JPS6365435B2

JPS6365435B2 -

Info

Publication number: JPS6365435B2
Application number: JP59233320A
Authority: JP
Priority date: 1984-11-07
Filing date: 1984-11-07
Publication date: 1988-12-15
Also published as: JPS61111792A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、鋼板、オープンパイプの縦シーム部
等を溶接するにあたり、仕上げ溶接（本溶接）に
先立つて実施されるレーザ溶接による仮付溶接法
に関する。〔従来の技術〕現在、仕上げ溶接に先立つ仮付溶接法として、
手溶接、半自動溶接、特殊な場合には自動MIG
あるいはCO₂溶接等の溶接法が採用されている。
本発明者等は、これら従来の仮付溶接法が仕上げ
溶接に与える悪影響を指摘し、これを解決する方
法として先に特願昭59―85662においてレーザ溶
接を用いた溶接法を提案している。ここで、仮付溶接法は、下記の条件を具備する
必要がある。 (a) 本溶接に先立ち被溶接物を所定の位置に変形
なく固定し、本溶接中もこの状態を維持するこ
と。 (b) 本溶接により、仮付ビードを完全に溶融可能
とすること。 (c) 仮付溶接時の溶接線に対する倣い精度や開先
間隙の許容度を大きくし、適正な仮付ビードを
比較的容易に形成可能とすること。 (d) 仮付ビードに起因する欠陥を本溶接部に対し
生じさせないこと。上記(a)の条件を満足させるには十分な仮付強度
と溶接による熱変形が生じにくい溶接法を採用す
る必要があり、レーザ溶接は大気中で容易にこの
条件を実現する点で好適である。上記(b)の条件を
満足するには仮付ビードが極小であることが好ま
しく、全長仮付ないしは点仮付のいずれでも、レ
ーザ溶接は通常のアーク溶接に比し、仮付ビード
を極小化できる点で好適である。上記(c)、(d)の条
件に関しては、後述するように従来レーザ仮付法
は不十分であつた。〔発明が解決しようとする問題点〕第１に、レーザ溶接で使用するレーザビーム径
は0.2mmと極めて微小なため、高度の追従技術を
もつてしても、ビームの狙い位置を溶接線全長に
わたつて保証することは現実的には困難であり溶
接線からの外れが避けられない。この問題は、溶
接速度が大きくなると一層深刻になる。そして、
この発明が対象としている一般的なアーク溶接継
手のような高精度の開先加工を行なわない場合に
は、溶接線自身の振れも加わり、ほとんど致命的
な問題となり、溶接線外れの回避は不可能であ
る。この理由から、従来の全長溶接法、特開昭58
―103983号公報に記載の発明ではこの問題を解決
できない。すなわち、溶接線への追従精度は、レーザ溶接
ビード幅が0.5〜１mmと狭いので、ビードの中心
が開先内の中心線に対してなすずれを±0.2mm以
下とする程度の倣い精度が要求される。この溶接
線への倣いが確実に行なわれない場合は、溶接
線開先内に仮付ビードを形成できない。このこと
は仮付溶接が行なわれないことを意味し、仮付不
能ないしは仮付不良となる。また、第３図に示
すように、仮付ビードの反対側の面に本溶接を施
す時、仮付ビード３，３Ａの溶接線突合せ面２に
おける未溶融部ａ１がａ２のように増大し、本溶
接ビード４と仮付ビード３との間にラツプが得ら
れず、溶け残り部ｂにある気体（大気）が熱膨張
してブローホールを発生させる。第２に、溶接線開先の間隙（第５図、ｃ）は、
ビーム径以下でないとビームが何ら加熱に供され
ず通過してしまう。このことも仮付溶接が行なわ
れないことを意味し、仮付不能ないし仮付不良と
なる。ビーム径以下の開先間隙の確保は、現実的
には極めて困難であり、本発明のように比較的高
精度を要求しない溶接環境では、そのような精度
は期待できない。なお、第３図において、１は被溶接材、２は突
合わせ面、３は正常な仮付ビード、３Ａは溶接線
から外れた仮付ビード、４は本溶接ビード、５は
ブローホール、ａ１は正常な仮付溶接における未
溶融部、ａ２は溶接線から外れた仮付溶接におけ
る未溶融部、ｂは仮付溶接と本溶接間の未溶融部
である。本発明は、溶接線に対する倣い精度や開先間隙
の許容度を大きくする状態下で完全な仮付溶接を
行ない、かつ本溶接後の欠陥発生も防止すること
を目的とする。〔問題点を解決するための手段〕本発明に係るレーザ溶接による仮付溶接法は、
レーザビームを溶接線に交差する方向にオシレー
ト動作させるとともに、溶接線上に形成される仮
付部の間隔をそのビード幅以上に設定して仮付溶
接するようにしたものである。〔作用〕まず、レーザビームを第２図に示すように、溶
接線１５に交差する方向にオシレート動作させる
と、レーザビームは溶接線方向の実質的な溶接速
度VWとオシレートの速さVB、周波数ｆで決ま
る角度αで折り返し溶接線を横切りながら進行す
る。このプロセスによつて溶接線とレーザビーム
が交差する点において仮付溶接部１７が第２図に
示すように一定間隔ｌ、ビード幅ｄで形成され
る。幾何学的には、オシレート幅をＷとすると、 VB＝2W・ｆ α＝2cos^-1｛Ｗ／（２√²＋²）｝なる関係がある。 (A) さて、まず本発明において溶接線に交差する
方向にオシレートさせることの必要性を説明す
る。本発明におけるオシレートは、ビームが形成
するビード軌跡を溶接線に交差する方向に進行
せしめる。すなわち、ビームは溶接線に対する
倣い精度が高くない状態下でも、仮付点におい
ては溶接線を完全に横切り、この開先内の中心
線上に確実に中心をおく仮付ビードを容易に形
成できる。このように仮付ビードの中心が開先
内の中心線に確実に合致することは、完全な
仮付溶接を行なうことを保証し、かつ仮付ビ
ードの反対側の面に本溶接を施す時、仮付ビー
ドの溶接線突合わせ面における未溶融部を減少
し、本溶接ビードと仮付ビードとの間に十分な
ラツプを得て、ブローホールの発生を回避する
ことを意味する。なお、特開昭54―116356号公報に記載の発明
は、ビームをコニカル状にオシレートさせてい
るが、この時、ビームが形成するビード軌跡は
あくまで溶接線に平行に進行するものであるた
め、仮付ビードの中心が溶接線に対してずれる
現象の発生を確実に回避するのに困難がある。 (B) さて次に溶接線上に形成される仮付ビード部
の間隔について述べる。本発明者らは、実験の結果、レーザ溶接を適
用して仮付溶接の長手方向長さd′を極めて短く
（５mm以下）その間隔を仮付ビード幅以上とす
ることにより、ブローホールの発生をより確実
に防止可能となることを見いだした。第９図にその現象を詳細に説明する。本発明
法で仮付された被溶接材を本溶接で(a)のように
溶接する時、本溶接のアークは仮付部１７をく
り返し溶融しながら進行する。(b)に示すように
仮付溶接部間隔が仮付ビード幅ｄより狭いと、
仮付部間では本溶接プール１９の溶融金属がた
れ落ちる時、例えばＰ点が容易に次の仮付部に
接してしまう。このたれ落ちは仮付部幅d′によ
り変化しd′が大きいと多い。より多くの金属が
溶融されるからである。したがつて、(b)の場合
には、仮付部間の空間を蓋してしまい、急激な
熱膨張による気体の逃げ２１を一方で閉ざして
しまう（破線）。この結果、気体は溶融したプ
ール１９に向かつて入り込みブローホール２２
を発生させる。(c)のように仮付部間隔ｌをビー
ド幅ｄより広くとつておけば、Ｐ点は相対的に
前方の仮付部１７に接触しにくくなり気体の膨
張の圧力を逃がすことができる。なお、オシレ
ート動作に伴なつて、ルート部の近傍に不必要
と思われる仮付溶接部が残存する場合も考えら
れるが、これは第１図に示すような銅製の遮蔽
板１６を配置することにより、容易に回避可能
である。 (C) 次に、本発明において、開先間隙（ルート間
隔）の許容度が大となる理由を説明する。通常
の溶接は溶接線に沿つてなされるが、この時溶
接線の間隙は当然のことながら溶接線に沿つて
形成される。第４図ａのように、本来、溶接点
１７では前方金属を溶融し、後方へ押しやられ
る溶接金属１８により仮付ビード１３を形成す
る。しかしながら、第４図ｂに示すように、前
方に間隙がある場合には、溶接金属１８の補充
が極端に不足してしまい、仮付ビード１３の凹
み２０あるいはさらに間隙が広い場合にはレー
ザビーム１４の通過を生じてしまう。したがつ
て、これを防止するには、間隙が多少あつても
必ず溶接点１７の前方に被溶接材１１が存在す
る状態を作り出してやればよい。本発明では、
第５図に示すように、レーザビーム１４によつ
て、間隙が生ずる開先線を横切る溶接を行な
い、レーザ溶接の欠点とされる間隙許容度の狭
さを溶接線１５に沿う溶接に比し拡大すること
を可能とした。なお、第４図ａの１２Ａは間隙
のない突合せ面を示し、第４図ｂの１２Ｂは間
隙のある突合せ面を示している。また、第５図
のＣは開先間隙を示している。すなわち、本発明によれば、以上の(A)〜(C)によ
り、溶接線に対する倣い精度や開先間隙の許容度
を大きくする状態下で完全な仮付溶接を行ない、
かつ本溶接後の欠陥発生を防止することができ
る。〔実施例〕以下、本発明の具体的実施結果について説明す
る。レーザ装置は5KW出力のCO₂レーザでビー
ムは254mmの焦点距離のレンズで焦光し、焦点を
被溶接物（50Kg／mm²級、板厚3.5mm鋼板）の表面
におき、該被溶接物の表面を照射した。また、被
溶接材は2m／分の速度で移動させ、レーザビー
ムもこれと同一速度で溶接線に直交する方向にオ
シレート動作（振幅は０〜15mm）させた。このレ
ー

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に係るレーザ溶接による
仮付け溶接法は、レーザビームを溶接線に交差す
る方向にオシレート動作させるとともに、溶接線
上に形成される仮付部の間隔をそのビード幅以上
に設定して仮付溶接するようにしたものである。
したがつて、本発明によれば、溶接線に対する倣
い精度や開先間隙の許容度を大きくする状態下で
完全な仮付溶接を行ない、かつ本溶接後の欠陥発
生も防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す正面図、第２
図は本発明におけるオシレート動作を示す模式
図、第３図は一般的なレーザ溶接による仮付溶接
状態を示す正面図、第４図ａは開先間隙が無い場
合の溶接状態を示す断面図、第４図ｂは開先間隙
がある場合の溶接状態を示す断面図、第５図は本
発明における開先間隙許容度の拡大状態を示す正
面図、第６図は本発明の具体的実施例に用いた開
先形状を示す正面図、第７図は本発明によるブロ
ーホール防止効果を示す線図、第８図は本発明に
よる開先間隙許容度拡大効果を示す線図、第９図
は仮付溶接と欠陥発生との関係を示す模式図であ
る。１１……被溶接材、１２……突合せ面、１３…
…仮付ビード、１４……レーザビーム、１５……
溶接線。

Claims

【特許請求の範囲】

１レーザビームを溶接線に交差する方向にオシ
レート動作させるとともに、溶接線上に形成され
る仮付部の間隔をそのビード幅以上に設定して仮
付溶接するレーザ溶接による仮付け溶接法。