JPH0270389A

JPH0270389A - 電子ビーム溶接方法

Info

Publication number: JPH0270389A
Application number: JP21983488A
Authority: JP
Inventors: Kunio Koyama; 邦夫小山; Yukihiko Horii; 堀井　行彦; Masakuni Wakabayashi; 若林　正邦; Shigeru Okita; 茂大北
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-09-02
Filing date: 1988-09-02
Publication date: 1990-03-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、鋼等の金属材料を、電子ビームを使用して溶
接する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、厚板構造物に対する電子ビーム溶接法の適用が拡
大しつつある。これは電子ビーム溶接が厚板溶接に対し
て、高能率である、また溶接変形が少ない等の優位性が
認められてきたためである。

通常、電子ビーム溶接は電子ビームが被溶接部を貫通し
た状態で溶接する。しかし、施工条件においては貫通溶
接が出来ない部分、すなわち部分溶造み溶接（パーシャ
ル溶接）がある。パーシャル溶接では溶込み先端にスパ
イク欠陥と呼ばれる小さなポロシティ−欠陥が発生する
。例えば溶接部を補修する場合、再溶接による補修をし
た後、補修終了箇所で溶接を急に停止すると電子ビーム
の通過していた部分がキーホールとして残る。このキー
ホール防止策として、加速電圧または電流を新城させ、
次第に溶込み深さを減少させ溶接を終了する方法をとる
。このときパーシャル溶接になり、溶込み先端にスパイ
ク欠陥が発生する。

このスパイク欠陥防止に対して種々の対策が取られてい
る。例えば溶接終端部は機械研削等で除去し、別の溶接
法で溶接する等が最も古くから行われている。しかしこ
れでは作業が煩雑になる。

このため近年、電子ビームを各種方法で制御するスパイ
ク欠陥防止法が提案されている。その中でも電子ビーム
の焦点を制御する方法、また電子ビームの振動を制御す
る方法等が多い。通常電子ビーム溶接機は第２図に示す
ように電子ビーム照射４方向に対して直角面上の２方向
に電子ビームを振動させる電磁コイル１を有している。

この電磁コイルは通常４分割されているが、それぞれ対
向する２つで１組となる２組Ｘ、ｙの構成である。

このＸとｙに同じ周波数の電気を流し、電子ビームを振
動させ、またその電流量で振幅を制御している。そして
このｘ、ｙの電流は位相を９０度ずらし、電子ビームの
軌跡２は円または楕円を描く。

しかし単にこのようなオシレーションでパーシャル溶接
においてスパイク欠陥が発生する。これに対して、例え
ば特開昭６０−３９８６号公報では、溶接進行方向とそ
の直角方向に電子ビームを振動させながら、さらに、こ
れに重複して溶接進行方向に電子ビームを振動させる電
磁コイルを設け、これにより、溶接進行方向に重複した
振動を与え、スパイク欠陥を防止する方法が提案されて
いる。

［発明が解決しようとする課題］しかし、この方法は電子ビーム発生源と被溶接体の間に
新たな電磁コイル設置が必要で装置全体が大きくなる。

電子ビーム溶接は真空状態でおこなうため、若干の装置
拡大でも、その設備費が大きくなる。あるいは真空排気
時間が長くなる等が発生する。更にこの方法は溶接進行
方向に対して偏向方向が平行になるよう電子コイル位置
を調整する必要がある。

本発明は電子ビーム溶接において、簡便に電子ビームの
振動を制御して、溶接終端部等のパーシャル溶接で発生
するスパイク欠陥を防止するものである。

（課題を解決するための手段〕本発明の要旨は、電子ビームを振動しておこなう電子ビ
ーム溶接方法において、電子ビームを照射する方向に対
して直角の面上の２方向に電子ビームを振動できる機能
を有する装置を使用して、２つの振動方向のそれぞれの
１秒間あたりの振動回数をＸ、Ｙとするとき、Ｘ、Ｙそ
れぞれは５０回以上、１０．０００回以下の範囲で、且
つＸ、Ｙのいずれかが１，０００回以下のときはＸとＹ
の関係が下記１式または２式で示す条件を満足する範囲
、またＸおよびＹの両方が１，０００回を越えるときは
下記３式または４式で示す条件を満足する範囲で、その
振動の振幅を被溶接材表面で２　ｍｍ以上、６薗以下と
することを特徴とする電子ビーム溶接方法にある。

１式２式３式４式ｌｏｇ　Ｙ　＜　１．８５５１　・ｌｏｇ　Ｘ　　２．
５６９７ｌｏｇＹ　＞０．５３９１−ｌｏｇＸ　＋１．
３８５１Ｙ＜０．９９・ＸＹ　＞１．０１　・　Ｘ［作用］上記方法によれば、電子ビームでのパーシャル溶接にお
いてビード外観形状を悪化させることなく、電子ビーム
の分散がよく行なわれ、ビード溶造み深さを均一化でき
、またビード溶造み先端部の面積を太き（することがで
き、さらに溶融池がよく攪拌でき、ガス抜けを良くし、
スパイク欠陥発生を防止できるものである。

まずｘ、ｙそれぞれの振動数Ｘ、Ｙであるが、Ｘ、Ｙど
ちらか一方が１秒間あたり５０回以下では後述するＸと
Ｙの関係を制御しても電、子ビームの分散、溶融金属の
攪拌がよく行われずスパイク欠陥を防止できない。また
振動数の上限は特に規制されるものではないが１秒間あ
たりｔｏ、ｏｏｏ回以上では電磁コイル内の残留電流等
により、振動が追従できなくなり、特に優れた効果は伺
われず、実用的には１０，０００回以下である。

次にＸ、Ｙそれぞれの関係であるが、Ｘ、Ｙに差を付け
ることにより電子ビームの軌跡が描（図形（リサージ二
図形）が単なる円形または楕円から、より複雑な図形に
なり、電子ビームがよく分散される。電子ビームの強度
（溶は込みのための力）は平均的には一定であるが、ミ
クロ的には変動しており、強いときは溶は込みが深く、
弱いときは浅くなる。この変動はスパイク欠陥発生の主
要な要因である。電子ビームの分散を良くすることは、
この電子ビーム強度の変動を緩和し、スパイク欠陥防止
に効果がある。しかしＸ、Ｙのいずれかが１，０００回
／秒以下の場合は電子ビームの移動速度が遅いため、リ
サージュ図形をより複雑化して、電子ビームをより分散
する必要があり、１弐ｌｏｇＹ　＜１．８５５１　・ｌ
ｏｇＸ−２，５６９７あるいは２弐ｌｏｇ　Ｙ　＞０．
５３９１　・ｌｏｇ　Ｘ　＋　１．３８５１を満足する
範囲にする必要がある。ＸおよびＹが１，０００回／秒
を越える振動条件のときは高速で電子ビームが移動する
ため、３式Ｙ　＜０．９９　・Ｘあルイは４式Ｙ＞１．
０１・Ｘに示す範囲であれば電子ビームの分散が十分確
保できスパイク欠陥が防止できる。

この時の振動の振幅はＸ、、Ｙそれぞれ２０以上、６鵬
以下にする。振幅が２＋ｎｍより小さいと電子ビームを
よく分散したとしても溶は込み先端の形状は鋭くスパイ
ク欠陥を防止できない。また振幅を６ｍｍより太き（す
ると溶融金属の攪拌が強くなりすぎ、溶融金属の垂れ落
ち等が発生し、ビード形状が悪化するため不適切である
。

なおこのときのＸ、Ｙの周波数、振幅の制御は前述した
４極の電磁コイルの対向する２極を１組とし、この２組
にそれぞれ独立した交流発振器を接続し、所定の周波数
で電気を流す。振幅はこのときの電流量で制御する。ま
たこのときの交流発振器は同期している必要はなく、非
同期の方が好ましい、またＸとＹの比Ｘ／ＹまたはＹ／
Ｘが整数であるよりも、整数でないものが各サイクル毎
の位相が異なり、ビームがより分散されるため、スパイ
ク欠陥防止に好ましい。

（実施例〕以下、実施例で本発明の効果を具体的に説明する。

被溶接材は板厚８０ｍｍの軟鋼平板で、これを真空室内
に立てて設置し、これに電子ビームを水平方向で照射す
る横向き水平溶接をした。定常部は加速電圧１２０ｋＶ
、加速電流３００ｍＡで実施、溶接終端部で加速電流を
新城させ、４５秒間で加速電流をＯにする方法で溶は込
みを次第に浅くする処理を実施し、この部分でのスパイ
ク欠陥発生状況、ビード外観形状と電子ビーム振動条件
との関係を検討した。

その他の主要溶接条件は以下の通り一定とした。

電子ビーム移動速度（溶接速度）　ｌ　７　（ｍ／ｍｉ
ｎ、電子ビーム収束レンズ−被溶接物の距離５００ｍｍ
、電子ビーム焦点は定常溶接のときほぼ被溶接物表面上
とした。振動を与える電磁コイルには２つの交流発振器
を接続し、周波数はそれぞれ独立して設定した。

第１表に実施例の一覧を示す。実施Ｎｏ、　１〜６は本
発明例であり、Ｎｏ、　７〜１２は比較例である。また
第１図にＸ、Ｙの関係と試験実施Ｎαを示す。

第１表実施例実施Ｎｏ、　１〜４は電子ビームの振幅をｘ、ｙとも４
１Ｍ１一定とし、Ｘ、ＹをそれぞれＮα１はＸ＝５８回
／秒（Ｈｚ）　、Ｙ＝５０００Ｈｚ、　Ｎｏ、２はＸ＝
４８１０１１ｚ、Ｙ　＝５０００Ｈｚ、　Ｎｏ、　３は
Ｘ　＝　１１９０Ｈｚ、　Ｙ　＝　１０００Ｈｚ、　Ｎ
ｏ。

４はＸ＝２５０ＨｚＳＹ＝５８Ｈｚで実施したもノテあ
る。

いずれもスパイク欠陥の発生は認められない。またビー
ド外観はクレータ−として若干の凹が認められるが、こ
れはフィラーワイヤーによる溶融金属の増量での補修、
あるいは溶接後の被覆アーク溶接等の補修で容易に補修
できる程度で、実用上まったく問題にならない外観が得
られた。

実施阻３，５．６はＸ、ＹはそれぞれＸ＝１１９０Ｈｚ
、　Ｙ　＝　１０００Ｈｚ一定とし、ｘ、ｙの振幅をＮ
（１５はｘ、ｙとも２ｍｍ、　Ｎｏ、　３はｘ、ｙとも
４　ｍｍ、　Ｎｏ、　６はｘ、ｙとも６鴫で実施した。

いずれもスパイク欠陥は認められない。振幅を太き（す
ると、次第にビード外観は悪化する傾向が認められたが
実施Ｎα６のｘ、７６ｍｍでも実用上問題のないビード
外観を確保できた。

実施ＮＩＩＬ７〜１０はビームの振幅はｘ、ｙとも４胴
一定とし、Ｘ、ＹをそれぞれＮｏ、　７はＸ＝６０Ｈｚ
。

Ｙ　＝　　６　０　Ｈｚ、　　Ｎｏ、　８　　はＸ　　
＝　　６　０　Ｈｚ、　　Ｙ　＝１８０Ｈｚ　、　１１
０゜９はＸ　−５０００Ｈｚ、　Ｙ　＝　４０　Ｈｚ、
、Ｎｏ、　１０はＸ＝５０００Ｈｚ、　Ｙ　＝５０００
ｆｌｚで実施したものである。ビード外観は実施Ｎｏ、
　１〜４と同様で特に問題がなかったが、いずれもスパ
イク欠陥が発生した。

実施Ｎｏ、１１．１２はＸ、　ＹはそれぞれＸ＝５００
０Ｈｚ、　Ｙ＝５０００）１ｚ一定とし、ｘ、ｙの振幅
をＮ０１１はｘ、ｙとも１ｍｍ、Ｎｏ、１２はｘ、ｙと
も８　ｍｍで実施した。どちらもスパイク欠陥の発生が
認められた。また実施Ｎα１２振幅を８ｍ［ＩＩと大き
くしたものはビード外観も悪化し、実用できなかった。

〔発明の効果〕

本発明による電子ビーム溶接は設備上も容易であり、ま
たその操業上も特に煩雑になることなく、パーシャル溶
接時のスパイク欠陥が防止できる。

スパイク欠陥の防止は手入れ費用の低減ができる。

またパーシャル溶接適用可能範囲が拡大できる等があり
、産業におよぼす経済的、技術的効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子ビーム振動Ｘ、Ｙの関係における実施例に
示した実施Ｎαと範囲の概要を示すグラフ、第２図は電
子ビーム溶接における電子ビーム振動の模式図である。１・・・振動用電磁コイル、　２・・・電子ビームの軌
跡、　３・・・被溶接材、　４・・・電子ビーム照射。出　願　人　新日本製鐵株式会社代理人弁理士　　青　　柳　　　　　　稔振動数　Ｘ　
（回／秒）第１図ｊｉＺ図

Claims

【特許請求の範囲】１、電子ビームを振動しておこなう電子ビーム溶接方法
において、電子ビームを照射する方向に対して直角の面
上の２方向に電子ビームを振動できる機能を有する装置
を使用して、２つの振動方向のそれぞれの１秒間あたり
の振動回数をＸ、Ｙとするとき、Ｘ、Ｙそれぞれは５０
回以上、１０，０００回以下の範囲で、且つＸ、Ｙのい
ずれかが１，０００回以下のときはＸとＹの関係が下記
１式または２式で示す条件を満足する範囲、またＸおよ
びＹの両方が１，０００回を越えるときは下記３式また
は４式で示す条件を満足する範囲で、その振動の振幅を
被溶接材表面で２ｍｍ以上、６ｍｍ以下とすることを特
徴とする電子ビーム溶接方法。１式ｌｏｇＹ＜１．８５５１・ｌｏｇＸ−２．５６９７２式ｌｏｇＹ＞０．５３９１・ｌｏｇＸ＋１．３８５１３式Ｙ＜０．９９・Ｘ４式Ｙ＞１．０１・Ｘ