JP2008207234A - 水中補修溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】重ね溶接により構成された構造物の溶接ビードや母材部に発生した欠陥部分を補修する場合に、重ね溶接部の隙間に残留した水が水蒸気となって噴出する際に溶接金属を吹き飛ばして溶接不良が発生するのを防止する。
【解決手段】重ね板３を貫通する蒸気逃がし孔１２を設ける工程と、その後に、欠陥部分１に不活性ガスをノズル９から噴出させながら、水中で、ノズル９と同軸にレーザ光７を照射して、レーザ溶接により欠陥部分１を補修する工程と、その後に、蒸気逃がし孔１２に不活性ガスをノズル９から噴出させながら、水中で、ノズル９と同軸にレーザ光７を照射して、レーザ溶接により蒸気逃がし孔１２を密封する工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水中において水を排出せずにレーザ光によって溶接補修を行なう水中補修溶接方法に関するものである。

水中にある構造物をレーザ溶接する技術としては、溶接対象部位を気中環境とするために密閉性の高い覆い（チャンバ）を溶接対象部位へ押し当て、チャンバ内部の水を不活性ガスなどで押し出す方法（特許文献１参照）が知られている。しかしながら、上述の従来の水中レーザ溶接装置では、複雑且つ大型のドライ化装置が必要となるために構造が肥大化し、複雑な構造物内や狭隘箇所に対するアクセス性および操作性が悪いという不具合があった。

このような課題に対し、レーザ溶接ヘッドノズルより不活性ガスを噴射し、その勢いで溶接部位のみ一時的に気中環境に維持して水中溶接を実現する技術（特許文献２および特許文献３参照）が知られている。しかしながらこの技術は、水中において溶接部位をチャンバなしでも一時的にガス中に保つためのノズル形状やガス流れの滞留に寄与する技術である。

構造物の表面を水中にてレーザ溶接する場合は上記のような溶接ヘッドを用いても十分に健全な施工が可能であるが、構造物の表面に養生板（重ね板、当て板）を当ててする場合には、上記のような方法では養生板と溶接部位間の水の排出が十分でなく、良質な溶接品質を保つことは困難で、溶接内部に滞留した水の蒸発により噴出し不良が発生することが多い。すなわち、既存の技術では、水中において養生板溶接を行なう場合の具体的なレーザ集光方法、養生板形状や、養生板の位置決め要領、溶接方法などが明確となっておらず、水中における養生板と補修面との溶接接合方法、特に、その両者の隙間に滞留した水が蒸発により噴出することが問題であった。
特開平０５−０３１５９１号公報 特許第３０１２１７５号公報 特許第３６１９２８６号公報

本発明は、上述の事情に対処してなされたものであり、重ね溶接により構成された構造物の溶接ビードや母材部に発生した割れなどの欠陥部分を補修する場合に、重ね溶接部の隙間に残留した水が水蒸気となって噴出する際に溶接金属を吹き飛ばして溶接不良が発生する不具合を、抑制・防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明は、金属製構造物の表面に沿ってその表面の一部を覆うように配置され溶接された重ね板自体の欠陥部分または前記重ね板の溶接部の欠陥部分を水中で補修する水中補修溶接方法において、前記重ね板を貫通する貫通孔を設ける貫通孔形成工程と、前記貫通孔形成工程の後に、前記欠陥部分に不活性ガスをノズルから噴出させながら、水中で、前記ノズルと同軸にレーザ光を照射して、レーザ溶接により前記欠陥部分を補修する欠陥部分溶接工程と、前記欠陥部分溶接工程の後に、前記貫通孔に不活性ガスをノズルから噴出させながら、水中で、前記ノズルと同軸にレーザ光を照射して、レーザ溶接により前記貫通孔を密封する貫通孔密封工程と、を有すること、を特徴とする。

本発明によれば、重ね溶接により構成された構造物の溶接ビードや母材部に発生した割れなどの欠陥部分を補修する場合に、重ね溶接部の隙間に残留した水が水蒸気となって噴出する際に溶接金属を吹き飛ばして溶接不良が発生する不具合を、抑制・防止することができる。

以下、本発明に係る水中補修溶接方法の実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。

［第１の実施形態］
はじめに、本発明に係る水中補修溶接方法の第１の実施形態について、図１および図２を参照して説明する。ここに、図１は第１の実施形態の水中補修溶接方法の状況を示す概略縦断面図であり、図２はその場合の溶接部を示す概略平面図である。

第１の実施形態は、欠陥部分１を有する溶接ビード１１もしくは重ね板（表板）３を補修するものである。

重ね板３は金属製構造物２の表面に沿って配置され、重ね板３の周囲が溶接ビード１１によって気密に溶接されている。重ね板３は、たとえば、金属製構造物２の表面に瑕などの欠陥（図示せず）が生じた場合に、その欠陥部を保護するために取り付けられた養生板である。ここに実施形態では、溶接ビード１１または重ね板３に欠陥部分１が生じた場合にその欠陥部分１を水中で溶接により補修する。図示の例では、溶接ビード１１に欠陥部分１が生じた場合を示している。重ね板３と構造物２の表面の間には隙間４０が形成されている。

第１の実施形態の水中補修溶接方法を行なうに当たっては、初めに、欠陥部分１に近い重ね板３の部位に貫通孔である蒸気逃がし孔１２を形成する。この蒸気逃がし孔１２の形成方法の具体例については、第４の実施形態として後述する。

次に、欠陥部分１をレーザ溶接ヘッド４を用いて補修する。レーザ溶接ヘッド４は、ファイバ６を介して発振器５に接続されており、集光レンズ８と、レーザ光７と同軸に設置されたノズル９とを有する。発振器５から照射されたレーザ光７はファイバ６によってレーザ溶接ヘッド４に伝送され、集光レンズ８によって集光される。それとともに、ノズル９から溶接部に不活性ガス１０が供給される。

次に、レーザ溶接ヘッド４を用いて、前記の欠陥部分１の補修と同様に溶接によって蒸気逃がし孔１２を密閉する。このとき、蒸気逃がし孔１２が密閉される前に、蒸気逃がし孔１２から重ね溶接部の隙間４０に残留した水が溶接中に蒸気となって排出されるようにする。

以上説明したように、この実施形態によれば、重ね板３と構造物２の表面の間の隙間４０に残留した水が溶接中に蒸気となって排出されるため、蒸気圧によって溶接金属が吹き飛ばされることなく欠陥部分を健全に溶接することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明に係る水中補修溶接方法の第２の実施形態について、図３ないし図８を参照して説明する。ここに、図３ないし図８はそれぞれ、第２の実施形態の水中補修溶接方法の互いに異なる例における状況を示す概略縦断面図である。

図３に示す例では、欠陥部分１を有する溶接ビード１１を溶接する際に、キーホール溶接が実現できるように溶接ビード１１の表面にレーザ光７を集光して溶接を行なう。

蒸気逃がし孔１２を欠陥部分近傍に加工することにより、重ね溶接部の隙間４０に残留した水から溶接による発熱で発生する蒸気が溶接中に蒸気となって排出される。欠陥部分１を溶接する際にキーホール溶接で溶接することにより、欠陥部分１を完全に塞ぐことができる。

本実施形態によれば、蒸気逃がし孔１２から重ね溶接部の隙間４０に残留した水が溶接中に蒸気となって排出されるため、蒸気圧によって溶接金属が吹き飛ばされることがない。また、キーホール溶接を用いることで、欠陥部分１を除去せずに内部に欠陥を残留させることなく欠陥部分１を塞ぐことができる。

上記第２の実施形態の変形例として、図４に示すように、シールドカバー１３にて溶接部を被い、不活性ガス１０を供給しながら溶接してもよい。

第２の実施形態のさらに他の変形例として、欠陥部分１を有する溶接ビード１１の溶接を行なう際に、熱伝導型の溶接で行なう場合に、図５に示すようにレーザ光７を溶接ビード表面にビーム直径１．０ｍｍ以上に設定し溶接を行なってもよい。

第２の実施形態のさらに他の変形例として、図６に示すように欠陥部分１の溶接部にフィラーワイヤ１４を供給しながら溶接してもよい。

第２の実施形態のさらに他の変形例として、熱伝導型の溶接で外周溶接を行なう場合に、図７に示すように熱源としてＴＩＧアーク１５、ＭＩＧアークまたはプラズマアークを用いてもよい。

第２の実施形態のさらに他の変形例として、キーホール溶接を用いる代わりに、図８に示すように、欠陥部分１を有する溶接ビード１１をあらかじめ機械加工等で除去し、その後に、フィラーワイヤ１４を供給しながら欠陥部分の再溶接を行なってもよい。

［第３の実施形態］
次に、本発明に係る水中補修溶接方法の第３の実施形態について、図９を参照して説明する。ここに、図９は第３の実施形態の水中補修溶接方法の状況を示す概略平面図である。この実施形態では、図示のように、蒸気逃がし孔１２を、欠陥部分１近傍のほかに重ね板３の下部に蒸気逃がし孔１２ａを設けている。溶接は、欠陥部分１、欠陥部分１の近傍に設置した蒸気逃がし孔１２、上板下部に設置した蒸気逃がし孔１２ａの順に溶接を行なう。

この実施形態において、蒸気逃がし孔１２，１２ａから欠陥部分１の溶接中に発生する水蒸気が排出されるとともに、下部の蒸気逃がし孔１２ａの溶接時に、隙間４０に残留した水を全て排出後に溶接することができる。これにより、蒸気圧によって溶接金属が吹き飛ばされることなく欠陥部分１を健全に溶接でき、重ね板３下部の蒸気逃がし孔１２ａを溶接する際に隙間４０に残留した水を全て排出後に、補修溶接することができる。

［第４の実施形態］
次に、本発明に係る水中補修溶接方法の第４の実施形態について、図１０を参照して説明する。ここに、図１０は第４の実施形態の水中補修溶接方法の状況を示す概略縦断面図である。この実施形態では、図示のように、蒸気逃がし孔１２をレーザ加工にて加工するさいに、第１の実施形態における補修溶接および蒸気逃がし孔を密閉するのに用いられるのと同様のレーザ溶接ヘッド（レーザ加工ヘッド）４、ファイバ６、発振器５、ノズル９などを用いる（図１参照）。

発振器５から照射されたレーザ光７はファイバ６によってレーザ溶接ヘッド４に伝送され、集光レンズ８によって集光される。それとともに、ノズル９から溶接部に不活性ガス１０が供給される。

次に、レーザ溶接ヘッド４を用いて、前記の第１ないし第３の実施形態と同様に、欠陥部分１の補修溶接によって蒸気逃がし孔１２、１２ａを密閉する。

この実施形態によれば、蒸気逃がし孔１２、１２ａを加工するにあたり、その後の補修溶接および蒸気逃がし孔を密閉する溶接で用いられるのと同じレーザ溶接ヘッド（レーザ加工ヘッド）を用いることができる。

［他の実施形態］
以上説明した各実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、上記実施形態で、重ね板３は、たとえば、金属製構造物２の表面に瑕などの欠陥が生じた場合に、その欠陥部を保護するために取り付けられた養生板であるとした。しかし、重ね板は必ずしも上記養生板に相当するものでなくてもよく、金属製構造物２の表面に重ねて溶接された板であればよい。

また、第３の実施形態（図９）および第４の実施形態（図１０）の特徴は、第２の実施形態の上記種々具体例（図３ないし図８）のいずれと組み合わせることもできる。

本発明に係る水中補修溶接方法の第１の実施形態の状況を示す概略縦断面図。 本発明に係る水中補修溶接方法の第１の実施形態における溶接部を示す概略平面図。 本発明に係る水中補修溶接方法の第２の実施形態の状況を示す概略縦断面図。 本発明に係る水中補修溶接方法の第２の実施形態の変形例の状況を示す概略縦断面図。 本発明に係る水中補修溶接方法の第２の実施形態の他の変形例の状況を示す概略縦断面図。 本発明に係る水中補修溶接方法の第２の実施形態のさらに他の変形例の状況を示す概略縦断面図。 本発明に係る水中補修溶接方法の第２の実施形態のさらに他の変形例の状況を示す概略縦断面図。 本発明に係る水中補修溶接方法の第２の実施形態のさらに他の変形例の状況を示す概略縦断面図。 本発明に係る水中補修溶接方法の第３の実施形態における溶接部を示す概略平面図。 本発明に係る水中補修溶接方法の第４の実施形態の状況を示す概略縦断面図。

符号の説明

１：欠陥部分、２：構造物、３：重ね板（養生板、表板）、４：レーザ溶接ヘッド、５：発振器、６：ファイバ、７：レーザ光、８：集光レンズ、９：ノズル、１０：不活性ガス、１１：溶接ビード、１２，１２ａ：蒸気逃がし孔（貫通孔）、１３：シールドカバー、１４：フィラーワイヤ、１５：ＴＩＧアーク、４０：隙間

Claims (12)

1. 金属製構造物の表面に沿ってその表面の一部を覆うように配置され溶接された重ね板自体の欠陥部分または前記重ね板の溶接部の欠陥部分を水中で補修する水中補修溶接方法において、
   前記重ね板を貫通する貫通孔を設ける貫通孔形成工程と、
   前記貫通孔形成工程の後に、前記欠陥部分に不活性ガスをノズルから噴出させながら、水中で、前記ノズルと同軸にレーザ光を照射して、レーザ溶接により前記欠陥部分を補修する欠陥部分溶接工程と、
   前記欠陥部分溶接工程の後に、前記貫通孔に不活性ガスをノズルから噴出させながら、水中で、前記ノズルと同軸にレーザ光を照射して、レーザ溶接により前記貫通孔を密封する貫通孔密封工程と、
   を有すること、を特徴とする水中補修溶接方法。
2. 前記欠陥部分溶接工程は、前記欠陥部分を除去せずにキーホール溶接にて溶接すること、を特徴とする請求項１に記載の水中補修溶接方法。
3. 前記欠陥部分溶接工程は、欠陥部分を除去せずにフィラーワイヤを供給しながら行なうこと、を特徴とする請求項１に記載の水中補修溶接方法。
4. 前記欠陥部分溶接工程は、キーホール型溶接または熱伝導型レーザ溶接を用いること、を特徴とする請求項３に記載の水中補修溶接方法。
5. 前記欠陥部分溶接工程は、熱伝導型レーザ溶接を用いるものであって、熱伝導型レーザ溶接における熱源としてＴＩＧアーク、ＭＩＧアークおよびプラズマアークのいずれかを用いること、を特徴とする請求項４に記載の水中補修溶接方法。
6. 前記欠陥部分溶接工程は、前記欠陥部分を除去し、その後にフィラーワイヤを供給しながらレーザ溶接によって肉盛り溶接をすること、を特徴とする請求項１に記載の水中補修溶接方法。
7. 前記欠陥部分溶接工程は、前記欠陥部分をシールドカバーで覆い、そのシールドカバー内にシールドガスを供給しながら前記欠陥部分を補修すること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の水中補修溶接方法。
8. 前記貫通孔形成工程は、前記欠陥部分溶接工程で発生する蒸気を逃がすために前記欠陥部分の近傍に第１の貫通孔を形成する工程と、前記金属製構造物と重ね板との間の隙間に残留した水を排出するために前記第１の貫通孔よりも下方に第２の貫通孔を形成する工程と、を含むこと、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の水中補修溶接方法。
9. 前記貫通孔密封工程は、前記第１の貫通孔を密封する第１の貫通孔密封工程と、その後に前記第２の貫通孔を密封する第２の貫通孔密封工程と、を含むことを特徴とする請求項８に記載の水中補修溶接方法。
10. 前記第２の貫通孔密封工程は、前記第２の貫通孔をシールドカバーで覆い、そのシールドカバー内にシールドガスを供給して、前記金属製構造物と重ね板との間の隙間に残留した水を排出し、その後に前記第２の貫通孔を密封すること、を特徴とする請求項９に記載の水中補修溶接方法。
11. 前記欠陥部分は前記金属製構造物と重ね板との溶接部の欠陥部分であって、前記欠陥部分溶接工程は、前記欠陥部分を除去し、その後に前記金属製構造物と重ね板とを再溶接すること、を特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の水中補修溶接方法。
12. 前記貫通孔形成工程は、レーザ加工を用いること、を特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の水中補修溶接方法。

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