JPH04182077A

JPH04182077A - 電子ビーム溶接方法及び装置

Info

Publication number: JPH04182077A
Application number: JP31071990A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Ando; 隆一安藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1990-11-16
Publication date: 1992-06-29

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〉この発明は、溶接の目外れを回避して安定した溶接作業
が行われるようにした電子ビーム溶接法、並びにそのた
めの電子ビーム溶接装置に関する。

〈従来技術とその課題〉近年、厚板材等を高能率で溶接する手段として定着する
ようになった電子ビーム溶接は、一方で、浮遊磁界や被
溶接材の残留磁気に影響されて電子ビームに曲がりが生
じ、その結果照射ビームの目外れ（狙い位置からのズレ
）が生じやすいと言う問題を有していることは良く知ら
れた事実である。

つまり、第２図で示したように、電子ビーム溶接に際し
て溶接線の近傍に“溶接線と平行方向の磁界Ｂ”が発生
したり存在していたりすると電子ビームがローレンツ力
Ｆを受けて円運動する傾向が現われ、このため電子ビー
ムの軌道が曲がって目標とする溶接線に到達せず、溶接
の目外れを招く訳である。

そこで、従来、このような溶接の目外れ防止を目的とし
てａ）電子ビームの通路を高透磁率材料のパイプで覆い、
これよって電子ビームへの磁界の影響を遮断して溶接を
行う方法（特開昭５８−１４８０８６号）。

ｂ）工作物の表面を僅かな隙間を置いて高透磁率材料製
の板で覆って磁界を遮断しておき、これを貫いて電子ビ
ーム溶接を行う方法（特開昭５８−１４８０８６号）。

Ｃ）溶接開先内に予め高透磁率材料を充填して浮遊磁界
を減少せしめ、この状態で電子ビーム溶接を行う方法（
特開昭５５−８４２８４号）。

ｄ）溶接線の裏側から被溶接材を通して磁界を印加し、
これによってビームの曲りを矯正しつつ電子ビーム溶接
を行う方法（特開昭５６−７７０８３号）。

ｅ）ビーム検知センサでビームの曲がりを検知し、偏向
コイルを有するビーム位置制御装置にてビームの位置を
修正しつつ電子ビーム溶接を行う方法（特開昭５７−１
１８８７６号）。

ｆ）溶接線を挾んで対向配置した磁気検出器により検出
される磁界からビームの曲がりを計算し、この計算値に
基づいて電子銃の位置を修正しつつ電子ビーム溶接を行
う方法（特開昭５９−３９４８７号）。

等の提案がなされている。

しかしながら、上記ａ）法では溶接中に変化する磁界へ
の対応が不可能であるため目外れを十分に防止すること
は困難であり、また前記ｂ）法やＣ）法では、目外れ防
止のために使用した高透磁率材料が一緒に溶は込んで溶
接金属の一部となるため、被溶接材として適用する鋼種
が制限されることが懸念された。

そして、前記ｄ）法は被溶接材の裏側から磁界を印加す
る手法を採るので電子ビーム軌道の修正が十分でなく、
特に電子ビーム入射部の目外れを防止することは困難で
あった。

一方、前記ｅ）法は、磁界の影響を受けない場合の電子
ビームの軌道と実際の電子ビームの位置の差を検出し、
これに基づいて電子ビームの軌道修正を行う方法である
が、この方法では溶接線近傍の磁界によるローレンツ力
の影響を阻止できないので電子ビームが円運動するのを
防止できず、やはり十分な目外れ抑制は困難であった。

更に、前記ｆ）法は、溶接線近傍の磁界を計測し、その
計測値に基づいて電子ビームの発射位置（を子銃の位置
）を修正する方法であるが、計測しようとする磁界が溶
接線と直交する方向であるので溶接線に平行な方向の磁
界の影響には効果がなく、そのため溶接の目外れ防止と
言う観点では十分な効果を得られなかった。

このようなことから、本発明の目的は、電子ビーム溶接
時の目外れを的確に防止し、健全で安定した溶接作業が
実施できる手段を確立することに置かれた。

く課題を解決するための手段〉本発明者は、前記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結
果、次のような知見が得られたのである。

ｔａ）　　電子ビームの曲りに対して影響を及ぼすのは
、溶接線と平行な面内に存在しかつ電子ビームと直交す
る磁束である。

山）そして、これらの中でも特に溶接の目外れに大きく
影響するのは溶接線に平行な方向の磁束ある。

（Ｃ１そこで、溶接線近傍に発生又は存在する磁界であ
って、かつ溶接線に平行な方向の磁界を検出し、それと
逆方向で同一強度の磁界を印加してやれば、溶接線近傍
の磁界が相殺されて磁界の存在しない状態が実現され、
電子ビームの曲がりを防止することが可能になる。

本発明は、上記知見事項等を基に完成されたもので、「電子ビーム溶接に際し、溶接線近傍における“溶接線
と平行な方向の磁界”を検出すると共に、検出された磁
界とは方向が逆で大きさが等しい磁界を溶接線と平行な
方向に印加しつつ溶接することにより、溶接の目外れを
的確に防止し得るようにした点」に特徴を有し、更には、「電子銃からの電子ビーム軌道に対向させて配置される
ところの、溶接線近傍の“溶接線と平行な方向の磁界”
を検出するための磁気検出器と、前記溶接線の近傍に“
溶接線と平行方向の磁界”を印加するための正逆切り替
え自在でかつ強弱調整自在な磁界印加装置とを備えしめ
て電子ビーム溶接装置を構成することにより、目外れを
的確に防止しつつ電子ビーム溶接を実施し得るようにし
た点」をも特徴とするものである。

さて、第１図は本発明に係る電子ビーム溶接装置例の概
念図であり、通常の電子銃１に加え、溶接線上の“電子
銃１からの電子ビーム２の軌道を中心として相対する位
置″を占めるような配置で、磁束を検知するホール素子
等の磁気検出素子３と磁界印加装置４とを備え、この磁
気検出素子３と磁界印加装置４が磁気検出回路５．フィ
ードバック又はフィードフォワード回路６並びに磁気印
加回路７に接続されて成るものを示している。

電子ビーム溶接を実施するに際しては、まず第１図に示
される装置の磁気検出素子３により溶接線近傍に浮遊す
る“溶接線に平行な方向の磁界“を検知して磁気検出回
路５にてその強度を計測し、この信号をフィードバック
又はフィードフォワード回路６及び磁気印加回路７を介
して磁気印加装置４に伝達すると共に、この磁気印加装
置４によって“磁気検出器で検出された磁界”と逆方向
の磁界を溶接線に平行な方向に印加しつつ溶接が行われ
る。このため、溶接線近傍に浮遊する“溶接線に平行な
方向の磁界”は磁気印加装置４により印加される磁界に
よって相殺されてしまうので、電子ビーム溶接は溶接線
近傍に“溶接線と平行方向の磁界”が存在しない状態で
行われることとなる。従って、電子ビーム４がローレン
ツ力によって溶接線から外れる方向に曲げられる恐れが
なくなり、溶接の目外れを的確に防止することが可能と
なる。

このように、本発明によると、溶接線近傍に発生してい
る浮遊磁界を計測し、これと逆方向の磁界を印加するこ
とにより浮遊する磁界によるビームの曲りを防止するた
め、従来法とは異なって溶接の目外れが確実に防止され
健全な溶接作業を実施できる訳であるが、以下、本発明
の効果を実施例によって更に具体的に説明する。

〈実施例）大旌別−土第１図に示した電子ビーム溶接装置を用い、板Ｊ！１０
０ｆｆの５Ｓ４１とモネルメタルの突合わせ溶接を実施
した。

この際、まず、本発明法に従い、磁界印加装置により第
３図に示したような“印加磁界”を“溶接線近傍に発生
していた溶接線に平行な磁界”とは逆の方向に印加しつ
つ、第１表に示す条件で電子ビーム溶接を行った。

この結果、溶接部のマクロ断面は第４図に示すような状
態となり、溶接口外れの無い健全な溶接が安定して行わ
れることが確認された。

一方、比較のため、磁界印加装置による磁界の印加を行
わずに第１表の条件で電子ビーム溶接を実施したところ
、溶接部のマクロ断面は第５図に示したようになり、溶
接の目外れを生じる結果となった。

犬１」（−■ “本発明法に従った電子ビーム溶接”及び“比較法又は
従来法に従った電子ビーム溶接”により、それぞれ板厚
３５ｍの５Ｓ４１と５ＵＳ３０４の突合わせ溶接を実施
した。

なお、“本発明法に従った電子ビーム溶接”は、第１図
に示した電子ビーム溶接装置を用い、磁界印加装置によ
り第６図に示したような“印加磁界”を“溶接線近傍に
発生していた溶接線に平行な磁界”とは逆の方向に印加
しつつ、前記第１表に示す条件で電子ビーム溶接を行っ
た。

また、比較法では磁界印加装置による磁界の印加を行わ
ずに前記第１表の条件で電子ビーム溶接を実施し、従来
法では前記ａ）法（特開昭５８−１４８０８６号の方法
）、前記ｅ）法（特開昭５７−１１８８７６号の方法）
並びに前記ｆ）法（特開昭５９−３９４８７号の方法）
に従い、それぞれ前記第１表の条件で電子ビーム溶接を
行った。

この結果、本発明法によると第７図のようにビームセン
ターと溶接線センターが一致した溶接部が安定して得ら
れたが、比較法では第８図に示すようにビームセンター
と溶接線センタ〜にずれが生じた。

また、従来法たる前記ａ）法では磁界遮断パイプを使用
するものの、磁界の強さに応じた制御が不能なため、時
として第９図に示すように溶接線センターとビームセン
ターが一致しない部位が発生した。

そして、従来法たる前記ｅ）法及び前記ｆ）法では、電
子ビームがどうしても磁界の影響を脱し切れずに曲がっ
た状態の゛ままで被溶接材に当たるため、何れの場合も
第１０図に示したような溶接部となり、溶接線センター
とビームセンターが一致した溶接部を安定して得ること
ができなかった。

く効果の総括〉以上に説明した如く、この発明によれば、溶接線近傍に
浮遊する磁界の影響を受けることな←電子ビーム溶接を
行うことができ、溶接の目外れを的確に防止しながら健
全な溶接作業を実施することが可能となるなど、産業上
極めて有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る電子ビーム溶接装置例の概念図
である。第２図は、浮遊磁界により電子ビーム溶接の目外れが生
しる様子を説明した概念図である。第３図は、実施例における印加磁界を示すグラフである
。第４図は、本発明例の結果を示したところの、溶接部に
おける金属のマクロ組織写真図である。第５図は、比較例の結果を示したところの、溶接部にお
ける金属のマクロ組織写真図である。第６図は、別の実施例における印加磁界を示すグラフで
ある。第７図は、本発明例による溶接部の状態を示した概略模
式図である。第８図は、比較例による溶接部の状態を示した概略模式
図である。第９図及び第１０図は、何れも従来例による溶接部の状
態を示した概略模式図である。図面において ■・・・電子銃、　　　　　　２・・・電子ビーム。３・・・磁気検出素子、　　　４・・・磁気印加装置。５・・・磁気検出回路。６・・・フィードバック又はフィードフォワード制御回
路。７・・・磁界印加回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電子ビーム溶接に際し、溶接線近傍における“溶
接線と平行な方向の磁界”を検出すると共に、検出され
た磁界とは方向が逆で大きさが等しい磁界を溶接線と平
行な方向に印加しつつ溶接することを特徴とする、電子
ビーム溶接方法。
（２）電子銃からの電子ビーム軌道に対向させて配置さ
れるところの、溶接線近傍の“溶接線と平行な方向の磁
界”を検出するための磁気検出器と、前記溶接線の近傍
に“溶接線と平行方向の磁界”を印加するための正逆切
り替え自在でかつ強弱調整自在な磁界印加装置とを備え
て成ることを特徴とする、電子ビーム溶接装置。