(57)【要約】【課題】クラックの生じやすいモリブデン材等の被溶接部材であっても、クラックを生じることなくレーザ溶接でき、更に溶接時間の長時間化を防止できるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供する。【解決手段】モリブデン材Ｍの溶接対象部位に溶接用レーザ光Ｌ１を照射する溶接用レーザ発振装置１と、溶接用レーザ光Ｌ１の照射領域に対してモリブデン材Ｍの溶接部位の溶接進行方向の後方側にて該溶接部位を除冷加熱する除冷加熱用レーザ発振装置２とを有し、該除冷加熱用レーザ発振装置２は、上記照射領域に重複して、溶接用レーザ光Ｌ２によってモリブデン材Ｍが加熱される温度よりも低い温度で、上記モリブデン材Ｍを除冷加熱することにより、溶接用レーザ光Ｌ１の照射後の溶接部位の冷却速度を低下せしめる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接部材同士の溶接対象部位を該溶接対象部位に沿って移動させながら溶接用レーザ光を該溶接対象部位に照射することにより、上記被溶接部材同士を溶接するレーザ溶接方法において、溶接用レーザ光の照射領域に対して溶接部位の溶接進行方向の後方側にて上記照射領域に近接若しくは重複して、溶接用レーザ光によって被溶接部材が加熱される温度よりも低い温度で、上記被溶接部材を除冷加熱することにより、溶接用レーザ光の照射後の溶接部位の冷却速度を低下させることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
除冷加熱はレーザ光により行うこととする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
被溶接部材の溶接対象部位への溶接用レーザ光の照射はスポットで時間的に断続に行われることとする請求項１又は請求項２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
除冷加熱は時間的に連続して行うこととする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
溶接用レーザ光は溶接部位の面に対して直角に照射され、除冷加熱のためのレーザ光は溶接用レーザ光の照射領域に対して溶接部位の溶接進行方向で後方側から上記溶接部位の面に対して傾斜角をもって照射されることとする請求項２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項６】
被溶接部材はモリブデン材若しくはタングステン材であることとする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法。
【請求項７】
被溶接部材における、溶接用レーザ光の照射領域と除冷加熱部位とへ、不活性ガスを連続的に供給することとする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法。
【請求項８】
被溶接部材同士の溶接対象部位に溶接用レーザ光を発する溶接用レーザ手段を有し、上記溶接対象部位に沿って上記溶接対象部位を移動させながら該溶接用レーザ手段からの溶接用レーザ光を上記溶接対象部位に照射することにより上記被溶接部材同士を溶接するレーザ溶接装置において、溶接用レーザ光の照射領域に対して溶接進行方向の後方側にて溶接部位を除冷加熱する除冷加熱手段を有し、該除冷加熱手段は、上記照射領域に近接若しくは重複して、溶接用レーザ光によって被溶接部材が加熱される温度よりも低い温度で、上記被溶接部材を除冷加熱することにより、溶接用レーザ光の照射後の溶接部位の冷却速度を低下せしめるようになっていることを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項９】
除冷加熱手段はレーザ光により除冷加熱を行う除冷加熱用レーザ手段であることとする請求項８に記載のレーザ溶接装置。
【請求項１０】
溶接用レーザ手段からの溶接用レーザ光はスポットで時間的に断続に行われることとする請求項８又は請求項９に記載のレーザ溶接装置。
【請求項１１】
除冷加熱手段の除冷加熱は時間的に連続して行われることとする請求項８乃至請求項１０のいずれか一項に記載のレーザ溶接装置。
【請求項１２】
溶接用レーザ手段の溶接用レーザ光は溶接部位の面に対して直角に照射され、除冷加熱用レーザ手段のレーザ光は溶接用レーザ光の照射領域に対して溶接部位の溶接進行方向で後方側から上記溶接部位の面に対して傾斜角をもって照射されることとする請求項９に記載のレーザ溶接装置。
【請求項１３】
被溶接部材はモリブデン材若しくはタングステン材であることとする請求項８乃至請求項１２のいずれか一項に記載のレーザ溶接装置。
【請求項１４】
被溶接部材における、溶接用レーザ光の照射領域と除冷加熱部位とへ、不活性ガスが連続的に供給されるようになっていることとする請求項９乃至請求項１５のいずれか一項に記載のレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被溶接部材同士の溶接対象部位を該溶接対象部位に沿って移動させながら溶接用レーザ光を該溶接対象部位に照射することにより、上記被溶接部材同士を溶接するレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
線状の溶接対象部位にて被溶接部材同士を溶接する方法としては、該溶接対象部位に沿って上記溶接対象部位を移動させながらレーザ光を上記溶接対象部位に照射することにより、上記被溶接部材同士を溶接するレーザ溶接が知られている。ここで、溶接対象部位とは、被溶接部材の溶接される対象となる部位であって溶接前の部位をいい、溶接部位とは、上記溶接対象部位を溶接してビード形成された部位であって溶接後の部位をいう。又、溶接進行方向とは、被溶接部材が溶接用レーザ光の照射を受けて該被溶接部材上に次々と新たな溶接部位が形成されて行く方向をいう。このレーザ溶接は、レーザ光を集光して高密度のエネルギを得て、小さい範囲にだけを狙って照射できることから、比較的小さい被溶接部材同士を溶接する場合等、溶接対象部位に対して照射されるレーザ光の位置や範囲に高い精度が要求される場合に多用されている。
【０００３】
従来のレーザ溶接にあっては、上記被溶接部材同士を突き合わせ等して線状に延びる上記溶接対象部位に沿って移動させながら、連続発振若しくはパルス発振する一つのレーザ装置からのレーザ光を上記溶接対象部位に集光して照射する。このとき、溶接対象部位は、レーザ光の照射を受けている部位が加熱されて溶融し、そして該部位がレーザ光の照射領域から外れると冷却されて凝固し、被溶接部材同士が溶接されることとなる。
【０００４】
しかしながら、レーザ溶接は、レーザ光のエネルギ密度が高いことから、他の溶接方法に比べて溶接対象部位の加熱時間が短く被溶接部材に対する加熱範囲が小さいので、被溶接部材にてレーザ光の照射領域から熱が半径方向にあまり広がらずに、レーザ光の照射を受けた部位のみが急激に加熱されて溶融した後にその隣接部位からの吸熱の影響を受けて急激に自然冷却されて凝固するため、溶接部位で熱収縮が急激に起こって応力が生じ、溶接後の溶接部位にクラックが発生しまうという問題があった。
【０００５】
かかる問題を解決する手段として、レーザ光の照射を受けた部位が冷却される際の冷却速度を低下させる方法が考えられる。かかる方法として、従来では、溶接用のレーザ光がパルス発振である場合には、一つのレーザ装置から溶接対象部位の同一位置に複数のパルスのレーザ光を各パルス間で休止時間を設けて順次照射することにより、レーザ光の照射を受けた部位が冷却される際の冷却速度を低下させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１３７９５５号公報（図１、図２、図３（ａ）〜（ｃ）、図４〜６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に係る従来の方法では、複数のパルスのレーザ光が一つのレーザ装置から発振されていることから、一つの照射領域に対し繰り返し照射されるレーザ光の各パルスの強度が同じに設定されている。この各パルスの強度は上記照射領域を溶融可能とする強度であるため、このパルスが休止時間の間隔をもって繰り返し上記照射領域に照射されることによって、レーザ光の照射領域は各パルス間の休止時間で一時的に冷却されるものの重畳的に高強度のレーザ光による加熱を受けることとなる。
【０００８】
したがって、上記照射領域からその隣接（非照射）部位への熱の伝達を考慮しても、上記照射領域と上記隣接部位との温度差は依然として大きくそして急激に変化するため、上記照射領域は、上記隣接部位の熱によって溶融温度以上から再結晶温度以下まで冷却されるが、それが徐々に行われず急激に自然冷却されて凝固する。つまり、上記照射領域の凝固時に急激な熱収縮を生じて溶接後の溶接部位のクラックが発生するおそれがある。
【０００９】
特に、モリブデン材やタングステン材等を被溶接部材として用いた場合、溶接後の溶接部位の熱収縮によりクラックが生じやすい。そのため、従来では、モリブデン材やタングステン材等にはレーザ溶接があまり用いられていなかった。したがって、モリブデン材から例えばパイプ状の部材を製造する場合には、板状のモリブデン材の両端部を突き合わせて円筒状としこの突合せ部位を溶接対象部位として溶接してパイプ状の部材とすることは行われず、丸棒状のモリブデン材の内径及び外径を切削又は研磨等して作成していたため、歩留まりが悪く、コストが高いものとなっていた。
【００１０】
また、かかる従来の方法では、各パルス間について休止時間をとらなければならず、またレーザ光の一つの照射領域に対して複数のパルスを照射して溶接した後でなければレーザ光を次の照射領域に照射して溶接できないので、スポット一箇所あたりにかかる時間が長く、溶接時間が長くなってしまう。また、このようなレーザ光の照射をするためには、複数のパルスからなるレーザ光ごとの周期に同期して、被溶接部材を断続的に移動させる等の機構が必要となるため、装置が複雑となったり、コスト高となる。
【００１１】
そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、クラックの生じやすいモリブデン材等の被溶接部材であっても、クラックを生じることなくレーザ溶接でき、更に溶接時間の長時間化を防止できるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本出願によれば、上記目的を達成する方法の発明は、被溶接部材同士の溶接対象部位を該溶接対象部位に沿って移動させながら溶接用レーザ光を該溶接対象部位に照射することにより、上記被溶接部材同士を溶接するレーザ溶接方法において、溶接用レーザ光の照射領域に対して溶接部位の溶接進行方向の後方側にて上記照射領域に近接若しくは重複して、溶接用レーザ光によって被溶接部材が加熱される温度よりも低い温度で、上記被溶接部材を除冷加熱することにより、溶接用レーザ光の照射後の溶接部位の冷却速度を低下させることを特徴としている。ここで、除冷加熱とは、溶接後に溶接温度から大気によって急激に冷却されずに、徐々に降温するように溶接温度以下で加熱することをいう。
【００１３】
かかる方法の発明にあっては、溶接進行方向で溶接用レーザ光の照射領域に対して後方側にて上記照射領域に近接若しくは重複させて被溶接部材が除冷加熱されるので、溶接用レーザ光の照射を受けた部位は被溶接部材の移動に伴い溶接用レーザ光の照射領域を出た直後に除冷加熱される。すなわち、上記部位は、溶接後に急に大気に触れて急冷されるのではなく、溶接温度以下での加熱を受けながらゆっくりと温度低下して徐々に冷却される。その際、除冷加熱の温度は、溶接用レーザ光によって被溶接部材が加熱される温度よりも低くなっているので、溶接用レーザ光の照射を受け終えた溶接部位は、その隣接部位への熱の伝熱放散による低下温度が除冷加熱による上昇温度よりも大きく、溶接用レーザ光による加熱温度よりも低い温度で徐々に冷却される。したがって、溶接部位は、溶接用レーザ光の照射を受け終えた後に上記除冷加熱を受けながら冷却されることによって、被溶接部材の溶融温度から再結晶温度まで降下する間の冷却速度が低下するので、溶接部位の凝固時の熱収縮が緩和されて、溶接後の溶接部位のクラックの発生が防止される。更には、溶接用レーザ光による加熱と除冷加熱用レーザ光等による除冷加熱とを同時に行うことができるので、溶接時間の長時間化が防止される。
【００１４】
又、本出願によれば、上記目的を達成する装置の発明は、溶接部材同士の溶接対象部位に溶接用レーザ光を発する溶接用レーザ手段を有し、上記溶接対象部位に沿って上記溶接対象部位を移動させながら該溶接用レーザ手段からの溶接用レーザ光を上記溶接対象部位に発することにより上記被溶接部材同士を溶接するレーザ溶接装置において、溶接用レーザ光の照射領域に対して溶接部位の溶接進行方向の後方側にて上記溶接部位を除冷加熱する除冷加熱手段を有し、該除冷加熱手段は、上記照射領域に近接若しくは重複して、溶接用レーザ光によって被溶接部材が加熱される温度よりも低い温度で、上記被溶接部材を除冷加熱することにより、溶接用レーザ光の照射後の溶接部位の冷却速度を低下せしめるようになっていることを特徴としている。
【００１５】
かかる装置の発明にあっては、除冷加熱手段が溶接進行方向で溶接用レーザ光の照射領域に対して後方側にて上記照射領域に近接若しくは重複させて被溶接部材を除冷加熱するので、溶接用レーザ光の照射を受けた部位は被溶接部材の移動に伴い溶接用レーザ光の照射領域を出た直後に除冷加熱される。その際、除冷加熱手段による除冷加熱の温度は、溶接用レーザ光によって被溶接部材が加熱される温度よりも低く設定されているので、溶接用レーザ光の照射を受け終えた溶接部位は、その隣接部位への熱の伝熱放散による低下温度が除冷加熱による上昇温度よりも大きく、溶接用レーザ光による加熱温度よりも低い温度で徐々に冷却される。したがって、溶接部位は、溶接用レーザ光の照射を受け終えた後に上記除冷加熱を受けながら冷却されることによって、被溶接部材の溶融温度から再結晶温度まで降下する間の冷却速度が低下するので、溶接部位の凝固時の熱収縮が緩和されて、溶接後の溶接部位のクラックの発生が防止される。更には、溶接用レーザ光による加熱と除冷加熱用レーザ光等による除冷加熱とを同時に行うことができるので、溶接時間の長時間化が防止される。
【００１６】
本発明においては、除冷加熱手段はレーザ光により除冷加熱を行う除冷加熱用レーザ手段とすることができる。こうすることにより、除冷に必要な範囲だけを除冷加熱用レーザ手段からのレーザ光によって加熱できるので、無駄なエネルギを消費することなく効率的に除冷加熱を行える。
【００１７】
又、溶接用レーザ手段からの溶接用レーザ光がスポットで時間的に断続に行われる場合であっても、被溶接部材の移動を溶接用レーザ光の照射タイミングと同期させて断続して行うことなく連続して行うことができるので、装置が簡単、低コストとなる。
【００１８】
更に、除冷加熱手段の除冷加熱は時間的に連続して行われるようにすると、溶接用レーザ光による加熱との同期を図る必要がなく、除冷加熱が時間的に断続して行われる場合よりも装置が簡単、低コストとなる。
【００１９】
又、溶接用レーザ手段の溶接用レーザ光は溶接部位の面に対して直角に照射され、除冷加熱用レーザ手段のレーザ光は溶接用レーザ光の照射領域に対して溶接進行方向で後方側から上記溶接部位の面に対して傾斜角をもって照射されるようにすることができる。こうすることにより、除冷加熱用レーザ光の照射領域でのエネルギ密度を低下させ、除冷加熱用レーザ光による加熱温度を溶接用レーザ光による加熱温度よりも容易に低くすることができる。また、溶接用レーザ光の射出ヘッドと除冷加熱用レーザ光の射出ヘッドとを溶接進行方向に並べ一つの支持部材で支持して一体化して構成できるので、両射出ヘッドの光軸同士のなす角度が予め正確に設定されて両射出ヘッドが上記支持部材に取り付けられていれば、装置の組立て時に、一方の射出ヘッドの光軸を設定すれば他方の射出ヘッドの光軸も同時に設定でき、設定時の手間が省ける。
【００２０】
更に、本発明は溶接部位の溶融温度と再結晶温度との間の温度で該溶接部位の冷却速度を有効的に冷却速度を低下せしめることができるので、被溶接部材として、例えば、急激に冷却して再結晶化した場合には、組織が脆くなってクラックの生じやすいモリブデン材やタングステン材には特に有効である。
【００２１】
又、被溶接部材における、溶接用レーザ光の照射領域と除冷加熱部位とへ、不活性ガスが連続的に供給されるようになっていると、溶融された溶接部位が凝固する際に溶接部位が酸素と結合することがないので、溶接部位の酸化を防止でき、溶接後の溶接部位の強度低下を防止できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に関して、添付図面に基づき説明する。
【００２３】
本実施形態は、被溶接部材としての帯状のモリブデン材をその長手方向を軸線として円筒状に成形せしめ、その突合せ部を溶接対象部位として本発明による溶接方法で溶接してモリブデン管とするものであり、板状のモリブデン材からモリブデン管を製造することを可能とするものである。ここで、モリブデン材とは、純モリブデン、或いはモリブデンを主成分とする合金である。
【００２４】
図１（Ａ）は、本発明の実施の形態にかかる装置の概略構成を示す図であり、図１（Ｂ）は、かかる装置における被溶接部材の断面の変化を順次示す図である。
【００２５】
図１に示す本実施形態装置は、帯状のモリブデン材Ｍをその長手方向を軸線として円筒状に成形せしめた後に、その突合せ部を溶接対象部位として溶接するための溶接用レーザ装置１と、該溶接用レーザ装置１によって溶接された溶接部位を除冷加熱するための除冷加熱用レーザ装置２とを備えている。
【００２６】
本実施形態では、図示しない搬送手段によって帯状のモリブデン材Ｍが長手方向を移動方向Ｘとして移動されている。したがって、固定配置された上記溶接用レーザ装置１は相対的には、この移動方向Ｘに移動するモリブデン材Ｍに対し上記移動方向Ｘと逆方向に移動する。つまり、モリブデン材Ｍの溶接対象部位に沿って進行しながら上記溶接用レーザ装置１によって形成される溶接部位の溶接進行方向は上記移動方向Ｘと逆方向である。
【００２７】
このモリブデン材Ｍの移動方向Ｘで上記溶接用レーザ装置１に対して上流側（図１（Ａ）にて左側）には、言い換えすれば、溶接進行方向で上記溶接用レーザ装置１に対して前方側には、帯状のモリブデン材Ｍをその長手方向を軸線として円筒状に成形せしめる成形装置３が配設されている。また、モリブデン材Ｍの移動方向Ｘで上記除冷加熱用レーザ装置２によるモリブデン材Ｍの除冷加熱部位に対して下流側（図１（Ａ）にて右側）には、円筒状のモリブデン材Ｍの外周面との間に隙間を形成する管状をなし、この隙間を通じてモリブデン材Ｍの溶接部位へ該溶接部位の酸化防止のための不活性ガスたるアルゴンを供給するためのアルゴン供給管４が配設されている。
【００２８】
溶接用レーザ装置１には、該溶接用レーザ装置１で発振されたレーザ光を溶接用レーザ光Ｌ１として射出する溶接用レーザ光射出ヘッド６が光ファイバ５を介して接続されている。本実施形態では、溶接用レーザ装置１は、円筒状のモリブデン材Ｍの突合せ部を溶接可能な出力で、時間的に断続したパルスのレーザ光を発振する装置である。溶接用レーザ光射出ヘッド６は、円筒状のモリブデン材Ｍの溶接部位の面に対して直角に照射する姿勢に保たれるように支持部材９に支持されている。
【００２９】
除冷加熱用レーザ装置２には、該除冷加熱用レーザ装置２で発振されたレーザ光を除冷加熱用レーザ光Ｌ２として射出する除冷加熱用レーザ光射出ヘッド８が光ファイバ７を介して接続されている。本実施形態では、除冷加熱用レーザ装置２は、時間的に連続したレーザ光を発振する装置であって、溶接用レーザ装置１よりも低い出力となっている。除冷加熱用レーザ光射出ヘッド８は、除冷加熱用レーザ光Ｌ２をモリブデン材Ｍの移動方向Ｘでモリブデン材Ｍの溶接部位の面に対して傾斜角θをなし下流側（すなわち、溶接進行方向にあっては後方側）から照射する姿勢に保たれるように、支持部材９に溶接用レーザ光射出ヘッド６と共に支持されている。したがって、溶接部位に至近する部位に向けレーザ光を照射するにも拘らず、除冷加熱用レーザ光射出ヘッド８は溶接用レーザ射出ヘッド６と干渉することなく設置できる。
【００３０】
このように、本実施形態では、溶接用レーザ光射出ヘッド６と除冷加熱用レーザ光射出ヘッド８とをモリブデン材の搬送方向Ｘに並べ前後して一つの支持部材９で支持して一体化して構成している。したがって、溶接用レーザ光射出ヘッド６及び除冷加熱用レーザ光射出ヘッド８の両射出ヘッドの光軸同士のなす角度が予め正確に設定されて該両射出ヘッドが支持部材９に取り付けることによって、装置の組立て時に、一方の射出ヘッドの光軸を設定すれば他方の射出ヘッドの光軸も同時に設定でき、設定時の手間が省ける。
【００３１】
ここで、円筒状のモリブデン材Ｍに対する溶接用レーザ光Ｌ１の照射領域と除冷加熱用レーザ光Ｌ２の照射領域との関係について説明する。図２は、図１の装置における溶接用レーザ光Ｌ１の照射領域と除冷加熱用レーザ光Ｌ２の照射領域との位置関係を示す図である。
【００３２】
図２に示すように、除冷加熱用レーザ光Ｌ２の照射領域ＡＬ２が、モリブデン材Ｍの移動方向で溶接用レーザ光Ｌ１の照射領域ＡＬ１に一部重複している。なお、除冷加熱用レーザ光Ｌ２の照射領域ＡＬ２が、照射領域ＡＬ１に重複していなくても、モリブデン材Ｍの移動方向で溶接用レーザ光Ｌ１の照射領域ＡＬ１に対して下流側（すなわち、溶接進行方向にあっては後方側）で該照射領域ＡＬ１に近接していればよい。このような照射領域ＡＬ１と照射領域ＡＬ２との相対位置関係を維持したまま、溶接用レーザ光Ｌ１及び除冷加熱用レーザ光Ｌ２が円筒状のモリブデン材Ｍの突合せ部に沿って照射されることにより、該突合せ部の両側に一定の幅をもって延びる溶接部位ＭＸが形成され、モリブデン材Ｍがモリブデン管Ｍ１となる。
【００３３】
本実施形態の具体的数値例を示せば、溶接用レーザ光Ｌ１の直径は０．３ｍｍであり、除冷加熱用レーザ光Ｌ２の直径は０．６ｍｍである。溶接用レーザ光Ｌ１は溶接部位ＭＸの面に対し直角に照射され、除冷加熱用レーザ光Ｌ２は溶接部位ＭＸの面に対しモリブデン材Ｍの移動方向下流側（すなわち、溶接進行方向にあっては後方側）から約４５°の傾斜角（θ）をもって照射される。
【００３４】
かかる照射条件のもとで、溶接用レーザ光Ｌ１の照射領域ＡＬ１は直径０．３ｍｍ（＝ＸＬ１）の円をなし、除冷加熱用レーザ光Ｌ２の照射領域ＡＬ２はモリブデン材Ｍの移動方向Ｘに長径約０．９ｍｍ（＝ＸＬ２）、その直角方向に短径約０．６ｍｍの楕円をなしている。
【００３５】
このように、本実施形態では、除冷加熱用レーザ光Ｌ２の直径が溶接用レーザ光Ｌ１の直径よりも大きくなっている。したがって、溶接用レーザ装置１の発振出力と除冷加熱用レーザ装置２の発振出力とが同程度であっても、除冷加熱用レーザＬ２の光照射領域ＡＬ２では溶接用レーザ光Ｌ１の照射領域ＡＬ１よりも直径、すなわち面積が大きくなるのでエネルギ密度が低くなっている。加えて、除冷加熱用レーザ光Ｌ２が傾斜角をもって溶接部位ＭＸに照射されることにより、除冷加熱用レーザ光Ｌ２の照射領域ＡＬ２の面積がその分でも大きくなっているので、照射領域ＡＬ２でのエネルギ密度は更に低くなっている。このように除冷加熱用レーザ光Ｌ２が傾斜角をもって溶接部位ＭＸに照射されていれば、仮に、溶接用レーザ光Ｌ１の直径と除冷加熱用レーザ光Ｌ２の直径とが同じであっても、照射領域ＡＬ２でのエネルギ密度を照射領域ＡＬ１でのエネルギ密度よりも低くすることができる。
【００３６】
こうして、照射領域ＡＬ２は、除冷加熱用レーザ光Ｌ２の照射を受けて除冷加熱される。又、モリブデン管Ｍ１は、モリブデン材Ｍの移動に伴い、照射領域ＡＬ２の熱が図２に示すＢの領域（ＸＢ＝約３ｍｍ）へ放熱されて徐々に低下する。
【００３７】
なお、照射領域ＡＬ２の大きさ、除冷加熱用レーザ光Ｌ２のエネルギ密度等の条件は、被溶接部材の材質（例えば溶融温度、再結晶温度等）、溶接用レーザ光の強度等にあわせて設定する。また、照射領域ＡＬ２は、モリブデン材Ｍの移動方向Ｘに沿って複数隣接して位置していてもよい。その際、各領域での加熱温度は下流側（すなわち、溶接進行方向にあっては後方側）に向けて順次低くすると、溶接部位の冷却速度を溶融温度と再結晶温度との間で有効的に低下させることができる。
【００３８】
成形装置３は、図１（Ｂ）の▲１▼〜▲６▼に示すごとく帯状のモリブデン材Ｍをその長手方向を軸線として円筒状に徐々に幅方向に湾曲せしめて、帯状のモリブデン材Ｍの長手方向に延びる両側端面を突き合わせる複数の成形ロール対３Ａ〜３Ｅからなる。
【００３９】
アルゴン供給管４は、モリブデン材Ｍの移動方向Ｘで除冷加熱用レーザ光Ｌ２の照射領域に対して下流側（すなわち、溶接進行方向にあっては後方側）で、円筒状のモリブデン材Ｍを囲うように形成された筒状をなし、導入口４Ａからモリブデン材Ｍの溶接部位の酸化防止のための不活性ガスとしてアルゴンガスが導入されるようになっている。アルゴン供給管４内に導入されたアルゴンガスは、上記導入口４Ａによって上記搬送方向Ｘで上流方向に向けて注入されるため、上記搬送方向Ｘでアルゴン供給管４の上流側にて円筒状のモリブデン材Ｍの外周面とアルゴン注入部４の内周面との間の環状の隙間から、溶接用レーザ光Ｌ１の照射領域と除冷加熱用レーザ光Ｌ２の照射領域へ向けて供給される。なお、不活性ガスとしては、アルゴンの他、窒素ガス等の各種不活性ガスであってもよい。
【００４０】
次に、本実施形態にかかる装置の動作について説明する。
【００４１】
▲１▼  帯状のモリブデン材Ｍは、図１（Ａ）に示す成形装置３の成形ローラ対３Ａ〜３Ｅによって順次挟持搬送されることにより、図１（Ｂ）に示す▲１▼〜▲６▼のごとくモリブデン材Ｍの長手方向を軸線として徐々に円筒状に成形される。
【００４２】
▲２▼  成形装置３を通過した円筒状のモリブデン材Ｍの突合せ部に対し、溶接用レーザ光射出ヘッド６から射出された溶接用レーザ光Ｌ１が照射される。溶接用レーザ光Ｌ１の照射領域ＡＬ１は、溶接用レーザ光Ｌ１の照射を受けることによって溶融し、図１（Ｂ）に示す▲７▼のごとく上記突合せ部が溶接されてモリブデン管Ｍ１となる。
【００４３】
▲３▼  溶接用レーザ光Ｌ１の照射を受けた溶接部位は、モリブデン材Ｍの移動に伴い溶接用レーザ光Ｌ１の照射領域ＡＬ１を出た直後に、除冷加熱用レーザ光射出ヘッド８から射出された除冷加熱用レーザ光Ｌ２の照射を受けながら除冷加熱される。すなわち、上記溶接部位は、溶接後に急に大気に触れて急冷されるのではなく、溶接温度以下での加熱を受けながらゆっくりと温度低下して徐々に冷却される。
【００４４】
その際、溶接用レーザ光Ｌ１によってモリブデン材Ｍが加熱される温度よりも低い温度で加熱用レーザ光Ｌ２による除冷加熱がなされるように、除冷加熱用レーザ光Ｌ１の照射領域ＡＬ２におけるエネルギ密度が設定されている。こうすることによって、溶接用レーザ光Ｌ１の照射を受け終えた溶接部位は、その隣接部位への熱の伝熱放散による低下温度が除冷加熱による上昇温度よりも大きく、溶接用レーザ光Ｌ１による加熱温度よりも低い温度で徐々に冷却される。したがって、溶接用レーザ光Ｌ１の照射後の上記溶接部位は、上記除冷加熱を受けることによって、モリブデン材Ｍの溶融温度から再結晶温度まで降下する間の冷却速度を小さくするので、溶接部位の凝固時の熱収縮を緩和して、溶接後の溶接部位のクラックの発生を防止できる。
【００４５】
▲４▼  溶接用レーザ光Ｌ１の照射領域と除冷加熱用レーザ光Ｌ２の照射領域とへ、アルゴン注入部４内からアルゴンが連続的に供給される。これにより、モリブデン管Ｍ１の溶接部位が溶融状態から凝固する際に該溶接部位が大気中の酸素と結合せず、溶接部位の酸化が防止され、溶接後の溶接部位の強度低下が防止される。
【００４６】
かくして、上述の▲１▼〜▲４▼により、板状のモリブデン材Ｍからモリブデン管Ｍ１を製造できる。
【００４７】
なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、例えば、溶接用レーザ光の照射は、上述の実施形態では時間的に断続したパルスで行われているが、時間的に連続して行われていてもよい。又、溶接用レーザ装置としては、被溶接部材の溶接部位を溶接可能な温度に加熱できるものであれば、種類に限定はなく、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ等の各種レーザを用いることができる。
【００４８】
又、除冷加熱は時間的に断続に行われてもよい。その際、除冷加熱のタイミングは、溶接用レーザ光をパルスした場合には溶接用レーザ光の照射タイミングに同期させる。又、除冷加熱用レーザ装置としては、溶接用レーザ光の照射後の部位を再結晶温度以上溶融温度以下で加熱できるものであれば、各種レーザを用いることができる。また、除冷加熱はレーザに限らず、例えば電磁誘導加熱等の他の加熱手段であってもよい。
【００４９】
更に、本実施形態では被溶接部材としてモリブデン材を用いたが、溶接後の急冷によりクラックの生じやすく従来から溶接が困難であった他の金属材料、例えばタングステン材等にも本発明は適用可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明によれば、除冷加熱の温度が溶接用レーザ光によって被溶接部材が加熱される温度よりも低いので、溶接用レーザ光の照射を受け終えた溶接部位は、その隣接部位への熱の伝熱放散による低下温度が除冷加熱による上昇温度よりも大きい。したがって、上記溶接部位は溶接用レーザ光による加熱温度よりも低い温度で徐々に冷却されるため、被溶接部材の溶融温度から再結晶温度まで降下する間の冷却速度を低下させることができ、溶接部位の凝固時の熱収縮を緩和して、溶接後の溶接部位のクラックの発生を防止できる。その際、溶接部位に対する溶接用レーザ光の照射領域の進行方向で該照射領域に対して後方側にて上記照射領域に近接若しくは重複させて被溶接部材を除冷加熱するので、加熱と除冷加熱とを同時に行い、溶接用レーザ光のスポット一箇所あたりにかかる溶接時間の長期化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、本発明の実施の形態にかかるレーザ溶接装置の概略構成を示す図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す装置における被溶接部材の移動方向に対して直角な面での断面形状の変化を被溶接部材の移動方向での各位置ごとに示す図である。
【図２】図１の装置における溶接用レーザ光の照射領域と除冷加熱用レーザ光の照射領域との位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１  溶接用レーザ装置（溶接用レーザ手段）
２  除冷加熱用レーザ装置（除冷加熱用レーザ手段）
Ｍ  モリブデン材（被溶接部材）
ＭＸ  溶接部位
Ｌ１  溶接用レーザ光
Ｌ２  除冷加熱用レーザ光
【図１】
2004237327.tif 000003
【図２】
2004237327.tif 000004