(57)【要約】【課題】    高精度なフィラーワイヤの制御を不要とし、融合不良やフィラーワイヤ溶け残り等の溶接不良を防止し、高品質なレーザ溶接継手を得ることを可能とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】  突き合わせる２つの被溶接板材１，２の端面の一部に開先ルートフェイス部３を有し、開先ルートフェイス部３の少なくとも上方及び下方のうち何れか一方に開先開口部４を有するよう開先を形成する開先形成工程Ｓ１と、２つの被溶接板材１，２の開先ルートフェイス部３同士が接触するよう突き合わせる突合せ工程Ｓ２と、レーザ光を開先ルートフェイス部３へ照射し、完全溶け込み溶接部を形成するルートフェイス部溶接工程Ｓ３と、完全溶け込み溶接部が形成された開先開口部４にレーザ光を照射することのみで多層溶接部を形成する多層溶接部形成工程Ｓ４と、を備える。【選択図】  図１
2016016420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
突き合わせる２つの被溶接板材の端面の一部にルートフェイス部を有し、前記ルートフェイス部の少なくとも上方及び下方のうち何れか一方に開口部を有するよう開先を形成する開先形成工程と、
前記２つの被溶接板材の前記ルートフェイス部同士が接触するよう突き合わせる突合せ工程と、
レーザ光を前記ルートフェイス部へ照射し、完全溶け込み溶接部を形成するルートフェイス部溶接工程と、
前記完全溶け込み溶接部が形成された開先の開口部にレーザ光を照射することのみで多層溶接部を形成する多層溶接部形成工程と、を有することを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。
【請求項２】
請求項１に記載の被溶接板材の突合せレーザ溶接方法において、
前記開先形成工程は、前記ルートフェイス部の上下に開口部を有するＸ型開先を形成し、
前記突き合わされた２つの被溶接板材を挟み、対向するよう配される第１のレーザ光照射系と第２のレーザ光照射系とを備え、前記第１のレーザ光照射系及び前記第２のレーザ光照射系を切替えることにより、前記完全溶け込み溶接部及び多層溶接部を形成することを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。
【請求項３】
請求項２に記載の被溶接板材の突合せレーザ溶接方法において、
前記多層溶接部形成工程は、所定の層数形成毎に、前記第１のレーザ光照射系及び第２のレーザ光照射系を切替えることを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。
【請求項４】
請求項１に記載の被溶接板材の突合せレーザ溶接方法において、
前記開先形成工程は、前記ルートフェイス部の上下に開口部を有するＸ型開先を形成し、
前記ルートフェイス部溶接工程は、
前記突き合わされた２つの被溶接板材の第１の面側より前記レーザ光を前記ルートフェイス部に照射する第１の工程と、
前記第１の工程後、前記２つの被溶接板材を上下に反転する第２の工程と、
前記第２の工程後、前記第１の面とは反対側の第２の面側より前記レーザ光を前記ルートフェイス部に照射する第３の工程と、を含むことを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。
【請求項５】
請求項４に記載の被溶接板材の突合せレーザ溶接方法において、
前記多層溶接部形成工程は、
前記２つの被溶接板材の第１の面側より前記レーザ光を前記開口部に照射する第１の工程と、
前記第１の工程により所定の層数形成後に前記２つの被溶接板材を上下に反転する第２の工程と、
前記第２の工程後、前記第２の面側より前記レーザ光を前記開口部に照射する第３の工程と、
前記第３の工程により、前記所定の層数形成後に前記２つの被溶接板材を上下に反転する第４の工程と、を含み、前記第１の工程から前記第４の工程を繰り返し実行することを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。
【請求項６】
請求項４に記載の被溶接板材の突合せレーザ溶接方法において、
前記多層溶接部形成工程は、
前記２つの被溶接板材の第１の面側より前記レーザ光を前記開口部に所定の複数パス分繰り返し照射する第１の工程と、
前記第１の工程後に、前記２つの被溶接板材を上下に反転する第２の工程と、
前記第２の工程後に、前記２つの被溶接板材の第２の面側より前記レーザ光を前記開口部に所定の複数パス分繰り返し照射する第３の工程と、を含むことを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。
【請求項７】
請求項１に記載の被溶接板材の突合せレーザ溶接方法において、
前記開先形成工程は、前記ルートフェイス部の上方又は下方のいずれか一方のみに開口部を有するＹ型開先を形成し、
前記ルートフェイス部溶接工程は、前記ルートフェイス部に前記レーザ光を１パス照射し、
前記多層溶接部形成工程は、前記開口部へ前記レーザ光を所定の複数パス分繰り返し照射することを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のうち何れか１項に記載の被溶接板材の突合せレーザ溶接方法において、
前記多層溶接部形成工程における溶接速度は、前記ルートフェイス部溶接工程における溶接速度より速いことを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のうち何れか１項に記載の被溶接板材の突合せレーザ溶接方法において、
前記多層溶接部形成工程後に、更に前記開口部の最終層のみにフィラーワイヤを添加すると共に当該フィラーワイヤに前記レーザを照射する余盛溶接工程を備えることを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項８のうち何れか１項に記載の被溶接板材の突合せレーザ溶接方法において、
前記多層溶接部形成工程後に、更に前記開口部の最終層のみにフィラーワイヤを添加し、アーク溶接する余盛溶接工程を備えることを特徴とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶接板材の突合せレーザ溶接方法に係り、特に、厚板鋼板等の突合せレーザ溶接に好適な被溶接板材の突合せレーザ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接はアーク溶接と比較し、低ひずみで高効率(高速)な溶接が可能なことから、様々な分野での適用が拡大している。従来、レーザ溶接は１パスで、溶加材を使用しないノンフィラー溶接が主流であり、レーザ発振器出力の制限等から、適用は板厚１０ｍｍ程度までの薄板材料に限られていた。
【０００３】
また、特許文献１では、開先形状をＸ型開先とし、その板厚中央部の開先ルートフェイス部を溶込み溶接により１パスで溶接した後、残りの板厚方向両側の開先部分（開先開口部）を、それぞれ１パスで仕上げ溶接することにより、断面形状が３層の積層構造を有する鋼板の突合せ溶接継手を得るものが開示されている。但し、この場合、実現可能な溶接継手の板厚は３０ｍｍ以下との制限がある。
【０００４】
一方、特許文献２または特許文献３に開示される様に、フィラーワイヤを使用した多層盛レーザ溶接が開発されることにより、レーザ溶接の適用範囲は板厚３０ｍｍ以上の厚板材料にまで拡大している。
【０００５】
特許文献２では、被溶接部を狭い開先幅に設定しフィラーワイヤを供給しつつ、レーザビームを上記狭い開先幅内のフィラーワイヤへ照射し、狭い開先幅の奥から層を形成し手前へと積層溶接する方法が記載されている。
【０００６】
また、特許文献３には、鋼板に設ける開先を、溶接限界板厚をルートフェイス部とするＹ型狭開先とし、ルートフェイス部を１層目溶接とし、１パス完全溶込み溶接する。２層目以上は、集光光学系の焦点の位置を、焦点距離の１／２０以上の距離だけ前層ビード上から離すことによって、エネルギー密度が低下したレーザビームを開先部に照射し、溶加材を加えることにより熱伝導型ビードを形成する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１６８３１９号公報
【特許文献２】特開平９−２０１６８７号公報
【特許文献３】特開平７−３２３３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の溶接方法では、板厚３０ｍｍを超える厚板材をレーザ溶接する場合、開先ルートフェイス部の寸法を長くする必要がある。そのため、完全溶け込み溶接部を形成することが困難となり、部分溶接部が形成される可能性がある。
【０００９】
また、特許文献２及び特許文献３に開示されるフィラーワイヤを用いた多層盛溶接法では、フィラーワイヤの供給速度、供給量及びレーザ照射位置を高精度に位置決めする必要があり、位置決め誤差あるいはフィラーワイヤ供給量に誤差が生じた場合、溶接欠陥を招く可能性がある。
【００１０】
本発明は、高精度なフィラーワイヤの制御を不要とし、融合不良やフィラーワイヤ溶け残り等の溶接不良を防止し、高品質なレーザ溶接継手を得ることを可能とする被溶接板材の突合せレーザ溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の被溶接板材の突合せレーザ溶接方法は、（１）突き合わせる２つの被溶接板材の端面の一部にルートフェイス部を有し、前記ルートフェイス部の少なくとも上方及び下方のうち何れか一方に開口部を有するよう開先を形成する開先形成工程と、（２）前記２つの被溶接板材の前記ルートフェイス部同士が接触するよう突き合わせる突合せ工程と、（３）レーザ光を前記ルートフェイス部へ照射し、完全溶け込み溶接部を形成するルートフェイス部溶接工程と、（４）前記完全溶け込み溶接部が形成された開先の開口部にレーザ光を照射することのみで多層溶接部を形成する多層溶接部形成工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、厚板材のレーザ溶接において、高精度なフィラーワイヤの制御が不要となり、融合不良やフィラーワイヤ溶け残り等の溶接不良を防止し、高品質なレーザ溶接継手を得ることができる。
【００１３】
また、フィラーワイヤを添加しないことにより、開先の狭開先化及び溶接コストの低減が可能である。
【００１４】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る突合せレーザ溶接方法の工程フロー図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る鋼板の突合せ継手の構造を示す断面概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る突合せレーザ溶接方法に用いるレーザ光源と開先との関係を示す断面図である。
【図４】開先ルートフェイス部の完全溶け込み溶接部の溶接収縮変形と開先開口部の変位の関係を示す図である。
【図５】本発明の一実施例に係る実施例１による鋼板突合せ継手及びレーザ光源の配置関係を示す断面概略図である。
【図６】実施例１の突合せレーザ溶接方法の工程フロー図である。
【図７】実施例１の突合せレーザ溶接方法における溶接条件を示す図である。
【図８】実施例１によるステンレス鋼板の溶接継手を示す上下両層５層溶接時の断面マクロ写真及び断面概略図である。
【図９】実施例１によるステンレス鋼板の溶接継手を示す上下両層６層目余盛溶接後の断面マクロ写真及び断面概略図である。
【図１０】本発明の他の実施例に係る実施例２による鋼板突合せ継手及びレーザ光源の配置関係を示す断面概略図である。
【図１１】実施例２による鋼板突合せ継手及びレーザ光源の配置関係を示す断面概略図である。
【図１２】実施例２の突合せレーザ溶接方法の工程フロー図である。
【図１３】本発明の他の実施例に係る実施例３の突合せレーザ溶接方法の工程フロー図である。
【図１４】本発明の他の実施例に係る実施例４による鋼板突合せ継手の構造を示す断面概略図である。
【図１５】実施例４による鋼板突合せ継手及びレーザ光源との配置関係を示す図である。
【図１６】実施例４の突合せレーザ溶接方法の工程フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図２に、本発明の一実施形態に係る鋼板の突合せ継手の構造を断面概略図として示す。図２に示すように、第１の被溶接材（鋼板）１の端面には、その中央部に周囲より突き出た開先ルートフェイス部３、及び開先ルートフェイス部３の板厚方向上下にそれぞれ形成され、表面Ｆ及び裏面Ｒに向かい傾斜する開先開口部４が形成されている。これら開先ルートフェイス部３及び開先開口部４により開先が構成される。同様に第２の被溶接材（鋼板）２の端面には、開先ルートフェイス部３及びその上下に開先開口部４が形成されている。これら第１の被溶接材１及び第２の被溶接材２の開先が形成された端面同士を突き合わせることにより、開先角度θ、開先の底幅Ｂを有する開先が、開先ルートフェイス部３から第１の被溶接材１及び第２の被溶接材２の表面Ｆ、同様に裏面Ｒに向かい形成される。ここで、開先の底幅Ｂを、例えば、３．０ｍｍとしたとき、開先開口部４の開先角度θは、２°以上６°以下とするのが好ましく、５°とするのが望ましい。図２では、一例としてＸ型開先を示すがこれに限られない。第１の被溶接材１及び第２の被溶接材２として、例えば、ステンレス鋼板または炭素鋼板が使用される。
【００１７】
図３に、突合せレーザ溶接方法に用いるレーザ光源と開先との関係を示す。図３に示すように、レーザ発振器（図示せず）を有する第１のレーザ光源１０より出射されるレーザ光は、第１の集光レンズ１０により集束され開先の底部へ照射される。このとき、開先開口部４の開口幅ｄ（第１の被溶接材１と第２の被溶接材２の表面Ｆにおける開口幅）と、開口幅ｄの開先開口部４を通過する位置でのレーザ光の集光直径ｄ０とは、ｄ＞ｄ０の関係にある。本実施形態では、開先内にフィラーワイヤを供給する必要がないため、開先開口部４の開口幅ｄ、開先角度θ及び開先底幅Ｂを、レーサ光が開先内に入り得る限り小さくすることが可能となる。なお、図３においてレーザ光軸５を一点鎖線で示している。第１のレーザ光源１１は、ＹＡＧレーザまた炭酸ガスレーザ等を用いる。ここで、本実施形態では、第１のレーザ光源１１として、レーザ出力が４ｋＷから５ｋＷのレーザ光源を用いる場合を一例として説明する。なお、一般的に、レーザ光源の第１及び第２の被溶接材１，２の板幅方向への移動速度（溶接速度）と、突合せ溶接する溶接深さとは反比例の関係にあり、当然ながら、高出力のレーザを用いるほど、レーザ光源移動速度（溶接速度）を一定とした場合、溶接深さは長くなる。また、同一の溶接深さを得る場合には、レーザ出力が高いほど、レーザ光源移動速度を速くでき、スループットの向上を図ることができる。
【００１８】
図２に示す開先ルートフェイス部３の厚さ（板厚方向の長さ）Ａ１は、レーザ出力が４ｋＷから５ｋＷの場合、１２ｍｍ〜１５ｍｍに設定するのが望ましく、レーザ光照射による１パスで完全溶け込み可能な溶接深さ（板厚方向の長さ）は、９ｍｍ程度である。従って、Ｘ型開先を用いる本実施形態では、突合される第１の被溶接材１及び第２の被溶接材２を反転させることにより、表面（Ｆ）裏面（Ｒ）で１２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲以内でオーバーラップしつつ完全溶け込み溶接が可能となる。なお、レーザ出力を５ｋＷより更に増大すれば、開先ルートフェイス部３の厚さ（板厚方向の長さ）Ａ１を増大することが可能となる。例えば、レーザ出力を１０ｋＷとする場合、１パスで完全溶け込み可能な溶接深さは、約１５.０ｍｍとなる。また、本実施形態では、１パスすなわち、突合せ溶接する第１の被溶接材（鋼板）１及び第２の被溶接材（鋼板）２の板幅方向（図２において奥行方向）への第１のレーザ光源１１の移動速度は、例えば、０.１５ｍ／ｍｉｎ〜０.３０ｍ／ｍｉｎの範囲内で設定する。第１のレーザ光源１１の移動機構は、例えば、図示しないレール上を摺動する移動機構または、アームによりレーザ光源を把持し第１の被溶接材１及び第２の被溶接材２の表面Ｆに対し平行移動可能とする移動ステージ等により構成される。
【００１９】
図４に、開先ルートフェイス部３の完全溶け込み溶接部６の溶接収縮変形と、開先開口部４の変位との関係を示す。図４において、実線矢印は圧縮応力の方向を示し、白抜き矢印は引張応力の方向を示している。上述のとおり、１パスにて完全溶け込み溶接される開先ルートフェイス部３の完全溶け込み溶接部６は、レーザ照射により溶融した後、熱を奪われ収縮変形する。このとき、完全溶け込み溶接部６内には、実線矢印で示す方向に圧縮応力が発生する。これにより、完全溶け込み溶接部６以外の開先開口部４を含む開先には、引張応力が白抜き矢印で示す方向に発生する。この引張応力の作用により、横変形または角変形が生じ、開先開口部４は一点鎖線にて示す位置へ変位する。すなわち、開先の開口幅ｄは狭くなる。
【００２０】
次に、本発明の一実施形態に係る突合せレーザ溶接方法の工程フローについて説明する。図１に、本実施形態による突合せレーザ溶接方法の工程フローを示す。先ず、開先形成工程にて、第１の被溶接材（鋼板）１及び第２の被溶接材（鋼板）２、それぞれの一端面に、板厚方向略中央部付近に周囲より突き出る開先ルートフェイス部３、及び開先ルートフェイス部３の板厚方向上下にそれぞれ表面Ｆ及び裏面Ｒに向かい傾斜する開先開口部４を、プレス加工あるいは切削加工等にて形成する（ステップＳ１）。
【００２１】
２つの被溶接材突合せ工程では、第１の被溶接材１に形成された開先ルートフェイス部３と、第２の被溶接材２に形成された開先ルートフェイス部３とが相互に接触するよう、第１の被溶接材１及び第２の被溶接材２を位置付ける（ステップＳ２）。このとき、第１及び第２の被溶接材１，２は、図２に示す状態となる。
【００２２】
ルートフェイス部完全溶け込み溶接工程では、図３に示すように、第１のレーザ光源１１より出射され、第１の集光レンズ１０により集束されたレーザ光が開先の底部、すなわち、開先ルートフェイス部３の上面に照射される。レーザ光を照射した状態で、移動機構（図示せず）により第１のレーザ光源１１は、図３の奥行方向、すなわち、第１の被溶接材１及び第２の被溶接材２の表面Ｆに対し平行且つ板幅方向に所定の速度（溶接速度）で移動する。ここで、所定の速度とは、上述のように、例えば、０.１５ｍ／ｍｉｎ〜０.３０ｍ／ｍｉｎである。第１のレーザ光源１１が上記板幅方向端部へ到達した時点（１パス）で、図４に示す完全溶け込み溶接部６が形成される（ステップＳ３）。
【００２３】
次に、開口部多層溶接部形成工程では、ステップＳ３にて形成された完全溶け込み溶接部６の上面にレーザ光を集光し、ステップ３と同様に、レーザ光を照射しつつ第１のレーザ光源１１を上記板幅方向へ移動させる。板幅方向端部に到達した時点で、完全溶け込み溶接部６の直上に、更に１層溶け込み溶接部が形成される。この動作を所定の層数分繰り返し実行することにより多層溶接部を形成する（ステップＳ４）。なお、各層形成する毎に、上述の図４にて説明した溶接収縮変形により、次第に開先の開口幅ｄは引張応力の作用により狭くなる。
【００２４】
第１のレーザ光源１１の移動速度（溶接速度）、第１のレーザ光源１１より出射され第１の集光レンズ１０により集束されるレーザ光のスポット、及びステップＳ４における開口部多層溶接部形成工程における繰り返し動作の制御は、図示しない制御部により実行される。制御部は、例えば、各種プログラムを格納するＲＯＭ、演算過程のデータ等を格納するＲＡＭ、及び外部記憶装置などのメモリ、ＲＯＭよりプログラムを読み出し実行するＣＰＵ等のプロセッサにより構成される。
【００２５】
本実施形態の突合せレーザ溶接方法によれば、厚板材をレーザ溶接する場合において、フィラーワイヤを必要としないことから、高精度なフィラーワイヤの制御が不要となり、融合不良やフィラーワイヤ溶け残り等の溶接不良を防止し、高品質なレーザ溶接継手を得ることが可能となる。
【００２６】
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２７】
図５に、本発明の一実施例に係る実施例１による鋼板突合せ継手及びレーザ光源の配置関係を示す。図５において、図１乃至図４に示す構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付している。図５に示すように、第１の被溶接材（鋼板）１の一端面には、開先ルートフェイス部３及び開先開口部４が設けられている。また、同様に、第２の被溶接材（鋼板）２の一端面には開先ルートフェイス部３及び開先開口部４が設けられており、それぞれの開先ルートフェイス部３が相互に接触するよう、開先が突き合わされる。
【００２８】
また、図５に示すように、第１の被溶接材１及び第２の被溶接材２の表面Ｆ側には、第１のレーザ光源１１及び、第１のレーザ光源１１より出射されるレーザ光を集束するための第１の集光レンズ１０が配置される。他方、第１の被溶接材１及び第２の被溶接材２の裏面Ｒ側には、第２のレーザ光源１３及び、第２のレーザ光源１３より出射されるレーザ光を集束するための第２の集光レンズ１２が配置される。すなわち、突き合わされた第１の被溶接材１及び第２の被溶接材２を挟み、相互に対向し、それぞれ、開先ルートフェイス部３及び開先開口部４にレーザ光を照射可能に２台のレーザ光照射系が配置されている。これにより、立設状態にある第１の被溶接材１及び第２の被溶接材２の開先に対し、第１の集光レンズ１０及び第１のレーザ光源１１よりなる第１のレーザ光照射系と、第２の集光レンズ１２及び第２のレーザ光源１３よりなる第２のレーザ光照射系とを切替えてレーザ光を照射することができる。
【００２９】
本実施例では、開先としてＸ型開先、第１の被溶接材（鋼板）１及び第２の被溶接材（鋼板）２として、板厚４２ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）を用いる場合を例に説明する。図７に、本実施例における溶接条件を示す。この溶接条件は、上述の図示しない制御部のメモリに記憶する。１行目に、「溶接Ｎｏ」、「溶接位置」、「開先底幅（ｍｍ）」、「レーザ出力（ｋＷ）」、「溶接速度（ｍ／ｍｉｎ）」、「ワイヤ送給速度（ｍ／ｍｉｎ）」及び「積層高さ（ｍｍ）」の各項目を示す。「溶接Ｎｏ」は、溶接順を表し、１２パス、すなわち最終層を含め１２層（上下両層６層）まで多層溶接することを示している。「溶接位置」は、図５に示す第１の被溶接材１及び第２の被溶接材２の表面Ｆまたは裏面Ｒのいずれの開先に対する溶接かを示す。
【００３０】
また、「開先底幅（ｍｍ）」は、図２に示す開先の底幅Ｂであり、レーザ溶接前の底幅、レーザ溶接後の底幅及び溶接収縮による底幅の収縮量を示している。例えば、「溶接Ｎｏ」が「１」の場合、「３.０→２．５（０.５）」は、レーザ溶接前の開先の底幅３.０ｍｍが、レーザ溶接後に開先の底幅２.５ｍｍに収縮し、その収縮量が０.５ｍｍであることを示している。「レーザ出力（ｋＷ）」は、第１のレーザ光照射系及び第２のレーザ光照射系共に出力４.５ｋＷであることを示す。「溶接速度（ｍ／ｍｉｎ）」は、第１のレーザ光照射系、第２のレーザ光照射系の第１の被溶接材１及び第２の被溶接材２の板幅方向への移動速度を示しており、「溶接Ｎｏ」が「１」及び「２」の場合、すなわち、開先ルートフェイス部３の表面Ｆ及び裏面Ｒへの完全溶け込み溶接時は、０.２５ｍ／ｍｉｎと低速で移動し、「溶接Ｎｏ」が「３」から「１０」までの開先開口部４への多層溶接時では、０.４０ｍ／ｍｉｎと完全溶け込み溶接時の移動速度の１.６倍の速度で、第１のレーザ光照射系及び第２のレーザ光照射系を移動させることを示す。「ワイヤ送給速度（ｍ／ｍｉｎ）」は、後述する第１及び第２の被溶接材１，２の最終層に対する余盛溶接時に添加したフィラーワイヤの送給速度を示しており、本実施例においては、必ずしも必要ではない。また、「積層高さ（ｍｍ）」は、「溶接Ｎｏ」毎に開先内に形成される各層の高さを示している。
【００３１】
次に、本実施例の突合せレーザ溶接方法の工程フローについて説明する。図６に示すように、先ず、開先形成工程にて、第１の被溶接材（鋼板）１及び第２の被溶接材（鋼板）２、それぞれの一端面に、板厚方向略中央部付近に周囲より突き出る開先ルートフェイス部３、及び開先ルートフェイス部３の板厚方向上下にそれぞれ表面Ｆ及び裏面Ｒに向かい傾斜する開先開口部４を、プレス加工あるいは切削加工等にて形成する（ステップＳ１１）。
【００３２】
２つの被溶接材突合せ工程では、第１の被溶接材１に形成された開先ルートフェイス部３と、第２の被溶接材２に形成された開先ルートフェイス部３とが相互に接触するよう、第１の被溶接材１及び第２の被溶接材２を位置付け、立設状態とする（ステップＳ１２）。このとき、第１及び第２の被溶接材１，２は、図５に示す状態となる。
【００３３】
第１のレーザ光源によるルートフェイス部（表面）完全溶け込み溶接工程では、図７に示す「溶接Ｎｏ」が「１」の溶接条件に指定されるように、第１のレーザ光源１１より出射され第１の集光レンズ１０により集束されたレーザ光を、表面Ｆ側の開先ルートフェイス部３の上面（開先底部）に照射する。レーザ光を照射した状態で０．２５ｍ／ｍｉｎの速度で第１のレーザ光照射系を板幅方向（図５の奥行方向）へ移動させ、第１及び第２の被溶接材１，２の端部に到達した時点で、次の工程へ進む（ステップＳ１３）。
【００３４】
レーザ光源切替え工程では、図７に示す「溶接Ｎｏ」が「２」の溶接条件に指定される「溶接位置」が裏面（Ｒ）であることから、第１のレーザ光照射系から、第２の集光レンズ１２及び第２のレーザ光源１３よりなる第２のレーザ光照射系へ切り替える（ステップＳ１４）。
【００３５】
第２のレーザ光源によるルートフェイス部（裏面）完全溶け込み溶接工程では、第２のレーザ光照射系より、裏面Ｒ側の開先ルートフェイス部３の上面（開先底部）にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で０.２５ｍ／ｍｉｎの速度で第２のレーザ光照射系を板幅方向へ移動させ、第１及び第２の被溶接材１，２の端部に到達した時点（以下、１パス終了時点という）で、次の工程へ進む（ステップＳ１５）。
【００３６】
第２のレーザ光源による開口部（裏面）ｎ（ｎ＝ｉ）層目溶接工程では、図７に示す「溶接Ｎｏ」が「３」の溶接条件に指定される「溶接位置」が裏面Ｒであること、及び「溶接速度（ｍ／ｍｉｎ）」が０.４０ｍ／ｍｉｎであることから、第２のレーザ光照射系により、裏面Ｒ側の開先開口部４の底面（完全溶け込み溶接部の上面）にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第２のレーザ光照射系を０.４０ｍ／ｍｉｎの速度で板幅方向へ移動させ、１パス終了時点で次の工程へ進む（ステップＳ１６）。ここで、図６に示す工程フローでは、ステップＳ１３及びステップＳ１５により、開先ルートフェイス部３の完全溶け込み溶接完了後、開先開口部４内の多層溶接を開始する。そのため、ここでは便宜的に積層する各層を定義するため、初層をｎ＝ｉ、最終層をｎ＝ｍとする。また、第１及び第２の被溶接材１，２の表面（Ｆ）、裏面（Ｒ）を区別することなく、連続的に層番号を割り当てている。
【００３７】
レーザ光源切替え工程では、図７に示す「溶接Ｎｏ」が「４」の溶接条件に指定される「溶接位置」が表面（Ｆ）であることから、第２のレーザ光照射系から第１のレーザ光照射系へ切り替える（ステップＳ１７）。
【００３８】
第１のレーザ光源による開口部（表面）ｎ＋１層目溶接工程では、図７に示す「溶接Ｎｏ」が「４」の溶接条件に指定される「溶接位置」が表面（Ｆ）であること、「溶接速度（ｍ／ｍｉｎ）」が０.４０ｍ／ｍｉｎであることから、第１のレーザ光照射系より開先開口部４内の底面にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第１のレーザ光照射系を０.４０ｍ／ｍｉｎの速度で板幅方向へ移動させ、１パス終了時点で次の工程へ進む（ステップＳ１８）。
【００３９】
第１のレーザ光源による開口部（表面）ｎ＋２層目の溶接工程では、図７に示す「溶接Ｎｏ」が「５」の溶接条件に指定される「溶接位置」が表面（Ｆ）であること、「溶接速度（ｍ／ｍｉｎ）」が０.４０ｍ／ｍｉｎであることから、第１のレーザ光照射系より開先開口部４内の底面にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第１のレーザ光照射系を板幅方向に０.４０ｍ／ｍｉｎの速度で移動させ、１パス終了時点で次の工程へ進む（ステップＳ１９）。ステップＳ１９終了時点では、裏面Ｒ側の開先開口部４には、完全溶け込み溶接部の直上に１層目の溶接部が形成され、表面Ｆ側の開先開口部４には完全溶け込み溶接部の直上に１層目及び２層目の溶接部が形成される。
【００４０】
レーザ光源切替え工程では、「溶接Ｎｏ」が「６」の溶接条件に指定される「溶接位置」が裏面（Ｒ）であることから、第１のレーザ光照射系から第２のレーザ光照射系へ切り替える（ステップＳ２０）。
【００４１】
次に、第２のレーザ光源による開口部（裏面）ｎ＋３層目溶接工程では、「溶接Ｎｏ」が「６」の溶接条件に指定される「溶接位置」が裏面（Ｒ）であること、「溶接速度（ｍ／ｍｉｎ）」が０.４０ｍ／ｍｉｎであることから、第２のレーザ光照射系により裏面（Ｒ）側の開先開口部４内の底部にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で板幅方向へ、第２のレーザ光照射系を０.４０ｍ／ｍｉｎの速度で移動させ、１パス終了時点で次の工程へ進む（ステップＳ２１）。
【００４２】
第２のレーザ光源による開口部（裏面）ｎ＋４層目溶接工程では、「溶接Ｎｏ」が「７」の溶接条件に指定される「溶接位置」が裏面（Ｒ）であること、「溶接速度（ｍ／ｍｉｎ）」が０.４０ｍ／ｍｉｎであることから、第２のレーザ光照射系により裏面（Ｒ）側の開先開口部４内の底部にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で板幅方向へ、第２のレーザ光照射系を０.４０ｍ／ｍｉｎの速度で移動させ、１パス終了時点で次の工程へ進む（ステップＳ２２）。
【００４３】
ステップＳ２２では、（ｎ＋ｍ−２）層目の溶接が完了したか否かを判定し、未完了の場合、ステップＳ１７へ進む。完了した場合は、ここで処理を終了する。（ｎ＋ｍ−２）層目の溶接が完了した時点では、図７に示す溶接条件に指定される「溶接Ｎｏ」が「１０」までの処理が完了し、表面（Ｆ）側５層、裏面（Ｒ）側５層の溶接が完了したことになる。
【００４４】
図８に、ステンレス鋼板の溶接継手を示す上下両層５層溶接時の断面マクロ写真及び断面概略図を示す。マクロ写真に示される各溶接部（各層）と図７に示す溶接条件との関係を分かり易くするため、断面概略図中に対応する「溶接Ｎｏ」を付している。また、マクロ写真において、左側に示すスケールは一目盛が１ｍｍである。マクロ写真に示されるように、本実施例によりレーザ溶接のみで形成された突合せ継手は、溶接欠陥が無く、良好な突合せレーザ溶接継手が得られていることがわかる。
【００４５】
なお、図８では、マクロ写真に示すように、裏面（Ｒ）側に４ｍｍ、表面（Ｆ）側に５ｍｍの最終層を残した状態としているが、これら最終層まで、本実施例によるレーザ溶接のみにより溶接することも可能である。
【００４６】
図９に、ステンレス鋼板の溶接継手を示す上下両層６層目余盛溶接後の断面マクロ写真及び断面概略図を示す。図８と同様に、マクロ写真にスケールを付し、断面概略図に図７に示す溶接条件に示される「溶接Ｎｏ」を付している。溶接Ｎｏ.１１が付された表面（Ｆ）の最終層の余盛溶接は、溶加材としてフィラーワイヤを用い、図７に示すように、「ワイヤ送給速度（ｍ／ｍｉｎ）」を１.２ｍ／ｍｉｎとし、第１のレーザ光照射系の板幅方向への移動速度（溶接速度）を０.１５ｍ／ｍｉｎとした。また、溶接Ｎｏ.１２が付された裏面（Ｒ）の最終層の余盛溶接は、同様に、フィラ―ワイヤを１.２ｍ／ｍｉｎの速度で供給し、第２のレーザ光照射系の板幅方向への移動速度（溶接速度）を０.１５ｍ／ｍｉｎとした。余盛の溶接後においても、図８と同様に溶接欠陥の無い良好な溶接継手が得られていることが確認できる。
【００４７】
最終層の溶融プールは開先の内部には留まらず、開先外部の第１及び第２の被溶接材１，２の表面（Ｆ）及び裏面（Ｒ）にまで広がる。従って、図９に示す最終層のみフィラーワイヤを添加し溶接する方式であれば、従来の開先底部にフィラーワイヤを供給する場合における、高精度の位置決め、あるいは、ワイヤノズルまたはワイヤチップ等のワイヤ供給治具を開先底部に挿入することによる狭開先化の制限を受けることはない。従って、本実施例においても最終層の溶接に限っては、フィラーワイヤ等の溶加材を添加した溶接を行うことができる。さらに、最終層の溶接は狭開先内部で実施する必要も無いことから、溶接方法はレーザ溶接だけではなく、アーク溶接等の適用も可能となる。なお、図９に示す最終層のみフィラーワイヤを添加し溶接する方式は、必ずしも必要ではなく、上述のように最終層含め全てレーザ溶接のみで突合せ溶接を行う構成としても良い。
【００４８】
本実施例では、開先ルートフェイス部３の完全溶け込み溶接終了後、開先開口部４内の溶接を表面Ｆ及び裏面Ｒでそれぞれ２層毎に行う場合を例示したが、これに限られものではない。例えば、開先開口部４内の溶接を表面Ｆ及び裏面Ｒで１層毎に行うよう構成しても良い。また、全総数に応じて、例えば、３層毎に行うよう構成しても良く、この場合、第１のレーザ光照射系と第２のレーザ光照射系との間で切替え頻度を低減することが可能となる。なお、上述のとおり、完全溶け込み溶接部内には、圧縮応力が発生し、逆に開先開口部４には引張応力が発生する。この引張応力の作用により開先の開口幅は次第に狭くなる。このことから、引張応力による開先の開口幅の収縮を考慮すると、その影響を表面Ｆ及び裏面Ｒでバランスさせるためには、１層溶接毎に第１のレーザ光照射系と第２のレーザ光照射系と切り替える構成とすることが望ましい。
【００４９】
本実施例によれば、厚板材をレーザ溶接する場合において、図８に示すように、フィラーワイヤを必要としないことから、高精度なフィラーワイヤの制御が不要となり、融合不良やフィラーワイヤ溶け残り等の溶接不良を防止し、高品質なレーザ溶接継手を得ることが可能となる。
【００５０】
また、本実施例によれば、２台のレーザ光照射系を用い切替え制御することのみで、Ｘ型開先を有する２つの被溶接材の表面側及び裏面側の開先を溶接できることによりスループットの向上が図られる。
【００５１】
また、Ｘ型開先とすることにより、４２ｍｍに限らず５０ｍｍ程度の厚板のレーザ溶接継手を得ることも可能となる。
【実施例２】
【００５２】
図１０及び図１１に、本発明の他の実施例に係る実施例２による鋼板突合せ継手及びレーザ光源の配置関係を示す。実施例１では、Ｘ型開先を有する被溶接材の突合せレーザ溶接を、２台のレーザ光照射系にて切替え照射する構成とした。これに対し本実施例では、１台のレーザ光照射系にてレーザ溶接を行う点が異なる。
【００５３】
図１０に示すように、第１及び第２の被溶接材１，２の表面Ｆ側には、第１のレーザ光源１１及び第１のレーザ光源１１より出射されるレーザ光を集束させるための第１の集光レンズ１０よりなる第１のレーザ光照射系が配置される。図１０では、第１のレーザ光照射系により表面Ｆ側の開先の底部、すなわち、開先ルートフェイス部３の上面にレーザ光が集光された状態を示す。
【００５４】
また、図１１に示す状態では、第１及び第２の被溶接材１，２を上下に反転し、第１及び第２の被溶接材１，２の裏面Ｒに対向するよう、第１のレーザ光照射系が配置される。図１１では、第１のレーザ光照射系により裏面Ｒ側の開先の底部、すなわち、開先ルートフェイス部３の上面にレーザ光が集光された状態を示している。
【００５５】
次に、本実施例の突合せレーザ溶接方法の工程フローについて説明する。図１２に示す開先形成工程（ステップＳ３１）は、図６に示すステップＳ１１と同様であるため説明を省略する。２つの被溶接材突合せ工程では、第１の被溶接材１に形成された開先ルートフェイス部３と、第２の被溶接材２に形成された開先ルートフェイス部３とが相互に接触するよう、第１の被溶接材１及び第２の被溶接材２を位置付ける（ステップＳ３２）。このとき、第１及び第２の被溶接材１，２は、図１０に示す状態となる。
【００５６】
第１のレーザ光源によるルートフェイス部（表面）完全溶け込み溶接工程では、図１０に示すように、第１のレーザ光照射系より、第１及び第２の被溶接材１，２の表面Ｆの開先の底部、すなわち、開先ルートフェイス部３の上面にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第１のレーザ光照射系を板幅方向に所定の速度（溶接速度）で移動し、第１及び第２の被溶接材１，２の端部に到達した時点（１パス終了時点）で、次の工程に進む（ステップＳ３３）。ここで、溶接速度及びレーザ出力については、実施例１と同様であるため説明を省略する。
【００５７】
次に、２つの被溶接材上下反転工程では、表面Ｆ側の開先ルートフェイス部３が完全溶け込み溶接完了後の第１及び第２の被溶接材１，２を上下反転するよう配置する（ステップＳ３４）。このとき、第１及び第２の被溶接材１，２は、図１１に示す状態に配置される。
【００５８】
第１のレーザ光源によるルートフェイス部（裏面）完全溶け込み溶接工程では、図１１に示すように、第１のレーザ光照射系により、第１及び第２の被溶接材１，２の裏面Ｒ側の開先の底部、すなわち、開先ルートフェイス部３の上面にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第１のレーザ光照射系を板幅方向に所定の速度（溶接速度）で移動し、１パス終了時点で次の工程に進む（ステップＳ３５）。ステップＳ３５終了時点で、開先ルートフェイス部３は、表面Ｆ側及び裏面Ｒ側よりオーバーラップした状態で完全溶け込み溶接が完了する。
【００５９】
続いて、２つの被溶接材上下反転工程では、開先ルートフェイス部３の完全溶け込み溶接完了後の第１及び第２の被溶接材１，２の表面Ｆが、上面となるよう上下に反転し配置する（ステップＳ３６）。
【００６０】
次に、第１のレーザ光源による開口部ｎ層目溶接工程では、第１のレーザ光照射系により、表面Ｆ側の開先開口部４の底面（完全溶け込み溶接部の上面）にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第１のレーザ光照射系を板幅方向へ所定の速度（溶接速度）で移動し、１パス終了時点で次の工程に進む（ステップＳ３７）。ここで、図１２に示すフローでは、記載を省略しているが、実施例１と同様に、ステップＳ３３及びステップＳ３５により、開先ルートフェイス部３の完全溶け込み溶接完了後に、開先開口部４内の多層溶接を開始する。そのため、ここでは便宜的に積層する各層を定義するため、初層をｎ＝ｉ、最終層をｎ＝ｍとする。また、図１２に示すように、第１及び第２の被溶接材１，２の表面（Ｆ）、裏面（Ｒ）を区別することなく、連続的に層番号を割り当てている。
【００６１】
続いて、２つの被溶接材上下反転工程では、ステップＳ３７にて、表面Ｆ側の完全溶け込み溶接された開先ルートフェイス３の直上に更に１層溶接される。すなわち、開先開口部４内に初層（１層目）が形成される。この第１及び第２の被溶接材１，２を裏面Ｒが上面となるよう上下に反転し配置する（ステップＳ３８）。
【００６２】
第１のレーザ光源による開口部ｎ＋１層目溶接工程では、第１のレーザ光照射系により、裏面Ｒ側の開先の底面（完全溶け込み溶接部の上面）にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第１のレーザ光照射系を板幅方向へ所定の速度（溶接速度）で移動し、１パス終了時点で次の工程に進む（ステップＳ３９）。このステップＳ３９終了時、第１及び第２の被溶接材１，２の完全溶け込み溶接後の開先ルートフェイス部３の表面Ｆ側及び裏面Ｒ側の直上にそれぞれ更に１層形成される。
【００６３】
ステップＳ４０では、開先開口部４内の溶接が（ｎ＋ｉ＝ｍ−２）層目まで完了したか否かを判定する。未完了の場合、ステップＳ３８へ戻り、ステップＳ３８〜ステップＳ４０までを繰り返し実行する。他方、開先開口部４内の溶接が（ｎ＋ｉ＝ｍ−２）層目まで完了したことが判定されると、処理を終了する。（ｎ＋ｉ＝ｍ−２）層目までの処理が完了した時点では、実施例１と同様にｍ＝１２の場合、表面（Ｆ）側５層、裏面（Ｒ）側５層の溶接が完了したことになる。
【００６４】
なお、本実施例では、１層溶接が完了する毎に、第１及び第２の被溶接材１，２を反転する構成としたがこれに限られない。例えば、開先ルートフェイス部３の完全溶け込み溶接完了の開先開口部４内のレーザ溶接を、表面Ｆ側、裏面Ｒ側それぞれ、２層連続して溶接した後に、上下を反転するよう構成しても良い。なお、上述のとおり、完全溶け込み溶接部内には、圧縮応力が発生し、逆に開先開口部４には引張応力が発生する。この引張応力の作用により開先の開口幅は次第に狭くなる。このことから、引張応力による開先の開口幅の収縮を考慮すると、その影響を表面Ｆ及び裏面Ｒでバランスさせるためには、１層溶接毎に上下反転する構成とすることが望ましい。
【００６５】
本実施例によれば、フィラーワイヤを必要としないことから、高精度なフィラーワイヤの制御が不要となり、融合不良やフィラーワイヤ溶け残り等の溶接不良を防止し、高品質なレーザ溶接継手を得ることが可能となる。
【００６６】
また、本実施例によれば、被溶接材の上下反転工程を必要とするため、実施例１に比べスループットは低下するものの、１台のレーザ光照射系のみでレーザ溶接を行うことができるため、実施例１より設備コストを低減することが可能となる。
【００６７】
また、実施例１と同様に、本実施例ではＸ型開先とするものであるため、５０ｍｍ程度の厚板のレーザ溶接継手を得ることも可能となる。
【実施例３】
【００６８】
図１３に、本発明の他の実施例に係る実施例３の突合せレーザ溶接方法の工程フローを示す。実施例２では、開先ルートフェイス部３を完全溶け込み溶接した後、開先開口部４内の溶接を、１層または２層連続して溶接する毎に被溶接材を上下に反転する構成とした。これに対し、本実施例では、開先ルートフェイス部３を完全溶け込み溶接した後、表面Ｆ側開先開口部４内を連続して多層溶接した後、被溶接材を上下に反転し、裏面Ｒ側開先開口部４内を連続して多層溶接するよう構成した点が異なる。
【００６９】
本実施例の突合せレーザ溶接方法の工程フローについて説明する。図１３に示す開先形成工程（ステップＳ４１）、２つの被溶接材突合せ工程（ステップＳ４２）、第１のレーザ光源によるルートフェイス部（表面）完全溶け込み溶接工程（ステップＳ４３）、２つの被溶接材上下反転工程（ステップＳ４４）、第１のレーザ光源によるルートフェイス部（裏面）完全溶け込み溶接工程（ステップＳ４５）及び２つの被溶接材上下反転工程（ステップＳ４６）については、実施例２において説明した図１２におけるステップＳ３１〜ステップＳ３６と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００７０】
ステップＳ４６にて、開先ルートフェイス部３の完全溶け込み溶接が、表面Ｆ側及び裏面Ｒ側がオーバーラップした状態で既に完了している。従って、第１のレーザ光源による開口部（表面）ｎ層目溶接工程では、第１のレーザ光照射系により、表面Ｆ側の開先開口部４の底面（完全溶け込み溶接部の上面）にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第１のレーザ光照射系を板幅方向へ所定の速度（溶接速度）で移動し、１パス終了時点で次の工程に進む（ステップ４７）。ここで、図１３のフローでは記載を省略しているが、実施例２と同様に、ステップＳ４３及びステップＳ４５により、開先ルートフェイス部３の完全溶け込み溶接完了後に、開先開口部４内の多層溶接を開始する。そのため、ここでは便宜的に積層する各層を定義するため、表面Ｆ側及び裏面Ｒ側共にそれぞれにおいて、初層をｎ＝ｉ、最終層をｎ＝ｍとする。
【００７１】
次に、ステップＳ４８では、表面Ｆ側の開先開口部４内の溶接が（ｎ＝ｍ）層目まで完了したか否かを判定する。未完了の場合、ステップＳ４７へ戻り、ステップＳ４７及びステップＳ４８を繰り返し実行する。他方、開先開口部４内の溶接が（ｎ＝ｍ）層目まで完了したことが判定されると、次の工程であるステップＳ４９へ進む。ここで、例えばｍ＝４の場合、表面Ｆ側の開先開口部４内には、完全溶け込み溶接部の直上から４層の溶接が完了したことになる。
【００７２】
２つの被溶接材上下反転工程では、表面Ｆ側の開先開口部４内に４層の多層溶接完了後の第１及び第２の被溶接材１，２を裏面Ｒが上面となるよう上下に反転し配置する（ステップＳ４９）。
【００７３】
続いて、第１のレーザ光源による開口部（裏面）ｎ層目溶接工程では、第１のレーザ光照射系により、裏面Ｒ側の開先開口部４の底面（完全溶け込み溶接部の上面）にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第１のレーザ光照射系を板幅方向へ所定の速度（溶接速度）で移動し、１パス終了時点で次の工程に進む（ステップＳ５０）。
【００７４】
次に。ステップＳ５１では、裏面Ｒ側の開先開口部４内の溶接が（ｎ＝ｍ）層目まで完了したか否かを判定する。未完了の場合、ステップＳ５０へ戻り、ステップＳ５０及びステップＳ５１を繰り返し実行する。他方、開先開口部４内の溶接が（ｎ＝ｍ）層目まで完了したことが判定されると、処理を終了する。ここで、例えば表面Ｆ側と同様にｍ＝４の場合、裏面Ｒ側の開先開口部４内には、完全溶け込み溶接部の直上から４層の溶接が完了したことになる。
【００７５】
本実施例によれば、フィラーワイヤを必要としないことから、高精度なフィラーワイヤの制御が不要となり、融合不良やフィラーワイヤ溶け残り等の溶接不良を防止し、高品質なレーザ溶接継手を得ることが可能となる。
【００７６】
また、本実施例によれば、実施例２に比べ被溶接材の上下反転工程を大幅に減少できるため、実施例２よりスループットの向上を図ることが可能となる。
【００７７】
また、本実施例によれば、１台のレーザ光照射系のみでレーザ溶接を行うことができるため、実施例１より設備コストを低減することが可能となる。
【００７８】
また、実施例１及び実施例２と同様に、本実施例ではＸ型開先とするものであるため、５０ｍｍ程度の厚板のレーザ溶接継手を得ることも可能となる。なお、レーサ出力を増大することにより使用する被溶接材の板厚を更に増大することができる。
【実施例４】
【００７９】
図１４は、本発明の他の実施例に係る実施例４による鋼板突合せ継手の構造を示す断面概略図である。本実施例においては、開先をＹ型開先とすることで、被溶接材の上下反転工程を不要とした点が、実施例２及び実施例３と異なる。
【００８０】
図１４に示す、開先は、開先ルートフェイス部３及び開先開口部４より構成されるＹ型開先である。例えば、レーザ出力を４ｋＷ〜５ｋＷとした場合、レーザ光照射による１パスで完全溶け込み可能な溶接深さ（板厚方向の長さ）は、上述のとおり９ｍｍ程度である。従って、開先ルートフェイス部３の厚さ（板厚方向の長さ）Ａ２は、８ｍｍとするのが望ましい。なお、レーザ出力を５ｋＷより更に増大すれば、開先ルートフェイス部３の厚さＡ２を増大することが可能である。例えば、レーザ出力を１０ｋＷとする場合、１パスで完全溶け込み可能な溶接深さは、約１５.０ｍｍとなる。従って、この場合には、開先ルートフェイス部３の厚さ（板厚方向の長さ）Ａ２は、１４.０ｍｍとするのが望ましい。また、開先開口部４の開先角度θは、上述のように、２°以上６°以下とするのが好ましく、５°とするのが望ましい。
【００８１】
図１５に、本実施例による鋼板突合せ継手及びレーザ光源との配置関係を示す。図１５に示すように、第１のレーザ光源１１、第１のレーザ光源１１より出射されるレーザ光を集束させるための第１の集光レンズ１０より第１のレーザ光照射系が構成される。図１５においては、開先の底部、すなわち、開先ルートフェイス部３の上面にレーザ光が集光された状態を示している。
【００８２】
本実施例の突合せレーザ溶接方法の工程フローを説明する。図１６に示す開先形成工程では、第１の被溶接材１及び第２の被溶接材２、それぞれの一端面に、板厚方向略中央部より片側寄りから表面Ｆに向かい傾斜する開先開口部４、平坦面を開先ルートフェイス部３とする形状を、プレス加工あるいは切削加工等にて形成する（ステップＳ６１）。
【００８３】
２つの被溶接材突合せ工程では、第１の被溶接材１に形成された開先ルートフェイス部３と、第２の被溶接材２に形成された開先ルートフェイス部３とが相互に接触するよう、第１の被溶接材１及び第２の被溶接材２を位置付ける（ステップＳ６２）。
【００８４】
第１のレーザ光源によるルートフェイス部（表面）完全溶け込み溶接工程では、第１のレーザ光照射系より、開先の底部、すなわち、開先ルートフェイス部３の上面へレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第１のレーザ光照射系を板幅方向へ所定の速度（溶接速度）で移動し、１パス終了時点で次の工程に進む（ステップＳ６３）。ステップＳ６３にて、開先ルートフェイス部３の完全溶け込み溶接が完了する。
【００８５】
第１のレーザ光源による開口部（表面）ｎ層目溶接工程では、第１のレーザ光照射系により、開先開口部４の底面（完全溶け込み溶接部の上面）にレーザ光を照射する。レーザ光を照射した状態で、第１のレーザ光照射系を板幅方向へ所定の速度（溶接速度）で移動し、１パス終了時点で次の工程に進む（ステップＳ６４）。ここで、図１６のフローでは記載を省略しているが、ステップＳ６３にて完全溶け込み溶接後に、開先開口部４内の多層溶接が開始されることから、便宜的に積層する各層を定義するため、初層をｎ＝ｉ、最終層をｎ＝ｍとする。
【００８６】
次にステップＳ６５では、開先開口部４内の溶接が（ｎ＝ｍ）層目まで完了したか否かを判定する。未完了の場合、ステップＳ６４へ戻り、ステップＳ６４及びステップＳ６５を繰り返し実行する。他方、開先開口部４内の溶接が（ｎ＝ｍ）層目まで完了したことが判定されると処理を終了する。ここで、例えば、ｍ＝４とした場合、Ｙ型開先の開先ルートフェイス部３（完全溶け込み溶接部）の直上に４層の多層溶接が完了したことになる。
【００８７】
本実施例では、開先がＹ型開先であることから、レーザ光の照射は開先開口部４が形成される一方のみからとなる。また、Ｙ型開先を用いることにより、鋼板等の板材のみならず、配管材の溶接にも適用することができる。
【００８８】
本実施例によれば、フィラーワイヤを必要としないことから、高精度なフィラーワイヤの制御が不要となり、融合不良やフィラーワイヤ溶け残り等の溶接不良を防止し、高品質なレーザ溶接継手を得ることが可能となる。
【００８９】
また、本実施例によれば、実施例３に比べ被溶接材の上下反転工程を必要としないため、実施例３よりスループットの向上が図られる。
【００９０】
また、本実施例によれば、１台のレーザ光照射系のみでレーザ溶接を行うことができるため、実施例１より設備コストを低減することが可能となる。
【００９１】
本実施例では、Ｙ型開先を用いるものであるため、実施例１乃至実施例３と比較し、使用可能な被溶接材（鋼板）の板厚は薄くなるものの、それでもレーザ出力が５ｋＷで、板厚３０ｍｍより大とできる。
【００９２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１  第１の被溶接材（鋼板）
２  第２の被溶接材（鋼板）
３  開先ルートフェイス部
４  開先開口部
５  レーザ光軸
６  完全溶け込み溶接部
１０  第１の集光レンズ
１１  第１のレーザ光源
１２  第２の集光レンズ
１３  第２のレーザ光源
【図１】
2016016420.tif 000003
【図２】
2016016420.tif 000004
【図３】
2016016420.tif 000005
【図４】
2016016420.tif 000006
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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