JP2010120037A

JP2010120037A - 裏当て部材及び溶接方法

Info

Publication number: JP2010120037A
Application number: JP2008294619A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Sugino; 友洋杉野; Katsura Owaki; 桂大脇; Kotaro Inose; 幸太郎猪瀬; Junko Kanbayashi; 順子神林
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2010-06-03

Abstract

【課題】接合部に良好な裏なみを形成させることができ、鉄鋼部材の溶接品質を向上することができる裏当て部材及び溶接方法を提供する。
【解決手段】裏当て部材１は、断面略矩形の耐熱性を有する板状アルミナ（ＳｉＯ２・Ａｌ２Ｏ３・ＭｇＯ）からなる。裏当て部材１には、第一部材Ｐ１と接する第一側面２Ａ及び第二部材Ｐ２と接する第二側面２Ｂと、第一側面２Ａ及び第二側面２Ｂからそれぞれ２ｍｍ以下の長さで面取りされて他方の接合端ＷＢに対向する角部２と、が配される。
【選択図】図２

Description

本発明は、裏当て部材及び溶接方法に関する。

近年、レーザ溶接法は、そのエネルギー密度が高いことから、高速で能率が高く、ひずみが少ない溶接方法として鋼材等の溶接方法に広く使用されている。こうしたレーザ溶接法によりＴ継手形状に溶接する場合、レーザ溶接法が深い溶込み深さを得ることができることを利用して、接合部間に貫通溶込みさせることによって、部材同士を完全に接合させる方法が試みられている。

この際、溶湯が垂れてノッチが発生したり、ビードに凹みが生じたりしないように、良好なビートを形成し、その接合強度を高めることができる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平０９−５７４７７号公報

しかしながら、上記従来の溶接方法は、アルミニウムからなる部材同士を溶接する方法である。そのため、より融点の高い鉄鋼部材同士を溶接する場合、アルミニウム部材の場合よりも入熱量が多いので、銅製の裏当て部材が溶融してしまう可能性がある。こうなると、溶接部が部分的に溶け落ちて良好な裏なみを形成させることができないという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、接合部に良好な裏なみを形成させることができ、鉄鋼部材の溶接品質を向上することができる裏当て部材及び溶接方法を提供することを目的とする。

本発明に係る裏当て部材及び溶接方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、鉄鋼材からなる第一部材の端面が、鉄鋼材からなる第二部材の表面に当接されてなる接合部の一方の接合端に、レーザ光が照射されて前記接合部が溶接される際に、前記第一部材及び前記第二部材と接して前記接合部の他方の接合端に配される裏当て部材であって、耐熱性を有するセラミックスからなり、面取りされて前記他方の接合端に対向して配される角部が設けられていることを特徴とする。

これにより、レーザ溶接法により貫通溶込みさせて溶接する際に、入熱量が多くなっても変形することなく他方の接合端を支持することができる。

また、前記セラミックスがアルミナであることを特徴とする。
これにより、耐熱性に優れるアルミナからなるので、より安定した裏なみを形成させることができる。

また、前記第一部材と接する第一側面及び前記第二部材と接する第二側面が配され、前記角部が、前記第一側面及び前記第二側面からそれぞれ１ｍｍを超えて２ｍｍ以下の長さで面取りされていることを特徴とする。
これにより、角部と他方の接合端との間に好適な大きさの隙間が設けられるので、より安定した裏なみを形成させることができる。

また、アーク溶接も同時に行うハイブリッド溶接に使用されることを特徴とする。
これにより、レーザ溶接のみの場合よりも溶け込み量が多いハイブリッド溶接であっても良好な裏なみを形成させることができる。

第２の発明は、鉄鋼材からなる第一部材の端面が、鉄鋼材からなる第二部材の表面に当接されてなる接合部の一方の接合端に、レーザ光を照射して溶接する溶接方法であって、耐熱性を有するセラミックスからなり、面取りされた角部が設けられた裏当て部材における前記角部を前記他方の接合端に対向するように前記裏当て部材を配置する裏当て工程と、前記一方の接合端にレーザ光を照射して前記接合部を貫通溶込みさせる溶接工程と、を備えていることを特徴とする。

また、前記溶接工程が、アーク溶接も同時に行うハイブリッド溶接工程であることを特徴とする。
これにより、レーザ溶接のみの場合よりも溶け込み量が多いハイブリッド溶接であっても良好な裏なみを形成させることができる。

本発明によれば、接合部に良好な裏なみを形成することができ、鉄鋼部材の溶接品質を向上することができる。

以下、本発明に係る裏当て部材及び溶接方法の実施形態について図面を参照して説明する。
裏当て部材１は、図１に示すように、鉄鋼材からなる第一部材Ｐ１の端面Ｗ１が、鉄鋼材からなる第二部材Ｐ２の表面Ｗ２に略直交するようにして当接されてなるＴ字型継手Ｔの接合部ＴＷの一方の接合端ＷＡにレーザ光が照射されて接合部ＴＷが溶接される際に、第一部材Ｐ１及び第二部材Ｐ２と接して接合部ＴＷの他方の接合端ＷＢに配されるものである。

この裏当て部材１は、断面略矩形の耐熱性を有する板状アルミナ（ＳｉＯ２・Ａｌ２Ｏ３・ＭｇＯ）からなる。
裏当て部材１には、図２に示すように、第一部材Ｐ１と接する第一側面２Ａ及び第二部材Ｐ２と接する第二側面２Ｂと、第一側面２Ａ及び第二側面２Ｂからそれぞれ２ｍｍの長さで面取りされて他方の接合端ＷＢに対向する角部２と、が配されている。

図３は、レーザアーク複合溶接装置を示す概要図である。
レーザアーク複合溶接装置１０は、Ｔ字型継手Ｔに沿って進行してアーク溶接を行うアークトーチ１２とアークトーチ１２の近傍に配されてレーザ溶接を行うレーザ照射ヘッド１３とを備えている。

そして、アーク溶接を行うために、レーザアーク複合溶接装置１０は、アークトーチ１２に供給される溶接ワイヤＹが巻回された溶接ワイヤ送給ロール１７を有する溶接ワイヤ送給装置１８と、溶接ワイヤ送給ロール１７の回転を制御して、アークトーチ１２を通して溶接ワイヤＹを送給するとともに、アークトーチ１２内に配された不図示の給電チップとＴ字型継手Ｔとの間に電力を供給してアークを発生させる溶接用電源装置１９と、をさらに備えている。
なお、アークトーチ１２からは、溶接箇所に向けてシールドガスが噴出される。

また、レーザ溶接を行うために、レーザアーク複合溶接装置１０は、レーザ光を出力するレーザ発振装置２１と、レーザ発振装置２１から出力されたレーザ光Ｂをレーザ照射ヘッド１３に伝送する光ファイバ２２と、をさらに備えている。
なお、炭酸ガスレーザのように波長が赤外線領域にある場合には、光ファイバ２２の代わりに反射ミラーなどを用いて伝送する。

次に、上述した裏当て部材１の作用について、裏当て部材１を使用したレーザアーク複合溶接方法とともに説明する。
このレーザアーク複合溶接方法は、図４に示すように、裏当て部材１を他方の接合端ＷＢに配置する裏当て工程（Ｓ０１）と、一方の接合端ＷＡに対してレーザ光を照射して接合部ＴＷを貫通溶込みさせる溶接工程（Ｓ０２）と、を備えている。

裏当て工程（Ｓ０１）では、裏当て部材１の角部２を接合部ＴＷの他方の接合端ＷＢに対向させて、第一側面２Ａを第一部材Ｐ１と接触させ、かつ、第二側面２Ｂを第二部材Ｐ２に接触させて、裏当て部材１を配置する。

溶接工程（Ｓ０２）では、一方の接合端ＷＡに沿って図示しないアークトーチ及びレーザ照射ヘッドを進行させながら、アーク溶接とともに、レーザ照射ヘッドの進行方向に略直交する方向へレーザを照射してハイブリッド溶接を行い、図５に示すように、貫通した溶接部Ｗを形成させる。

本実施形態に係る裏当て部材１を使用して板厚８ｍｍの鋼材を溶接した結果を、同じ溶接条件で裏当て部材を使用しないで溶接した結果と比較する。
図６は、裏当て部材１を使用して溶接した場合に得られる裏なみを示す写真である。図７は、裏当て部材１を使用しないで溶接した場合に得られる裏なみを示す写真である。
図６に示すように、裏当て部材１を使用した場合には、凹みのない良好な裏なみＺ１を形成させることが確認できた。一方、図７に示すように、裏当て部材１を使用しない場合には、凹みが多く存在する裏なみＺ２が形成されることが確認できた。

このように、この裏当て部材１及びレーザアーク複合溶接方法によれば、裏当て部材１への入熱量が多くなっても変形することなく他方の接合端ＷＢを支持することができる。
したがって、接合部ＴＷの他方の接合端ＷＢに凹みのない良好な裏なみを形成させることができ、鉄鋼部材の溶接品質を向上することができる。

特に、裏当て部材１がより耐熱性に優れるアルミナからなるので、より好適な裏なみを形成させることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、溶接方法としてハイブリッド溶接を行うレーザアーク複合溶接方法としているが、これに限らず、レーザ溶接方法のみを行う溶接方法でも適用できる。

また、耐熱性を有するセラミックスであれば、アルミナに限定されることはない。さらに、接合部としてＴ字型継手としているが、裏当て部材を必要とする溶接継手であれば他の接合形状のものにも適用できる。

本発明の一実施形態に係る裏当て部材をＴ字型継手に配置した状態を示す斜視図である。レーザアーク複合溶接装置を示す概要図である。本発明の一実施形態に係る裏当て部材をＴ字型継手に配置した状態を示す側面図である。本発明の一実施形態に係るレーザアーク複合溶接方法を示すフロー図である。図１のIV−IV断面図である。本発明の一実施形態に係る裏当て部材を使用して溶接した場合に得られる裏なみを示す写真である。比較例（従来例）の裏なみを示す写真である。

符号の説明

１…裏当て部材、２…角部、２Ａ…第一側面、２Ｂ…第二側面、Ｔ…Ｔ字型継手、Ｐ１…第一部材、Ｐ２…第二部材、ＴＷ…接合部、Ｗ１…端面、Ｗ２…表面、ＷＡ，ＷＢ…接合端、Ｗ…溶接部、Ｚ１，Ｚ２…裏なみ

Claims

鉄鋼材からなる第一部材の端面が、鉄鋼材からなる第二部材の表面に当接されてなる接合部の一方の接合端に、レーザ光が照射されて前記接合部が溶接される際に、前記第一部材及び前記第二部材と接して前記接合部の他方の接合端に配される裏当て部材であって、
耐熱性を有するセラミックスからなり、面取りされて前記他方の接合端に対向して配される角部が設けられていることを特徴とする裏当て部材。
前記セラミックスがアルミナであることを特徴とする請求項１に記載の裏当て部材。
前記第一部材と接する第一側面及び前記第二部材と接する第二側面が配され、前記角部が、前記第一側面及び前記第二側面からそれぞれ１ｍｍを超えて２ｍｍ以下の長さで面取りされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の裏当て部材。
アーク溶接も同時に行うハイブリッド溶接に使用されることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の裏当て部材。
鉄鋼材からなる第一部材の端面が、鉄鋼材からなる第二部材の表面に当接されてなる接合部の一方の接合端に、レーザ光を照射して溶接する溶接方法であって、
耐熱性を有するセラミックスからなり、面取りされた角部が設けられた裏当て部材における前記角部を前記他方の接合端に対向するように前記裏当て部材を配置する裏当て工程と、
前記一方の接合端にレーザ光を照射して前記接合部を貫通溶込みさせる溶接工程と、
を備えていることを特徴とする溶接方法。
前記溶接工程が、アーク溶接も同時に行うハイブリッド溶接工程であることを特徴とする請求項５に記載の溶接方法。