(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの部品（１２，１２）を両者間の溝（１４）で互いに溶接する溶接方法であって、
前記溝（１４）内の溶接スポット（１８）で２つの部品（１２，１２）を互いに溶接する溶接工程と、
この溶接と同時にかつそれとは独立に、前記溝の形成方向について前記溶接スポットに対して先行して隣接する熱スポット（２４，２６）を加熱する加熱工程と、
前記溝の形成方向に沿って前記溶接および加熱を継続し、溝に沿って溶接ビード（３０）を形成する工程と、
溶加材（３４）を前記溝（１４）内の溶接スポット（１８）に供給して前記溶接ビード（３０）を形成するビード形成工程と、
前記熱スポット（２４，２６）を選択的に加熱して前記溶接スポット（１８）との温度差を制御して前記溶接ビード（３０）の微細組織を決定する工程とを具備し、
前記加熱工程が、前記溶加材（３４）を予熱する工程を含むことにより、前記ビード形成行程において供給される前記溶加材（３４）が予め加熱されていることを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
前記加熱工程が、前記溝（１４）に沿って、前記溶接行程に先行して行われることにより、前記加熱行程により前記溶接スポット（１８）が予熱されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
２つの部品（１２，１２）を両者間の溝（１４）で互いに溶接する溶接方法であって、
前記溝（１４）内の溶接スポット（１８）で２つの部品（１２，１２）を互いに溶接する溶接工程と、
この溶接と同時にかつそれとは独立に、前記溝の形成方向について前記溶接スポットに対して後追いして隣接する熱スポット（２４，２６）を加熱する加熱工程と、
前記溝に沿って前記溶接および加熱を継続し、溝に沿って溶接ビード（３０）を形成する工程と、
溶加材（３４）を予熱し、該予熱された溶加材（３４）を前記溝（１４）内の溶接スポット（１８）に供給して前記溶接ビード（３０）を形成する溶接ビード形成工程と、
前記熱スポット（２４，２６）を選択的に加熱して前記溶接スポット（１８）との温度差を制御して前記溶接ビード（３０）の微細組織を決定する工程とを具備し、
前記加熱工程において、前記溝（１４）に沿って前記溶接の後を追い、前記溶接ビード（３０）を後加熱することを特徴とする溶接方法。
【請求項４】
前記加熱工程において、前記溝（１４）に沿って前記溶接に先行して前記溶接スポット（１８）を予熱するとともに、前記溝（１４）に沿って前記溶接の後を追って前記溶接ビード（３０）を後加熱する行程をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記溶接が電気アーク溶接、またはレーザ溶接、またはレーザ加熱であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
２つの部品（１２，１２）を両者間の溝（１４）で互いに溶接する溶接装置（１０）において、
前記溝（１４）内の溶接スポット（１８）で２つの部品（１２，１２）を互いに溶接する溶接手段（３６）と、
前記溶接手段と同時にかつそれとは独立に、前記溝の形成方向について溶接スポットに対して先行して隣接する熱スポット（２４，２６）を加熱する加熱手段（３８，４０）と、
前記溝に沿って溶接ビード（３０）を形成するために前記溝に沿って前記溶接手段および加熱手段を整列させるフレーム（２８）と、
前記溶接ビード（３０）を形成するために溶加材（３４）を前記溝（１４）内の溶接スポット（１８）に供給する供給手段（４２）とを備え、
前記溶接手段（３６）は溶接トーチ（３６）を含み、そして前記加熱手段（３８，４０）は、前記溶接トーチからずれた位置に加熱トーチ（３８）を含み、
前記熱スポットを選択的に加熱して前記溶接スポットとの温度差を制御して前記溶接ビードの微細組織を決定すると共に、
前記供給手段（４２）が、前記溶接スポット（１８）で溶融する前に前記溶加材を予熱するため前記加熱トーチ（３８）と整列されていることを特徴とすることを特徴とする溶接装置。
【請求項７】
前記加熱トーチ（３８）が、前記溝に沿って前記溶接トーチ（３６）に先行するようにずれていて、前記溶接スポット（１８）を予熱することを特徴とする請求項６に記載の溶接装置。
【請求項８】
前記加熱トーチ（４０）が前記溝（１４）に沿って前記溶接トーチ（３６）の後を追うようにずれていて、前記溶接ビード（３０）を後加熱することを特徴とする請求項６に記載の溶接装置。
【請求項９】
２つの部品（１２，１２）を両者間の溝（１４）で互いに溶接する溶接装置（１０）において、
前記溝（１４）内の溶接スポット（１８）で２つの部品（１２，１２）を互いに溶接する溶接手段（３６）と、
前記溶接手段と同時にかつそれとは独立に、前記溝の形成方向に沿って前記溶接スポットに隣接して位置する熱スポット（２４，２６）を加熱する加熱手段（３８，４０）と、
前記溝に沿って溶接ビード（３０）を形成するために前記溝に沿って前記溶接手段および加熱手段を整列させるフレーム（２８）と、
溶加材（３４）を予熱し、前記溶接ビード（３０）を形成するために該予熱された溶加材（３４）を前記溝（１４）内の溶接スポット（１８）に供給する供給手段（４２）とを備え、
前記溶接手段（３６）は溶接トーチ（３６）を含み、
前記加熱手段（３８，４０）は、前記溶接トーチからずれた位置に加熱トーチ（３８）を有し、前記熱スポットを選択的に加熱して前記溶接スポットとの温度差を制御して前記溶接ビードの微細組織を決定し、
前記加熱トーチ（４０）が前記溝（１４）に沿って前記溶接トーチ（３６）の後を追うようにずれていて、前記溶接ビード（３０）を後加熱することを特徴とする溶接装置。
【請求項１０】
前記加熱手段（３８，４０）は、前記溶接トーチ（３６）からずれた位置に後加熱トーチ（４０）を有し、
前記加熱トーチ（４０）が前記溝（１４）に沿って前記溶接トーチ（３６）の後を追うようにずれていて、前記溶接ビード（３０）を後加熱し、
前記加熱手段は、前記溶接スポットとの温度差を制御して前記溶接ビードの微細組織を決定することを特徴とする請求項９に記載の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
この発明は、溶接に関し、特に溶接プロセス中の溶接ビードの熱処理に関する。
【０００２】
【発明の背景】
２つの金属部品を固着するには、通常溶接を行う。溶接では、金属部品を局部的に溶融し、両者間に固化溶接ジョイントまたはビードを形成する。溶接は、溶接ジョイントに溶加材を供給して行っても、供給せずに行ってもよい。
【０００３】
溶接中には母材または下地はかならず溶融されるので、下地の冶金学的特性が影響を受ける。影響を受ける領域には、溶接作業中に溶融されないが、それにもかかわらず、その区域内の母材金属材料の冶金学的特性を変化させる程の高温にさらされる、溶接ジョイントのまわりの熱影響部も含まれる。
【０００４】
金属部品は種々の金属合金から形成され、その冶金学的特性と微細組織は溶接ビードと熱影響部とで受ける影響が異なる。ある種の合金では、溶接ビードのまわりの材料強度が溶接プロセスにより低下する。すなわち、溶接プロセスは、溶接ビード付近で早期材料クラックを起こすことで、溶接部品の有効寿命を短くする。
【０００５】
溶接ジョイントでの材料特性を改良するために、溶接前に部品を予熱するか、溶接後に部品を後加熱するか、あるいはその両方を行い、溶接部および熱影響部内の微細組織と強度を向上させる。溶接中に部品に加えられる熱の量を最小にし、加熱区域の範囲を限定することにより、溶接部をさらに改良することができる。
【０００６】
当業界では種々のタイプの溶接が知られており、それぞれに利点と欠点がある。通常の溶接法としては、電気アーク溶接、レーザビーム溶接、電子ビーム溶接などが挙げられる。電気アーク溶接は、大きな熱入力能力を持ち、通常、比較的厚い金属部品を溶接溝（またはプレップ）に沿って溶接するのに用いられる。溶接ビードを重ねていく多数回のパスで溶接用溶加材を用いて溶接溝を埋める。したがって熱影響部は比較的大きい。
【０００７】
レーザ溶接および電子ビーム溶接は、通常、熱影響部の範囲を限定するのに用いられ、熱影響部をうまく制御することにより正確な狭い溶接部を形成する。
【０００８】
溶接は、溶接部品の性質とその用途によりさらに複雑になる。たとえば、沸騰水または加圧水型原子炉には、炉心を冷却するために水を循環させる圧力容器が設けられる。放射性かつ高温の環境は過酷であり、有効寿命を長くするためには圧力容器の種々の構成要素に特別な金属合金を必要とする。
【０００９】
上述したタイプの原子炉には耐食性合金を用いるが、それでもこれらの合金はその有効寿命の間に腐食を受ける。応力腐食割れが起こると、有効寿命は限定されるおそれがある。応力腐食割れは、原子炉の運転中に高温の水にさらされるパイプなどの原子炉構成要素においてよく知られた問題である。応力腐食割れは、特殊な金属合金と注意深く制御された溶接とを用いて、溶接部の残留応力および熱感度を限定することにより、回避することができる。
【００１０】
原子炉パイプは通常肉厚の構成要素であるので、適当な溶加材による電気アーク溶接を用いてパイプを接合するのが代表的である。溶接溝（またはプレップ）は、生じる熱影響部を最小にするのに有効な狭さとするのが好ましい。溶接部の予熱と後加熱は、溶接ビード付近での望ましくない微細組織の変化を小さくするのに使用することもできる。しかし、パイプなどの原子炉構成要素の寸法、形状、そしてその溶接に使用できる空間を含めた実用的問題から見て、溶接、予熱および後加熱は現在のところ、最適な溶接部を生成する能力の点で限定されている。
【００１１】
したがって、溶接部性能を改良することのできる優れた溶接および熱処理方法を開発することが望まれている。
【特許文献１】
米国特許第２７５６３１１号  発行１９５６年７月
【特許文献２】
米国特許第４１３６２７３号  発行１９７９年１月
【特許文献３】
米国特許第４１４３２６０号  発行１９７９年３月
【特許文献４】
米国特許第４４３６９８２号  発行１９８４年３月
【特許文献５】
米国特許第４５０７５４０号  発行１９８５年３月
【特許文献６】
米国特許第４５８００２６号  発行１９８６年４月
【特許文献７】
米国特許第４６８１３９６号  発行１９８７年７月
【特許文献８】
米国特許第４７９９７５５号  発行１９８９年１月
【特許文献９】
米国特許第５１２５５５８号  発行１９９２年６月
【特許文献１０】
米国特許第５４０８０６５号  発行１９９５年４月
【特許文献１１】
米国特許第５５２７４４１号  発行１９９６年６月
【特許文献１２】
米国特許第５６７００７２号  発行１９９７年９月
【特許文献１３】
米国特許第５７１４７３５号  発行１９９８年２月
【特許文献１４】
米国特許第５７９３００９号  発行１９９８年８月
【特許文献１５】
日本特許特開昭５１０７９６５４号  発行１９７６年７月
【特許文献１６】
日本特許特開昭５４０５４９３２号  発行１９７９年５月
【特許文献１７】
日本特許特開昭５８１５４４６０号  発行１９８３年９月
【特許文献１８】
日本特許特開昭６１００３６８２号  発行１９８６年１月
【特許文献１９】
日本特許特開昭６１９８４７２号  発行１９９４年７月
【非特許文献１】
Beyer et al, "New Aspects in Laser Welding with an Increased Efficiency," Proceedings of the Laser Materials Processing Conference ICALEO '94, LIA vol. 79, Oct. 17-20, 1994, pp: 183-192.
【非特許文献２】
Steen, "Arc Augmented Laser Processing of Materials,"J. Appl. Phys. 51(11) Nov. 1980, pp. 5683-5641.
【非特許文献３】
Alexander et al, "Arc-Augmented Laser Welding-Process Variables, Structure and Properties," The Joining of Metals, Spring Residential Conference, Coventry, Apr. 10-12, 1981, pp: 155-160.
【非特許文献４】
Nagata et al, "Laser Welding Combined with TIG or MIG," IIW-Doc. IV-390-85, 1985, pp: 1-8.
【非特許文献５】
Eboo et al, "Arc-Augmented Laser Welding," Advances in Welding Processes vol. 1, Paper 17, Harrogate, U.K., May 9-11, 1978, pp: 257-265.
【非特許文献６】
Steen et al, "Arc Augmented Laser Welding," Metal Construction, 11, (7), Jul. 1979, pp: 332, 333, 335. Cited by 2?patents
【非特許文献７】
Johnson et al, "Laser/Plasma Technique Welds Sheet Metal," Indtrial Laser Review, Nov. 1995, pp: 21-24.
【非特許文献８】
Phillips et al, "Laser Beam Welding pf HY80 and HY100 Steels ing Hot Welding Wire Addition," AWS and WRC Welding Research Supplement, Jun. 1992, pp: 201-s-208-s.
【非特許文献９】
Okada et al, "Three-Electrode Welding Process," Trans. Japan Welding Society, vol. II, No. 1, Apr. 1980, pp: 35-42.
【非特許文献１０】
Filgas, "A 3 Kilowatt CW Nd: YAG Laser with Fiberoptic Multiplexing," Proceedings of the LIA Laser Materials Processing Conference, ICALEO '93, Oct. 1993, V. 77, pp: 323-327.
【非特許文献１１】
G. Notenboom et al., "Beam Delivery Technology in Nd:YAG Laser Processing", Proceedings of LAMP, '87, Osaka (May 1987), pp. 107-111.
【００１２】
【発明の概要】
本発明の溶接方法では、２つの部品を溝（グルーブ）内の溶接スポットで互いに溶接する。溶接スポットに隣接するスポットを溶接と同時にかつ溶接と独立に加熱し、この加熱と溶接により溝に沿って熱処理溶接ビードを形成する。予熱処理、後加熱処理または両方を溶接と同時に採用して、得られる溶接ジョイントの性能を最適化する。
【００１３】
【好適な実施態様】
図１は、本発明の１実施例による、２つの加工品または部品１２を両部品間の溶接溝（グルーブまたはプレップ）１４にて互いに溶接する、熱処理溶接装置（ウェルダ）１０を示す。図示の実施例では、２つの部品１２は、沸騰水型原子炉や加圧水型原子炉のような、水を放射線に露呈する原子炉において高温の水を搬送するのに用いるのに適当な金属合金製の肉厚パイプである。したがって、これらのパイプは、たとえば応力腐食割れを受ける。そこで、これらのパイプを接合する溶接プロセスは、溶接後の、すなわちパイプの使用中の応力腐食割れを最小にするように、制御する。
【００１４】
２つの部品１２は代表的には、たとえば約５ｃｍ以下である同じ厚さＡを有し、溶接溝１４は通常通りの形状とし、わずかにテーパされた側壁が半径方向内方に小さな下方リップ（ここで溶接を開始する）まで延在する。好適な実施例では、溝１４が狭く、その幅Ｂがその深さ（部品の厚さＡで表される）よりいちじるしく小さく、これにより高い深さ対幅のアスペクト比を実現している。２つの部品を、多数回のパスにて、溝１４の深さおよび長さ全体に沿って互いに溶接する。
具体的には、溶接装置１０は、最初溝１４の底部で溶接スポット１８にて２つの部品１２を互いに溶接するのに必要なエネルギー源（たとえば、ガス、電気エネルギー、またはレーザで生成したコヒーレントな光エネルギー）を与える手段１６を含む。溶接スポットは、溶接時に２つの部品間に局部的な溶融プールを画定し、これが固化すると溶接ジョイントを発現する。
【００１５】
溝内の溶接スポット１８に隣接する（対応する）熱スポット２４，２６を加熱するための追加のエネルギー供給手段２０，２２を設け、これにより各スポットを溶接と同時にかつ溶接とは独立に加熱する。加熱手段３８，４０は溶接目的に構成するのではなく、溶接スポット付近の局部的熱処理を行う構成とし、これにより、溶接部微細組織自体を含む溶接スポット近くの冶金学的および機械的特性を改良する。
【００１６】
フレーム２８を設けて、溶接手段３６および加熱手段３８，４０を溝１４に沿って同一直線上に配列し、溝に沿った連続的溶接および加熱を可能にし、連続した溶接ビード３０を形成する。好ましくは、溶接ビード３０を複数の層として溶着し、溝１４全体を満たし、２つの部品１２間に溶接ジョイントを形成する。
【００１７】
溶加材供給源３２を設けて、２つの部品１２の合金材料と適合する適当な材料の溶加材３４を供給する。溶加材３４を溝内の溶接スポット１８に付着して溶接手段３６で溶融し、こうして溶加材の固化時に溶接ビード３０を形成する。
【００１８】
図１に示すように、溶接手段３６は溶接トーチを備え、加熱手段２０，２２はそれぞれ加熱トーチ３８，４０を備える。加熱トーチ３８，４０は溶接トーチ３６からずれており、熱スポット２４，２６を優先的に加熱し、溶接スポット１８との温度差を制御し、これにより溶着される溶接ビード３０の微細組織を決定（左右）する。
【００１９】
上述したように、得られる溶接ビードおよび隣接する熱影響部の冶金学的特性を改良するために、溶接プロセスに予熱または後加熱工程を組み込むことは従来から知られている。しかし、代表的には、予熱処理も後加熱処理も、溶接を開始する前か全溶接ビードを完成した後に、溶接中の部品の性質や形状から許されるときに別個に行っている。
【００２０】
本発明の好適な実施例によれば、予熱処理、後加熱処理、あるいはその両方を、溶接プロセスが進行するにつれて、同時にかつ独立に行い、これにより溶接スポットと隣接する材料との間の温度差を局部的に制御し、溶接ビード自身ならびにその隣接する熱影響部の冶金学的特性および微細組織を改良する。
【００２１】
溶接手段３６、予熱手段３８および後加熱手段４０を特別に構成して、溶接スポット１８のすぐ近くの局部的溶接区域の加熱速度、冷却速度および臨界的微細組織変態温度を制御することができる。溶接ビードおよび隣接する熱影響部を所定の温度以上に所定の最低時間維持できることを含めて、これらの速度と温度を制御することにより、また特定の材料組成または合金を適切に選択することにより、溶接ビードおよび熱影響部の微細組織および対応する冶金学的特性も制御する。低合金鋼およびクロム−モリブデン鋼を効果的に熱処理することができる。たとえば、溶接後の鋼の冷却速度を制御することにより、溶接ジョイントにおける靱性、硬度および耐クラック性を改良することができる。
【００２２】
図２に示すように、予熱トーチ３８は、進行方向Ｃにおいて溝に沿って溶接トーチ３６に先行し、溶接スポット１８を予熱するように、ずらせる。２つの部品を溶接スポット１８で局部的に溶融し、そこに溶加材３４を追加することにより溶接ビード３０を形成するので、溶接スポット１８は必ず方向Ｃに向かって予熱スポット２４上に移動し、このとき同時に予熱スポットも移動する。下地、たとえば溶接ビード３０の先に溶着された層をスポット２４で予熱し、その直後に、溶接スポット１８が先に加熱されたスポット２４に到着して、トーチ３６により溶接が行われる。
【００２３】
予熱トーチ３８は下地を予熱スポット２４で予熱するように操作するか、付着された溶加材３４を予熱するように操作するか、その両方を行うように操作する。
【００２４】
図２に示す実施例では、溶加材供給手段４２は通常の形態、たとえばフレーム２８に取り付けた送りチューブとすることができ、予熱トーチ３８と整列させ、こうして送りチューブから排出される溶加材３４を溶接スポット１８で溶融される前に予熱する。溶加材３４は、その材料組成を、溶接中の部品の材料組成を最適に補足するように選択し、たとえば、織りワイヤ３３、マルチストランドワイヤ３５、流動粉末３７または細いリボン３９の形態とすることができる。溶加材供給手段４２は、これらの形態のいずれかの溶加材３４を溶接スポット１８に送り出す適当な形態をとることができる。
【００２５】
さらに図２に示すように、後加熱トーチ４０は、溝１４に沿って溶接トーチ３６を後追いし、後加熱スポット２６にて溶接ビード３０を後加熱するように、ずらされている。このようにして、固化する溶加材および下地の冷却速度を制御し、これにより溶着ビード３０の冶金学的特性を制御する。
【００２６】
種々の実施例において、予熱手段３８または後加熱手段４０いずれかを溶接手段３６とともに使用することができる。あるいはまた、予熱手段３８および後加熱手段４０両方を溶接手段３６と組み合わせて同時に使用することができる。このようにして、溶接スポット１８に溶接ビードを溶着する前に、下地を溶接スポット１８において予熱トーチ３８により高温に適当に予熱することができる。溶融した溶接ビードが溶接トーチの下の溶接スポットから抜け出て固化する際に、これを後加熱トーチ４０により優先的に後加熱処理し、その冷却速度を制御することができる。
【００２７】
溶接手段、予熱手段および後加熱手段は、互いに協同する通常の構成とすることができる。たとえば、図３に、溶接手段３６が通常のタングステン不活性ガス（ＴＩＧ）電気アーク溶接トーチである実施例を示す。この実施例では、溶接トーチ３６が、電源１６に適当に接続した電極の形態であり、これにより電極の先端と溶接スポット１８との間に電気アークを発生し維持し、スポット１８で溶接を行う。
【００２８】
ＴＩＧ溶接トーチ３６は、不活性ガス４６、たとえばアルゴンまたはヘリウムの適当な供給源４４を必要とし、不活性ガスを送りチューブ４８の吐出端から溝１４に送り出す。不活性ガス４６は溶着された溶接ビード３０をそれが固化する際に保護し、溶接ビード材料特性の劣化を防止する。
【００２９】
予熱手段３８および後加熱手段４０は通常のレーザ、すなわちレーザトーチから構成することができ、これらは簡単な光ファイバを使用して対応するレーザビームをそれぞれ予熱スポット２４および後加熱スポット２６に送る。
【００３０】
好適な実施例では、レーザ３８，４０はネオジム：イットリウム−アルミニウム−ガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザであり、これにより対応するレーザビームを光ファイバを通して溶接区域に送る。これらのレーザは、レーザアークシステム（ＬａｓｅｒＡｒｃ  ｓｙｓｔｅｍ）と称されるアセンブリにおいてＴＩＧ溶接トーチ３６と協同する。レーザアークシステムは、ハイブリッドシステムであり、接合、肉盛り、クラッディングおよびこれらの組合せを含む種々のロウ付けおよび溶接に効率よく使用することができ、またガスレーザまたはソリッドステートレーザいずれかを消耗電極（溶極）溶接または非消耗電極ロウ付けおよびアーク溶接法と組み合わせて機能するように改造することができる。
【００３１】
レーザアークシステムは、比較的高い熱容量および熱効率を有し、たとえば約１Ｋｗ以下の比較的低電力のレーザを有効に利用し、たとえば１Ｋｗを超える必要な総合レーザおよびアーク加熱電力レベルを達成するには高エネルギーＴＩＧ溶接装置を用いる。溶接部品に供給される電力１キロワットあたりのコストは、電気アークではレーザビームでよりいちじるしく低いが、一方、レーザはエネルギー密度およびビーム形状を電気アーク溶接装置より容易に制御することができる。電気アーク溶接とレーザ熱処理のハイブリッド組合せの容量と効率がこのように高いので、レーザアークシステムは総合的にそれぞれのプロセス単独よりコストおよび生産性の点で有利である。
【００３２】
レーザアークシステムは種々の構成で操作することができる。たとえば、レーザビームを用いて、溶融溶接プールに先んじて下地材料を予熱し、電気アークで溶加材材料および下地材料を溶融することができる。レーザビームで溶融プール近くの溶加材材料を予熱し、電気アークで溶加材材料および下地を溶融してもよい。電気アークで溶加材および下地材料両方を溶融し、レーザビームで固化した材料および隣接材料を後加熱処理してもよい。あるいはまた、溶融、予熱および後加熱を他の組合せとすることもできる。
【００３３】
図４に、溶接手段３６が溶接用レーザビームを送るのに光ファイバを用いるレーザトーチ５２の形態である、本発明の他の実施例を示す。このレーザは、溶接スポット１８で溶接を実施するためのビームを光ファイバを通して送り出すのに十分な出力を有するＮｄ：ＹＡＧレーザから構成することができる。この実施例では、溶接トーチ５２、予熱トーチ３８および後加熱トーチ４０はすべて、レーザラインシステム（ＬａｓｅｒＬｉｎｅ  ｓｙｓｔｅｍ）と称される複合アセンブリにてレーザビームを送り出す。
【００３４】
図３のレーザアーク実施例のＴＩＧ溶接トーチ３６および図４のレーザライン実施例のレーザトーチ５２は両方とも、溶接のために下地および溶加材材料を溶融するのに十分な溶接熱を供給するように構成されている。そのほかに、不活性ガス４６を対応する溶接スポット１８に適切に送り、固化する溶接材料を保護することができる。
【００３５】
予熱レーザ３８および後加熱レーザ４０は、レーザアークおよびレーザラインシステムいずれにおいても、それぞれ比較的低パワーで、好ましくは下地材料を溶融するのに不十分なエネルギーに構成されている。これらレーザの目的は、得られる溶接ビードおよび熱影響部の冶金学的特性を制御するための、予熱と後加熱に限定されている。しかし、所望に応じて、予熱レーザおよび後加熱レーザは溶加材を溶融するのに十分なエネルギーを与えるものであってもよい。
【００３６】
図４に示したレーザラインシステムは、溶融溶接プールに先んじて下地材料を予熱し、主レーザ５２が溶加材および下地材料両方を溶融するように構成できる。あるいはまた、予熱レーザ３８が溶加材を、溶融プールへの進入前に予熱し、溶接レーザ５０が溶加材および下地材料両方を溶融し、あるいは後加熱レーザ２２が溶融プールを越えて固化した隣接溶接材料を後加熱処理し、溶接レーザ５０が溶加材および下地材料両方を溶融してもよい。あるいはまた、溶融、予熱および後加熱を他の組合せとすることもできる。
【００３７】
上述したレーザアークおよびレーザライン溶接装置両方の別の利点として、溝１４が完全に埋まるまで、溶接ビード３０のつぎつぎの層にて２つの部品を互いに溶接するために、高いアスペクト比の溝１４内深くへの挿入を可能にする全体に比較的薄い輪郭を維持することができる。
【００３８】
図３に示すように、レーザアーク電極トーチ３６は細長く断面が平坦なものとして、狭い溝１４にはまり、かつ溝１４内での溶接用の電気アークを発生するのに十分な電流を搬送できるようにするのがよい。予熱レーザ３８および後加熱レーザ４０用の光ファイバもそれぞれ比較的小さい直径とすることができる。溶加材チューブ４２およびガスチューブ４８も小さな直径とすることができ、したがってこれらの構成要素すべてが溝１４の狭い幅内にはまり、かつそこで同一平面内に整列する。対応する電源１６，２０および２２、溶加材供給源３２およびガス供給源４４は溝１４外に、溝１４から遠くに配置することができる。
【００３９】
図４に示すレーザラインシステムも同様に、溶接中の部品間の狭い溝１４内に挿入できるように、互いに同一平面内で整列された構成要素の厚みの小さいアセンブリとして構成することができる。
【００４０】
レーザアークおよびレーザライン溶接システムは、従来のレーザビーム溶接、電気アーク溶接またはロウ付け法を単独で使用したのでは実現できない、熱効率、接合部品質、冶金学的特性、残留応力およびプロセス生産性の向上を達成することができる。さらに、これらのシステムは、溶接ビードを形成するにつれて、溶接区域のすぐそばで局部的予熱および局部的後加熱を行うことができ、こうして溶接ビードおよび熱影響部の冶金学的特性を局部的に制御することができる。このことは、従来行われていた溶接前の部品の予熱や、全溶接ジョイント完了後の部品の後加熱より有利である。
【００４１】
以上、本発明の好ましい特徴を図解し、説明したが、当業者には種々の変更や改変が明らかである。したがって、特許請求の範囲はこのような変更や改変もすべて本発明の要旨の範囲内に入るものとして包含する。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つの部品を両者間の溝に沿って互いに溶接する本発明の１実施例による熱処理溶接装置の線図である。
【図２】図１の２−２線方向に見た溶接装置の立面図である。
【図３】電気アーク溶接とレーザ予熱および後加熱を行うように構成された、図２の溶接装置の実施例の斜視図である。
【図４】レーザ溶接とレーザ予熱および後加熱を行うように構成された、図２の溶接装置の別の実施例の斜視図である。
【符号の説明】
１２  部品
１４  溝
１８  溶接スポット
２４，２６  熱スポット
２８  フレーム
３０  溶接ビード
３４  溶加材
３６  溶接トーチ
３８  予熱トーチ
４０  後加熱トーチ
４２  溶加材供給手段
【図１】
0004753452.tif 000002
【図２】
0004753452.tif 000003
【図３】
0004753452.tif 000004
【図４】
0004753452.tif 000005