JP2000061673A - 隅肉溶接方法 - Google Patents
隅肉溶接方法Info
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
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- B23K26/242—Fillet welding, i.e. involving a weld of substantially triangular cross section joining two parts
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｔ字隅肉溶接において被溶接材に対し完全な
溶け込みを実現することができるレーザー溶接方法の提
供。 【解決手段】 レーザー溶接によりＴ字隅肉溶接を行う
場合において、平均パワー密度が１２５〜２６００kW／
cm2 のレーザー光を、入射角度が５〜３０゜となるよう
に設定し、溶接速度を０．０５〜０．７m/min にて溶接
を行う。その際、レーザー光の波長を０．５〜１．５μ
ｍとし、シールドガスとしてＮ2 ガスを用いることが好
ましい。
溶け込みを実現することができるレーザー溶接方法の提
供。 【解決手段】 レーザー溶接によりＴ字隅肉溶接を行う
場合において、平均パワー密度が１２５〜２６００kW／
cm2 のレーザー光を、入射角度が５〜３０゜となるよう
に設定し、溶接速度を０．０５〜０．７m/min にて溶接
を行う。その際、レーザー光の波長を０．５〜１．５μ
ｍとし、シールドガスとしてＮ2 ガスを用いることが好
ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー光を用い
て行うＴ字隅肉溶接方法、より詳しくは、Ｔ字隅肉レー
ザー溶接時のレーザー光の入射角度を大きくとっても良
好な溶接部を得る隅肉溶接方法に関する。
て行うＴ字隅肉溶接方法、より詳しくは、Ｔ字隅肉レー
ザー溶接時のレーザー光の入射角度を大きくとっても良
好な溶接部を得る隅肉溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】これまで隅肉溶接といえば、アーク溶接
を用いる場合がほとんどであり、特に板厚の大きな鋼材
の溶接においてはこの傾向が大きい。一方、アーク溶接
に比べレーザー溶接は、入熱量が少なく溶接変形等の問
題が少ない、溶接速度が一般的にアーク溶接より高く溶
接作業効率がよいなどの利点があり、今後適用拡大が期
待される溶接方法である。これまで、レーザー溶接は主
として突き合わせ溶接の場合に多く用いられてきた。し
かし、溶接構造物の構造によっては、むしろ隅肉溶接部
が多い場合もある。
を用いる場合がほとんどであり、特に板厚の大きな鋼材
の溶接においてはこの傾向が大きい。一方、アーク溶接
に比べレーザー溶接は、入熱量が少なく溶接変形等の問
題が少ない、溶接速度が一般的にアーク溶接より高く溶
接作業効率がよいなどの利点があり、今後適用拡大が期
待される溶接方法である。これまで、レーザー溶接は主
として突き合わせ溶接の場合に多く用いられてきた。し
かし、溶接構造物の構造によっては、むしろ隅肉溶接部
が多い場合もある。
【０００３】Ｔ字隅肉溶接部にレーザー溶接を適用しよ
うとする場合、大きな問題が生じる。それは、レーザー
溶接のトーチが平板に接触してしまい、入射角度を小さ
くすることができないという問題である。そのため、Ｔ
字隅肉溶接をレーザーで行う場合は、両サイドから溶接
を行う必要がある。このようなレーザー溶接の場合、レ
ーザー光が被溶接鋼材を突き抜けないため、溶接時に発
生する金属蒸気が抜けきれずに溶接部に欠陥を発生させ
てしまうという危険性があること、両サイドから溶接を
するために、１つの継手に対し溶接を２回行わなければ
ならないため、溶接作業効率上問題があることなどか
ら、レーザー溶接はＴ字隅肉溶接には適用することが難
しいとされてきた。
うとする場合、大きな問題が生じる。それは、レーザー
溶接のトーチが平板に接触してしまい、入射角度を小さ
くすることができないという問題である。そのため、Ｔ
字隅肉溶接をレーザーで行う場合は、両サイドから溶接
を行う必要がある。このようなレーザー溶接の場合、レ
ーザー光が被溶接鋼材を突き抜けないため、溶接時に発
生する金属蒸気が抜けきれずに溶接部に欠陥を発生させ
てしまうという危険性があること、両サイドから溶接を
するために、１つの継手に対し溶接を２回行わなければ
ならないため、溶接作業効率上問題があることなどか
ら、レーザー溶接はＴ字隅肉溶接には適用することが難
しいとされてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、レ
ーザー溶接をＴ字隅肉溶接部に適用する際の大きな技術
的障壁は、入射角度を小さくするとトーチと平板が接触
してしまう点に存在し、従来技術では、レーザー溶接の
特長を充分生かしているとはいえないのが現状である。
そのため、入射角度をトーチが平板に当たらない程度に
大きくとっても一方のサイドから溶接するだけで溶接ビ
ードが反対サイドへ突き抜ける、すなわち完全とけ込み
が実現する溶接条件を見いだすことは産業上、非常に大
きなメリットがある。
ーザー溶接をＴ字隅肉溶接部に適用する際の大きな技術
的障壁は、入射角度を小さくするとトーチと平板が接触
してしまう点に存在し、従来技術では、レーザー溶接の
特長を充分生かしているとはいえないのが現状である。
そのため、入射角度をトーチが平板に当たらない程度に
大きくとっても一方のサイドから溶接するだけで溶接ビ
ードが反対サイドへ突き抜ける、すなわち完全とけ込み
が実現する溶接条件を見いだすことは産業上、非常に大
きなメリットがある。
【０００５】本発明は、このようなＴ字隅肉溶接におい
て、被溶接材に対し完全とけ込みを実現させることが可
能なレーザー溶接の条件を提示することを課題とする。
て、被溶接材に対し完全とけ込みを実現させることが可
能なレーザー溶接の条件を提示することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、以上のよ
うな溶接条件を見いだすべく鋭意研究を重ね、ついに、
入射角度を大きくとっても溶接可能な、すなわちトーチ
と平板が接触しないレーザー溶接条件を見いだすに至っ
たものであり、その要旨は、次の通りである。 （１）レーザー溶接にてＴ字隅肉溶接を行うに際し、平
均パワー密度が１２５〜２６００kW／cm2 のレーザー光
を、入射角度が５〜３０゜となるように設定し、溶接速
度０．０５〜０．７m/min にて溶接することを特徴とす
る隅肉溶接方法。 （２）波長が０．５〜１．５μｍであるレーザー光を用
いることを特徴とする前記（１）に記載の隅肉溶接方
法。 （３）シールドガスとしてＮ2 ガスを用いることを特徴
とする前記（２）に記載の隅肉溶接方法。 （４）レーザー光としてＣＯ2 レーザーを用い、シール
ドガスとして、Ｈｅ、Ａｒ、ＣＯ2 のいずれか、もしく
はこれら２種以上の混合ガスに、Ｏ2 を体積％で５〜３
０％混合させたガスを用い、被溶接鋼材として開先近傍
の黒皮を除去した鋼材を用いることを特徴とする前記
（１）に記載の隅肉溶接方法。 （５）レーザー光としてＣＯ2 レーザーを用い、シール
ドガスとして、Ｈｅ、Ａｒ、ＣＯ2 のいずれか、もしく
はこれら２種以上の混合ガスに、Ｏ2 を体積％で０〜２
５％混合させたガスを用い、被溶接鋼材として開先近傍
の黒皮を除去しない鋼材を用いることを特徴とする前記
（１）に記載の隅肉溶接方法。
うな溶接条件を見いだすべく鋭意研究を重ね、ついに、
入射角度を大きくとっても溶接可能な、すなわちトーチ
と平板が接触しないレーザー溶接条件を見いだすに至っ
たものであり、その要旨は、次の通りである。 （１）レーザー溶接にてＴ字隅肉溶接を行うに際し、平
均パワー密度が１２５〜２６００kW／cm2 のレーザー光
を、入射角度が５〜３０゜となるように設定し、溶接速
度０．０５〜０．７m/min にて溶接することを特徴とす
る隅肉溶接方法。 （２）波長が０．５〜１．５μｍであるレーザー光を用
いることを特徴とする前記（１）に記載の隅肉溶接方
法。 （３）シールドガスとしてＮ2 ガスを用いることを特徴
とする前記（２）に記載の隅肉溶接方法。 （４）レーザー光としてＣＯ2 レーザーを用い、シール
ドガスとして、Ｈｅ、Ａｒ、ＣＯ2 のいずれか、もしく
はこれら２種以上の混合ガスに、Ｏ2 を体積％で５〜３
０％混合させたガスを用い、被溶接鋼材として開先近傍
の黒皮を除去した鋼材を用いることを特徴とする前記
（１）に記載の隅肉溶接方法。 （５）レーザー光としてＣＯ2 レーザーを用い、シール
ドガスとして、Ｈｅ、Ａｒ、ＣＯ2 のいずれか、もしく
はこれら２種以上の混合ガスに、Ｏ2 を体積％で０〜２
５％混合させたガスを用い、被溶接鋼材として開先近傍
の黒皮を除去しない鋼材を用いることを特徴とする前記
（１）に記載の隅肉溶接方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下に、本発明を詳細に説明す
る。初めに、本発明における技術思想について述べる。
溶接条件は溶接入熱量、すなわち溶接ビード長さ１cmあ
たりに投与される熱量で評価される場合が多い。通常、
入熱量が高い場合は、とけ込み深さも大きい。しかし、
同じ入熱量でもとけ込み深さが異なる場合もある。それ
は、入熱量が同じでも、パワー密度が異なる場合であ
る。例えば、パワー密度が２倍でも溶接速度も２倍であ
る場合は、入熱量は同じとなるが、とけ込み形状は異な
るのが普通である。一般に、パワー密度が高い場合は、
とけ込み深さが大きく、そのかわり細長いビードになり
やすい。逆に、パワー密度を低く抑え、溶接速度を落と
して同じ入熱量にした場合は、ビード幅が広くなる傾向
があり、その分とけ込み深さは小さくなる。このよう
に、パワー密度を高く設定すると同じ入熱量でもとけ込
みは深くなる傾向にあることがわかる。
る。初めに、本発明における技術思想について述べる。
溶接条件は溶接入熱量、すなわち溶接ビード長さ１cmあ
たりに投与される熱量で評価される場合が多い。通常、
入熱量が高い場合は、とけ込み深さも大きい。しかし、
同じ入熱量でもとけ込み深さが異なる場合もある。それ
は、入熱量が同じでも、パワー密度が異なる場合であ
る。例えば、パワー密度が２倍でも溶接速度も２倍であ
る場合は、入熱量は同じとなるが、とけ込み形状は異な
るのが普通である。一般に、パワー密度が高い場合は、
とけ込み深さが大きく、そのかわり細長いビードになり
やすい。逆に、パワー密度を低く抑え、溶接速度を落と
して同じ入熱量にした場合は、ビード幅が広くなる傾向
があり、その分とけ込み深さは小さくなる。このよう
に、パワー密度を高く設定すると同じ入熱量でもとけ込
みは深くなる傾向にあることがわかる。
【０００８】パワー密度を低く抑え溶接速度を低くする
ことにより入熱量を確保する溶接条件では、溶融部分は
主としてアークからの熱伝導で決定される。すなわち、
溶接アークによって導入された熱は、深さ方向のみなら
ずビード幅方向にも伝導するためその分ビード幅は広く
なる傾向にあると考えることができる。
ことにより入熱量を確保する溶接条件では、溶融部分は
主としてアークからの熱伝導で決定される。すなわち、
溶接アークによって導入された熱は、深さ方向のみなら
ずビード幅方向にも伝導するためその分ビード幅は広く
なる傾向にあると考えることができる。
【０００９】レーザー溶接を隅肉溶接継手に適用しよう
とする場合、パワー密度が高い場合、上記の考察から理
解できるように、レーザー光の直進方向にとけ込むこと
になり、従って、入射角度を小さくしなければ一方のサ
イドからの溶接のみでは完全溶け込みを実現することは
不可能であることが理解できる。しかし、Ｔ字隅肉継手
では、図１に示すとおり、平板１では熱が２方向１ａ、
１ｂに伝導するのに対し、縦板２では１方向２ａにしか
伝導しないため、縦板２の方が平板１より熱が溜まりや
すく、従って溶融しやすい。この現象を有効利用できれ
ば、縦板を効果的に溶融させることができ、結果として
隅肉溶接部の溶接ビード３が突き抜ける、すなわち完全
溶け込みを実現することができるはずである。
とする場合、パワー密度が高い場合、上記の考察から理
解できるように、レーザー光の直進方向にとけ込むこと
になり、従って、入射角度を小さくしなければ一方のサ
イドからの溶接のみでは完全溶け込みを実現することは
不可能であることが理解できる。しかし、Ｔ字隅肉継手
では、図１に示すとおり、平板１では熱が２方向１ａ、
１ｂに伝導するのに対し、縦板２では１方向２ａにしか
伝導しないため、縦板２の方が平板１より熱が溜まりや
すく、従って溶融しやすい。この現象を有効利用できれ
ば、縦板を効果的に溶融させることができ、結果として
隅肉溶接部の溶接ビード３が突き抜ける、すなわち完全
溶け込みを実現することができるはずである。
【００１０】本発明者は、以上の解析から、通常のレー
ザー溶接条件よりパワー密度を抑え、代わりに溶接速度
を低くした場合の隅肉溶接継手の溶接ビード形状につい
て鋭意検討を重ね、ついに、レーザー光のパワー密度と
溶接速度を特定範囲に限定することにより、縦板に溶接
熱が滞留し、完全溶け込みが実現する条件があることを
見いだした。
ザー溶接条件よりパワー密度を抑え、代わりに溶接速度
を低くした場合の隅肉溶接継手の溶接ビード形状につい
て鋭意検討を重ね、ついに、レーザー光のパワー密度と
溶接速度を特定範囲に限定することにより、縦板に溶接
熱が滞留し、完全溶け込みが実現する条件があることを
見いだした。
【００１１】次に、レーザー光の平均パワー密度を限定
した理由について述べる。現在の技術では、レーザー光
のパワーはかなり高いレベルにまで達している。しか
し、既に述べているように、本発明の本質は、レーザー
光のパワーを抑えその分溶接速度を低くすることにより
入熱量を確保し、Ｔ字隅肉継手における熱伝導の特徴で
ある、縦板部分に熱が滞留しやすい性質を有効利用する
ことに存在するため、レーザー光のパワー密度に範囲を
もうける必要がある。平均パワー密度の最大値２６００
kW／cm2 は、これを上回るパワー密度ではレーザー光の
直進する方向に溶融が生じ、完全とけ込みを実現するた
めには、入射角度を小さくする必要があり、そのため、
従来技術で問題となっている、トーチと平板の接触が発
生してしまう。そのため、レーザー光の平均パワー密度
の上限を２６００kW／cm2 とした。下限の１２５kW／cm
2 は、これより低いパワー密度では、とけ込み量が充分
でないことに加え、この範囲の条件で所定のとけ込みを
得るための入熱量を確保しようとすると、溶接速度を非
現実的なレベルにまで低くしなければ入熱量が確保でき
ないため、下限をこの値に設定した。
した理由について述べる。現在の技術では、レーザー光
のパワーはかなり高いレベルにまで達している。しか
し、既に述べているように、本発明の本質は、レーザー
光のパワーを抑えその分溶接速度を低くすることにより
入熱量を確保し、Ｔ字隅肉継手における熱伝導の特徴で
ある、縦板部分に熱が滞留しやすい性質を有効利用する
ことに存在するため、レーザー光のパワー密度に範囲を
もうける必要がある。平均パワー密度の最大値２６００
kW／cm2 は、これを上回るパワー密度ではレーザー光の
直進する方向に溶融が生じ、完全とけ込みを実現するた
めには、入射角度を小さくする必要があり、そのため、
従来技術で問題となっている、トーチと平板の接触が発
生してしまう。そのため、レーザー光の平均パワー密度
の上限を２６００kW／cm2 とした。下限の１２５kW／cm
2 は、これより低いパワー密度では、とけ込み量が充分
でないことに加え、この範囲の条件で所定のとけ込みを
得るための入熱量を確保しようとすると、溶接速度を非
現実的なレベルにまで低くしなければ入熱量が確保でき
ないため、下限をこの値に設定した。
【００１２】次に、溶接速度を限定した理由について述
べる。溶接速度の上限、０．７m/min は、これを上回る
速度では、入熱量を確保するためにはレーザー光の平均
パワー密度を本発明より高く設定する必要がでてくる。
しかし、既に述べたように、この場合は、溶け込みがレ
ーザー光の直進方向に発生するため、入射角度を小さく
しない限り隅肉溶接を片側からの溶接のみで完全とけ込
みが実現しなくなってしまう。一方、平均パワー密度を
抑えると、溶接速度が高いため、入熱量が不足すること
からとけ込みが不十分になり、やはり完全溶け込みが実
現しない。溶接速度の上限は、以上の理由から設定し
た。下限の０．０５m/min は、これを下回る溶接速度で
は、通常のアーク溶接でも充分達成できる速度となり、
レーザー溶接を隅肉継手に適用するメリットが存在しな
くなる。これは、本発明の本意に反するため、下限をこ
の値に設定した。
べる。溶接速度の上限、０．７m/min は、これを上回る
速度では、入熱量を確保するためにはレーザー光の平均
パワー密度を本発明より高く設定する必要がでてくる。
しかし、既に述べたように、この場合は、溶け込みがレ
ーザー光の直進方向に発生するため、入射角度を小さく
しない限り隅肉溶接を片側からの溶接のみで完全とけ込
みが実現しなくなってしまう。一方、平均パワー密度を
抑えると、溶接速度が高いため、入熱量が不足すること
からとけ込みが不十分になり、やはり完全溶け込みが実
現しない。溶接速度の上限は、以上の理由から設定し
た。下限の０．０５m/min は、これを下回る溶接速度で
は、通常のアーク溶接でも充分達成できる速度となり、
レーザー溶接を隅肉継手に適用するメリットが存在しな
くなる。これは、本発明の本意に反するため、下限をこ
の値に設定した。
【００１３】次に、入射角度を限定した理由について述
べる。下限の５゜は、これより小さい角度では、トーチ
が板に接触するという問題が発生し、かつ、たとえ何ら
かの技術でトーチと板の接触を回避することができたと
しても、従来技術を用いた隅肉溶接となる。これは、本
発明の本意に反するため、下限をこの値に設定した。上
限の３０゜は、入射角度がこれを上回る大きさになる
と、レーザー溶接をどのような条件に設定しようとも片
側からのみの隅肉溶接では完全溶け込みが実現しないた
め、この値を設定した。
べる。下限の５゜は、これより小さい角度では、トーチ
が板に接触するという問題が発生し、かつ、たとえ何ら
かの技術でトーチと板の接触を回避することができたと
しても、従来技術を用いた隅肉溶接となる。これは、本
発明の本意に反するため、下限をこの値に設定した。上
限の３０゜は、入射角度がこれを上回る大きさになる
と、レーザー溶接をどのような条件に設定しようとも片
側からのみの隅肉溶接では完全溶け込みが実現しないた
め、この値を設定した。
【００１４】次に、波長を限定した理由について述べ
る。良好な溶接ビード形状を得るためには、既に述べた
条件のほかにも、レーザー光の波長とシールドガスの選
択という条件も考慮する必要がある。本発明者らは、レ
ーザー光の波長がある範囲内に存在する場合、通常のレ
ーザー溶接に用いられるシールドガスで充分良好な隅肉
溶接継手が得られることを見いだし、その範囲を設定し
たものである。上限の１．５μｍは、これを上回る長さ
の波長では、シールドガスをある特定の成分にしなけれ
ば本発明の目的を達成させることができないためこの値
を設定した。下限の０．５μｍは、これより短い波長の
レーザー光で実用的なレーザー源が存在しないため、産
業上のメリットがないと判断しこの値を設定した。
る。良好な溶接ビード形状を得るためには、既に述べた
条件のほかにも、レーザー光の波長とシールドガスの選
択という条件も考慮する必要がある。本発明者らは、レ
ーザー光の波長がある範囲内に存在する場合、通常のレ
ーザー溶接に用いられるシールドガスで充分良好な隅肉
溶接継手が得られることを見いだし、その範囲を設定し
たものである。上限の１．５μｍは、これを上回る長さ
の波長では、シールドガスをある特定の成分にしなけれ
ば本発明の目的を達成させることができないためこの値
を設定した。下限の０．５μｍは、これより短い波長の
レーザー光で実用的なレーザー源が存在しないため、産
業上のメリットがないと判断しこの値を設定した。
【００１５】次に、レーザー光の波長が０．５〜１．５
μｍの範囲にある場合のシールドガスを限定した理由に
ついて述べる。レーザー溶接において用いられるシール
ドガスは、Ｈｅ、Ａｒ、ＣＯ2 のいずれか、もしくはこ
れら２種以上の混合ガスが一般的である。しかし、Ｎ2
ガスは大気中に存在するため非常に安価なガスであり、
もしこれが利用できるとなれば、経済的メリットが大き
いことはいうまでもない。しかし、Ｎ2 ガスはビード形
状不良のため一般には利用されてこなかった。しかし、
本発明者らは、レーザー光の波長が０．５〜１．５μｍ
に範囲にある場合は、Ｎ2 ガスをシールドガスとして
も、充分実用に耐えうるビード形状を実現することを見
出し、本発明の完成に至ったものである。
μｍの範囲にある場合のシールドガスを限定した理由に
ついて述べる。レーザー溶接において用いられるシール
ドガスは、Ｈｅ、Ａｒ、ＣＯ2 のいずれか、もしくはこ
れら２種以上の混合ガスが一般的である。しかし、Ｎ2
ガスは大気中に存在するため非常に安価なガスであり、
もしこれが利用できるとなれば、経済的メリットが大き
いことはいうまでもない。しかし、Ｎ2 ガスはビード形
状不良のため一般には利用されてこなかった。しかし、
本発明者らは、レーザー光の波長が０．５〜１．５μｍ
に範囲にある場合は、Ｎ2 ガスをシールドガスとして
も、充分実用に耐えうるビード形状を実現することを見
出し、本発明の完成に至ったものである。
【００１６】次に、ＣＯ2 レーザー光を用いた場合にお
けるシールドガスを限定した理由について述べる。初め
に、開先近傍の黒皮を除去した鋼材を用いる場合につい
て述べる。ＣＯ2 レーザーは、その波長が約１０μｍ程
度であり、既に述べた波長の範囲内に位置していない。
しかし、ＣＯ2 レーザーは産業上最も多く利用されてい
るレーザー源の一つである。そのため、このレーザー源
を利用して入射角度を大きくした条件で隅肉溶接を実現
することができれば、産業上メリットが大きい。本発明
者らは、以上の観点から、ＣＯ2 レーザーを用いた場合
のシールドガスの影響を調べた。その結果、Ｈｅ、Ａ
ｒ、ＣＯ2 もしくは、これら２種以上の混合ガスに、Ｏ
2 を体積％で５〜３０％混合させたガスを用いると、本
発明の本意となる隅肉溶接が実現することが可能である
ことを見いだしたものである。
けるシールドガスを限定した理由について述べる。初め
に、開先近傍の黒皮を除去した鋼材を用いる場合につい
て述べる。ＣＯ2 レーザーは、その波長が約１０μｍ程
度であり、既に述べた波長の範囲内に位置していない。
しかし、ＣＯ2 レーザーは産業上最も多く利用されてい
るレーザー源の一つである。そのため、このレーザー源
を利用して入射角度を大きくした条件で隅肉溶接を実現
することができれば、産業上メリットが大きい。本発明
者らは、以上の観点から、ＣＯ2 レーザーを用いた場合
のシールドガスの影響を調べた。その結果、Ｈｅ、Ａ
ｒ、ＣＯ2 もしくは、これら２種以上の混合ガスに、Ｏ
2 を体積％で５〜３０％混合させたガスを用いると、本
発明の本意となる隅肉溶接が実現することが可能である
ことを見いだしたものである。
【００１７】Ｏ2 を混合することにより入射角度を大き
くとることができる理由については明らかではないが、
可能性のある解釈として、Ｏ2 を混合することにより溶
融部分の化学反応が活発になり結果として発熱量が大き
くなり、熱伝導の効果によって溶融する割合が大きくな
ることなどがあげられる。Ｏ2 の体積％の下限を５％と
設定した理由は、これより低い含有率ではＣＯ2 レーザ
ー溶接では、本発明の目的とするところの隅肉溶接継手
が得られないことにより設定した。上限の３０％は、体
積率がこれを上回ると良好な溶接ビードが得られなくな
るためこの値を設定した。
くとることができる理由については明らかではないが、
可能性のある解釈として、Ｏ2 を混合することにより溶
融部分の化学反応が活発になり結果として発熱量が大き
くなり、熱伝導の効果によって溶融する割合が大きくな
ることなどがあげられる。Ｏ2 の体積％の下限を５％と
設定した理由は、これより低い含有率ではＣＯ2 レーザ
ー溶接では、本発明の目的とするところの隅肉溶接継手
が得られないことにより設定した。上限の３０％は、体
積率がこれを上回ると良好な溶接ビードが得られなくな
るためこの値を設定した。
【００１８】次に、開先近傍の黒皮を除去しない鋼材を
用いる場合について述べる。黒皮は、鋼材の表面に存在
する酸化鉄の被膜である。そのため、黒皮付き鋼材を溶
接するということは、溶融部に酸素導入することと同じ
効果が得られる。そのため、本発明者らは、ＣＯ2 溶接
においてシールドガスに酸素を混入させた場合と同様な
効果を発揮できることを確認した。黒皮付き鋼材を用い
た場合は、既に述べたＯ2 ガスを混入したシールドガス
を用いる場合や、そうでない場合でも、入射角度を大き
く設定した条件下で良好な隅肉溶接部が得られる。しか
し、黒皮よりＯ2 が導入されるため、シールドガスのＯ
2 含有量は、黒皮がついていない場合と異なるように設
定する必要がある。本発明者らは、黒皮が存在する場合
の溶接条件とビード形状の関係を鋭意研究し、Ｏ2 の含
有量が２５％以下の場合に入射角度を大きく設定し、か
つ完全溶け込みが実現することを見いだし、上限をその
値とした。なお、Ｏ2 は含有させなくともよいが、ビー
ド形状を安定的に完全溶け込みとするためには、好まし
くはＯ2 の含有量を５％から２５％とすることが望まし
い。
用いる場合について述べる。黒皮は、鋼材の表面に存在
する酸化鉄の被膜である。そのため、黒皮付き鋼材を溶
接するということは、溶融部に酸素導入することと同じ
効果が得られる。そのため、本発明者らは、ＣＯ2 溶接
においてシールドガスに酸素を混入させた場合と同様な
効果を発揮できることを確認した。黒皮付き鋼材を用い
た場合は、既に述べたＯ2 ガスを混入したシールドガス
を用いる場合や、そうでない場合でも、入射角度を大き
く設定した条件下で良好な隅肉溶接部が得られる。しか
し、黒皮よりＯ2 が導入されるため、シールドガスのＯ
2 含有量は、黒皮がついていない場合と異なるように設
定する必要がある。本発明者らは、黒皮が存在する場合
の溶接条件とビード形状の関係を鋭意研究し、Ｏ2 の含
有量が２５％以下の場合に入射角度を大きく設定し、か
つ完全溶け込みが実現することを見いだし、上限をその
値とした。なお、Ｏ2 は含有させなくともよいが、ビー
ド形状を安定的に完全溶け込みとするためには、好まし
くはＯ2 の含有量を５％から２５％とすることが望まし
い。
【００１９】
【実施例】図２に、レーザー溶接前のＴ字隅肉溶接継手
作製用試験片の断面図を示す。図に示すような厚み４．
５mmの平板１と縦板２からなる試験片を用いて、レーザ
ー光の入射角度（図２中のθ）、平均パワー密度、レー
ザー光の波長およびシールドガスを種々変化させ、その
ビード３の形状を観察した。図３および４には、２種類
のビード形状のスケッチを示した。図３は、片側からの
レーザー溶接のみで完全溶け込みのＴ字隅肉溶接ができ
ている例、図４は部分とけ込みになっている例である。
完全とけ込みになっている図３は、図４に比べ、ビード
が直線的ではなく曲がっていることが理解できる。
作製用試験片の断面図を示す。図に示すような厚み４．
５mmの平板１と縦板２からなる試験片を用いて、レーザ
ー光の入射角度（図２中のθ）、平均パワー密度、レー
ザー光の波長およびシールドガスを種々変化させ、その
ビード３の形状を観察した。図３および４には、２種類
のビード形状のスケッチを示した。図３は、片側からの
レーザー溶接のみで完全溶け込みのＴ字隅肉溶接ができ
ている例、図４は部分とけ込みになっている例である。
完全とけ込みになっている図３は、図４に比べ、ビード
が直線的ではなく曲がっていることが理解できる。
【００２０】表１には、レーザー源としてＹＡＧおよび
沃素レーザーを用いた場合のＴ字隅肉溶接を行ったとき
のビード形状を示している。これらは、波長が０．５〜
１．５μｍの範囲内にある。なお、用いた鋼材はＮｏ．
１−１６を除き、開先近傍の黒皮を削除したものであ
る。表１中の＊の印は、レーザートーチが試験片に接触
し溶接ができなかった場合を示している。その他の〇お
よび×については、〇は、図３、すなわち完全溶け込み
が達成した場合を意味し、×は図４、すなわち部分とけ
込み状態になった場合を意味する。
沃素レーザーを用いた場合のＴ字隅肉溶接を行ったとき
のビード形状を示している。これらは、波長が０．５〜
１．５μｍの範囲内にある。なお、用いた鋼材はＮｏ．
１−１６を除き、開先近傍の黒皮を削除したものであ
る。表１中の＊の印は、レーザートーチが試験片に接触
し溶接ができなかった場合を示している。その他の〇お
よび×については、〇は、図３、すなわち完全溶け込み
が達成した場合を意味し、×は図４、すなわち部分とけ
込み状態になった場合を意味する。
【００２１】シールドガスにＮ2 を用いた表１のＮｏ．
１−１から１−４を比較すると理解できるように、本発
明例の条件にある場合（１−２、１−３）、完全溶け込
みが実現できていることが理解できる。Ｎｏ．１−４
は、入射角度が大きすぎ、部分とけ込みになった例であ
る。また、このことはシールドガスにＡｒを用いたＮ
ｏ．１−５、１−６についても同様であった。Ｎｏ．１
−７から１−９は平均パワー密度の影響をみたものであ
る。なお、平均パワー密度が高い条件では、それに比例
して溶接速度も高く設定した。この結果より、本発明例
の範囲外であるＮｏ１−８は、ビードが直線的となり部
分とけ込みにしかならなかった。Ｎｏ．１−１０から１
−１５は、レーザー源として沃素レーザーを用いた場合
であるが、ＹＡＧレーザーと同様な結果が得られた。
１−１から１−４を比較すると理解できるように、本発
明例の条件にある場合（１−２、１−３）、完全溶け込
みが実現できていることが理解できる。Ｎｏ．１−４
は、入射角度が大きすぎ、部分とけ込みになった例であ
る。また、このことはシールドガスにＡｒを用いたＮ
ｏ．１−５、１−６についても同様であった。Ｎｏ．１
−７から１−９は平均パワー密度の影響をみたものであ
る。なお、平均パワー密度が高い条件では、それに比例
して溶接速度も高く設定した。この結果より、本発明例
の範囲外であるＮｏ１−８は、ビードが直線的となり部
分とけ込みにしかならなかった。Ｎｏ．１−１０から１
−１５は、レーザー源として沃素レーザーを用いた場合
であるが、ＹＡＧレーザーと同様な結果が得られた。
【００２２】最後のＮｏ．１−１６は、開先近傍の黒皮
を削除しない場合であるが、本発明の範囲内の条件に設
定されているため完全溶け込みが得られており、このこ
とにより、波長が０．５〜１．５μｍの範囲内にある場
合、黒皮が存在しようとしまいと、本発明の条件範囲内
で完全溶け込みが実現することが示されている。
を削除しない場合であるが、本発明の範囲内の条件に設
定されているため完全溶け込みが得られており、このこ
とにより、波長が０．５〜１．５μｍの範囲内にある場
合、黒皮が存在しようとしまいと、本発明の条件範囲内
で完全溶け込みが実現することが示されている。
【００２３】表２に、ＣＯ2 レーザーでの溶接試験結果
を示す。Ｎｏ．２−１、２−１０は、シールドガスにＮ
2 を用いた場合であり、溶接ビードに欠陥が多発し、健
全なビードにならなかった（＊＊印）。また、Ｎｏ．２
−１から２−９までは開先近傍に黒皮が存在しない場
合、Ｎｏ．２−１０から２−１６は開先近傍に黒皮が存
在する場合である。両者とも、本発明の条件が満たされ
た場合は、完全溶け込みが実現していることが理解でき
る。
を示す。Ｎｏ．２−１、２−１０は、シールドガスにＮ
2 を用いた場合であり、溶接ビードに欠陥が多発し、健
全なビードにならなかった（＊＊印）。また、Ｎｏ．２
−１から２−９までは開先近傍に黒皮が存在しない場
合、Ｎｏ．２−１０から２−１６は開先近傍に黒皮が存
在する場合である。両者とも、本発明の条件が満たされ
た場合は、完全溶け込みが実現していることが理解でき
る。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、レーザ
ー溶接をＴ字隅肉溶接に適用する場合において入射角度
を大きくとっても片側からの溶接で完全溶け込みが実現
できるため、レーザー溶接の適用範囲を格段に広げるこ
とができる。従って、本発明の工業的価値は極めて高い
ものであるといえる。
ー溶接をＴ字隅肉溶接に適用する場合において入射角度
を大きくとっても片側からの溶接で完全溶け込みが実現
できるため、レーザー溶接の適用範囲を格段に広げるこ
とができる。従って、本発明の工業的価値は極めて高い
ものであるといえる。
【図１】Ｔ字隅肉溶接を行ったときの、熱の伝導する方
向を説明した図である。
向を説明した図である。
【図２】ビード形状を調べる試験に用いた溶接前の試験
片の断面図である。
片の断面図である。
【図３】片側からＴ字隅肉溶接を行ったとき、完全溶け
込みが実現したときのビード形状を説明する図である。
込みが実現したときのビード形状を説明する図である。
【図４】片側からＴ字隅肉溶接を行ったとき、部分溶け
込みになったときのビード形状を説明する図である。
込みになったときのビード形状を説明する図である。
１ 平板
１ａ、１ｂ 熱の伝導方向（平板）
２ 縦板
２ａ 熱の伝導方向（縦板）
３ 溶接ビード
Claims (5)
- 【請求項１】 レーザー溶接にてＴ字隅肉溶接を行うに
際し、平均パワー密度が１２５〜２６００kW／cm2 のレ
ーザー光を、入射角度が５〜３０゜となるように設定
し、溶接速度０．０５〜０．７m/min にて溶接すること
を特徴とする隅肉溶接方法。 - 【請求項２】 波長が０．５〜１．５μｍであるレーザ
ー光を用いることを特徴とする請求項１記載の隅肉溶接
方法。 - 【請求項３】 シールドガスとしてＮ2 ガスを用いるこ
とを特徴とする請求項２記載の隅肉溶接方法。 - 【請求項４】 レーザー光としてＣＯ2 レーザーを用
い、シールドガスとして、Ｈｅ、Ａｒ、ＣＯ2 のいずれ
かもしくはこれら２種以上の混合ガスに、Ｏ2を体積％
で５〜３０％混合させたガスを用い、被溶接鋼材として
開先近傍の黒皮を除去した鋼材を用いることを特徴とす
る請求項１記載の隅肉溶接方法。 - 【請求項５】 レーザー光としてＣＯ2 レーザーを用
い、シールドガスとして、Ｈｅ、Ａｒ、ＣＯ2 のいずれ
かもしくはこれら２種以上の混合ガスに、Ｏ2を体積％
で２５％以下混合させたガスを用い、被溶接鋼材として
開先近傍の黒皮を除去しない鋼材を用いることを特徴と
する請求項１記載の隅肉溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10231911A JP2000061673A (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | 隅肉溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10231911A JP2000061673A (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | 隅肉溶接方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000061673A true JP2000061673A (ja) | 2000-02-29 |
Family
ID=16930998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10231911A Withdrawn JP2000061673A (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | 隅肉溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000061673A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002263869A (ja) * | 2001-03-05 | 2002-09-17 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | レーザ溶接方法 |
| JP2007307591A (ja) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Nisshin Steel Co Ltd | 建築部材の製造方法 |
| JP2009119485A (ja) * | 2007-11-13 | 2009-06-04 | Nisshin Steel Co Ltd | 溶接形鋼の製造方法 |
| CN102139412A (zh) * | 2011-03-18 | 2011-08-03 | 上海镭基光电技术有限公司 | 一种激光焊接方法 |
| CN102363247A (zh) * | 2011-10-17 | 2012-02-29 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 激光焊接方法及激光焊接装置 |
| US20120118863A1 (en) * | 2007-02-15 | 2012-05-17 | Koutarou Inose | Stiffened plate and method of manufacturing the same |
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| CN105290601A (zh) * | 2015-12-02 | 2016-02-03 | 北京航天新风机械设备有限责任公司 | 一种高能束角焊缝接头焊接方法 |
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| CN114669880A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-06-28 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 中厚板钛合金t型接头激光-mig复合双枪同步对称焊接方法 |
-
1998
- 1998-08-18 JP JP10231911A patent/JP2000061673A/ja not_active Withdrawn
Cited By (16)
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