JP2013018038A - 厚鋼材のレーザ溶接方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】板厚が50乃至200mmの1対の厚鋼材1を突き合わせて配置し、この突き合わせ部を継手としてレーザ溶接する。突き合わせ部の開先10形状は、底部の幅Wgが1.5乃至3.5mmのV字開先又はY字開先である。溶接開始時における開先深さをXmm、溶接開始時における開先開口部の幅をYmmとしたときに、溶接開始時における開先開口部幅Yは、前記開先深さXに対して下記数式を満足する。そして、開先10の壁面12をガイドとして帯状の溶加材6を底部11に供給すると共に、開先の底部にレーザ光を照射して、開先内を多層レーザ溶接する。開先底部に照射するレーザ光は、その照射位置におけるレーザスポット径が1.0乃至2.5mmにデフォーカスされている。
【選択図】図1
Description
先ず、帯状の溶加材を使用した狭開先レーザ溶接において、開先底部の適正幅を選定するため、幅48mm、厚さ32mm、長さが300mmのSM400鋼板を1対突き合わせて配置し、図2に示すように、突き合わせ部の開先形状を開先深さが20mmのY字開先20aとし、開先幅Wgを1乃至5mmの範囲で変化させて実施例及び比較例の試験片20に供した。そして、各試験片について、極厚材を模した溶接試験とするために、Y字開先の上部に高さHdが60mm、上部開口部の幅Wfが3.8乃至5.3mmのダミー壁21を設け、ダミー壁21の壁面21bをガイドとして、厚さ0.9mm、幅13mmの低炭素鋼からなる帯状溶加材をY字開先の底部に連続的に供給すると共に、シールドガスを供給しながら、ファイバーレーザからレーザ光を照射して、表1に示す溶接条件で多層レーザ溶接を実施した。溶加材としては、JIS Z3312(2009年)に規定されたYGW16に相当する化学成分組成を有するものを使用し、ファイバーレーザとしては、レンズ径23mm、焦点距離500mmの集束レンズを使用した。なお、表1に示す焦点位置は、各試験片の開先底部を基準として、開先開口部へ向かう方向を正としたときの焦点の深さ方向の位置を示す。
次に、溶加材を使用した狭開先レーザ溶接において、溶接開始時におけるV字開先又はY字開先の適正な開先開口部の幅を選定するために、幅30mm、厚さ80乃至230mm、長さ300mmのSM400鋼板を1対突き合わせて配置し、図3に示すように、突き合わせ部の開先形状を底部幅Wgが2.5mmのV字開先30とし、開先深さDを50mm、100mm、150mm、200mmとし、各開先深さDについて、開先開口部の幅Wfを種々変化させて、試験片3に供した。そして、各開先の壁面31をガイドとして、厚さ0.9mm、幅13mmの低炭素鋼からなる帯状溶加材をV字開先30の底部に連続的に供給すると共に、シールドガスを供給しながら、ファイバーレーザからレーザ光を照射して、表3に示す溶接条件で多層レーザ溶接を実施した。本実施例においては、開先深さDが深い場合においても、開先底部までエネルギ密度が高いレーザ光が照射されるように、ファイバーレーザとしては、開先深さDに応じて、焦点距離が異なる2種類の集束レンズ(レンズ径23mm、焦点距離500mmの集束レンズ及びレンズ径23mm、焦点距離800mmの集束レンズ)を使用した。また、溶加材としては、JIS Z3312(2009年)に規定されたYGW16に相当する化学成分組成を有するものを使用した。なお、表3に示す焦点位置は、各試験片の開先底部を基準として、開先開口部へ向かう方向を正としたときの焦点の深さ方向の位置を示す。
次に、本発明における主要な開先底部幅Wgについて、照射するレーザ光の適正なレーザスポット径を確認するため、幅25mm、厚さ32mm、長さが300mmのSM400鋼板を1対突き合わせて配置し、図5に示すように、突き合わせ部の開先形状を開先深さが20mmのY字開先40aとし、開先幅Wgを2.0mm、2.5mm、3.0mmとした試験片40に供した。そして、各試験片40について、図5に示すように、レーザ光の焦点位置を変化させることにより、開先底部におけるレーザスポット径dlを変化させ、厚さ0.4mm、幅10mmの低炭素鋼からなる帯状溶加材をY字開先の底部に連続的に供給すると共に、シールドガスを供給しながら、ファイバーレーザからレーザ光を照射して、表5に示す溶接条件で多層レーザ溶接を実施した。なお、本実施例においても、表5に示す焦点位置は、各試験片の開先底部を基準として、開先開口部へ向かう方向を正としたときの焦点の深さ方向の位置を示す。溶加材としては、JIS Z3312(2009年)に規定されたYGW16に相当する化学成分組成を有するものを使用し、ファイバーレーザとしては、レンズ径23mm、焦点距離500mmの集束レンズを使用した。
次に、開先底部に供給する帯状の溶加材の好ましい寸法を確認するため、種々のサイズの溶加材を用いてレーザ溶接を行った。本実施例においては、図6(a)に示すように、幅30mm、高さ60mm、長さ300mmのSM400鋼材を1対突き合わせて配置し、突き合わせ部に、開先深さ50mm、底部幅Wgが2.5mm、溶接開始時における開先開口部の幅Wfが4.5mmのV字開先50を設けたものを試験片5に供した。そして、図6(b)に示すように、開先壁部51をガイドとして、種々の厚さ(0.3乃至1.5mm)及び幅(3乃至20mm)を有する低炭素鋼からなる帯状の溶加材6をV字開先の底部に連続的に供給すると共に、シールドガスを供給しながら、ファイバーレーザからレーザ光を照射して、表7に示す溶接条件で多層レーザ溶接を実施した。溶加材6としては、JIS Z3312(2009年)に規定されたYGW16に相当する化学成分組成を有するものを使用し、ファイバーレーザとしては、レンズ径23mm、焦点距離500mmの集束レンズを使用した。なお、板厚が0.3mm及び0.4mmの帯状溶加材を使用する場合においては、溶加材の供給速度は9m/分とし、板厚が0.7乃至2.0mmの帯状の溶加材を使用する場合においては、溶加材の供給速度は6m/分とした。各溶加材の板厚及び板幅を下記表8に示す。そして、種々の寸法の帯状溶加材を使用した多層レーザ溶接において、安定的に溶接でき、良好な溶接部が得られた場合を○、良好な溶接部が得られなかった場合を×として下記表8に示す。なお、表7に示す焦点位置は、各試験片の開先底部を基準として、開先開口部へ向かう方向を正としたときの焦点の深さ方向の位置を示す。
上記第1乃至第4実施例で得られた結果を基に、極厚鋼板において、狭開先レーザ溶接試験を実施した。幅30mm、厚さ230mm、長さ300mmのSM400鋼板を1対突き合わせて配置し、図3に示すように、突き合わせ部の開先形状を底部幅Wgが2.5mm、溶接開始時における開先開口部の幅Wfが6mm、開先深さDが190mmのV字開先30とした。溶加材としては、JIS Z3312(2009年)に規定されたYGW16に相当する化学成分組成を有し、厚さ0.9mm、幅10mmの低炭素鋼からなる帯状の溶加材を使用した。この帯状溶加材を開先の壁面31をガイドとしてV字開先30の底部に連続的に供給すると共に、シールドガスを供給しながら、ファイバーレーザからレーザ光を照射して、表9に示す溶接条件で多層レーザ溶接を実施した。ファイバーレーザとしては、レンズ径23mm、焦点距離800mmの集束レンズを使用した。なお、シールドガスは、開先の外部から開先内に供給した。
Claims (2)
- 板厚が50乃至200mmの1対の厚鋼材を突き合わせて配置し、この突き合わせ部を継手としてレーザ溶接する厚鋼材のレーザ溶接方法であって、
前記突き合わせ部の開先形状を底部の幅が1.5乃至3.5mmのV字開先又はY字開先とし、溶接開始時における開先深さをXmm、溶接開始時における開先開口部の幅をYmmとしたときに、前記溶接開始時における開先開口部幅Yは、前記開先深さXに対して下記数式を満足し、
前記開先の壁面をガイドとして帯状の溶加材を前記底部に供給すると共に、前記底部にレーザ光を照射して、前記開先内を多層溶接し、
前記レーザ光は、その照射位置におけるレーザスポット径が1.0乃至2.5mmであり、
多層溶接に伴う開先開口部幅の収縮により、レーザ光照射部位における開先幅が1.5乃至3.5mmに維持されることを特徴とする厚鋼材のレーザ溶接方法。
- 前記帯状の溶加材は、板厚が0.4乃至1.5mm、幅が5乃至15mmであることを特徴とする請求項1に記載の厚鋼材のレーザ溶接方法。
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