JPS60184480A - 電子ビ−ム加工方法及び電子ビ−ム加工機 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電子ビーム溶接方法及びそれに使用する電子
ビーム溶接機に関する。特に、横向き貫通ビーム溶接方
法及びその装置に関するものである。

〔発明の背景〕

横向き貫通ビーム溶接技術、即ち電子ビームをほぼ水平
方向に照射して被加工物の溶接を行う技術にあっては、
被加工物の裏面に溶湯（接合部の材料が融解して渦状に
なったもの）による出張シつまシいわゆる裏波が生ずる
が、従来技術にあっては、この裏波が不均一であったり
、また重力によって下に垂れ下がるという問題が避けら
れなかった。即ち、第２図（ａ）に示す如く、接合面１
７にほぼ水平に図の左側（矢印参照）から電子ビームが
入射すると、裏面つまり右側において、溶融金属１８で
ある溶湯が自らの表面張力によって凸曲面状になり裏波
１９が生ずるが、照射ビームが不安定であると裏波ビー
ド１９も不均一となったシ、更にこの裏波ビード１９が
重力によシ下方に垂れて、垂れ下がシ部１９ａが発生す
るなどのことが避けられなかったものである。

このため、従来の電子ビーム加工技術においては、横向
き貫通ビーム溶接加工に伴うこの裏波ビード１９を均一
にすべく、次のような手段が用いられている。

第１図を参照する。第１図中、符号１は真空室であシ、
この中に被加工物９が置かれ、真空室１の壁面１ａに電
子銃２が取シ付けられ、該電子銃２の陰極３からグリッ
ド４を介して照射ビーム８が陽極５に向けて発射され、
これが被加工物９の接合面１７に照射される。６，７は
それぞれ集束コイル、偏向コイルである。照射ビーム８
は被加工物９の接合面１７を接合するが、その余分のエ
ネルギは貫通ビーム１０として被加工物９の裏面から放
出される。この貫通ビーム１０が被加工物９から放出さ
れる際に、溶湯による前記裏波ヒート１９が形成される
。ところで、この貫通ビーム１０は、照射ビーム８が一
定であれば、不安定となるものである。つまりこの電子
ビーム溶接は、第５図に略示するように、照射ビーム８
が円柱状に被加工物９中を貫通し、これによシ溶融金属
１８の円柱状部つまシいわゆるキーホールが接合面１７
に沿って移動することによって溶接がなされるので、移
動した各位置の状況に応じて消費されるエネルギは異な
り、従って第６図に略示する如く照射ビーム■が一定で
あれば貫通ビームＸは一定せず、不安定となる。かかる
不安定な貫通ビーム８が被加工物９の裏面を抜ける時に
溶湯により裏波ビード１９が形成されるのであるから、
裏波ビード１９も不均一で、その形状等は均一にはなら
ない。このため従来は、第１図の如く被加工物９から放
出された貫通ビーム１０のビームエネルギを捕捉板１１
で集め、電流検出抵抗Ｒを介してアース側に流し、この
抵抗Ｒによシ貫通したビームエネルギ即ち電流値を計測
し、この電流値を一定に保つことによシ裏側のビード１
９を均一にする装置と溶接方法が考えられている。この
貫通ビーム電流値を一定にすることは、検出電流を一定
時間積分回路１４にて積分し、これを比較回路１５にて
貫通ビーム電流設定値つまシ指令値と比較して、グリッ
ド４に与える負電圧１６を制御する方法で達成される。

なお１２は駆動台車、１３はこのレールである。

しかしこのように構成した場合でも、かかる貫通ビーム
電流の一定値制御技術は、被加工物９が厚さ約２０闘以
下の薄板である場合有効であるが、これを越える厚板の
場合、裏波ビード１９が垂れ下がった形状になってしま
うという問題がある。

即ち、被加工物９にある程度以上の厚みがあると、第２
図（ａ）に示す溶融金属（ビード）１８の裏波ビード１
９は、均一になるとしても図の如き凸形の垂れ下がった
形状になり易い。これは、接合部１７がほぼ水平で、従
ってほぼ水平に電子ビーム（照射ビーム）８を照射する
横向き貫通ビーム溶接にあっては、避けることのできな
い問題と言える。

上記のように、裏波ビード１９に垂れ下がりによる余盛
ができると、溶接部の板厚方向の放射線透過検査等の段
階において、この垂れ下がった部分を削除しなければな
らない。たとえば第２図（ｂ）の如く、溶接板厚Ｔ二５
０ＷｔＩＲの場合、裏波ビード１９がこの厚みから更に
後方に突出する突出長さｔｌは４ｗａ以下である必要が
あり、垂れ下がシの量つまシ接合面１７と垂れ下がり下
端との間の高さＨは、裏ビード幅Ｗ以下とする必要があ
って、この範囲に収まるよう上記のように削除加工を行
わなければならない。

従って従来技術にあっては、裏波ビードが不均一であっ
たり、そうでなくとも垂れ下がりによる余盛ができてし
まい、それを削除するなどの加工を要したものである。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、裏波ビードの形状を制御することにより、裏波ビード
を均一にするとともにその垂れ下がシを防止し、もって
溶接後の削除工程などを不要として溶接後そのままで放
射線透過検査等が可能な加工品を得ることができる電子
ビーム加工方法及び電子ビーム加工機を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

本発明に係る横向き貫通電子ビーム溶接方法は、被加工
物を傾斜させることによシミ子ビームが貫通する裏面が
傾斜の上がわに位置するようにし、これによって溶湯で
形成される裏波ビードの形状を制御することを特徴とす
るものである。

即ちこの発明は、横向き貫通ビーム制御を用いた電子ビ
ーム溶接においては、裏波ビード形成は、照射電子ビー
ムエネルギで溶けた溶融金属の湯流れの状態、押し出さ
れた溶湯の重力とその表面張力のバランスにより形状が
決定することに着目してなされたもので、上記の如く被
加工物を傾け、ビードのできる裏面がその傾斜の上がわ
に来るようにして、溶湯の流下の状態を制御し、これに
よシ相対的に裏波形成ビード部の溶湯を制御して、良好
な裏波ビードを得るようにしたものである。

傾斜させてその上がわを裏面とすれば、傾斜の分、溶融
金属が溶湯の凝固過程で被加工物の裏面に押し出されよ
うとする力が吸収されるので、このような制御が可能と
なるわけである。

本発明に係る横向き貫通電子ビーム溶接加工機は、上記
方法の実施に使用する装置であって、電子銃と被加工物
が任意の指定角度に同期して傾斜し得る構成とし、これ
によって溶湯の重力による垂れ下がりを防止して、裏波
ビードの形状を制御したことを特徴とするものである。

このように電子銃と被加工物とを任意の指定角度で同期
して傾斜させるようにすれば、上記方法を容易かつ有効
に実施することができる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。

第３図に、本発明を適用した電子ビーム加工機の一実施
例を示す。

電子ビーム加工に際しては、被加工物９を傾斜させ、電
子ビームが貫通する裏面つまシ第３図の右側の面９ａを
傾斜の上がわに来るようにする。

このようにすると、第４図に示す如くこの傾斜θの度合
いによシ溶湯による裏波ビード２３の形状が決定される
ので、これにより相対的に裏波ビード形状を制御でき、
かつ、裏面９ａが上がわに位置するところから、ここに
生ずる裏波ビード２３の垂れ下がりも防止される。よっ
て、裏波ビード２３を均一にすべく制御でき、かつ、そ
の垂れ下がシを防いで、後の切削工程などを不要にでき
る。

第３図の加工機は、かかる加工方法に使用される一例な
のであって、これは電子銃２と被加工物９とが任意の指
定角度に同期して傾斜し得る構成とし、これによって、
溶湯の重力による垂れ下がシを防止し、裏波ビードの形
状を制御したものである。

このように、電子銃２と被加工物９とを同期して傾斜さ
せれば、電子銃２と被加工物９との相対位置、つまり電
子ビーム８が被加工物９の溶接部に入る位置は一定に保
ったまま、上記被加工物９を傾斜させる加工方法が容易
に実施できる。

本例の電子ビーム加工機は、更に具体的には、次のよう
な構成になっている。

第３図において、真空室１に取付けられた電子銃２は、
モータ■２２０によって、走置壁面に対し０〜θ０傾斜
させることができる。これに同期ｒＱ） して、被加工物９を、台車テーブル２２を駆動するモー
タ［相］１２１により同じくＯ〜θ０傾斜させることが
できるよう碌構成になっている。このような装置の構成
によって、被加工物９の接合面１７は電子ビーム照射軸
と同一面とな９、照射ビーム８の作用で溶融金属１８に
よシ完全に接合されることになる。

本例装置にあっては、従来技術と同様、貫通ビーム電流
値１０の値を一定に保つことが可能な貫通ビーム捕捉板
１１と、電流検出抵抗Ｒと、積分回路１４と、比較回路
１５とを設けて、これによりグリッド電圧を制御するシ
ステムを組み合わせている。これによって、裏波ビード
２３の形状の制御を、一層確実ならしめる。なお第３図
におけるその他の符号は、第１図について説明したもの
と同じである。

第４図に、この装置による溶接実施の一例を示す。照射
ビーム８０角度θを適切に選び、このθと同傾斜で被加
工物９を傾斜させると、この傾斜θの効果により、溶融
金属の湯流れ、及び裏側に（１０） 押し出された溶湯の重力による変形が制御されて、これ
によって裏側のビード幅と同一幅で、余盛り高さｔ２が
制御できる。また、照射ビームの角度θを適切にとった
ので、裏側に形成される裏波ビード２３は、貫通ビーム
電流制御により、均一になるよう制御される。

この傾斜θは、材料の物理的性質例えば融点、比重、表
面張力等、及び溶接板厚によシ、適切な値が存在するの
で、それを選定すればよい。本例では１０°以下程度の
範囲で、θを選定したが、これは材料の融は易さ、溶湯
の流動性その他により、適宜適切なものを１東る。

上記のように構成した結果、裏波ビード２３の余盛９高
さｔ２　（第４図参照）は、所期の範囲内に押えること
ができ、しかもこれは溶接板厚Ｔ毎に、該板厚Ｔに応じ
て、必要な範囲内に収めることが可能である。よってこ
の裏波ビード２３は、その余盛シ高さｔ２を、板厚方向
からの放射線透過試験においても、当該余盛シを削除す
る必要がない範囲のものに形成することができる。

（１１） さらに、電子銃２と被加工物９の傾斜（ともにθ）を同
期させているため、溶接中（被加工物９は真空室１内）
でも、裏波ビード２３を監視しながら電子ビーム溶接を
行うことが可能となる。

〔発明の効果〕 上述の如く、本発明によれば、横向き貫通電子ビーム溶
接において、裏波ビードの形状を制御することにより裏
波ビードを均一にするとともにその垂れ下がりを防止で
き、従って溶接後の削除工程などを不要として溶接後そ
のままで放射線透過検査等が可能な加工品を得ることが
できるという効果を有する。

なお、当然のことではあるが、本発明は図示の実施例に
のみ限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電子ビーム加工機の構成を示す構造図、
第２図（ａ）、（ｂ）はともにその電子ビーム加工機に
よる溶接結果を示す被加工物断面略示図である。第３図
は本発明に係る電子ビーム加工機の一例を示す構造図、
第４図はその作用を説明する（１２） ための被加工物断面略示図である。第５図は電子ビーム
溶接の原理を示す説明図、第６図はその場合の貫通ビー
ムエネルギのばらつきを示すグラフである。 １・・・真空室、２・・・電子銃、３・・・陰極、４・
・・グリッド、５・・・陽極、６・・・集束コイル、７
・・・偏向コイル、８・・・照射ビーム、９・・・被加
工物、１０・・・貫通ビーム、１１・・・貫通ビーム捕
捉板、１２・・・駆動台車、１３・・・レール、１４・
・・積分回路、１５・・・比較回路、１６・・・グリッ
ド制御電圧、１７・・・接合面、１８・・・溶接ピード
（溶融金属）、２０・・・電子銃駆動モータ、２１・・
・駆動台車傾斜モータ、２２・・・傾斜テーブル、２３
・・・裏波ビード、θ・・・傾斜角。 代理人　弁理士　秋本正実 ８ｔｒ￥１ ｆ 乞 ３＼

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被加工物に電子ビームを照射し、前記電子ビームを
   貫通させて被加工物を接合する横向き貫通電子ビーム溶
   接方法において、被加工物を傾斜させることによシミ子
   ビームが貫通する裏面が傾斜の上がわに位置するように
   し、これによって溶湯で形成される裏波ビードの形状を
   制御することを特徴とする電子ビーム溶接方法。 ２、被加工物に電子ビームを照射し、前記電子ビームを
   貫通させて被加工物を接合する横向き貫通電子ビーム溶
   接加工機において、電子銃と被加工物が任意の指定角度
   に同期して傾斜し得る構成とし、これによって溶湯の重
   力による垂れ下がシを防止して、裏波ビードの形状を制
   御したことを特徴とする電子ビーム加工機。