JPS6255957B2 - - Google Patents
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- JPS6255957B2 JPS6255957B2 JP14401680A JP14401680A JPS6255957B2 JP S6255957 B2 JPS6255957 B2 JP S6255957B2 JP 14401680 A JP14401680 A JP 14401680A JP 14401680 A JP14401680 A JP 14401680A JP S6255957 B2 JPS6255957 B2 JP S6255957B2
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Landscapes
- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
Description
本発明は、電子ビーム溶接時に発生したアーキ
ング欠陥（ビード穴）を、電子ビーム溶接を利用
して効率良く補修溶接する方法に関するものであ
る。 電子ビーム溶接（以下EBWという）法は、機
械部品の精密加工や特殊金属の溶接のみならず、
圧力容器等の厚物鋼板の溶接にも適用されつつあ
る。厚物鋼板のEBWでは横向姿勢の貫通溶接が
常識となつており、その理由は、横向姿勢の方が
下向姿勢より深い溶け込みが得られ易く、また貫
通溶接の方が部分溶込み溶接よりも欠陥が発生し
難いからである。ところでこの様な厚物鋼板の
EBWでしばしば問題になるのは“アーキング”
と呼ばれるビームの中断である。アーキングとは
電子銃内の放電によるビーム切れ状態を言い、被
溶接物から発生する金属蒸気やガスが電子銃内に
侵入し、電子銃内の真空度が低下することが最大
の原因とされている。従つて多量の金属が溶融さ
れる厚物鋼板の溶接では金属蒸気やガスの発生量
が多く、アーキングが起こり易い。貫通溶接時に
アーキングが起こるとビームが中断し、溶け込み
深さにほぼ等しい空洞欠陥（ビーム穴が溶融金属
で埋まらず空洞として残つた状態：ビーム穴）が
発生する。この様な欠陥の補修法としては、溶接
部を広範囲に亘つて熱的（アークエアガウジング
やフレームガウジング）或は機械的に除去した
後、アーク溶接する方法が採用されているが、ガ
ウジング作業、ガウジング部のグラインダ等によ
る開先清掃作業等が極めて煩雑であり、且つ非能
率的である。しかも被溶接物の板厚や鋼種によつ
ては、補修溶接に先立つて予熱が必要であつた
り、補修溶接後の熱処理がが必要になることもあ
る。 この様にEBWで発生するアーキング部の欠陥
の補修には膨大な労力と時間を要するから、前述
の様な欠陥を未然に防止すべく種々の研究が行な
われている（特開昭51−8140、同51−18957、同
51−20045、同54−45513等）。しかしながら、現
在のところアーキングの発生原因が正確に把握さ
れていない為、上記の公開発明にしてもアーキン
グ発生回数を減少し得るのみで完全に防止できる
訳ではなく、またアーキングの発生時期もまつた
く予測できない。従つて補修溶接は依然として不
可欠の工程とされている。 本発明者等は前述の様な事情に着目し、EBW
法の実用性を高める為には簡便な補修溶接技術を
確立する必要があると考え、その線に沿つて研究
を進めてきた。本発明はかかる研究の結果完成さ
れたものであり、その構成は、EBW法によるア
ーキング発生部に生じたビーム穴をEBW法を利
用して補修溶接する方法であつて、電子ビームを
ビーム穴の中心線に対して交差する様に傾斜させ
ると共に、被溶接物と電子ビームとを相対的に移
動させる点に要旨が存在する。 EBWでは、ビームの指向する方向にある金属
が照射エネルギーを受けて溶融し深いビーム孔が
形成される。そしてビームを溶接線方向に移動さ
せると溶融金属は順次後方へ送られて凝固して溶
接金属となり、ビーム孔と溶接金属の位置が連続
的に移動しつつ溶接が行なわれる。この様な原理
からも明らかな様に、アーキングによつて生じじ
た空洞を通常のEBW法でそのまま補修溶接する
ことは困難と考えられる。即ち第１〜３図は、空
洞欠陥２を有する溶接部１を、通常の横向姿勢に
よる貫通溶接法を適用して補修溶接する場合の工
程説明図で、電子銃３から電子ビーム４を照射し
ながら矢印Ａ方向に移動させると、ビーム４の照
射方向の金属は溶融してビーム孔５ができ、溶融
金属６は順次後方に送られ凝固して溶接金属７と
なり、ビーム４の移動と共にＡ方向の溶接が行な
われる（第１図）。ところがビーム４が空洞欠陥
２の位置に達した時点では（第２図）、後方に送
るべき金属が存在しない為に空洞欠陥２を埋める
ことができず、欠陥２は殆んどそのままの状態で
残留する（第３図）。 ところが本発明の方向を採用すれば、以下に示
す如く空洞欠陥２を確実に埋めることができる。
即ち第４〜６図は本発明の補修溶接法を例示する
工程説明図で、溶接工程自体は第１〜３図の例と
殆んど違わない。但し図からも明らかな様に、電
子ビーム４の照射方向を空洞欠陥２に対して傾斜
（角度α）させて溶接を行なう。この様にして溶
接すれば、ビーム４が空洞欠陥２にさしかかつた
時点でビーム孔５と空洞欠陥２が交差する（第５
図）。即ちビーム孔５と空洞欠陥２は完全に重な
り合うのではなく、ただ一点で交わるだけであ
る。即ち交差点に相当する極く少量の溶融金属の
不足分はこれをはさむ前後・左右及び上下から補
充されるから、後方に送られるべき溶融金属量
は、空洞欠陥２を通過する時点でも十分確保され
る。従つて空洞欠陥２の大きさによつては、第６
図の如く補修溶接部の表面に僅かな凹部８ができ
ることもあるが、空洞欠陥２そのものは完全に解
消される。 この様に本発明では、電子ビームを空洞欠陥の
深さ方向に対して交差する様に傾斜させ、被溶接
物と電子ビームとを相対的に移動させることによ
り目的を達成できるが、より好ましい傾斜角度α
を知る為下記の実験を行なつた。即ち板厚50mmの
鋼板に垂直方向のきり穴（２mmφ）を貫通形成
し、該きり穴を含む面を溶接線として、電子ビー
ムの傾斜角度αを種々変更して補修溶接（横向姿
勢の貫通溶接）を行ない（第７図）、きり穴（空
洞欠陥）の残留度合いを調べ、第８図の結果を得
た。但し空洞欠陥の残留度合いは、溶接後溶接部
側面から放射線検査を行ない、残留欠陥の投影面
積をきり穴の投影面積で除した値で示した。 第８図からも明らかな様に、ビーム照射角度α
が90度（ビーム照射方向と空洞欠陥の中心線が平
行）を頂点としてその前・後で空洞欠陥残留率は
急激に減少し、照射角度αが95度及び85度では欠
陥がかなり残つているものの、100度及び80度で
は90度の場合の1/4程度に激減している。そして
110度以上又は70度以下にすると残留欠陥はほぼ
零になる。但しビーム照射角度αが大きすぎたり
小さすぎると、補修溶接時の溶接厚（ビーム孔５
の長さ）が長くなり、溶接装置の出力不足が起こ
つたり大出力化（高エネルギー化）が必要になり
実用的でないので、45度以上又は135度以下に止
めるべきである。 また第９図は、板厚50mmの鋼板に、70度の傾斜
角度で直径２mmの貫通穴（空洞欠陥）を形成し
（第１０図）、上記と同様にしてビーム照射角度α
と空洞欠陥残留率の関係を調べた結果を示すグラ
フである。この場合はビーム照射角度αが貫通孔
の傾斜角度と等しくなる70度を頂点として、その
前・後で空洞欠陥残留率は急激に減少している。
また本例の様に空洞欠陥が傾斜しているときは、
電子ビームの照射方向を空洞欠陥の傾斜と反対の
方向に設定した方が、空洞欠陥残留率をより効果
的に低減できる。尚この場合においても、溶接装
置の出力との関係で照射角度αを45度以上又は
135度以下に設定すべきことは、第７図の例と同
様である。 即ち第８，９図の結果を総合して電子ビームの
最も好ましい照射角度αを求めると、空洞欠陥の
被溶接物表面に対する傾斜角度をθとして次式が
成立し、 45度≦α≦（θ−５）度及び （θ＋５）度≦α≦135度 より好ましい範囲は次式の通りとなる。 45度≦α≦（θ−15）度及び （θ＋15）度≦α≦135度 本発明は概略以上の様に構成されており、
EBWで不可避の欠陥をEBW法によつて簡単に補
修溶接できることになつた。尚上記では横向姿勢
溶接を主体に説明したが、本発明はもとよりこれ
に限定される訳ではなく、空洞欠陥の形成方向に
応じて下向き、上向き或は傾斜溶接等にも適用で
きることは言うまでもない。 次に本発明の実施例を示す。 実施例 板厚50mmの鋼板を第１表の条件で電子ビーム溶
接している途中で故意にビームを中断し、溶接部
に空洞欠陥を形成した（参考写真１）、
ング欠陥（ビード穴）を、電子ビーム溶接を利用
して効率良く補修溶接する方法に関するものであ
る。 電子ビーム溶接（以下EBWという）法は、機
械部品の精密加工や特殊金属の溶接のみならず、
圧力容器等の厚物鋼板の溶接にも適用されつつあ
る。厚物鋼板のEBWでは横向姿勢の貫通溶接が
常識となつており、その理由は、横向姿勢の方が
下向姿勢より深い溶け込みが得られ易く、また貫
通溶接の方が部分溶込み溶接よりも欠陥が発生し
難いからである。ところでこの様な厚物鋼板の
EBWでしばしば問題になるのは“アーキング”
と呼ばれるビームの中断である。アーキングとは
電子銃内の放電によるビーム切れ状態を言い、被
溶接物から発生する金属蒸気やガスが電子銃内に
侵入し、電子銃内の真空度が低下することが最大
の原因とされている。従つて多量の金属が溶融さ
れる厚物鋼板の溶接では金属蒸気やガスの発生量
が多く、アーキングが起こり易い。貫通溶接時に
アーキングが起こるとビームが中断し、溶け込み
深さにほぼ等しい空洞欠陥（ビーム穴が溶融金属
で埋まらず空洞として残つた状態：ビーム穴）が
発生する。この様な欠陥の補修法としては、溶接
部を広範囲に亘つて熱的（アークエアガウジング
やフレームガウジング）或は機械的に除去した
後、アーク溶接する方法が採用されているが、ガ
ウジング作業、ガウジング部のグラインダ等によ
る開先清掃作業等が極めて煩雑であり、且つ非能
率的である。しかも被溶接物の板厚や鋼種によつ
ては、補修溶接に先立つて予熱が必要であつた
り、補修溶接後の熱処理がが必要になることもあ
る。 この様にEBWで発生するアーキング部の欠陥
の補修には膨大な労力と時間を要するから、前述
の様な欠陥を未然に防止すべく種々の研究が行な
われている（特開昭51−8140、同51−18957、同
51−20045、同54−45513等）。しかしながら、現
在のところアーキングの発生原因が正確に把握さ
れていない為、上記の公開発明にしてもアーキン
グ発生回数を減少し得るのみで完全に防止できる
訳ではなく、またアーキングの発生時期もまつた
く予測できない。従つて補修溶接は依然として不
可欠の工程とされている。 本発明者等は前述の様な事情に着目し、EBW
法の実用性を高める為には簡便な補修溶接技術を
確立する必要があると考え、その線に沿つて研究
を進めてきた。本発明はかかる研究の結果完成さ
れたものであり、その構成は、EBW法によるア
ーキング発生部に生じたビーム穴をEBW法を利
用して補修溶接する方法であつて、電子ビームを
ビーム穴の中心線に対して交差する様に傾斜させ
ると共に、被溶接物と電子ビームとを相対的に移
動させる点に要旨が存在する。 EBWでは、ビームの指向する方向にある金属
が照射エネルギーを受けて溶融し深いビーム孔が
形成される。そしてビームを溶接線方向に移動さ
せると溶融金属は順次後方へ送られて凝固して溶
接金属となり、ビーム孔と溶接金属の位置が連続
的に移動しつつ溶接が行なわれる。この様な原理
からも明らかな様に、アーキングによつて生じじ
た空洞を通常のEBW法でそのまま補修溶接する
ことは困難と考えられる。即ち第１〜３図は、空
洞欠陥２を有する溶接部１を、通常の横向姿勢に
よる貫通溶接法を適用して補修溶接する場合の工
程説明図で、電子銃３から電子ビーム４を照射し
ながら矢印Ａ方向に移動させると、ビーム４の照
射方向の金属は溶融してビーム孔５ができ、溶融
金属６は順次後方に送られ凝固して溶接金属７と
なり、ビーム４の移動と共にＡ方向の溶接が行な
われる（第１図）。ところがビーム４が空洞欠陥
２の位置に達した時点では（第２図）、後方に送
るべき金属が存在しない為に空洞欠陥２を埋める
ことができず、欠陥２は殆んどそのままの状態で
残留する（第３図）。 ところが本発明の方向を採用すれば、以下に示
す如く空洞欠陥２を確実に埋めることができる。
即ち第４〜６図は本発明の補修溶接法を例示する
工程説明図で、溶接工程自体は第１〜３図の例と
殆んど違わない。但し図からも明らかな様に、電
子ビーム４の照射方向を空洞欠陥２に対して傾斜
（角度α）させて溶接を行なう。この様にして溶
接すれば、ビーム４が空洞欠陥２にさしかかつた
時点でビーム孔５と空洞欠陥２が交差する（第５
図）。即ちビーム孔５と空洞欠陥２は完全に重な
り合うのではなく、ただ一点で交わるだけであ
る。即ち交差点に相当する極く少量の溶融金属の
不足分はこれをはさむ前後・左右及び上下から補
充されるから、後方に送られるべき溶融金属量
は、空洞欠陥２を通過する時点でも十分確保され
る。従つて空洞欠陥２の大きさによつては、第６
図の如く補修溶接部の表面に僅かな凹部８ができ
ることもあるが、空洞欠陥２そのものは完全に解
消される。 この様に本発明では、電子ビームを空洞欠陥の
深さ方向に対して交差する様に傾斜させ、被溶接
物と電子ビームとを相対的に移動させることによ
り目的を達成できるが、より好ましい傾斜角度α
を知る為下記の実験を行なつた。即ち板厚50mmの
鋼板に垂直方向のきり穴（２mmφ）を貫通形成
し、該きり穴を含む面を溶接線として、電子ビー
ムの傾斜角度αを種々変更して補修溶接（横向姿
勢の貫通溶接）を行ない（第７図）、きり穴（空
洞欠陥）の残留度合いを調べ、第８図の結果を得
た。但し空洞欠陥の残留度合いは、溶接後溶接部
側面から放射線検査を行ない、残留欠陥の投影面
積をきり穴の投影面積で除した値で示した。 第８図からも明らかな様に、ビーム照射角度α
が90度（ビーム照射方向と空洞欠陥の中心線が平
行）を頂点としてその前・後で空洞欠陥残留率は
急激に減少し、照射角度αが95度及び85度では欠
陥がかなり残つているものの、100度及び80度で
は90度の場合の1/4程度に激減している。そして
110度以上又は70度以下にすると残留欠陥はほぼ
零になる。但しビーム照射角度αが大きすぎたり
小さすぎると、補修溶接時の溶接厚（ビーム孔５
の長さ）が長くなり、溶接装置の出力不足が起こ
つたり大出力化（高エネルギー化）が必要になり
実用的でないので、45度以上又は135度以下に止
めるべきである。 また第９図は、板厚50mmの鋼板に、70度の傾斜
角度で直径２mmの貫通穴（空洞欠陥）を形成し
（第１０図）、上記と同様にしてビーム照射角度α
と空洞欠陥残留率の関係を調べた結果を示すグラ
フである。この場合はビーム照射角度αが貫通孔
の傾斜角度と等しくなる70度を頂点として、その
前・後で空洞欠陥残留率は急激に減少している。
また本例の様に空洞欠陥が傾斜しているときは、
電子ビームの照射方向を空洞欠陥の傾斜と反対の
方向に設定した方が、空洞欠陥残留率をより効果
的に低減できる。尚この場合においても、溶接装
置の出力との関係で照射角度αを45度以上又は
135度以下に設定すべきことは、第７図の例と同
様である。 即ち第８，９図の結果を総合して電子ビームの
最も好ましい照射角度αを求めると、空洞欠陥の
被溶接物表面に対する傾斜角度をθとして次式が
成立し、 45度≦α≦（θ−５）度及び （θ＋５）度≦α≦135度 より好ましい範囲は次式の通りとなる。 45度≦α≦（θ−15）度及び （θ＋15）度≦α≦135度 本発明は概略以上の様に構成されており、
EBWで不可避の欠陥をEBW法によつて簡単に補
修溶接できることになつた。尚上記では横向姿勢
溶接を主体に説明したが、本発明はもとよりこれ
に限定される訳ではなく、空洞欠陥の形成方向に
応じて下向き、上向き或は傾斜溶接等にも適用で
きることは言うまでもない。 次に本発明の実施例を示す。 実施例 板厚50mmの鋼板を第１表の条件で電子ビーム溶
接している途中で故意にビームを中断し、溶接部
に空洞欠陥を形成した（参考写真１）、
【表】
この溶接部を同じ条件で補修溶接したところ、
空洞欠陥は殆んどそのまま残留しており補修の目
的を達成できなかつた（参考写真２）。 これに対し本発明の要件を満たす第２表の条件
で補修溶接を行なつたところ、参考写真３に示す
如く空洞欠陥を完全になくすことができた。
空洞欠陥は殆んどそのまま残留しており補修の目
的を達成できなかつた（参考写真２）。 これに対し本発明の要件を満たす第２表の条件
で補修溶接を行なつたところ、参考写真３に示す
如く空洞欠陥を完全になくすことができた。
第１〜３図は電子ビーム溶接を利用した補修溶
接の比較例を示す説明図、第４〜６図は本発明の
補修溶接法を例示する説明図、第７，10は実験で
採用した補修溶接法を示す説明図、第８，９図は
ビーム照射角と空洞欠陥残留率の関係を示すグラ
フ、第１１図はab値の算出法を示す説明図であ
る。 １……被溶接物、２……空洞欠陥（ビーム
穴）、３……電子銃、４……電子ビーム、５……
ビーム孔、６……溶融金属、７……溶接金属。
接の比較例を示す説明図、第４〜６図は本発明の
補修溶接法を例示する説明図、第７，10は実験で
採用した補修溶接法を示す説明図、第８，９図は
ビーム照射角と空洞欠陥残留率の関係を示すグラ
フ、第１１図はab値の算出法を示す説明図であ
る。 １……被溶接物、２……空洞欠陥（ビーム
穴）、３……電子銃、４……電子ビーム、５……
ビーム孔、６……溶融金属、７……溶接金属。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 電子ビーム溶接のアーキング発生部に生じた
ビーム穴を電子ビーム溶接で補修する方法であつ
て、電子ビームをビーム穴の中心線に対して交差
する様に傾斜させると共に、被溶接物と電子ビー
ムとを相対的に移動させることによりビーム穴を
補修することを特徴とする電子ビーム補修溶接
法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、電子ビーム
の被溶接物表面に対する傾斜角度αが次式を満足
する様に調整して溶接する電子ビーム補修溶接
法。 45度≦α（θ−５）度及び （θ＋５）度≦α≦135度 （但しθは被溶接物表面に対するビーム穴中心
線の角度を示す）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14401680A JPS5768286A (en) | 1980-10-14 | 1980-10-14 | Method for electron beam repair welding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14401680A JPS5768286A (en) | 1980-10-14 | 1980-10-14 | Method for electron beam repair welding |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5768286A JPS5768286A (en) | 1982-04-26 |
| JPS6255957B2 true JPS6255957B2 (ja) | 1987-11-24 |
Family
ID=15352355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14401680A Granted JPS5768286A (en) | 1980-10-14 | 1980-10-14 | Method for electron beam repair welding |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5768286A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6443752U (ja) * | 1987-09-12 | 1989-03-15 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115229322B (zh) * | 2022-08-17 | 2023-08-22 | 中国航空制造技术研究院 | 一种双层板结构的电子束补焊方法 |
-
1980
- 1980-10-14 JP JP14401680A patent/JPS5768286A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6443752U (ja) * | 1987-09-12 | 1989-03-15 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5768286A (en) | 1982-04-26 |
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