(57)【要約】  第１部材（１０）と第２部材（２０）とを突き合わせて接合する接合方法であって、第２突出部（２２）に対向する第１突出部（１２）の一部と、第１突出部（１２）に対向する第２突出部（２２）の一部とを除去して、第１突出部（１２）と第２突出部（２２）との間に開先領域（Ｒｇ）を形成する開先形成工程と、突合せ溶接により、第１部材（１０）と第２部材（２０）とを接合する第１溶接工程と、肉盛り溶接により、開先領域（Ｒｇ）を埋める第２溶接工程とを含む。開先形成工程では、第１突出部（１２）の開先領域（Ｒｇ）に面する面が、第１突出部（１２）の外面に近づくほど第２突出部（２２）との接合位置から遠くなる第１傾斜面（１２ｄ）となり、第２突出部（２２）の開先領域（Ｒｇ）に面する面が、第２突出部（２２）の外面に近づく第１突出部（１２）との接合位置から遠くなる第２傾斜面（２２ｄ）となる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板部と該第１基板部から突出している第１突出部とを有する第１部材と、第２基板部と該第２基板部から突出している第２突出部とを有する第２部材とを突き合わせて接合する接合方法であって、
前記第２突出部に対向する前記第１突出部の一部と、前記第１突出部に対向する前記第２突出部の一部とを除去して、前記第１突出部と前記第２突出部との間に開先領域を形成する開先形成工程と、
前記開先形成工程の後に、突合せ溶接により、前記第１部材と前記第２部材とを互いに接合する第１溶接工程と、
前記第１溶接工程の後に、肉盛り溶接により、前記開先領域を埋める第２溶接工程と、
を含み、
前記開先形成工程では、前記第１突出部の前記開先領域に面する面が、前記第１突出部の外面に近づくほど前記第２突出部との接合位置から遠くなる第１傾斜面となり、かつ、前記第２突出部の前記開先領域に面する面が、前記第２突出部の外面に近づくほど前記第１突出部との接合位置から遠くなる第２傾斜面となる、接合方法。
【請求項２】
前記第１傾斜面は、前記第１基板部から遠いほど、前記第２突出部との接合位置から遠くなる面であり、
前記第２傾斜面は、前記第２基板部から遠いほど、前記第２突出部との接合位置から遠くなる面である、請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記突合せ溶接は、高密度エネルギーを熱源として用いる第１溶接装置を用いて行われる、請求項１又は２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記肉盛り溶接は、レーザビームを熱源として用いる金属積層式の第２溶接装置を用いて行われる、請求項１又は２に記載の接合方法。
【請求項５】
前記第２溶接装置は、前記レーザビームを照射するレーザトーチを備え、
前記第１突出部の突出方向に対する前記第１傾斜面の傾斜角、及び、前記第２突出部の突出方向に対する前記第２傾斜面の傾斜角は、それぞれ、前記レーザトーチの先端部を構成する外壁の傾斜角と同一、又は、前記外壁の前記傾斜角よりも大きく、
前記第１傾斜面と前記第２傾斜面との間隔は、前記レーザビームを照射している前記レーザトーチが前記第１傾斜面及び前記第２傾斜面に非接触となるように決定される、請求項４に記載の接合方法。
【請求項６】
前記第１傾斜面は、前記第１基板部の表面に対して第１曲面を介して連続し、
前記第２傾斜面は、前記第２基板部の表面に対して第２曲面を介して連続する、請求項４又は５のいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項７】
前記第１傾斜面は、前記第１突出部と前記第２突出部との接合方向とは垂直となる接合面に対して、前記第１基板部の表面とは交差する第１軸を基準として傾斜する面であり、
前記第２傾斜面は、前記接合面に対して、前記第２基板部の表面とは交差する第２軸を基準として傾斜する面である、請求項１に記載の接合方法。
【請求項８】
前記第１突出部は、前記第２部材と対向する第１突出端面を有し、
前記第２突出部は、前記第１部材と対向する第２突出端面を有し、
前記開先形成工程では、前記第１突出端面の一部を残存させて前記第１傾斜面が形成され、かつ、前記第２突出端面の一部を残存させて前記第２傾斜面が形成され、
残存した前記第１突出端面と、残存した前記第２突出端面とは、互いに対向する、請求項７に記載の接合方法。
【請求項９】
前記第２溶接工程の前に、前記第２溶接工程で溶接が行われる部分のうち前記第１溶接工程で溶接された溶接部に生じた凹凸をならして下地を準備する下地準備工程を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項１０】
前記第２溶接工程の後に、前記第２溶接工程において前記開先領域を埋めて造形された肉盛部の表面に仕上げを施す肉盛面仕上げ工程を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、溶接により部材同士を接合する接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属部材同士を突合せ溶接により接合する方法がある。特許文献１は、互いに厚さの異なる部材同士を突合せ溶接する方法を開示している。ただし、特許文献１に開示されている溶接方法では、一方の部材の厚さと他方の部材の厚さとが互いに異なるのであって、それぞれの部材の部位によって厚さが異なる、すなわち、接合位置での厚さが場所によって異なる場合に採用されるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１３２３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されているようなレーザビーム等を熱源とした突合せ溶接により、場所によって厚さが異なる部材同士を接合する場合には、接合位置での厚さによって溶接速度やレーザ出力等の溶接条件を変化させる必要がある。しかし、実際上、連続的に溶接条件を変化させることは難しい。特に、接合位置の厚さ差や、接合面の形状によっては、接合位置での厚さによって溶接条件を変化させることができない場合も想定される。【０００５】
そこで、本開示は、接合位置での厚さが場所によって異なる部材同士を接合させる場合の適用範囲を広げるのに有利となる接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様は、第１基板部と第１基板部から突出している第１突出部とを有する第１部材と、第２基板部と第２基板部から突出している第２突出部とを有する第２部材とを突き合わせて接合する接合方法であって、第２突出部に対向する第１突出部の一部と、第１突出部に対向する第２突出部の一部とを除去して、第１突出部と第２突出部との間に開先領域を形成する開先形成工程と、開先形成工程の後に、突合せ溶接により、第１部材と第２部材とを互いに接合する第１溶接工程と、第１溶接工程の後に、肉盛り溶接により、開先領域を埋める第２溶接工程と、を含み、開先形成工程では、第１突出部の開先領域に面する面が、第１突出部に近づくほど第２突出部との接合位置から遠くなる第１傾斜面となり、かつ、第２突出部の開先領域に面する面が、第２突出部の外面に近づくほど第１突出部との接合位置から遠くなる第２傾斜面となる。【０００７】
上記の接合方法では、第１傾斜面は、第１基板部から遠いほど、第２突出部との接合位置から遠くなる面であり、第２傾斜面は、第２基板部から遠いほど、第２突出部との接合位置から遠くなる面であってもよい。突合せ溶接は、高密度エネルギーを熱源として用いる第１溶接装置を用いて行われてもよい。肉盛り溶接は、レーザビームを熱源として用いる金属積層式の第２溶接装置を用いて行われてもよい。第２溶接装置は、レーザビームを照射するレーザトーチを備え、第１突出部の突出方向に対する第１傾斜面の傾斜角、及び、第２突出部の突出方向に対する第２傾斜面の傾斜角は、それぞれ、レーザトーチの先端部を構成する外壁の傾斜角と同一、又は、外壁の傾斜角よりも大きく、第１傾斜面と第２傾斜面との間隔は、レーザビームを照射しているレーザトーチが第１傾斜面及び第２傾斜面に非接触となるように決定されてもよい。第１傾斜面は、第１基板部の表面に対して第１曲面を介して連続し、第２傾斜面は、第２基板部の表面に対して第２曲面を介して連続してもよい。第１傾斜面は、第１突出部と第２突出部との接合方向とは垂直となる接合面に対して、第１基板部の表面とは交差する第１軸を基準として傾斜する面であり、第２傾斜面は、接合面に対して、第２基板部の表面とは交差する第２軸を基準として傾斜する面であってもよい。第１突出部は、第２部材と対向する第１突出端面を有し、第２突出部は、第１部材と対向する第２突出端面を有し、開先形成工程では、第１突出端面の一部を残存させて第１傾斜面が形成され、かつ、第２突出端面の一部を残存させて第２傾斜面が形成され、残存した第１突出端面と、残存した第２突出端面とは、互いに対向してもよい。上記の接合方法は、第２溶接工程の前に、第２溶接工程で溶接が行われる部分のうち第１溶接工程で溶接された溶接部に生じた凹凸をならして下地を準備する下地準備工程を含んでもよい。また、上記の接合方法は、第２溶接工程の後に、第２溶接工程において開先領域を埋めて造形された肉盛部の表面に仕上げを施す肉盛面仕上げ工程を含んでもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、接合位置での厚さが場所によって異なる部材同士を接合させる場合の適用範囲を広げるのに有利となる接合方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、いくつかの実施形態における接合対象物の形状を示す図である。
【図２】図２は、いくつかの実施形態に係る接合方法の流れを示すフローチャートである。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１実施形態に係る接合方法における開先形成工程を説明する図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１実施形態に係る接合方法における基板部接合工程を説明する図である。
【図５】図５は、基板部接合工程で用いられるレーザ溶接装置を示す図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る接合方法における下地準備工程を説明する図である。
【図７】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１実施形態に係る接合方法における肉盛造形工程を説明する図である。
【図８】図８は、肉盛造形工程で用いられる金属積層溶接装置を示す図である。
【図９】図９は、第１実施形態に係る接合方法における肉盛面仕上げ工程を説明する図である。
【図１０】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、いくつかの実施形態における接合対象物の他の形状を示す図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態に係る接合方法における開先形成工程が実施された後の接合対象物の状態を示す図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態に係る接合方法における基板部接合工程が実施された後の接合対象物の状態を示す図である。
【図１３】図１３は、第２実施形態に係る接合方法における下地準備工程が実施された後の接合対象物の状態を示す図である。
【図１４】図１４は、第２実施形態に係る接合方法における肉盛造形工程が実施された後の接合対象物の状態を示す図である。
【図１５】図１５は、第２実施形態に係る接合方法における肉盛面仕上げ工程が実施された後の接合対象物の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、いくつかの例示的な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ここで、実施形態に示す寸法、材料、その他、具体的な数値等は例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。また、実質的に同一の機能及び構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、本開示に直接関係のない要素については、図示を省略する。さらに、以下の各図では、鉛直方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な水平面内において、Ｘ軸、及び、Ｘ軸に垂直なＹ軸を取る。
【００１１】
（接合対象物）
図１は、いくつかの実施形態に係る接合方法を用いて接合可能な対象物の一例を示す斜視図である。第１部材１０は、一方の接合対象物であり、第２部材２０は、他方の接合対象物である。いくつかの実施形態に係る接合方法により、少なくとも、第１部材１０の一部と第２部材２０の一部とが接合される。第１部材１０と第２部材２０とが、図１に示すように互いに配置された場合、第１部材１０と第２部材２０との接合方向は、図中の矢印で示すように、Ｙ方向に沿う。また、第１部材１０及び第２部材２０は、例えば、それぞれ、炭素鋼やステンレス鋼等の鋼材で形成されている。ただし、第１部材１０及び第２部材２０を形成する材料は、鋼材に限られず、アルミニウム系材料、チタン系材料、ニッケル系材料等の金属材料であってもよい。以下、第１部材１０及び第２部材２０の形状の例示を規定する基準として、厚さ方向はＺ方向に沿っており、幅方向はＸ方向に沿っているものとする。
【００１２】
第１部材１０は、第１基板部１１と、第１突出部１２とを含む。
【００１３】
第１基板部１１は、厚さｔ１の平板部である。第１基板部１１の主平面は、ＸＹ平面に対して平行である。第１基板部１１は、２つの主平面のうちの一方の主平面として、第１平面１１ａを有する。接合方向がＹ方向に沿っているとすると、第１基板部１１は、四方の側面のうちの一方の側面として、ＸＺ平面に対して平行で、かつ、第２部材２０と対向する第１基板端面１１ｂを有する。
【００１４】
第１突出部１２は、第１平面１１ａからＺ方向の上方に向かって突出した直方体部である。第１突出部１２の厚さｔ２は、第１基板部１１の厚さｔ１よりも厚い。第１突出部１２の幅ｗ２は、第１基板部１１の幅ｗ１よりも狭い。接合方向がＹ方向に沿っているとすると、第１突出部１２は、四方の側面のうちの一方の側面として、ＸＺ平面に対して平行で、かつ、第２部材２０と対向する第１突出端面１２ｂを有する。いくつかの実施形態では、実際には、第１部材１０と第２部材２０とを接合する際に、第１突出端面１２ｂを含む第１突出部１２の一部が除去される。第１突出部１２の一部が除去される前の状態では、図１に示すように、第１基板部１１の第１基板端面１１ｂと、第１突出部１２の第１突出端面１２ｂとは、１つのＸＺ平面上で連続する。すなわち、第１部材１０において、第２部材２０に対して接合される仮想の接合面は、Ｙ方向に沿って見た場合、おおよそ凸形となる。
【００１５】
一方、第２部材２０は、第２基板部２１と、第２突出部２２とを含む。第２部材２０の形状は、いくつかの実施形態では、第１部材１０との接合位置を基準として、第１部材１０の形状と略対称である。
【００１６】
第２基板部２１は、第１部材１０の第１基板部１１と同様に、厚さｔ１で、幅ｗ１の平板部である。第２基板部２１は、２つの主平面のうちの一方の主平面として、第２平面２１ａを有する。接合方向がＹ方向に沿っているとすると、第２基板部２１は、四方の側面のうちの一方の側面として、ＸＺ平面に対して平行で、かつ、第１部材１０と対向する第２基板端面２１ｂを有する。
【００１７】
第２突出部２２は、第１部材１０の第１突出部１２と同様に、第２平面２１ａからＺ方向の上方に向かって突出した直方体部である。第２突出部２２の厚さは、第１突出部１２の厚さｔ２と同一である。第２突出部２２の幅は、第１突出部１２の幅ｗ２と同一である。接合方向がＹ方向に沿っているとすると、第２突出部２２は、四方の側面のうちの一方の側面として、ＸＺ平面に対して平行で、かつ、第１部材１０と対向する第２突出端面２２ｂを有する。第１部材１０と同様に、実際には、第１部材１０と第２部材２０とを接合する際に、第２突出端面２２ｂを含む第２突出部２２の一部が除去される。第２突出部２２の一部が除去される前の状態では、図１に示すように、第２基板部２１の第２基板端面２１ｂと、第２突出部２２の第２突出端面２２ｂとは、１つのＸＺ平面上で連続する。すなわち、第２部材２０においても、第１部材１０に対して接合される仮想の接合面は、Ｙ方向に沿って見た場合、おおよそ凸形となる。
【００１８】
つまり、一方の接合対象物と他方の接合対象物とは、それぞれ、接合位置での厚さが場所によって異なる。いくつかの実施形態では、一方の接合対象物である第１部材１０では、第１基板端面１１ｂがある第１基板部１１と、第１突出端面１２ｂがある第１突出部１２との２つの場所で、互いに厚さが異なる。同様に、他方の接合対象物である第２部材２０では、第２基板端面２１ｂがある第２基板部２１と、第２突出端面２２ｂがある第２突出部２２との２つの場所で、互いに厚さが異なる。
【００１９】
（第１実施形態）
図２は、第１実施形態に係る接合方法の流れを示すフローチャートである。本実施形態に係る接合方法は、開先形成工程Ｓ１０１と、基板部接合工程Ｓ１０２と、下地準備工程Ｓ１０３と、肉盛造形工程Ｓ１０４と、肉盛面仕上げ工程Ｓ１０５とを含む。
【００２０】
図３は、開先形成工程Ｓ１０１を説明する図である。図３（ａ）は、開先形成工程Ｓ１０１が実施された後の第１部材１０及び第２部材２０の状態を示す斜視図である。図３（ｂ）は、開先形成工程Ｓ１０１が実施された後に、第１基板端面１１ｂと第２基板端面２１ｂとを互いに突き合わせたときの第１部材１０及び第２部材２０の状態を示す拡大側面図である。図３（ｂ）では、第１部材１０と第２部材２０との接合位置Ｊが一点鎖線で表示されている。ただし、接合位置Ｊは、第１基板端面１１ｂと第２基板端面２１ｂとを含む、ＸＺ平面に対して平行な一平面である。
【００２１】
開先形成工程Ｓ１０１は、第２突出部２２に対向する第１突出部１２の一部と、第１突出部１２に対向する第２突出部２２の一部とを除去することで、第１突出部１２と第２突出部２２との間に開先領域Ｒｇを形成する工程である。
【００２２】
開先領域Ｒｇは、例えば、図１に示す状態の第１部材１０及び第２部材２０から、第１突出部１２の一部及び第２突出部２２の一部をそれぞれＸ方向に沿って切り欠いて形成される。図３（ｂ）を参照すると、第１突出部１２では、まず、Ｙ方向に沿って接合位置Ｊから距離Ｌ１の間の部分が除去される。つまり、接合位置Ｊから距離Ｌ１の間では、おおよそ第１基板部１１のみが存在する。さらに、接合位置Ｊから距離Ｌ１の位置を基準として、開先領域Ｒｇに面する面が、第１基板部１１からＺ軸方向に遠いほど接合位置ＪからＹ軸方向に遠くなる第１傾斜面１２ｄとなるように、第１突出部１２の残存部分の一部が除去される。図中、第１突出部１２の突出方向に対する第１傾斜面１２ｄの傾斜角は、θ１と表記されている。また、第１傾斜面１２ｄは、第１平面１１ａに対して、曲率半径Ｒの第１曲面１２ｅを介して連続している。不図示であるが、曲率半径Ｒの中心は、Ｘ軸上にある。
【００２３】
同様に、第２突出部２２では、まず、Ｙ方向に沿って接合位置Ｊから距離Ｌ１の間の部分が除去される。つまり、接合位置Ｊから距離Ｌ１の間では、おおよそ第２基板部２１のみが存在する。さらに、接合位置Ｊから距離Ｌ１の位置を基準として、開先領域Ｒｇに面する面が、第２基板部２１からＺ軸方向に遠いほど接合位置ＪからＹ軸方向に遠くなる第２傾斜面２２ｄとなるように、第２突出部２２の残存部分の一部が除去される。図中、第２突出部２２の突出方向に対する第２傾斜面２２ｄの傾斜角は、θ１と表記されている。また、第２傾斜面２２ｄは、第２平面２１ａに対して、曲率半径Ｒの第２曲面２２ｅを介して連続している。第２曲面２２ｅにおいても、曲率半径Ｒの中心は、Ｘ軸上にある。
【００２４】
つまり、本実施形態では、第１突出部１２で除去される部分の形状と、第２突出部２２で除去される部分の形状とは、接合位置Ｊを基準として略対称である。そして、第１突出部１２で除去された部分と、第２突出部２２で除去された部分との組み合わせが、開先領域Ｒｇとなる。
【００２５】
開先形成工程Ｓ１０１では、第１突出部１２の一部及び第２突出部２２の一部を切り欠くことができるものであれば、採用する方法を問わない。例えば、第１部材１０及び第２部材２０を一般的な切削加工装置を用いて形成する場合には、切削加工時に同時に開先領域Ｒｇを形成してもよい。又は、第１部材１０及び第２部材２０を、一般的なプレス装置や鋳造装置などを用いて形成する場合には、予め開先領域Ｒｇが形成されるように設計されてもよい。
【００２６】
また、開先領域Ｒｇの形状を規定する距離Ｌ１及び傾斜角θ１は、本実施形態では、後の工程である肉盛造形工程Ｓ１０４における溶接に用いられる第２溶接装置に含まれるレーザトーチの形状に基づいて決定される。そこで、距離Ｌ１及び傾斜角θ１の採り得る寸法については、以下で詳説する。
【００２７】
図４は、基板部接合工程Ｓ１０２を説明する図である。図４（ａ）は、基板部接合工程Ｓ１０２が実施されている状態を示す斜視図である。図４（ｂ）は、基板部接合工程Ｓ１０２が実施された後の状態を示す斜視図である。
【００２８】
基板部接合工程Ｓ１０２は、開先形成工程Ｓ１０１の後に、突合せ溶接により、第１基板部１１の第１基板端面１１ｂと第２基板部２１の第２基板端面２１ｂとをつなぎ合わせて接合する工程である。本実施形態では、基板部接合工程Ｓ１０２の他に、突合せ溶接とは異なる溶接方式である肉盛り溶接による別の溶接工程が存在する。そこで、基板部接合工程Ｓ１０２は、後の工程である別の溶接工程と区別して、本実施形態に係る接合方法における第１溶接工程と位置付けられる。
【００２９】
基板部接合工程Ｓ１０２では、突合せ溶接を行うことが可能な溶接装置が採用される。以下、基板部接合工程Ｓ１０２での溶接に採用される溶接装置を、別の溶接工程での溶接に採用される溶接装置と区別して、第１溶接装置という。第１溶接装置は、例えばレーザ溶接装置である。
【００３０】
図５は、基板部接合工程Ｓ１０２での溶接に採用されるレーザ溶接装置７０の構成を示す斜視図である。図５では、一方の接合対象物である第１金属板９１と、他方の接合対象物である第２金属板９２とが突合せ溶接される場合が例示されている。レーザ溶接装置７０は、高密度エネルギーであるレーザビームＬＢを熱源とし、レーザビームＬＢを接合位置上にある照射位置９３に集光した状態で照射して局部的に溶融・凝固させることで、第１金属板９１と第２金属板９２とを接合する。
【００３１】
レーザ溶接装置７０は、レーザトーチ７１と、レーザ発振器７５と、トーチ駆動機構７６と、制御部７８とを備える。レーザ発振器７５は、制御部７８からの発振指示に基づいてレーザ光を発振する。レーザトーチ７１は、集光光学系７２を内蔵する。そして、レーザトーチ７１は、レーザ発振器７５から発振されたレーザ光を、光ファイバ７３を介して導入し、集光光学系７２により焦点が照射位置９３に合うようにレーザビームＬＢを照射する。トーチ駆動機構７６は、可動のアーム７７によりレーザトーチ７１を支持し、制御部７８からの駆動指示に基づいてアーム７７を駆動させて、レーザトーチ７１の位置を変化させる。制御部７８は、レーザトーチ７１からレーザビームＬＢを照射させながら、照射位置９３を接合位置に沿って移動させることで、第１金属板９１と第２金属板９２とを突合せ溶接させる。レーザ溶接装置７０により第１金属板９１と第２金属板９２とが接合された部位には、溶接部９４が形成される。
【００３２】
なお、突合せ溶接時のレーザ溶接装置７０の溶接条件、例えば、溶接速度やレーザ出力等は、接合対象物の大きさ、形状又は材質等に合わせて適宜変更可能であり、特に限定されるものではない。また、レーザ溶接装置７０に採用されるレーザの種類等についても、特に限定されない。
【００３３】
基板部接合工程Ｓ１０２では、レーザ溶接装置７０は、図４（ａ）に示すように、第１基板端面１１ｂと第２基板端面２１ｂとを突き合わせた位置に合わせて突合せ溶接を実施し、徐々に溶接部３０を形成していく。最終的に、レーザ溶接装置７０は、図４（ｂ）に示すように、第１基板部１１と第２基板部２１とを互いに接合することができる。なお、基板部接合工程Ｓ１０２が終了した直後では、開先領域Ｒｇは残存したままである。
【００３４】
なお、第１溶接装置は、第１基板部１１と第２基板部２１とを互いに接合する突合せ溶接が可能であれば、レーザ溶接装置７０に限定されない。第１溶接装置は、例えば、レーザビームを熱源とするレーザ溶接装置に代えて、レーザビームと同様に高密度エネルギーに分類される電子ビームを熱源とする電子ビーム溶接装置を採用することも可能である。
【００３５】
図６は、下地準備工程Ｓ１０３を説明する図である。
【００３６】
下地準備工程Ｓ１０３は、後の工程である肉盛造形工程Ｓ１０４で溶接が行われる部分のうち、基板部接合工程Ｓ１０２で溶接された溶接部３０に生じた凹凸をならして下地３１を準備する工程である。ここで、肉盛造形工程Ｓ１０４で溶接が行われる部分とは、開先領域Ｒｇに面する部分をいう。したがって、下地準備工程Ｓ１０３では、少なくとも、溶接部３０全体のうちの開先領域Ｒｇに面する部分、すなわち、第１突出部１２及び第２突出部２２のそれぞれの幅ｗ２に対応した部分の溶接部３０に生じた凹凸がならされる。
【００３７】
下地準備工程Ｓ１０３では、溶接部３０の凹凸をならすことができるものであれば、採用する方法を問わない。例えば、一般的な研磨装置や機械加工装置を用いて溶接部３０の表面を研磨又は切削加工等することで、凹凸をならすことができる。この場合、研磨装置は、自動で操作されるものであってもよいし、作業者が手動で取り扱うものであってもよい。
【００３８】
なお、下地準備工程Ｓ１０３において準備される下地３１の範囲には、厳密に該当部分の溶接部３０のみならず、溶接部３０周辺の第１平面１１ａ又は第２平面２１ａの一部が含まれていてもよい。
【００３９】
また、本実施形態に係る接合方法では、下地準備工程Ｓ１０３は、必ず実施される工程ではない。例えば、基板部接合工程Ｓ１０２の段階において比較的大きな凹凸が溶接部３０に生じておらず、肉盛造形工程Ｓ１０４での肉盛り溶接への影響が少ないと判断し得る場合には、下地準備工程Ｓ１０３は実施されなくてもよい。
【００４０】
図７は、肉盛造形工程Ｓ１０４を説明する図である。図７（ａ）は、肉盛造形工程Ｓ１０４が実施されている状態を示す斜視図である。図７（ｂ）は、肉盛造形工程Ｓ１０４が実施された後の状態を示す斜視図である。
【００４１】
肉盛造形工程Ｓ１０４は、下地準備工程Ｓ１０３の後、又は下地準備工程Ｓ１０３が実施されない場合には基板部接合工程Ｓ１０２の後に、肉盛り溶接により、開先領域Ｒｇを埋める工程である。本実施形態では、突合せ溶接が行われる基板部接合工程Ｓ１０２が存在するので、肉盛造形工程Ｓ１０４は、第１溶接工程としての基板部接合工程Ｓ１０２と区別して、本実施形態に係る接合方法における第２溶接工程と位置付けられる。
【００４２】
肉盛造形工程Ｓ１０４では、肉盛り溶接を行うことが可能な溶接装置が採用される。以下、肉盛造形工程Ｓ１０４での溶接に採用される溶接装置を、基板部接合工程Ｓ１０２での突合せ溶接に採用される第１溶接装置と区別して、第２溶接装置という。第２溶接装置は、例えば、粉末供給方式を採用した金属積層式の溶接装置である。
【００４３】
図８は、肉盛造形工程Ｓ１０４での溶接に採用される金属積層溶接装置８０を示す図である。図８（ａ）は、金属積層溶接装置８０の構成を示す斜視図である。図８（ｂ）は、レーザトーチ８１の一部断面図である。図８では、基板９５上に肉盛り溶接される場合が例示されている。金属積層溶接装置８０は、熱源としては、レーザ溶接装置７０と同様に高密度エネルギーであるレーザビームＬＢが用いられる。そして、金属積層溶接装置８０は、レーザビームＬＢを照射位置に向けて照射しながら、照射位置に形成された溶融領域に金属パウダーＰＯを吹き付けることで、金属材料を堆積させ、連続的な肉盛り部分９６を造形する。
【００４４】
金属積層溶接装置８０は、レーザトーチ８１と、レーザ発振器８５と、パウダー供給装置８９と、トーチ駆動機構８６と、制御部８８とを備える。レーザ発振器８５は、制御部８８からの発振指示に基づいてレーザ光を発振する。レーザトーチ８１は、内部に、第１経路８１ａと第２経路８１ｂとの２つの経路を有する。
【００４５】
第１経路８１ａは、レーザトーチ８１の中心軸に沿った内側に位置し、集光光学系８２を備える。レーザトーチ８１は、レーザ発振器８５から発振されたレーザ光を、光ファイバ８３を介して第１経路８１ａに導入し、集光光学系８２により焦点が照射位置に合うようにレーザビームＬＢを照射する。
【００４６】
第２経路８１ｂは、第１経路８１ａと同軸上で、第１経路８１ａの外側に位置する。第２経路８１ｂには、パウダー供給装置８９が配管を介して接続されている。パウダー供給装置８９は、不活性ガス等のキャリアガスを用いて金属パウダーＰＯを第２経路８１ｂに供給する。第２経路８１ｂに供給された金属パウダーＰＯは、図８（ｂ）に示すように、レーザビームＬＢの周囲からレーザビームＬＢの照射位置に向けて吹き付けられる。トーチ駆動機構８６は、可動のアーム８７によりレーザトーチ８１を支持し、制御部８８からの駆動指示に基づいてアーム８７を駆動させて、レーザトーチ８１の位置を変化させる。制御部８８は、レーザトーチ８１から、レーザビームＬＢを照射させ、かつ、金属パウダーＰＯを吹き出させながら、照射位置に沿って移動させることで、基板９５上に肉盛り部分を形成させる。図８では、基板９５の表面上に肉盛り部分の最下層である第１層９６ａが形成され、さらに、第１層９６ａ上に第２層９６ｂが形成されている状態を例示している。金属積層溶接装置８０は、このような連続的な積層造形を繰り返すことで、最終的に、基板９５上に所望の形状の肉盛り部分を造形することができる。
【００４７】
なお、肉盛り溶接時の金属積層溶接装置８０の溶接条件、例えば、肉盛速度やレーザ出力等は、肉盛り部分の大きさ若しくは形状、又は、金属パウダーＰＯの材質等に合わせて適宜変更可能であり、特に限定されるものではない。また、金属積層溶接装置８０に採用されるレーザの種類、又は、金属パウダーＰＯの種類等についても、特に限定されない。ただし、金属パウダーＰＯとしては、例えば、Ｔｉ系（Ti-6Al-4V等）やＮｉ系（In718：Inconel 718（登録商標）等）の材料が用いられ得る。
【００４８】
肉盛造形工程Ｓ１０４では、金属積層溶接装置８０は、図８（ａ）に示すように、開先領域Ｒｇに肉盛り溶接を実施し、徐々に開先領域Ｒｇに肉盛り部分を積層させていく。最終的に、金属積層溶接装置８０は、図８（ｂ）に示すように、開先領域Ｒｇの全域を肉盛り部分３２で埋めることで、肉盛部３３を造形することができる。
【００４９】
なお、第２溶接装置は、開先領域Ｒｇを埋める肉盛り溶接が可能な溶接装置であれば、粉末供給方式を採用した金属積層溶接装置８０に限定されない。第２溶接装置は、例えば、粉末供給方式に代えて、レーザビームＬＢの照射位置に金属ワイヤーを供給するワイヤー供給方式の金属積層溶接装置を採用することも可能である。特に、三次元金属積層造形を可能とする金属積層溶接装置の分野では、粉末供給方式はパウダーフィード方式と、一方、ワイヤー供給方式はワイヤーフィード方式と、それぞれ呼ばれることもある。なお、粉末供給方式又はワイヤー供給方式の如何を採用するかを問わず、造形時の供給速度は、本開示の本質ではなく、種々設定可能である。
【００５０】
ここで、前の工程である開先形成工程Ｓ１０１では開先領域Ｒｇを形成するが、開先領域Ｒｇの形状を規定する距離Ｌ１及び傾斜角θ１は、金属積層溶接装置８０に含まれるレーザトーチ８１の形状に基づいて決定される。以下、図３（ｂ）を参照して、距離Ｌ１及び傾斜角θ１の採り得る寸法について説明する。
【００５１】
レーザトーチ８１の先端部は、レーザビームＬＢの照射方向に沿って先細りとなるテーパ形状を有する。図中、レーザトーチ８１の中心軸ＡＸに対して、レーザトーチ８１の先端部を構成する外壁の傾斜角をθ２と表記する。レーザトーチ８１の先端部の軸方向の長さをＬ２と、レーザトーチ８１の先端部の最大径をＤと、それぞれ表記する。また、レーザトーチ８１からレーザビームＬＢの焦点までの距離をＬ３と表記する。
【００５２】
このとき、第１傾斜面１２ｄの傾斜角θ１、及び、第２傾斜面２２ｄの傾斜角θ１は、それぞれ、レーザトーチ８１の先端部の傾斜角θ２と同一、又は、傾斜角θ２よりも大きくなるように決定される。例えば、レーザトーチ８１の先端部の傾斜角θ２が３０°であり、レーザトーチ８１の先端部の軸方向の長さＬ２が５０ｍｍであり、また、レーザトーチ８１の先端部の最大径Ｄが７０ｍｍであるものとする。この場合、第１傾斜面１２ｄの傾斜角θ１、及び、第２傾斜面２２ｄの傾斜角θ１は、それぞれ、３０°又は３０°よりも大きくなるように決定される。また、レーザトーチ８１からレーザビームＬＢの焦点までの距離Ｌ３が１３ｍｍであると仮定する。この場合、本実施形態に係る接合方法は、第１部材１０及び第２部材２０における接合位置Ｊでの厚さ差（ｔ２−ｔ１）が、最大、（長さＬ２＋距離Ｌ３）＝（５０ｍｍ＋１３ｍｍ）＝６３ｍｍまで対応可能となる。
【００５３】
また、第１傾斜面１２ｄと第２傾斜面２２ｄとの間隔は、レーザビームＬＢを照射しているレーザトーチ８１が第１傾斜面１２ｄ及び第２傾斜面２２ｄに非接触となるように規定される。ここで、傾斜角θ１が０°、すなわち、第１傾斜面１２ｄ及び第２傾斜面２２ｄが、第１平面１１ａ又は第２平面２１ａに対してそれぞれ垂直な面であると仮定する。この場合、レーザトーチ８１からレーザビームＬＢの焦点までの距離Ｌ３を１３ｍｍに維持するならば、第１部材１０側の距離Ｌ１と第２部材２０側の距離Ｌ１とを合わせた距離（２×Ｌ１）は、レーザトーチ８１の先端部の最大径Ｄよりも大きくなければならない。さもなければ、レーザトーチ８１は、開先領域Ｒｇにおいて、特に第１傾斜面１２ｄ又は第２傾斜面２２ｄの近傍に肉盛り溶接を行おうとしたときに、第１傾斜面１２ｄ又は第２傾斜面２２ｄに接触するおそれがある。
【００５４】
図９は、肉盛面仕上げ工程Ｓ１０５を説明する図である。
【００５５】
肉盛面仕上げ工程Ｓ１０５は、肉盛造形工程Ｓ１０４で開先領域Ｒｇを埋めて造形された肉盛部３３の表面に仕上げを施す工程である。ここで、肉盛部３３は開先領域Ｒｇを埋めるように造形されたものであるから、肉盛部３３において、外部に露出している肉盛面は、上面３３ａと、２つの側面３３ｃとである。上面３３ａは、第１突出部１２の第１上面１２ａ及び第２突出部２２の第２上面２２ａに沿った面である。側面３３ｃは、第１突出部１２の第１突出側面１２ｃ及び第２突出部２２の第２突出側面２２ｃに沿った面である。そこで、肉盛面仕上げ工程Ｓ１０５では、第１に、第１上面１２ａ及び第２上面２２ａに対して滑らかに連続するように、上面３３ａに仕上げを施してもよい。また、肉盛面仕上げ工程Ｓ１０５では、第２に、第１突出側面１２ｃ及び第２突出側面２２ｃに対して滑らかに連続するように、２つの側面３３ｃに仕上げを施してもよい。
【００５６】
肉盛面仕上げ工程Ｓ１０５では、肉盛部３３の表面に仕上げを施すことができるものであれば、採用する方法を問わない。例えば、一般的な研磨装置や機械加工装置を用いて肉盛部３３の表面を研磨又は切削加工等することで仕上げることができる。この場合、特に研磨装置は、自動で操作されるものであってもよいし、作業者が手動で取り扱うものであってもよい。
【００５７】
なお、肉盛面仕上げ工程Ｓ１０５において仕上げられる表面の範囲には、厳密に肉盛部３３の表面のみならず、肉盛部３３周辺の第１上面１２ａ若しくは第２上面２２ａ又は第１突出側面１２ｃ若しくは第２突出側面２２ｃの一部が含まれていてもよい。
【００５８】
また、本実施形態に係る接合方法では、肉盛面仕上げ工程Ｓ１０５は、必ず実施される工程ではない。例えば、肉盛造形工程Ｓ１０４が終了した時点での肉盛部３３に大きな凹凸等がない場合や、第１部材１０と第２部材２０とを接合した製品に美観が要求されていない場合などには、肉盛面仕上げ工程Ｓ１０５は実施されなくてもよい。
【００５９】
次に、本実施形態に係る接合方法による効果について説明する。
【００６０】
まず、本実施形態に係る接合方法は、第１基板部１１と該第１基板部１１から突出している第１突出部１２とを有する第１部材１０と、第２基板部２１と該第２基板部２１から突出している第２突出部２２とを有する第２部材２０とを突き合わせて接合する。接合方法は、第２突出部２２に対向する第１突出部１２の一部と、第１突出部１２に対向する第２突出部２２の一部とを除去して、第１突出部１２と第２突出部２２との間に開先領域Ｒｇを形成する開先形成工程Ｓ１０１を含む。接合方法は、開先形成工程Ｓ１０１の後に、突合せ溶接により、第１部材１０と第２部材２０とを互いに接合する第１溶接工程である基板部接合工程Ｓ１０２を含む。また、接合方法は、第１溶接工程の後に、肉盛り溶接により、開先領域Ｒｇを埋める第２溶接工程である肉盛造形工程Ｓ１０４を含む。ここで、開先形成工程Ｓ１０１では、第１突出部１２の開先領域Ｒｇに面する面が、第１突出部１２の外面に近づくほど第２突出部２２との接合位置Ｊから遠くなる第１傾斜面１２ｄとなる。かつ、開先形成工程Ｓ１０１では、第２突出部２２の開先領域Ｒｇに面する面が、第２突出部２２の外面に近づくほど第１突出部１２との接合位置遠くなる第２傾斜面２２ｄとなる。
【００６１】
接合対象物としての第１部材１０及び第２部材２０では、接合位置Ｊにおいて、第１部材１０に関しては、第１基板部１１に相当する部分の厚さｔ１と、第１突出部１２に相当する部分の厚さｔ２とは、それぞれ異なる。同様に、接合位置Ｊにおいて、第２部材２０に関しては、第２基板部２１に相当する部分の厚さｔ１と、第２突出部２２に相当する部分の厚さｔ２とは、それぞれ異なる。そして、接合位置Ｊでの厚さが場所によって異なる部材同士を接合する場合に、第１基板部１１と第２基板部２１とを含む部位を接合するために用いる溶接と、第１突出部１２と第２突出部２２とを含む部位を接合するために用いる溶接との種類を異ならせる。
【００６２】
ここで、比較例として、第１基板部１１と第２基板部２１との接合と、第１突出部１２と第２突出部２２との接合とを、同一の溶接方法、例えば突合せ溶接で連続的に行うと仮定する。この場合、第１基板部１１と第２基板部２１とを接合するときの溶接時と、第１突出部１２と第２突出部２２とを接合するときの溶接時とでは、溶接条件をそれぞれ変化させる必要がある。しかし、接合位置Ｊでの厚さ差（ｔ２−ｔ１）や、接合面の形状によっては、溶接条件を変化させることができない場合もある。例えば、第１基板部１１と第２基板部２１との接合と、第１突出部１２と第２突出部２２との接合とを、上記例示したレーザ溶接装置７０を用いた突合せ溶接だけで行うものとする。この場合、レーザ発振器７５の出力を最大出力７ｋＷで稼働させたとすると、実際に溶接可能と考えられる接合位置Ｊでの厚さ差（ｔ２−ｔ１）の最大は、１０〜１５ｍｍである。換言すれば、厚さ差（ｔ２−ｔ１）が１０〜１５ｍｍ以上である場合には、突合せ溶接のみで第１部材１０と第２部材２０とを接合することは難しい。
【００６３】
これに対して、本実施形態によれば、接合位置Ｊでの厚さが異なる場所ごとに溶接の種類を異ならせるので、１つの溶接工程において溶接条件を複雑に変化させる必要がない。そして、第１突出部１２及び第２突出部２２に相当する部分の厚さｔ２は、第１基板部１１及び第２基板部２１に相当する部分の厚さｔ１よりも厚くなる。これに対して、本実施形態によれば、厚さｔ２が比較的厚い第１突出部１２と第２突出部２２との接合を肉盛り溶接により行うので、接合位置Ｊでの厚さ差（ｔ２−ｔ１）が比較的大きい場合でも、接合可能となる形状範囲が従来よりも広がる。
【００６４】
また、一般に肉盛り溶接を行う場合、溶接装置の一部が肉盛り部分を造形する位置に近接する場合が多い。これに対して、本実施形態によれば、各溶接工程を実施する前に開先領域Ｒｇを形成するので、溶接時には、溶接装置の一部が開先領域Ｒｇ内に位置する。つまり、溶接装置が溶接時に接合対象物に干渉することを予め回避させることができる。
【００６５】
このように、本実施形態によれば、接合位置Ｊでの厚さが場所によって異なる部材同士を接合させる場合の適用範囲を広げるのに有利となる接合方法を提供することができる。ここで、適用範囲を広げるとは、例えば、従来の接合方法では接合することが難しかった接合対象物であっても、本実施形態によれば接合することが可能になり、本実施形態に係る接合方法を適用することができる接合対象物の種類が多くなることをいう。
【００６６】
また、本実施形態に係る接合方法では、第１傾斜面１２ｄは、第１基板部１１から遠いほど、第２突出部２２との接合位置Ｊから遠くなる面であってもよい。また、第２傾斜面２２ｄは、第２基板部２１から遠いほど、第２突出部２２との接合位置Ｊから遠くなる面であってもよい。
【００６７】
ここで、第１傾斜面１２ｄは、上記のとおり、第１突出部１２の外面に近づくほど第２突出部２２との接合位置Ｊから遠くなるが、この場合の第１突出部１２の外面は、第１上面１２ａに相当する。同様に、第２傾斜面２２ｄは、上記のとおり、第２突出部２２の外面に近づくほど第１突出部１２との接合位置Ｊから遠くなるが、この場合の第２突出部２２の外面は、第２上面２２ａに相当する。
【００６８】
肉盛り溶接を行う溶接装置では、溶接時に肉盛り部分に最も近接する部分の形状が、肉盛り部分を造形する位置に向かって先細りとなるテーパ形状である場合が多い。これに対して、本実施形態によれば、開先領域Ｒｇは、第１傾斜面１２ｄと第２傾斜面２２ｄとが対向する領域となるので、溶接装置が溶接時に接合対象物に干渉することを、より回避させやすくすることができる。
【００６９】
また、本実施形態に係る接合方法では、突合せ溶接は、高密度エネルギーを熱源として用いる第１溶接装置を用いて行われてもよい。ここで、第１溶接装置は、例えばレーザ溶接装置７０である。
【００７０】
このような接合方法によれば、第１基板部１１と第２基板部２１とを含む部位の接合を、突合せ溶接により迅速に行わせることができる。特に、第１基板部１１及び第２基板部２１は、接合位置Ｊでの厚さが比較的薄い部分に相当するので、接合位置Ｊでの厚さに関する制約が少ないことから、第１溶接工程では第１溶接装置が好適となり得る。
【００７１】
また、本実施形態に係る接合方法では、肉盛り溶接は、レーザビームＬＢを熱源として用いる金属積層式の第２溶接装置を用いて行われてもよい。ここで、第２溶接装置は、例えば金属積層溶接装置８０である。
【００７２】
このような接合方法によれば、第２溶接装置は、厚さ方向に沿って肉盛り部分を徐々に積層させていくので、接合位置Ｊでの厚さ差（ｔ２−ｔ１）が比較的大きい場合でも、開先領域Ｒｇ全体を埋めることができる。
【００７３】
また、本実施形態に係る接合方法では、第２溶接装置は、レーザビームＬＢを照射するレーザトーチ８１を備える。この場合、第１突出部１２の突出方向に対する第１傾斜面１２ｄの傾斜角θ１、及び、第２突出部２２の突出方向に対する第２傾斜面２２ｄの傾斜角θ１は、それぞれ、レーザトーチ８１の先端部を構成する外壁の傾斜角θ２と同一でもよい。又は、第１傾斜面１２ｄの傾斜角θ１、及び、第２傾斜面２２ｄの傾斜角θ１は、それぞれ、傾斜角θ２よりも大きくてもよい。第１傾斜面１２ｄと第２傾斜面２２ｄとの間隔は、レーザビームＬＢを照射しているレーザトーチ８１が第１傾斜面１２ｄ及び第２傾斜面２２ｄに非接触となるように決定されてもよい。
【００７４】
このような接合方法によれば、開先領域Ｒｇの形状を規定する距離Ｌ１及び傾斜角θ１が第２溶接装置に含まれるレーザトーチ８１の形状に基づいて決定される。したがって、第２溶接装置が溶接時に第１突出部１２又は第２突出部２２に干渉することを回避させやすくすることができる。
【００７５】
また、本実施形態に係る接合方法では、第１傾斜面１２ｄは、第１基板部１１の表面である第１平面１１ａに対して第１曲面１２ｅを介して連続してもよい。同様に、第２傾斜面２２ｄは、第２基板部２１の表面である第２平面２１ａに対して第２曲面２２ｅを介して連続してもよい。
【００７６】
このような接合方法によれば、第２溶接工程おいて肉盛り溶接を実施するときに、第１傾斜面１２ｄと第１基板部１１との境界、又は、第２傾斜面２２ｄと第２基板部２１との境界における融合不良を回避させることができる。
【００７７】
ここで、レーザトーチ８１に関する各部の寸法が、上記の金属積層溶接装置８０に関する説明で例示した各値であるとする。この場合、融合不良を回避させるために、第１曲面１２ｅ及び第２曲面２２ｅのそれぞれの曲率半径Ｒの値は、例えば１〜５ｍｍの範囲にあるものとしてもよい。
【００７８】
また、本実施形態に係る接合方法は、第２溶接工程の前に、第２溶接工程で溶接が行われる部分のうち第１溶接工程で溶接された溶接部３０に生じた凹凸をならして下地３１を準備する下地準備工程Ｓ１０３を含んでもよい。
【００７９】
このような接合方法によれば、第２溶接工程を実施する前に、第２溶接工程で肉盛り溶接が行われる部分の下地３１が整えられているので、特に第１平面１１ａ又は第２平面２１ａの側に対する肉盛り部分の融合性が向上する。
【００８０】
また、本実施形態に係る接合方法は、第２溶接工程の後に、第２溶接工程において開先領域Ｒｇを埋めて造形された肉盛部３３の表面に仕上げを施す肉盛面仕上げ工程Ｓ１０５を含んでもよい。
【００８１】
このような接合方法によれば、肉盛部３３の美観を向上させることができる。
【００８２】
（他の接合対象物）
本実施形態に係る接合方法を適用し得る接合対象物として、第１部材１０及び第２部材２０を例示した。しかし、第１部材１０を構成する第１基板部１１及び第１突出部１２の形状、又は、第２部材２０を構成する第２基板部２１及び第２突出部２２の形状は、各図に表示する以外にも様々な形状を採用し得る。例えば、第１突出部１２又は第２突出部２２に関しては、必ずしも直方体部である必要はなく、例えば台形部であってもよい。
【００８３】
図１０は、接合対象物の他の形状として、第１突出部１２が台形部である場合の第１部材１０を示す側面図である。ただし、図１０では、Ｙ方向から見た第１部材１０の側面を示している。なお、この場合、第２部材２０の形状も、図１０に示す第１部材１０の形状と同一であってもよい。
【００８４】
図１０（ａ）には、第１突出部１２において、第１上面１２ａに相当する上底の幅ｗ２１が下底の幅ｗ２２よりも狭い場合の第１部材１０が示されている。この場合、第１突出側面１２ｃと第１平面１１ａとのなす角θ３は、鈍角となる。一方、図１０（ｂ）には、第１突出部１２において、第１上面１２ａに相当する上底の幅ｗ２１が下底の幅ｗ２２よりも広い場合の第１部材１０が示されている。この場合、第１突出側面１２ｃと第１平面１１ａとのなす角θ４は、鋭角となる。
【００８５】
ここで、第１突出部１２及び第２突出部２２が、図１０（ａ）に示すような形状である場合、本実施形態に係る接合方法を用いて第１部材１０と第２部材２０とを接合することが可能である。一方で、接合位置Ｊでの厚さ差（ｔ２−ｔ１）が比較的小さい場合には、本実施形態に係る接合方法を適用することができるとともに、例えば、突合せ溶接のみにより一時に第１部材１０と第２部材２０とを接合することもあり得る。
【００８６】
これに対して、第１突出部１２及び第２突出部２２が、図１０（ｂ）に示すような形状である場合も、本実施形態に係る接合方法を用いて第１部材１０と第２部材２０とを接合することが可能である。本実施形態では、第１突出部１２と第２突出部２２との接合が肉盛り溶接によるものであることから、第１突出側面１２ｃが第１平面１１ａに向かって倒れ込むような形状であっても許容される。しかし、本実施形態とは異なり、突合せ溶接のみにより一時に第１部材１０と第２部材２０とを接合するような接合方法では、第１突出側面１２ｃが第１平面１１ａに向かって倒れ込むような形状の第１突出部１２と第２突出部２２とを接合させることは難しい。つまり、図１０（ｂ）に示すような形状の第１部材１０と第２部材２０とを接合する場合には、本実施形態に係る接合方法は、特に有効となり得る。
【００８７】
（第２実施形態）
開先形成工程Ｓ１０１では、第１突出部１２の一部と第２突出部２２の一部とがそれぞれ除去される。このとき、第１実施形態に示した例では、図３（ａ）に示すように、第１傾斜面１２ｄが、第１基板部１１から遠いほど第２突出部２２との接合位置Ｊから遠くなる面となるように、開先領域Ｒｇが形成された。また、第２傾斜面２２ｄについても同様である。これに対して、第２実施形態では、開先形成工程Ｓ１０１で形成される開先領域Ｒｇの形状を、第１実施形態の場合から変更する。なお、本実施形態に係る接合方法の流れは、第１実施形態で説明した図２のフローチャートに示す流れと同様である。したがって、以下、本実施形態に係る接合方法についても、図２のフローチャートに沿って説明する。
【００８８】
図１１は、第２実施形態において、開先形成工程Ｓ１０１が実施された後の第１部材１０及び第２部材２０の状態を示す斜視図である。本実施形態では、双方の第１突出側面１２ｃ及び双方の第２突出側面２２ｃのそれぞれの側が切りかかれたような形状の第１開先領域Ｒｇ１と第２開先領域Ｒｇ２との２つの開先領域が存在する（図１２参照）。このような第１開先領域Ｒｇ１及び第２開先領域Ｒｇ２を形成するために、本実施形態における２つの第１傾斜面１２ｆ及び２つの第２傾斜面２２ｆは、以下のように設定される。
【００８９】
まず、第１部材１０において、２つの第１傾斜面１２ｆは、それぞれ、第１突出部１２と第２突出部２２との接合方向とは垂直となる接合面に対して、第１基板部１１の表面とは交差する第１軸ＡＸ１を基準として傾斜する面として設定される。ここで、接合方向は、図中Ｙ方向に相当する。また、接合面は、上記の例でいう接合位置Ｊにある図中ＸＺ平面に相当する。
【００９０】
図１１に示す例では、第１軸ＡＸ１は、第１基板部１１の表面とは直交する。また、第１傾斜面１２ｆは、接合面に対して、第１軸ＡＸ１を基準として傾斜角θ５で傾斜している。上記で規定されているとおり、第１傾斜面１２ｆは、第１突出部１２の外面に近づくほど第２突出部２２との接合位置から遠くなるので、図１１に示すように、第１突出部１２から外方に斜めに向かう姿勢となる。そして、この場合の第１突出部１２の外面は、第１突出側面１２ｃに相当する。
【００９１】
同様に、第２部材２０において、２つの第２傾斜面２２ｆは、それぞれ、第１突出部１２と第２突出部２２との接合方向とは垂直となる接合面に対して、第２基板部２１の表面とは交差する第２軸ＡＸ２を基準として傾斜する面として設定される。
【００９２】
図１１に示す例では、第２軸ＡＸ２は、第２基板部２１の表面とは直交する。また、第２傾斜面２２ｆは、接合面に対して、第２軸ＡＸ２を基準として傾斜角θ５で傾斜している。上記で規定されているとおり、第２傾斜面２２ｆは、第２突出部２２の外面に近づくほど第１突出部１２との接合位置から遠くなるので、図１１に示すように、第２突出部２２から外方に斜めに向かう姿勢となる。そして、この場合の第２突出部２２の外面は、第２突出側面２２ｃに相当する。
【００９３】
つまり、本実施形態では、第１突出部１２で除去される部分の形状と、第２突出部２２で除去される部分の形状とは、接合位置Ｊを基準として略対称である。そして、一方の第１傾斜面１２ｆを境に第１突出部１２で除去された部分と、一方の第２傾斜面２２ｆを境に第２突出部２２で除去された部分との１つの組み合わせが、第１開先領域Ｒｇ１となる。同様に、他方の第１傾斜面１２ｆを境に第１突出部１２で除去された部分と、他方の第２傾斜面２２ｆを境に第２突出部２２で除去された部分とのもう１つの組み合わせが、第２開先領域Ｒｇ２となる。
【００９４】
また、図１１に示す例では、開先形成工程Ｓ１０１では、２つの第１傾斜面１２ｆの間に第１突出端面１２ｂの一部が残存し、一方、２つの第２傾斜面２２ｆの間に第２突出端面２２ｂの一部が残存する。そして、残存した第１突出端面１２ｂと、残存した第２突出端面２２ｂとは、互いに近接しながら対向する。
【００９５】
なお、図１１に示す例では、第１軸ＡＸ１及び第２軸ＡＸ２が、それぞれ第１基板部１１又は第２基板部２１の表面とは直交するものとしたが、必ずしも直交しなくてもよい。図１１に示す例では、第１傾斜面１２ｆ及び第２傾斜面２２ｆのそれぞれの傾斜角が同一の傾斜角θ５であるものとしたが、互いに異なっていてもよい。図１１に示す例では、第１突出部１２に形成されている２つの第１傾斜面１２ｆ、及び、第２突出部２２に形成されている２つ第２傾斜面２２ｆは、それぞれ同一であるものとしたが、互いに異なっていてもよい。また、図１１に示す例では、第１傾斜面１２ｆ及び第２傾斜面２２ｆが平面であるものとしたが、全体又は一部が曲面であってもよい。
【００９６】
図１２は、第２実施形態において、基板部接合工程Ｓ１０２が実施された後の第１部材１０及び第２部材２０の状態を示す斜視図である。本実施形態においても、例えばレーザ溶接装置７０である第１溶接装置を用いて、突合せ溶接により、第１基板部１１の第１基板端面１１ｂと第２基板部２１の第２基板端面２１ｂとが接合される。ただし、本実施形態では、第１突出端面１２ｂの一部と第２突出端面２２ｂの一部とが接合位置Ｊで近接している。そこで、本実施形態における基板部接合工程Ｓ１０２では、突合せ溶接により、第１基板端面１１ｂの一部と第２基板端面２１ｂの一部との接合と連続して、第１突出端面１２ｂの一部と第２突出端面２２ｂとの接合も行われる。
【００９７】
この場合、基板部接合工程Ｓ１０２では、レーザ溶接装置７０は、まず、第１基板端面１１ｂと第２基板端面２１ｂとを突き合わせた位置に合わせて突合せ溶接を実施し、徐々に溶接部３００を形成していく。このとき、溶接部３００は、突合せ溶接が進むにつれて、第２開先領域Ｒｇ２側から第１突出端面１２ｂと第２突出端面２２ｂとが近接する領域に到達する。そして、レーザ溶接装置７０は、引き続き、第２開先領域Ｒｇ２内で第１傾斜面１２ｆと第２傾斜面２２ｆ、開先領域外で第１上面１２ａと第２上面２２ａ、及び、第１開先領域Ｒｇ１内で第１傾斜面１２ｆと第２傾斜面２２ｆを、それぞれ連続して接合する。そして、レーザ溶接装置７０は、引き続き、接合位置Ｊに沿って、残存している第１基板端面１１ｂと第２基板端面２１ｂとを接合する。最終的に、レーザ溶接装置７０は、図１２に示すように、第１基板部１１と第２基板部２１とに加えて、第１突出部１２と第２突出部２２とを互いに接合することができる。なお、基板部接合工程Ｓ１０２が終了した直後では、第１開先領域Ｒｇ１及び第２開先領域Ｒｇ２は残存したままである。
【００９８】
ここで、本実施形態における基板部接合工程Ｓ１０２では、一連の突合せ溶接中に、溶接方向、すなわち、溶接部３００の進行方向が変化する。そこで、このように溶接方向が変わるときには、必要であれば、第１部材１０及び第２部材２０に対してレーザ溶接装置７０の姿勢を変化させてもよいし、又は、レーザ溶接装置７０に対して第１部材１０及び第２部材２０の姿勢を変化させてもよい。
【００９９】
図１３は、第２実施形態において、下地準備工程Ｓ１０３が実施された後の第１部材１０及び第２部材２０の状態を示す斜視図である。本実施形態では、後の工程である肉盛造形工程Ｓ１０４で溶接が行われる部分は、第１開先領域Ｒｇ１に面する部分及び第２開先領域Ｒｇ２に面する部分である。したがって、下地準備工程Ｓ１０３では、少なくとも、溶接部３００全体のうちの第１開先領域Ｒｇ１に面する部分と、第２開先領域Ｒｇ２に面する部分に生じた凹凸がならされる。具体的には、例えば第１開先領域Ｒｇ１では、第１下地３１０と、第２下地３１１との２つの下地が準備される。第１下地３１０は、第１開先領域Ｒｇ１内で第１傾斜面１２ｆと第２傾斜面２２ｆとを接合している溶接部３００に生じた凹凸をならした部分である。一方、第１平面１１ａ又は第２平面２１ａ上で、第１突出側面１２ｃと第２突出側面２２ｃとをつなぐ仮想線Ｌｖを想定する。この場合、第２下地３１１は、仮想線Ｌｖよりも第１開先領域Ｒｇ１側の第１平面１１ａ又は第２平面２１ａ上にある溶接部３００に生じた凹凸をならした部分である。なお、第１下地３１０又は第２下地３１１の範囲には、厳密に該当部分の溶接部３００のみならず、溶接部３００周辺の第１傾斜面１２ｆ若しくは第２傾斜面２２ｆの一部又は第１平面１１ａ若しくは第２平面２１ａの一部が含まれていてもよい。また、本実施形態に係る接合方法においても、第１実施形態と同様に、下地準備工程Ｓ１０３は、必ず実施される工程ではない。
【０１００】
図１４は、第２実施形態において、肉盛造形工程Ｓ１０４が実施された後の第１部材１０及び第２部材２０の状態を示す斜視図である。本実施形態においても、例えば金属積層溶接装置８０である第２溶接装置を用いて、肉盛り溶接により、第１開先領域Ｒｇ１及び第２開先領域Ｒｇ２のそれぞれにおいて、徐々に肉盛り部分３２０を積層させていく。最終的に、金属積層溶接装置８０は、図１４に示すように、第１開先領域Ｒｇ１の全域を肉盛り部分３２０で埋めることで、第１肉盛部３３１を造形することができる。同様に、金属積層溶接装置８０は、第２開先領域Ｒｇ２の全域を肉盛り部分３２０で埋めることで、第２肉盛部３３２を造形することができる。
【０１０１】
なお、本実施形態においても、肉盛り溶接するに際して、金属積層溶接装置８０が第１突出部１２若しくは第２突出部２２又は第１基板部１１若しくは第２基板部２１に干渉しないように、傾斜角θ５が予め設定されていてもよい。また、第１部材１０及び第２部材２０に対して金属積層溶接装置８０の姿勢を変化させてもよいし、又は、金属積層溶接装置８０に対して第１部材１０及び第２部材２０の姿勢を変化させてもよい。
【０１０２】
図１５は、第２実施形態において、肉盛面仕上げ工程Ｓ１０５が実施された後の第１部材１０及び第２部材２０の状態を示す斜視図である。本実施形態では、第１肉盛部３３１及び第２肉盛部３３２において、外部に露出している肉盛面は、上面３３０ａと、２つの側面３３０ｃとである。上面３３０ａは、第１突出部１２の第１上面１２ａ及び第２突出部２２の第２上面２２ａに沿った面である。側面３３０ｃは、第１突出部１２の第１突出側面１２ｃ及び第２突出部２２の第２突出側面２２ｃに沿った面である。そこで、肉盛面仕上げ工程Ｓ１０５では、第１に、第１上面１２ａ及び第２上面２２ａに対して滑らかに連続するように、上面３３０ａに仕上げを施してもよい。また、肉盛面仕上げ工程Ｓ１０５では、第２に、第１突出側面１２ｃ及び第２突出側面２２ｃに対して滑らかに連続するように、２つの側面３３０ｃに仕上げを施してもよい。
【０１０３】
なお、肉盛面仕上げ工程Ｓ１０５において仕上げられる表面の範囲は、厳密に第１肉盛部３３１又は第２肉盛部３３２の表面のみに限らない。当該範囲には、例えば、第１肉盛部３３１又は第２肉盛部３３２周辺の第１上面１２ａ若しくは第２上面２２ａ又は第１突出側面１２ｃ若しくは第２突出側面２２ｃの一部が含まれていてもよい。また、本実施形態に係る接合方法でも、第１実施形態と同様に、肉盛面仕上げ工程Ｓ１０５は、必ず実施される工程ではない。
【０１０４】
上記のとおり、本実施形態に係る接合方法では、第１傾斜面１２ｆは、第１突出部１２と第２突出部２２との接合方向とは垂直となる接合面に対して、第１基板部１１の表面とは交差する第１軸ＡＸ１を基準として傾斜する面であってもよい。同様に、第２傾斜面２２ｆは、接合面に対して、第２基板部２１の表面とは交差する第２軸ＡＸ２を基準として傾斜する面であってもよい。
【０１０５】
このような接合方法によれば、第１実施形態に係る接合方法と同様の効果を奏する。
【０１０６】
また、本実施形態に係る接合方法では、第１突出部１２は、第２部材２０と対向する第１突出端面１２ｂを有し、第２突出部２２は、第１部材１０と対向する第２突出端面２２ｂを有してもよい。このとき、開先形成工程Ｓ１０１では、第１突出端面１２ｂの一部を残存させて第１傾斜面１２ｆが形成され、かつ、第２突出端面２２ｂの一部を残存させて第２傾斜面２２ｆが形成されてもよい。また、残存した第１突出端面１２ｂと、残存した第２突出端面２２ｂとは、互いに対向してもよい。
【０１０７】
このような接合方法によれば、第１傾斜面１２ｆ及び第２傾斜面２２ｆで囲まれて形成される第１開先領域Ｒｇ１及び第２開先領域Ｒｇ２は、第１突出部１２及び第２突出部２２の側方の一部にのみ形成される。つまり、第１開先領域Ｒｇ１及び第２開先領域Ｒｇ２の体積は、第１実施形態の開先形成工程Ｓ１０１において第１突出端面１２ｂ及び第２突出端面２２ｂの全体が削除されて形成された開先領域Ｒｇの体積と比較して小さくなる。したがって、本実施形態に係る接合方法によれば、第１実施形態に係る接合方法よりも、溶接時の第１部材１０又は第２部材２０への入熱量を抑えることができる。
【０１０８】
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【０１０９】
特願２０１８−２００６６０号（出願日：２０１８年１０月２５日）の全内容は、ここに援用される。
【符号の説明】
【０１１０】
１０    第１部材
１１    第１基板部
１２    第１突出部
１２ｂ  第１突出端面
１２ｄ  第１傾斜面
１２ｆ  第１傾斜面
１２ｅ  第１曲面
２０    第２部材
２１    第２基板部
２２    第２突出部
２２ｂ  第２突出端面
２２ｄ  第２傾斜面
２２ｆ  第２傾斜面
２２ｅ  第２曲面
３０    溶接部
３１    下地
３３    肉盛部
７０    レーザ溶接装置
８０    金属積層溶接装置
８１    レーザトーチ
ＡＸ１  第１軸
ＡＸ２  第２軸
Ｊ      接合位置
ＬＢ    レーザビーム
Ｒｇ    開先領域
Ｒｇ１  第１開先領域
Ｒｇ２  第２開先領域
θ１    第１傾斜面及び第２傾斜面の傾斜角
θ２    レーザトーチの先端部の外壁の傾斜角
【図１】
2020085492.tif 000003
【図２】
2020085492.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2020085492.tif 000007
【図６】
2020085492.tif 000008
【図７】
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【図８】
2020085492.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2020085492.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2020085492.tif 000014
【図１３】
2020085492.tif 000015
【図１４】
2020085492.tif 000016
【図１５】
2020085492.tif 000017
【国際調査報告】
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2020085492.tif 000019
2020085492.tif 000020
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