JP4174765B2 - 突き合わせ溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、管または板の突き合わせ溶接方法、特に、突き合わせ部の内外面または表裏面をレーザ溶接する、突き合わせ溶接方法に関する。

従来、ラインパイプ等の敷設現場において鋼管同士を突き合わせ溶接する際、あるいは、鉄鋼構造物の加工現場において鋼板同士を突き合わせ溶接する際、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接が広く用いられていた。かかる溶接法は、溶接速度が遅く、溶接入熱による変形や残留応力が大きいという問題があった。このため、高速かつ入熱の少ないレーザ溶接の利用が提案されている。
たとえば、管の突き合わせ溶接において、レーザ発振器からのレーザビームをハーフミラーで内側用と外側用の２方向に分配し、それぞれを集光ミーラーで集光して同時に突き合わせ部の同じ位置に照射する技術が開示されている。このとき、管の内側および外側の溶融池は管の厚み中央部で合体するから、全板厚にわたる溶接を実現している（例えば、特許文献１参照）。
さらに、管の突き合わせ溶接において、レーザ発振器からのレーザ光を分光手段によって分光し、それぞれをレーザ導光ファイバケーブルによって突き合わせ部の内周面および外周面に照射する技術が開示されている。このとき、内周面および外周面の照射位置をずらし、先行して厚み方向の途中にまで形成されるキーホールに、追従して厚み方向の途中にまで形成されるキーホールが連通するから、気孔が形成されるという不具合が生じないとされている（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−１２４７６９号公報（第２−３頁、図１） 特開２００２−３５９７１号公報（第５−７頁、図１）

しかしながら、前記技術は、何れもレーザ発振器からのレーザビームを分光して、分光したレーザビームをそれぞれ内周面および外周面に同時に照射している。すなわち、レーザ発振器から発したレーザビーム（出力１００％とする）が、それぞれの半分（５０％）の出力になって照射されるため、溶け込み深さが浅くなるという問題点があった。つまり、出力が半減すれば、溶け込み深さも略半減するから、一方の面から出力１００％で照射する場合に対して、両方の面からそれぞれ５０％照射しても、突き合わせ溶接される管の厚さが増すことがほとんどない。このため、より厚い管を溶接しようとすると、大出力のレーザ発振器が必要になっていた。
また、ＹＡＧレーザのようなレーザ導光ファイバケーブルによって伝送可能なレーザを使用して装置を小型にしようとする場合、ＹＡＧレーザが炭酸ガスレーザに較べて出力が低いため、突き合わせ溶接される管は、その厚さが比較的薄いものに限定されていた。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、小出力のレーザ発振器によって突き合わせ溶接する、突き合わせ溶接方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る突き合わせ溶接方法は、端面が相互に突き合わされた一対の管材を突き合わせ溶接するものであって、
レーザ発振器から連続的に発せられるレーザビームを所定の時間の間だけ溶接方向に移動させながら前記突き合わせ部の外面側に照射する第一の工程と、
これに続く所定の時間の間だけ、前記レーザビームを溶接方向に移動させながら前記突き合わせ部の内面側に照射する第二の工程と、
前記第一の工程と第二の工程とを繰り返す工程と
を有し、
前記レーザビームの焦点は厚さ方向の略中央であって、
前記第二の工程を再開した際に形成される溶融池と、前記第一の工程が中断した際に形成されている溶融池とが合体するように、前記第二の工程を再開した際のレーザビームの焦点が前記第一の工程が中断した際に形成されている溶融池の内部に位置し、且つ、前記第一の工程を再開した際に形成される溶融池と、前記第二の工程が中断した際に形成されている溶融池とが合体するように、前記第一の工程を再開した際のレーザビームの焦点が前記第二の工程が中断した際に形成されている溶融池の内部に位置することを特徴とする。

（２）また、前記第二の工程を再開した際に生じるキーホールは、前記第一の工程が中断した際に形成されている溶融池の内部に形成され、且つ、前記第一の工程を再開した際に生じるキーホールは、前記第二の工程が中断した際に形成されている溶融池の内部に形成されることを特徴とする。

（３）さらに、端面が相互に突き合わされた一対の管材を突き合わせ溶接する突き合わせ溶接方法であって、
レーザ発振器から連続的に発せられるレーザビームを所定の時間の間だけ溶接方向に移動させながら前記突き合わせ部の外面側に照射する第一の工程と、
これに続く所定の時間の間だけ、前記レーザビームを溶接方向に移動させながら前記突き合わせ部の内面側に照射する第二の工程と、
前記第一の工程と第二の工程とを繰り返す工程と
を有し、
前記レーザビームの焦点は厚さ方向の略中央であって、
前記第二の工程を再開した際に形成される溶融池が、前記第二の工程が中断した際に形成されていた溶融池とが合体するように、前記第二の工程を再開した際のレーザビームの焦点が前記第二の工程が中断した際に形成されている溶融池より所定距離だけ溶接方向の前方に位置すると共に、前記第二の工程を再開した際に形成される溶融池が、前記第一の工程が中断した際に形成されている溶融池とが合体するように、前記第二の工程の再開を終了した際のレーザビームの焦点が前記第一の工程が中断した際に形成されている溶融池の内部に位置し、
且つ、前記第一の工程を再開した際に形成される溶融池が、前記第一の工程が中断した際に形成されていた溶融池とが合体するように、前記第一の工程を再開した際のレーザビームの焦点が前記第一の工程が中断した際に形成されている溶融池より所定距離だけ溶接方向の前方に位置すると共に、前記第一の工程を再開した際に形成される溶融池が、前記第二の工程が中断した際に形成されていた溶融池とが離れているように、前記第一の工程を再開した際のレーザビームの焦点が前記第二の工程を中断した際に形成されている溶融池より所定距離だけ溶接方向の前方に位置することを特徴とする。

本発明に係る突き合わせ溶接方法は、以上であるから、下記の効果を奏する。
（ｉ）端面が相互に突き合わされた一対の材料の一方の面および他方の面のそれぞれに、出力１００％のレーザビームが交互に照射されるから、それぞれの面からの溶け込み深さが確保される。よって、レーザ発振器の出力を高めることなく、突き合わせ溶接可能な材料の厚さを略２倍に拡大することが可能になる。また、ＹＡＧレーザのようなレーザ導光ファイバケーブルによって伝送可能なレーザを使用して装置を小型にしても、所定の厚さの材料を突き合わせ溶接することが可能になる。
さらに、溶融池への入熱が間欠的になって冷却効果が得られ、歪みを抑制することや溶接部強度の低下を防ぐことができる。

（ｉｉｉ）さらに、それぞれの面におけるレーザビームの照射位置を溶接方向でずらすから、たとえば、一方の面から厚み方向の途中まで溶融池が先行して形成され、これを追うように他方の面から厚み方向の途中まで溶融池が形成され、そして、厚み方向の中央部において該両方の面からの溶融池が連結するから、厚み中央部の加熱時間（溶融時間）が長くなりブローホールの抜けを促進することができる。
また、一方の面側に向かうレーザビームの照射位置と他方に面側に向かうレーザビームの照射位置とが同一線上にないから、仮に一方の面側からの照射によるキーホール内のガス圧等によって他方の面側に形成された溶融池からスパッタが飛散したとしても、該スパッタが他方の面側に向かうレーザノズルに衝突ないし付着することがないため、該レーザノズルの損傷が防止される。

［実施形態１］
図１は本発明の実施形態１に係る突き合わせ溶接方法を説明するための突き合わせ溶接状況を模式的に示す断面図であって、パイプラインにおける鋼管同士の突き合わせ溶接状況を示している。
図１において、パイプライン等において先行して敷設されている既設管１に、新設管２が突き合わせ溶接されている。
（クランプ装置）

すなわち、既設管１と新設管２の突き合わせ部を跨いで、管内面に内面クランプ装置５が配置されている。内面クランプ装置５は既設管１の内面に向けて進退自在なクランプヘッド５１と、新設管２の内面に向けて進退自在なクランプヘッド５２とが、それぞれ円周方向に複数配置され、それぞれの進退量が同一なるよう制御されている。したがって、クランプヘッド５１とクランプヘッド５２とを管内面に当接した際、既設管１と新設管２とが同軸に配置されることになる。
また、 既設管１と新設管２の端面には、あらかじめ開先が加工され、相互に当接または所定の隙間を設けて突き合わされている。
（内面レーザトーチ）

また、内面クランプ装置５は内面レーザトーチ４を円周方向で回転するための内面レーザトーチ回転装置４２が搭載され、内面レーザトーチ回転装置４２に内面レーザトーチ４が設置され、内面レーザトーチ４には照射方向に向けて内面用ノズル４１が設置されている。
（外面レーザトーチ）

一方、新設管２の外面には、円周方向に外面ガイドレール３５が設置され、外面ガイドレール３５に外面レーザトーチ回転装置３２が移動自在に設置され、外面レーザトーチ回転装置３２に外面レーザトーチ３が設置され、外面レーザトーチ３には照射方向に向けて外面用ノズル３１が設置されている。
ている。
（レーザビーム）

レーザ発振器６から発せられたレーザビ−ムは光ファイバケーブル７によってビーム切替器８に伝送され、切換器８において、一定時間の間だけ外面側に切替られ、外面光ファイバケーブル７３に導かれて外面レーザトーチ３に伝送され、さらに、外面用ノズル３１を経由して突き合わせ部の外面側に照射される。
一方、切換器８において、一定時間の間だけ内面側に切替られたレーザビームは内面光ファイバケーブル７４に導かれて内面レーザトーチ４に伝送され、さらに、内面用ノズル４１を経由して突き合わせ部の内面側に照射される。
（突き合わせ溶接方法−１）

図２は図１に示す突き合わせ溶接状況における内面側および外面側に照射されるレーザビームの出力を示す説明図である。
図２において、横軸は時間、縦軸のプラス方向（上方向）は外面側に照射されるレーザビームの出力、縦軸のマイナス方向（下方向）は内面側に照射されるレーザビームの出力であって、実線が本発明を、破線が比較のための従来技術を示している。

本発明においては、レーザ発振器９から連続的に発せられるレーザビームが、所定の時間毎に外面側と内面側とに交互に照射されている。すなわち、外面側に着目すると、レーザビームが間欠的に照射され、同様に内面側に着目すると、レーザビームが間欠的に照射されている。
このとき、各時間帯において照射されるレーザビームの出力は、レーザ発振器６から発したレーザビームの出力に同じである。一方、比較のために記載した従来技術（破線にて表示する）では、レーザ発振器から発したレーザビームが内外面用に分光されているから、それぞれ照射されるレーザビームの出力はレーザ発振器から発したレーザビームの出力の略半分に減少している。

したがって、レーザ発振器の出力を高めることなく、突き合わせ溶接可能な材料の厚さが略２倍に拡大することなる。
さらに、溶融池への入熱が間欠的になって冷却効果が得られ、歪みを抑制することや溶接部強度の低下を防ぐことができる。

なお、外面側を照射する時間と内面側を照射する時間は、それぞれ適宜選定されるものであり（図２の（ａ）、（ｂ）参照）、それぞれ同一の時間であるものに限定するものではなく、一方を他方よりも長くしてもよい（図２の（ｃ）参照）。
以上は鋼管の突き合わせ溶接を例に説明しているが、本発明はこれに限定するものではなく、鋼板の突き合わせ溶接に適用できるものである。さらに、溶接される材料は鉄鋼材料やステンレス鋼に限定するものはなく、アルミニウム等の軽金属であってもよい。
また、レーザ発振器の形式は限定するものではなく、光ファイバー等のフレキシブルな導波路を用いるレーザ、例えば、ＹＡＧレーザやＬＤ、出力の低いＣＯ２レーザ等何れであってもよい。特に、大出力が期待できないＹＡＧレーザを用いる場合であっても、所定の厚さの材料を突き合わせ溶接することが可能になる。

図３は図１に示す突き合わせ溶接状況における溶接部を模式的に説明する推定図であって、突き合わせ面に至近で突き合わせ面に平行な断面を示している。なお、溶接方向（図中、右から左へ向かう）を矢印で示す。
図３の（ａ）において、鋼管１００の外面から外面レーザビーム３０が所定の時間の間だけ照射されている。この間に外面レーザビーム３０の焦点は位置Ａから位置Ｂに移動している。
そして、外面レーザビーム３０は位置Ｂに焦点があるとき、外面レーザビーム３０Ｂの周囲にはキーホール１３１Ｂが生じ、キーホール１３１Ｂの溶接前方（図中、左側）に比較的薄い層状の溶融層１３２Ｂが、溶接後方（図中、右側）に比較的広い範囲に溶融池１３３Ｂが形成されている。

図３の（ｂ）において、前記（ａ）に続いて、外面レーザビーム３０の焦点が位置Ｂに到達した直後に、外面レーザビーム３０の照射が中断され、内面レーザビーム４０の照射が開始される。内面レーザビーム４０の焦点は位置Ｃにあるため、内面レーザビーム４０Ｃの周囲にはキーホール１４１Ｃが生じ、キーホール１４１Ｃの周囲に比較的薄い層状の溶融層１４２Ｃが形成されている。
なお、位置Ｂと位置Ｃとは半径方向で同一位相にあるから、キーホール１４１Ｃは溶融状態にある溶融池１３３Ｂの内部に形成されることになる。

図３の（ｃ）において、前記（ｂ）に続いて、鋼管１００の内面から内面レーザビーム４０が所定の時間の間だけ照射されている。すなわち、外面レーザビーム３０の焦点が位置Ｂに到達した直後に、外面レーザビーム３０の照射が中断され、内面レーザビーム４０の照射が開始されるから、内面レーザビーム４０の焦点は位置Ｃから位置Ｄに移動している。
そして、内面レーザビーム４０は位置Ｄに焦点があるとき、内面レーザビーム４０Ｄの周囲にはキーホール１４１Ｄが生じ、キーホール１４１Ｄの溶接前方（図中、左側）に比較的薄い層状の溶融層１４２Ｄ、溶接後方（図中、右側）に比較的広い範囲に溶融池１４３Ｄ形成されている。したがって、内面側の溶融池２４３Ｄは外面側からの溶融池１３３Ｂと合体して溶融、凝固することになる。
なお、キーホール１４１Ｄは外面からの溶融層１３２Ｂの溶接前方にあるから、未溶解の鋼管１００内に形成されている。

図３の（ｄ）において、前記（ｃ）に続いて、鋼管１００の外面から外面レーザビーム３０が所定の時間の間だけ照射されている。すなわち、内面レーザビーム４０の焦点が位置Ｄに到達した直後に、内面レーザビーム４０の照射が中断され、外面レーザビーム３０の照射が再度開始されるから、外面レーザビーム３０の焦点は位置Ｅから位置Ｆに移動している。そして、前記（ｃ）と同様にして、外面側からの溶融池１３３Ｆは内面側からの溶融池１４３Ｄおよび外面側からの溶融池１３３Ｂに合体して溶融、凝固することになる。

よって、厚さ方向の全域にわたる溶接が可能になる。なお、レーザビームの焦点は厚さ方向の略中央であればよく、必ずしも、厚さ半分以上に深くする必要がない。
なお、外面レーザビーム３０および内面レーザビーム４０のそれぞれの照射時間や、溶接速度は適宜選定自在であるから、図示する溶融池の重なり状況は該選定内容に伴って変化するものである。
たとえば、それぞれの照射時間が短い場合（溶接速度が遅い場合に同じ）には、外面側からの溶融池１３３Ｂが溶融している間（凝固する前）に外面側からの溶融池１３３Ｆが形成される。
さらに、それぞれの照射時間が極めて短い場合には、外面側からのキーホール１３１Ｆが内面からの溶融層１４２Ｄ内、さらに、外面側からのキーホール１３２Ｂ内に形成されることになる。
一方、それぞれの照射時間が長い場合（溶接速度が速い場合に同じ）には、外面側からの溶融池１３３Ｂが凝固した後に外面側からの溶融池１３３Ｆが形成されることになる。
（実施例１）

以下の仕様で管の突き合わせ溶接を実施した。
レーザ溶接仕様：ＹＡＧレーザ発振器：最大出力４ＫＷ
ビーム品質：２５ｍｍ・ｍｒａｄ．
光ファイバー：コアー直径０．６ｍｍ、
シールドガス：Ａｒ
突き合せ溶接試料：ＳＵＳ３０４鋼管：外径５０８ｍｍ×板厚６．０ｍｍ
開先：内外端面に２ｍｍＶ開先
加工試験条件：溶接速度：１．０ｍ／分
外面照射時間：０．１２秒
内面照射時間：０．１２秒
出力：３ＫＷ（内面および外面とも）
溶接パス：内面および外面とも各１パス
添加ワイヤー：有り（ＳＵＳワイヤー、ワイヤー直径１．２ｍｍ）
ワイヤー添加速度：外面；１．１ｍ／分、内面；１．０ｍ／分
試験回数：５回
上記５回の試験のいずれにおいても、溶接欠陥は認められず、所望の溶接品質が得られた。すなわち、外面側と内面側とにそれぞれ交互にレーザビームを照射することによって、低い出力でありながら、全板厚にわたる良好な溶け込みが得られている。
［実施形態２］
（突き合わせ溶接方法−２）

図４は本発明の実施形態２に係る突き合わせ溶接方法を説明するための突き合わせ溶接状況を模式的に示す断面図である。なお、実施形態１（図１）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図４において、外面レーザトーチ３と内面レーザトーチ４とが同一半径方向になく、外面レーザトーチ３が内面レーザトーチ４に対して円周方向で所定の角度先行している。すなわち、外面側が先行して溶接され、これに追従するように内面側が遅れて溶接される。

図５および図６は、図４に示す突き合わせ溶接状況における溶接部を模式的に説明する推定図であって、図３に準じて、図３と同じ部分には下二桁をこれと同じ符号を付し、また、位置を示すアルファベットＡＢＣ等を付し、一部の説明を省略して記載する。
図５の（ａ）において、鋼管２００の外面側において、外面レーザビーム３０Ｂの周囲にはキーホール２３１Ｂが生じ、キーホール２３１Ｂの溶接前方（図中、左側）に比較的薄い層状の溶融層２３２Ｂが、溶接後方（図中、右側）に比較的広い範囲に溶融池２３３Ｂが形成されている。

図５の（ｂ）において、前記（ａ）に続いて、外面レーザビーム３０の焦点が位置Ｂに到達した直後に、外面レーザビーム３０の照射が中断され、内面レーザビーム４０の照射が開始される。内面レーザビーム４０の焦点は位置Ｃにあるため、内面レーザビーム４０Ｃの周囲にはキーホール２４１Ｃが生じ、キーホール２４１Ｃの周囲に比較的薄い層状の溶融層２４２Ｃが形成されている。
なお、位置Ｂと位置Ｃとは溶接方向（円周方向に同じ）でずれているから、キーホール２４１Ｃは溶融池２３３Ｂの溶接後方部に形成されることになる。すなわち、それぞれの照射時間、該ずれの大きさ、および溶接速度によって、キーホール２４１Ｃは溶融状態または凝固している溶融池２３３Ｂ内に形成されたり、溶融池２３３Ｂから外れた溶接後方に形成されることになる。

図６の（ｃ）において、前記（ｂ）に続いて、鋼管２００の内面から内面レーザビーム４０が所定の時間の間だけ照射されている。すなわち、外面レーザビーム３０の焦点が位置Ｂに到達した直後に、外面レーザビーム３０の照射が中断され、内面レーザビーム４０の照射が開始されるから、内面レーザビーム４０の焦点は位置Ｃから位置Ｄに移動している。
そして、内面レーザビーム４０は位置Ｄに焦点があるとき、内面レーザビーム４０Ｄの周囲にはキーホール２４１Ｄが生じ、キーホール２４１Ｄの溶接前方（図中、左側）に比較的薄い層状の溶融層２４２Ｄ、溶接後方（図中、右側）に比較的広い範囲に溶融池２４３Ｄ形成されている。したがって、内面側の溶融池２４３Ｄは外面側からの溶融池２３３Ｂと合体して溶融、凝固することになる。
なお、キーホール２４１Ｄは外面からの溶融池２３３Ｂ内に形成されている。したがって、それぞれの照射時間、外面レーザビーム３０と内面レーザビーム４０との溶接方向のずれの大きさ、および溶接速度によって、キーホール２４１Ｄは溶融状態または凝固している溶融池２３３Ｂ内に形成されることになる。

図６の（ｄ）において、前記（ｃ）に続いて、鋼管２００の外面から外面レーザビーム３０が所定の時間の間だけ照射されている。すなわち、内面レーザビーム４０の焦点が位置Ｄに到達した直後に、内面レーザビーム４０の照射が中断され、外面レーザビーム３０の照射が再度開始されるから、外面レーザビーム３０の焦点は位置Ｅから位置Ｆに移動している。そして、前記（ｃ）と同様にして、外面側からの溶融池２３３Ｆは外面側からの溶融池２３３Ｂに合体して溶融、凝固することになる。
このとき、内外面からのそれぞれの照射時間が短い場合（溶接速度が遅い場合に同じ）には、外面側からの溶融池２３３Ｂが溶融している間（凝固する前）に外面側からの溶融池２３３Ｆが形成される。
さらに、それぞれの照射時間が極めて短い場合には、外面側からのキーホール２３１Ｂが外面からの溶融層２３２Ｂ内に形成されることになる。
一方、内面からの溶融池２４３Ｄは外面からの溶融池２３３Ｂの溶接方向の後方に位置しているため、外面側からの溶融池２３３Ｆが内面からの溶融池２４３Ｄに合体することがない。

図６の（ｅ）において、前記（ｄ）に続いて、鋼管２００の内面から内面レーザビーム４０が所定の時間の間だけ照射されている。すなわち、外面レーザビーム３０の焦点が位置Ｆに到達した直後に、外面レーザビーム３０の照射が中断され、内面レーザビーム４０の照射が開始されるから、内面レーザビーム４０の焦点は位置Ｇから位置Ｈに移動している。
そして、内面レーザビーム４０は位置Ｈに焦点があるとき、前記（ｃ）と同様に、キーホール２４１Ｈ、溶融層２４２Ｈ、溶融池２４３Ｈ形成されている。
このとき、内面側の溶融池２４３Ｈは外面側からの溶融池２３３Ｆおよび溶融池２３３Ｂ、さらに、内面側からの溶融池２４３Ｄに合体して溶融、凝固することになる。
なお、キーホール２４１Ｈは外面からの溶融池２３３Ｆ内に形成されている。したがって、それぞれの照射時間、外面レーザビーム３０と内面レーザビーム４０との溶接方向のずれの大きさ、および溶接速度によって、キーホール２４１Ｈは溶融状態または凝固している溶融池２３３Ｆ内に形成されることになる。
このとき、内外面からのそれぞれの照射時間が短い場合（溶接速度が遅い場合に同じ）には、外面側からの溶融池２３３Ｂが溶融している間（凝固する前）に内面側からの溶融池２４３Ｈが形成される。
さらに、それぞれの照射時間が極めて短い場合には、内面側からのキーホール２４１Ｈが内面からの溶融層２４２Ｄ内に形成されることになる。

よって、実施形態１と同様に、厚さ方向の全域にわたる溶接が可能になる。
さらに、外面レーザビーム３０と内面レーザビーム４０とが同一線上で対向して照射されないから、外面レーザトーチ３および内面レーザトーチがスパッタ等の飛散によって損傷することがない。
（実施例２）

以下の仕様で管の突き合わせ溶接を実施した。
レーザ溶接仕様：ＹＡＧレーザ発振器：最大出力４ＫＷ
ビーム品質：２５ｍｍ・ｍｒａｄ．
光ファイバー：コアー直径０．６ｍｍ、
シールドガス：Ａｒ
外面側の照射位置と内面側の照射位置との溶接方向のずれ量（距離）：５ｍｍ
突き合せ溶接試料：ＳＵＳ３０４鋼管：外径５０８ｍｍ×板厚６．０ｍｍ
開先：Ｉ開先
加工試験条件：溶接速度：１．０ｍ／分
外面照射時間：０．１２秒
内面照射時間：０．１０秒
出力：２．５ＫＷ（内面および外面とも）
溶接パス：内面および外面とも各１パス
添加ワイヤー：無し
試験回数：５回
前記実施例１が外面レーザトーチと内面レーザトーチとが何れも管の半径方向の同一線上で対向していたのに対し、実施例２では、外面レーザトーチと内面レーザトーチとが何れも管の半径方向を向いているものの、同一線上で対向していない。このため、何れのレーザトーチにもスパッタ等の衝突は付着がなく、照射性能が劣化することがなかった。また、低い出力でありながら、全板厚にわたる良好な溶け込みが得られ、溶接欠陥ない所定の溶接品質を満足するものであった。

本発明は、管、板または所定断面の材料同士を突き合わせ溶接する突き合わせ溶接方法に広く利用することができる。

本発明の実施形態１に係る突き合わせ溶接方法を説明するための突き合わせ溶接状況を模式的に示す断面図である。 図１に示す突き合わせ溶接状況における内面側および外面側に照射されるレーザビームの出力を示す説明図である。 図２において、横軸は時間、実施形態１に係るプロジェクションテレビの背面側斜視図。 図１に示す突き合わせ溶接状況における溶接部を模式的に説明する推定図である。 本発明の実施形態２に係る突き合わせ溶接方法を説明するための突き合わせ溶接状況を模式的に示す断面図である。 図４に示す突き合わせ溶接状況における溶接部を模式的に説明する推定図である。 図４に示す突き合わせ溶接状況における溶接部を模式的に説明する推定図である。

符号の説明

１ 既設管 ２ 新設管 ３ 外面レーザトーチ
４ 内面レーザトーチ ５ 内面クランプ装置 ６ レーザ発振器
７ 光ファイバケーブル ８ ビーム切替器 ９ レーザ発振器
３０ 外面レーザビーム ３０Ｂ 外面レーザビーム ３１ 外面用ノズル
３２ 外面レーザトーチ回転装置 ３５ 外面ガイドレール
４０ 内面レーザビーム ４１ 内面用ノズル
４２ 内面レーザトーチ回転装置 ５１ クランプヘッド ５２ クランプヘッド
７３ 外面光ファイバケーブル ７４ 内面光ファイバケーブル
１００ 鋼管 １３１Ｂ キーホール １３２Ｂ 溶融層 １３３Ｂ 溶融池
２００ 鋼管 ２４１Ｄ キーホール ２４２Ｄ 溶融層 ２４３Ｄ 溶融池

Claims (3)

1. 端面が相互に突き合わされた一対の管材を突き合わせ溶接する突き合わせ溶接方法であって、
   レーザ発振器から連続的に発せられるレーザビームを所定の時間の間だけ溶接方向に移動させながら前記突き合わせ部の外面側に照射する第一の工程と、
   これに続く所定の時間の間だけ、前記レーザビームを溶接方向に移動させながら前記突き合わせ部の内面側に照射する第二の工程と、
   前記第一の工程と第二の工程とを繰り返す工程と
   を有し、
   前記レーザビームの焦点は厚さ方向の略中央であって、
   前記第二の工程を再開した際に形成される溶融池と、前記第一の工程が中断した際に形成されている溶融池とが合体するように、前記第二の工程を再開した際のレーザビームの焦点が前記第一の工程が中断した際に形成されている溶融池の内部に位置し、且つ、前記第一の工程を再開した際に形成される溶融池と、前記第二の工程が中断した際に形成されている溶融池とが合体するように、前記第一の工程を再開した際のレーザビームの焦点が前記第二の工程が中断した際に形成されている溶融池の内部に位置することを特徴とする突き合わせ溶接方法。
2. 前記第二の工程を再開した際に生じるキーホールは、前記第一の工程が中断した際に形成されている溶融池の内部に形成され、且つ、前記第一の工程を再開した際に生じるキーホールは、前記第二の工程が中断した際に形成されている溶融池の内部に形成されることを特徴とする請求項１記載の突き合わせ溶接方法。
3. 端面が相互に突き合わされた一対の管材を突き合わせ溶接する突き合わせ溶接方法であって、
   レーザ発振器から連続的に発せられるレーザビームを所定の時間の間だけ溶接方向に移動させながら前記突き合わせ部の外面側に照射する第一の工程と、
   これに続く所定の時間の間だけ、前記レーザビームを溶接方向に移動させながら前記突き合わせ部の内面側に照射する第二の工程と、
   前記第一の工程と第二の工程とを繰り返す工程と
   を有し、
   前記レーザビームの焦点は厚さ方向の略中央であって、
   前記第二の工程を再開した際に形成される溶融池が、前記第二の工程が中断した際に形成されていた溶融池とが合体するように、前記第二の工程を再開した際のレーザビームの焦点が前記第二の工程が中断した際に形成されている溶融池より所定距離だけ溶接方向の前方に位置すると共に、前記第二の工程を再開した際に形成される溶融池が、前記第一の工程が中断した際に形成されている溶融池とが合体するように、前記第二の工程の再開を終了した際のレーザビームの焦点が前記第一の工程が中断した際に形成されている溶融池の内部に位置し、
   且つ、前記第一の工程を再開した際に形成される溶融池が、前記第一の工程が中断した際に形成されていた溶融池とが合体するように、前記第一の工程を再開した際のレーザビームの焦点が前記第一の工程が中断した際に形成されている溶融池より所定距離だけ溶接方向の前方に位置すると共に、前記第一の工程を再開した際に形成される溶融池が、前記第二の工程が中断した際に形成されていた溶融池とが離れているように、前記第一の工程を再開した際のレーザビームの焦点が前記第二の工程を中断した際に形成されている溶融池より所定距離だけ溶接方向の前方に位置することを特徴とする突き合わせ溶接方法。

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