JP2015077606A - レーザ溶接方法、レーザ溶接装置及び円筒体 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ溶接による円筒体の溶接倒れ変形を抑制することができるレーザ溶接方法等を提供する。
【解決手段】円筒体５ａ，５ｂの軸方向の端部同士を突き合わせることで、周方向に沿って形成される開先部６に対し、レーザビームを照射して溶接するレーザ溶接方法であって、レーザビームを開先部６に対し全周に亘って照射して溶接する溶接工程Ｓ２と、溶接工程Ｓ２で照射されたレーザビームの単位面積当たりの入熱量よりも小さい入熱量となるレーザビームを、溶接後の開先部６に対し全周に亘って照射する歪修正工程Ｓ４と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、円筒体の軸方向の端部同士を突き合わせ形成される開先部を溶接するレーザ溶接方法、レーザ溶接装置及び円筒体に関するものである。

従来、レーザ溶接ではないが、溶接トーチを用いて管の突合せ溶接を行う溶接装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この溶接装置では、管を突き合わせることで形成される開先部に対し、溶接トーチへワイヤ及びシールドガスを供給しながら、多層溶接を行っている。つまり、溶接装置は、開先部に対し、複数の溶接パスで溶接を行う。このとき、溶接装置は、溶接によって一方の管に対し他方の管が傾いて変形（溶接倒れ変形）することを抑制すべく、一層目の溶接後に、変形量を計測し、計測した変形量に基づいて、次層の溶接または加熱の開始点を、最大変位点の反対位置に設定している。

特開平９−２１６０５７号公報

ところで、レーザ溶接では、円筒体の軸方向の端部同士を突き合わせて形成される開先部に対し、全周に亘ってレーザビームを照射する、つまり、開先部に対しレーザビームを１周照射することで溶接を行っている。このため、レーザ溶接では、特許文献１に記載された溶接装置のように、複数の溶接パスで溶接を行わないことから、溶接倒れ変形を抑制することは困難である。

そこで、本発明は、レーザ溶接による円筒体の溶接倒れ変形を抑制することができるレーザ溶接方法、レーザ溶接装置及び円筒体を提供することを課題とする。

本発明のレーザ溶接方法は、円筒体の軸方向の端部同士を突き合わせることで、周方向に沿って形成される開先部に対し、レーザビームを照射して溶接するレーザ溶接方法であって、前記レーザビームを前記開先部に対し全周に亘って照射して溶接する溶接工程と、前記溶接工程で照射された前記レーザビームの単位面積当たりの入熱量よりも小さい入熱量となる前記レーザビームを、前記開先部に対し全周に亘って照射する歪修正工程と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、円筒体の開先部を全周に亘ってレーザ溶接した後、再び、溶接後の開先部の全周に亘ってレーザビームを照射することにより、レーザ溶接後の開先部に熱を与えることができる。このため、レーザ溶接時における、一方の円筒体に対する他方の円筒体の溶接倒れ変形の変形量を、レーザ溶接後に開先部の全周に入熱を行うことで小さくすることができるため、円筒体の溶接倒れ変形を抑制することができる。

この場合、前記歪修正工程において前記レーザビームにより加熱される前記開先部の表面温度は、残留塑性歪が発生する温度となることが好ましい。

この構成によれば、溶接後の開先部に対する入熱量を、円筒体の溶接倒れ変形を抑制可能な入熱量とすることができるため、円筒体の溶接倒れ変形を好適に抑制することができる。

この場合、前記歪修正工程において前記レーザビームにより加熱される前記開先部の表面温度は、残留塑性歪が発生する温度よりも高くなることが好ましい。

この構成によれば、溶接後の円筒体に対し、新たな残留塑性歪を発生させることで、円筒体の溶接倒れ変形を修正することができる。

この場合、前記歪修正工程では、前記レーザビームの焦点と前記開先部との間の距離を、前記溶接工程よりも長くすることが好ましい。

この構成によれば、レーザビームの焦点を開先部から遠ざけることで、簡単に単位面積当たりの入熱量を小さくすることができる。

この場合、前記溶接工程では、前記レーザビームを前記開先部に照射することで、前記開先部周りに塑性歪領域が形成され、前記歪修正工程では、前記レーザビームの軸方向における照射幅が、前記塑性歪領域の軸方向における幅よりも長くなっていることが好ましい。

この構成によれば、塑性歪領域よりも広い領域に、レーザビームによって熱を与えることができる。このため、円筒体の溶接倒れ変形を抑制するだけでなく、レーザ溶接により塑性歪領域において発生する残留応力の低減を図ることが可能となる。

本発明のレーザ溶接装置は、円筒体の軸方向の端部同士を突き合わせた状態で、前記円筒体を保持する保持治具と、前記円筒体の軸方向の端部同士を突き合わせることで、周方向に沿って形成される開先部に対し、レーザビームを照射するレーザ溶接部と、前記レーザ溶接部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記レーザ溶接部を制御して、前記レーザビームを前記開先部に対し全周に亘って照射して溶接し、前記レーザビームの単位面積当たりの入熱量を小さくした後、前記レーザビームを前記開先部に対し再び全周に亘って照射することを特徴とする。

この構成によれば、円筒体の開先部を全周に亘ってレーザ溶接した後、再び開先部の全周に亘ってレーザビームを照射することにより、レーザ溶接後の開先部に熱を与えることができる。このため、レーザ溶接時における、一方の円筒体に対する他方の円筒体の溶接倒れ変形の変形量を、レーザ溶接後に開先部の全周に入熱を行うことで小さくすることができるため、円筒体の溶接倒れ変形を抑制することができる。

この場合、前記制御部は、前記レーザビームにより加熱される前記開先部の表面温度を、残留塑性歪が発生する温度とすることが好ましい。

この構成によれば、溶接後の開先部に対する入熱量を、円筒体の溶接倒れ変形を抑制可能な入熱量とすることができるため、円筒体の溶接倒れ変形を好適に抑制することができる。

この場合、前記制御部は、前記レーザビームにより加熱される前記開先部の表面温度を、残留塑性歪が発生する温度よりも高くすることが好ましい。

この構成によれば、溶接後の円筒体に対し、新たな残留塑性歪を発生させることで、円筒体の溶接倒れ変形を修正することができる。

この場合、前記制御部は、溶接後における前記レーザビームの焦点と前記開先部との間の距離を、溶接時における前記レーザビームの焦点と前記開先部との間の距離よりも長くすることが好ましい。

この構成によれば、レーザビームの焦点を開先部から遠ざけることで、簡単に単位面積当たりの入熱量を小さくすることができる。

この場合、前記制御部は、溶接時において、前記レーザビームを前記開先部に照射することで、前記開先部周りに塑性歪領域を形成し、溶接後において、前記レーザビームの軸方向における照射幅が、前記塑性歪領域の軸方向における幅よりも長くすることが好ましい。

この構成によれば、塑性歪領域よりも広い領域に、レーザビームによって熱を与えることができる。このため、円筒体の溶接倒れ変形を抑制するだけでなく、レーザ溶接により塑性歪領域において発生する残留応力の低減を図ることが可能となる。

本発明の円筒体は、上記のレーザ溶接方法によって、また、上記のレーザ溶接装置を用いて溶接されることを特徴とする。

この構成によれば、溶接倒れ変形の変形量が小さい円筒体を提供することができる。

図１は、実施例１に係るレーザ溶接装置の概略構成図である。 図２は、レーザ溶接される円筒体の説明図である。 図３は、実施例１に係るレーザ溶接装置を用いたレーザ溶接方法のフローチャートである。 図４は、実施例２に係るレーザ溶接装置の一部を示す概略構成図である。 図５は、実施例３に係るレーザ溶接装置の一部を示す概略構成図である。 図６は、溶接工程のみを行った場合の円筒体の溶接傾き変形の変形量を示すグラフである。 図７は、溶接工程及び歪修正工程を行った場合の円筒体の溶接傾き変形の変形量を示すグラフである。

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、実施例１に係るレーザ溶接装置の概略構成図であり、図２は、レーザ溶接される円筒体の説明図であり、図３は、実施例１に係るレーザ溶接装置を用いたレーザ溶接方法のフローチャートである。

図１に示すように、実施例１に係るレーザ溶接装置１は、突き合わせた一対の円筒体５をレーザ溶接して接合している。ここで、溶接対象となる一対の円筒体５について説明する。

一対の円筒体５は、その軸方向が鉛直方向となるように配置されており、鉛直方向の上方側の円筒体５ａの下端部と、鉛直方向の下方側の円筒体５ｂの上端部とが突き合わされている。そして、円筒体５ａの下端部と円筒体５ｂの上端部とを突き合わせることで、周方向に延びる円環状の開先部６が形成されている。そして、一対の円筒体５の開先部６には、円筒体５の外周側から周方向に沿って、レーザ溶接装置１によりレーザビームが照射されることで、レーザ溶接が行われる。なお、レーザ溶接装置１の溶接対象となる円筒体５としては、例えば、原子炉容器内に設けられる計装案内管等である。

次に、図１を参照して、レーザ溶接装置１について説明する。レーザ溶接装置１は、一対の円筒体５を保持する保持治具１１と、開先部６にレーザビームを照射するレーザ溶接部１２と、一対の円筒体５の変形量を計測する変位計１３と、これらに接続される制御部１４とを備えている。このレーザ溶接装置１は、保持治具１１により保持した一対の円筒体５を軸中心に回転させながら、レーザ溶接部１２からのレーザビームを開先部６に照射している。

なお、実施例１のレーザ溶接装置１では、レーザ溶接部１２から照射されるレーザビームの照射位置を固定し、一対の円筒体５を回転させる構成としたが、この構成に限定されない。例えば、一対の円筒体５を固定する場合、レーザ溶接装置１は、一対の円筒体５の開先部６に沿って、レーザ溶接部１２を移動させる構成としてもよい。

保持治具１１は、下方側の円筒体５ｂが載置される回転台２１と、上方側の円筒体５ａを支持する支持部材２２と、回転台２１と支持部材２２とを連結する連結部材２３とを有している。

回転台２１は、載置される円筒体５ｂを軸中心に回転させるとともに、回転位置を検出している。この回転台２１には、制御部１４が接続されており、制御部１４は、回転台２１の回転を制御することで、一対の円筒体５の回転を調整している。また、制御部１４は、回転台２１から入力される回転位置を取得している。

支持部材２２は、上方側の円筒体５ａの上端部に当接しており、回転台２１との間で、一対の円筒体５を挟み込んでいる。支持部材２２は、回転台２１による一対の円筒体５の回転を許容可能に支持している。連結部材２３は、回転台２１と支持部材２２とを連結し、回転台２１に対する支持部材２２の位置を固定している。

レーザ溶接部１２は、溶接ヘッド２５を有し、溶接ヘッド２５の先端からレーザビームを照射可能となっている。溶接ヘッド２５は、レーザビームを水平方向に照射しており、照射されたレーザビームは、開先部６に照射される。このレーザ溶接部１２は、制御部１４に接続されており、制御部１４は、レーザ溶接部１２を制御して、レーザビームの焦点位置を変更したり、レーザビームの出力を調整したりする。

変位計１３は、下方側の円筒体５ｂに対する上方側の円筒体５ａの変位量（変形量）を計測している。変位計１３は、制御部１４に接続されており、制御部１４は、変位計１３から入力される検出結果に基づいて、一対の円筒体５の溶接倒れ変形の変形量を取得する。なお、取得する溶接倒れ変形の変形量とは、円筒体５の軸方向に直交する面で切った直交面内において、所定の方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向としたときの、円筒体５ｂに対する円筒体５ａのＸ方向における変位及びＹ方向における変位である。

制御部１４は、保持治具１１の回転台２１から入力される回転位置に応じて、溶接ヘッド２５からのレーザビームの照射を制御している。このため、制御部１４は、開先部６の周方向における所定の位置に、所定の照射条件となるレーザビームを照射することができる。また、制御部１４は、変位計１３の計測結果に基づいて、レーザ溶接部１２によるレーザビームの照射条件を設定することができる。制御部１４は、例えば、レーザビームの焦点位置を調整することで、開先部６へのレーザビームによる入熱量を調整することが可能となっている。

次に、図２を参照して、上記のレーザ溶接装置１を用いたレーザ溶接方法について説明する。このレーザ溶接方法では、開先部６に対しレーザ溶接を行う溶接工程と、溶接工程後に、開先部６に対し所定の入熱量を与えて溶接倒れ変形による歪を修正する歪修正工程とを行っている。

ここで、レーザ溶接前の開先部６は、図２のステップＳ１に示すように、上方側の円筒体５ａの下端部と、下方側の円筒体５ｂの上端部とが突き合わせられて形成されており、開先部６の形状は、隙間のないＩ形となっている。

溶接工程は、開先部６に対し、その全周（１周）に亘ってレーザビームを照射することで、一対の円筒体５同士を接合する工程となっている。溶接工程では、一対の円筒体５同士を接合することから、レーザビームの出力、すなわち開先部６への単位面積当たりの入熱量は、円筒体５が溶融可能な入熱量となっている。具体的に、溶接工程において、制御部１４は、回転台２１を回転させながら、その回転位置を取得し、回転台２１の回転位置に応じて、溶接ヘッド２５からレーザビームを照射する。そして、溶接工程において、制御部１４は、取得した回転位置から回転台２１が１周したと判断すると、溶接工程を終了し、歪修正工程に移行する。レーザ溶接後の開先部６は、図２のステップＳ２に示すように、レーザビームの照射により開先部６が溶融することで、溶接部７が形成される。

歪修正工程は、溶接後の開先部６、すなわち溶接部７に対し、その全周（１周）に亘ってレーザビームを照射することで、レーザ溶接による歪を修正する工程となっている。歪修正工程では、一対の円筒体５同士の歪を修正することから、レーザビームの出力、すなわち開先部６への単位面積当たりの入熱量は、溶接工程よりも小さい入熱量となっている。なお、レーザビームの溶接部７に対する入熱量の調整は、レーザビームの出力を調整して入熱量を調整してもよいし、レーザビームの焦点位置を調整して入熱量を調整してもよい。

ここで、溶接工程よりも小さい入熱量とは、レーザビームにより入熱（加熱）される開先部６の表面温度が、残留塑性歪が発生する温度となる入熱量である。以下、残留塑性歪が発生する温度について説明する。

まず、熱による応力をσとし、円筒体５の材料の弾性率をＥとし、熱による歪をεとすると、応力σは、「σ＝Ｅ・ε」で表される。このとき、熱歪εは、円筒体５の温度上昇と比例関係となることから、円筒体５の線膨張係数をαとし、円筒体５の温度上昇をＴとすると、「ε＝α・Ｔ」で表される。そして、「ε＝α・Ｔ」を「σ＝Ｅ・ε」に代入すると、「σ＝Ｅ・α・Ｔ」が得られる。ここで、残留塑性歪の発生は、応力σが降伏応力σ_ｙとなる場合であることから、開先部６の表面温度の温度上昇Ｔは、塑性温度上昇Ｔ_ｐで置き換えられる。これにより、「σ_ｙ＝Ｅ・α・Ｔ_ｐ」となり、これを、塑性温度上昇Ｔ_ｐで展開すると、「Ｔ_ｐ＝σ_ｙ／Ｅ・α」となる。よって、開先部６の表面温度の温度上昇Ｔが「Ｔ≧Ｔ_ｐ」となる場合に、残留塑性歪が発生する。すなわち、残留塑性歪が発生する温度とは、開先部６の表面温度の温度上昇Ｔが「Ｔ≧Ｔ_ｐ」となる場合の温度である。

また、歪修正工程において、制御部１４は、回転台２１を溶接工程と同じ回転方向に回転させながら、その回転位置を取得し、回転台２１の回転位置に応じて、溶接ヘッド２５からレーザビームを照射する。このとき、図２のステップＳ４に示すように、溶接部７の表面（外周面）には、軸方向において溶接部７を覆うようにレーザビームが照射される。そして、歪修正工程において、制御部１４は、取得した回転位置から回転台２１が１周したと判断すると、歪修正工程を終了する。

次に、図３を参照して、上記のレーザ溶接方法における一連の動作について説明する。レーザ溶接方法を行う場合、先ず、レーザ溶接装置１の保持治具１１に、一対の円筒体５を位置決めして固定し、一対の円筒体５に形成される開先部６の外周側に、溶接ヘッド２５を配置する（ステップＳ１：セッティング工程）。この後、上記した溶接工程を実行する。つまり、制御部１４は、開先部６に対し、その全周（１周）に亘ってレーザビームを照射することで、一対の円筒体５同士を接合する（ステップＳ２：溶接工程）。なお、溶接工程Ｓ２において、制御部１４は、開先部６へレーザ溶接を行いながら、変位計１３による溶接倒れ変形の変形量の計測も行っている。

続いて、制御部１４は、溶接工程Ｓ２の終了に相前後して、後述する歪修正工程Ｓ４において照射されるレーザビームの照射条件を設定する（照射条件設定工程：ステップＳ３）。照射条件設定工程Ｓ３では、溶接部７（溶接後の開先部６）の表面温度が残留塑性歪が発生する温度となり、かつ溶接工程Ｓ２よりも入熱量が小さくなるような温度となる温度範囲で、レーザビームの照射条件が設定される。また、照射条件設定工程Ｓ３では、溶接工程Ｓ２において計測された変位計１３での変形量、つまり、Ｘ方向及びＹ方向における変形量に基づいて、レーザビームの溶接部７に対する単位面積当たりの入熱量を調整する。つまり、照射条件設定工程Ｓ３では、上記の温度範囲を満たしつつ、溶接倒れ変形の変形量が大きければ、入熱量が大きくなるような照射条件とする一方で、溶接倒れ変形の変形量が小さければ、入熱量が小さくなるような照射条件とする。

照射条件設定工程Ｓ３において、レーザビームの照射条件が設定されると、制御部１４は、上記した歪修正工程を実行する。つまり、制御部１４は、照射条件設定工程Ｓ３において設定された照射条件に基づいて、開先部６に対し、その全周（１周）に亘ってレーザビームを照射することで、一対の円筒体５同士の歪を修正する（ステップＳ４：歪修正工程）。

そして、歪修正工程Ｓ４の終了後、制御部１４は、変位計１３により一対の円筒体５の溶接倒れ変形の変形量を計測する。そして、制御部１４は、変位計１３により計測した変形量が、予め設定した歪の許容範囲内に収まっているか否かを判定する（ステップＳ５：歪判定工程）。制御部１４は、計測した変形量が、許容範囲内に収まっていると判定する（ステップＳ５：Ｙｅｓ）と、レーザ溶接を終了する。一方で、制御部１４は、計測した変形量が、許容範囲内に収まっていないと判定する（ステップＳ５：Ｎｏ）と、再び、照射条件設定工程Ｓ３に進み、計測した変形量が許容範囲内に収まるまで、歪修正工程Ｓ４を繰り返し行う。

ここで、図６及び図７を参照して、溶接工程Ｓ２のみを行った場合の円筒体の溶接傾き変形の変形量と、溶接工程Ｓ２及び歪修正工程Ｓ４を行った場合の円筒体の溶接傾き変形の変形量とについて比較する。図６は、溶接工程のみを行った場合の円筒体の溶接傾き変形の変形量を示すグラフであり、図７は、溶接工程及び歪修正工程を行った場合の円筒体の溶接傾き変形の変形量を示すグラフである。なお、図６及び図７に示すグラフは、解析を行って得られたデータである。

図６及び図７は、その横軸がＸ方向における変形量であり、その縦軸がＹ方向における変形量である。また、縦軸と横軸とが交差する中心点が、下方側の円筒体５ｂと軸中心であり、黒四角（■）、白四角（□）及び黒三角（▲）が、下方側の円筒体５ｂに対する上方側の円筒体５ａの軸中心である。

図６に示す溶接方法では、溶接工程Ｓ２において、開先部６を１周してレーザビームを照射し、この後、溶接部７を冷却している。図７に示す溶接方法では、溶接工程Ｓ２において、開先部６を１周してレーザビームを照射し、歪修正工程Ｓ４において、開先部６をさらに１周して（計２周して）レーザビームを照射し、この後、溶接部７を冷却している。図６に示す場合と図７に示す場合とを比較すると、図７に示す場合のほうが、下方側の円筒体５ｂと軸中心と上方側の円筒体５ａの軸中心との間の距離（変形量）が小さいことが確認された。これにより、歪修正工程Ｓ４を行うことで、円筒体５の溶接倒れ変形を抑制できることが確認された。

以上のように、実施例１の構成によれば、一対の円筒体５の開先部６を全周に亘ってレーザ溶接した後、再び溶接後の開先部６（溶接部７）の全周に亘ってレーザビームを照射することにより、レーザ溶接後の開先部６に熱を与えることができる。このため、レーザ溶接時における、一方の円筒体５に対する他方の円筒体５の溶接倒れ変形の変形量を、レーザ溶接後に開先部６の全周に入熱を行うことで小さくすることができるため、円筒体５の溶接倒れ変形を抑制することができる。

また、実施例１の構成によれば、歪修正工程Ｓ４において、レーザビームにより入熱される溶接部７の表面温度を、残留塑性歪が発生する温度とすることができる。このため、溶接部７に対する入熱量を、円筒体５の溶接倒れ変形を抑制可能な入熱量とすることができるため、円筒体５の溶接倒れ変形を好適に抑制することができる。

また、実施例１の構成によれば、上記のレーザ溶接方法によって、また、上記のレーザ溶接装置を用いて、一対の円筒体５を接合することができるため、溶接倒れ変形の変形量が小さい円筒体５を提供することができる。

次に、図４を参照して、実施例２に係るレーザ溶接装置５０について説明する。図４は、実施例２に係るレーザ溶接装置の一部を示す概略構成図である。なお、実施例２では、重複した記載を避けるべく、実施例１と異なる部分について説明すると共に、実施例１と同様の構成である部分については、同じ符号を付す。実施例２に係るレーザ溶接装置５０は、溶接部７に対するレーザビームの入熱量を調整する場合、レーザビームの焦点距離を調整している。以下、実施例２に係るレーザ溶接装置５０について説明する。

図４に示すように、実施例２のレーザ溶接装置５０は、溶接工程Ｓ２におけるレーザビームの焦点位置Ｐ１と、歪修正工程Ｓ４におけるレーザビームの焦点位置Ｐ２とが異なる位置となるように焦点位置を調整している。具体的に、レーザ溶接部１２は、溶接工程Ｓ２におけるレーザビームの焦点位置Ｐ１が、（図４の点線で示す）開先部６の表面（外周面）上となるように調整される。なお、焦点位置Ｐ１は、開先部６の内部であってもよい。これに対し、レーザ溶接部１２は、歪修正工程Ｓ４におけるレーザビームの焦点位置Ｐ２が、溶接部７から外周側に離れた位置となるように調整される。このため、歪修正工程Ｓ４における焦点位置Ｐ２と溶接部７との間の距離は、溶接工程Ｓ２における焦点位置Ｐ１と開先部６との間の距離よりも長くなる。

以上のように、実施例２の構成によれば、歪修正工程Ｓ４において、レーザ溶接部１２が、レーザビームの焦点位置Ｐ２を、溶接部７から外周側に遠ざけるように調整することで、軸方向において、レーザビームが溶接部７を覆うように照射することができ、且つ、溶接部７に対するレーザビームの単位面積当たりの入熱量を小さくすることができる。よって、制御部１４は、レーザビームの出力を調整することなく、焦点位置を調整すればよいため、簡単に入熱量を調整することができる。

次に、図５を参照して、実施例３に係るレーザ溶接装置６０について説明する。図５は、実施例３に係るレーザ溶接装置の一部を示す概略構成図である。なお、実施例３でも、重複した記載を避けるべく、実施例１及び２と異なる部分について説明すると共に、実施例１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付す。実施例３に係るレーザ溶接装置６０は、溶接部７に対するレーザビームの軸方向における照射幅が、所定の照射幅となっている。以下、実施例３に係るレーザ溶接装置６０について説明する。

図５に示すように、実施例３のレーザ溶接装置６０は、溶接工程Ｓ２において溶接した溶接部７周りには、塑性歪領域６１が形成される。塑性歪領域６１は、開先部６の表面温度に基づいて特定可能な領域となっている。具体的に、塑性歪領域６１と表面温度との相関関係は、所定の算出式で表現されており、塑性歪領域６１は、所定の算出式に、表面温度を代入することで特定することが可能となっている。

そして、レーザ溶接装置６０は、歪修正工程Ｓ４におけるレーザビームの軸方向における照射幅Ｌ２が、溶接工程Ｓ２において形成された塑性歪領域６１の軸方向における幅Ｌ１よりも長くなっている。このとき、レーザ溶接装置６０は、レーザビームの照射幅Ｌ２の軸方向中央が、溶接部７の軸方向中央となるように、レーザビームを照射する。

以上のように、実施例３の構成によれば、塑性歪領域６１よりも広い領域に、レーザビームによって熱を与えることができる。このため、一対の円筒体５の溶接倒れ変形を抑制するだけでなく、レーザ溶接により塑性歪領域６１において発生する残留応力の低減を図ることが可能となる。

１ レーザ溶接装置
５ 円筒体
６ 開先部
７ 溶接部
１１ 保持治具
１２ レーザ溶接部
１３ 変位計
１４ 制御部
２１ 回転台
２２ 支持部材
２３ 連結部材
２５ 溶接ヘッド
５０ レーザ溶接装置（実施例２）
６０ レーザ溶接装置（実施例３）
６１ 塑性歪領域
Ｌ１ 塑性歪領域の幅
Ｌ２ レーザビームの照射幅

Claims (12)

1. 円筒体の軸方向の端部同士を突き合わせることで、周方向に沿って形成される開先部に対し、レーザビームを照射して溶接するレーザ溶接方法であって、
   前記レーザビームを前記開先部に対し全周に亘って照射して溶接する溶接工程と、
   前記溶接工程で照射された前記レーザビームの単位面積当たりの入熱量よりも小さい入熱量となる前記レーザビームを、前記開先部に対し全周に亘って照射する歪修正工程と、を備えることを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 前記歪修正工程において前記レーザビームにより加熱される前記開先部の表面温度は、残留塑性歪が発生する温度となることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
3. 前記歪修正工程において前記レーザビームにより加熱される前記開先部の表面温度は、残留塑性歪が発生する温度よりも高くなることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
4. 前記歪修正工程では、前記レーザビームの焦点と前記開先部との間の距離を、前記溶接工程よりも長くすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法。
5. 前記溶接工程では、前記レーザビームを前記開先部に照射することで、前記開先部周りに塑性歪領域が形成され、
   前記歪修正工程では、前記レーザビームの軸方向における照射幅が、前記塑性歪領域の軸方向における幅よりも長くなっていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法。
6. 円筒体の軸方向の端部同士を突き合わせた状態で、前記円筒体を保持する保持治具と、
   前記円筒体の軸方向の端部同士を突き合わせることで、周方向に沿って形成される開先部に対し、レーザビームを照射するレーザ溶接部と、
   前記レーザ溶接部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記レーザ溶接部を制御して、前記レーザビームを前記開先部に対し全周に亘って照射して溶接し、前記レーザビームの単位面積当たりの入熱量を小さくした後、前記レーザビームを前記開先部に対し再び全周に亘って照射することを特徴とするレーザ溶接装置。
7. 前記制御部は、前記レーザビームにより加熱される前記開先部の表面温度を、残留塑性歪が発生する温度とすることを特徴とする請求項６に記載のレーザ溶接装置。
8. 前記制御部は、前記レーザビームにより加熱される前記開先部の表面温度を、残留塑性歪が発生する温度よりも高くすることを特徴とする請求項６に記載のレーザ溶接装置。
9. 前記制御部は、溶接後における前記レーザビームの焦点と前記開先部との間の距離を、溶接時における前記レーザビームの焦点と前記開先部との間の距離よりも長くすることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置。
10. 前記制御部は、溶接時において、前記レーザビームを前記開先部に照射することで、前記開先部周りに塑性歪領域を形成し、溶接後において、前記レーザビームの軸方向における照射幅が、前記塑性歪領域の軸方向における幅よりも長くすることを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置。
11. 請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法によって溶接されることを特徴とする円筒体。
12. 請求項６から１０に記載のレーザ溶接装置を用いて溶接されることを特徴とする円筒体。

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