JPH11138280A - レーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ溶接方法として、レーザ溶接装置の構
造複雑化や設備コストの上昇を伴わず、格別に入熱量を
大きくする必要もなく、溶接部のブローホールの発生を
効果的に防止ないし低減できる手段を提供する。 【解決手段】 被溶接材１，１同士を突き合わせた開先
線３に沿ってレーザビーム２を相対移動させつつ照射し
て開先面１１を溶接するに当たり、レーザビーム２の照
射方向を開先線３に対する垂直方向から前進角α又は後
退角を持つように傾斜させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被溶接材同士を突
き合わせ、その開先線に沿ってレーザビームを相対移動
させつつ照射して開先面を溶接するレーザ溶接方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ溶接は、高精度、高能率な溶接技
術として、船舶、鉄構、原動機、プラント機器、各種機
械等の広範な産業分野で嘱望されている。しかして、一
般的に従来におけるレーザ溶接は、図１に示すように、
被溶接材１，１の加工された被溶接面を突き合わせてＩ
型開先１０を構成し、レーザ溶接ヘッド２０を開先線３
に沿って移動させつつ、このヘッド２０より出射される
レーザビーム２を被溶接材１，１の表面に対して垂直
（開先線３との角度θ＝９０度）に照射する。このと
き、被溶接材１，１が数十ｍｍの厚みを有していても、
レーザビーム２の高エネルギー密度により、照射位置で
開先面１１に臨む両側の素材が厚み幅全体に溶融するた
め、１パス（１回の走査）で溶接が完了する。

【０００３】しかしながら、このようなレーザ溶接で
は、図２の溶接部断面に示すように、被溶接材１，１の
厚みが大きくなるほど、溶接層４中に溶接欠陥となるブ
ローホールＨが多発し、溶接継手の不良ないし品位低下
に繋がるという問題があった。これは、図３（イ）に示
すようにレーザビーム２の照射点の直下に形成されるキ
ーホール５から気体が後方側の素材の溶融領域６内へ入
り込んで気泡ｈとなり、この気泡ｈが浮力によって素材
溶融物中を鉛直に上昇してゆくが、同図（ロ）に示すよ
うに溶接の進行に伴って溶融領域６が一定幅を保ちつつ
前方へ移行するため、該気泡ｈが上方外部へ抜け出す前
に、その周囲の素材溶融物が冷却・凝固してしまい、も
って同図（ハ）に示すように凝固した溶接層４中にブロ
ーホールＨとして残ることによると考えられる。なお、
ブローホールＨの気体は、溶接部を大気から遮断するた
めに使用されるシールドガスや、レーザ誘起プラズマを
除去するために使用されるアシストガスを主成分とする
ことが多い。

【０００４】そこで、従来においては、ブローホールＨ
の防止ないし低減を目的として、レーザビーム２を被溶
接材１，１の開先線３に沿って照射する際、ａ）照射軌
跡が図４（イ）の如きジグザグ状や同図（ロ）の如き螺
旋状を描くように設定したり、ｂ）同図（ハ）の如く複
数の照射スポット２ａ，２ｂが近接する状態としたり、
ｃ）同図（ニ）の如く開先線３に沿う細長いパターンの
照射スポット２ｃを生じるように設定したり、更には
ｄ）照射スポットが所謂ぼかした状態となるように焦点
位置を被溶接材の表面から外方又は内方にずらせる（図
示省略）等の方法により、溶融した素材が冷却・凝固す
るのを遅らせ、もって溶融領域６内へ入り込んだ気泡ｈ
が上方外部へ抜け出すための時間的余裕を得るようにし
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ａ
の方法では照射軌跡をジグザグ状や螺旋状とするための
レーザビームの揺動機構、同ｂの方法では複数本のレー
ザビーム、同ｃの方法では照射スポットを細長いパター
ンとするための特殊な集光光学系、が各々必要となり、
いずれもレーザ溶接装置の構造複雑化、設備コストの上
昇を招くという問題がある。しかも、前記ａ及びｄの方
法では開先線に沿うレーザビームの照射幅が広く多量の
素材を溶融させることになり、また同ｂ及びｃの方法で
も照射スポットの面積が大きくなるから、いずれにして
も図１で示す通常のレーザ溶接に比較して開先線の単位
長さ当たりの入熱量が増大し、エネルギーコストが高く
付くと共に、被溶接材自体や周辺器材に大きな入熱量に
起因した熱的悪影響が及ぶ懸念がある。

【０００６】本発明は、上述の状況に鑑み、レーザ溶接
方法として、レーザ溶接装置の構造複雑化や設備コスト
の上昇を伴わず、しかも格別に入熱量を大きくする必要
もなく、溶接部のブローホールの発生を効果的に防止な
いし低減できる手段を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明に係るレーザ溶接方法は、図面の参
照符号を付して示せば、被溶接材１，１同士を突き合わ
せた開先線３に沿ってレーザビーム２を相対移動させつ
つ照射して開先面１１を溶接するに当たり、該レーザビ
ーム２の照射方向を開先線３（３ａ，３ｂ）に対する垂
直方向から前進角α又は後退角βを持つように傾斜させ
ることを特徴とする構成を採用したものである。すなわ
ち、この構成では、レーザビーム２の照射方向が従来の
レーザ溶接のような開先線３に対する垂直方向ではな
く、該垂直方向から前進角α又は後退角βを持つ傾斜方
向であるため、溶接進行中において、照射位置後方に生
じる溶融領域６の輪郭をその内部へ入り込んだ気泡ｈの
浮上・放出が促進される形状に容易に設定できる。

【０００８】請求項２の発明では、上記請求項１のレー
ザ溶接方法において、開先面１１の幅方向を非水平方向
として配置した被溶接材１，１同士を溶接する際、レー
ザビーム２の照射方向を、その照射位置後方に生じる素
材溶融物の前記幅方向における下位側の凝固よりも上位
側の凝固が遅れる傾斜方向に設定する構成としている。
この場合、溶融領域６内へ入り込んだ気泡ｈは素材溶融
物中を鉛直に上昇すると共に、この上昇過程で溶融領域
６もレーザビーム２の照射位置の移動に伴って一定幅
（溶接進行方向に沿う前後幅）を保ちつつ溶接進行方向
へ移行してゆくが、素材溶融物の凝固は前記幅方向にお
ける下位側よりも上位側が遅れるため、気泡ｈが上方外
部へ抜け出すための時間的余裕が得られることになる。

【０００９】請求項３の発明では、上記請求項２のレー
ザ溶接方法において、開先面１１の幅方向が非水平方向
であって且つ該開先面１１の両側縁をなす開先線３ａ，
３ｂが水平方向に沿うように配置（Ａ）〜（Ｄ）した被
溶接材１，１同士の溶接において、前進角αを持つ照射
方向としたレーザビーム２を上縁側の開先線３ａに沿っ
て照射する構成としている。この場合、溶融領域６の輪
郭は菱形になり、開先面１１の幅方向を基準とすれば、
素材溶融物の凝固は下位側よりも上位側が遅れることに
なるから、溶融領域６に入り込んだ気泡ｈが上方外部へ
抜け出すための時間的余裕が得られる。

【００１０】請求項４の発明では、上記請求項２のレー
ザ溶接方法において、開先面１１の幅方向が非水平方向
であって且つ該開先面１１の両側縁をなす開先線３ａ，
３ｂが水平方向に沿うように配置（Ａ）〜（Ｄ）した被
溶接材１，１同士の溶接において、後退角βを持つ照射
方向としたレーザビーム２を下縁側の開先線３ｂに沿っ
て照射する構成としている。この場合、請求項３と同様
に、溶融領域６の輪郭は菱形になり、開先面１１の幅方
向を基準として素材溶融物の凝固は下位側よりも上位側
が遅れるから、溶融領域６に入り込んだ気泡ｈが上方外
部へ抜け出すための時間的余裕が得られる。

【００１１】請求項５の発明では、上記請求項１のレー
ザ溶接方法において、開先面１１の幅方向が水平方向で
あって且つ該開先面１１の両側縁をなす開先線３，３が
非水平方向となるように配置（Ｅ）（Ｆ）した被溶接材
１，１同士の溶接において、前進角α又は後退角βを持
つ照射方向としたレーザビーム２を開先線３の上側から
下側へ移動させつつ照射する構成としている。この場
合、溶融領域６の溶接方向が下向きであるから、溶融領
域６と溶接層４との境界部６ａは該溶融領域６における
上縁に位置する形で溶接の進行と共に下向移動してゆく
が、この境界部６ａはレーザビーム２が前進角α又は後
退角βで照射されるために常時傾斜した状態となり、溶
融領域６に入り込んだ気泡ｈは上昇して前記境界部６ａ
近傍に達すると傾斜に沿って斜め上方へ移動し、速やか
に側方外部へ放出されることになる。

【００１２】請求項６の発明に係るレーザ溶接方法は、
開先面１１の幅方向が水平方向であって且つ該開先面１
１の両側縁をなす開先線３，３が非水平方向となるよう
に配置した被溶接材１，１同士の溶接において、開先線
３に対して垂直な照射方向としたレーザビーム２を開先
線３の下側から上側へ移動させつつ照射する構成とす
る。この場合、溶接方向が上向であるから、元来より溶
融領域６に気泡ｈが入り込みにくく、従ってレーザビー
ム２に前進角及び後退角を設定する必要は特にない。

【００１３】請求項７の発明では、上記請求項１のレー
ザ溶接方法において、被溶接材１，１が管体であり、そ
の水平管部１ａ，１ａの端面同士を突き合わせた全周を
溶接するに当たり、レーザビーム２を上半周部１１ａで
は前進角αを持つ照射方向、下半周部１１ｂでは後退角
βを持つ照射方向に設定する構成としている。すなわ
ち、レーザビーム２の照射が上半周部１１ａの溶接では
前進角α、下半周部１１ｂの溶接では後退角βであるた
め、共に溶融領域６における素材溶融物の凝固は下位側
よりも上位側が遅れることになり、溶融領域６に入り込
んだ気泡ｈが上方外部へ抜け出すための時間的余裕が得
られる。

【００１４】請求項８の発明では、上記請求項１〜５及
び７のいずれかのレーザ溶接方法において、レーザビー
ム２の前進角α及び後退角βが５〜４５度の範囲である
ため、溶融領域６の上下位での素材溶融物の凝固の時間
差、もしくは該溶融領域６と溶接層４との境界部６ａの
傾斜による気泡ｈの排出促進作用を十分に発揮できると
共に、被溶接材１，１の開先面１１の幅が広い場合でも
レーザビーム２の強度をさほど大きくせずに溶接を行え
る。すなわち、上記角度が５度未満では上記時間差及び
傾斜度合が僅かになるために気泡ｈの排出促進作用が小
さく、また上記角度が４５度を越える場合は開先面１１
を横切るレーザビーム２の行程が長くなるため、その行
程分の被溶接材１，１を一挙に溶融させる上で非常にエ
ネルギー密度の高いレーザビームを必要とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るレーザ溶接方
法の実施例を図面を参照して具体的に説明する。図５及
び図６における（Ａ）〜（Ｈ）は、被溶接材１，１が板
体である場合の代表的な配置形態を模式的に例示したも
のである。すなわち、（Ａ）では被溶接材１，１が水平
で開先面１１は垂直、（Ｂ）では被溶接材１，１が垂直
で開先面１１は傾斜、（Ｃ）では被溶接材１，１が傾斜
して開先面１１は傾斜、（Ｄ）では被溶接材１，１が傾
斜して開先面１１は垂直、という配置形態であるが、こ
れら（Ａ）〜（Ｄ）における開先線３はいずれも水平方
向に沿っている。一方、（Ｅ）では被溶接材１，１が垂
直で開先面１１及び開先線３も垂直となり、（Ｆ）では
被溶接材１，１が垂直で開先面１１及び開先線３は傾斜
し、（Ｇ）では被溶接材１，１及び開先線３は傾斜して
開先面１１が垂直となり、（Ｈ）では被溶接材１，１と
開先面１１及び開先線３がいずれも傾斜している。

【００１６】（Ａ）の配置形態では溶接を上面側から行
う場合（下向溶接姿勢）と下面側から行う場合（上向溶
接姿勢）とがある。まず、上面側からの溶接では、図７
に示すように、レーザ溶接ヘッド２０から出射されるレ
ーザビーム２は、従来のような被溶接材１，１の表面に
対する垂直方向ｙではなく、該垂直方向ｙから前進角α
をなす傾斜方向として上縁側の開先線３ａに沿って照射
する。なお、この前進角αをなす傾斜方向は、言うまで
もなく垂直な開先面１１の面内にある。

【００１７】この場合、図８（イ）〜（ハ）に示すよう
に、移動するレーザビーム２の照射点の直下にキーホー
ル５が形成されると共に、その進行後方側に熱エネルギ
ーで溶解した素材が冷却・凝固して溶接層４に転化する
までの間の溶融状態を保つ溶融領域６を生じ、この溶融
領域６がレーザビーム２の移動に伴って常時一定幅を維
持する状態で前方へ移行するが、レーザビーム２が前進
角αをなすために当該溶融領域６の輪郭は正面から見て
後傾した平行四辺形となる。しかして、キーホール５か
ら気体が溶融領域６内へ入り込んで同図（イ）の如く気
泡ｈとなった際、この気泡ｈは浮力によって同図（ロ）
の如く素材溶融物中を鉛直に上昇し、その間も溶融領域
６は前方へ移行する。しかるに、該溶融領域６が後傾し
た平行四辺形をなすこと、つまり素材溶融物の凝固が鉛
直方向を基準として下位側よりも上位側が遅れることか
ら、同図（ハ）に示すように、該気泡ｈは素材溶融物が
凝固するまでに上方外部へ抜け出し可能となり、もって
溶接層４中にブローホールＨ〔図２，図３（ハ）参照〕
として残るのを防止ないし抑制でき、高品位の溶接継手
が得られる。

【００１８】一方、下面側からの溶接では、図８（ａ）
〜（ｃ）に示すように、レーザ溶接ヘッド２０より出射
されるレーザビーム２は、やはり従来のような被溶接材
１，１の表面に対する垂直方向ｙではなく、該垂直方向
ｙから後退角βをなす傾斜方向として下縁側の開先線３
ｂに沿って照射する。従って、レーザビーム２の照射点
の直上に形成されるキーホール５の進行後方側には後傾
した平行四辺形の輪郭を有する溶融領域６を生じ、この
溶融領域６がレーザビーム２の移動に伴って常時一定幅
を維持する状態で前方へ移行する。しかして、同図
（ａ）の如くキーホール５から気体が溶融領域６内へ入
り込んで気泡ｈとなった際、この気泡ｈは素材溶融物中
を同図（ｂ）の如く鉛直に上昇するが、前記同様に溶融
領域６は後傾した平行四辺形であって上位側の凝固が遅
れるため、同図（ｃ）の如く該気泡ｈは溶接層（４）に
取り込まれる前に上方外部へ抜け出すことができる。

【００１９】（Ｂ）の配置形態では横向溶接姿勢となる
が、レーザビーム２を図９（イ）の如く上縁側の開先線
３ａに沿って照射する場合と、図１０（イ）の如く下縁
側の開先線３ｂに沿って照射する場合とがある。しかし
て、前者の上縁側の開先線３ａに沿うレーザビーム２の
照射方向は、図９（ロ）に示すように、開先面１１の傾
斜面内における開先線３ａと垂直な方向ｓに対して前進
角αを持つ傾斜方向に設定し、また後者の下縁側の開先
線３ｂに沿うレーザビーム２の照射方向は、図１０
（ロ）に示すように、前記の開先線３ｂと垂直な方向ｓ
に対して後退角βを持つ傾斜方向に設定する。

【００２０】すなわち、図９（ロ）及び図１０（ロ）に
示す溶接方法では、いずれも前述した（Ａ）の配置形態
における溶接方法と同様に、キーホール５の後方に一定
幅を保って続く溶融領域６の輪郭が正面から見て後傾し
た平行四辺形となるから、キーホール５から気体が溶融
領域６内へ入り込んで気泡ｈとなった際、この気泡ｈは
浮力によって開先面１１の傾斜に沿って素材溶融物中を
上方へ移動し、その間に溶融領域６も前方へ移行する
が、該溶融領域６における素材溶融物の凝固は開先面１
１の幅方向を基準として下位側よりも上位側が遅れるた
め、該気泡ｈは素材溶融物が凝固するまでに上方外部へ
抜け出すことができる。

【００２１】（Ｃ）の配置形態における溶接は、レーザ
ビーム２を図１１（イ）の実線で示すように上縁側の開
先線３ａに沿って照射する場合と、同じく仮想線で示す
ようにく下縁側の開先線３ｂに沿って照射する場合とが
ある。しかして、前者の上縁側の開先線３ａに沿うレー
ザビーム２の照射方向は、同図（ロ）に示すように、被
加工物１，１の表面に対する垂直方向ｙから前進角αを
持つ傾斜方向に設定し、また後者の下縁側の開先線３ｂ
に沿うレーザビーム２の照射方向は、同図（ハ）に示す
ように、前記の垂直方向ｙから後退角βを持つ傾斜方向
に設定する。すなわち、図１１（ロ）及び（ハ）に示す
溶接方法においても、前述した（Ａ）の配置形態におけ
る溶接方法と同様に、キーホール５の後方に一定幅を保
って続く溶融領域６の輪郭が正面から見て後傾した平行
四辺形となるから、キーホール５から溶融領域６内へ入
り込んだ気泡は開先面１１の傾斜に沿って上方へ移動
し、その間に溶融領域６も前方へ移行するが、該溶融領
域６における素材溶融物の凝固は開先面１１の幅方向を
基準として下位側よりも上位側が遅れるため、ブローホ
ールとして残ることなく上方外部へ抜け出すことが可能
となる。

【００２２】（Ｄ）の配置形態における溶接は、レーザ
ビーム２を図１２（イ）の実線で示すように上縁側の開
先線３ａに沿って照射する場合と、同じく仮想線で示す
ように下縁側の開先線３ｂに沿って照射する場合とがあ
る。しかして、前者の上縁側の開先線３ａに沿うレーザ
ビーム２の照射方向は、同図（ロ）に示すように、開先
面１１の傾斜面内における開先線３ａと垂直な方向ｓに
対して前進角αを持つ傾斜方向に設定し、また後者の下
縁側の開先線３ｂに沿うレーザビーム２の照射方向は、
同図（ハ）に示すように、前記の開先線３ｂと垂直な方
向ｓに対して後退角βを持つ傾斜方向に設定する。すな
わち、図１２（ロ）及び（ハ）に示す溶接方法において
も、前述した（Ａ）の配置形態における溶接方法と同様
に、キーホール５の後方に一定幅を保って続く溶融領域
６の輪郭が正面から見て後傾した平行四辺形となるか
ら、キーホール５から溶融領域６内へ入り込んだ気泡は
開先面１１の傾斜に沿って上方へ移動し、その間に溶融
領域６も前方へ移行するが、該溶融領域６における素材
溶融物の凝固は開先面１１の幅方向を基準として下位側
よりも上位側が遅れるため、ブローホールとして残るこ
となく上方外部へ抜け出すことが可能となる。

【００２３】なお、言うまでもなく、前記（Ａ）〜
（Ｄ）の配置形態において、レーザビーム２の照射方向
の前進角αと後退角βとの関係を既述した図８〜図１２
に示す方法とは逆に設定した場合は、溶融領域６の輪郭
が正面から見て前傾した平行四辺形となり、該溶融領域
６における素材溶融物の凝固は反対に開先面１１の幅方
向を基準として下位側よりも上位側が速まることになる
から、該溶融領域６に入り込んだ気泡ｈは上昇し始めて
直ぐに周囲が凝固して溶接層４中に取り込まれる結果、
逆にブローホールが顕著になるので好ましくない。

【００２４】また、上下に垂直配置した被溶接材１，１
の溶接において、開先面１１が水平である場合は、レー
ザビーム２を前進角αあるいは後退角βを持つ傾斜方向
としても溶融領域６に入り込んだ気泡の放出促進効果は
得られない。従って、前記（Ｂ）の配置形態のように開
先面１１を傾斜（開先線３は水平）した形態に加工する
か、被溶接材１，１が移動可能なものであれば前記
（Ａ）又は（Ｃ）の配置形態として、既述のようにレー
ザビーム２を前進角αあるいは後退角βを持つ傾斜方向
として溶接するのがよい。しかして、前記（Ｂ）の配置
形態のように開先面１１を傾斜した状態に加工したり、
前記（Ｃ）の配置形態のように被溶接材１，１を傾斜状
態とする場合、開先面１１の水平面に対する傾斜角ψ
〔図９（イ），図１０（イ）参照〕は５〜４５度の範囲
に設定するのがよく、この傾斜角ψが小さ過ぎると気泡
の放出促進効果は不充分となり、逆に該傾斜角ψが大き
過ぎては被溶接材１，１の厚みの割に開先面１１の幅が
広くなり過ぎるため、非常にエネルギー密度の高いレー
ザビーム２を使用しない限りは１バス（１回の走査）で
の溶接が困難になる。

【００２５】（Ｅ）の配置形態では立向溶接姿勢とな
り、溶接は上進方向と下進方向の２通りがある。ただ
し、上進方向の溶接では、キーホール５が溶融領域６の
上縁に位置するため、元来より溶融領域６への気泡ｈの
入り込みを生じにくく、該気泡ｈに起因するプローホー
ルの問題も殆どないため、レーザビーム２に前進角αや
後退角βを設定する必要は特になく、被溶接材１，１の
表面に対して垂直方向で差支えない。しかるに、下進方
向の溶接では、図１３〔イ〕に示すように、該レーザビ
ーム２は被溶接材１，１の表面との垂直方向ｙに対して
実線の如き前進角αもしくは仮想線の如き後退角βをな
す傾斜方向として照射する。

【００２６】すなわち、下進方向の溶接では、キーホー
ル５が溶融領域６の下縁に位置するため、該溶融領域６
への気泡ｈの入り込みを生じ易いが、前記前進角αもし
くは後退角βを設定した場合は、溶融領域６が平行四辺
形の輪郭をなし、該溶融領域６の上縁つまり凝固した溶
接層４との境界部６ａが常時傾斜した形になるから、図
１３〔イ〕の如く溶融領域６へ入り込んだ気泡ｈは、浮
上して境界部６ａの近傍に達しても、その傾斜に沿って
同図（ロ）の如く斜め上方へ移動できるので、溶接層４
に取り込まれることなく同図（ハ）の如く速やかに側方
外部へ放出され、もってブローホールの発生を効果的に
防止ないし抑制できる。

【００２７】（Ｆ）の配置形態では、開先面１１は傾斜
しているが、被溶接材１，１が垂直に配置しているの
で、前記（Ｅ）の場合と同様である。すなわち、上進方
向の溶接では、キーホール５が溶融領域６の上縁に位置
して該溶融領域６への気泡ｈの入り込みを生じにくいの
で、レーザビーム２に前進角αや後退角βを設定する必
要は特にない。しかして、下進方向の溶接では、キーホ
ール５が溶融領域６の下縁に位置して該溶融領域６への
気泡ｈの入り込みを生じ易いため、該レーザビーム２は
被溶接材１，１の表面との垂直方向に対して前進角αも
しくは後退角βをなす傾斜方向とすることにより、前記
（Ｅ）の場合と同様の傾斜誘導による気泡ｈの放出促進
効果が得られる〔図１３（イ）〜（ハ）参照〕。

【００２８】（Ｇ）の配置形態では、開先面１１は垂直
であるが、被溶接材１，１が傾斜しているので、上進方
向及び下進方向の溶接共に、レーザビーム２の照射角度
によって気泡ｈの放出促進性に差異を生じる。しかし
て、図１４（イ）に示すように、下進方向の溶接におい
て、レーザビーム２を上側の開先線３ｃに沿って照射す
る場合には、該レーザビーム２は被溶接材１，１の表面
との垂直方向ｙに対して実線の如き前進角αをなす傾斜
方向、またレーザビーム２を下側の開先線３ｄに沿って
照射する場合には、該レーザビーム２は前記垂直方向ｙ
に対して仮想線の如き後退角βをなす傾斜方向とする。
一方、同図（ロ）に示すように、上進方向の溶接におい
て、レーザビーム２を上側の開先線３ｃに沿って照射す
る場合には、該レーザビーム２は前記垂直方向ｙに対し
て実線の如き前進角αをなす傾斜方向とし、またレーザ
ビーム２を下側の開先線３ｄに沿って照射する場合に
は、該レーザビーム２は前記垂直方向ｙに対して仮想線
の如き後退角βをなす傾斜方向とする。

【００２９】すなわち、図１４（イ）から明らかなよう
に、下進方向の溶接においてレーザビーム２が前記の前
進角α及び後退角βの傾斜方向であれば、キーホール５
に続く溶融領域６は上下頂点間の距離が大きい平行四辺
形となり、溶融領域６の素材溶融物の凝固は開先面１１
の幅方向を基準として上位側が下位側よりも遅くなるこ
とに加え、溶融領域６と溶接層４との境界部６ａも急傾
斜とてるから、キーホール５から気体が溶融領域６内へ
入り込んで気泡となった際（図示省略）、この気泡が素
材溶融物中を鉛直に上昇する間に溶融領域６も下方へ移
行しても、該気泡は素材溶融物が凝固するまでに上方外
部へ抜け出し可能となり、溶接層４中にブローホールと
して残ることを防止ないし抑制できる。

【００３０】また、図１４（ロ）から明らかなように、
上進方向の溶接においては、キーホール５が溶融領域６
の上縁に位置して該溶融領域６への気泡ｈの入り込みは
比較的に生じにくいが、レーザビーム２が前記の前進角
α及び後退角βの傾斜方向であれば、気泡が溶融領域６
に入り込むことがあっても、レーザビーム２の照射方向
が従来のように被溶接材１，１の表面に対して垂直方向
とする場合に比較し、溶融領域６の素材溶融物の凝固は
上位側が下位側よりも遅くなるから、やはり上方外部へ
の放出が促進されることになる。

【００３１】（Ｈ）の配置形態では、被溶接材１，１と
開先面１１及び開先線３がいずれも傾斜しているため、
前記（Ｇ）の配置形態よりも溶融領域６に入り込んだ気
泡の上昇速度が遅く、もって該気泡に起因するするブロ
ーホールの問題はより顕著になるが、レーザビーム２の
照射方向を前記（Ｇ）の配置形態の場合と同様の傾斜方
向に設定することにより、該気泡の上方外部への放出が
促進され〔図１４（イ）〜（ロ）参照〕、ブローホール
の発生は防止ないし抑制される。

【００３２】以上の（Ａ）〜（Ｈ）の配置形態でのレー
ザ溶接方法を総括すれば、次の表１のようになる。しか
して、表中の溶接パターンの項において、アルファベッ
トＡ〜Ｈは配置形態に対応し、１〜４の数字は各配置形
態における溶接方法の種類別を示す。またレーザ照射角
に関し、溶接パターンＥ１，Ｆ１の「前後」とは、前進
角と後退角のいずれでもよいこと、溶接パターンＥ１，
Ｆ１における「──」は前進角及び後退角を設定しない
こと、を意味している。

【００３３】

【表１】

【００３４】なお、上記実施例では板体よりなる被溶接
材１，１が同じ面方向で配置すると共に開先線３を直線
状とする場合のレーザ溶接方法を説明したが、本発明
は、被溶接材１，１が板状でない場合、板状の被溶接材
１，１の端縁を互いに角度を持つ形で突き合わせて溶接
する場合、開先線３が曲線状や折れ曲がり状である場合
等にも適用可能であり、開先線３の各部分の状態を前記
（Ａ）〜（Ｈ）の配置形態に当てはめ、各部分ごとにレ
ーザビーム２を既述の前進角α又は後退角βをなす傾斜
方向に設定すればよい。

【００３５】例えば、図１５（イ）に示すように、被溶
接材１，１が管体であって、その水平管部１ａ，１ａの
垂直端面同士を突き合わせた環状の開先線３をレーザ溶
接する場合、レーザビーム２を上半周部１１ａの溶接で
は管体の半径方向に対して前進角αを持つ照射方向、下
半周部１１ｂでは同じく後退角βを持つ照射方向に設定
する。すなわち、同図（ロ）で示すように、開先面１１
の上半周部１１ａの溶接ではレーザビーム２が前進角
α、下半周部１１ｂの溶接では同じく後退角βで照射さ
れるため、共に溶融領域６における素材溶融物の凝固は
下位側よりも上位側が遅れることになり、溶融領域６に
入り込んだ気泡（図示省略）が上方外部へ抜け出すため
の時間を確保でき、もって該気泡に起因したブローホー
ルの発生は防止ないし抑制される。なお、同図（ロ）の
矢印ａ〜ｄは溶接方向（時計回り）を示しており、前進
角αと後退角βとの切換えは管体の半径方向が水平にな
る部位、つまり矢印ｂの区間から矢印ｃの区間への移行
部位、並びに矢印ｄの区間から矢印ａの区間への移行部
位で行えばよい。

【００３６】本発明のレーザ溶接方法におけるレーザビ
ーム２の前進角α及び後退角βは、極めて小さくてもそ
の角度に対応した気泡の放出促進作用が発揮され、また
該角度が大きいほど放出促進作用も大となるから、特に
角度範囲が制約されることはないが、好ましくは５〜４
５度の範囲に設定することが推奨される。すなわち、こ
れら角度が５度未満では顕著なブローホール低減効果が
得られず、逆に４５度を越える場合は、開先面１１を横
切るレーザビーム２の行程が長くなるため、その行程分
の被溶接材１，１を一挙に溶融させる上で大きなエネル
ギー密度が必要になり、通常のレーザ溶接に用いるレー
ザビーム２では１バスでの溶接が困難になる。

【００３７】なお、レーザビーム２を開先線３に沿って
照射するには、レーザ溶接ヘッド２０を移動する方式の
他、被溶接材１，１側を移動ないし変位させる方式も採
用可能である。また被溶接材１，１の素材は通常は金属
であるが、セラミック等の他の材料にも本発明のレーザ
溶接方法を適用可能である。また本発明は、被溶接材
１，１の形状や寸法、開先面１１の幅、長さ、形状、レ
ーザ溶接ヘッド２０の形状等について、既述の実施例に
よって制約を受けるものではない。

【００３８】

【発明の効果】請求項１の発明に係るレーザ溶接方法に
よれば、レーザビーム照射位置の後方に続く溶融領域に
入り込んだ気泡を効率よく外部へ放出させ、もって該気
泡に起因した溶接部のブローホールの発生を効果的に防
止ないし低減することが可能となり、しかもレーザ溶接
装置の構造複雑化や設備コストの上昇を伴わず、また格
別に入熱量を大きくする必要もなく、高品位の溶接継手
を提供できる。

【００３９】請求項２の発明によれば、上記レーザ溶接
方法において、特に開先面の幅方向を非水平方向として
配置した被溶接材同士を溶接する際、溶融領域に入り込
んだ気泡を効率よく外部へ放出させ、もって溶接部のブ
ローホールの発生を効果的に防止ないし低減できる。

【００４０】請求項３の発明によれば、上記レーザ溶接
方法において、特に開先面の幅方向が非水平方向であっ
て且つ該開先面の両側縁をなす開先線が水平方向に沿う
ように配置した被溶接材同士を、レーザビームを上縁側
の開先線に沿って照射して溶接する際、溶融領域に入り
込んだ気泡を効率よく外部へ放出させ、もって溶接部の
ブローホールの発生を効果的に防止ないし低減できる。

【００４１】請求項４の発明によれば、上記レーザ溶接
方法において、特に開先面の幅方向が非水平方向であっ
て且つ該開先面の両側縁をなす開先線が水平方向に沿う
ように配置した被溶接材同士を、レーザビームを下縁側
の開先線に沿って照射して溶接する際、溶融領域に入り
込んだ気泡を効率よく外部へ放出させ、もって溶接部の
ブローホールの発生を効果的に防止ないし低減できる。

【００４２】請求項５の発明によれば、上記レーザ溶接
方法において、特に開先面の幅方向が水平方向であって
且つ該開先面の両側縁をなす開先線が非水平方向となる
ように配置した被溶接材同士１，１を、溶接方向を下向
きとして溶接する際、溶融領域に入り込んだ気泡を効率
よく外部へ放出させ、もって溶接部のブローホールの発
生を効果的に防止ないし低減できる。

【００４３】請求項７の発明によれば、上記レーザ溶接
方法において、特に被溶接材が管体であり、その水平管
部の端面同士を突き合わせた全周を溶接するに当たり、
溶融領域に入り込んだ気泡を効率よく外部へ放出させ、
もって溶接部のブローホールの発生を効果的に防止ない
し低減し、高品位の水平管継手を提供できる。

【００４４】請求項８の発明によれば、上記レーザ溶接
方法において、溶融領域に入り込んだ気泡の排出促進作
用を十分に発揮できると共に、被溶接材の開先面の幅が
広い場合でもレーザビームの強度をさほど大きくせずに
１パスで溶接を行えるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来のレーザ溶接方法を模式的に示す斜視図
である。

【図２】 従来のレーザ溶接方法による溶接部の縦断側
面図である。

【図３】 従来のレーザ溶接方法における溶接の進行状
況を順次示し、（イ）は溶融領域に気泡が入り込んだ直
後の縦断正面図、（ロ）は該気泡の浮上段階での縦断正
面図、（ハ）は該気泡がブローホールとして溶接層中に
取り込まれた段階での縦断正面図である。

【図４】 従来のレーザ溶接におけるブローホール抑制
手段を例示したものであり、（イ）はレーザビームの照
射軌跡をジグザグ状とする方法を示す平面図、（ロ）は
レーザビームの照射軌跡を螺旋状とする方法を示す平面
図、（ハ）はレーザビームの照射スポットを複数とする
方法を示す平面図、（ニ）はレーザビームを細長いパタ
ーンの照射スポットとして照射する方法を示す平面図で
ある。

【図５】 被溶接材が板体である場合の代表的な配置形
態を模式的に例示したものであり、（Ａ）〜（Ｄ）はそ
れぞれ開先線が水平方向に沿う各配置形態を示す斜視図
である。

【図６】 被溶接材が板体である場合の代表的な配置形
態を模式的に例示したものであり、（Ｅ）〜（Ｈ）はそ
れぞれ開先線が非水平方向となった各配置形態を示す斜
視図である。

【図７】 本発明のレーザ溶接方法を図５の（Ａ）の配
置形態に適用した実施例を模式的に示す斜視図である。

【図８】 本発明のレーザ溶接方法を図５の（Ａ）の配
置形態に適用した実施例であって、（イ）〜（ハ）は上
縁側の開先線に沿ってレーザビームを照射する場合の溶
接の進行状況を順次示す縦断正面図、（ａ）〜（ｂ）は
下縁側の開先線に沿ってレーザビームを照射する場合の
溶接の進行状況を順次示す縦断正面図である。

【図９】 本発明のレーザ溶接方法を図５の（Ｂ）の配
置形態に適用した実施例を示し、（イ）は上縁側の開先
線に沿ってレーザビームを照射する場合の縦断側面図、
（ロ）は同正面図である。

【図１０】 本発明のレーザ溶接方法を図５の（Ｂ）の
配置形態に適用した実施例を示し、（イ）は下縁側の開
先線に沿ってレーザビームを照射する場合の縦断側面
図、（ロ）は同正面図である。

【図１１】 本発明のレーザ溶接方法を図５の（Ｃ）の
配置形態に適用した実施例を示し、（イ）は縦断側面
図、（ロ）は上縁側の開先線に沿ってレーザビームを照
射する場合の正面図、（ハ）は下縁側の開先線に沿って
レーザビームを照射する場合の正面図である。

【図１２】 本発明のレーザ溶接方法を図５の（Ｄ）の
配置形態に適用した実施例を示し、（イ）は縦断側面
図、（ロ）は上縁側の開先線に沿ってレーザビームを照
射する場合の縦断正面図、（ハ）は下縁側の開先線に沿
ってレーザビームを照射する場合の縦断正面図である。

【図１３】 本発明のレーザ溶接方法を図６の（Ｅ）の
配置形態に適用した実施例を示し、（イ）〜（ハ）は溶
接の進行状況を順次示す縦断側面図である。

【図１４】 本発明のレーザ溶接方法を図６の（Ｇ）の
配置形態に適用した実施例を示し、（イ）は溶接方向が
下向である場合の縦断側面図、（ロ）は溶接方向が上向
きである場合の縦断側面図である。

【図１５】 本発明のレーザ溶接方法を管体からなる被
溶接材の水平管部同士の溶接に適用した実施例を示し、
（イ）は正面図、（ロ）は縦断側面図である。

【符号の説明】 １ 被溶接材 １ａ 水平管部 １０ 開先 １１ 開先面 ２ レーザビーム ２０ レーザ溶接ヘッド ３ 開先線 ３ａ 上縁側の開先線 ３ｂ 下縁側の開先線 ３ｃ 上側の開先線 ３ｄ 下側の開先線 ４ 溶接層 ５ キーホール ６ 溶融領域 ６ａ 境界部 α 前進角 β 後退角 ｙ 被溶接材の表面に対する垂直方向（開先線に
対する垂直方向） ｓ 開先線に対する垂直方向 ｈ 気泡 Ｈ ブローホール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷹石 純 兵庫県尼崎市道意町７丁目１番８ 財団法 人近畿高エネルギー加工技術研究所内 (72)発明者 松下 宏 兵庫県尼崎市道意町７丁目１番８ 財団法 人近畿高エネルギー加工技術研究所内 (72)発明者 松縄 朗 宝塚市中山五月台５丁目９番14号 (72)発明者 片山 聖二 吹田市山田西２−９ Ａ２−408

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被溶接材同士を突き合わせた開先線に沿
   ってレーザビームを相対移動させつつ照射して開先面を
   溶接するに当たり、該レーザビームの照射方向を開先線
   に対する垂直方向から前進角又は後退角を持つように傾
   斜させることを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 【請求項２】 開先面の幅方向を非水平方向として配置
   した被溶接材同士の溶接において、レーザビームの照射
   方向を、その照射位置後方に生じる素材溶融物の前記幅
   方向における下位側の凝固よりも上位側の凝固が遅れる
   傾斜方向に設定する請求項１記載のレーザ溶接方法。
3. 【請求項３】 開先面の幅方向が非水平方向であって且
   つ該開先面の両側縁をなす開先線が水平方向に沿うよう
   に配置した被溶接材同士の溶接において、前進角を持つ
   照射方向としたレーザビームを上縁側の開先線に沿って
   照射する請求項２記載のレーザ溶接方法。
4. 【請求項４】 開先面の幅方向が非水平方向であって且
   つ該開先面の両側縁をなす開先線が水平方向に沿うよう
   に配置した被溶接材同士の溶接において、後退角を持つ
   照射方向としたレーザビームを下縁側の開先線に沿って
   照射する請求項２記載のレーザ溶接方法。
5. 【請求項５】 開先面の幅方向が水平方向であって且つ
   該開先面の両側縁をなす開先線が非水平方向となるよう
   に配置した被溶接材同士の溶接において、前進角又は後
   退角を持つ照射方向としたレーザビームを開先線の上側
   から下側へ移動させつつ照射する請求項１記載のレーザ
   溶接方法。
6. 【請求項６】 開先面の幅方向が水平方向であって且つ
   該開先面の両側縁をなす開先線が非水平方向となるよう
   に配置した被溶接材同士の溶接において、開先線に対し
   て垂直な照射方向としたレーザビームを開先線の下側か
   ら上側へ移動させつつ照射するレーザ溶接方法。
7. 【請求項７】 被溶接材が管体であり、その水平管部の
   端面同士を突き合わせた全周を溶接するに当たり、レー
   ザビームを上半周部では前進角を持つ照射方向、下半周
   部では後退角を持つ照射方向に設定する請求項１記載の
   レーザ溶接方法。
8. 【請求項８】 レーザビームの前進角及び後退角が５〜
   ４５度の範囲である請求項１〜５及び７のいずれかに記
   載のレーザ溶接方法。