JPS61193788A

JPS61193788A - 溶接方法

Info

Publication number: JPS61193788A
Application number: JP60034143A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Tanaka; 一雄田中; Atsushi Numata; 淳沼田; Masanori Moribe; 森部　正典
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1985-02-22
Filing date: 1985-02-22
Publication date: 1986-08-28

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１本発明は溶接方法に関し、さらに詳しくは、板に溶接す
る薄肉管の溶接後における管内径寸法精度の良好な溶接
部を得ることができる、例えば、電子ビーム、レーザー
ビーム等の高エネルギービームによる溶接方法に関する
。

［従来技術１従来より、例えば、熱交換器のように管と板との溶接に
はアーク溶接が行なわれていることば上く知られている
。その溶接後の断面を第１１図に示すが、板１と管２と
は溶接はされているが、ビード３が管２内面に盛り上り
、管２内の寸法が不揃いとなっている。

最近になって、比重が小さく、かつ、強度が大きいアル
ミニウム合金やマグネシウム合金等の管と板との溶接構
造材（７ランジ構造材）の需要が伸びてきており、これ
らの部品には厳しい内面寸法精度が要求されている。

また、継手強度の点から第１２図（ａ）に示す管２と板
１とのビード３のように部分滲込み溶接だけでなく、第
１２図（ｂ）に示す管２と板１とをビード３のように板
１の厚さ全部を溶融させる完全滲込み溶接が要求されて
きている。そして、このような部品の管と板との溶接に
おいて管の肉厚が比較的厚い場合には、従来のアーク溶
接が適用できるが、管の肉厚が２ｍｍ以下程度に薄くな
ると、ビード形状が不揃いになったり、管に穴があくと
いう問題が発生してアーク溶接が不可能となる。

そして、このアーク溶接ではビード幅が広いので管内面
部にもビードが酪り上り、管内面寸法精度の良好なもの
を得ることは困難となる。

しかして、電子ビーム溶接およびレーザービーム溶接等
の高エネルギー密度のビーム溶接は、溶込み深さが大き
く、ビード幅が小さいため、従来のアーク溶接と比較し
て変形量も大幅に小さくなり、薄肉管の精密溶接には適
している。

しかしなが呟例えば、電子ビーム溶接においても、溶接
条件によりビード幅が１ｍｍを越える場合があり、管肉
厚が２ｍｍ以下と薄い時にはその付近の母材も融点近傍
まで加熱されることになり、溶接時の強度が低下し、ま
た、熱のアンバランスによって、第１３図（ａ）および
（ｂ）に示すように、管２と板１との電子ビーム４によ
るビード３はアンダーカットや変形（タオレコミ）、ま
た、場合によっては溶落ちが生じ、厳しい寸法精度を満
足することができない。

［発明が解決しようとする問題点１本発明は上記に説明したように、従来における板と薄肉
の管とを溶接する際の、アーク溶接や高エネルギー密度
のビーム溶接における数々の問題点に鑑み、本発明者の
鋭意研究の結果なされたものであり、即ち、例えば、熱
交換器等におけるような、板と薄肉管との溶接に際して
、形成されたビードの切断状の欠陥お上びビードの溶落
ち等の溶接欠陥の発生を防止し、かつ、溶接部の管内面
の寸法精度を向上させることができる溶接方法を開発し
たのである。

［問題点を解決するための手段１本発明に係る溶接方法の特徴とするところは、板に設け
た穴に設置した薄肉管の内部に中子を挿入し、薄肉管に
沿って高エネルギービーム溶接を行なうことにある。

なお、薄肉管に挿入する中子は、銅または銅合金とする
のが好適である。

本発明に係る溶接方法について以下図面により詳細に説
明する。

第１図は本発明に係る溶接方法において、板１に設置さ
れた比較的肉厚が厚い管２に中子５を挿入して、高エネ
ルギー密度のビーム４を照射してビード３を形成する場
合を示しである。

この場合、中子５に高エネルギー密度のビーム４を照射
することなく溶接が行なわれるが、この中子５を使用す
ることにより中子５が管２端邪の内面へのたれ込みおよ
び収縮変形を防止する拘束体となり、管２の変形を防止
することができる。

第２図は第１図と異なり、板１に設置する管２の肉厚が
薄い場合で、管２の肉厚が薄くなることで中子５にも高
エネルギー密度のビーム４が照射されることになり、中
子５の融点または熱伝導率が管２および板１と同等かも
しくはそれ以下の時には、第２図に示すように、中子５
自体も溶融されてビード３の形状となり、溶融金属の含
有成分が変化し、機械的性質、耐蝕性、耐割れ性等の低
下を生じ、また、中子５がビード３の一部として溶融す
るので管２から中子５を取外すことが不可能となること
がある。このため、中子の材料は溶接時における溶融を
防止するため管および板より高融点かまたは高熱伝導率
であり、かつ、高エネルギー密度のビームが照射されて
も溶融し難いものを使用する必要がある。

そして、この中子の材料としてアーク溶接において裏当
材として使用されている銅または銅合金を使用するのが
良い。これは、高エネルギー密度のビーム溶接、例えば
、電子ビーム溶接においては銅の厚板を１パスで貫通溶
接が行なわれており、該ビームを材料表面に照射した場
合、高エネルギー密度であるため直ちに溶融が始まるの
であるが、本発明者は各種の材料に電子ビームを照射し
た場合において各材料表面が溶融するビームの限界出力
が大きく異なることを見出したことによる。

このことを、第３図〜第６図において説明する。

第３図はアルミニウム合金（５０８３）に対し、加速電
圧１２０ＫＶ、ワークディスタンス６５０龍、焦点位置
ワーク表面の条件に９電子ビームを照射した場合のビー
ム電流、溶接速度と板表面の溶融○、不溶融Ｘの関係を
示したものである。

第４図はマグネシウム合金（Ａ２３１Ｃ）に対し、第３
図の場合と同じ条件で電子ビームを照射した場合のビー
ム電流、溶接速度と溶融○、不溶融×の関係を示しだも
のである。

第５図は軟鋼（８Ｍ５０）に対し、第３図と同じ条件で
電子ビームを照射した場合のビーム電流、溶接速度と溶
融○、不溶融×の関係を示したものである。

第６図は銅に対し、第３図と同じ条件で電子ビームを照
射した場合のビーム電流、溶接速度と溶融○、不溶融×
の関係を示したものである。

この第３図〜第６図より、アルミニウム合金、マグネシ
ウム合金、軟鋼の場合はビーム電流１〜３ＩＩＩＡ程度
で溶融が生じるのに対し、銅は低速で１０ｍＡでも溶融
が生じていないことがわかる。

また、第７図は加速電圧１２０ＫＶ、溶接速度１５　ｆ
ｆ１ｍ／ｓｅｃで、銅に対してビームの焦点位置を被溶
接物の表面から上方または下方にずらした場合のビーム
電流、ａｂ値と溶融○、不溶融×の関係を示したもので
、この時には、被溶接物表面におけるビームの直径は大
きくなり、ビームのエネルギー密度が急激に低下するた
めビーム電流が２５ｍＡでも銅が溶融しない領域のある
ことがわかる。

第７図におけるｕｂ値は第８図に示すように、フィラメ
ント１１よりの電子ビーム１２の集束コイル１３中心か
ら被溶接物１５までの距離（Ｄ、）を集束コイル１３中
心から焦点１４までの距離（ＤＦ）で除した値である。

このように、銅に電子ビームを照射した場合、エネルギ
ー密度の高い状態ではビーム電流１０ＩＩＩＡ程度以下
に、また、エネルギー密度が低い状態ではビーム電流２
５ｍＡ以下とすればよく、他の材料が溶融して溶接が可
能となり、かつ、高融点、高熱伝導率の銅は溶融しない
ことになる。

次に、第９図は板１に設置する中子５が挿入されている
管２の肉厚がさらに薄い場合に、高エネルギー密度のビ
ーム４を照射すると、管２の肉厚が薄いためビーム４は
銅製の中子５にも照射されるが、銅の中子５は全く溶融
せず、管２および板１のみが溶融してビード３を形成し
、また、管２内面側は銅の中子５になじんで凝固するた
め管２の内面寸法の良好な溶接部が得られる。

また、第１０図は板１に中子５が挿入されている管２を
設置し、さらに、板１下側に銅または銅合金の裏当６を
設けて高エネルギー密度のビーム４を照射して溶接を行
なうと、第９図において説明したと同様に銅の中子５は
溶融しないで、板１および管２のみが溶融してビード３
を形成し、がっ、管１の内面および裏当６設置側は共に
形状の寸法精度が良い溶接部を得ることができる。

［実　施　例］本発明に係る溶接方法の実施例を説明する。

実紙例第１表は、マグネシウム合金、アルミニウム合金および
軟鋼の角管に、各種材料の中子を挿入して第１表に示す
条件により溶接を行ない、溶接前後の管内面の寸法変化
を示したものである。

第２表は、マグネシウム合金、アルミニウム合金および
軟鋼の円管に、各種材料の中子を′掃°入して第２表に
示す条件により溶接を行ない、溶接前後の管内面の寸法
変化を示したものである。

この第１表および第２表から次のことがわかる。

（１）管の肉厚が０．５〜１．Ｏｎ＋ｍと薄く、かつ、
中子を使用しない場合には溶接部にタレオチが生じ、形
状的に不良が発生し易い。

（２）管肉厚が０．５〜１．０ｎｕ＋＋と薄い場合でも
、管内に中子を挿入して溶接を行なうと形状、寸法精度
共に良好な溶接部が得られる。しかし、中子の材料をア
ルミニウム、マグネシウムまたは鉄とすると管の肉厚が
０．５ｍｍの場合には、中子と管とに融着が生じること
がある。

（３）管肉厚が１．０ｍｍ以上の場合、中子を使用しな
い場合よりも寸法精度は格段に優れた溶接部が得られた
。

なお、中子の寸法は管内面の寸法に近似している程、管
内面の寸法精度は良好になるものである。

また、中子の着脱に便利なつまみを中子上部に設けても
よい。

［発明の効果１以上説明したように、本発明に係る溶接方法は上記の構
成を有しているものであるか呟例えば、熱交換器等の板
に薄肉管を高エネルギー密度のビームにより溶接を行な
う際に、アンダーカットやタレオチ等の欠陥がなく、管
形状および管の寸法。

精度が著しく良好な溶接部が得られるという優れた効果
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明に係る溶接方法を説明するため
の概略断面図、第３図〜第６図はアルミニウム合金、マ
グネシウム合金、軟鋼および銅に電子ビームを照射した
場合のビーム電流、溶接速度と表面の溶融、不溶融の関
係を示す図、第７図は銅に対する電子ビーム照射におけ
るビーム電流１、ａｂ値と溶融、不溶融の関係を示す図
、第８図はαｂ値の説明図、第９図、第１０図は本発明
に係る溶接方法の実施例を示す概略断面図、第１１図〜
第１３図は従来の板の管との溶接法を示す概略断面図で
ある。１・・板、２・・管、３・・ビード、４・・高エネルギ
ー密度のビーム、６・・裏当。？３図聯繕＾Ｃ樋４ｃ）ビーＡ’Ｓジ胤（ｍＡ）Ｑ−１〜（２）ビーム罎シ丸（？７７Ａ）０−〜（ＪＪムｔ６図玲ル珠幾℃φｅ（１）矛７図ａｂ値

Claims

【特許請求の範囲】

（１）板に設けた穴に設置した薄肉管の内部に中子を挿
入し、薄肉管に沿って高エネルギービーム溶接を行なう
ことを特徴とする溶接方法。
（２）薄肉管に挿入する中子は、銅または銅合金である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶接方法
。