(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、溶接金属の組成が、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜０．６％、Ｍｎ：０．０８〜２．５％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００２〜０．１％、Ｔｉ：０．００１〜０．０３％およびＮ：０．００１〜０．００６％を含み、残部がＦｅおよび不純物からなり、下記（１）式および（２）式の条件を満足することを特徴とするレーザ溶接継手。
７５．７×［％Ａｌ］＋６３．１×［％Ｔｉ］＋６．５×［％Ｓｉ］＋１．５×［％    Ｍｎ］≧２．０                    ・・・（１）
１００≦［ｐｐｍＯ］≦８００      ・・・（２）
ただし、（１）式中の［％Ａｌ］、［％Ｔｉ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］は各元素の含有量（質量％）を示し、（２）式中の［ｐｐｍＯ］は酸素（Ｏ）の含有量（ｐｐｍ）を示す。
【請求項２】
前記溶接金属が、さらに、Ｎｉ：０．０２〜３．０％、Ｃｕ：０．０２〜１．０％、Ｃｒ：０．０２〜１．０％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％、Ｖ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００２〜０．００４％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％およびＣａ：０．００１〜０．０１０％のうち１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接継手。
【請求項３】
質量％で、溶接金属の組成が、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜０．６％、Ｍｎ：０．０８〜２．５％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００２〜０．１％、Ｔｉ：０．００１〜０．０３％およびＮ：０．００１〜０．００６％を含み、残部がＦｅおよび不純物からなり、下記（１）式および（２）式の条件を満足する溶接継手の製造に際し、シールドガスとしてＣＯ2単独ガス、またはＣＯ2が体積比率で５０％以上で残部がＨｅ若しくはＡｒからなる混合ガスを用いてレーザ溶接することを特徴とする溶接継手の製造方法。
７５．７×［％Ａｌ］＋６３．１×［％Ｔｉ］＋６．５×［％Ｓｉ］＋１．５×［％    Ｍｎ］≧２．０                    ・・・（１）
１００≦［ｐｐｍＯ］≦８００      ・・・（２）
ただし、（１）式中の［％Ａｌ］、［％Ｔｉ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］は各元素の含有量（質量％）を示し、（２）式中の［ｐｐｍＯ］は酸素（Ｏ）の含有量（ｐｐｍ）を示す。
【請求項４】
前記溶接金属が、さらに、Ｎｉ：０．０２〜３．０％、Ｃｕ：０．０２〜１．０％、Ｃｒ：０．０２〜１．０％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％、Ｖ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００２〜０．００４％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％およびＣａ：０．００１〜０．０１０％のうち１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項３に記載の溶接継手の製造方法。
【請求項５】
被溶接材である母材の組成に応じて、溶接部にフィラーワイヤによってＡｌ、Ｔｉ、ＳｉおよびＭｎを供給することを特徴とする請求項３または４に記載の溶接継手の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接部でのブローホールの発生を抑制するレーザ溶接継手およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、深溶け込みレーザ溶接における溶接金属の成分設計を最適なものとし、発生するブローホールをなくして、溶接特性に優れたレーザ溶接継手およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ溶接は熱源がレーザ光であることから、TIG溶接やMIG溶接などのアーク溶接に比べ、低入熱量で深溶け込み溶接が可能である。そのため、溶接に伴う熱変形を小さく抑制して、溶接速度も向上させることができる。近年において、熱源として大出力レーザ発振器が開発されたことから、このようなレーザ溶接の利点を生かして、中・厚鋼板構造物への広範囲な適用が期待されている。
【０００３】
ところが、通常、レーザ溶接では溶接部にブローホールが発生し易く、溶接特性を低下させる。特に、溶接部での溶け込みが深くなると、ブローホールが多発する傾向を払拭することができず、ブローホールを有効に防止する方法が確立されていない現状では、レーザ溶接を本格的に中・厚鋼板の構造物に適用するまでに至っていない。
【０００４】
レーザ溶接におけるブローホールの発生要因は、溶接時のシールドが良好であっても、例えば、被溶接材の表面に残存する熱延スケールや開先部に発生した錆から溶接部にＯが混入すると、レーザビームにより解離されて母材金属中のＣと結合し、COガスまたはCO２ガスを発生させ、多量の気泡を形成することになる。このとき、溶接部の凝固速度が速く、かつ溶融池の幅も狭いために、発生した気泡の浮上、排出が殆ど行われず、ブローホールとして残存する。
【０００５】
さらに、溶け込みが深くなるとブローホールが発生しやすくなるのは、レーザ溶接がキーホール溶接であり、溶け込み深さが増大するのにともなって、キーホールの安定を維持することが困難になって、気泡が発生し易くなると同時に、溶け込み深さに対して溶融池の幅が一層狭くなるため、気泡の浮上、排出が困難になるからである。
【０００６】
従来から、上述したブローホール発生現象に着目して、種々のブローホール防止技術の開発が行われている。
【０００７】
例えば、特開2000−109946号公報では、主として被溶接鋼材のＣ、ＯおよびAlの含有量を規定して、COガスおよびCO２ガス起因のブローホールを防止することを特徴とする造船用鋼板の提案がある。この提案による鋼板であれば、COガスおよびCO２ガス起因のブローホールの発生をある程度抑制することができる。しかし、本来的には、ブローホールの防止は溶接金属の成分を規定するべきであることを考慮すれば、その防止効果は不安定である。また、この造船用鋼板ではキーホールの不安定性に起因するブローホールは防止できず、ブローホール防止用鋼板としては、不充分であると言わざるを得ない。
【０００８】
次に、特開平９−314368号公報では、炭素鋼のレーザ溶接において、レーザビーム波長を8.2μm以下で、シールドガス中の窒素の体積比率５％以上に限定するレーザ溶接方法を開示している。この溶接方法では、レーザ波長を短波長に限定すると同時に、シールドガスの窒素含有量を限定することによって、気泡発生に対し無害な程度で、かつ流動性が向上する程度の窒素を溶融池に固溶させ、気泡排出を活発に行わせ、ブローホール発生を防止するというものである。
【０００９】
しかしながら、この溶接方法にある程度のブローホール抑制効果は認められるとしても、使用するレーザ波長に制限があり、10.6μmのCO２レーザでは利用することができない。さらに、ブローホールが抑制されているとはいえ、溶接金属への窒素の混入が避けられず、溶接金属の硬度を高めることから、その適用にはかなりの制約がある。
【００１０】
また、特開平11−138280号公報では、レーザビームに前進角または後退角を持たせて溶接することを特徴とするレーザ溶接方法を提案している。この提案された溶接方法によれば、ビーム傾斜角を適切に調整することによって、発生した気泡の排出時間を通常より長くして気泡を排出させることができる。しかし、この溶接方法では、溶融池の幅が拡がらないため、溶融池側面の凝固壁にトラップされる気泡の残存は避けられず、ブローホールの発生を完全に防止することは困難である。また、溶接中に溶接方向を直角に曲げる場合に、コーナー部では必然的に前進角または後退角の抑制条件から外れることになり、部分的に溶接欠陥が発生することを容認しなければならないという問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述の通り、レーザ溶接におけるブローホールの発生を防止する技術に関して、種々の検討が加えられたが、充分なブローホールの防止方法の提案までに至っていない。
【００１２】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、殆ど溶接施工上の制約を加えることなく、ブローホールの発生を抑制したレーザ溶接継手を得るために最適な溶接金属の成分設計を提案するとともに、そのような溶接継手を製造する方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記（１）および（２）のレーザ溶接継手、ならびに（３）〜（５）の溶接継手の製造方法を要旨としている。
（１）質量％で、溶接金属の組成が、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜０．６％、Ｍｎ：０．０８〜２．５％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００２〜０．１％、Ｔｉ：０．００１〜０．０３％およびＮ：０．００１〜０．００６％を含み、残部がＦｅおよび不純物からなり、下記（１）式および（２）式の条件を満足することを特徴とするレーザ溶接継手である。
【００１４】
７５．７×［％Ａｌ］＋６３．１×［％Ｔｉ］＋６．５×［％Ｓｉ］＋１．５×［％    Ｍｎ］≧２．０                    ・・・（１）
１００≦［ｐｐｍＯ］≦８００      ・・・（２）
ただし、（１）式中の［％Ａｌ］、［％Ｔｉ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］は各元素の含有量（質量％）を示し、（２）式中の［ｐｐｍＯ］は酸素（Ｏ）の含有量（ｐｐｍ）を示す。
（２）前記溶接金属が、さらに、Ｎｉ：０．０２〜３．０％、Ｃｕ：０．０２〜１．０％、Ｃｒ：０．０２〜１．０％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％、Ｖ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００２〜０．００４％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％およびＣａ：０．００１〜０．０１０％のうち１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（１）に記載のレーザ溶接継手である。
（３）質量％で、溶接金属の組成が、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜０．６％、Ｍｎ：０．０８〜２．５％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００２〜０．１％、Ｔｉ：０．００１〜０．０３％およびＮ：０．００１〜０．００６％を含み、残部がＦｅおよび不純物からなり、下記（１）式および（２）式の条件を満足する溶接継手の製造に際し、シールドガスとしてＣＯ2単独ガス、またはＣＯ2が体積比率で５０％以上で残部がＨｅ若しくはＡｒからなる混合ガスを用いてレーザ溶接することを特徴とする溶接継手の製造方法である。
７５．７×［％Ａｌ］＋６３．１×［％Ｔｉ］＋６．５×［％Ｓｉ］＋１．５×［％ Ｍｎ］≧２．０                    ・・・（１）
１００≦［ｐｐｍＯ］≦８００      ・・・（２）
ただし、（１）式中の［％Ａｌ］、［％Ｔｉ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］は各元素の含有量（質量％）を示し、（２）式中の［ｐｐｍＯ］は酸素（Ｏ）の含有量（ｐｐｍ）を示す。
（４）前記溶接金属が、さらに、Ｎｉ：０．０２〜３．０％、Ｃｕ：０．０２〜１．０％、Ｃｒ：０．０２〜１．０％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％、Ｖ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００２〜０．００４％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％およびＣａ：０．００１〜０．０１０％のうち１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（３）に記載の溶接継手の製造方法である。
【００１５】
上記（３）または（４）の溶接継手の製造方法では、母材組成に応じて、溶接部にフィラーワイヤによってＡｌ、Ｔｉ、ＳｉおよびＭｎを供給しても良い。
【００１６】
本発明の溶接継手は、継手の接合形式を限定するものではなく、例えば、板材、管材をレーザ溶接によって突き合わせ溶接することによって得られる突き合わせ継手でもよく、また、重ね継手、Ｔ継手であってもよい。
【００１７】
また、本発明の溶接継手を構成する溶接金属としては、下記の化学組成を有する炭素鋼または低合金鋼が該当する。
【００１８】
すなわち、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜０．６％、Ｍｎ：０．０８〜２．５％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００２〜０．１％、Ｔｉ：０．００１〜０．０３％およびＮ：０．００１〜０．００６％％を含み、残部はＦｅおよび不純物からなる炭素鋼または低合金鋼である。さらに、前記溶接金属の組成に加え、強度上昇を図る場合には、Ｎｉ：０．０２〜３．０％、Ｃｕ：０．０２〜１．０％、Ｃｒ：０．０２〜１．０％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％、Ｖ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００２〜０．００４％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％およびＣａ：０．００１〜０．０１０％のうち１種または２種以上を含有させることができる。
【００１９】
本発明者らは、前記の課題を解決するために、鋭意実験研究を行い、以下のことを知見して、上記の本発明を完成させた。
【００２０】
通常、レーザ溶接では溶接部の大気からの保護とプラズマ抑制のため、溶接部をHeやArなどの不活性ガスでシールドしながら溶接が行われる。しかし、シールドが十分に施された状態であっても、ブローホールの発生は避けられない。これは、レーザ溶接におけるブローホールの発生原因が、下記▲１▼、▲２▼に分類されるためである。
【００２１】
▲１▼ COガスおよびCO２ガスによるブローホール
▲１▼に分類されるブローホールは、継手部に存在するスケール、錆等から混入する酸素（Ｏ）と鋼中Ｃとの反応によって発生するCOガスおよびCO２ガスが溶鋼中で気泡を形成し、それが凝固後も残存することによって発生する。このようなブローホールを防止するには、継手部の清浄度を厳重に管理する必要があるが、現実の溶接施工の環境条件を考慮すると、スケールや錆を完全に除去する管理は制約が大きく、防止策の実施は困難である。
【００２２】
▲２▼ シールドガス巻き込みによるブローホール
深溶け込みのレーザ溶接（６mm程度以上）では、溶接部のキーホールが深くなるが、キーホールが深くなるにともなって不安定になり、キーホールから気泡が分離発生し易くなる。キーホールの内部は金属蒸気とシールドガスで満たされているため、この気泡の内部ガスも金属蒸気とシールドガスになる。このうち金属蒸気は、冷却過程で液体から固体に変化して溶接金属となる。これに対して、シールドガスにHeやArなどの不活性ガスを用いる場合には、これらガスは溶接金属に溶解しないため、凝固まで残存してブローホールとなる。▲２▼に分類されるブローホールは、このような発生原因に基づくものであり、シールドガス巻き込みを主因としている。
【００２３】
▲２▼に分類されるブローホールを防止するには、キーホールが安定化する溶接条件、例えば、溶接速度を低減、または増加させるように調整することによって、ある程度抑制が可能になる。しかし、溶接速度を低減することは、レーザ溶接の基本的な利点である高速溶接性、低入熱性を阻害することになり好ましくない。一方、溶接速度を高速にすれば、必然的に溶け込み深さを浅くすることに結びつき、深溶け込み溶接の利点を阻害することになる。さらに、溶接条件を適正に設定しても、ブローホールの発生を減少させるだけで、完全に発生防止を図ることができない。
【００２４】
ところで、レーザ溶接時に、Ｃより酸素との親和力が強い元素を適当量だけ添加させてやれば、酸素はＣと結合せずに添加元素の酸化物を形成するため、COガスは発生することなく、上述▲１▼に分類されるCOガスおよびCO２ガスによるブローホールを防止することができる。
【００２５】
鋼材への添加元素の中で、ＣよりＯとの親和力が強い元素として、Al、Ti、SiおよびMnが挙げられる。したがって、ＣとＯの結合を阻止するには、これら元素を単独若しくは複合添加することが有効である。しかし、これらの元素にはＯとの親和力に強弱の差があるとともに、ＣとＯの結合を阻止するには一定量以上の添加が必要になる。
【００２６】
上記４元素がＣとＯの結合を有効に阻止するであろう作用を定量化するには、数多くの実験が必要である。そこで、本発明者らはこれらを明確にするため、数多くの実験を行い、その効果を多重解析法を用いて解析した結果、溶接金属の組成が下記(1)式の条件を満たす場合に、上述▲１▼に分類されるブローホールを効果的に抑制できることを見出した。
【００２７】
75.7×[％Al]＋63.1×[％Ti]＋6.5×[％Si]＋1.5×[％Mn] ≧ 2.0  ・・・(1)次に、上述▲２▼に分類されるブローホールは、発生した気泡を凝固が完了する前に消去してやれば防止することができる。そこで、本発明者らは、気泡を構成するガスを溶融池に溶解させることによって、気泡を消去する手法を検討した。
【００２８】
前述の通り、キーホールの内部ガスは金属蒸気とシールドガスの混合ガスであるが、シールドガスにCO２を用いると、キーホール内部ではCO２は分解される。その結果、キーホールの内部ガスおよび分離した気泡の内部ガスは、金属蒸気並びにＣおよびＯとなる。そうであれば、金属蒸気は最終的に溶接金属となり、ＣとＯも溶鋼に多量に溶解することができるので、一旦は完全に気泡は消失することになる。
【００２９】
次に、溶融池が冷却されて凝固すれば、固体の鋼はＯの溶解度を殆ど持たないことから、再度、COガスまたはCO２ガスとして放出されることになる。しかし、このとき、溶鋼中にＣよりＯとの親和力が強い元素が十分に存在すれば、ＯはＣと結合せずに、これら親和力が強い元素と結合して酸化物を形成するため、気泡は発生しない。
【００３０】
したがって、シールドガスにＣＯ2ガスを用いて、前記（１）で規定される各鋼成分組成および（１）式の条件を満たす溶接金属の組成とすれば、ブローホールは発生しないことになる。この際、シールドガスに単独でＣＯ2ガスを用いてもよいが、本発明者らの検討によれば、体積比率で５０％以上がＣＯ2ガスで、残りがＨｅあるいはＡｒの場合でもブローホールは完全に防止できることが確認できた。
【００３１】
以上の知見を要約すると、シールドガスとしてＣＯ2単独ガス、またはＣＯ2が体積比率で５０％以上で残部がＨｅ若しくはＡｒからなる混合ガスを用いてレーザ溶接部をシールドすると同時に、前記（１）で規定される各鋼成分組成および（１）式の組成を含有する溶接金属とすれば、溶接部のブローホールは防止することができる。
【００３２】
上記(1)式の条件を満たす組成の溶接金属を得る方法として、溶接部にレーザ光のエネルギーで溶融した状態で、Al、Ti、Si、Mnをフィラーワイヤで添加することによっても可能であることを実験によって確認している。さらに、後述する実験で明らかなように、上記フィラーワイヤで添加する方法において、溶接部のシールドガスにCO２が50％以上で残部がHeまたはArよりなる混合ガス、またはCO２単独ガスを用いても、ブローホールを防止する効果は同様である。
【００３３】
ところで、溶接金属に含まれる酸素（Ｏ）量が低く、例えば、100ppm未満である場合には、溶接金属の溶融状態での流動性が著しく低下する。そのため、溶接金属の組成が上記(1)式の条件を満たす場合であっても、溶接金属の酸素量が100ppm未満であれば、レーザ溶接のように短時間で溶融および凝固が行われる溶接法では、溶融池内が十分に攪拌されないことから、部分的には上記(1)式の条件を具備しない事態が発生する。このような場合には、部分的にブローホールが発生する恐れがある。
【００３４】
このような事態を解消するには、溶接金属の酸素量は１００ｐｐｍ以上にする必要がある。一方、溶接金属の酸素量が８００ｐｐｍを超えるようになると、たとえブローホールが発生しなくとも、溶接金属の靭性低下が顕著となって、所定の溶接特性を確保することができない。このため、溶接金属の酸素量は８００ｐｐｍ以下にする必要がある。したがって、本願発明が対象とする溶接金属の組成は、前記（１）で規定される各鋼成分組成および（１）式の条件に加えて、下記（２）式の条件も具備する必要がある。
【００３５】
100 ≦[ppmＯ] ≦ 800                              ・・・(2)
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明のレーザ溶接継手を構成する溶接金属の組成、および溶接継手の製造方法を上記のように限定した理由を詳述する。
【００３７】
図１は、シールドガスとしてHeガスを単独に用いた場合に溶接ビードのブローホール発生状況と上記(1)式左辺の値との関係を示す図である。被溶接材である母材に板厚が15mmで、Al、Ti、SiおよびMnの含有量が異なる炭素鋼を用い、溶接部をHeガスでシールドして、炭酸ガスレーザ溶接機を用いて出力20kW、溶接速度１m/minの溶接条件で溶接を行った。図１では、溶接後の溶接ビード500mmあたりに発生するブローホールの個数と、溶接金属の組成から算出した(1)式左辺の値との関係を整理している。なお、ブローホールの個数の測定は、JIS Z 3104によるＸ線透過試験で得られたＸ線写真において、直径が0.6mm以上であるものを対象とした。
図１の結果から明らかなように、(1)式左辺の値が2.0以上になると、ブローホールは大幅に減少しており、(1)式左辺の値が2.0以上になるような溶接金属の成分組成を採用すれば、ブローホールは十分抑制できることが分かる。
【００３８】
図２は、シールドガスとしてCO２単独ガスを用いた場合に溶接ビードのブローホール発生状況と上記(1)式左辺の値との関係を示す図である。供試した母材および溶接条件は、図１の実験と同様とした。図２の結果から明らかなように、シールドガスをCO２単独ガスにすることによって、Heガスを単独に用いた場合に比べ、溶接ビードに発生するブローホールはさらに抑制され、(1)式左辺の値が2.0以上になると、溶接ビード中のブローホールは完全になくなっている。
【００３９】
また、被溶接材である母材の組成から上記(1)式に規定するAl、Ti、Si、Mnが供給できない場合に、フィラーワイヤを用いて溶接部にこれら元素を供給しつつ溶接を行い、溶接後の溶接金属に含有されるAl、Ti、Si、Mnの量が上記(1)式を満たすようにすれば、ブローホールの発生を有効に抑制することができる。このフィラーワイヤ添加によるレーザ溶接では、シールドガスとしてCO２単独ガス、またはCO２が50％以上の混合ガスを用いる必要がある。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明の内容を具体的な実施例１〜４に基づいて説明する。
（実施例１）
表１に示す化学組成を有する23種類の鋼種（No.ａ〜ｗ）で、板厚が20mmの鋼板を対象に、下記イ〜ニのレーザ溶接条件によって、シールドガスとしてHeガスを単独で用いてビードオンプレート溶接を行った。
＜レーザ溶接条件＞
イ．溶接機：炭酸ガスレーザ溶接機    定格出力  25kW
ロ．出  力：20kW
ハ．溶接速度：１m/min
ニ．シールドガス：表裏面にそれぞれ50l/minずつ供給
【００４１】
【表１】
0003736359.tif 000002
得られた溶接部は、溶接金属の成分分析と、JIS Z 3104に規定されるＸ線透過試験に供し、Ｘ線写真上において観察される溶接ビード長さ500mmあたりの直径0.6mm以上のブローホールの発生数の調査を行い、それらの結果を表２にまとめた。
【００４２】
表２の結果から、Ｈｅガスをシールドガスに用いた場合には、溶接ビード長さ５００ｍｍあたりのブローホールの発生数は、比較例では４９個以上と多発しているのに対し、溶接金属の組成が前記（１）で規定される各鋼成分組成ならびに（１）式および（２）式の条件を満たす発明例では１１〜１６個と著しく低減されていることが分かる。
【００４３】
【表２】
0003736359.tif 000003
（実施例２）表１に示す供試鋼のうち、ｄ、ｎおよびｏの３種類の鋼種で、板厚が２０ｍｍの鋼板を対象に、実施例１のイ〜ニのレーザ溶接条件のもとで、シールドガスとしてＨｅ−１０％ＣＯ2、Ｈｅ−２０％ＣＯ2、Ｈｅ−３０％ＣＯ2、Ｈｅ−４０％ＣＯ2、Ｈｅ−５０％ＣＯ2、Ｈｅ−６０％ＣＯ2、Ｈｅ−７０％ＣＯ2、Ｈｅ−８０％ＣＯ2、Ｈｅ−９０％ＣＯ2およびＣＯ2単独ガスを用いてビードオンプレート溶接を行った。
【００４４】
得られた溶接部は、溶接金属の成分分析と、ＪＩＳ  Ｚ  ３１０４に規定されるＸ線透過試験に供し、Ｘ線写真上において観察される溶接ビード長さ５００ｍｍあたりの直径０．６ｍｍ以上のブローホールの発生数を調査した。溶接金属の成分分析結果は、シールドガスとしてＨｅガスを用いた実施例１の場合と同様であり、実施例２における溶接金属の組成は、すべて前記（１）で規定される各鋼成分組成ならびに（１）式および（２）式の条件を満足していた。
【００４５】
図３は、溶接ビードのブローホール発生量に及ぼすシールドガス中のＣＯ2混合比の影響を示した図である。 図３の結果から、溶接金属の組成が前記（１）で規定される各鋼成分組成ならびに（１）式および（２）式の条件を満たし、かつ、溶接部のシールドをＣＯ2ガスが５０％以上で残部がＨｅである混合ガスを使用して溶接した場合には、ブローホールの発生が完全に抑制されていることが分かる。なお、ＣＯ2とＡｒの混合ガスを用いて同様の条件でレーザ溶接した場合であっても、上記図３と同じ結果が得られることを確認している。
（実施例３）実施例１で溶接金属の組成が上記（１）式の条件を満足しなかった鋼種を対象に、溶接部にフィラーワイヤによってＡｌ、Ｔｉ、ＳｉおよびＭｎを供給することとする。具体的には、表１に示す鋼種ａの板厚２０ｍｍの鋼板を対象に、実施例１のイ〜ニのレーザ溶接条件で、かつ溶接部に表３に示す組成の直径１．２ｍｍのフィラーワイヤを０．１ｍ／ｍｉｎ、０．２ｍ／ｍｉｎ、０．３ｍ／ｍｉｎおよび０．４ｍ／ｍｉｎの速度で供給しつつ、シールドガスとしてＨｅガスを用いてビードオンプレート溶接を行った。
【００４６】
【表３】
0003736359.tif 000004
得られた溶接部は、溶接金属の成分分析と、JIS Z 3104に規定されるＸ線透過試験に供し、Ｘ線写真上において観察される溶接ビード長さ500mmあたりの直径0.6mm以上のブローホールの数量の調査を行い、これらの結果を表４にまとめた。
【００４７】
表４より、Ｈｅガスをシールドガスに用い、フィラーワイヤを供給してＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎを添加し、溶接金属の組成が前記（１）で規定される各鋼成分組成ならびに（１）式および（２）式の条件を満たす発明例では、比較例に比べブローホールの発生数が著しく減少することが分かる。
【００４８】
【表４】
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（実施例４）
表１に示す鋼種ａの板厚20mmの鋼板を対象に、実施例１のイ〜ニのレーザ溶接条件で、かつ溶接部に表３に示す組成の直径1.2mmのフィラーワイヤを0.4m/minの速度で供給しつつ、シールドガスとしてHe−10％CO２、He−20％CO２、He−30％CO２、He−40％CO２、He−50％CO２、He−60％CO２、He−70％CO２、He−80％CO２、He−90％CO２およびCO２単独ガスを用いてビードオンプレート溶接を行った。
【００４９】
得られた溶接部は、溶接金属の成分分析とＪＩＳ  Ｚ  ３１０４に規定されるＸ線透過試験に供し、Ｘ線写真上において観察される溶接ビード長さ５００ｍｍあたりの直径０．６ｍｍ以上のブローホールの発生数の調査を行った。溶接金属の成分分析結果は、シールドガスにＨｅガスを用いた実施例３で、フィラーワイヤを０．４ｍ／ｍｉｎの速度で供給した場合と同様であり、実施例４における溶接金属の組成は、すべて前記（１）で規定される各鋼成分組成ならびに（１）式および（２）式の条件を満たしていた。
【００５０】
図４は、フィラーワイヤで成分を供給するレーザ溶接において溶接ビードのブローホール発生量に及ぼすシールドガス中のCO２混合比の影響を示した図である。図４に示す結果から、フィラーワイヤを供給してAl、Ti、Si、Mnを添加し、溶接金属の組成が前記(1)式および(2)式の条件を満たし、かつ、溶接部のシールドをCO２ガスが50％以上で残部がHeである混合ガスを使用して溶接した場合には、ブローホールが完全に抑制されていることが分かる。なお、CO２とArの混合ガスを用いて溶接を行った場合でも、図４と同様の結果が得られることを確認している。
【００５１】
レーザ溶接におけるブローホールの発生を防止する効果は、上述した炭酸ガスレーザ溶接に限定されず、また、レーザビームの波長に依存することはなく、例えば、波長1.06μmのYAGレーザや、他の半導体レーザ等を用いても同様の効果が得られる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明のレーザ溶接継手によれば、溶接金属の成分設計を最適なものとすることによって、溶接部でのブローホール発生をなくし、優れた溶接特性を確保することができる。しかも、本発明の溶接継手の製造方法では、溶接金属の成分設計に合わせ、最小限の施工上の制限としてCO２単独ガス、またはCO２が過半の混合ガスでシールドしてレーザ溶接することによって、溶接特性に優れた溶接継手を製造できる。また、溶接部にフィラーワイヤによって成分を供給する場合には、さらに効率的に溶接継手を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シールドガスとしてHeガスを単独に用いた場合に溶接ビードのブローホール発生状況と上記(1)式左辺の値との関係を示す図である。
【図２】シールドガスとしてCO２単独ガスを用いた場合に溶接ビードのブローホール発生状況と上記(1)式左辺の値との関係を示す図である。
【図３】溶接ビードのブローホール発生量に及ぼすシールドガス中のCO２混合比の影響を示した図である。
【図４】フィラーワイヤで成分を供給するレーザ溶接において溶接ビードのブローホール発生量に及ぼすシールドガス中のCO２混合比の影響を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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