(57)【要約】【課題】水中にある亀裂を含む被溶接部に対して、溶接ヘッドを用いて溶接による補修を行うことにより、被溶接部に対して精度良く溶接部を形成させることのできる水中溶接方法を提供する。【解決手段】本発明による水中溶接方法は、まず、被溶接部１０に対して溶接ヘッド９からシールドガス５を噴出させることにより、溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間を形成する。次に、溶接ヘッドを被溶接部に対して静止させたまま、一定時間被溶接部を加熱させることにより被溶接部の亀裂内から水を蒸発させる。その後、溶接ヘッドを被溶接部に対して、蒸発工程に引き続いて静止させたまま、被溶接部の亀裂表面を加熱させることにより溶融させ、この亀裂表面に対して溶加材を供給することにより、被溶接部の亀裂表面を溶接により埋めてスポット溶接部を形成する。【選択図】図１
2008296263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接を行う水中溶接方法において、
被溶接部に対して溶接ヘッドからシールドガスを噴出させることにより、溶接ヘッド先端と被溶接部との間に気相空間を形成する気相空間形成工程と、
溶接ヘッドを被溶接部に対して静止させたまま、一定時間被溶接部を加熱させることにより被溶接部の亀裂内から水を蒸発させる蒸発工程と、
溶接ヘッドを被溶接部に対して、蒸発工程に引き続いて静止させたまま、溶接ヘッドにより被溶接部の亀裂表面を加熱させることにより溶融させ、この亀裂表面に対して溶加材を供給することにより、被溶接部の亀裂表面を溶接により埋めてスポット溶接部を形成する溶接工程と、を備えたことを特徴とする水中溶接方法。
【請求項２】
蒸発工程は、被溶接部を加熱させることによって、亀裂周辺に形成された温度分布が定常状態に達するまで継続することを特徴とする請求項１に記載の水中溶接方法。
【請求項３】
蒸発工程において、被溶接部を加熱させるために被溶接部に対して溶接ヘッド内の集光レンズを介してレーザが照射され、被溶接部に対して照射されるレーザのビーム径は、溶接工程の時よりも大きくなるように、集光レンズと被溶接部との距離が調整され、
溶接工程において、被溶接部の亀裂表面を加熱させるために亀裂表面に対して溶接ヘッド内の集光レンズを介してレーザが照射され、亀裂表面に対して照射されるレーザのビーム径は、蒸発工程の時よりも小さくなるように、集光レンズと被溶接部との距離が調整されることを特徴とする請求項１または２に記載の水中溶接方法。
【請求項４】
溶接工程において、被溶接部の亀裂表面に対して照射されるレーザの出力は、蒸発工程において被溶接部に対して照射されるレーザの出力よりも小さくなることを特徴とする請求項３に記載の水中溶接方法。
【請求項５】
蒸発工程において、被溶接部を加熱するために被溶接部に対して連続波のレーザが照射され、
溶接工程において、被溶接部の亀裂表面を加熱するために亀裂表面に対して溶接ヘッドからパルスレーザが照射されることを特徴とする請求項１または２に記載の水中溶接方法。
【請求項６】
溶接工程において、被溶接部の亀裂表面に対して照射されるパルスレーザの平均出力は、蒸発工程において被溶接部に対して照射される連続波のレーザの出力よりも小さくなることを特徴とする請求項５に記載の水中溶接方法。
【請求項７】
蒸発工程において、被溶接部を加熱させるために、溶接ヘッドからレーザ、アーク、プラズマ、高周波、および高温ガスのうちいずれか一つが照射され、
溶接工程において、被溶接部の亀裂表面を加熱させるために、溶接ヘッドからレーザ、アーク、プラズマ、高周波のうちのいずれか一つが照射されることを特徴とする請求項１または２に記載の水中溶接方法。
【請求項８】
気相空間形成工程、蒸発工程、および溶接工程からなる１サイクルの工程において形成されたスポット溶接部により単位スポット溶接部を形成し、単位スポット溶接部を直線状に一定の間隔で配置し、かつ互いに重ね合わせることにより、直線状に連続する直線状スポット溶接部を形成し、さらに直線状に形成された直線状スポット溶接部を一定の間隔で並べて配置し、かつ互いに重ね合わせることにより、平面状に連続する平面状スポット溶接部を形成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の水中溶接方法。
【請求項９】
平面状に形成された平面状スポット溶接部を積層させることにより、立体状に連続する立体状スポット溶接部が形成されることを特徴とする請求項８に記載の水中溶接方法。
【請求項１０】
水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接を行う水中溶接装置において、
溶接ヘッドは、少なくとも、レーザを発光するレーザ発光部と、
レーザ発光部からのレーザを、被溶接部に対して集光するための集光レンズと、を備え、
集光レンズに、集光レンズを駆動させる集光レンズ駆動機構が連結され、
被溶接部近傍に、レーザにより加熱された被溶接部から発せられる光の発光強度を計測する光センサが設けられ、
光センサに、光センサが計測した発光強度が定常状態に達した場合に信号を出力する検出装置が連結され、
検出装置に、検出装置から入力される信号を受けて集光レンズ駆動装置に駆動指令を与えるコントローラが連結されていることを特徴とする水中溶接装置。
【請求項１１】
水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接を行う水中溶接装置において、
溶接ヘッドは、少なくとも、レーザを発光するレーザ発光部と、
レーザ発光部からのレーザを、被溶接部に対して集光するための集光レンズと、を備え、
集光レンズに、集光レンズを駆動させる集光レンズ駆動機構が連結され、
被溶接部近傍に、レーザを照射することにより加熱された被溶接部から発せられる光の発光領域を撮影するカメラユニットが設けられ、
カメラユニットに、カメラユニットが撮影した画像から、ある一定の発光強度以上の発光領域が有する面積を計測する画像処理装置が連結され、
画像処理装置に、画像処理装置が計測した面積が定常状態になった場合に信号を出力する検出装置が連結され、
検出装置に、検出装置から入力される信号を受けて集光レンズ駆動装置に駆動指令を与えるコントローラが連結されることを特徴とする水中溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接を行う水中溶接方法および水中溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、原子炉圧力容器内に設置された原子炉内構造物および圧力バウンダリには、応力腐食割れが発生し、図１２に示すような亀裂６が生じる可能性がある。すでに応力腐食割れが発生し、補修を行うことが必要となった場合、従来より応力腐食割れが発生した部位に対して溶接による補修が行われている。溶接により補修を行う場合には、耐応力腐食割れ性に優れた溶加材１１ａを用いてクラッド溶接を行う。このことにより、溶接による補修を行った部位に応力腐食割れが発生することを防止することができる。また、亀裂６の開口部に溶加材１１ａを用いることなく直接溶接を行う場合には、母材を溶融させて亀裂６表面を埋めている。このため、炉水に対して亀裂６を隔離することができ、また炉水が漏洩することを防止することができる。
【０００３】
通常、このような溶接を行うことによる補修は、原子力プラントの定期検査時に実施される。原子力プラントの定期検査は、作業者の被爆量を低減させるために、原子炉内に炉水を張った状態で行われる。しかしながら、溶接による補修を行うために原子炉内に張られた炉水を抜く場合には、炉水を抜き、かつ補修を行った後に炉水を張るための作業時間が必要となる。このため、原子力プラントの定期検査期間内において限られた作業時間内に補修を行うことが困難となる。また、作業時間を確保して原子炉内から炉水を抜いた状態で補修を行う場合においては、補修を行う作業者の被爆量が増加するという問題が生じる。
【０００４】
このような問題を解決する方法として、原子炉内に炉水が張られた状態、つまり水中で溶接による補修を行う方法が考えられている。そのうちの一つの方法として、特開２００５一８１３６８に開示されている水中溶接方法がある。この方法では、図１１に示すように、溶接ヘッド９（図１２参照）内において、レーザ発光部から発せられるレーザ１が集光レンズ２を介して被溶接部１０に対して照射され、溶接部３が形成される。この場合、被溶接部１０を水から隔離させるために、被溶接部１０の周囲をシールドカバー４で覆い、被溶接部１０に対してシールドガス５を噴出させる。このことにより、被溶接部１０の周囲から水が隔離されて気相空間が形成される。
【０００５】
また、別の方法として、特許第３１１９０９０号に開示されている水中施工方法がある。この方法では、気相空間を形成させるためにチャンバまたは収納室を用いている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したいずれの方法においても、シールドカバー４、チャンバ、または収納室などが設けられることにより、溶接ヘッド９周囲の構造が大きくなる。このため、被溶接部１０の周囲が狭隘である場合には、被溶接部１０へのアクセスが困難になる。さらに、被溶接部１０の形状によっては、被溶接部１０の周囲を覆うためのシールドカバー４の形状が複雑になる。このため、溶接ヘッド９の全体がさらに大きくなる。
【０００７】
一方、シールドカバー４またはチャンバ一などを用いることなく、図１２に示すように、被溶接部１０に対してシールドガス５を噴射させて、気相空間を形成させる方法が考えられている。しなしながら、この場合には、被溶接部１０に形成できる気相空間は狭い範囲に限られる。また、被溶接部１０に対して溶接を行う場合には、シールドガス５を噴射させながら溶接ヘッド９および溶加材１１ａを供給する溶加材供給部１１を被溶接部１０の亀裂６の形状に合わせて移動させる必要がある。このため、シールドガス５を噴射させる溶接ヘッド９の移動に伴い気相空間も移動する。このことにより、被溶接部１０は溶接が行われる直前まで水にさらされている状態にある。さらに、被溶接部１０に応力腐食割れを含む亀裂６がある場合には、亀裂６内部には、水６ａが残存している状態にある。
【０００８】
このように内部に水６ａが残存している亀裂６表面に対して溶接を行う場合、図１２に示すように、被溶接部１０に対してレーザ１が照射されることにより被溶接部１０の母材が溶融されて溶融金属７となり、亀裂６表面が埋められる。このとき、溶融金属７により埋められた亀裂６内部に残存する水６ａが、溶接を行うことにより生じた熱により、亀裂６内部において蒸発して膨張する。これにより亀裂６内部の圧力が上昇し、このため、亀裂６を埋めていた溶融金属７が脱離し、穴状に形成された溶接欠陥８が形成されることが考えられる。
【０００９】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、シールドカバーまたはチャンバ一などの気相空間を維持させるための特別な構造体を用いることなく、溶接ヘッドを用いて溶接による補修を行うことにより、被溶接部に対して精度良く溶接部を形成させることのできる水中溶接方法及び水中溶接装置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】
【００１０】
本発明は、水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接を行う水中溶接方法において、被溶接部に対して溶接ヘッドからシールドガスを噴出させることにより、溶接ヘッド先端と被溶接部との間に気相空間を形成する気相空間形成工程と、溶接ヘッドを被溶接部に対して静止させたまま、一定時間被溶接部を加熱させることにより被溶接部の亀裂内から水を蒸発させる蒸発工程と、溶接ヘッドを被溶接部に対して、蒸発工程に引き続いて静止させたまま、溶接ヘッドにより被溶接部の亀裂表面を加熱させることにより溶融させ、この亀裂表面に対して溶加材を供給することにより、被溶接部の亀裂表面を溶接により埋めてスポット溶接部を形成する溶接工程と、を備えたことを特徴とする水中溶接方法である。
【００１１】
本発明は、蒸発工程は、被溶接部を加熱させることによって、亀裂周辺に形成された温度分布が定常状態に達するまで継続することを特徴とする水中溶接方法である。
【００１２】
本発明は、蒸発工程において、被溶接部を加熱させるために被溶接部に対して溶接ヘッド内の集光レンズを介してレーザが照射され、被溶接部に対して照射されるレーザのビーム径は、溶接工程の時よりも大きくなるように、集光レンズと被溶接部との距離が調整され、溶接工程において、被溶接部の亀裂表面を加熱させるために亀裂表面に対して溶接ヘッド内の集光レンズを介してレーザが照射され、亀裂表面に対して照射されるレーザのビーム径は、蒸発工程の時よりも小さくなるように、集光レンズと被溶接部との距離が調整されることを特徴とする水中溶接方法である。
【００１３】
本発明は、溶接工程において、被溶接部の亀裂表面に対して照射されるレーザの出力は、蒸発工程において被溶接部に対して照射されるレーザの出力よりも小さくなることを特徴とする水中溶接方法である。
【００１４】
本発明は、蒸発工程において、被溶接部を加熱するために被溶接部に対して連続波のレーザが照射され、溶接工程において、被溶接部の亀裂表面を加熱するために亀裂表面に対して溶接ヘッドからパルスレーザが照射されることを特徴とする水中溶接方法である。
【００１５】
本発明は、溶接工程において、被溶接部の亀裂表面に対して照射されるパルスレーザの平均出力は、蒸発工程において被溶接部に対して照射される連続波のレーザの出力よりも小さくなることを特徴とする水中溶接方法である。
【００１６】
本発明は、蒸発工程において、被溶接部を加熱させるために、溶接ヘッドからレーザ、アーク、プラズマ、高周波、および高温ガスのうちいずれか一つが照射され、溶接工程において、被溶接部の亀裂表面を加熱させるために、溶接ヘッドからレーザ、アーク、プラズマ、高周波のうちのいずれか一つが照射されることを特徴とする水中溶接方法である。
【００１７】
本発明は、気相空間形成工程、蒸発工程、および溶接工程からなる１サイクルの工程において形成されたスポット溶接部により単位スポット溶接部を形成し、単位スポット溶接部を直線状に一定の間隔で配置し、かつ互いに重ね合わせることにより、直線状に連続する直線状スポット溶接部を形成し、さらに直線状に形成された直線状スポット溶接部を一定の間隔で並べて配置し、かつ互いに重ね合わせることにより、平面状に連続する平面状スポット溶接部を形成することを特徴とする水中溶接方法である。
【００１８】
本発明は、平面状に形成された平面状スポット溶接部を積層させることにより、立体状に連続する立体状スポット溶接部が形成されることを特徴とする水中溶接方法である。
【００１９】
本発明は、水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接を行う水中溶接装置において、溶接ヘッドは、少なくとも、レーザを発光するレーザ発光部と、レーザ発光部からのレーザを、被溶接部に対して集光するための集光レンズと、を備え、集光レンズに、集光レンズを駆動させる集光レンズ駆動機構が連結され、被溶接部近傍に、レーザにより加熱された被溶接部から発せられる光の発光強度を計測する光センサが設けられ、光センサに、光センサが計測した発光強度が定常状態に達した場合に信号を出力する検出装置が連結され、検出装置に、検出装置から入力される信号を受けて集光レンズ駆動装置に駆動指令を与えるコントローラが連結されていることを特徴とする水中溶接装置である。
【００２０】
本発明は、水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接を行う水中溶接装置において、溶接ヘッドは、少なくとも、レーザを発光するレーザ発光部と、レーザ発光部からのレーザを、被溶接部に対して集光するための集光レンズと、を備え、集光レンズに、集光レンズを駆動させる集光レンズ駆動機構が連結され、被溶接部近傍に、レーザを照射することにより加熱された被溶接部から発せられる光の発光領域を撮影するカメラユニットが設けられ、カメラユニットに、カメラユニットが撮影した画像から、ある一定の発光強度以上の発光領域が有する面積を計測する画像処理装置が連結され、画像処理装置に、画像処理装置が計測した面積が定常状態になった場合に信号を出力する検出装置が連結され、検出装置に、検出装置から入力される信号を受けて集光レンズ駆動装置に駆動指令を与えるコントローラが連結されることを特徴とする水中溶接装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、亀裂内部から水を蒸発させるために被溶接部を加熱する蒸発工程が完了した後、被溶接部の亀裂表面を溶接するために亀裂表面を加熱させる溶接工程に移行する間、溶接ヘッドから噴射されたシールドガスにより形成された気相空間が移動することがない。このことにより、被溶接部の亀裂内部に水が残存することを防止することができる。このため、亀裂表面に対して精度良くスポット溶接部を形成させることができる。
【００２２】
また、本発明によれば、蒸発工程において、加熱されている被溶接部から発せられる光の発光強度を計測することにより、亀裂内部から水を確実に蒸発させることができるとともに、蒸発工程から溶接工程への移行を自動的に行うことができる。このため、亀裂表面に対して精度良くスポット溶接部を形成させることができる。
【００２３】
また、本発明によれば、蒸発工程において、加熱されている被溶接部から発せられる光の発光領域を撮影した画像から、ある一定の発光強度以上の発光領域が有する面積を計測することにより、亀裂内部から水を確実に蒸発させることができるとともに、蒸発工程から溶接工程への移行を自動的に行うことができる。このため、亀裂表面に対して精度良くスポット溶接部を形成させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
第１の実施の形態
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。ここで、図１乃至図４は、本発明による水中溶接方法の第１の実施の形態を示す図である。このうち図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、水中溶接方法を説明する図であり、図２は、光センサを用いた水中溶接装置の全体構成を説明する図であり、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、スポット溶接部の形成方法を説明する図であり、図４は、スポット溶接部の積層方法を説明する図である。
【００２５】
まず、図２により、本発明による水中溶接装置について説明する。図２に示すように、水中溶接装置は、水中にある亀裂６を含む被溶接部１０に対して溶接ヘッド９により溶接を行うためのものである。
【００２６】
図２に示すように、水中溶接装置の溶接ヘッド９は、少なくとも、レーザ１を発光するレーザ発光部２２と、レーザ発光部２２からのレーザ１を、被溶接部１０に対して集光するための集光レンズ２６とを備えている。
【００２７】
このうちレーザ発光部２２は、光ファイバー２３を介して図示しないレーザ発信器と連結されている。また、レーザ発光部２２から発光されたレーザ１が透過するコリメートレンズ２４およびダイクロイックミラー２５が、レーザ発光部２２と集光レンズ２６との間にそれぞれ設けられている。なお、上記のうち、レーザ発光部２２と、コリメートレンズ２４と、ダイクロイックミラー２５と、集光レンズ２６とから溶接ヘッド９が構成されている。
【００２８】
また、集光レンズ２６には、集光レンズ２６を駆動させる集光レンズ駆動機構３０が連結されている。また、被溶接部１０近傍には、レーザ１により加熱された被溶接部１０から発せられる光の発光強度を計測する光センサ２７が設けられている。また、光センサ２７には、光センサ２７が計測した発光強度が定常状態に達した場合に信号を出力する検出装置２８が連結されている。さらに、検出装置２８には、検出装置２８から入力される信号を受けて集光レンズ駆動装置３０を駆動させるコントローラ２９が連結されている。また、溶接ヘッド９には、被溶接部１０に対して溶加材１１ａを供給するための溶加材供給部１１が設けられている。
【００２９】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および図２により説明する。
【００３０】
このうち、図１（ａ）は、溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間を形成する方法を説明する図であり、図１（ｂ）は、被溶接部１０の亀裂６内部から水６ａを蒸発させる方法を説明する図であり、図１（ｃ）は、被溶接部１０の亀裂６表面を溶接により埋める方法を説明する図である。
【００３１】
まず、図１（ａ）および図２に示すように、溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間が形成される（気相空間形成工程）。この場合、被溶接部１０に対して溶接ヘッド９からシールドガス５を噴出させる。このことにより、溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間を形成させることができる。
【００３２】
次に、図１（ｂ）に示すように、被溶接部１０の亀裂６内部から水６ａを蒸発させる（蒸発工程）。この場合、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して静止させたまま、溶接ヘッド９のレーザ発光部２２から発せられたレーザ１を被溶接部１０に対して照射させて、一定時間被溶接部１０を加熱させる。
【００３３】
この場合、レーザ１は、図示しないレーザ発信器から光ファイバー２３を介して溶接ヘッド９のレーザ発光部２２から発光される。レーザ発光部２２から発光されたレーザ１はコリメートレンズ２４およびダイクロイックミラー２５を透過し、集光レンズ２６により集光される。溶接ヘッド９の集光レンズ２６により集光されたレーザ１は、被溶接部１０に対して照射される。このようにして、被溶接部１０が加熱され、このことにより、被溶接部１０の亀裂６内部から水６ａを蒸発させることができる。
【００３４】
次に、図１（ｃ）に示すように、被溶接部１０の亀裂６表面にスポット溶接部１２が形成される（溶接工程）。この場合、まず、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して、蒸発工程に引き続いて静止させたまま、溶接ヘッド９のレーザ発光部２２から発せられたレーザ１を被溶接部１０の亀裂６表面に対して照射させて、亀裂６表面を加熱させる。このことにより、亀裂６表面の周辺の母材を溶融させ、同時に、この亀裂６表面に対して溶加材供給部１１から溶加材１１ａを供給する。このことにより、被溶接部１０の亀裂６表面を溶接により埋めて、スポット溶接部１２が形成される。
【００３５】
なお、蒸発工程から溶接工程に移行する場合には、被溶接部１０に対して照射させたレーザ１を、照射させたまま連続的に移行しても良い。あるいは、レーザ１を照射させることを一旦停止し後に、再度レーザ１を照射させて溶接工程に移行しても良い。
【００３６】
以上により、図１（ａ）に示した気相空間形成工程、図１（ｂ）に示した蒸発工程、図１（ｃ）に示した溶接工程を経て、本実施の形態による水中溶接方法の１サイクルの工程が完了する。
【００３７】
ところで、被溶接部１０の亀裂６表面を、上記１サイクルの工程で形成されたスポット溶接部１２で埋めることができないことが考えられる。このような場合には、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、上述した水中溶接方法の１サイクルの工程を連続して繰り返す。ここで、図３（ａ）は、被溶接部１０に存在する亀裂６表面の形状を説明する図であり、図３（ｂ）は、亀裂６表面に対してスポット溶接部１２を直線状に形成する様子を説明する図であり、図３（ｃ）は、亀裂６表面に対してスポット溶接部１２を平面状に形成する様子を説明する図であり、図３（ｄ）は、亀裂６表面に対してスポット溶接部１２を平面状に形成し、亀裂６表面の全体を埋める様子を説明する図である。
【００３８】
まず、図３（ｂ）に示すように、直線状スポット溶接部３３を形成する場合について述べる。この場合、上述した水中溶接方法の１サイクルの工程で形成されるスポット溶接部１２からなる単位スポット溶接部１２を形成し、この単位スポット溶接部１２を、図３（ａ）に示す亀裂６表面に、図３（ｂ）に示すように直線状に一定の間隔Ｌ１で複数配置し、かつ互いに重ね合わせる。このようにして複数の単位スポット溶接部１２により、直線状に連続する直線状スポット溶接部３３が形成される。
【００３９】
次に、図３（ｃ）に示すように、平面状スポット溶接部３４を形成する場合について述べる。この場合、直線状に形成された直線状スポット溶接部３３を一定の間隔Ｌ２で複数並べて配置し、かつ互いに重ね合わせる。このことにより、平面状に連続する平面状スポット溶接部３４が形成される。
【００４０】
次に、上記により平面状に形成された平面状スポット溶接部３４を、図４に示すように、必要な形状に肉盛させることもできる。この場合には、以下に述べるように、さらに上述した水中溶接方法の１サイクルの工程を連続して繰り返す。
【００４１】
この場合には、図４に示すように、平面状に形成された平面状スポット溶接部３４を複数積層させる。このことにより、立体状に連続する立体状スポット溶接部３５を形成することができる。
【００４２】
このように、本実施の形態によれば、亀裂６内部から水６ａを蒸発させるために被溶接部１０を加熱する蒸発工程が完了した後、被溶接部１０の亀裂６表面を溶接するために亀裂６表面を加熱させる溶接工程に移行する間、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して静止させておく。このため、溶接ヘッド９から噴射されたシールドガス５により形成された気相空間が移動することがない。このことにより、被溶接部１０の亀裂６内部に水６ａが残存することを防止することができる。
【００４３】
以上により、亀裂６内部に水６ａが残存することがないため、溶融金属７が脱離することはなく、亀裂６表面に溶接欠陥８（図１２参照）が形成されることを防止することができる。このことにより、亀裂６表面に対して精度良くスポット溶接部１２を形成することができる。
【００４４】
また、本実施の形態によれば、被溶接部１０に存在する亀裂６を、１サイクルの工程で形成されるスポット溶接部１２で埋めることができない場合には、スポット溶接部１２からなる単位スポット溶接部１２を一定の間隔Ｌ１で複数配置して直線状スポット溶接部３３を形成し、あるいは直線状スポット溶接部３３を間隔Ｌ２で複数配置して平面状スポット溶接部３４を形成することができる。このことにより、亀裂６表面に溶接欠陥８が形成されることなく、亀裂６表面の全体に対して精度良く直線状スポット溶接部３３あるいは平面状スポット溶接部３４を形成することができる。
【００４５】
さらに、本実施の形態によれば、平面状に連続して形成された平面状スポット溶接部３４を、必要な形状に肉盛させる場合には、平面状スポット溶接部３４を積層させることにより、立体状スポット溶接部３５を形成することができる。このことにより、亀裂６表面に溶接欠陥８が形成されることなく、亀裂６表面の全体に対して精度良く立体状スポット溶接部３５を形成することができるとともに、必要な形状に肉盛させることができる。
【００４６】
第２の実施の形態
次に、図５により、本発明による水中溶接方法の第２の実施の形態について説明する。ここで、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、水中溶接方法を説明する図である。
【００４７】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す第２の実施の形態は、亀裂６内部から水６ａを蒸発させるために被溶接部１０を加熱させる工程を、亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達したと判定されるまで継続させるものであり、他の構成は、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００４８】
本実施の形態において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。ここで、図５（ａ）は、溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間を形成する方法を説明する図であり、図５（ｂ）は、被溶接部１０の亀裂６内部から水６ａを蒸発させる際に、亀裂６周辺部分の温度分布が変化している状態を説明する図であり、図５（ｃ）は、被溶接部１０の亀裂６内部から水６ａを蒸発させる際に、亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達した状態を説明する図であり、図５（ｄ）は、被溶接部１０の亀裂６表面を溶接により埋める方法を説明する図である。
【００４９】
本実施の形態による水中溶接方法において、まず、図２および図５（ａ）に示すように、溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間が形成される（気相空間形成工程）。この場合、被溶接部１０に対して溶接ヘッド９からシールドガス５を噴出させる。このことにより、溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間を形成させることができる。
【００５０】
次に、図２および図５（ｂ）に示すように、被溶接部１０の亀裂６内部から水６ａを蒸発させる（蒸発工程）。この場合、まず、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して静止させたまま、溶接ヘッド９のレーザ発光部２２から発せられたレーザ１を被溶接部１０に対して照射させて、一定時間被溶接部１０を加熱させる。このことにより、被溶接部１０の亀裂６内部から水６ａを蒸発させることができる。
【００５１】
この間、加熱された被溶接部１０から光が発せられる。被溶接部１０から発せられた光は、溶接ヘッド９の集光レンズ２６を透過し、ダイクロイックミラー２５で反射される。ダイクロイックミラー２５で反射された光の発光強度を、被溶接部１０近傍に設けられた光センサ２７により計測する。
【００５２】
次に、光センサ２７に連結された検出装置２８により、光の発光強度を計測した光センサ２７からの出力値がある一定値で時間変化するか否かが計測される。この場合、蒸発工程における被溶接部１０から発せられる光の発光強度は被溶接部１０の温度に依存する。このため、被溶接部１０から発せられる光を計測している光センサ２７からの出力値は、被溶接部１０の温度に依存する値となる。このことにより、光センサ２７からの出力値がある一定値で時間変化することなく安定した場合には、被溶接部１０のうち、亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達したと判定される。このように、亀裂６周辺部分の温度が安定しているときは、亀裂６内部から水６ａが蒸発することがない。
【００５３】
ところで、蒸発工程の初期段階においては、光センサ２７からの出力値がある一定値になることなく変化していく。すなわち、亀裂６周辺の温度が安定することなく上昇していく。この場合、図５（ｂ）に示すように、亀裂６周辺部分の温度分布を示す等温線１３が、停止することなく、亀裂６表面を中心として拡大されていく。
【００５４】
このような蒸発工程は、上述のように光センサ２７からの出力値がある一定値で時間変化することなく安定するまで継続して行われる。この場合、図５（ｃ）に示すように、亀裂６周辺部分の温度分布を示す等温線１３が拡大されることなく停止している。
【００５５】
次に、図５（ｄ）に示すように、被溶接部１０の亀裂６表面にスポット溶接部１２が形成される（溶接工程）。この場合、まず、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して、蒸発工程に引き続いて静止させたまま、溶接ヘッド９のレーザ発光部２２から発せられたレーザ１を被溶接部１０の亀裂６表面に対して照射させて、亀裂６表面を加熱させる。このことにより、亀裂６表面の周辺の母材を溶融させ、同時に、この亀裂６表面に対して溶加材供給部１１から溶加材１１ａを供給する。このことにより、被溶接部１０の亀裂６表面を溶接により埋めて、スポット溶接部１２が形成される。
【００５６】
以上により、図５（ａ）に示した気相空間形成工程、図５（ｂ）、（ｃ）に示した蒸発工程、図５（ｄ）に示した溶接工程を経て、本実施の形態による水中溶接方法の１サイクルの工程が完了する。
【００５７】
このように、本実施の形態によれば、亀裂６内部から水６ａを蒸発させるために被溶接部１０を加熱する蒸発工程が完了した後、被溶接部１０の亀裂６表面を溶接するために亀裂６表面を加熱させる溶接工程に移行する間、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して静止させておく。このため、溶接ヘッド９から噴射されたシールドガス５により形成された気相空間が移動することがない。このことにより、被溶接部１０の亀裂６内部に水６ａが残存することを防止することができる。
【００５８】
また、被溶接部１０から発せられる光の発光強度の時間変化を計測することにより、亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達したと判定されるまで蒸発工程が継続される。このことにより、被溶接部１０が十分に加熱される。このため、亀裂６内部から水６ａを確実に蒸発させることができる。したがって、被溶接部１０の亀裂６内部に水６ａが残存することを防止することができる。
【００５９】
このように、亀裂６内部に水６ａが残存することがないため、溶融金属７が脱離することはなく、亀裂６表面に溶接欠陥８（図１２参照）が形成されることを防止することができる。このことにより、亀裂６表面に対して精度良くスポット溶接部１２を形成することができる。
【００６０】
第３の実施の形態
次に、図６により、本発明による水中溶接方法の第３の実施の形態について説明する。ここで、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、水中溶接方法を説明する図である。
【００６１】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す第３の実施の形態は、亀裂６内部から水６ａを蒸発させるために被溶接部１０に対して高温ガス１４を噴出させるものであり、他の構成は、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００６２】
本実施の形態において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。ここで、図６（ａ）は、溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間を形成する方法を説明する図であり、図６（ｂ）は、被溶接部１０の亀裂６内部から水６ａを蒸発させる方法を説明する図であり、図６（ｃ）は、被溶接部１０の亀裂６表面を溶接により埋める方法を説明する図である。
【００６３】
本実施の形態による水中溶接方法において、まず、図２および図６（ａ）に示すように、溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間が形成される（気相空間形成工程）。この場合、被溶接部１０に対して溶接ヘッド９からシールドガス５を噴出させる。このことにより、溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間を形成させることができる。
【００６４】
次に、図２および図６（ｂ）に示すように、被溶接部１０の亀裂６内部から水６ａを蒸発させる（蒸発工程）。この場合、まず、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して静止させたまま、溶接ヘッド９から高温ガス１４を噴出させて、一定時間被溶接部１０を加熱させる。また、高温ガス１４が噴出される被溶接部１０の亀裂６表面が溶融されることがないように、高温ガス１４の温度を調整する。このことにより、亀裂６表面が溶融されることなく加熱される。このため、亀裂６内部に水６ａが残存したまま亀裂６表面が溶融されて埋められることがない。
【００６５】
このような蒸発工程は、亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達したと判定されるまで継続して行われる。亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達すると、図６（ｂ）に示すように、亀裂６周辺部分の温度分布を示す等温線１３が拡大されることなく停止している。
【００６６】
次に、図６（ｃ）に示すように、被溶接部１０の亀裂６表面にスポット溶接部１２が形成される（溶接工程）。この場合、まず、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して、蒸発工程に引き続いて静止させたまま、溶接ヘッド９のレーザ発光部２２から発せられたレーザ１を被溶接部１０の亀裂６表面に対して照射させて、亀裂６表面を加熱させる。このことにより、亀裂６表面の周辺の母材を溶融させ、同時に、この亀裂６表面に対して溶加材供給部１１から溶加材１１ａを供給する。このことにより、被溶接部１０の亀裂６表面を溶接により埋めて、スポット溶接部１２が形成される。
【００６７】
以上により、図６（ａ）に示した気相空間形成工程、図６（ｂ）に示した蒸発工程、図６（ｃ）に示した溶接工程を経て、本実施の形態による水中溶接方法の１サイクルの工程が完了する。
【００６８】
このように、本実施の形態によれば、亀裂６内部から水６ａを蒸発させるために被溶接部１０を加熱する蒸発工程が完了した後、被溶接部１０の亀裂６表面を溶接するために亀裂６表面を加熱させる溶接工程に移行する間、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して静止させておく。このため、溶接ヘッド９から噴射されたシールドガス５により形成された気相空間が移動することがない。このことにより、被溶接部１０の亀裂６内部に水６ａが残存することを防止することができる。
【００６９】
また、亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達したと判定されるまで蒸発工程が継続される。このことにより、被溶接部１０を十分に加熱することができる。また、蒸発工程においては、被溶接部１０に対して噴出される高温ガス１４が、亀裂６表面が溶融されることのない温度に維持されている。このため、亀裂６内部に水６ａを残存させたまま、亀裂６表面を溶融して埋めることなく、亀裂６内部から水６ａを確実に蒸発させることができる。したがって、被溶接部１０の亀裂６内部に水６ａが残存することを防止することができる。
【００７０】
このように、亀裂６内部に水６ａが残存することがないため、溶融金属７が脱離することはなく、亀裂６表面に溶接欠陥８（図１２参照）が形成されることを防止することができる。このことにより、亀裂６表面に対して精度良くスポット溶接部１２を形成することができる。
【００７１】
第４の実施の形態
次に、図７により、本発明による水中溶接方法の第４の実施の形態について説明する。ここで、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、水中溶接方法を説明する図である。
【００７２】
図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す第４の実施の形態は、集光レンズ２６と被溶接部１０との距離を調整するものであり、他の構成は、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００７３】
本実施の形態において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。ここで、図７（ａ）は、溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間を形成する方法を説明する図であり、図７（ｂ）は、被溶接部１０の亀裂６内部から水６ａを蒸発させる際に、被溶接部１０の亀裂６周辺部分の温度分布が変化している状態を説明する図であり、図７（ｃ）は、被溶接部１０の亀裂６内部から水６ａを蒸発させる際に、被溶接部１０の亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達した状態を説明する図であり、図７（ｄ）は、被溶接部１０の亀裂６表面を溶接により埋める方法を説明する図である。
【００７４】
本実施の形態による水中溶接方法において、まず、図２および図７（ａ）に示すように、溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間が形成される（気相空間形成工程）。この場合、被溶接部１０に対して溶接ヘッド９からシールドガス５を噴出させる。このことにより、溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間を形成させることができる。
【００７５】
次に、図２および図７（ｂ）に示すように、被溶接部１０の亀裂６内部から水６ａを蒸発させる（蒸発工程）。この場合、まず、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して静止させたまま、溶接ヘッド９のレーザ発光部２２から発せられたレーザ１を被溶接部１０に対して照射させて、一定時間被溶接部１０を加熱させる。この際、被溶接部１０を加熱させるために被溶接部１０に対して溶接ヘッド９の集光レンズ２６を介してレーザ１が照射される。
【００７６】
ここで、亀裂６内部から水６ａを蒸発させるために、亀裂６表面が溶融しないようにする。このため、蒸発工程において、溶接部１０に対して照射されるレーザ１のビーム径１５ａが、溶接工程において被溶接部１０の亀裂６表面に対して溶接を行う時に亀裂６表面に対して照射されるレーザ１のビーム径１５ｂよりも大きくなるように、集光レンズ２６と被溶接部１０との距離Ｌ３が調整される。このことにより、被溶接部１０に対して照射されるレーザ１が局所的に集中されることがなく、被溶接部１０の亀裂６表面が溶融されることはない。このため、亀裂６内部に水６ａが残存したまま亀裂６表面が溶融されて埋められることがない。
【００７７】
ところで、蒸発工程の初期段階においては、亀裂６周辺の温度が安定することなく上昇していく。この場合、図７（ｂ）に示すように、亀裂６周辺部分の温度分布を示す等温線１３が、停止することなく、亀裂６表面を中心として拡大されていく。
【００７８】
このような蒸発工程は、亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達したと判定されるまで継続して行われる。亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達すると、図７（ｃ）に示すように、亀裂６周辺部分の温度分布を示す等温線１３が拡大されることなく停止している。
【００７９】
亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達したと判定された後、図７（ｄ）に示すように、被溶接部１０の亀裂６表面にスポット溶接部１２が形成される（溶接工程）。この場合、まず、溶接ヘッド９の集光レンズ２６を移動させる。この際、光センサ２７に連結された検出装置２８は、集光レンズ２６を駆動する集光レンズ駆動機構３０に駆動指令を与えるために、検出装置２８に連結されたコントローラ２９に信号を出力する。検出装置２８が出力した信号を受けて、コントローラ２９は集光レンズ駆動機構３０に駆動指令を与える。次に、コントローラ２９から与えられた駆動指令により集光レンズ駆動機構３０が集光レンズ２６を駆動させる。
【００８０】
溶接工程において、亀裂６表面を溶接する場合には、亀裂６表面を溶融させるようにする。このため、溶接工程において、亀裂６表面に対して照射されるレーザ１のビーム径１５ｂが、蒸発工程において被溶接部１０に対して加熱する時に被溶接部１０に対して照射されるレーザ１のビーム径１５ａよりも小さくなるように、集光レンズ２６と被溶接部１０との距離Ｌ４が調整される。
【００８１】
次に、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して、蒸発工程に引き続いて静止させたまま、溶接ヘッド９のレーザ発光部２２から発せられたレーザ１を被溶接部１０の亀裂６表面に対して照射させて、亀裂６表面を加熱させる。このことにより、亀裂６表面に対して照射されるレーザ１が集中されるため、亀裂６表面の周辺の母材を溶融させ、同時に、溶加材供給部１１から溶加材１１ａを供給させることにより、被溶接部１０の亀裂６表面を溶接により埋めて、スポット溶接部１２を形成させる。
【００８２】
また、上述した溶接工程において、被溶接部１０の亀裂６表面に対して照射されるレーザ１の出力は、上述した蒸発工程において被溶接部１０に対して照射されるレーザ１の出力よりも小さくする。このことにより、亀裂６周辺の温度を蒸発工程時よりも上昇させることがない。
【００８３】
以上により、図７（ａ）に示した気相空間形成工程、図７（ｂ）、（ｃ）に示した蒸発工程、図７（ｄ）に示した溶接工程を経て、本実施の形態による水中溶接方法の１サイクルの工程が完了する。
【００８４】
このように、本実施の形態によれば、亀裂６内部から水６ａを蒸発させるために被溶接部１０を加熱する蒸発工程が完了した後、被溶接部１０の亀裂６表面を溶接するために亀裂６表面を加熱させる溶接工程に移行する間、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して静止させておく。このため、溶接ヘッド９から噴射されたシールドガス５により形成された気相空間が移動することがない。このことにより、被溶接部１０の亀裂６内部に水６ａが残存することを防止することができる。
【００８５】
また、亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達したと判定されるまで蒸発工程が継続される。このことにより、被溶接部１０を十分に加熱することができる。また、蒸発工程においては、被溶接部１０に対して照射されるレーザ１のビーム径１５ａが比較的大きいことから、被溶接部１０の亀裂６表面が溶融されることなく加熱される。このため、亀裂６内部に水６ａを残存させたまま、亀裂６表面を溶融して埋めることなく、亀裂６内部から水６ａを確実に蒸発させることができる。したがって、被溶接部１０の亀裂６内部に水６ａが残存することを防止することができる。
【００８６】
また、本実施の形態によれば、蒸発工程において、加熱されている被溶接部１０から発せられる光の発光強度を計測し、その発光強度が定常状態に達したと判定された後に集光レンズ２６を集光レンズ駆動機構３０により駆動させて、溶接工程に移行する。このため、蒸発工程から溶接工程への移行を、自動的に行うことができる。
【００８７】
また、溶接工程においては、亀裂６表面に対して照射されるレーザ１の出力が、蒸発工程において被溶接部１０に対して照射されるレーザ１の出力よりも小さい。このため、亀裂６周辺の温度を蒸発工程時よりも上昇させることがない。つまり、亀裂６表面に溶接を行う際、亀裂６内部の温度が、蒸発工程時の亀裂６内部の温度よりも高くなることはない。このため、亀裂６内部に水が残存した状態にて亀裂６表面に対して溶接を行った場合においても、亀裂６内部に残存している水６ａをこれ以上蒸発させることがない。
【００８８】
このように、亀裂６内部に水６ａが残存することがないため、溶融金属７が脱離することはなく、亀裂６表面に溶接欠陥８（図１２参照）が形成されることを防止することができる。このことにより、亀裂６表面に対して精度良くスポット溶接部１２を形成することができる。
【００８９】
第５の実施の形態
次に、図８により、本発明による水中溶接方法の第５の実施の形態について説明する。ここで、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、水中溶接方法を説明する図である。
【００９０】
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す第５の実施の形態は、亀裂６内部から水６ａを蒸発させるために被溶接部１０に対して連続波のレーザ（ＣＷレーザ）１６が照射され、亀裂６表面に溶接を行うために亀裂６表面に対してパルスレーザ１７が照射されるものであり、他の構成は、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００９１】
本実施の形態において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。ここで、図８（ａ）は、溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間を形成する方法を説明する図であり、図８（ｂ）は、被溶接部１０の亀裂６内部から水６ａを蒸発させる際に、被溶接部１０の亀裂６周辺部分の温度分布が変化している状態を説明する図であり、図８（ｃ）は、被溶接部１０の亀裂６内部から水６ａを蒸発させる際に、被溶接部１０の亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達した状態を説明する図であり、図８（ｄ）は、被溶接部１０の亀裂６表面を溶接により埋める方法を説明する図である。
【００９２】
本実施の形態による水中溶接方法において、まず、図２および図８（ａ）に示すように、溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間が形成される（気相空間形成工程）。この場合、被溶接部１０に対して溶接ヘッド９からシールドガス５を噴出させる。このことにより、溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間を形成させることができる。
【００９３】
次に、図２および図８（ｂ）に示すように、被溶接部１０の亀裂６内部から水６ａを蒸発させる（蒸発工程）。この場合、まず、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して静止させたまま、溶接ヘッド９のレーザ発光部２２から発せられたレーザ１を被溶接部１０に対して照射させて、一定時間被溶接部１０を加熱させる。この際、被溶接部１０に対して照射されるレーザ１は、連続波のレーザ１６からなっている。また、連続波のレーザ１６が照射される被溶接部１０の亀裂６表面が溶融されることがないように、連続波のレーザ１６の出力を調整する。このため、亀裂６内部に水６ａが残存したまま亀裂６表面が溶融されて埋められることがない。
【００９４】
ところで、蒸発工程の初期段階においては、亀裂６周辺の温度が安定することなく上昇していく。この場合、図８（ｂ）に示すように、亀裂６周辺部分の温度分布を示す等温線１３が、停止することなく、亀裂６表面を中心として拡大されていく。
【００９５】
このような蒸発工程は、亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達したと判定されるまで継続して行われる。この場合、図８（ｃ）に示すように、亀裂６周辺部分の温度分布を示す等温線１３が拡大されることなく停止している。
【００９６】
次に、亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達したと判定された後、図８（ｄ）に示すように、被溶接部１０の亀裂６表面に対してスポット溶接部１２が形成される（溶接工程）。この場合、まず、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して、蒸発工程に引き続いて静止させたまま、溶接ヘッド９のレーザ発光部２２から発せられたレーザ１を被溶接部１０の亀裂６表面に対して照射させて、亀裂６表面を加熱させる。この際、亀裂６表面に対して照射されるレーザ１は、パルスレーザ１７からなっている。このことにより、パルスレーザ１７のピーク時における高い出力により亀裂６表面の周辺の母材を溶融させ、同時に、この亀裂６表面に対して溶加材供給部１１から溶加材１１ａを供給する。このことにより、被溶接部１０の亀裂６表面を溶接により埋めて、スポット溶接部１２が形成される。
【００９７】
また、上述した溶接工程において、被溶接部１０の亀裂６表面に対して照射されるパルスレーザ１７の平均出力は、上述した蒸発工程において被溶接部１０に対して照射される連続波のレーザ１６の出力よりも小さくする。このことにより、亀裂６周辺の温度を蒸発工程時よりも上昇させることがない。
【００９８】
以上により、図８（ａ）に示した気相空間形成工程、図８（ｂ）、（ｃ）に示した蒸発工程、図８（ｄ）に示した溶接工程を経て、本実施の形態による水中溶接方法の１サイクルの工程が完了する。
【００９９】
このように、本実施の形態によれば、亀裂６内部から水６ａを蒸発させるために被溶接部１０を加熱する蒸発工程が完了した後、被溶接部１０の亀裂６表面を溶接するために亀裂６表面を加熱させる溶接工程に移行する間、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して静止させておく。このため、溶接ヘッド９から噴射されたシールドガス５により形成された気相空間が移動することがない。このことにより、被溶接部１０の亀裂６内部に水６ａが残存することを防止することができる。
【０１００】
また、亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達したと判定されるまで蒸発工程が継続される。このことにより、被溶接部１０を十分に加熱することができる。また、蒸発工程においては、被溶接部１０に対して照射される連続波のレーザ１６が、被溶接部１０の亀裂６表面が溶融されることのない出力により被溶接部１０に対して照射される。このため、亀裂６内部に水６ａを残存させたまま、亀裂６表面を溶融して埋めることなく、亀裂６内部から水６ａを確実に蒸発させることができる。したがって、被溶接部１０の亀裂６内部に水６ａが残存することを防止することができる。
【０１０１】
また、溶接工程においては、亀裂６表面に対して照射されるパルスレーザ１７の平均出力が、蒸発工程において被溶接部１０に対して照射される連続波のレーザ１６の出力よりも小さい。このため、亀裂６周辺の温度を蒸発工程時よりも上昇させることがない。つまり、亀裂６表面に溶接を行う際、亀裂６内部の温度が、蒸発工程時の亀裂６内部の温度よりも高くなることはない。このため、亀裂６内部に水が残存した状態にて亀裂６表面に対して溶接を行った場合においても、亀裂６内部に残存している水６ａをこれ以上蒸発させることがない。
【０１０２】
このように、亀裂６内部に水６ａが残存することがないため、溶融金属７が脱離することはなく、亀裂６表面に溶接欠陥８（図１２参照）が形成されることを防止することができる。このことにより、亀裂６表面に対して精度良くスポット溶接部１２を形成することができる。
【０１０３】
第６の実施の形態
次に、図９により、本発明による水中溶接方法の第６の実施の形態について説明する。ここで、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、蒸発工程と溶接工程の熱源の組合せを説明する図である。
【０１０４】
図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す第６の実施の形態は、蒸発工程における熱源と溶接工程における熱源との組合せを変えるものであり、他の構成は、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。
【０１０５】
本実施の形態において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。ここで、図９（ａ）は、蒸発工程における熱源として高温ガス１４を用いる場合を説明する図であり、図９（ｂ）は、溶接工程における熱源としてレーザ１を用いる場合を説明する図であり、図９（ｃ）は、蒸発工程における熱源として高周波加熱コイル１８を用いる場合を説明する図であり、図９（ｄ）は、溶接工程における熱源としてレーザ１を用いる場合を説明する図である。
【０１０６】
本実施の形態による水中溶接方法において、まず、図２および図９に示すように溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間が形成される（気相空間形成工程）。この場合、被溶接部１０に対して溶接ヘッド９からシールドガス５を噴出させる。このことにより、溶接ヘッド９先端と被溶接部１０との間に気相空間を形成させることができる。
【０１０７】
次に、図２および図９に示すように、被溶接部１０の亀裂６内部から水６ａを蒸発させる（蒸発工程）。この蒸発工程において、被溶接部１０を加熱させるために、溶接ヘッド９からレーザ１、アーク、プラズマ、高周波１８、および高温ガス１４のうちいずれか一つが照射される。
【０１０８】
図９（ａ）に示すように、蒸発工程における熱源として高温ガス１４を用いる場合、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して静止させたまま、溶接ヘッド９から高温ガス１４を噴出させて、一定時間被溶接部１０を加熱させる。また、高温ガス１４が噴出される被溶接部１０の亀裂６表面が溶融されることがないように、高温ガス１４の温度を調整する。このことにより、亀裂６表面が溶融されることなく加熱される。このため、亀裂６内部に水６ａが残存したまま亀裂６表面が溶融されて埋められることがない。
【０１０９】
なお、図９（ｃ）に示すように、蒸発工程における熱源として、高温ガス１４の代わりに高周波加熱コイル１８を用いても良い。
【０１１０】
このような蒸発工程は、亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達したと判定されるまで継続して行われる。この場合、図９（ｃ）に示すように、亀裂６周辺部分の温度分布を示す等温線１３が拡大されることなく停止している。
【０１１１】
次に、被溶接部１０の亀裂６表面にスポット溶接部１２が形成される（溶接工程）。この溶接工程において、被溶接部１０の亀裂６表面を加熱させるために、溶接ヘッド９からレーザ１、アーク、プラズマ、高周波１８のうちのいずれか一つが照射される。
【０１１２】
図９（ｂ）に示すように、この溶接工程における熱源としてレーザ１を用いる場合、まず、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して、蒸発工程に引き続いて静止させたまま、溶接ヘッド９のレーザ発光部２２から発せられたレーザ１を被溶接部１０の亀裂６表面に対して照射させて、亀裂６表面を加熱させる。このことにより、亀裂６表面の周辺の母材を溶融させ、同時に、この亀裂６表面に対して溶加材供給部１１から溶加材１１ａを供給する。このことにより、被溶接部１０の亀裂６表面を溶接により埋めて、スポット溶接部１２が形成される。
【０１１３】
また、上述した溶接工程において被溶接部１０の亀裂６表面に対して照射されるレーザ１の出力は、上述した蒸発工程において被溶接部１０に対して噴出される高温ガス１４の温度から決まる出力よりも小さくする。このことにより、亀裂６周辺の温度を蒸発工程時よりも上昇させることがない。
【０１１４】
また、図９（ｃ）に示すように、蒸発工程における熱源として、高温ガス１４の代わりに高周波加熱コイル１８を用いた場合においても、図９（ｄ）に示すように、溶接工程における熱源として、レーザ１を用いても良い。
【０１１５】
以上により、気相空間形成工程、図９（ａ）、（ｃ）に示した蒸発工程、図９（ｂ）、（ｄ）に示した溶接工程を経て、本実施の形態による水中溶接方法の１サイクルの工程が完了する。
【０１１６】
このように、本実施の形態によれば、亀裂６内部から水６ａを蒸発させるために被溶接部１０を加熱する蒸発工程が完了した後、被溶接部１０の亀裂６表面を溶接するために亀裂６表面を加熱させる溶接工程に移行する間、溶接ヘッド９を被溶接部１０に対して静止させておく。このため、溶接ヘッド９から噴射されたシールドガス５により形成された気相空間が移動することがない。このことにより、被溶接部１０の亀裂６内部に水６ａが残存することを防止することができる。
【０１１７】
また、亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達したと判定されるまで蒸発工程が継続される。このことにより、被溶接部１０を十分に加熱することができる。また、蒸発工程においては、被溶接部１０に対して噴出される高温ガス１４が、亀裂６表面が溶融されることのない温度に維持される。このため、亀裂６内部に水６ａを残存させたまま、亀裂６表面を溶融して埋めることなく、亀裂６内部から水６ａを確実に蒸発させることができる。したがって、被溶接部１０の亀裂６内部に水６ａが残存することを防止することができる。
【０１１８】
また、溶接工程においては、亀裂６表面に対して照射されるレーザ１の出力が、蒸発工程において被溶接部１０に対して噴出される高温ガス１４の温度から決まる出力よりも小さい。このため、亀裂６周辺の温度を蒸発工程時よりも上昇させることがない。つまり、亀裂６表面に溶接を行う際、亀裂６内部の温度が、蒸発工程時の亀裂６内部の温度よりも高くなることはない。このため、亀裂６内部に水が残存した状態にて亀裂６表面に対して溶接を行った場合においても、亀裂６内部に残存している水６ａをこれ以上蒸発させることがない。
【０１１９】
このように、亀裂６内部に水６ａが残存することがないため、溶融金属７が脱離することはなく、亀裂６表面に溶接欠陥８（図１２参照）が形成されることを防止することができる。このことにより、亀裂６表面に対して精度良くスポット溶接部１２を形成することができる。
【０１２０】
また、本実施の形態によれば、蒸発工程および溶接工程における熱源として、異なる熱源を用いた場合においても、精度良くスポット溶接部１２を形成させることができる。
【０１２１】
第７の実施の形態
次に、図１０により、本発明による水中溶接装置の第７の実施の形態について説明する。ここで、図１０は、カメラユニットを用いた水中溶接装置の全体構成を説明する図である。
【０１２２】
図１０に示す第７の実施の形態は、光センサ２７の代わりにカメラユニット３１および画像処理装置３２を用いて集光レンズ駆動機構３０を制御するものであり、他の構成は、図２に示す第７の実施の形態と略同一である。
【０１２３】
本実施の形態において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１２４】
図１０に示すように、本実施の形態による水中溶接装置において、被溶接部１０近傍には、レーザ１を照射することにより加熱された被溶接部１０から発せられる光の発光領域を撮影するカメラユニット３１が設けられている。また、カメラユニット３１には、カメラユニット３１が撮影した画像から、ある一定の発光強度以上の発光領域が有する面積を計測する画像処理装置３２が連結されている。また、画像処理装置３２には、画像処理装置３２が計測した面積が定常状態になった場合に信号を出力する検出装置２８が連結されている。さらに、検出装置２８には、検出装置２８から入力される信号を受けて集光レンズ駆動装置３０に駆動指令を与えるコントローラ２９が連結されている。
【０１２５】
本実施の形態によれば、蒸発工程においては、加熱された被溶接部１０から光が発せられる。被溶接部１０から発せられた光は、溶接ヘッド９の集光レンズ２６を透過し、ダイクロイックミラー２５で反射される。ダイクロイックミラー２５で反射された光の発光領域を被溶接部１０近傍に設けられたカメラユニット３１で撮影する。カメラユニット３１で撮影された画像から、ある一定の発光強度以上の発光領域が有する面積をカメラユニット３１に連結された画像処理装置３２により計測する。
【０１２６】
次に、画像処理装置３２に連結された検出装置２８により、ある一定の発光強度以上の発光領域が有する面積を計測した画像処理装置３２からの出力値がある一定値で時間変化するか否かが計測される。この場合、蒸発工程における被溶接部１０から発せられる光の発光強度は被溶接部１０の温度に依存する。また、画像処理装置３２が計測する、ある一定の発光強度以上の発光領域とは、被溶接部１０における、ある一定の温度以上の領域を意味している。このため、被溶接部１０から発せられる光の発光領域を撮影した画像からある一定の発光強度以上の発光領域が有する面積を計測している画像処理装置３２の出力値は、被溶接部１０の温度に依存する値となる。このことにより、画像処理装置３２の出力値がある一定値で時間変化することなく安定した場合には、被溶接部１０のうち、亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達したと判定される。このように、亀裂６周辺部分の温度が安定しているときは、亀裂６内部から水６ａが蒸発することがない。
【０１２７】
このような蒸発工程は、画像処理装置３２からの出力値がある一定値で時間変化することなく安定するまで継続して行われる。つまり、亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達したと判定されるまで継続して行われる。
【０１２８】
亀裂６周辺部分の温度分布が定常状態に達したと判定された後、被溶接部１０の亀裂６表面にスポット溶接部１２が形成される溶接工程に移行する。この場合には、画像処理装置３２に連結された検出装置２８が、集光レンズ２６を駆動する集光レンズ駆動機構３０に駆動指令を与えるために、検出装置２８に連結されたコントローラ２９に信号を出力する。検出装置２８が出力した信号を受けて、コントローラ２９は集光レンズ駆動機構３０に駆動指令を与える。次に、コントローラ２９から与えられた駆動指令により集光レンズ駆動機構３０が集光レンズ２６を駆動させる。
【０１２９】
このように、本実施の形態によれば、蒸発工程において、加熱されている被溶接部１０から発せられる光の発光領域を撮影した画像から、ある一定の発光強度以上の発光領域が有する面積を計測し、その面積が定常状態に達したと判定された後に集光レンズ２６を集光レンズ駆動機構３０により駆動させて、溶接工程に移行する。このため、蒸発工程から溶接工程への移行を、自動的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態における水中溶接方法を説明する図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における光センサを用いた水中溶接装置の全体構成を説明する図。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるスポット溶接部の形成方法を説明する図。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるスポット溶接部の積層方法を説明する図。
【図５】本発明の第２の実施の形態における水中溶接方法を説明する図。
【図６】本発明の第３の実施の形態における水中溶接方法を説明する図。
【図７】本発明の第４の実施の形態における水中溶接方法を説明する図。
【図８】本発明の第５の実施の形態における水中溶接方法を説明する図。
【図９】本発明の第６の実施の形態における蒸発工程と溶接工程の熱源の組合せを説明する図。
【図１０】本発明の第７の実施の形態におけるカメラユニットを用いた水中溶接装置の全体構成を説明する図。
【図１１】シールドカバーを用いた従来の水中溶接方法を説明する図。
【図１２】従来の水中溶接方法により発生する溶接欠陥を説明する図。
【符号の説明】
【０１３１】
１      レーザ
２      集光レンズ
３      溶接部
４      シールドカバー
５      シールドガス
６      亀裂
６ａ    亀裂内部の水
７      溶融金属
８      溶接欠陥
９      溶接ヘッド
１０    被溶接部
１１    溶加材供給部
１１ａ  溶加材
１２    スポット溶接部
１３    等温線
１４    高温ガス
１５ａ  ビーム径
１５ｂ  ビーム径
１６    連続波のレーザ
１７    パルスレーザ
１８    高周波加熱コイル
２２    レーザ発光部
２３    光ファイバー
２４    コリメートレンズ
２５    ダイクロイックミラー
２６    集光レンズ
２７    光センサ
２８    検出装置
２９    コントローラ
３０    集光レンズ駆動装置
３１    カメラユニット
３２    画像処理装置
３３    直線状スポット溶接部
３４    平面状スポット溶接部
３５    立体状スポット溶接部
【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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【図１２】
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