JPS5915751B2 - 電子ビ−ム溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は被溶接物を電子ビームを用いて溶接する電子
ビーム溶接装置に関するものである。

第１図は従来の回転物電子ビーム溶接装置を示１０す断
面図である。図において、１は電子を放射する陰極フィ
ラメント、Ｖｃは陰極フィラメント加熱に要するフィラ
メント電圧、２は陰極フィラメントから放射される電子
を制御するバイアス電極、ＶＢはバイアス電圧、３は接
地されている陽極で１５あＶ）６陰極−陽極間に加速電
圧ＶＡを印加して電子を加速する。４はビームコラム、
５は電子ビームを収束させる電磁レンズ、６は電子ビー
ムを偏向させる偏向コイル、１は溶接作業室、８は電子
ビーム、９は回転形被溶接物、１０は被溶接物をク０
回転移動させる溶接合、１１は溶接合の回転駆動装置、
１２は溶接作業室内の真空排気装置である。

回転形被溶接物９は溶接作業室１を通して接地され、陰
極は電流計１３を介して接地されている。陰極フィラメ
ント１を加熱することにより電子ク５ が放出され、陰
極−陽極間に印加された加速電圧ＶＡにより加速されて
、かつ磁気レンズ５で集束され被溶接物９上に照射され
る。ビーム電流の制御方法としては、陰極フィラメント
１の温度コントロールにより放出電子の量を制御するか
あるい９０はバイアス電圧ＶＢを変化させることにより
陰極−陽極間の負電界を変えて実効電子放射を制御する
方式がある。上記のような装置において、回動物の電子
ビーム溶接は最初微少電流のテストビームを駆動装置３
５１１によシ回転する溶接合１０の上に設置された被溶
接物９に照射し、溶接線とビームとの位置合せを施した
後、電子ビーム電流を増加させ所定の電流値に維持して
６最後に徐々に重流を減少させて達成される。

すなわち第２図はその溶接サイクルを示す図であＶ），
図に訃いて横軸は回転形被溶接物への電子ビーム照射時
間、縦軸は電子ビーム電流を示し．Ａは位置合せのため
のテストビーム照射部分、Ｂはビーム電流増加部分、Ｃ
は所定の定常電流部分．Ｄはクレータ一処理のためのビ
ーム電流減少部分を示す。しかるに上記の装置では第２
図のＢの部分すなわちビーム電流増加部分で、電子ビー
ム電流が増加するにともないビームの収束位置またはビ
ーム照射位置も変動する。

これらの現象は種々の溶接欠陥を引き起こすことにな抵
中・高炭素鋼６タブピッチ銅などガス生成成分を多く含
む被溶接材料に対して特に顕著である。このビーム電流
の立上９にともなう現象はバイアスコントロールあるい
は陰極フイラメントの温度コントロールのいずれの方法
でも完全には解消できないものである。すなわち．電子
銃．ビームコラム、電磁レンズ等の組立調整が不充分で
あるために起きるのであるが、それらの組立調線を完全
にすることは、技術的に極めて困難であり、ビーム電流
変化にともなうビーム照射位置またはビームの収束位置
の変動を防ぐことは不可能に近い。従来の装置ではビー
ム電流変化に伴うビーム照射位置またはビームの収束位
置の変動による溶接現象への影響を防ぐ方法として．一
般にバイアス電圧によるビーム電流制御方法がとられて
いる。すなわち従米方法によれば，電子ビーム電流が所
定の電流値に達するまでバイアス２の負電圧ＶＢを大き
くかけて、陰極フイラメント１から放射電子ビーム電流
をゼロに制御し，しかる後バイアス負電圧を急激に小さ
くして所定のビーム電流を得ることによＦＯ．ビーム電
流の立上力時間を短かくする方法である。しかし，この
方法では大電流の制御が困難であジ６しかも自動バイア
ス電圧制御装置が必要で洛接装置にかける費用が高くな
るという欠点がある。つぎに、回転物の溶接では溶接前
に微少電流のテストビームで、ビームと溶接線の位置合
せをしなければならない。すなわち第２図の溶接サイク
ルに｝いて、Ａ部分のテストビーム照射による位置合せ
を完了しなければ６次のＢ，Ｃ，Ｄ段階の本溶接作業に
進めず、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの全溶接時間中に占めるＡ部分
の位置合せの時間の割合が大きなものであつた。また前
述の各要素の組立調整が不完全な場合、微少電流のビー
ム照射位置と所定の溶接電流によるビーム照射位置とが
ずれやすいため６溶接の目違いを生じやすく溶接欠陥が
発生しやすくなる。従来の装置によればこの問題を解決
する適当な方法がなかつた。さらに従来の装置では回転
形被溶接物に照射される電流として電子銃からの全放射
電流を測定しているが、実際に回転形被溶接物へ到達す
る真の入射電流は、電子銃からの全放射電流のうち陽極
やビームコラムなどの障害物でさえぎられた残Ｄの電流
である。

すなわち第３図は従来装置において，測定電流１Ｍと真
の入射電流１Ｔとの関係を示す図である。図に示すよう
に、回転形被溶接物に対する真の入射電流１Ｔは測定電
流ァよりも少ない。しかし、第１図に示すように、回転
形被溶接物９は溶接合１０溶接作業室７を通して接地さ
れているので、従来装置では真の入射電流を測定できな
かつた。この発明はこのような点にかんがみてなされた
もので、所定の定常電流ビームを照射する際の立上９過
渡電流の溶接現象に及ぼす影響を解消し、溶接線と電子
ビームとの位置合せを容易にし、さらに被溶接物への真
の入射電流を測定することができる電子ビーム溶接装置
を提供するものである。

第４図はこの発明の一実施例を示す断面図であり６１〜
１２は上記従来装置と全く同一のものである。１４はカ
ツプ状の本体と、この本体の下部に取付けられた絶縁物
よりなる突起物１５を備えた電子ビームコレクタ、１６
は導電線で電流計１７を通して接地される。

１８は水冷管を内包する可動アーム、１９は可動アーム
駆動装置で、２０はその１駆動ハンドルであジ，電子ビ
ームコレクタ１４は可動アーム１８と電気絶縁されてい
る。

第５図は電子ビームコレクタ１４の下部に付属する電気
絶縁物よりなる突起物１５と回転形被溶接物９の溶接線
２１との関係を示す図であ沢２２は電子ビームコレクタ
１４の本体の縁に４か所設けられたスリツトである。ス
リツト２２の中心点と突起物１５の突起点とはビーム軸
に平行な同一線上にある。第６図は電子ビームコレクタ
の断面図で， ２３は内壁に設置された水冷管を内包す
る金属蒸発遮蔽板であり、２４は水冷管である。また、
第７図はこの発明装置を用いた場合の溶接サイクルを示
す図である。次に洛接の手順について述べる。

最初に前作業として、第４図に示す電子ビームコレクタ
１４に電子ビームを照射する。次に電子ビームコレクタ
１４を垂直移動させ所定の焦点にビームを設定する。そ
の後電子ビームコレクタ１４に４か所設けられたスリツ
ト２２の中心を電子ビーム軸に合わせる。次に第５図に
示すように，回転形被溶接物９を移動させることにより
その溶接線２１ど電子ビームコレクタ１４の突起物１５
の突起点とを一致させる。これらの作業により、スリツ
ト２２の中心点とその下の突起点とが一致しているので
電子ビームの中心軸と突起点すなわち溶接線とが一致す
ることになる。以上の前作業の後，被溶接物９を回転さ
せながら、電子ビーム８を電子ビームコレクタ１４に照
射し，所定の定常電流に達するまで増加させ６しかる後
電子ビームコレクタ１４を回転形被溶接物上から除去す
る。

これにより立上ジ過渡電流によるビーム収束点または照
射位置の変動の溶接現象に与える影響を解消することが
できる。また第５図に示すように電子ビーム軸と絶縁物
よジなる突起物１５の突起点とが常に同軸上にあるよう
に固定されると回転形被溶接物を溶接合に設置する際、
突起点と溶接線２１を合せるだけで電子ビーム軸と溶接
線２１の位置合せが容易にでき，溶接後の目違い等の問
題も解消される。

また、電子ビーム８の照射位置が変動した場合、スリツ
ト２２を通して観察することによりスリツト２２の中心
をビーム軸と一致するよう移動させ，しかる後溶接線２
１と突起点とを一致させるだけで簡単に対応することが
できる。この際、電子ビームコレクタ１４の内部を第６
図に示すような構造にすると、ビーム８の位置合せが容
易になる。すなわち電子ビーム８がａのように中心から
大きくはずれている時電子ビーム８は金属の輝光により
、全体にはつきＤ観察することは困難であるがｂのよう
に電子ビーム８が電子ビームコレクタ１４の本体の内壁
に設けられた金属蒸気遮蔽板２３の中心部の透孔に照射
されると、金属の蒸気は金属蒸気遮蔽板２３により止め
られるので電子ビーム８をはつきＤ観察できる。その後
の微細な位置合せは、電子ビームコレクタ１４の縁の４
か所に設けられたスリツト２２を通して行なう。すなわ
ち、電子ビーム８の位置合せは，金属蒸気遮蔽板２３に
より粗調整を行ない，スリツト２２を用いて微調整を行
なうことになる。以上のこの発明装置を用いた場合の溶
接サイクルを図示すると第７図のようにな楓従来の方法
（第２図）と比較した場合．第２図に｝ける位置合せの
ためのＡ部分の時間が省略されて６溶接作業時間が大幅
に短縮されることになる。

さらに第４図において電子ビームコレクタ１４に入射し
た電子ビーム電流は、被溶接物９と溶接室７と電気絶縁
されているので、電導線１６を通り電流計１７を経て接
地されることにより電流計１７で被溶接物に照射される
真の入射電流１Ｔを検出することができる。

上記では回転形被溶接物について述べたがこの発明は電
子ビーム軸と，電子ビームコレクタ１４下部の突起点を
結ぶ延長線上に溶接線２１がある如何なる形状の被溶接
物にも適用できることはいうまでもない。

この発明は以上説明した通ク、被溶接物上！／Ｃ電子ビ
ームコレクタを設けるという簡単な構造により，溶接線
と電子ビームとの手動による位置合せを容易にし、かつ
、被溶接物への真の入射ビーム電流を検出することがで
きる。

しかも、テストビームによる位置合せが不要で作業工程
を迅速にすることができ、かつ立上ジ過渡電流の溶接現
象に及ぼす影響を解消し、良好な溶接結果が得られる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電子ビーム溶接装置を示す断面図、第２
図は従来の装置による溶接サイクルを示す図２第３図は
電子銃からの全放射ビーム電流１Ｍと実際に被溶接物に
照射される真の入射電流Ｉ との関係を示す図、第４図
はこの発明の一実Ｔ施例を示す断面図、第５図は電子ビ
ームと電子ビームコレクタおよび回転形被溶接物の溶接
物の醇接線との相対ｉ係を示す図、第６図は電子ビーム
コレクタの一実施例を示す断面図、第７図は上記第４図
に示される電子ビーム洛接装置による溶接サイクルを示
す図である。 図において，８は電子ビーム、３は被溶接物、１４は電
子ビームコレクタ．．１８は可動アーム、１９は可動ア
ーム駆動装置である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被溶接物に電子ビームを照射し溶接するものにおい
   て、カップ状をなし、その内側を上記電子ビーム照射側
   とし、下部を被溶接物との対向面側として、上記電子ビ
   ームを遮断する上記被溶接物と電気的に絶縁された電子
   ビームコレクタ本体と、上記本体の下部に設けられた上
   記電子ビームの照射位置を指示する絶縁物からなる突起
   物と、上記本体の縁に設けられ自身の中心点と上記突起
   物の突起点とがビーム軸に平行な同一線上にあるスリッ
   トと、上記本体の内壁に設けられ中心部に電子ビームを
   通過させる透孔をあけた金属蒸気遮蔽板と上記本体と接
   地間に接続された電流計とを有する電子ビームコレクタ
   を備え、この電子ビームコレクタを上記被溶接物上に移
   動自在にかつ取り外し可能に設けたことを特徴とする電
   子ビーム溶接装置。