(57)【要約】【課題】レーザとアークの複合溶接において、溶接熱の影響が少なく、深い溶込みが得られる開先を低コストで精度よく加工することができる開先加工方法を提供するとともに、溶込み深さを増加させることができるレーザとアークの複合溶接方法を提供する。【解決手段】２つの被溶接材１、２の突合せ面３をほぼ接触状態に突き合わせ、その突合せ面３に所要形状の貫通溝を形成する開先加工方法であって、溶接手段２０（レーザヘッド２１、アーク溶接トーチ１２）の溶接進行方向前方に開先加工手段１０（ガウジングヘッド１１、熱切断ヘッド１２）を配置し、両手段１０、２０の間隔を保ちながら前記突合せ面３に沿って両手段を被溶接材に対して相対的に移動させ、前記開先加工手段１０による突合せ面３の開先加工と、前記溶接手段２０のレーザとアークによる複合溶接とを同時施工する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの被溶接材の突合せ面をほぼ接触状態に突き合わせ、その突合せ面に所要形状の貫通溝を形成する開先加工方法であって、
溶接手段の溶接進行方向前方に開先加工手段を配置し、
両手段の間隔を保ちながら前記突合せ面に沿って両手段を被溶接材に対して相対的に移動させ、
前記開先加工手段による前記突合せ面の開先加工と、前記溶接手段のレーザとアークによる複合溶接とを同時施工することを特徴とする開先加工方法。
【請求項２】
熱切断加工または機械加工により前記開先加工を行うことを特徴とする請求項１記載の開先加工方法。
【請求項３】
前記開先の貫通溝の幅がレーザ光のスポット径以上４ｍｍ以下となるように、前記突合せ面の加工を行うことを特徴とする請求項１または２記載の開先加工方法。
【請求項４】
前記開先加工手段による前記突合せ面の開先加工において、先行の開先加工手段により前記突合せ面の上端部に所要形状の溝部を形成する溝加工を行った直後に、後行の開先加工手段により前記貫通溝の加工を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の開先加工方法。
【請求項５】
プラズマもしくはレーザまたはガスを用いる熱切断加工により前記開先加工を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の開先加工方法。
【請求項６】
フライス加工または研削加工により前記開先加工を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の開先加工方法。
【請求項７】
切り込み深さが異なる複数のフライスカッターまたは砥石により多段のフライス加工または研削加工とすることを特徴とする請求項６記載の開先加工方法。
【請求項８】
２つの被溶接材の突合せ面をほぼ接触状態に突き合わせた開先をレーザとアークにより複合溶接するに際し、
溶接手段の溶接進行方向前方に開先加工手段を配置し、
両手段の間隔を保ちながら前記突合せ面に沿って両手段を被溶接材に対して相対的に移動させ、
前記開先加工手段による前記突合せ面の開先加工と、前記溶接手段のレーザとアークによる溶接する複合溶接とを同時施工することを特徴とするレーザとアークの複合溶接方法。
【請求項９】
前記開先加工により、前記貫通溝の幅がレーザ光のスポット径以上４ｍｍ以下となるようなキーホール形成用間隙を溶接位置の前方に形成しながら、アーク溶接により形成される溶融池上にレーザ光を照射してキーホールを形成し、アーク溶接による溶着金属をそのキーホールおよびキーホール形成用間隙内に流入させながら溶接することを特徴とする請求項８記載のレーザとアークの複合溶接方法。
【請求項１０】
レーザにＹＡＧレーザまたは炭酸ガスレーザを用いることを特徴とする請求項８または９記載のレーザとアークの複合溶接方法。
【請求項１１】
アークにガスメタルアークもしくはガスタングステンアークまたはプラズマアークを用いることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載のレーザとアークの複合溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザとアークの複合溶接方法に関し、特に長尺の厚板の突合せ溶接に好適な開先加工方法およびレーザとアークの複合溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザとアークを組み合わせた複合溶接方法は、一般的に溶接進行方向の先行をレーザ、後行をアークとして溶接するものであり、レーザの有する深溶込みの特性を活用し、より深い溶込みを得るようにする溶接方法である（例えば、特許文献１参照）。そのため通常は、アークによる溶融金属を生成する前に先立ってレーザ光を開先のルートギャップに照射し、そのルートフェイス面をレーザにより溶融させたのちに、アークによる溶融金属を流入させる方法がとられている。
このような、レーザとアークの複合溶接において、レーザ単独溶接よりもさらに深い溶込みを得るためには、開先の突合せ面に所定の間隙を有するルートギャップを形成することが有効である。そのため、前記特許文献１では、ルートギャップの間隙を被溶接材の板厚の１０％以上レーザ光のビーム径以下としている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２１６９７２号公報（特許請求の範囲、段落［００１２］−［００１５］、図１、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術では、あらかじめ間隙幅が狭いルートギャップを有する開先を機械加工により作製し、さらに前記ルートギャップ幅を溶接中も適正範囲内に保持する必要があるため、以下に示すような問題点があった。
（１）実施工では、特に被溶接材が重厚・長大物の場合には、溶接線が長いため、全線にわたってルートギャップを均一に保持することはきわめて困難である。そのため、溶接継手を拘束するなどの手段が必要となり、コストアップとなる。
（２）溶接継手の拘束が不十分な場合には、溶接熱変形によりルートギャップが減少し、所望の溶接品質が得られない場合がある。特に、ルートギャップが適正範囲よりも小さくなると、必要な溶込みが得られなくなる。
（３）機械加工による開先加工方法は、プラズマ切断やガス切断等の熱加工と比較して加工コストが高く、また溶接前工程も増加するため、コストアップとなる。
【０００５】
したがって、本発明は、レーザとアークの複合溶接において、溶接熱による収縮の影響が少なく、形状精度の良い開先を低コストで加工することができる開先加工方法を提供するとともに、溶込み深さを増加させることができるレーザとアークの複合溶接方法および開先加工方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る開先加工方法は、２つの被溶接材の突合せ面をほぼ接触状態に突き合わせ、その突合せ面に所要形状の貫通溝を形成する開先加工方法であって、
溶接手段の溶接進行方向前方に開先加工手段を配置し、
両手段の間隔を保ちながら前記突合せ面に沿って両手段を被溶接材に対して相対的に移動させ、
前記開先加工手段による前記突合せ面の開先加工と、前記溶接手段のレーザとアークによる複合溶接とを同時施工することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の開先加工方法は、突合せ継手をレーザとアークにより複合溶接するのに先行して、２つの被溶接材の突合せ面をほぼ接触状態に突き合わせた突合せ面に所要形状の貫通溝を順次連続的に形成していくものである。そのために、溶接手段の溶接進行方向前方に開先加工手段が配置されており、両手段の間隔を保ちながら前記突合せ面に沿って両手段を被溶接材に対して相対的に移動させる。なお、被溶接材が固定の場合は両手段の間隔を保ちながら同期して移動させ、両手段が固定の場合は被溶接材を移動させる。これによって、開先加工手段による突合せ面の開先加工と、溶接手段によるレーザとアークの複合溶接とが同時施工される。したがって、ほぼ接触状態に突き合わされた突合せ面にキーホール形成用間隙となる貫通溝が溶接と同時に、かつ溶接箇所の直近で形成されるため、溶接熱の影響による間隙幅の変動が極めて少ない。また、重厚・長大な被溶接材の場合でも溶接継手を拘束する必要がないので、溶接コストの大幅な低減を図ることができる。さらに、溶接点近傍における開先形状精度が良いため、複合溶接の品質が向上するとともに、溶込み深さを増加させることが可能となる。
【０００８】
また、本発明の開先加工方法においては、熱切断加工または機械加工により前記開先加工を行う。熱切断加工はプラズマ切断等による貫通溝加工である。
また、本発明の開先加工方法は、溶接と同時施工が可能であれば、機械加工でも可能である。
【０００９】
また、前記開先の貫通溝の幅がレーザ光のスポット径以上４ｍｍ以下となるように、前記突合せ面の加工を行うことが好ましい。
開先の貫通溝の幅は特に限定するものではないが、レーザ光のスポット径以上４ｍｍ以下の間隙幅を有する貫通溝であれば、後述するようにレーザとアークによる複合溶接において、溶込み深さの増加を図ることができる。
したがって、特に長尺の厚板の突合せ溶接に好適なものとなる。
【００１０】
レーザとアークによる複合溶接における開先形状は、Ｉ形、Ｕ形、Ｙ形等自由に選べるが、Ｕ形やＹ形開先を用いる場合には、被溶接材の端面を機械加工後にほぼ接触状態に突き合わせ、前記開先加工手段により突合せ面に所要形状の貫通溝を形成する方法が一般的であるが、被溶接材の突き合わせ後、上記貫通溝の加工の前段階で、先行する開先加工手段によりＵ形やＹ形等の溝加工を行い、その直後に後行の開先加工手段により前記貫通溝の加工を行うことで、上記機械加工工程を省略しても良い。
【００１１】
前記熱切断加工は、プラズマもしくはレーザまたはガスを用いて行うのがよく、前記機械加工は、フライス加工または研削加工により行うのがよい。
また、機械加工の場合は、切り込み深さが異なる複数のフライスカッターまたは砥石により多段のフライス加工または研削加工とすることが好ましい。
【００１２】
本発明に係るレーザとアークの複合溶接方法は、２つの被溶接材の突合せ面をほぼ接触状態に突き合わせ、その突合せ面に形成された所要形状の貫通溝をレーザとアークにより複合溶接するに際し、
溶接手段の溶接進行方向前方に開先加工手段を配置し、
両手段の間隔を保ちながら前記突合せ面に沿って両手段を被溶接材に対して相対的に移動させ、
前記開先加工手段による前記突合せ面の開先加工と、前記溶接手段のレーザとアークによる複合溶接とを同時施工することを特徴とする。
【００１３】
本発明のレーザとアークの複合溶接方法は、２つの被溶接材の突合せ面をほぼ接触状態に突き合わせた突合せ面に所要形状の貫通溝を溶接の直前で加工しながら、その開先をレーザとアークにより複合溶接していくものである。すなわち、開先加工手段による突合せ面の開先加工と、溶接手段のレーザとアークによる複合溶接とを同時施工することに特徴がある。
前述のように、キーホール形成用間隙となる貫通溝の精度が良好なため、複合溶接の品質が向上するとともに、深い溶込みが得られる。
【００１４】
また、本発明のレーザとアークの複合溶接方法は、前記開先加工により、貫通溝の幅がレーザ光のスポット径以上４ｍｍ以下となるようなキーホール形成用間隙を形成しながら、アーク溶接により形成される溶融池上にレーザ光を照射してキーホールを形成し、アーク溶接による溶着金属をそのキーホール及びキーホール形成用間隙内に流入させながら溶接する。
【００１５】
本発明においては、ルートギャップ、すなわち開先突合せ面の貫通溝の幅がレーザ光のスポット径以上であっても、レーザ光はルートギャップを通過せずに、アーク溶接により形成される溶融池上に照射されキーホールを形成する。そして、ルートギャップが従来技術よりも大きいため、キーホールの溶込み深さが増加し、その結果、従来技術よりも溶込み深さの大きいキーホールを容易に形成することができる。
よって、本発明では低出力のレーザでも深い溶込みが得られる。溶込み深さは図８のＰであらわされる。
なお、キーホール形成用間隙の上限値４ｍｍは、これ以上間隙幅が大きくなると溶け落ちが生じるからである。
【００１６】
また、本発明で使用するレーザはＹＡＧレーザまたは炭酸ガスレーザであり、アークはガスメタルアークもしくはガスタングステンアークまたはプラズマアークを用いることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
【００１８】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による開先加工方法およびレーザとアークの複合溶接方法の概要を示す側面図、図２は図１の開先加工部および溶接部の上面図、図３は図２のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線の拡大断面図、図４は複合溶接方法の作用を示す模式図である。
これらの図において、２つの被溶接材１、２は、溶接前にあっては、互いに平坦な端面同士をほぼ接触させた状態に突き合わせて配置されている。突合せ面３は、基本的にギャップ０で突き合わされている。したがって、開先形状としては、ギャップ０または微小なギャップをもつＩ形開先となっている。
【００１９】
図１において、溶接進行方向を矢印の方向（開先加工方向も同じ方向）とすると、溶接進行方向の前方に開先加工手段１０を、溶接進行方向の後方に溶接手段２０を配置し、両手段１０、２０を突合せ面３に沿って一定間隔で移動させる構成となっている。
開先加工手段１０は、この例では熱切断加工によるものであり、溶接進行方向の前方から順に、ガウジングヘッド１１および熱切断ヘッド１２が配置されている。
溶接手段２０は、レーザヘッド２１およびアーク溶接トーチ２２から構成されている。これらのガウジングヘッド１１と熱切断ヘッド１２、並びにレーザヘッド２１とアーク溶接トーチ２２は、それぞれ一体的に構成してもよいし、独立に走行駆動するように構成してもよい。但し、独立の走行駆動の場合であっても、開先加工手段１０と溶接手段２０は所定の距離を保ちながら同期走行するようにすることが好ましい。
また、各手段１０、２０は、基本的には走行台車方式で一方もしくは両方の母材（被溶接材）上をガイドレール等に沿って走行するように構成される。なお、各手段１０、２０を固定式に、被溶接材の方を移動式に構成してもよい。例えば、パイプ材の場合にはこの方式が好ましい。被溶接材を移動させる場合は、各手段１０、２０は図１の配置で、母材の移動方向を図１において左から右の方向とすればよい。
【００２０】
本実施形態では、レーザとアークの複合溶接に先立って、溶接点の前方において、被溶接材１、２の突合せ面３に、ガウジングヘッド１１および熱切断ヘッド１２からなる開先加工手段１０により、所要形状の開先５を順次連続的に形成していくものである。
【００２１】
すなわち、まず最初に、被溶接材１、２をほぼ接触状態に突き合わせ、その突合せ面３に沿ってガウジングヘッド１１を移動させる。ガウジングヘッド１１は、例えばプラズマガウジングにより突合せ面３の上端部にＶ形やＵ形、円弧状等の任意の断面形状を有する溝部４を形成するものである。これにより、突合せ面３にはＶ形やＵ形、円弧状等の溝部４をもつＹ形開先５ａ（以下、溝部４がＵ形や円弧状になっているものも含めて「Ｙ形開先」と呼ぶ）が形成される。ただし、この段階では、Ｙ形開先５ａはルートギャップがほぼ０の開先形状をしている。
【００２２】
ついで、熱切断ヘッド１２をこのＹ形開先５ａに沿って移動させると、熱切断ヘッド１２の先端部から発生する、例えばプラズマアークにより、被溶接材１、２の突合せ面３間に貫通溝である所定のルートギャップ６を有するＹ形開先５が形成されていく。熱切断ヘッド１２にはプラズマやレーザ、あるいはガスが用いられる。特にプラズマやレーザは、エネルギー密度が高く、熱影響範囲が狭いうえに、切断面が良好で、しかも高速の切断を実施できるので、本発明の開先加工方法に適している。
なお、上記溝部４は、あらかじめ機械加工により傾斜部等を各被溶接材１、２の端面上部に形成してもよい。
【００２３】
このようにして、レーザとアークの複合溶接に先行して、被溶接材１、２の溶接部前方の突合せ面３に、所要のルートギャップ６をもつＹ形開先５を１パスで形成していく。
そして、上記Ｙ形開先５を形成しながら、溶接手段２０によりレーザとアークの複合溶接を行う。つまり、開先加工と複合溶接とを同時施工するものである。
したがって、重厚・長尺な部材でも機械加工方式と比較的して、前工程が省略でき、しかもはるかに容易に所要のルートギャップ６を有する開先５を加工することができ、さらに複合溶接部の前方において開先５を順次連続的に形成していくものであるため、そのルートギャップ６の間隙幅が熱切断および溶接の熱変形により変動することが少ない。そのため、溶接継手の拘束が無くても所要のルートギャップ６を均一に保持することが可能となり、溶接コストの大幅な低減が可能である。また、溶接点近傍における開先形状の精度が良好なため、溶込み深さの増加と溶接品質の向上を図ることができる。
【００２４】
レーザとアークの複合溶接は、上記開先５を形成した直後に、レーザヘッド２１とアーク溶接トーチ２２からなる溶接手段２０により同時に行われる。
すなわち、まず、アーク溶接トーチ２２の溶接ワイヤ２３の先端部からアーク２４を発生させてアーク溶接を行う。ついで、アーク溶接により形成される溶融池２５上にレーザヘッド２１からの収束されたレーザ光２６を照射し、レーザ光２６によりキーホール２７を溶融池２５に形成しながら溶接する。なお、２８は溶接ビードである。
【００２５】
レーザヘッド２１は溶接線に対し垂直に設置され、アーク溶接トーチ２２は溶接線に垂直な垂直線とのトーチ角度θが３０゜程度の前進角で傾けて設置されている。また、レーザにはＹＡＧレーザを使用しているが、特にこれに限定されるものではなく、炭酸ガスレーザでもよい。
また、アーク溶接トーチ２２は消耗電極式（ガスメタルアーク）、非消耗電極式（ガスタングステンアーク）、あるいはプラズマ式のものが用いられる。一般的にはガスメタルアークが好ましい。ガスタングステンアークの場合はフィラーワイヤを添加しながら行う。
また、レーザ光２６の照射位置とアーク２４の狙い位置との距離ＬＡは、０〜２ｍｍの範囲が適当である。
【００２６】
このレーザヘッド２１は、光ファイバや光学系等を介して導かれるレーザ光を集光レンズ２９で収束し、いわゆるビーム・ウェスト（ｂｅａｍ  ｗａｉｓｔ）と呼ばれるスポット光の焦点部を所定位置（Ｙ形開先５のルート部）に照射するようになっている。また必要に応じて、アシストガス（例えば、アルゴンガスや炭酸ガス）を噴射するノズル（図示せず）がレーザヘッド２１と同軸状に、もしくはその近傍に別体で設けられる。
【００２７】
アーク溶接トーチ２２は、自動的に送給される溶接ワイヤ２３の先端部からアーク２４を発生させ、このアーク２４の熱によって主に溶接ワイヤ２３を溶融させ、溶融池２５を生成する。また、アーク溶接の際、シールドガス（例えば、Ａｒ等の不活性ガス、ＣＯ２等の活性ガス、あるいはＡｒとＣＯ２の混合ガス）をアーク溶接トーチ２２を通じて噴出させている。
また、レーザヘッド２１と熱切断ヘッド１２間の距離Ｌ１は、切断および溶接の熱変形により溶接部のルートギャップ６が大きく変動しない範囲に設定する。この距離Ｌ１は、被溶接材の長さ、厚さ、使用する熱切断ヘッド１２およびレーザヘッド等の溶接ヘッドのパワー等によって異なる。
【００２８】
図５は本発明の開先加工方法によってつくられる開先形状の例を示す断面図である。
（１）Ｉ形開先（図５（ａ）参照）
ガウジングの使用は任意であり、ガウジングを使用しない場合はＩ形開先となる。このＩ形開先について熱切断加工により加工されるルートギャップ６のギャップ幅ＲＧは、特に限定されるものではないが、ギャップ幅ＲＧがレーザ光のスポット径以上、４ｍｍ以下となるように加工することが好ましい。このように、ギャップ幅ＲＧがレーザ光のスポット径以上となるルートギャップ６を、本発明では特に「キーホール形成用間隙」と呼んでいる。
ルートギャップ６のギャップ幅ＲＧはレーザ光のスポット径以上、４ｍｍ以下となるような開先であれば、後述するように深い溶込みが得られるので、特に１０ｍｍ以上の厚板の突合せ溶接に適している。
【００２９】
（２）Ｙ形開先（図５（ｂ−１）〜（ｂ−３）参照）
ガウジングを使用することにより、図示のような溝形状をもつＹ形開先を形成することができる。このＹ形開先のルートギャップ（キーホール形成用間隙）６のギャップ幅ＲＧも、上記と同様の範囲が好ましい。
なお、溝部（開先開口部）４の開先角度αあるいは溝幅Ｇｂ、深さＤｇ、ルートフェイス部の厚さＲＦ等の開先寸法の最適値は、被溶接材の板厚Ｔ、加工条件、溶接条件等に応じて決められる。
【００３０】
以上のいずれかの形状の開先５を被溶接材１、２の突合せ面３に形成しながら、レーザとアークの複合溶接を行う。この複合溶接方法を図１〜図４に基づいて説明する。
まず、アーク溶接トーチ２２の溶接ワイヤ２３の先端部からアーク２４を発生させ、開先５内に溶融池２５を形成する。溶融池２５が形成されたのち、アーク２４の近傍において溶融池２５の上方からレーザヘッド２１にて収束されたレーザ光２６を溶接線に垂直に照射する。レーザ光２６は（幾何学上の）焦点位置が開先５のルート部に位置するように照射する。また、レーザとアーク間距離ＬＡは０〜２ｍｍの範囲内に設定する。開先５は、先行する熱切断加工により、ルートギャップ６のギャップ幅ＲＧがレーザ光のスポット径以上となるように、つまりキーホール形成用間隙ＲＧとなるように溶接部前方の突合せ面３に形成されていくので、溶接熱および切断熱によるギャップ幅ＲＧの変動がほとんどなく所定のギャップ幅に保持される。それと同時に、レーザ光を溶融池２５上から照射することにより、レーザ光によるキーホール２７が溶融池２５を通して形成され、開先５内の深部（被溶接材板厚方向の深部）にまで深いキーホール２７を容易に形成することができる。そのため、溶着金属はこの深いキーホール２７内に流入する。したがって、比較的低出力のレーザでも深いキーホールを形成することが可能なので、このようにキーホール２７を形成しながら溶着金属をキーホール２７およびキーホール形成用間隙内に流入させることにより、溶込み深さの深い突合せ溶接が可能となる。
【００３１】
【実施例】
本発明の実施例を図６により説明する。図６の（ａ）は通常のビードオン複合溶接の場合、（ｂ）はＹ形開先に対する複合溶接の場合で、それぞれキーホール形成用間隙なしとありの場合を示している。実験に供した試験片、レーザ、アーク等の仕様、試験条件は次のとおりである。
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【００３２】
また、Ｙ形開先の複合溶接におけるルートギャップのギャップ幅と溶込み深さとの関係の一例（試験結果）を図７に示す。図８は溶込み深さの定義を示す図である。溶込み深さＰは、溝部（開先開口部）４の底部における突合せ面の上端７から開先溶融部の最下端までの距離である。
【００３３】
まず、平板の試験片に対するビードオン複合溶接を行った場合、溶込み深さＰはレーザ単独溶接の場合と同等（減る場合もある）である。すなわち、この場合の溶込み深さは５ｍｍ程度である。
一方、Ｙ形開先の場合、キーホール形成用間隙なし（ギャップ零）のときには、溶込み深さはビードオンのギャップ零のときとほとんど変わらないが、キーホール形成用間隙を設けると、図８に示すように、溶込み深さが大幅に増加する。例えば、ギャップ幅がスポット径以上の１．０ｍｍのときは、溶込み深さは１０ｍｍにもなる。ギャップ幅がスポット径と同等の０．５ｍｍのときは、溶込み深さは７．０ｍｍ程度である。また、この実験の場合は、溶込み深さの極大値はギャップ幅が４ｍｍのときにみられ、４ｍｍを超えると、溶込み深さが急激に減少する傾向を示す。また、溶込み深さはレーザとアーク間距離ＬＡにより影響を受けるが、ＬＡ＝０〜２ｍｍの範囲では、ギャップ幅の上限値は４ｍｍが適当である。その理由は、これ以上ギャップ幅が大きくなると、前述のように溶け落ちが生じるからである。
【００３４】
実施の形態２．
図９は本発明の実施の形態２を示すものである。また、図１０は図９のＥ−Ｅ線、Ｆ−Ｆ線、Ｇ−Ｇ線の拡大断面図である。
前述の実施形態１では開先加工を熱切断加工によるものとしたが、本実施形態は機械加工により開先を加工する方法である。複合溶接方法は実施形態１と同じであるので、説明は省略する。
【００３５】
本実施形態の開先加工手段３０は、フライスカッター３１、３２、３３を用いて構成されている。つまり、Ｙ形開先５をフライス加工にて１パスで形成するものである。
先頭のフライスカッター３１は、図１０（ａ）に示すように、被溶接材１、２の突合せ面３の上端部にＶ形等任意断面形状の溝部４を切削加工するものである。そのため、このフライスカッター３１は総形カッターとなっている。
２番目および３番目のフライスカッター３２、３３は、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、所要のルートギャップ６の溝を掘り下げていくものであり、最終的には、突合せ面３の厚みを貫通して、ギャップ幅がレーザ光のスポット径以上で４ｍｍ以下となるようなルートギャップ６（すなわち、キーホール形成用間隙ＲＧ）を形成することにしている。ただし、１パスで厚板の突合せ面３を切削加工する必要があるため、２枚以上複数のフライスカッター３２、３３を用い、切り込み深さを変えて多段切削加工としてある。もちろん、薄板の場合には１枚のフライスカッターでも１パスで加工可能であり、そのような場合を排除するものではない。
また、上記溝部４の溝加工も場合によっては、複数の総形フライスカッターにより多段切削加工とする必要がある。
さらに、切り粉を排除するために、エアーあるいは水、加工液等を噴出する複数のノズル３４が配設されている。また、フライスカッター３１、３２、３３の回転方向や配置間隔ａ、ｂ、Ｌ２についても切り粉が溶接部や隣接のフライスカッターに巻き込まれないように配慮する必要がある。なお、レーザヘッド２１と最後尾のフライスカッター３３間の距離Ｌ２は、必ずしも実施形態１で示したレーザヘッド２１と熱切断ヘッド１２間の距離Ｌ１と等しくする必要はない。
【００３６】
この開先加工手段３０は溶接手段２０と同期して走行し、フライス加工による開先加工と前記複合溶接が同時進行で実施されるものである。したがって、機械加工による開先加工であっても、溶接部の前方において突合せ面３に順次開先５を連続的に形成していくものであるので、溶接熱の影響を受けることが少なくルートギャップ６を所定のギャップ幅に精度よく保持することができる。その結果、複合溶接による溶接品質も向上する。
【００３７】
なお、上記実施形態２において、フライスカッター３１〜３３の代わりに回転砥石を用いれば、研削加工によって開先を加工することができる。
【００３８】
本発明は、前述のように開先加工と複合溶接とを同時進行的に行うものであるので、更なる溶込み深さの増大化が可能であり、そのため、長大な厚板の突合せ溶接、特に溶接鋼管や造船、一般構造物等の突合せ溶接に好適なものである。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の開先加工方法によれば、突合せ継手のレーザとアークの複合溶接に先行して、被溶接材の突合せ面に所要形状の貫通溝を順次連続的に形成していくものである。したがって、ほぼ接触状態に突き合わされた突合せ面にキーホール形成用間隙となる貫通溝が溶接と同時に、かつ溶接箇所の直近で形成されるため、溶接熱の影響による間隙幅の変動が極めて少なく、重厚・長大な被溶接材の場合でも溶接継手を拘束する必要がない。さらに、溶接点近傍における開先形状精度が良いため、複合溶接の品質が向上するとともに、溶込み深さを増加させることが可能となる。
上述の利点により、レーザとアークの複合溶接における溶込み深さの増加に有効なキーホール形成用間隙の開先加工を従来の機械加工により行う方式と比較して、開先加工のコストを大幅に低減できるとともに、溶接前の開先加工工程や溶接継手の拘束作業が不要であるため、施工コストを大幅に低減でき、さらにキーホール形成用間隙の精度が向上するため、溶接品質が安定化するなどの効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による開先加工方法およびレーザとアークの複合溶接方法の概要を示す側面図である。
【図２】図１の開先加工部および溶接部の上面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線の拡大断面図である。
【図４】本発明の複合溶接方法の作用を示す模式図である。
【図５】本発明の開先加工により形成される開先形状の例を示す断面図である。
【図６】実施例における、通常のビードオン複合溶接の場合とＹ形開先に対する複合溶接の場合を示す図である。
【図７】Ｙ形開先の複合溶接におけるルートギャップのギャップ幅と溶込み深さとの関係（試験結果）を示す図である。
【図８】溶込み深さの定義を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２による開先加工方法およびレーザとアークの複合溶接方法の概要を示す側面図である。
【図１０】図９のＥ−Ｅ線、Ｆ−Ｆ線、Ｇ−Ｇ線の拡大断面図である。
【符号の説明】
１、２  被溶接材
３  突合せ面
４  溝部
５  開先
６  ルートギャップ
１０  開先加工手段
１１  ガウジングヘッド
１２  熱切断ヘッド
２０  溶接手段
２１  レーザヘッド
２２  アーク溶接トーチ
２３  溶接ワイヤ
２４  アーク
２５  溶融池
２６  レーザ光
２７  キーホール
２８  溶接ビード
２９  集光レンズ
３０  開先加工手段
３１、３２、３３  フライスカッター
３４  ノズル
【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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