JP6255314B2 - Butt laser welding method of welded plate material - Google Patents

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Description

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。   The present invention relates to a butt laser welding method for welded plate materials, and more particularly to a butt laser welding method for welded plate materials suitable for butt laser welding of thick steel plates and the like.

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。   Compared with arc welding, laser welding is capable of low-strain and high-efficiency (high-speed) welding, so its application in various fields is expanding. Conventionally, laser welding is a single pass, and non-filler welding without using a filler metal is the mainstream, and due to limitations on laser oscillator output and the like, application has been limited to thin plate materials up to about 10 mm thick.

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。   In Patent Document 1, the groove shape is an X-shaped groove, and the groove root face portion at the center of the plate thickness is welded in one pass by penetration welding, and then the remaining groove portions on both sides in the plate thickness direction. It is disclosed that a butt-welded joint of steel plates having a laminated structure with a three-layer cross-sectional shape is obtained by finish welding each (groove opening) in one pass. However, in this case, the thickness of the welded joint that can be realized is limited to 30 mm or less.

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。   On the other hand, as disclosed in Patent Document 2 or Patent Document 3, the development of multi-layer laser welding using filler wires expands the applicable range of laser welding to thick plate materials with a plate thickness of 30 mm or more. ing.

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。   In Patent Document 2, while a welded portion is set to a narrow groove width and a filler wire is supplied, a laser beam is applied to the filler wire in the narrow groove width to form a layer from the back of the narrow groove width. A method of laminating and welding to the front is described.

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。   Further, in Patent Document 3, a groove provided in a steel plate is a Y-shaped narrow groove having a weld limit plate thickness as a root face portion, the root face portion is a first layer weld, and one pass complete penetration welding is performed. The second layer or more irradiates the groove portion with a laser beam having a reduced energy density by separating the focal point of the condensing optical system from the front layer bead by a distance of 1/20 or more of the focal length. A method of forming a thermally conductive bead by adding a filler material is disclosed.

特開2008−168319号公報JP 2008-168319 A 特開平9−201687号公報JP-A-9-201687 特開平7−323386号公報JP-A-7-323386

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。   However, in the welding method disclosed in Patent Document 1, when a thick plate material having a thickness exceeding 30 mm is laser-welded, it is necessary to increase the dimension of the groove root face portion. Therefore, it becomes difficult to form a complete penetration weld, and a partial weld may be formed.

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。   Further, in the multi-layer welding method using filler wires disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3, it is necessary to position the supply speed, supply amount, and laser irradiation position of the filler wires with high accuracy, which may cause positioning errors or fillers. If an error occurs in the wire supply amount, a welding defect may be caused.

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。   The present invention eliminates the need for high-precision filler wire control, prevents welding defects such as poor fusion and unfilled filler wire, and makes it possible to obtain a high-quality laser welded joint. It is to provide a method.

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、を有し、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。 In order to solve the above-mentioned problems, a method for butt laser welding of welded plate materials according to the present invention includes (1) a root face portion at a part of end surfaces of two welded plate materials to be abutted, and at least above the route face portion. And a groove forming step of forming a groove so as to have an opening in any one of the lower sides, and (2) a butting step of abutting so that the root face portions of the two welded plate materials are in contact with each other, 3) irradiating the root face portion with laser light to form a complete penetration weld portion, and (4) irradiating the opening portion of the groove where the complete penetration weld portion is formed with laser light. have a a multi-layered weld forming a multilayer weld at only the welding speed in the multi-layer weld formation process, from the welding speed at the root face portion welding process And wherein the decoction.

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。   According to the present invention, high-precision filler wire control is not required in laser welding of thick plate materials, welding defects such as poor fusion and filler wire unmelted can be prevented, and a high-quality laser welded joint can be obtained. .

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。   Further, by not adding a filler wire, it is possible to narrow the groove and reduce the welding cost.

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。   Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

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。It is a process flow figure of the butt laser welding method concerning one embodiment of the present invention. 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。It is a section schematic diagram showing the structure of the butt joint of the steel plate concerning one embodiment of the present invention. 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。It is sectional drawing which shows the relationship between the laser light source used for the butt laser welding method which concerns on one Embodiment of this invention, and a groove. 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。It is a figure which shows the relationship between the welding shrinkage deformation | transformation of the complete penetration weld part of a groove root face part, and the displacement of a groove opening part. 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。It is a section schematic diagram showing the arrangement relation of the steel plate butt joint and laser light source by Example 1 concerning one example of the present invention. 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。It is a process flow figure of the butt laser welding method of Example 1. 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。It is a figure which shows the welding conditions in the butt laser welding method of Example 1. FIG. 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。It is the cross-sectional macro photograph at the time of the upper and lower both-layers 5 layer welding which shows the welded joint of the stainless steel plate by Example 1, and a cross-sectional schematic diagram. 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。It is the cross-sectional macro photograph and cross-sectional schematic diagram after the upper and lower both-layers 6th layer extra welding which show the welded joint of the stainless steel plate by Example 1. FIG. 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。It is the cross-sectional schematic which shows the arrangement | positioning relationship of the steel plate butt joint by Example 2 which concerns on the other Example of this invention, and a laser light source. 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。It is the cross-sectional schematic which shows the arrangement | positioning relationship of the steel plate butt joint by Example 2, and a laser light source. 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。It is a process flow figure of the butt laser welding method of Example 2. 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。It is a process flow figure of the butt laser welding method of Example 3 concerning other examples of the present invention. 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。It is the cross-sectional schematic which shows the structure of the steel plate butt joint by Example 4 which concerns on the other Example of this invention. 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。It is a figure which shows the arrangement | positioning relationship with the steel plate butt joint by Example 4, and a laser light source. 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。It is a process flow figure of the butt laser welding method of Example 4.

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。   In FIG. 2, the structure of the butt joint of the steel plate which concerns on one Embodiment of this invention is shown as a cross-sectional schematic diagram. As shown in FIG. 2, on the end surface of the first workpiece (steel plate) 1, a groove root face portion 3 projecting from the periphery to the center portion thereof, and the groove root face portion 3 vertically above and below the plate thickness direction. A groove opening 4 that is formed and inclined toward the front surface F and the back surface R is formed. A groove is constituted by the groove route face portion 3 and the groove opening portion 4. Similarly, a groove root face portion 3 and a groove opening portion 4 are formed on the upper and lower sides of the end face of the second workpiece (steel plate) 2. A groove having a groove angle θ and a groove bottom width B is formed by abutting the end surfaces on which the grooves of the first workpiece 1 and the second workpiece 2 are formed. It is formed from the root face portion 3 toward the front surface F of the first material to be welded 1 and the second material to be welded 2, similarly to the back surface R. Here, when the bottom width B of the groove is, for example, 3.0 mm, the groove angle θ of the groove opening 4 is preferably 2 ° to 6 °, and preferably 5 °. desirable. Although FIG. 2 shows an X-shaped groove as an example, the present invention is not limited to this. For example, a stainless steel plate or a carbon steel plate is used as the first workpiece 1 and the second workpiece 2.

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11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dとは、d>d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。 FIG. 3 shows the relationship between the laser light source used in the butt laser welding method and the groove. As shown in FIG. 3, the laser light emitted from the first laser light source 11 having a laser oscillator (not shown) is focused by the first condenser lens 10 and irradiated to the bottom of the groove. At this time, the opening width d of the groove opening 4 (the opening width on the surface F of the first material to be welded 1 and the second material to be welded 2) and the position passing through the groove opening 4 having the opening width d. laser and light collection diameter d 0 of the light, the relationship of d> d 0 in. In this embodiment, since it is not necessary to supply a filler wire into the groove, the laser light can enter the groove with the opening width d, the groove angle θ, and the groove bottom width B of the groove opening 4. It can be as small as possible. In FIG. 3, the laser optical axis 5 is indicated by a one-dot chain line. The first laser light source 11 uses a YAG laser, a carbon dioxide laser, or the like. Here, in this embodiment, a case where a laser light source having a laser output of 4 kW to 5 kW is used as the first laser light source 11 will be described as an example. In general, the moving speed (welding speed) of the first and second workpieces 1 and 2 of the laser light source in the plate width direction and the welding depth to be butt welded are in an inversely proportional relationship. When the laser light source moving speed (welding speed) is constant, the welding depth becomes longer as the higher output laser is used. In addition, when obtaining the same welding depth, the higher the laser output, the faster the laser light source moving speed and the higher the throughput.

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)A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)A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。 The thickness (length in the plate thickness direction) A 1 of the groove root face portion 3 shown in FIG. 2 is desirably set to 12 mm to 15 mm when the laser output is 4 kW to 5 kW, and one pass by laser light irradiation. The welding depth (length in the plate thickness direction) that can be completely melted is about 9 mm. Accordingly, in the present embodiment using the X-shaped groove, by reversing the first welded material 1 and the second welded material 2 to be abutted, the front surface (F) and the rear surface (R) have a thickness of 12 mm to 15 mm. Full penetration welding is possible while overlapping within the range. Incidentally, if further increased than 5kW laser output, the thickness of the groove root face portion 3 (in the thickness direction length) it is possible to increase the A 1. For example, when the laser output is 10 kW, the welding depth that can be completely melted in one pass is about 15.0 mm. Moreover, in this embodiment, it is the 1st to the board width direction (depth direction in FIG. 2) of the 1st to-be-welded material (steel plate) 1 and the 2nd to-be-welded material (steel plate) 2 which carries out butt welding in this embodiment. The moving speed of the laser light source 11 is set within a range of 0.15 m / min to 0.30 m / min, for example. The moving mechanism of the first laser light source 11 is, for example, a moving mechanism that slides on a rail (not shown) or a surface F of the first material to be welded 1 and the second material to be welded 2 that holds the laser light source with an arm. For example, the movable stage is configured to be movable in parallel.

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。   FIG. 4 shows the relationship between the welding shrinkage deformation of the complete penetration weld 6 of the groove root face portion 3 and the displacement of the groove opening 4. In FIG. 4, the solid arrow indicates the direction of compressive stress, and the white arrow indicates the direction of tensile stress. As described above, the complete penetration welded portion 6 of the groove root face portion 3 that is completely penetrated and welded in one pass is deprived of heat and contracted and deformed after being melted by laser irradiation. At this time, compressive stress is generated in the complete penetration weld 6 in the direction indicated by the solid arrow. As a result, tensile stress is generated in the direction indicated by the white arrow in the groove including the groove opening 4 other than the complete penetration weld 6. Due to the action of the tensile stress, lateral deformation or angular deformation occurs, and the groove opening 4 is displaced to the position indicated by the alternate long and short dash line. That is, the opening width d of the groove is narrowed.

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)。   Next, the process flow of the butt laser welding method according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a process flow of the butt laser welding method according to the present embodiment. First, in the groove forming step, the first welded material (steel plate) 1 and the second welded material (steel plate) 2 each have a groove projecting from the periphery in the vicinity of the central portion in the plate thickness direction. A groove opening 4 that is inclined toward the front surface F and the back surface R in the thickness direction of the root face portion 3 and the groove root face portion 3 is formed by pressing or cutting (step S1).

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。   In the two work piece butting steps, the groove root face portion 3 formed on the first work piece 1 and the groove root face portion 3 formed on the second work piece 2 are in contact with each other. The 1st to-be-welded material 1 and the 2nd to-be-welded material 2 are positioned so that it may do (step S2). At this time, the 1st and 2nd to-be-welded materials 1 and 2 will be in the state shown in FIG.

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)。   In the root face part complete penetration welding process, as shown in FIG. 3, the laser light emitted from the first laser light source 11 and focused by the first condenser lens 10 is the bottom part of the groove, that is, the groove route. The top surface of the face unit 3 is irradiated. In the state irradiated with the laser light, the first laser light source 11 is moved in the depth direction of FIG. 3 by the moving mechanism (not shown), that is, the surface F of the first welded material 1 and the second welded material 2. And at a predetermined speed (welding speed) in the plate width direction. Here, the predetermined speed is, for example, 0.15 m / min to 0.30 m / min as described above. When the first laser light source 11 reaches the end in the plate width direction (one pass), the complete penetration weld 6 shown in FIG. 4 is formed (step S3).

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。   Next, in the opening multi-layer weld formation process, the laser beam is focused on the upper surface of the complete penetration weld 6 formed in step S3, and the first laser is irradiated while irradiating the laser beam as in step 3. The light source 11 is moved in the plate width direction. When reaching the end in the plate width direction, a one-layer penetration weld is formed immediately above the complete penetration weld 6. By repeating this operation for a predetermined number of layers, a multilayer weld is formed (step S4). Note that, as each layer is formed, the opening width d of the groove is gradually narrowed by the action of tensile stress due to the welding shrinkage deformation described with reference to FIG.

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。   The moving speed (welding speed) of the first laser light source 11, the spot of the laser light emitted from the first laser light source 11 and focused by the first condenser lens 10, and the opening multilayer welded portion forming step in step S4 The control of the repetitive operation in is performed by a control unit (not shown). The control unit includes, for example, a ROM that stores various programs, a RAM that stores calculation process data, a memory such as an external storage device, and a processor such as a CPU that reads and executes programs from the ROM.

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。   According to the butt laser welding method of this embodiment, when a thick plate material is laser-welded, a filler wire is not required, so that it is not necessary to control the filler wire with high accuracy, such as poor fusion or unfilled filler wire. It is possible to prevent poor welding and obtain a high-quality laser welded joint.

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

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。   FIG. 5 shows the arrangement relationship between the steel plate butt joint and the laser light source according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same components as those shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 5, a groove root face portion 3 and a groove opening portion 4 are provided on one end face of the first workpiece (steel plate) 1. Similarly, a groove root face portion 3 and a groove opening portion 4 are provided on one end face of the second material to be welded (steel plate) 2, and the groove root face portions 3 are in contact with each other. The groove is matched.

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。   Further, as shown in FIG. 5, the first laser light source 11 and the laser emitted from the first laser light source 11 are provided on the surface F side of the first workpiece 1 and the second workpiece 2. A first condenser lens 10 for focusing light is disposed. On the other hand, the second laser light source 13 and the second laser light source 13 for focusing the laser light emitted from the second laser light source 13 are provided on the back surface R side of the first workpiece 1 and the second workpiece 2. Two condenser lenses 12 are arranged. That is, the first welded material 1 and the second welded material 2 that are abutted are sandwiched and opposed to each other so that the groove root face portion 3 and the groove opening portion 4 can be irradiated with laser light 2, respectively. A laser beam irradiation system is arranged. Thus, the first laser beam composed of the first condenser lens 10 and the first laser light source 11 with respect to the groove of the first workpiece 1 and the second workpiece 2 in the standing state. Laser light can be irradiated by switching between the irradiation system and the second laser light irradiation system including the second condenser lens 12 and the second laser light source 13.

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。   In this example, an X-type groove is used as the groove, and stainless steel (SUS316L) having a thickness of 42 mm is used as the first welded material (steel plate) 1 and the second welded material (steel plate) 2 as an example. Explained. In FIG. 7, the welding conditions in a present Example are shown. This welding condition is stored in the memory of the control unit (not shown). In the first line, “welding No”, “welding position”, “groove bottom width (mm)”, “laser output (kW)”, “welding speed (m / min)”, “wire feeding speed (m) / Min) "and" stacking height (mm) ". “Welding No” represents the welding order, and indicates that 12 passes, that is, multilayer welding up to 12 layers (upper and lower layers 6 layers) including the final layer. “Welding position” indicates whether the groove is welded to the front surface F or the rear surface R of the first workpiece 1 and the second workpiece 2 shown in FIG.

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。   Further, “groove bottom width (mm)” is the groove bottom width B shown in FIG. 2, and indicates the bottom width before laser welding, the bottom width after laser welding, and the shrinkage of the bottom width due to welding shrinkage. ing. For example, when “welding No” is “1”, “3.0 → 2.5 (0.5)” means that the bottom width of the groove before laser welding is 3.0 mm, and the bottom of the groove after laser welding. It shrinks to a width of 2.5 mm, indicating that the amount of shrinkage is 0.5 mm. “Laser output (kW)” indicates that the output of both the first laser light irradiation system and the second laser light irradiation system is 4.5 kW. “Welding speed (m / min)” is the moving speed of the first laser beam irradiation system and the second laser beam irradiation system in the plate width direction of the first workpiece 1 and the second workpiece 2. When “welding No” is “1” and “2”, that is, during complete penetration welding to the front surface F and the rear surface R of the groove root face portion 3, the speed is as low as 0.25 m / min. In the multi-layer welding to the groove opening 4 where the “welding No” is “3” to “10”, it is 0.40 m / min, which is 1.6 times the moving speed at the time of complete penetration welding. The first laser beam irradiation system and the second laser beam irradiation system are moved. “Wire feed speed (m / min)” indicates the feed speed of the filler wire added at the time of extra welding to the final layers of the first and second welded materials 1 and 2 described later. In the example, this is not necessary. Further, “lamination height (mm)” indicates the height of each layer formed in the groove for each “welding No”.

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)。   Next, the process flow of the butt laser welding method of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 6, first, in the groove forming step, the first welded material (steel plate) 1 and the second welded material (steel plate) 2 are respectively provided at the center portions in the plate thickness direction. A groove root face portion 3 projecting from the surroundings in the vicinity, and a groove opening portion 4 inclined upward and downward in the plate thickness direction of the groove root face portion 3 toward the front surface F and the back surface R, respectively, by pressing or cutting. Form (step S11).

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。   In the two work piece butting steps, the groove root face portion 3 formed on the first work piece 1 and the groove root face portion 3 formed on the second work piece 2 are in contact with each other. Thus, the first material to be welded 1 and the second material to be welded 2 are positioned and set in an upright state (step S12). At this time, the 1st and 2nd to-be-welded materials 1 and 2 will be in the state shown in FIG.

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)。   In the root face portion (surface) complete penetration welding process by the first laser light source, the first laser light source 11 emits the first so that “welding No” shown in FIG. 7 is designated as the welding condition of “1”. The upper surface (groove bottom portion) of the groove root face portion 3 on the surface F side is irradiated with the laser light focused by one condenser lens 10. The first laser beam irradiation system is moved in the plate width direction (depth direction in FIG. 5) at a speed of 0.25 m / min in a state where the laser beam is irradiated, and the first and second workpieces 1 and 2 are welded. When reaching the end, the process proceeds to the next step (step S13).

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)。   In the laser light source switching step, since the “welding position” designated as the welding condition “2” shown in FIG. 7 is the back surface (R), the second laser light irradiation system performs the second operation. Is switched to the second laser light irradiation system including the condenser lens 12 and the second laser light source 13 (step S14).

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)。   In the root face portion (back surface) complete penetration welding process by the second laser light source, the upper surface (groove bottom portion) of the groove root face portion 3 on the back surface R side is irradiated with laser light from the second laser light irradiation system. . When the second laser beam irradiation system is moved in the plate width direction at a speed of 0.25 m / min in the state of laser beam irradiation, and reaches the end of the first and second workpieces 1 and 2 ( Hereinafter, the process proceeds to the next step (step S15).

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。   In the opening (back surface) n (n = i) layer welding process by the second laser light source, the “welding position” designated as the welding condition “3” shown in FIG. And the “welding speed (m / min)” is 0.40 m / min, and therefore the bottom surface of the groove opening 4 on the back surface R side (complete penetration welded portion) by the second laser light irradiation system. The top surface is irradiated with laser light. With the laser beam irradiated, the second laser beam irradiation system is moved in the plate width direction at a speed of 0.40 m / min, and the process proceeds to the next step at the end of one pass (step S16). Here, in the process flow shown in FIG. 6, multi-layer welding in the groove opening 4 is started after the complete penetration welding of the groove root face portion 3 is completed in steps S <b> 13 and S <b> 15. Therefore, in order to define each layer to be laminated here for convenience, it is assumed that the initial layer is n = i and the final layer is n = m. Moreover, the layer number is continuously allocated, without distinguishing the surface (F) and back surface (R) of the 1st and 2nd to-be-welded materials 1,2.

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)。   In the laser light source switching step, since the “welding position” designated as the welding condition “4” shown in FIG. 7 is the surface (F), the first laser light irradiation system starts from the first laser light irradiation system. Switch to the laser beam irradiation system (step S17).

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)。   In the opening (surface) n + 1 layer welding process by the first laser light source, the “welding position” specified in the welding condition “welding No” shown in FIG. 7 is the surface (F), Since the “welding speed (m / min)” is 0.40 m / min, the first laser beam irradiation system irradiates the bottom surface in the groove opening 4 with the laser beam. With the laser beam irradiated, the first laser beam irradiation system is moved in the plate width direction at a speed of 0.40 m / min, and the process proceeds to the next step at the end of one pass (step S18).

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。   In the welding process of the opening (surface) n + 2 layer by the first laser light source, the “welding position” designated as the welding condition “welding No” shown in FIG. 7 is “surface” (F). Since the “welding speed (m / min)” is 0.40 m / min, the bottom surface in the groove opening 4 is irradiated with laser light from the first laser light irradiation system. With the laser beam irradiated, the first laser beam irradiation system is moved at a speed of 0.40 m / min in the plate width direction, and the process proceeds to the next step at the end of one pass (step S19). At the end of step S19, the first layer weld is formed immediately above the complete penetration weld in the groove opening 4 on the back surface R side, and the complete penetration weld is formed in the groove opening 4 on the surface F side. The first and second layer welds are formed immediately above.

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)。   In the laser light source switching step, since the “welding position” designated as the welding condition “welding No” is “6” is the back surface (R), the first laser light irradiation system to the second laser light irradiation system. (Step S20).

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)。   Next, in the opening (back surface) n + 3rd layer welding process by the second laser light source, the “welding position” designated as the welding condition of “6” is “back surface (R)”, “ Since the “welding speed (m / min)” is 0.40 m / min, the bottom of the groove opening 4 on the back surface (R) side is irradiated with laser light by the second laser light irradiation system. The second laser beam irradiation system is moved at a speed of 0.40 m / min in the plate width direction with the laser beam irradiated, and the process proceeds to the next step when one pass is completed (step S21).

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)。   In the opening (rear surface) n + 4th layer welding process by the second laser light source, the “welding position” designated as the welding condition “welding No” is “7” is the rear surface (R), “welding speed ( m / min) ”is 0.40 m / min, and the second laser light irradiation system irradiates the bottom of the groove opening 4 on the back surface (R) side with laser light. The second laser light irradiation system is moved at a speed of 0.40 m / min in the plate width direction with the laser light irradiated, and the process proceeds to the next step at the end of one pass (step S22).

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。   In step S22, it is determined whether or not the (n + m-2) layer welding has been completed. If the welding has not been completed, the process proceeds to step S17. If completed, the process ends here. When the welding of the (n + m−2) layer is completed, the processing up to “10” for “welding No” specified in the welding conditions shown in FIG. R) Welding of the five layers on the side is complete.

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。   In FIG. 8, the cross-sectional macro photograph and cross-sectional schematic diagram at the time of the upper and lower both-layers 5 layer welding which show the welded joint of a stainless steel plate are shown. In order to make the relationship between each welded portion (each layer) shown in the macro photograph and the welding conditions shown in FIG. 7 easier to understand, the corresponding “welding No” is given in the schematic cross-sectional view. In the macro photograph, the scale shown on the left side is 1 mm on a scale. As shown in the macrophotograph, it can be seen that the butt joint formed only by laser welding according to the present example has no welding defect and a good butt laser welded joint is obtained.

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。   In FIG. 8, as shown in the macrophotograph, the final layer of 4 mm is left on the back surface (R) side and 5 mm on the front surface (F) side, but laser welding according to the present embodiment is performed up to these final layers. It is also possible to weld by only.

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。   FIG. 9 shows a cross-sectional macrophotograph and a schematic cross-sectional view of the upper and lower double-layer sixth-layer surplus welds showing a welded joint of a stainless steel plate. As in FIG. 8, a scale is attached to the macrophotograph, and “welding No” shown in the welding conditions shown in FIG. 7 is attached to the schematic cross-sectional view. In the surplus welding of the last layer on the surface (F) to which welding No. 11 is applied, a filler wire is used as a filler material, and as shown in FIG. 7, the “wire feed speed (m / min)” is 1 The moving speed (welding speed) in the plate width direction of the first laser light irradiation system was 0.15 m / min. Further, in the surplus welding of the last layer on the back surface (R) to which welding No. 12 is applied, the filler wire is similarly supplied at a speed of 1.2 m / min, and the second laser light irradiation system plate The moving speed (welding speed) in the width direction was set to 0.15 m / min. Even after extra welding, it can be confirmed that a good weld joint without welding defects is obtained as in FIG.

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。   The molten pool of the final layer does not stay inside the groove but extends to the front surface (F) and back surface (R) of the first and second welded materials 1 and 2 outside the groove. Therefore, if the filler wire is added and welded only to the final layer shown in FIG. 9, high-precision positioning in the case of supplying the filler wire to the conventional groove bottom, or a wire such as a wire nozzle or a wire tip There is no restriction on narrowing the groove by inserting the supply jig into the groove bottom. Therefore, also in the present embodiment, only the welding of the final layer can be performed by adding a filler material such as a filler wire. Further, since the final layer need not be welded inside the narrow groove, the welding method can be applied not only by laser welding but also by arc welding. Note that the method of adding and welding the filler wire only to the final layer shown in FIG. 9 is not necessarily required, and as described above, the butt welding may be performed only by laser welding including the final layer.

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。   In the present embodiment, after the complete penetration welding of the groove root face part 3, the case where the welding in the groove opening part 4 is performed for each two layers on the front surface F and the back surface R is illustrated, but the present invention is not limited thereto. is not. For example, you may comprise so that welding in the groove opening part 4 may be performed for every layer by the surface F and the back surface R. FIG. Further, for example, it may be configured to be performed every three layers according to the total number, and in this case, the switching frequency between the first laser light irradiation system and the second laser light irradiation system is reduced. Is possible. As described above, a compressive stress is generated in the complete penetration weld, and a tensile stress is generated in the groove opening 4. Due to the action of this tensile stress, the opening width of the groove gradually becomes narrower. From this, considering the shrinkage of the opening width of the groove due to the tensile stress, in order to balance the influence between the front surface F and the back surface R, the first laser light irradiation system and the second laser are used for each layer welding. It is desirable to adopt a configuration that switches to a light irradiation system.

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。   According to the present embodiment, when laser welding a thick plate material, as shown in FIG. 8, since a filler wire is not required, it is not necessary to control the filler wire with high accuracy, resulting in poor fusion or unfilled filler wire. It is possible to obtain a high-quality laser welded joint by preventing welding defects such as the above.

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。   In addition, according to the present embodiment, it is possible to weld the groove on the front surface side and the back surface side of two workpieces having an X-shaped groove only by switching control using two laser light irradiation systems, thereby increasing the throughput. Is improved.

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。   Further, by using an X-shaped groove, it is possible to obtain a laser-welded joint having a thickness of about 50 mm, not limited to 42 mm.

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。   FIGS. 10 and 11 show the positional relationship between the steel plate butt joint and the laser light source according to the second embodiment of the present invention. In Example 1, butt laser welding of a workpiece to be welded having an X-shaped groove was configured to be switched and irradiated by two laser light irradiation systems. On the other hand, the present embodiment is different in that laser welding is performed with one laser beam irradiation system.

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。   As shown in FIG. 10, the first laser light source 11 and the laser light emitted from the first laser light source 11 are focused on the surface F side of the first and second workpieces 1 and 2. A first laser light irradiation system including the first condenser lens 10 is disposed. FIG. 10 shows a state in which laser light is focused on the bottom of the groove on the surface F side, that is, on the top surface of the groove root face portion 3 by the first laser light irradiation system.

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。   In the state shown in FIG. 11, the first and second welded materials 1 and 2 are turned upside down so that the first and second welded materials 1 and 2 face the back surface R of the first and second welded materials 1 and 2. A laser beam irradiation system is arranged. FIG. 11 shows a state in which laser light is condensed on the bottom of the groove on the back surface R side, that is, on the top surface of the groove root face portion 3 by the first laser light irradiation system.

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。   Next, the process flow of the butt laser welding method of the present embodiment will be described. The groove forming step (step S31) shown in FIG. 12 is the same as step S11 shown in FIG. In the two work piece butting steps, the groove root face portion 3 formed on the first work piece 1 and the groove root face portion 3 formed on the second work piece 2 are in contact with each other. The 1st to-be-welded material 1 and the 2nd to-be-welded material 2 are positioned so that it may do (step S32). At this time, the 1st and 2nd to-be-welded materials 1 and 2 will be in the state shown in FIG.

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。   In the root face part (surface) complete penetration welding process by the first laser light source, as shown in FIG. 10, the surface F of the first and second workpieces 1 and 2 is welded from the first laser light irradiation system. The bottom of the groove, that is, the upper surface of the groove root face portion 3 is irradiated with laser light. When the first laser beam irradiation system is moved in the plate width direction at a predetermined speed (welding speed) in a state where the laser beam is irradiated and reaches the end portions of the first and second workpieces 1 and 2 The process proceeds to the next step (at the end of one pass) (step S33). Here, since the welding speed and the laser output are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

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。   Next, in the two material to be welded upside down, the groove root face portion 3 on the surface F side is disposed so that the first and second materials to be welded 1 and 2 after the complete penetration welding are turned upside down ( Step S34). At this time, the 1st and 2nd to-be-welded materials 1 and 2 are arrange | positioned in the state shown in FIG.

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。   In the root face portion (back surface) complete penetration welding process by the first laser light source, as shown in FIG. 11, the back surface R side of the first and second welded materials 1 and 2 by the first laser light irradiation system. The bottom of the groove, that is, the upper surface of the groove root face portion 3 is irradiated with laser light. With the laser beam irradiated, the first laser beam irradiation system is moved at a predetermined speed (welding speed) in the plate width direction, and the process proceeds to the next step at the end of one pass (step S35). At the end of step S35, the groove root face portion 3 completes the complete penetration welding in a state where it overlaps from the front surface F side and the back surface R side.

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)。   Subsequently, in the two work piece upside down processes, the first and second work pieces 1 and 2 after the complete penetration welding of the groove root face part 3 are turned upside down so that the surfaces F become the upper surfaces. (Step S36).

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。   Next, in the opening n-th layer welding process by the first laser light source, laser light is applied to the bottom surface of the groove opening 4 on the surface F side (upper surface of the complete penetration welding portion) by the first laser light irradiation system. Irradiate. With the laser light irradiated, the first laser light irradiation system is moved in the plate width direction at a predetermined speed (welding speed), and the process proceeds to the next step at the end of one pass (step S37). Here, in the flow shown in FIG. 12, the description is omitted, but in the same manner as in the first embodiment, after the complete penetration welding of the groove root face portion 3 is completed in step S33 and step S35, the groove opening portion 4 is displayed. Start multi-layer welding inside. Therefore, in order to define each layer to be laminated here for convenience, it is assumed that the initial layer is n = i and the final layer is n = m. Moreover, as shown in FIG. 12, the layer number is continuously allocated, without distinguishing the surface (F) and back surface (R) of the 1st and 2nd to-be-welded materials 1,2.

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)。   Subsequently, in the two workpieces upside down process, in step S37, one more layer is welded immediately above the groove root face 3 on the surface F side which has been completely melt welded. That is, the first layer (first layer) is formed in the groove opening 4. The first and second materials to be welded 1 and 2 are arranged upside down so that the back surface R is the top surface (step S38).

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。   In the opening n + 1 layer welding process by the first laser light source, the first laser beam irradiation system irradiates the bottom surface of the groove on the back surface R side (the upper surface of the complete penetration weld) with laser light. With the laser beam irradiated, the first laser beam irradiation system is moved in the plate width direction at a predetermined speed (welding speed), and the process proceeds to the next step when one pass is completed (step S39). At the end of step S39, one more layer is formed immediately above the front surface F side and the rear surface R side of the groove root face portion 3 after complete penetration welding of the first and second welded materials 1 and 2, respectively.

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。   In step S40, it is determined whether or not the welding in the groove opening 4 has been completed up to the (n + i = m−2) layer. If not completed, the process returns to step S38, and steps S38 to S40 are repeatedly executed. On the other hand, if it is determined that the welding in the groove opening 4 has been completed up to the (n + i = m−2) layer, the process is terminated. At the time when the processing up to the (n + i = m−2) layer was completed, welding of the front (F) side 5 layers and the back surface (R) side 5 layers was completed when m = 12, as in Example 1. It will be.

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。   In the present embodiment, the first and second welded materials 1 and 2 are reversed every time one-layer welding is completed, but the present invention is not limited to this. For example, the laser welding in the groove opening 4 after completion of complete penetration welding of the groove root face portion 3 is configured such that two layers are continuously welded on each of the front surface F side and the rear surface R side and then turned upside down. May be. As described above, a compressive stress is generated in the complete penetration weld, and a tensile stress is generated in the groove opening 4. Due to the action of this tensile stress, the opening width of the groove gradually becomes narrower. From this, considering the shrinkage of the opening width of the groove due to the tensile stress, in order to balance the influence between the front surface F and the back surface R, it is desirable that the structure is turned upside down for each layer welding.

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。   According to the present embodiment, since no filler wire is required, it is not necessary to control the filler wire with high precision, preventing poor welding such as poor fusion and unmelted filler wire, and obtaining a high-quality laser welded joint. It becomes possible.

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。   In addition, according to the present embodiment, since the work piece is inverted upside down, the throughput is lower than that of the first embodiment, but laser welding can be performed with only one laser beam irradiation system. Thus, the facility cost can be reduced as compared with the first embodiment.

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。   Further, as in the first embodiment, since the X-shaped groove is used in this embodiment, it is possible to obtain a laser-welded joint having a thickness of about 50 mm.

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。   FIG. 13 shows a process flow of the butt laser welding method of Example 3 according to another example of the present invention. In Example 2, after the groove root face portion 3 is completely melted and welded, the welded material in the groove opening portion 4 is turned upside down every time one or two layers are continuously welded. did. On the other hand, in this embodiment, after the groove root face portion 3 is completely melted and welded, the inside of the surface F side groove opening portion 4 is continuously subjected to multilayer welding, and then the workpiece is turned upside down, The difference is that the inside of the R-side groove opening 4 is configured to be continuously welded in multiple layers.

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。   The process flow of the butt laser welding method of the present embodiment will be described. Groove forming step (step S41) shown in FIG. 13, two welded material butting steps (step S42), a root face portion (surface) complete penetration welding step (step S43) using a first laser light source, and two welded portions The material upside down process (step S44), the root face part (back surface) complete penetration welding process (step S45) and the two welded material upside down processes (step S46) by the first laser light source will be described in the second embodiment. Since this is the same as step S31 to step S36 in FIG. 12, the description is omitted here.

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。   In step S46, complete penetration welding of the groove root face portion 3 has already been completed with the front surface F side and the rear surface R side overlapping. Therefore, in the opening (surface) n-th layer welding process by the first laser light source, the first laser beam irradiation system applies a laser to the bottom surface of the groove opening 4 on the surface F side (upper surface of the complete penetration welding portion). Irradiate light. With the laser beam irradiated, the first laser beam irradiation system is moved in the plate width direction at a predetermined speed (welding speed), and the process proceeds to the next step at the end of one pass (step 47). Here, although not shown in the flow of FIG. 13, in the same manner as in the second embodiment, after the complete penetration welding of the groove root face portion 3 is completed in steps S <b> 43 and S <b> 45, Start multi-layer welding. Therefore, here, in order to define each layer to be laminated for convenience, the initial layer is set to n = i and the final layer is set to n = m on both the front surface F side and the back surface R side.

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。   Next, in step S48, it is determined whether or not the welding in the groove opening 4 on the surface F side has been completed up to the (n = m) layer. If not completed, the process returns to step S47, and step S47 and step S48 are repeatedly executed. On the other hand, if it is determined that the welding in the groove opening 4 has been completed up to the (n = m) th layer, the process proceeds to the next step, step S49. Here, for example, in the case of m = 4, the four-layer welding is completed in the groove opening 4 on the surface F side from the position immediately above the complete penetration weld.

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)。   In the two workpieces upside down process, the first and second workpieces 1 and 2 after the completion of the four-layer multi-layer welding in the groove opening 4 on the surface F side are vertically moved so that the back surface R is the upper surface. Inverted and arranged (step S49).

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)。   Subsequently, in the opening (back surface) n-th layer welding step by the first laser light source, the bottom surface of the groove opening 4 on the back surface R side (upper surface of the completely penetration welded portion) is formed by the first laser light irradiation system. Irradiate with laser light. With the laser beam irradiated, the first laser beam irradiation system is moved in the plate width direction at a predetermined speed (welding speed), and the process proceeds to the next step at the end of one pass (step S50).

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。   next. In step S51, it is determined whether or not the welding in the groove opening 4 on the back surface R side has been completed up to the (n = m) layer. If not completed, the process returns to step S50, and step S50 and step S51 are repeatedly executed. On the other hand, if it is determined that the welding in the groove opening 4 has been completed up to the (n = m) layer, the process is terminated. Here, for example, when m = 4 as in the front surface F side, four layers of welding have been completed in the groove opening 4 on the back surface R side from directly above the fully-penetrating weld.

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。   According to the present embodiment, since no filler wire is required, it is not necessary to control the filler wire with high precision, preventing poor welding such as poor fusion and unmelted filler wire, and obtaining a high-quality laser welded joint. It becomes possible.

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。   In addition, according to the present embodiment, since the upside down process of the welded material can be significantly reduced as compared with the second embodiment, it is possible to improve the throughput as compared with the second embodiment.

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。   In addition, according to the present embodiment, since laser welding can be performed with only one laser beam irradiation system, the facility cost can be reduced compared to the first embodiment.

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。   Further, as in the first and second embodiments, since the X-shaped groove is used in this embodiment, it is possible to obtain a laser-welded joint having a thickness of about 50 mm. In addition, the plate | board thickness of the to-be-welded material to be used can be further increased by increasing a racer output.

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。   FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a steel sheet butt joint according to Example 4 of another embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the second embodiment and the third embodiment in that a Y-shaped groove is used as the groove, thereby eliminating the need for the upside down process of the material to be welded.

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)A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A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)A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。 The groove shown in FIG. 14 is a Y-shaped groove composed of a groove root face portion 3 and a groove opening portion 4. For example, when the laser output is 4 kW to 5 kW, the welding depth (length in the plate thickness direction) that can be completely melted in one pass by laser light irradiation is about 9 mm as described above. Therefore, the thickness of the groove root face portion 3 (in the thickness direction length) A 2 is desirably to 8 mm. If the laser output is further increased from 5 kW, the thickness A 2 of the groove root face portion 3 can be increased. For example, when the laser output is 10 kW, the welding depth that can be completely melted in one pass is about 15.0 mm. Therefore, in this case, the thickness of the groove root face portion 3 (in the thickness direction length) A 2 is desirably to 14.0 mm. Further, as described above, the groove angle θ of the groove opening 4 is preferably 2 ° or more and 6 ° or less, and is preferably 5 °.

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。   In FIG. 15, the arrangement | positioning relationship with the steel plate butt joint by a present Example and a laser light source is shown. As shown in FIG. 15, a first laser light irradiation system is composed of a first laser light source 11 and a first condenser lens 10 for focusing the laser light emitted from the first laser light source 11. . FIG. 15 shows a state in which laser light is focused on the bottom of the groove, that is, on the upper surface of the groove root face portion 3.

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)。   The process flow of the butt laser welding method of the present embodiment will be described. In the groove forming step shown in FIG. 16, the first and second welded materials 1 and 2 each have a groove that is inclined toward the surface F from one side closer to the one end surface than the substantially central portion in the plate thickness direction. A shape having the opening 4 and the flat surface as the groove root face portion 3 is formed by pressing or cutting (step S61).

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)。   In the two work piece butting steps, the groove root face portion 3 formed on the first work piece 1 and the groove root face portion 3 formed on the second work piece 2 are in contact with each other. The 1st to-be-welded material 1 and the 2nd to-be-welded material 2 are positioned so that it may do (step S62).

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。   In the root face part (surface) complete penetration welding process by the first laser light source, laser light is irradiated to the bottom of the groove, that is, the upper surface of the groove root face part 3 from the first laser light irradiation system. With the laser beam irradiated, the first laser beam irradiation system is moved in the plate width direction at a predetermined speed (welding speed), and the process proceeds to the next step at the end of one pass (step S63). In step S63, complete penetration welding of the groove root face portion 3 is completed.

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。   In the opening (surface) n-th layer welding step by the first laser light source, the first laser beam irradiation system irradiates the bottom surface of the groove opening 4 (upper surface of the complete penetration weld) with laser light. With the laser beam irradiated, the first laser beam irradiation system is moved in the plate width direction at a predetermined speed (welding speed), and the process proceeds to the next step at the end of one pass (step S64). Here, although not shown in the flow of FIG. 16, after complete penetration welding in step S <b> 63, multilayer welding in the groove opening 4 is started, so that each layer to be laminated is defined for convenience. Therefore, n = i for the first layer and n = m for the final layer.

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。   Next, in step S65, it is determined whether or not the welding in the groove opening 4 has been completed up to the (n = m) th layer. If not completed, the process returns to step S64, and steps S64 and S65 are repeatedly executed. On the other hand, if it is determined that the welding in the groove opening 4 has been completed up to the (n = m) layer, the process is terminated. Here, for example, when m = 4, four-layer multi-layer welding has been completed immediately above the groove root face portion 3 (complete penetration weld portion) of the Y-shaped groove.

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。   In this embodiment, since the groove is a Y-shaped groove, the laser beam is irradiated only from one side where the groove opening 4 is formed. In addition, by using a Y-shaped groove, it can be applied not only to a plate material such as a steel plate but also to welding of a piping material.

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。   According to the present embodiment, since no filler wire is required, it is not necessary to control the filler wire with high precision, preventing poor welding such as poor fusion and unmelted filler wire, and obtaining a high-quality laser welded joint. It becomes possible.

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。   Further, according to the present embodiment, compared with the third embodiment, since the upside down process of the material to be welded is not required, the throughput can be improved as compared with the third embodiment.

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。   In addition, according to the present embodiment, since laser welding can be performed with only one laser beam irradiation system, the facility cost can be reduced compared to the first embodiment.

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。   In this example, since a Y-shaped groove is used, the thickness of the weldable material (steel plate) that can be used is thinner than that in Examples 1 to 3, but the laser output is still 5 kW. The plate thickness can be larger than 30 mm.

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。   In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace the configurations of other embodiments with respect to a part of the configurations of the embodiments.

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
1 First material to be welded (steel plate)
2 Second material to be welded (steel plate)
3 groove root face part 4 groove opening part 5 laser optical axis 6 complete penetration weld part 10 first condenser lens 11 first laser light source 12 second condenser lens 13 second laser light source

Claims (9)

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、を有し、
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。
A groove forming step of forming a groove so as to have a root face portion at a part of the end faces of the two to-be-welded plate members to be abutted and to have an opening portion at least one of the upper and lower sides of the root face portion; ,
A butting step for abutting the root face portions of the two to-be-welded plate materials to contact each other;
Irradiating the root face part with a laser beam and forming a complete penetration weld part;
Have a a multi-layered weld forming a multi-layer weld only applying a laser beam to the opening of the full penetration weld is formed groove,
A welding laser welding method for plate materials to be welded , wherein a welding speed in the multilayer welded portion forming step is faster than a welding speed in the route face portion welding step .
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。
In the butt laser welding method of the to-be-welded board | plate material of Claim 1,
The groove forming step forms an X-shaped groove having openings above and below the route face part,
A first laser light irradiation system and a second laser light irradiation system, which are arranged so as to oppose each other, sandwiching the two plate members to be welded, are provided, the first laser light irradiation system and the second laser light irradiation system A method of butt laser welding of welded plate materials, wherein the complete penetration weld and the multilayer weld are formed by switching a laser light irradiation system.
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。
In the butt laser welding method of the to-be-welded board | plate material of Claim 2,
In the multi-layer welded portion forming step, the first laser beam irradiation system and the second laser beam irradiation system are switched every time a predetermined number of layers are formed.
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。
In the butt laser welding method of the to-be-welded board | plate material of Claim 1,
The groove forming step forms an X-shaped groove having openings above and below the route face part,
The route face welding process
A first step of irradiating the root face part with the laser light from the first surface side of the two welded plate members that are butted against each other;
After the first step, a second step of flipping the two welded plate materials up and down;
After the second step, a third step of irradiating the root face part with the laser beam from the second surface side opposite to the first surface, Butt laser welding method.
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。
In the butt laser welding method of the to-be-welded board | plate material of Claim 4,
The multilayer weld formation step includes
A first step of irradiating the opening with the laser beam from the first surface side of the two welded plate members;
A second step of inverting the two welded plate materials up and down after forming a predetermined number of layers in the first step;
A third step of irradiating the opening with the laser beam from the second surface side after the second step;
A fourth step of inverting the two welded plate materials up and down after the predetermined number of layers is formed by the third step, and repeatedly executing the fourth step from the first step. A butt laser welding method for welded plate materials.
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。
In the butt laser welding method of the to-be-welded board | plate material of Claim 4,
The multilayer weld formation step includes
A first step of repeatedly irradiating the opening with a predetermined plurality of passes from the first surface side of the two welded plate members;
After the first step, a second step of flipping the two welded plate materials up and down,
After the second step, a third step of repeatedly irradiating the opening portion with a predetermined number of passes from the second surface side of the two welded plate materials. Butt laser welding method for welded plate material.
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。
In the butt laser welding method of the to-be-welded board | plate material of Claim 1,
The groove forming step forms a Y-shaped groove having an opening only on either the upper side or the lower side of the route face part,
In the root face part welding step, the root face part is irradiated with the laser beam in one pass,
In the multi-layer welded portion forming step, the laser beam is repeatedly irradiated to the opening for a predetermined plurality of passes.
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。
In the butt laser welding method of the to-be-welded board | plate material of any one of Claims 1 thru | or 7,
After the multilayer welded portion forming step , a butt laser welding of the plate material to be welded is further provided with a surplus welding step of adding a filler wire only to the final layer of the opening and irradiating the filler wire with the laser Method.
請求項1ないし請求項のうち何れか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。
In the butt laser welding method of the to-be-welded board | plate material of any one of Claims 1 thru | or 7 ,
A butt laser welding method for plate materials to be welded, further comprising an extra welding step in which a filler wire is added to only the final layer of the opening and arc welding after the multilayer weld formation step.
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