JPH0324315B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はフイラワイヤ等の溶加材を供給しつつ
電子ビーム溶接を行う装置に関する。

〔従来の技術及びその問題点〕

電子ビーム熱源はエネルギ密度が非常に高いた
め、これを溶接に適用すると極めて大きい溶込み
が得られる。高出力電子ビーム溶接装置を用いれ
ば150mm以上の板厚の鋼板１ランで溶接すること
も可能である。従つて、電子ビーム溶接において
は開先形状をＩ形にし、開先面を密着させ開先間
隙０mmの状態で溶接と行うのが一般的である。こ
のため、アーク溶接の如く開先内を充填するため
の溶加材を必要とせず、これが電子ビーム溶接の
大きな特長の一つになつている。

しかしながら、実構造物においては、開先間隙
を常に０mmに保つことは容易でなく、また対象物
によつては開先開隙を無くすことが困難な場合が
あり、フイラワイヤ等の溶加材供給電子ビーム溶
接技術の確立が必要とされる。例えば、0.5mm以
上の開先間隙が存在する場には溶接金属内部に大
きな空洞欠陥が発生するようになる。この欠陥は
開先間隙分に相当する溶融金属が不足することに
よつて発生するものであり、このような場合に
は、電子ビーム溶接といえども溶加材を添加する
ことによつて溶融金属の不足分を補つて溶接しな
ければならない。

また、電子ビーム溶接金属は母材が溶融・凝固
したもであり、材種によつては電子ビーム溶接金
属の機械的性質が母材のそれを大幅に下回る場合
がある。このの場合には溶接金属中に溶加材を添
加して溶接金属の化学成分を適正化し、機械的性
質の向上を図る必要がある。溶加材の供給形態は
実用的には、フイラワイヤのの連続送給で行うの
が溶接施工上最も望ましい。

以上の如く、フイラワイヤを供給しての電子ビ
ーム溶接は、電子ビーム溶接の応用拡大を図る上
で極めて重要な技術である。しかし、フイラワイ
ヤを供給しつつ電子ビーム溶接する方法は技術的
に必ずしも容易でない。第５図はフイラワイヤ２
を用いた電子ビーム溶接の実施状況を示すもの
で、４は被溶接材、１は電子ビーム、Ａはビーム
孔、Ｂは溶融金属であり、フイラワイヤ２を安定
して添加するには電子ビーム１とフイラワイヤ２
のビーム孔内における衝突位置、すなわちその衝
突位置の被溶接材表面からの深さｈを適正範囲内
に維持することが重要になる。

ところが、被溶接材に大きな残留磁気が存在す
る場合には、フイラワイヤと電子ビームの衝突位
置が大幅にずれ、フイラワイヤを安定に添加する
ことが不可能になる。この様子を第６図ａ，ｂに
示す。被溶接材の残留磁気を溶接線方向（B_X）
と溶接線直角方向（B_Y）とに分けると、B_Xは電
子ビームを第６図ａに示すように溶接線直角方向
に、またB_Yは第６図ｂに示すように溶接線方向
にそれぞれ偏向させる。フイラワイヤを添加しな
い場合はB_Xのみを考慮すればよいが、フイラワ
イヤを供給しつつ溶接する場合はB_Xのみならず
B_Yの制御も極めて重要になる。というのは、溶
接線直角方向の残留磁気B_Yが大きい時には、第
７図に示すように電子ビーム１とフイラワイヤ２
の衝突位置が大幅に変動し、極端な場合にはａの
如くフイラワイヤ自体の溶融が不可能になつた
り、或いはｂの如くフイラワイヤ２と電子ビーム
１がビーム孔外で衝突し、溶接部にフイラワイヤ
がが添加されなくなる。なお、B_Yは対向する溶
接すべき母材端面の磁極が一方がＮ極で他方がＳ
極である場合には非常に大きくなり、例えば開発
間隙2.0mmで突合せた場合、一枚板の状態で端面
でのB_Yが８ガウスであつたものが、開先内では
90ガウス、被溶接表面で35ガウスにも達する。

従つて、フイラワイヤを溶接部に安定添加して
電子ビーム溶接を行うには、溶接線直角方向の磁
界B_Yを制限する必要がある。このような問題は
被溶接材を脱磁処理することにより解決可能であ
るが、脱磁を行うには多大なる設備と工数が要求
されるだけでなく、脱磁後の被溶接材の取り扱い
も極めて厳格なものが要求され、実用的に採用し
難い方法である。なお、実験によれば、フイラワ
イヤを供給して電子ビーム溶接する時の許容残留
磁気B_Yは被溶接材表面上（但し2.0mm開先間隙を
有する継手）で約８ガウスである。

本発明はこのような従来の問題に鑑みなされた
もので、被溶接材に溶接線直角方向の磁界B_Yが
存在している場合でも、フイラワイヤを溶接部に
供給しての電子ビーム溶接を安定且つ容易に行う
ことができる装置を提供せんとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

このため本発明は、電子銃から放出された電子
ビームが被溶接材に到達するまでの間に、溶接線
直角方向の磁界B_Yによつて溶接線方向に偏向さ
れることがないように、電子ビーム通路を磁界か
らシールドする磁気シールド筒と、この磁気シー
ルド筒に溶加材供給のために設けられるガイド機
構とを備えた磁気シールド装置を設けたことをそ
の基本的特徴とする。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示すものである。

図において、３は溶接装置本体たる電子銃、５
は本発明を構成する磁気シールド装置である。

磁気シールド装置５は、磁気シールド筒６とこ
の磁気シールド筒に設けられる溶加材ガイド機構
７とからなつている。

磁気シールド筒６は、電子ビーム通路を磁界か
らシールドするためのもので、電子銃３のビーム
放出側から延出し、先端開口が溶接部近傍に位置
できるようになつている。

溶加材ガイド機構７はフイラワイヤ等の溶加材
を磁気シールド筒６先端外方の所定の位置に供給
するために設けられるもので、本実施例では、磁
気シールド筒６に形成されるガイド孔８により構
成されている。このガイド孔８は磁気シールド筒
６の先端寄りの部分に、軸線が磁気シールド筒６
の軸線とシールド筒先端外方位置（＝溶加材と電
子ビームとの衝突位置）で交差するよう斜めに形
成されている。このような溶加材ガイド機構７に
よればフイラワイヤ２はガイド孔８にガイドされ
磁気シールド筒６内を通過して被溶接材側に到達
する。

第２図ａないしｃは、それぞれ溶加材ガイド機
構の他の実施例を示すものである。

このうち第２図ａは磁気シールド筒６にガイド
筒９を貫設した構造、また第２図ｂは磁気シール
ド筒６の下端に溶加材挿通用のスリツト１０を設
けた構造である。さらに第２図ｃは磁気シールド
筒６に設けられた貫通孔１１にガイド筒９′を上
下動及び上下傾動可能に取付けた構造であり、こ
れによりフイラワイヤの供給角度及び供給位置を
調整できるようにしている。

第３図ａ及びｂはそれぞれ磁気シールド装置の
他の実施例を示すもので、溶加材を磁気シールド
筒内を通すことなく供給できるよう、ガイド機構
をシールド筒外側に設けたものである。このうち
第３図ａは磁気シールド筒６の先端にテーパ状の
絞り部１２を形成し、この絞り部１２のテーパ状
外面に溶加材ガイド機構７たるガイド筒９″を設
けたものである。また、第３図ｂは磁気シールド
筒６の先端に傾斜部１３を設け、この傾斜部１３
に同様のガイド筒９″を設けたものである。

また、磁気シールド筒内に金属蒸気が多量流入
すると、磁気シールド内の真空度が低下しビーム
散乱の原因になる。このため第４図イ及びロに示
すように、磁気シールド筒６に溶接により発生す
る金属蒸気の排出孔１４を多数設けた構造とする
ことができる。実験において、第４図に示すよう
な４mmφの排出孔１４を10mm間隔で多数形成させ
溶接を行つたが、シールド筒内の金属蒸気の充満
はなく、また磁気シールド特性が低下することも
なくその効果が十分に確認された。

なお、本発明では、磁気シールド筒６として円
筒状の管材のほか、断面矩形、三角形等の角形管
材等を用いることもできる。

次に、本発明装置及び従来装置により電子ビー
ム溶接を行つた結果を述べる。

被溶接材には板厚100mmのSB49材を使用し、ス
ペーサを用いて開先間隙2.0mmを有する継手を用
意した。本発明装置の磁気シールド筒には肉厚５
mm、内径25mmの軟鋼製の円筒形パイプを用い、こ
れにビーム軸に対し20゜の角度でもつてフイラワ
イヤを供給するためのガイドを設けた。用いたフ
イラワイヤの直径は2.0mmである。磁気シールド
パイプ先端と被溶接材との間隔は10mmとした。主
な溶接条件は、溶接姿勢は横向とし、加速電圧
150KV、ビーム電流220mA、溶接速度15cm／
min、フイラワイヤ供給速度950cm／minである。
この時の被溶接材の溶接線直角方向の残留磁気
B_Yは被溶材表面で30ガウスであつた。電子ビー
ムとフイラワイヤは被溶接材表面から内部に４mm
入つたビーム孔内で衝突するようにセツトした。

本発明の溶接装置によれば、磁気シールド装置
をを設けたことにより被溶接材に大きな残留磁気
B_Yが存在するにもかかわらず、フイラワイヤは
極めてスムーズに溶接部に供給され内質欠陥の無
い良好な溶接ビードが形成された。

比較のために、上記磁気シールド筒を用いず
に、同一溶接条件下でフイラワイヤを供給して溶
接を行つた。この場合には電子ビームが溶接方向
に大きく曲がつたためフイラワイヤは全く溶融せ
ず溶接することができなかつた。

以上の如く、本発明の効果の絶大なることが確
認された。

なお、磁気シールド筒と被溶接材との間隔が過
大になると、この間で電子ビームが大きく偏向
し、フイラワイヤの安定添加に支障をきたすた
め、取り得る間隔は必然的に制限される。例えば
被溶接材表面で40ガウスの残留磁気B_Yがある場
合には、フイラワイヤを安定して添加するために
その間隔を15mm以下に制限する必要があつた。こ
の場合、フイラワイヤをビーム孔内の適正位置に
供給するには、磁気シールド筒内を通してフイラ
ワイヤを送給しなければならない。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明装置によれば、被溶接材に大
きな残留磁気が存在する場合にも、フイラワイヤ
等の溶加材を安定的に添加した電子ビーム溶接を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例及びそれによる
溶接状況を示す説明図である。第２図ａないしｃ
はそれぞれ本発明装置における溶加材ガイド機構
の実施例を示す説明図である。第３図ａ及びｂは
それぞれ本発明装置の他の実施例を示す説明図で
ある。第４図イ及びロは本発明装置の他の実施例
を示すもので、第４図イは斜視図、第４図ロは縦
断面図である。第５図は従来の電子ビーム溶接装
置による溶接状況を示す説明図である。第６図ａ
及びｂは被溶接材残留磁気によるビーム偏向方向
を示す説明図である。第７図ａ及びｂは溶接線直
角方向残留磁気が存在する場合のビーム偏向とフ
イラワイヤとの位置関係を示す説明図である。 図において、５は磁気シールド装置、６は磁気
シールド筒、７は溶加材ガイド機構を各示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶加材を連続的または断続的に供給しつつ溶
   接を行う電子ビーム溶接装置において、中空内を
   電子ビームが通過すべき磁気シールド筒と該磁気
   シールド筒に設けられた溶加材ガイド機構とから
   なる磁気シールド装置を備えたことを特徴とする
   電子ビーム溶接装置。