０．３％以下、特に０．１％以下）を基材とする。第１板体１の第１縁部１１の厚みはｔ１として、第２板体２の第２縁部２１の厚みはｔ２として示される。ここでｔ１=ｔ２またはｔ１≒ｔ２とされている。但し、ｔ１＜ｔ２でも、ｔ１＞ｔ２でも良い。
【００３３】
図１に示すように、第１当接壁体３及び第２当接壁体４は、第１板体１の第１縁部１１及び第２板体２の第２縁部２１を挟むように矢印Ａ１方向に加圧されている。矢印Ａ１方向は第１縁部１１及び第２縁部２１の厚み方向に相当する。第１当接壁体３は、第１板体１の第１縁部１１の第１表面１４に対面する第１保持面３１を備えている。第１保持面３１は、下方（矢印Ｄ方向：レーザビームの照射源から遠ざかる方向）に移行するにつれて、第１縁部１１に接近するような傾斜状の拡開面３１ｗを先端にもつ。
【００３４】
第２当接壁体４は、第２板体２の第２縁部２１の第２表面２４に対面する第２保持面４１を備えている。第１保持面３１及び第２保持面４１は、溶融部分６を保持する凹状空間４２を形成する。第２保持面４１は、下方（矢印Ｄ方向：レーザビームの照射源から遠ざかる方向）に移行するにつれて、第２縁部２１に接近するような傾斜状の拡開面４１ｗを先端にもつ。なお、第１保持面３１及び第２保持面４１には、必要に応じて、後述する溶接ビード部５の離形性を高めるために、離形剤を塗布しておくこともできる。
【００３５】
図１に示すように、重ね合わせた第１板体１の第１縁部１１の第１端面１３及び第２板体２の第２縁部２１の第２端面２３は、第１当接壁体３の第１先端面３３及び第２当接壁体４の第２先端面４３よりも退避している。つまり、重ね合わせた第１板体１の第１縁部１１の第１端面１３及び第２板体２の第２縁部２１の第２端面２３の高さ位置は、第１当接壁体３の第１先端面３３及び第２当接壁体４の第２先端面４３の高さ位置よりも低く設定されている。これにより第１縁部１１及び第２縁部２１が溶融するとき、溶融部分６を外方に流出させず第１保持面３１及び第２保持面４１により保持するのに有利となり、後述する溶接ビード部５の体積及び強度を高めるのに有利である。
【００３６】
なお、図１に示すように、レーザビーム７の照射前において、重ね合わせた第１板体１の第１縁部１１の第１端面１３と第２板体２の第２縁部２１の第２端面２３とは、同一平坦面状とされている。これによりレーザビーム７を上方から照射させる照射均一性を高めることができ、溶接ビード部５を強度を高めるのに有利である。但し、第１端面１３と第２端面２３との間に段差が多少存在していても良い。
【００３７】
第１当接壁体３及び第２当接壁体４の材質は金属材料、具体的には、銅または銅系合金、あるいは、タングステンまたはタングステン合金とされている。金属材料は熱伝導性が良好であるため、溶融部分６を早期に凝固させるのに有利である。
【００３８】
そして、図１に示すように、第１板体１の第１縁部１１の厚み方向の片面側に第１当接壁体３を当てがうとともに、第２板体２の第２縁部２１の厚み方向の片面側に第２当接壁体４を当てがった状態で、加熱源である高エネルギ密度ビームとして機能するレーザビーム７（ＹＡＧ）を上方から第１縁部１１及び第２縁部２１に照射し、溶融させる。この結果、溶融部分６を第１当接壁体３及び第２当接壁体４で保持しつつ凝固させ、溶接凝固部として機能する溶接ビード部５を形成する。この場合、溶融部分６は、第１当接壁体３と第２当接壁体４との間において貯留されて凝固する。なお、レーザビーム溶接は、単位面積当たりの入熱量が大きいため急熱を引き起こし、また、冷却速度が速いため急冷を引き起こす。
【００３９】
上記したように溶接ビード部５が形成されたら、図３に示すように、溶接ビード部５から第１当接壁体３を矢印Ａ２方向に離間させるとともに、溶接ビード部５から第２当接壁体４を矢印Ａ２方向に離間させる。矢印Ａ２方向は第１板体１及び第２板体２の厚み方向に相当する。ここで、図３に示すように、溶接ビード部５は、外方に露出すると共に第１板体１の厚み方向の一方側に指向する第１露出面５１と、外方に露出すると共に第２板体２の厚み方向の他方側に指向する第２露出面５２と、第１露出面５１及び第２露出面５２に交差する第３露出面５３とを有する。
【００４０】
第１露出面５１及び第２露出面５２は、溶接ビード部５の厚み方向において互いに逆方向に指向している。第１露出面５１は第１当接壁体３の第１保持面３１の転写により形成されたものであり、第１板体１の第１縁部１１の第１表面１４に沿った平坦状とされている。第２露出面５２は第２当接壁体４の第２保持面４１の転写により形成されたものであり、第２板体２の第２縁部２１の第２表面２４に沿った平坦状とされている。この結果、溶接ビード部５の最大厚みｔ４は、第１板体１の第１縁部１１と第２板体２の第２縁部２１との合計厚みｔ３に適合して設定されている。ｔ４／ｔ３は、溶接品の種類等に応じて適宜設定できるが、例えば０．９〜１．１程度、殊に０．９５〜１．０５程度、または１とすることができる。但しこれに限定されるものではない。なお、上記したように溶接ビード部５の第１露出面５１及び第２露出面５２は、第１保持面３１及び第２保持面４１の転写で形成されているため、第１保持面３１及び第２保持面４１の跡を有することがある。
【００４１】
本実施例によれば、図３及び図４に示すように、溶接ビード部５の第１露出面５１は第１板体１の第１縁部１１の第１表面１４の延長線上に設定されている。また、溶接凝固部５の第２露出面５２は第２板体２の第２縁部２１の第２表面２４の延長線上に設定されている。換言すれば、第１板体１の厚みをｔ１とし、第２板体２の厚みをｔ２としたときには、溶接ビード部５の第１露出面５１は、第１板体１の第１縁部１１の第１表面１４の延長線に対して厚み方向の内方または外方にｔ１／５（ミリメートル）以内に設定されている。また、第２露出面５２は、第２板体２の第２縁部２１の第２表面２４の延長線に対して厚み方向の内方または外方にｔ２／５（ミリメートル）以内に設定されている。
【００４２】
本実施例によれば、溶接ビード部５の溶け込み深さを深くできるため、溶接ビード部５の溶け込み深さをＨＡミリメートルとし、第１板体１の第１縁部１１の厚みをｔ１ミリメートルとしたとき、ＨＡ／ｔ１=４〜１３の範囲、殊に４〜１１の範囲、４〜８の範囲に設定することができる。従って、（溶接ビード部５の溶け込み深さ）／（第１板体１の厚み）の比が大きく設定されている。このように溶け込み深さを深くすることは、通常の溶接ではできない。
【００４３】
更に本実施例によれば、溶接ビード部５の厚み方向の幅をＷとしたとき、Ｗ≧ｔ１に設定されている。よってＷ=ｔ１＋ｔ２、Ｗ≒ｔ１＋ｔ２に設定されている。よってＷ／（ｔ１＋ｔ２）=０．８５〜１．１５の範囲、殊に０．９５〜１．０５の範囲に設定されている。
【００４４】
上記のように溶け込み深さが深い溶接ビード部５は、第１板体１及び第２板体２の第１縁部１１及び第２縁部２１を強固に接合している。
【００４５】
以上説明したように本実施例によれば、レーザビーム７を照射して溶融部分６を形成し、更に、溶融部分６を第１当接壁体３及び第２当接壁体４で保持しつつ凝固させて溶接ビード部５を形成することにしているため、溶接ビード部５の溶け込み深さを深くすることができる。従って、（溶接ビード部５の溶け込み深さ）／（第１板体１の厚み）の比を、通常では得られないほどに大きく設定することができる。このように溶接ビード部５の溶け込み深さを大きくすることができ、溶接ビード部５の強度を高めることができ、更に、溶接ビード部５の強度の信頼性を高めることができる。
【００４６】
上記したように溶接ビード部５の溶融深さを大きくすることができる理由としては、次の（ｉ）（ｉｉ）ように推察される。
（ｉ）レーザビーム７を用いた溶接によれば、材料が急熱されるため、第１縁部１１及び第２縁部２１を構成している材料が溶融し、更に蒸気化が進行するため、気相部分をもつと共にレーザビーム照射側が開口するキーホール６ｋ（図２参照）が溶融部分６に生成され易い。レーザビーム７はキーホール６ｋを介して溶融部分６の深くまで到達できるため、溶融深さを深くできる。
（ｉｉ）レーザビーム７で溶融した溶融部分６は、第１当接壁体３及び第２当接壁体４により外方に流出することが抑制されている。この意味においても溶け込みを深くできる。もし溶融部分６が流出してしまえば、必然的に溶け込み深さが浅くなる。
【００４７】
更に本実施例によれば、レーザビーム溶接の際に入熱量を増加させたとしても、溶融部分の流出、ハンピングビードが抑制され、良好な溶接ビード部５を得ることができる。このため入熱量を増加させることができ、溶け込み深さを更に深くすることができる。
【００４８】
本実施例によれば、溶接ビード部５の第１露出面５１及び第２露出面５２は外方に露出しているため、溶接ビード部５の溶け込み深さを外方から目視または撮像装置等で視認し易い。このため溶接ビード部５の強度の信頼性を高めることができる。また第１板体１及び第２板体２は炭素含有量が抑制されているため、レーザビーム７を照射したとしても、過剰焼き入れによるクラック生成を抑制することができる。
【００４９】
更に本実施例によれば、重ね合わせた第１板体１の第１縁部１１と第２板体２の第２縁部２１とレーザビーム７を照射して溶融部分６を形成し、更に、溶融部分６を第１当接壁体３及び第２当接壁体４で保持しつつ凝固させて溶接ビード部５を形成する。このため溶融部分６の流出を抑制でき、溶融部分６の体積を確保することができる。ひいては溶接ビード部５の体積を確保でき、溶接ビード部５の強度を高めることができ、溶接ビード部５の強度の信頼性を高めることができる。
【００５０】
さらに本実施例によれば、レーザビーム７で溶融した溶融部分６を第１当接壁体３及び第２当接壁体４で隠蔽しつつ、すなわち、溶融部分６と外気との接触を抑えつつ溶融部分６の生成および凝固を行うことができる。このため溶接ビード部５と外気との反応が制限され、溶接ビード部５の酸化が抑制され、酸化による劣化を抑制するのに有利となる。
【００５１】
更に図４に示すように、溶接ビード部５の厚みｔ４を、重ね合わせた第１板体１の第１縁部１１と第２板体２の第２縁部２１との合計厚みｔ３を同程度に設定することができる。このため溶接ビード部５の外観見かけを良好にすることができる。
【００５２】
（試験例）
図５は実施例１に係る試験例の溶接品の断面の写真を示す。溶接条件としては、レーザをＹＡＧレーザとし、レーザ出力を４．５ｋＷとし、ビーム集光径を０．６ミリメートルとし、第１板体１及び第２板体２の材質をステンレス鋼とし、第１板体１の厚みを０．６ミリメートル、第２板体２の厚みを０．６ミリメートルとし、溶接速度を３メートル／分とし、第１当接壁体３及び第２当接壁体４の材質を銅合金とした。本試験例によれば、ＨＡは３．８ミリメートルとされている。従ってＨＡ／ｔ１=３．８ミリメートル／０．６ミリメートル≒６．３に設定されている。
【００５３】
このように試験例によれば、（溶接ビード部５の溶け込み深さ）／（第１板体の厚み）の比を大きく設定することができる。また、溶接ビード部５の厚み方向の幅をＷとしたとき、Ｗは１．２ミリメートル程度とされているため、Ｗ≧ｔ１であり、Ｗ=ｔ１×２とすることができる。従って、Ｗ=（ｔ１×２）×αであり、α=１とされている。図５の写真から理解できるように、溶接ビード部の第１露出面は外方に露出しつつ、第１板体の第１縁部の第１表面のほぼ延長線上に設定されている。また溶接ビード部の第２露出面は外方に露出しつつ、第２板体の第２縁部の第２表面のほぼ延長線上に設定されている。
【００５４】
また、図６は従来の溶接品の断面の写真を示す。図６に示す従来品によれば、溶接ビード部は、外方に露出しておらず、第１板体及び第２板体の内部に隠蔽されている。このような従来の溶接ビード部では深い溶け込み深さが得られない。更に溶け込み深さを第１板体及び第２板体の外方から視認できない。
【実施例２】
【００５５】
図７及び図８は実施例２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。金属を基材とする第１板体１の第１縁部１１と第２板体２の第２縁部２１とを重ね合わせる。重ね合わせた第１板体１の第１縁部１１の厚み方向の片面側に第１当接壁体３を当てがうとともに、第２板体２の第２縁部２１の厚み方向の片面側には第２当接壁体４を当てがう。第１当接壁体３の第１保持面３１は凹凸面３１ｓを有する。第２当接壁体４の第２保持面４１は凹凸面４１ｓを有する。凹凸面３１ｓ，４１ｓは、溶接ビード部５の第１露出面５１及び第２露出面５２に転写されるため、溶接ビード部５にも適度な凹凸５ｓが形成される。
【００５６】
レーザビーム７で溶接した溶接ビード部５は塗装密着性が良好でないことが往々にしてある。しかし溶接ビード部５に適度な凹凸５ｓを形成すれば、塗膜密着性を高めることができる。なお、第１保持面３１及び第２保持面４１のうちの一方のみに、凹凸面を形成することにしても良い。
【実施例３】
【００５７】
図９は実施例３を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。金属を基材とする第１板体１の第１縁部１１と第２板体２の第２縁部２１とを重ね合わせる。重ね合わせた第１板体１の第１縁部１１の厚み方向の片面側に第１当接壁体３を当てがうと共に、第２板体２の第２縁部２１の厚み方向の片面側には第２当接壁体４を当てがう。重ね合わせた第１板体１の第１縁部１１の第１端面１３の高さよりも、第２板体２の第２縁部２１の第２端面２３の高さが寸法ｈ６ぶん高く設定されている。本実施例では、寸法ｈ６の影響を回避できる程、溶かすことができ、不均等な段差にも対応することができる。更に、第１板体１と第２板体２とで組成が異なるときに、第２板体２を構成する合金成分を必要に応じて増加させることができる。
【実施例４】
【００５８】
図１０は実施例４を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。第１当接壁体３及び第２当接壁体４には、冷却水、冷却ガス等の冷却媒体が通過できる冷却通路１００が形成されている。この場合、第１当接壁体３及び第２当接壁体４の耐熱性を高めることができる。更に溶融部分の冷却速度も調整することができる。
【実施例５】
【００５９】
図１１は実施例５を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。第１当接壁体３のうち第１保持面３１に背向する部分には、第１板体１と逆方向に膨出する第１膨出部３４が形成されており、肉厚が確保されている。第２当接壁体４のうち第２保持面４１に背向する部分には、第２板体２と逆方向に膨出する第２膨出部４４が形成されており、肉厚が確保されている。第１膨出部３４及び第２膨出部４４により第１当接壁体３及び第２当接壁体４の強度が確保される。更に、第１膨出部の膨出量Ｋ１及び第２膨出部の膨出量Ｋ２を調整すれば、第１当接壁体３及び第２当接壁体４の冷却速度を調整することもできる。
【実施例６】
【００６０】
図１２は実施例６を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。第１当接壁体３は熱伝導性が良好な銅または銅合金等の金属製とされている。第２当接壁体４はセラミックスを基材とする。従って、第１当接壁体３の熱伝導率が相対的に高く、第２当接壁体４の熱伝導率が相対的に低い。つまり、第１当接壁体３と第２当接壁体４とで熱伝導率が異なる。従って第１当接壁体３で凝固速度を相対的に速くでき、第２当接壁体４で凝固速度を相対的に遅くでき、溶接ビード部の指向性凝固も期待することができる。
【実施例７】
【００６１】
図１３は実施例７を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。第１当接壁体３及び第２当接壁体４にはヒータ３５，４５が設けられている。従って、レーザビームで溶けた溶融部分の冷却速度をヒータ３５，４５により調整することができる。この場合、第１板体１及び第２板体２がクラックを生じさせ易い材質であるとき、溶融部分６の冷却速度を調整することによりクラックを抑制させるのに有利である。
【実施例８】
【００６２】
図１４は実施例８を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。図１４に示すように、金属を基材とする第１板体１の第１縁部１１と第２板体２の第２縁部２１と第３板体９の第３縁部９１とを重ね合わせる。第３板体９の第３縁部９１は、第１板体１の第１縁部１１と第２板体２の第２縁部２１との間に配置されている。そして、重ね合わせた第１板体１の第１縁部１１の厚み方向の片面側に第１当接壁体３を加圧して当てがう。第２板体２の第２縁部２１の厚み方向の片面側には第２当接壁体４を加圧して当てがう。そしてレーザビーム７を上方から照射し、第１縁部１１、第２縁部２１及び第３縁部９１を溶融させる。この結果、溶融部分を第１当接壁体３及び第２当接壁体４で保持しつつ凝固させ、溶接ビード部を形成する。
【実施例９】
【００６３】
図１５は実施例９を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。金属を基材とする第１板体１の第１縁部１１と第２板体２の第２縁部２１とを重ね合わせる。第１縁部１１と第２縁部２１との間には微小な粒状の中間物１１０が介在されている。そして、重ね合わせた第１板体１の第１縁部１１の厚み方向の片面側に第１当接壁体３を矢印Ａ１方向に加圧して当てがうと共に、第２板体２の第２縁部２１の厚み方向の片面側には第２当接壁体４を矢印Ａ１方向に加圧して当てがう。そしてレーザビーム７を上方から照射し、第１縁部１１及び第２縁部２１を溶融させる。この結果、溶融部分を第１当接壁体３及び第２当接壁体４で保持しつつ凝固させ、溶接ビード部を形成する。第１縁部１１と第２縁部２１との間には中間物１１０が介在されているため、第１縁部１１と第２縁部２１との間に微小隙間１０１が形成され、この微小隙間１０１に溶融部分が浸透し、浸透した状態で凝固し、浸透凝固部１０２が溶接ビード部と一体的に形成される。このため浸透凝固部１０２により第１板体１と第２板体２との接合面積が確保され、第１板体１と第２板体２との強度を確保するのに有利となる。
【実施例１０】
【００６４】
図１６は実施例１０を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。第１当接壁体３及び第２当接壁体４は、レーザビーム７を効率よく反射させ得る材質で形成されており、レーザビーム反射用案内面３ｐ,４ｐを備えている。レーザビーム７がレーザビーム反射用案内面３ｐ,４ｐで反射し、第１縁部１１及び第２縁部１２に効率よく伝達される。このためレーザビーム狙い位置の余裕度が向上するため、レーザビームの目標位置精度を過剰に高精度に設定せずとも良い。また第１板体１の第１端面１３と第２板体２の第２端面２３との間において相対的段差が発生しているときであっても、その相対的段差に対する余裕度を向上させることができる。
【実施例１１】
【００６５】
図１７は実施例１１を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。粉末状の改質材１５０を第１当接壁体３と第２当接壁体４との間に供給することにより、改質材１５０を溶融部分に供給するため、溶接ビード部５を改質することができる。改質とは、硬度増加、耐クラック性改善、靱性増加のうちの少なくとも一つを目的とする。改質材１５０は、クロム、ニッケル、マンガン、シリコン、モリブデン、シリコン、タングステン、バナジウム、銅、亜鉛、チタン、スズ、アルミニウム、鉛などの合金元素を含む合金化材を例示できる。改質材１５０としては粉末状、微粒子状を例示できる。レーザビームの照射前に、第１板体１及び第２板体２に装入しても良いし、あるいは、溶融部分に装入しても良い。
【実施例１２】
【００６６】
図１８は実施例１２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。第１板体１の第１縁部１１と第２板体２の第２縁部２１とをレーザビームで溶接することにより、中空室９０１を有する金属製の容器９００を形成する。第１縁部１１及び第２縁部２１は縦方向に沿っている。他の実施例についても、中空室を有する容器の製造に適用しても良い。
【実施例１３】
【００６７】
図１９及び図２０は実施例１３を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。第１板体１の第１縁部１１の厚みｔ１よりも、第２板体２の厚みｔ２は厚肉化されている。溶接ビード部５の溶け込み深さ方向に延設されている第１露出面５１は、第１板体１において外方に露出している。しかし図２０に示すように、溶接ビード部５の第１露出面５１に対して反対側の部位では、第２板体２の表面２４が露出している。溶接ビード部５のうち溶け込み深さ方向に延設されている第１露出面５１は外方に露出しているため、溶接ビード部５の溶け込み深さを外方から目視または撮像装置等で視認し易い。このため溶接ビード部５の強度の信頼性を高めることができる。本実施例においても、溶接ビード部５の溶け込み深さ／板体の厚みの比が大きく設定されている。
【００６８】
（その他）本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は溶接品、溶接方法及び溶接補助装置に利用できる。本発明は、特に、レーザビーム等の高エネルギ密度ビームを用いて溶接した高エネルギ密度ビーム溶接品及び高エネルギ密度ビーム溶接方法に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】第１板体及び第２板体を重ね合わせると共に第１当接壁体及び第２当接壁体を当接した状態でレーザビームを照射する状態を示す構成図である。
【図２】第１当接壁体及び第２当接壁体間で溶融部分を凝固させた溶接ビード部を形成した状態を示す構成図である。
【図３】第１当接壁体及び第２当接壁体を溶接ビード部から離間させた状態を示す構成図である。
【図４】溶接ビード部を示す構成図である。
【図５】試験例に示す溶接ビード部の断面写真である。
【図６】従来例に示す溶接ビード部の断面写真である。
【図７】実施例２に係り、第１板体及び第２板体を重ね合わせると共に第１当接壁体及び第２当接壁体を当接した状態を示す構成図である。
【図８】実施例２に係り、溶接ビード部を示す構成図である。
【図９】実施例３に係り、第１板体及び第２板体を重ね合わせると共に第１当接壁体及び第２当接壁体を当接した状態を示す構成図である。
【図１０】実施例４に係り、第１板体及び第２板体を重ね合わせると共に第１当接壁体及び第２当接壁体を当接した状態を示す構成図である。
【図１１】実施例５に係り、第１板体及び第２板体を重ね合わせると共に第１当接壁体及び第２当接壁体を当接した状態を示す構成図である。
【図１２】実施例６に係り、第１板体及び第２板体を重ね合わせると共に第１当接壁体及び第２当接壁体を当接した状態を示す構成図である。
【図１３】実施例７に係り、第１板体及び第２板体を重ね合わせると共に第１当接壁体及び第２当接壁体を当接した状態を示す構成図である。
【図１４】実施例８に係り、第１板体及び第２板体を重ね合わせると共に第１当接壁体及び第２当接壁体を当接した状態を示す構成図である。
【図１５】実施例９に係り、第１板体及び第２板体を重ね合わせると共に第１当接壁体及び第２当接壁体を当接した状態を示す構成図である。
【図１６】実施例１０に係り、第１板体及び第２板体を重ね合わせると共に第１当接壁体及び第２当接壁体を当接し、且つ、レーザビームを照射している状態を示す構成図である。
【図１７】実施例１１に係り、第１板体及び第２板体を重ね合わせると共に第１当接壁体及び第２当接壁体を当接し、且つ、改質材を添加している状態を示す構成図である。
【図１８】実施例１２に係り、第１板体及び第２板体を重ね合わせると共に第１当接壁体及び第２当接壁体を当接した状態を示す構成図である。
【図１９】実施例１３に係り、第１板体及び第２板体を重ね合わせると共に第１当接壁体及び第２当接壁体を当接した状態でレーザビームを照射する状態を示す構成図である。
【図２０】実施例１３に係り、第１当接壁体及び第２当接壁体間で溶融部分を凝固させた溶接ビード部を形成した状態を示す構成図である。
【図２１】従来例に係り、第１板体及び第２板体を重ね合わせると共にレーザビームを照射している状態を示す構成図である。
【図２２】従来例に係り、溶接ビード部を形成している状態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００７１】
図中、１は第１板体、１１は第１縁部、２は第２板体、２１は第２縁部、３は第１当接壁体、３１は第１保持面、４は第２当接壁体、４１は第２保持面、５は溶接ビード部（溶接凝固部）、６は溶融部分、７はレーザビーム（高エネルギ密度ビーム）を示す。
【図１】
2006159241.tif 000003
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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