JPS6261782A - 電子ビ−ム溶接装置 - 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】 ビーム溶接を行う装置に関する。

〔従来の技術及びその問題点〕

電子ビーム熱源はエネルギ密度が非常に高いため、これ
を溶接に適用すると極めて大きい溶込みが得られる。高
出力電子ビーム溶接装置を用いれば１５０ｍ以上の板厚
の鋼板を１ランで溶接することも可能である。従って、
電子ビーム溶接においては開先形状をＴ形にし、開先面
を密着させ開先間隙０叫の状態で溶接を行うのが一般的
である。

このため、アーク溶接の如く開先内を充填するための溶
加材を必要とせず、これが電子ビーム溶接の大きな特長
の一つになっている。

しかしながら、実構造物においては、開先間隙を常にＯ
ｗに保つことは容易でなく、また対象物によっては開先
間隙を無くすことが困難な場合があり、フィラワ１ヤ等
の溶加材供給電子ビーム溶接技術の確立が必要とされる
。例えば、０．５＋ｎ＋ｎ以上の開先間隙が存在する場
合には溶接金属内部に大きな空洞欠陥が発生するように
なる。この欠陥は開先間隙分に相当する溶融金属が不足
することによって発生するものであり、このような場合
には、電子ビーム溶接といえども溶加材を添加すること
によって溶融金属の不足分を補って溶接しなければなら
ない。

また、電子ビーム溶接金属は母材が溶融・凝固したもの
であり、材種によっては電子ビーム溶接金属の機械的性
質が母材のそれを大幅に下回る場合がある。この場合に
は溶接金属中に溶加材を添加して溶接金属の化学成分を
適正化し、機械的性質の向上を図る必要がある。溶加材
の供給形態は実用的には、フイラワイヤの連続送給で行
うのが溶接施工上置も望ましい。

以上の如く、フイラワイヤを供給しての電子ビーム溶接
は、電子ビーム溶接の応用拡大を図る上で極めて重要な
技術である。しかし、フイラワイヤを供給しつつ電子ビ
ーム溶接する方法は技術的に必ずしも容易でない。第５
図はフイラワイヤ（２）を用いた電子ビーム溶接の実施
状況を示すもので、（４）は被溶接材、（１）は電子ビ
ーム、（Ａ）はビーム孔、（Ｂ）は溶融金属であり、フ
イラワイヤ（２）を安定して添加するには電子ビーム（
１）とフイラワイヤ（２）のビーム孔内における衝突位
置、すなわちその衝突位置の被溶接材表面からの深さｈ
を適正範囲内に維持することが重要になる。

ところが、被溶接材に大きな残留磁気が存在する場合に
は、フイラワイヤと亀子ビームの衝突位置が大幅にずれ
、フィラワイヤを安定に添加することが不可能になる。

この様子を第６図（Ａ）ら）に示す。被溶接材の残留磁
気を溶接線方向（Ｂｘ）と溶接線直角方向（Ｂｙ）とに
分けると、　　ＲＸは電子ビームを第６図（ａ）　！Ｆ
−示すように溶接線直角方向に、またＢＹは第６図伽）
に示すように溶接線方向にそれぞｎ偏向させる。フイラ
ワイヤを添加しない場合は欣のみを考慮すｎばよいが、
フイラワイヤを供給しつつ溶接する場合はＢＸのみなら
ずＢＹの制御も極めて重要になる。というのは、溶接線
直角方向の残留磁気Ｂｙが大きい時には。

第７図に示すように電子ビーム（１）とフイラワイヤ（
２）の衝突位置が大幅に変動し、極端な場合には（ａ）
の如くフイラワイヤ自体の溶融が不可能になったり、或
いは（ｂ）の如くフイラワイヤ（２）と電子ビーム（１
）がビーム孔外で衝突し、溶接部にフイラワイヤが添加
されなくなる。

なお、ＢＹは対向する溶接すべき母材端面の磁極が一方
がＮ極で他方がＳ極である場合には非常に大きくなり１
例えば開先間隙２．０瓢で突合せた場合、一枚板の状態
で端面でのＢＹが８ガウスであったものが、開先内では
９０ガウス、被溶接表面で３５ガウスにも達する。

従うて、フイラワイヤを溶接部に安定添加して電子ビー
ム溶接を行うには、溶接線直角方向の磁界ＢＹを制限す
る必要がある。このような問題は被溶接材を脱磁処理す
ることにより解決可能であるが、脱磁を行うＫは多大な
る設備と工数が要求されるだけでなく、脱磁後の被溶接
材の取り扱いも極めて厳格なものが要求され、実用的に
採用し難い方法である。なお、実験によれば、フイラワ
イヤを供給して電子ビーム溶接する時の許容残留磁気Ｂ
Ｙは被溶接材表面上（但し２．０震開先間隙を有する継
手）で約８ガウスである口 重発明はこのような従来の問題に鑑みなさｎたちので、
被溶接材に溶接線直角方向の磁界ＢＹが存在している場
合でも、フイラワイヤを溶接部に供給しての電子ビーム
溶接を安定且つ容易に行うことができる装置を提供せん
とするものである。

〔問題を解決するための手段〕

このため本発明は、電子銃から放出さｎｈ電子ビームが
被溶接材に到達するまでの間に。

溶接線直角方向の磁界ＢＹによって溶接線方向に偏向さ
れることがないように、電子ビーム通路を磁界からシー
ルドする磁気シールド筒と、この磁気シールド筒に溶加
材供給のために設けられるガイド機構とを備えた磁気シ
ールド装置を設けたことをその基本的特徴とする。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示すものである口 図において、（３）は溶接装置本体たる電子銃。

（５）は本発明を構成する磁気シールド装置であるＯ 磁気シールド装置（５）は、磁気シールド筒（６）とこ
の磁気シールド筒に設けらｎる溶加材ガイド機構（７）
とからなっている。

磁気シールド筒（６）は、電子ビーム通路を磁界からシ
ールドするだめのもので、電子銃（３〕のビーム放出側
から延出し、先端開口が溶接部近傍に位置できるよう釦
なっている。

溶加材ガイド機構（７）はフイラワイヤ等の溶加材を磁
気シールド筒（６）先端外方の所定の位置に供給する次
めに設けられるもので１本実施例では、磁気シールド筒
（６）に形成さｎるガイド孔（８）により構成されてい
る。このガイド孔（８）は磁気シールド筒（６）の先端
寄りの部分に、軸線が磁気シールド筒（６）の軸線とシ
ールド筒先端外方位置（＝溶加材と電子ビームとの衝突
位置）で交差するよう斜めに形成さｎている。このよう
な溶加材ガイド機構（７ンによればフイラワイヤ（２）
はガイド孔（８）にガイドされ磁気シールド筒（６ン内
を通過して被溶接材側に到達する。

第２図（ａ）ないしくｃ）は、それぞ几溶加材ガイド機
構の他の実施例を示すものである。

このうち第２図（ａ）は磁気シールド筒（６）にガイド
筒（９）を貫設した構造、ま次第２図（ｂ）は磁気シー
ルド筒（６）の下端に溶加材挿通用のスリットαＱを設
けた構造である。さらに第２図（ｃ）は磁気シールド筒
（６）に設けらｎｆｃ貫通孔０℃にガイド簡閲を上下動
及び上下傾動可能に取付けた構造であり、こｎによりフ
イラワイヤの供給角度及び供給位置を調整できるように
している。

第３図□□□）及び％）はそれぞれｖ＆党シールド装置
の他の実施例を示すもので、溶加材を磁気シールド筒内
を通すことなく供給できるよう。

ガイド機構をシールド筒外側に設けたものである。この
うち第３図（ａ）は磁気シールド筒（６）の先端にテー
パ状の絞り部Ｑ２を形成し、この絞り部（財）のテーパ
状外面に溶加材ガイド機構（７）たるガイド筒（Ｉ）を
設けたものである・また。

第３図（ｂ）は磁気シールド筒（６）の先端に傾斜部α
■設け、この傾斜部（２）に同様のガイド筒室を設けた
ものである。

また、磁気シールド筒内に金属蒸気が多量流入すると、
磁気シールド内の真空度が低下しビーム散乱の原因にな
る。このため第４図（イ）及び（ロ）に示すように、磁
気シールド筒（６）に溶接により発生する金属蒸気の排
出孔へ４を多数設けた構造とすることができる。実験に
おいて、第４図に示すようなＯｌの排出孔α尋を１０１
１ＩＩＫ間隔で多数形成させ溶接を行った力Ｓ。

シールド筒内の金属蒸気の充満はなく、また磁気シール
ド特性が低下することもなくその効果が十分に確認さｒ
Ｌｆｃ、。

なお１本発明では、磁気シールド筒（６）として円筒状
の管材のほか、断面矩形、三角形等の角形管材等を用い
ることもできる。

次に、本発明装置及び従来装置により電子ビーム溶接を
行った結果を述べる一 被溶接材には板厚１００劉の５Ｂ４９材を使用し、スペ
ーサを用いて開先間隙２．０　ｍを有する継手を用意し
た。本発明装置の磁気シールド筒には肉厚５酬、内径２
５ＩＩ１１の軟調製の円筒形パイプを用い、これにビー
ム軸に対し２０°の角度でもってフイラワイヤを供給す
るためのガイドを設けた。用いたフイラワイヤの直径は
２，０■である。磁気シールドパイプ先端と被溶接材と
の間隔はＩＧｍとした。主な溶接条件は、溶接姿勢は横
向とし、加速電圧１５０　ＫＶ　、ビーム電流２２０ｍ
Ａ、　　溶接速度１５　ｃｒｎ／ｍｉｎ　％フイラワイ
ヤ供給速度９５０〜領ｎである。この時の被溶接材の溶
接線直角方向の残留磁気ＢＹは被溶材表面で３０ガウス
でアッタ。電子ビームとフイラワイヤは被溶接材表面か
ら内部に４謹入ったビーム孔内で衝突するようにセット
した。

本発明の溶接装置によれば、磁気シールド装置を設けた
ことにより被溶接材に大きな残留磁気ＢＹが存在するに
もかかわらず、フイラワイヤは極めてスムーズに溶接部
に供給され同質欠陥の無い良好な溶接ビードが形成され
た。

比較のために、上記磁気シールド筒を用いずに１同一溶
接条件下でフィラワイヤを供給して溶接を行った。この
場合には電子ビームが溶接方向に大きく曲がっ九ためフ
ィラヮイヤは全く溶融せず溶接することができなかった
。

以上の如く、本発明の効果の絶大なることが確認され、
た。

なお、磁気シールド筒と被溶接材との間隔が過大忙なる
と、この間で電子ビームが大きく偏向し、フィラワイヤ
の安定添加に支障をきたすため、取り得る間隔は必然的
に制限される。例えば被溶接材表面で４０ガウスの残留
磁気ＢＹがある場合には、フィラヮイヤを安定して添加
するためにその間隔を１５箇以下に制限する必要があっ
た。この場合、フィラワイヤをビーム孔内の適正位置に
供給するＫは、磁気シールド筒内を通してフィラヮイヤ
を送給しなければならない。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明装置によれば、被溶接材に大きな残留
応力が存在する場合にも、フイラワイヤ等の溶加材を安
定的に添加した電子ビーム溶接を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例及びそれによる溶接状況
を示す説明図である。第２図（ａ）ないし伽）はそれぞ
れ本発明装置における溶加材ガイド機構の実施例を示す
説明図、である。第３図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本
発明装置の他の実施例を示す説明図である。第４図（イ
）及び（ロ）は本発明装置の他の実施ｆ１１を示すもの
で、第４図（イ）は斜視図、第４図炉）は縦断面図であ
る。第５図は従来の電子ビーム溶接装置による溶接状況
を示す説明図である。第６図仏）及び（ｂ）は被溶接材
残留磁気によるビーム偏向方向を示す説明図である。第
７図（ａ）及び（ｂ）は溶接線直角方向残留磁気が存在
する場合のビーム偏向とフィラヮイヤとの位置関係を示
す説明図である。 図において、（５）は磁気シールド装置、（６）は磁気
シールド筒、（７）は溶加材ガイド機構を各示す。 特許出願人　　日本鋼管株式会社 発　明　者　　　小　　　菅　　　茂　　　義同　　　
　　　　　　仲　　　１）　　清　　　相同　　　　　
　　　　渡　　　邊　　　　　　　２同　　　　　　　
　　小　　　林　　　泰　　　男同　　　　　　　　　
松　　　本　　　重　　　東回　　　　多賀根　　　章 門　　　　　　　　　　１）　　　中　　　明　　　広
代理人弁理士　　　吉　　　原　　　省　　　三岡　　
同　　　　　　高　　　橋　　　　　　　　清第　　１
　　図 第３図 （ａ）　　　　　　（ｂ） （イ）　　　　　　　　　　　　　　　　（ロ）第　５
　図 第 第　７ （ｂ） 因 （ｂ） 手続補正書（ｊｊ）し 昭ｆｏ６Ｚ年７０月２２日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶加材を連続的または断続的に供給しつつ溶接を行う電
   子ビーム溶接装置において、中空内を電子ビームが通過
   すべき磁気シールド筒と該磁気シールド筒に設けられた
   溶加材ガイド機構とからなる磁気シールド装置を備えた
   ことを特徴とする電子ビーム溶接装置。