(57)【要約】　　　（修正有）【課題】厚板の溶接において、雰囲気ガスの侵入を阻止し、溶接欠陥の発生を防止するレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】雰囲気ガスとの親和性の高い材料としてアルミニウム、シリコン、チタン又はその１つ以上をを含む合金或は混合物をのいずれか１つを選択し、溶射、粘着テープによる貼着或は、粉末の塗布等の手段により施工物の裏面に雰囲気ガスとの親和性の高い材料のコーティングを施すことを特徴とする。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ溶接において、施工物の裏面に雰囲気ガスとの親和性の高い材料のコーティングを施すことによって、溶融金属への雰囲気ガスの進入を阻止し、溶接欠陥の発生を防止するレーザ溶接方法。
【請求項２】
請求項１において、雰囲気ガスとの親和性の高い材料のコーティング材として、アルミニウム、シリコン、チタン又はその一つ以上を含む合金或いはそれらの混合物のいずれか一つを選択したものであることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項３】
請求項２において、施工物の裏面へのコーティングに、雰囲気ガスとの親和性の高い材料の溶射、粘着テープの貼着又は、粉末の塗布のいずれか一つの処理が選択されたものであることを特徴とするレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明はレーザ溶接方法に関し、さらに詳細には厚板溶接の場合でも溶接欠陥の発生を防止することのできるレーザ溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年レーザ発振器の大出力化に伴い、厚板溶接への期待が高まっている。しかし、板厚が厚くなるほどキーホール（レーザによって形成される溶融金属の穿孔部）が不安定となり、ポロシティーや凝固割れなどの欠陥が発生しやすくなる。特に板厚を貫通して溶接する場合には裏面から大気中のガス原子（主として窒素や酸素）が溶融金属中に吸収され、これが板の内部でガスとして再放出されるためにポロシティーとなる問題があった。又、ガスの侵入により溶融金属中に気泡が成形されると、凝固形状が乱れ、凝固割れが発生しやすくなる。
【０００３】
これを解決するための従来の手段として、１）裏面から不活性ガスを吹付けてガスシールドする、２）材料中に酸素や窒素との親和力の強い合金金属（たとえばＡｌ）を合金化し、溶融金属中に吸収されたガス原子と反応させて反応生成物を酸化物、窒化物等のスラグとして排出する技術があった。しかし、１）の手法はガスシールド用のノズルを施工物の下側に設置する必要があり、またシールドガスを巻き込むために溶接ビードが乱れて凝固割れが発生しやすくなり、また、２）の手法は材料の組成を変化させるので他の特性（耐食性、機械的特性等）に影響を与えるという問題があった。
【０００４】
【発明の解決しようとする課題】
本願発明者らは、微細粒高強度鋼の開発の中で、材料を活かした高品質高効率な溶接技術の開発は重要であり、大出力レーザを用いた厚板高品質溶接技術の開発の中で、ポロシティーや凝固割れなどの欠陥をいかに防止するかが重要なポイントであることから研究を重ね、簡便な方法で効果的に溶接欠陥を防止できることを見出したものである。
【０００５】
この出願のレーザ溶接方法によれば、施工物裏面に雰囲気ガスとの親和性の強い元素のコーティングを付与することによって、ガス原子の溶融金属への進入を阻止するために、シールドガスは不要であり、また施工対象材料の組成に何の変更を加える必要もないので、これらの問題を一気に解決できる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、レーザ溶接において、施工物の裏面に雰囲気ガスとの親和性の高い材料のコーティングを施し、溶融金属への雰囲気ガスの進入を阻止することによって溶接欠陥の発生を防止するレーザ溶接方法（請求項１）を提供する。
【０００７】
また、この出願の発明は、雰囲気ガスとの親和性の高い材料のコーティング材として、アルミニウム、シリコン、チタン又はその一つ以上を含む合金或いはそれらの混合物のいずれか一つを選択したり（請求項２）、施工物の裏面へのコーティング方法として、雰囲気ガスとの親和性の高い材料の溶射、粘着テープの貼着又は粉末の塗布のいずれか一つの処理が選択されたレーザ溶接方法（請求項３）をも提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この出願の発明によれば、レーザによる貫通溶接において、施工物の裏面に雰囲気ガスとの親和性の高い材料のコーティングを施すことによって、母材の溶融池（溶融金属）に雰囲気ガスが進入することを抑制（阻止）し、以って溶接部のポロシティー（溶接欠陥）が発生することを防止して欠陥のない健全な溶接部を得ることを目的とするレーザ溶接方法を提供し、大出力レーザによる厚肉鋼板の溶接などに有効である。
【０００９】
雰囲気ガスと施工物の裏面に施すコーティング材の関係については、大気中の場合には、窒素と酸素が鋼中に吸収されやすいガス成分であり、これらと親和力の高いアルミニウムが選択され、その他にシリコン、チタン等の単体や、その一つ以上を含む合金或いはそれらの混合物が、親和力の高い元素を十分な濃度で含有する材料として選択される。
【００１０】
また炭酸ガス雰囲気の場合にも、同様にアルミニウム、シリコン、チタン又はその一つ以上を含む合金或いはそれらの混合物が選択される。
さらに、この出願の発明によれば、施工物の裏面への雰囲気ガスとの親和性の高い材料のコーティング形態として、雰囲気ガスとの親和性の高い材料、例えばアルミニウムを溶射によりコーティングしたり、アルミニウム粘着テープを貼着したり、アルミニウム粉末を塗布することにより得ることができるレーザ溶接方法をも提供する。
【００１１】
なお、アルミニウム粉末を塗布するに際しては、有機溶媒や水等の溶媒のバインダーとアルミニウム粉末を混合して塗料のようにして使い勝手のよい塗布液を得て処理することができる。
【００１２】
以上の方法、処理は、シリコン、チタン等の単体を選択した場合や、親和力の高い元素を十分な濃度で含有する材料としてアルミニウム、シリコン、チタンからその一つ以上を含む合金或いはそれらの混合物を選択した場合でも同様に適用可能である。
【００１３】
以下、実施例によって、さらに詳細に説明する。
【００１４】
【実施例】
図２は、レーザ貫通溶接時に試験片（９）側面からＸ線を照射し、イメージインテンシファイア（７）に映った映像を高速度カメラ（８）で撮影し溶接部の観察を行うマイクロフォーカスＸ線透視装置（１）の概要図を示している。
【００１５】
マイクロフォーカスＸ線透視装置（１）は、Ｘ線透視する試験片（９）をセットする移動テーブル（２）と、レーザ装置（Ｌ）からのレーザビーム（ＬＢ）を試験片（９）の上面に集光して照射するための反射鏡（４）及び集光放物面鏡（５）と、試験片（９）に側面から照射するマイクロフォーカスＸ線管球（６）を備え、また、Ｘ線管球（６）から試験片（９）を照射して得られた画像を映し出すイメージインテンシファイア（７）と、イメージインテンシファイア（７）の映像を撮像する高速度カメラ（８）を備える。
【００１６】
この発明の実施例においては、２０ｋＷレーザ装置（Ｌ）により、板厚１５ｍｍの一般溶接構造用鋼ＳＭ４９０Ａ試験片（９）の貫通溶接を行い、同時に図１に示すマイクロフォーカスＸ線透視装置（１）を用いて、貫通溶接時の溶接部の観察を行った。観察は試験片（９）の側面から、レーザビーム軸及び溶接線と直角方向からＸ線を照射しイメージインテンシファイア（７）に映った映像を高速度カメラ（８）で毎秒１０００コマで撮影した。
【００１７】
試験片（９）は温度上昇をできる限り抑え、且つ溶接部が観察しやすいように上部５ｍｍは１２ｍｍ厚、下部１０ｍｍは８ｍｍ厚の形状のものを用いた。試験片（９）は裏面（９ｂ）に何も処理していないもの、裏面（９ｂ）にプラズマ溶射によって５０及び１００ミクロンのアルミニウム皮膜を形成したものおよびアルミニウム粘着テープ（厚さ０．１ｍｍ）を貼ったものを用意した。
【００１８】
図１は、レーザ貫通溶接時の溶接部について、ａ）裏面（９ｂ）処理なしのもの、ｂ）裏面（９ｂ）にアルミニウム溶射（５０ミクロン）したもの、ｃ）裏面（９ｂ）にアルミニウム粘着テープ貼着したもの試験片（９）のそれぞれについて、マイクロフォーカスＸ線透視装置（１）により撮影した各溶接部の映像である。なお、溶接条件は、レーザ出力２０ｋＷ、溶接速度１００ｃｍ／ｍｉｎ、ジャストフォーカス（試験片（９）表面（９ａ）でレーザビーム（ＬＢ）が集光）、表面（９ａ）を５０Ｌ／ｍｉｎでＨｅガスシールド、バックシールドガスなしである。
【００１９】
図１の観察結果によれば、（ａ）は裏面（９ｂ）に何も処理していない試験片の観察結果であるが、裏面（９ｂ）のキーホール（ＫＨ）後方２〜３ミリメートルの溶融池付近から大量のバブルが発生していることが観察される。溶融池が凝固するまでバブルが放出されずに残留すると、ポロシティー（Ｐ）が形成される。
これに対して（ｂ）の裏面（９ｂ）にアルミニウムを溶射したものと（ｃ）の裏面（９ｂ）にアルミニウム粘着テープを貼ったものは、アルミニウムとガスの反応により裏面（９ｂ）からポロシティー（Ｐ）の発生を完全に防止できていることを示している。
【００２０】
このように、この実施例によれば、レーザによる貫通溶接において、施工物の裏面に雰囲気ガスとの親和性の高い材料のアルミニウムをコーティングすることによって、溶接部のポロシティー（Ｐ）の発生が完全に防止され、この場合、母材は溶融金属に雰囲気ガスの進入が抑制することを裏付けるものであった。
【００２１】
【発明の効果】
以上この出願の発明によれば、大出力レーザによって厚板の溶接が容易にでき、欠陥のない接合部が得られるために橋梁、建築、造船等の厚板溶接を用いる分野へのレーザ溶接の適用を飛躍的に広げることが可能となる。
【００２２】
レーザによる貫通溶接において、雰囲気ガスとの親和力の高い元素を十分な濃度で含有する材料を含めて施工物の裏面に雰囲気ガスとの親和性の高い材料のコーティングを施すという極めて簡便な手法によって、大きな効果が得られるので経済的効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ貫通溶接時の溶接部について、マイクロフォーカスＸ線透視装置により撮影した各溶接部の溶接形態別の観察結果を示す図であり、（ａ）は裏面に何も処理していない試験片、（ｂ）は裏面にアルミニウムを溶射した試験片、（ｃ）は裏面にアルミニウム粘着テープを貼った試験片の場合の観察結果である。
【図２】マイクロフォーカスＸ線透視装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
１　　マイクロフォーカスＸ線透視装置
２　　移動テーブル
３　　レーザビーム
４　　反射鏡
５　　集光放物面鏡
６　　マイクロフォーカスＸ線管球
７　　イメージインテンシファイア
８　　映像撮影用高速度カメラ
９　　試験片
９ａ　　表面
９ｂ　　裏面
Ｌ　　　　レーザ装置
ＫＨ　キーホール
Ｐ　　　　ポロシティー
【図１】
2004025278.tif 000002
【図２】
2004025278.tif 000003