JP5454000B2 - 溶接割れ試験方法及び試験片 - Google Patents

Description

本発明はレーザ溶接に於ける溶接割れを評価する溶接割れ試験方法及び溶接割れ試験に使用する試験片に関するものである。

溶接部の品質を評価する試験の１つに溶接割れ試験があり、例えばＪＩＳ Ｚ３１５８で規定されたｙ形溶接割れ試験方法がある。

ところが、ＪＩＳで規定された溶接割れ試験方法は、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接等のアーク溶接で、Ｖ溝、Ｕ溝を形成する開先にフィラーメタルを供給してビードを形成する溶接を対象としたものであり、レーザ溶接の様に、殆ど隙間を持たないＩ型開先で、フィラーメタルを用いない溶接方法を対象としたものではない。

アーク溶接ではルートギャップが大きく、又、ルートギャップの管理もそれ程厳密でなくてもよい。ＪＩＳではルートギャップに±０．２ｍｍの誤差を許容している。これに対し、レーザ溶接では、小さな光束断面を有するレーザを溶接部に照射して溶接を行うので、ルートギャップが大きいと、或はバラツキがあるとレーザがそのまま通過してしまうことになる。

この為、現在ＪＩＳで規定している溶接割れ試験方法ではレーザ溶接に於ける溶接割れを評価するのは困難である。

特開平６−１８０２７８号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、Ｉ型開先とし、ルートギャップを小さく設定し、而もルートギャップを高精度に管理可能な溶接割れ試験方法及び該試験に供せられる試験片を提供し、レーザ溶接に於ける溶接割れの適正な評価を可能とするものである。

本発明は、凸部を有する平板の試験片を前記凸部が対向する様に設置し、該凸部を除く部分に隙間設定ブロックを介在させ、該隙間設定ブロックを介在させることで、対向する前記凸部間にルートギャップを形成させ、両試験片を前記隙間設定ブロックに押付けた状態に保持し、前記凸部間をレーザ溶接する溶接割れ試験方法に係るものであり、又前記隙間設定ブロックと前記試験片間にシムを挿脱することで前記ルートギャップを調整する溶接割れ試験方法に係るものである。

又本発明は、平板から切出され、基部から凸部が突出した凸形状を有し、該凸部先端がレーザ溶接される試験片に係るものであり、更に又、前記平板が板厚ｔを有し、前記凸部が突出長さＤを有し、該凸部先端がレーザ溶接された場合の溶接部の拘束力を前記突出長さＤ、前記板厚ｔの少なくとも一方の値を選択することで設定する試験片に係るものである。

本発明によれば、凸部を有する平板の試験片を前記凸部が対向する様に設置し、該凸部を除く部分に隙間設定ブロックを介在させ、該隙間設定ブロックを介在させることで、対向する前記凸部間にルートギャップを形成させ、両試験片を前記隙間設定ブロックに押付けた状態に保持し、前記凸部間をレーザ溶接するので、狭小なルートギャップを高精度に設定でき、レーザ溶接に於ける溶接割れ試験の信頼性を向上する。

又本発明によれば、前記隙間設定ブロックと前記試験片間にシムを挿脱することで前記ルートギャップを調整するので、高精度に容易にルートギャップの変更、調整が可能である。

又本発明によれば、平板から切出され、基部から凸部が突出した凸形状を有し、該凸部先端がレーザ溶接される試験片であるので、形状が簡単で高精度に製作できると共に製作コストが少ない。

更に又本発明によれば、前記平板が板厚ｔを有し、前記凸部が突出長さＤを有し、該凸部先端がレーザ溶接された場合の溶接部の拘束力を前記突出長さＤ、前記板厚ｔの少なくとも一方の値を選択することで設定するので、拘束力の変更が可能で種々の溶接条件での溶接割れ試験を可能とする等の優れた効果を発揮する。

（Ａ）は本発明に係る試験片を示す平面図、（Ｂ）は同前側面図である。 本発明に於ける試験片の設置方法を示す説明図である。 本発明に於ける試験片形状と溶接部の拘束力との関係を示す線図である。 本発明でレーザ溶接を実施した場合の溶接部を含む断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１に於いて、本実施例に係る溶接割れ試験方法に使用される試験片１を説明する。

該試験片１は平板から切出したものであり、図１（Ａ）に於いて上下対称となっている。

前記試験片１は、基部２から凸部３が突出した凸形状となっており、全ての角部、隅部は直角に形成されている。前記基部２の幅寸法をＡとし、前記凸部３の幅寸法をＢとし、全体の前後長さをＣ、前記凸部３の突出長さをＤ、板厚をｔとする。

又、前記基部２の後面４、中間面５及び前記凸部３の前面６は精密仕上げされ、前記後面４、前記中間面５、前記前面６は平行となっている。

溶接割れ試験は、前記試験片１を２枚、前面６，６を突合わせた状態で設置し、該前面６，６間を所定の間隙に維持した状態で、前記前面６，６間をレーザビームを走らせて突合わせ溶接を行う。

前記試験片１，１の設置について、図２を参照して説明する。

前記試験片１，１を凸部３，３が対向する様に設置し、該凸部３，３を突合わせる。突合わせることで、該凸部３，３の両側に凹部７が形成されるが、該凹部７に充分な剛性を有する隙間設定ブロック８を嵌込む。該隙間設定ブロック８の前後方向の長さＬは、Ｌ＝（２Ｄ＋ｇ）（ｇは前記凸部３，３間に形成されるルートギャップ）であり、前記凸部３の突出長さＤ、前記隙間設定ブロック８の長さＬを精密に管理すれば、ルートギャップｇも精密に管理することができる。

又、形成されたルートギャップｇを正確に、又安定に保持する為、前記試験片１，１を試験片固定装置９により前記隙間設定ブロック８に押付ける様に保持する。図２では前記試験片固定装置９を模式的に示しており、該試験片固定装置９としては、例えば万力であってもよい。

上記の如く、前記試験片１を製作し、前記隙間設定ブロック８を介在させて前記試験片１，１を設置することで、ルートギャップｇの精度は、±０．０５ｍｍ程度は容易に達成できる。従って、ルートギャップｇを０．１ｍｍの狭小な値でも精度よく設定が可能である。更に、ルートギャップｇを大きくする場合は、前記試験片１の中間面５と前記隙間設定ブロック８間に既知の厚みを持つシム、例えば隙間ゲージ１１を挾むことで、達成できる。尚、前記中間面５と前記隙間設定ブロック８間に前記隙間ゲージ１１を挾むことは、ルートギャップｇが目標の値でなかった場合の調整としても使用することができる。

更に、前記試験片１，１を設置した後、ルートギャップｇが目標の値であるかどうかは、ルートギャップｇに隙間ゲージを挿入することで確認することが可能である。

前記隙間設定ブロック８を設置した状態で、前記凸部３，３の接合線に沿って、レーザビームを走らせ、レーザ溶接を行う。

この時、レーザビームは前記試験片１の板厚ｔを貫通しない様に設定され、前記凸部３，３の突合わせ部が図４に示される様に、部分的に溶接される様にする。突合わせ部が、部分的に溶接されることで、溶接部に割れが発生し易い状況が実現される。

溶接割れは、溶接部の金属が溶融して、凝固する際に生じる収縮による残留歪みが原因となるが、残留歪みは溶接部の収縮を拘束する溶接部周囲の拘束力に影響される。

本実施例の試験片１では、溶接部の拘束力を任意に設定することができる。

図２を参照して、前記凸部３，３の接合線に沿ってレーザ溶接を行うと、溶接部が移動と共に順次凝固することを考慮すると、凝固により生じる歪みは、主に前記凸部３の前後方向、接合線に対して直角方向であると考えられる。従って溶接部に作用する拘束力Ｒは、前記凸部３部分の弾性力となる。即ち、前記突出長さＤが小さいと弾性力は大きく、突出長さＤが大きいと弾性力は小さくなる。

この場合の拘束力Ｒは、Ｒ＝Ｋ0 ・ｔ＝（Ｅ／Ｌ）ｔ （Ｅ：ヤング率）
であり、Ｋ0 ＝（Ｅ／Ｌ）を拘束度係数とすると、Ｋ0 と板厚ｔとの関係は、図３に示される。即ち、前記凸部３の突出長さＤを大きくする程、Ｋ0 は小さくなり、板厚ｔを大きくする程拘束力Ｒは増大する。而して、Ｄ，ｔを適宜変更することで、拘束力Ｒを任意の値に設定できる。

上述の如く、ルートギャップｇを狭小な値に、精度よく設定でき、信頼性の高い溶接試験を実施できる。更に、試験片１の凸部３の突出長さＤ又は／及び板厚ｔを変えることで、溶接部の拘束力Ｒを変更でき、種々の状況を想定して溶接割れ試験方法を実施することができる。

更に、試験片１は簡単な形状で、製作が容易であり、安価な試験片で溶接割れ試験コストを低減できる。

尚、本発明は、フィラーメタルを供給するレーザ溶接にも実施可能であることは言う迄もない。

１ 試験片
２ 基部
３ 凸部
４ 後面
５ 中間面
６ 前面
７ 凹部
８ 隙間設定ブロック
９ 試験片固定装置
１１ 隙間ゲージ

Claims (4)

1. 凸部を有する平板の試験片を前記凸部が対向する様に設置し、該凸部を除く部分に隙間設定ブロックを介在させ、該隙間設定ブロックを介在させることで、対向する前記凸部間にルートギャップを形成させ、両試験片を前記隙間設定ブロックに押付けた状態に保持し、前記凸部間をレーザ溶接することを特徴とする溶接割れ試験方法。
2. 前記隙間設定ブロックと前記試験片間にシムを挿脱することで前記ルートギャップを調整する請求項１の溶接割れ試験方法。
3. レーザ溶接する溶接割れ試験に供せられる試験片であって、該試験片が平板から切出され、基部から凸部が突出した凸形状を有し、２つの前記試験片を前記凸部が対向する様に設置し、該凸部を突合わせることで該凸部の両側に形成される凹部に隙間設定ブロックを嵌込むことにより、ルートギャップを精密に管理した状態で前記凸部先端がレーザ溶接されることを特徴とする試験片。
4. 前記平板が板厚ｔを有し、前記凸部が突出長さＤを有し、該凸部先端がレーザ溶接された場合の溶接部の拘束力を前記突出長さＤ、前記板厚ｔの少なくとも一方の値を選択することで設定する請求項３の試験片。

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