JPWO2020085492A1 - 接合方法 - Google Patents

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Abstract

第1部材(10)と第2部材(20)とを突き合わせて接合する接合方法であって、第2突出部(22)に対向する第1突出部(12)の一部と、第1突出部(12)に対向する第2突出部(22)の一部とを除去して、第1突出部(12)と第2突出部(22)との間に開先領域(Rg)を形成する開先形成工程と、突合せ溶接により、第1部材(10)と第2部材(20)とを接合する第1溶接工程と、肉盛り溶接により、開先領域(Rg)を埋める第2溶接工程とを含む。開先形成工程では、第1突出部(12)の開先領域(Rg)に面する面が、第1突出部(12)の外面に近づくほど第2突出部(22)との接合位置から遠くなる第1傾斜面(12d)となり、第2突出部(22)の開先領域(Rg)に面する面が、第2突出部(22)の外面に近づく第1突出部(12)との接合位置から遠くなる第2傾斜面(22d)となる。

Description

本開示は、溶接により部材同士を接合する接合方法に関する。
従来、金属部材同士を突合せ溶接により接合する方法がある。特許文献1は、互いに厚さの異なる部材同士を突合せ溶接する方法を開示している。ただし、特許文献1に開示されている溶接方法では、一方の部材の厚さと他方の部材の厚さとが互いに異なるのであって、それぞれの部材の部位によって厚さが異なる、すなわち、接合位置での厚さが場所によって異なる場合に採用されるものではない。
特開平9−132386号公報
特許文献1に開示されているようなレーザビーム等を熱源とした突合せ溶接により、場所によって厚さが異なる部材同士を接合する場合には、接合位置での厚さによって溶接速度やレーザ出力等の溶接条件を変化させる必要がある。しかし、実際上、連続的に溶接条件を変化させることは難しい。特に、接合位置の厚さ差や、接合面の形状によっては、接合位置での厚さによって溶接条件を変化させることができない場合も想定される。
そこで、本開示は、接合位置での厚さが場所によって異なる部材同士を接合させる場合の適用範囲を広げるのに有利となる接合方法を提供することを目的とする。
本開示の一態様は、第1基板部と第1基板部から突出している第1突出部とを有する第1部材と、第2基板部と第2基板部から突出している第2突出部とを有する第2部材とを突き合わせて接合する接合方法であって、第2突出部に対向する第1突出部の一部と、第1突出部に対向する第2突出部の一部とを除去して、第1突出部と第2突出部との間に開先領域を形成する開先形成工程と、開先形成工程の後に、突合せ溶接により、第1部材と第2部材とを互いに接合する第1溶接工程と、第1溶接工程の後に、肉盛り溶接により、開先領域を埋める第2溶接工程と、を含み、開先形成工程では、第1突出部の開先領域に面する面が、第1突出部に近づくほど第2突出部との接合位置から遠くなる第1傾斜面となり、かつ、第2突出部の開先領域に面する面が、第2突出部の外面に近づくほど第1突出部との接合位置から遠くなる第2傾斜面となる。
上記の接合方法では、第1傾斜面は、第1基板部から遠いほど、第2突出部との接合位置から遠くなる面であり、第2傾斜面は、第2基板部から遠いほど、第2突出部との接合位置から遠くなる面であってもよい。突合せ溶接は、高密度エネルギーを熱源として用いる第1溶接装置を用いて行われてもよい。肉盛り溶接は、レーザビームを熱源として用いる金属積層式の第2溶接装置を用いて行われてもよい。第2溶接装置は、レーザビームを照射するレーザトーチを備え、第1突出部の突出方向に対する第1傾斜面の傾斜角、及び、第2突出部の突出方向に対する第2傾斜面の傾斜角は、それぞれ、レーザトーチの先端部を構成する外壁の傾斜角と同一、又は、外壁の傾斜角よりも大きく、第1傾斜面と第2傾斜面との間隔は、レーザビームを照射しているレーザトーチが第1傾斜面及び第2傾斜面に非接触となるように決定されてもよい。第1傾斜面は、第1基板部の表面に対して第1曲面を介して連続し、第2傾斜面は、第2基板部の表面に対して第2曲面を介して連続してもよい。第1傾斜面は、第1突出部と第2突出部との接合方向とは垂直となる接合面に対して、第1基板部の表面とは交差する第1軸を基準として傾斜する面であり、第2傾斜面は、接合面に対して、第2基板部の表面とは交差する第2軸を基準として傾斜する面であってもよい。第1突出部は、第2部材と対向する第1突出端面を有し、第2突出部は、第1部材と対向する第2突出端面を有し、開先形成工程では、第1突出端面の一部を残存させて第1傾斜面が形成され、かつ、第2突出端面の一部を残存させて第2傾斜面が形成され、残存した第1突出端面と、残存した第2突出端面とは、互いに対向してもよい。上記の接合方法は、第2溶接工程の前に、第2溶接工程で溶接が行われる部分のうち第1溶接工程で溶接された溶接部に生じた凹凸をならして下地を準備する下地準備工程を含んでもよい。また、上記の接合方法は、第2溶接工程の後に、第2溶接工程において開先領域を埋めて造形された肉盛部の表面に仕上げを施す肉盛面仕上げ工程を含んでもよい。
本開示によれば、接合位置での厚さが場所によって異なる部材同士を接合させる場合の適用範囲を広げるのに有利となる接合方法を提供することができる。
図1は、いくつかの実施形態における接合対象物の形状を示す図である。 図2は、いくつかの実施形態に係る接合方法の流れを示すフローチャートである。 図3(a)及び図3(b)は、第1実施形態に係る接合方法における開先形成工程を説明する図である。 図4(a)及び図4(b)は、第1実施形態に係る接合方法における基板部接合工程を説明する図である。 図5は、基板部接合工程で用いられるレーザ溶接装置を示す図である。 図6は、第1実施形態に係る接合方法における下地準備工程を説明する図である。 図7(a)及び図7(b)は、第1実施形態に係る接合方法における肉盛造形工程を説明する図である。 図8は、肉盛造形工程で用いられる金属積層溶接装置を示す図である。 図9は、第1実施形態に係る接合方法における肉盛面仕上げ工程を説明する図である。 図10(a)及び図10(b)は、いくつかの実施形態における接合対象物の他の形状を示す図である。 図11は、第2実施形態に係る接合方法における開先形成工程が実施された後の接合対象物の状態を示す図である。 図12は、第2実施形態に係る接合方法における基板部接合工程が実施された後の接合対象物の状態を示す図である。 図13は、第2実施形態に係る接合方法における下地準備工程が実施された後の接合対象物の状態を示す図である。 図14は、第2実施形態に係る接合方法における肉盛造形工程が実施された後の接合対象物の状態を示す図である。 図15は、第2実施形態に係る接合方法における肉盛面仕上げ工程が実施された後の接合対象物の状態を示す図である。
以下、いくつかの例示的な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ここで、実施形態に示す寸法、材料、その他、具体的な数値等は例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。また、実質的に同一の機能及び構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、本開示に直接関係のない要素については、図示を省略する。さらに、以下の各図では、鉛直方向にZ軸を取り、Z軸に垂直な水平面内において、X軸、及び、X軸に垂直なY軸を取る。
(接合対象物)
図1は、いくつかの実施形態に係る接合方法を用いて接合可能な対象物の一例を示す斜視図である。第1部材10は、一方の接合対象物であり、第2部材20は、他方の接合対象物である。いくつかの実施形態に係る接合方法により、少なくとも、第1部材10の一部と第2部材20の一部とが接合される。第1部材10と第2部材20とが、図1に示すように互いに配置された場合、第1部材10と第2部材20との接合方向は、図中の矢印で示すように、Y方向に沿う。また、第1部材10及び第2部材20は、例えば、それぞれ、炭素鋼やステンレス鋼等の鋼材で形成されている。ただし、第1部材10及び第2部材20を形成する材料は、鋼材に限られず、アルミニウム系材料、チタン系材料、ニッケル系材料等の金属材料であってもよい。以下、第1部材10及び第2部材20の形状の例示を規定する基準として、厚さ方向はZ方向に沿っており、幅方向はX方向に沿っているものとする。
第1部材10は、第1基板部11と、第1突出部12とを含む。
第1基板部11は、厚さtの平板部である。第1基板部11の主平面は、XY平面に対して平行である。第1基板部11は、2つの主平面のうちの一方の主平面として、第1平面11aを有する。接合方向がY方向に沿っているとすると、第1基板部11は、四方の側面のうちの一方の側面として、XZ平面に対して平行で、かつ、第2部材20と対向する第1基板端面11bを有する。
第1突出部12は、第1平面11aからZ方向の上方に向かって突出した直方体部である。第1突出部12の厚さtは、第1基板部11の厚さtよりも厚い。第1突出部12の幅wは、第1基板部11の幅wよりも狭い。接合方向がY方向に沿っているとすると、第1突出部12は、四方の側面のうちの一方の側面として、XZ平面に対して平行で、かつ、第2部材20と対向する第1突出端面12bを有する。いくつかの実施形態では、実際には、第1部材10と第2部材20とを接合する際に、第1突出端面12bを含む第1突出部12の一部が除去される。第1突出部12の一部が除去される前の状態では、図1に示すように、第1基板部11の第1基板端面11bと、第1突出部12の第1突出端面12bとは、1つのXZ平面上で連続する。すなわち、第1部材10において、第2部材20に対して接合される仮想の接合面は、Y方向に沿って見た場合、おおよそ凸形となる。
一方、第2部材20は、第2基板部21と、第2突出部22とを含む。第2部材20の形状は、いくつかの実施形態では、第1部材10との接合位置を基準として、第1部材10の形状と略対称である。
第2基板部21は、第1部材10の第1基板部11と同様に、厚さtで、幅wの平板部である。第2基板部21は、2つの主平面のうちの一方の主平面として、第2平面21aを有する。接合方向がY方向に沿っているとすると、第2基板部21は、四方の側面のうちの一方の側面として、XZ平面に対して平行で、かつ、第1部材10と対向する第2基板端面21bを有する。
第2突出部22は、第1部材10の第1突出部12と同様に、第2平面21aからZ方向の上方に向かって突出した直方体部である。第2突出部22の厚さは、第1突出部12の厚さtと同一である。第2突出部22の幅は、第1突出部12の幅wと同一である。接合方向がY方向に沿っているとすると、第2突出部22は、四方の側面のうちの一方の側面として、XZ平面に対して平行で、かつ、第1部材10と対向する第2突出端面22bを有する。第1部材10と同様に、実際には、第1部材10と第2部材20とを接合する際に、第2突出端面22bを含む第2突出部22の一部が除去される。第2突出部22の一部が除去される前の状態では、図1に示すように、第2基板部21の第2基板端面21bと、第2突出部22の第2突出端面22bとは、1つのXZ平面上で連続する。すなわち、第2部材20においても、第1部材10に対して接合される仮想の接合面は、Y方向に沿って見た場合、おおよそ凸形となる。
つまり、一方の接合対象物と他方の接合対象物とは、それぞれ、接合位置での厚さが場所によって異なる。いくつかの実施形態では、一方の接合対象物である第1部材10では、第1基板端面11bがある第1基板部11と、第1突出端面12bがある第1突出部12との2つの場所で、互いに厚さが異なる。同様に、他方の接合対象物である第2部材20では、第2基板端面21bがある第2基板部21と、第2突出端面22bがある第2突出部22との2つの場所で、互いに厚さが異なる。
(第1実施形態)
図2は、第1実施形態に係る接合方法の流れを示すフローチャートである。本実施形態に係る接合方法は、開先形成工程S101と、基板部接合工程S102と、下地準備工程S103と、肉盛造形工程S104と、肉盛面仕上げ工程S105とを含む。
図3は、開先形成工程S101を説明する図である。図3(a)は、開先形成工程S101が実施された後の第1部材10及び第2部材20の状態を示す斜視図である。図3(b)は、開先形成工程S101が実施された後に、第1基板端面11bと第2基板端面21bとを互いに突き合わせたときの第1部材10及び第2部材20の状態を示す拡大側面図である。図3(b)では、第1部材10と第2部材20との接合位置Jが一点鎖線で表示されている。ただし、接合位置Jは、第1基板端面11bと第2基板端面21bとを含む、XZ平面に対して平行な一平面である。
開先形成工程S101は、第2突出部22に対向する第1突出部12の一部と、第1突出部12に対向する第2突出部22の一部とを除去することで、第1突出部12と第2突出部22との間に開先領域Rを形成する工程である。
開先領域Rは、例えば、図1に示す状態の第1部材10及び第2部材20から、第1突出部12の一部及び第2突出部22の一部をそれぞれX方向に沿って切り欠いて形成される。図3(b)を参照すると、第1突出部12では、まず、Y方向に沿って接合位置Jから距離Lの間の部分が除去される。つまり、接合位置Jから距離Lの間では、おおよそ第1基板部11のみが存在する。さらに、接合位置Jから距離Lの位置を基準として、開先領域Rに面する面が、第1基板部11からZ軸方向に遠いほど接合位置JからY軸方向に遠くなる第1傾斜面12dとなるように、第1突出部12の残存部分の一部が除去される。図中、第1突出部12の突出方向に対する第1傾斜面12dの傾斜角は、θと表記されている。また、第1傾斜面12dは、第1平面11aに対して、曲率半径Rの第1曲面12eを介して連続している。不図示であるが、曲率半径Rの中心は、X軸上にある。
同様に、第2突出部22では、まず、Y方向に沿って接合位置Jから距離Lの間の部分が除去される。つまり、接合位置Jから距離Lの間では、おおよそ第2基板部21のみが存在する。さらに、接合位置Jから距離Lの位置を基準として、開先領域Rに面する面が、第2基板部21からZ軸方向に遠いほど接合位置JからY軸方向に遠くなる第2傾斜面22dとなるように、第2突出部22の残存部分の一部が除去される。図中、第2突出部22の突出方向に対する第2傾斜面22dの傾斜角は、θと表記されている。また、第2傾斜面22dは、第2平面21aに対して、曲率半径Rの第2曲面22eを介して連続している。第2曲面22eにおいても、曲率半径Rの中心は、X軸上にある。
つまり、本実施形態では、第1突出部12で除去される部分の形状と、第2突出部22で除去される部分の形状とは、接合位置Jを基準として略対称である。そして、第1突出部12で除去された部分と、第2突出部22で除去された部分との組み合わせが、開先領域Rとなる。
開先形成工程S101では、第1突出部12の一部及び第2突出部22の一部を切り欠くことができるものであれば、採用する方法を問わない。例えば、第1部材10及び第2部材20を一般的な切削加工装置を用いて形成する場合には、切削加工時に同時に開先領域Rを形成してもよい。又は、第1部材10及び第2部材20を、一般的なプレス装置や鋳造装置などを用いて形成する場合には、予め開先領域Rが形成されるように設計されてもよい。
また、開先領域Rの形状を規定する距離L及び傾斜角θは、本実施形態では、後の工程である肉盛造形工程S104における溶接に用いられる第2溶接装置に含まれるレーザトーチの形状に基づいて決定される。そこで、距離L及び傾斜角θの採り得る寸法については、以下で詳説する。
図4は、基板部接合工程S102を説明する図である。図4(a)は、基板部接合工程S102が実施されている状態を示す斜視図である。図4(b)は、基板部接合工程S102が実施された後の状態を示す斜視図である。
基板部接合工程S102は、開先形成工程S101の後に、突合せ溶接により、第1基板部11の第1基板端面11bと第2基板部21の第2基板端面21bとをつなぎ合わせて接合する工程である。本実施形態では、基板部接合工程S102の他に、突合せ溶接とは異なる溶接方式である肉盛り溶接による別の溶接工程が存在する。そこで、基板部接合工程S102は、後の工程である別の溶接工程と区別して、本実施形態に係る接合方法における第1溶接工程と位置付けられる。
基板部接合工程S102では、突合せ溶接を行うことが可能な溶接装置が採用される。以下、基板部接合工程S102での溶接に採用される溶接装置を、別の溶接工程での溶接に採用される溶接装置と区別して、第1溶接装置という。第1溶接装置は、例えばレーザ溶接装置である。
図5は、基板部接合工程S102での溶接に採用されるレーザ溶接装置70の構成を示す斜視図である。図5では、一方の接合対象物である第1金属板91と、他方の接合対象物である第2金属板92とが突合せ溶接される場合が例示されている。レーザ溶接装置70は、高密度エネルギーであるレーザビームLBを熱源とし、レーザビームLBを接合位置上にある照射位置93に集光した状態で照射して局部的に溶融・凝固させることで、第1金属板91と第2金属板92とを接合する。
レーザ溶接装置70は、レーザトーチ71と、レーザ発振器75と、トーチ駆動機構76と、制御部78とを備える。レーザ発振器75は、制御部78からの発振指示に基づいてレーザ光を発振する。レーザトーチ71は、集光光学系72を内蔵する。そして、レーザトーチ71は、レーザ発振器75から発振されたレーザ光を、光ファイバ73を介して導入し、集光光学系72により焦点が照射位置93に合うようにレーザビームLBを照射する。トーチ駆動機構76は、可動のアーム77によりレーザトーチ71を支持し、制御部78からの駆動指示に基づいてアーム77を駆動させて、レーザトーチ71の位置を変化させる。制御部78は、レーザトーチ71からレーザビームLBを照射させながら、照射位置93を接合位置に沿って移動させることで、第1金属板91と第2金属板92とを突合せ溶接させる。レーザ溶接装置70により第1金属板91と第2金属板92とが接合された部位には、溶接部94が形成される。
なお、突合せ溶接時のレーザ溶接装置70の溶接条件、例えば、溶接速度やレーザ出力等は、接合対象物の大きさ、形状又は材質等に合わせて適宜変更可能であり、特に限定されるものではない。また、レーザ溶接装置70に採用されるレーザの種類等についても、特に限定されない。
基板部接合工程S102では、レーザ溶接装置70は、図4(a)に示すように、第1基板端面11bと第2基板端面21bとを突き合わせた位置に合わせて突合せ溶接を実施し、徐々に溶接部30を形成していく。最終的に、レーザ溶接装置70は、図4(b)に示すように、第1基板部11と第2基板部21とを互いに接合することができる。なお、基板部接合工程S102が終了した直後では、開先領域Rは残存したままである。
なお、第1溶接装置は、第1基板部11と第2基板部21とを互いに接合する突合せ溶接が可能であれば、レーザ溶接装置70に限定されない。第1溶接装置は、例えば、レーザビームを熱源とするレーザ溶接装置に代えて、レーザビームと同様に高密度エネルギーに分類される電子ビームを熱源とする電子ビーム溶接装置を採用することも可能である。
図6は、下地準備工程S103を説明する図である。
下地準備工程S103は、後の工程である肉盛造形工程S104で溶接が行われる部分のうち、基板部接合工程S102で溶接された溶接部30に生じた凹凸をならして下地31を準備する工程である。ここで、肉盛造形工程S104で溶接が行われる部分とは、開先領域Rに面する部分をいう。したがって、下地準備工程S103では、少なくとも、溶接部30全体のうちの開先領域Rに面する部分、すなわち、第1突出部12及び第2突出部22のそれぞれの幅wに対応した部分の溶接部30に生じた凹凸がならされる。
下地準備工程S103では、溶接部30の凹凸をならすことができるものであれば、採用する方法を問わない。例えば、一般的な研磨装置や機械加工装置を用いて溶接部30の表面を研磨又は切削加工等することで、凹凸をならすことができる。この場合、研磨装置は、自動で操作されるものであってもよいし、作業者が手動で取り扱うものであってもよい。
なお、下地準備工程S103において準備される下地31の範囲には、厳密に該当部分の溶接部30のみならず、溶接部30周辺の第1平面11a又は第2平面21aの一部が含まれていてもよい。
また、本実施形態に係る接合方法では、下地準備工程S103は、必ず実施される工程ではない。例えば、基板部接合工程S102の段階において比較的大きな凹凸が溶接部30に生じておらず、肉盛造形工程S104での肉盛り溶接への影響が少ないと判断し得る場合には、下地準備工程S103は実施されなくてもよい。
図7は、肉盛造形工程S104を説明する図である。図7(a)は、肉盛造形工程S104が実施されている状態を示す斜視図である。図7(b)は、肉盛造形工程S104が実施された後の状態を示す斜視図である。
肉盛造形工程S104は、下地準備工程S103の後、又は下地準備工程S103が実施されない場合には基板部接合工程S102の後に、肉盛り溶接により、開先領域Rを埋める工程である。本実施形態では、突合せ溶接が行われる基板部接合工程S102が存在するので、肉盛造形工程S104は、第1溶接工程としての基板部接合工程S102と区別して、本実施形態に係る接合方法における第2溶接工程と位置付けられる。
肉盛造形工程S104では、肉盛り溶接を行うことが可能な溶接装置が採用される。以下、肉盛造形工程S104での溶接に採用される溶接装置を、基板部接合工程S102での突合せ溶接に採用される第1溶接装置と区別して、第2溶接装置という。第2溶接装置は、例えば、粉末供給方式を採用した金属積層式の溶接装置である。
図8は、肉盛造形工程S104での溶接に採用される金属積層溶接装置80を示す図である。図8(a)は、金属積層溶接装置80の構成を示す斜視図である。図8(b)は、レーザトーチ81の一部断面図である。図8では、基板95上に肉盛り溶接される場合が例示されている。金属積層溶接装置80は、熱源としては、レーザ溶接装置70と同様に高密度エネルギーであるレーザビームLBが用いられる。そして、金属積層溶接装置80は、レーザビームLBを照射位置に向けて照射しながら、照射位置に形成された溶融領域に金属パウダーPOを吹き付けることで、金属材料を堆積させ、連続的な肉盛り部分96を造形する。
金属積層溶接装置80は、レーザトーチ81と、レーザ発振器85と、パウダー供給装置89と、トーチ駆動機構86と、制御部88とを備える。レーザ発振器85は、制御部88からの発振指示に基づいてレーザ光を発振する。レーザトーチ81は、内部に、第1経路81aと第2経路81bとの2つの経路を有する。
第1経路81aは、レーザトーチ81の中心軸に沿った内側に位置し、集光光学系82を備える。レーザトーチ81は、レーザ発振器85から発振されたレーザ光を、光ファイバ83を介して第1経路81aに導入し、集光光学系82により焦点が照射位置に合うようにレーザビームLBを照射する。
第2経路81bは、第1経路81aと同軸上で、第1経路81aの外側に位置する。第2経路81bには、パウダー供給装置89が配管を介して接続されている。パウダー供給装置89は、不活性ガス等のキャリアガスを用いて金属パウダーPOを第2経路81bに供給する。第2経路81bに供給された金属パウダーPOは、図8(b)に示すように、レーザビームLBの周囲からレーザビームLBの照射位置に向けて吹き付けられる。トーチ駆動機構86は、可動のアーム87によりレーザトーチ81を支持し、制御部88からの駆動指示に基づいてアーム87を駆動させて、レーザトーチ81の位置を変化させる。制御部88は、レーザトーチ81から、レーザビームLBを照射させ、かつ、金属パウダーPOを吹き出させながら、照射位置に沿って移動させることで、基板95上に肉盛り部分を形成させる。図8では、基板95の表面上に肉盛り部分の最下層である第1層96aが形成され、さらに、第1層96a上に第2層96bが形成されている状態を例示している。金属積層溶接装置80は、このような連続的な積層造形を繰り返すことで、最終的に、基板95上に所望の形状の肉盛り部分を造形することができる。
なお、肉盛り溶接時の金属積層溶接装置80の溶接条件、例えば、肉盛速度やレーザ出力等は、肉盛り部分の大きさ若しくは形状、又は、金属パウダーPOの材質等に合わせて適宜変更可能であり、特に限定されるものではない。また、金属積層溶接装置80に採用されるレーザの種類、又は、金属パウダーPOの種類等についても、特に限定されない。ただし、金属パウダーPOとしては、例えば、Ti系(Ti-6Al-4V等)やNi系(In718:Inconel 718(登録商標)等)の材料が用いられ得る。
肉盛造形工程S104では、金属積層溶接装置80は、図8(a)に示すように、開先領域Rに肉盛り溶接を実施し、徐々に開先領域Rに肉盛り部分を積層させていく。最終的に、金属積層溶接装置80は、図8(b)に示すように、開先領域Rの全域を肉盛り部分32で埋めることで、肉盛部33を造形することができる。
なお、第2溶接装置は、開先領域Rを埋める肉盛り溶接が可能な溶接装置であれば、粉末供給方式を採用した金属積層溶接装置80に限定されない。第2溶接装置は、例えば、粉末供給方式に代えて、レーザビームLBの照射位置に金属ワイヤーを供給するワイヤー供給方式の金属積層溶接装置を採用することも可能である。特に、三次元金属積層造形を可能とする金属積層溶接装置の分野では、粉末供給方式はパウダーフィード方式と、一方、ワイヤー供給方式はワイヤーフィード方式と、それぞれ呼ばれることもある。なお、粉末供給方式又はワイヤー供給方式の如何を採用するかを問わず、造形時の供給速度は、本開示の本質ではなく、種々設定可能である。
ここで、前の工程である開先形成工程S101では開先領域Rを形成するが、開先領域Rの形状を規定する距離L及び傾斜角θは、金属積層溶接装置80に含まれるレーザトーチ81の形状に基づいて決定される。以下、図3(b)を参照して、距離L及び傾斜角θの採り得る寸法について説明する。
レーザトーチ81の先端部は、レーザビームLBの照射方向に沿って先細りとなるテーパ形状を有する。図中、レーザトーチ81の中心軸AXに対して、レーザトーチ81の先端部を構成する外壁の傾斜角をθと表記する。レーザトーチ81の先端部の軸方向の長さをLと、レーザトーチ81の先端部の最大径をDと、それぞれ表記する。また、レーザトーチ81からレーザビームLBの焦点までの距離をLと表記する。
このとき、第1傾斜面12dの傾斜角θ、及び、第2傾斜面22dの傾斜角θは、それぞれ、レーザトーチ81の先端部の傾斜角θと同一、又は、傾斜角θよりも大きくなるように決定される。例えば、レーザトーチ81の先端部の傾斜角θが30°であり、レーザトーチ81の先端部の軸方向の長さLが50mmであり、また、レーザトーチ81の先端部の最大径Dが70mmであるものとする。この場合、第1傾斜面12dの傾斜角θ、及び、第2傾斜面22dの傾斜角θは、それぞれ、30°又は30°よりも大きくなるように決定される。また、レーザトーチ81からレーザビームLBの焦点までの距離Lが13mmであると仮定する。この場合、本実施形態に係る接合方法は、第1部材10及び第2部材20における接合位置Jでの厚さ差(t−t)が、最大、(長さL+距離L)=(50mm+13mm)=63mmまで対応可能となる。
また、第1傾斜面12dと第2傾斜面22dとの間隔は、レーザビームLBを照射しているレーザトーチ81が第1傾斜面12d及び第2傾斜面22dに非接触となるように規定される。ここで、傾斜角θが0°、すなわち、第1傾斜面12d及び第2傾斜面22dが、第1平面11a又は第2平面21aに対してそれぞれ垂直な面であると仮定する。この場合、レーザトーチ81からレーザビームLBの焦点までの距離Lを13mmに維持するならば、第1部材10側の距離Lと第2部材20側の距離Lとを合わせた距離(2×L)は、レーザトーチ81の先端部の最大径Dよりも大きくなければならない。さもなければ、レーザトーチ81は、開先領域Rgにおいて、特に第1傾斜面12d又は第2傾斜面22dの近傍に肉盛り溶接を行おうとしたときに、第1傾斜面12d又は第2傾斜面22dに接触するおそれがある。
図9は、肉盛面仕上げ工程S105を説明する図である。
肉盛面仕上げ工程S105は、肉盛造形工程S104で開先領域Rを埋めて造形された肉盛部33の表面に仕上げを施す工程である。ここで、肉盛部33は開先領域Rを埋めるように造形されたものであるから、肉盛部33において、外部に露出している肉盛面は、上面33aと、2つの側面33cとである。上面33aは、第1突出部12の第1上面12a及び第2突出部22の第2上面22aに沿った面である。側面33cは、第1突出部12の第1突出側面12c及び第2突出部22の第2突出側面22cに沿った面である。そこで、肉盛面仕上げ工程S105では、第1に、第1上面12a及び第2上面22aに対して滑らかに連続するように、上面33aに仕上げを施してもよい。また、肉盛面仕上げ工程S105では、第2に、第1突出側面12c及び第2突出側面22cに対して滑らかに連続するように、2つの側面33cに仕上げを施してもよい。
肉盛面仕上げ工程S105では、肉盛部33の表面に仕上げを施すことができるものであれば、採用する方法を問わない。例えば、一般的な研磨装置や機械加工装置を用いて肉盛部33の表面を研磨又は切削加工等することで仕上げることができる。この場合、特に研磨装置は、自動で操作されるものであってもよいし、作業者が手動で取り扱うものであってもよい。
なお、肉盛面仕上げ工程S105において仕上げられる表面の範囲には、厳密に肉盛部33の表面のみならず、肉盛部33周辺の第1上面12a若しくは第2上面22a又は第1突出側面12c若しくは第2突出側面22cの一部が含まれていてもよい。
また、本実施形態に係る接合方法では、肉盛面仕上げ工程S105は、必ず実施される工程ではない。例えば、肉盛造形工程S104が終了した時点での肉盛部33に大きな凹凸等がない場合や、第1部材10と第2部材20とを接合した製品に美観が要求されていない場合などには、肉盛面仕上げ工程S105は実施されなくてもよい。
次に、本実施形態に係る接合方法による効果について説明する。
まず、本実施形態に係る接合方法は、第1基板部11と該第1基板部11から突出している第1突出部12とを有する第1部材10と、第2基板部21と該第2基板部21から突出している第2突出部22とを有する第2部材20とを突き合わせて接合する。接合方法は、第2突出部22に対向する第1突出部12の一部と、第1突出部12に対向する第2突出部22の一部とを除去して、第1突出部12と第2突出部22との間に開先領域Rを形成する開先形成工程S101を含む。接合方法は、開先形成工程S101の後に、突合せ溶接により、第1部材10と第2部材20とを互いに接合する第1溶接工程である基板部接合工程S102を含む。また、接合方法は、第1溶接工程の後に、肉盛り溶接により、開先領域Rを埋める第2溶接工程である肉盛造形工程S104を含む。ここで、開先形成工程S101では、第1突出部12の開先領域Rに面する面が、第1突出部12の外面に近づくほど第2突出部22との接合位置Jから遠くなる第1傾斜面12dとなる。かつ、開先形成工程S101では、第2突出部22の開先領域Rに面する面が、第2突出部22の外面に近づくほど第1突出部12との接合位置遠くなる第2傾斜面22dとなる。
接合対象物としての第1部材10及び第2部材20では、接合位置Jにおいて、第1部材10に関しては、第1基板部11に相当する部分の厚さtと、第1突出部12に相当する部分の厚さtとは、それぞれ異なる。同様に、接合位置Jにおいて、第2部材20に関しては、第2基板部21に相当する部分の厚さtと、第2突出部22に相当する部分の厚さtとは、それぞれ異なる。そして、接合位置Jでの厚さが場所によって異なる部材同士を接合する場合に、第1基板部11と第2基板部21とを含む部位を接合するために用いる溶接と、第1突出部12と第2突出部22とを含む部位を接合するために用いる溶接との種類を異ならせる。
ここで、比較例として、第1基板部11と第2基板部21との接合と、第1突出部12と第2突出部22との接合とを、同一の溶接方法、例えば突合せ溶接で連続的に行うと仮定する。この場合、第1基板部11と第2基板部21とを接合するときの溶接時と、第1突出部12と第2突出部22とを接合するときの溶接時とでは、溶接条件をそれぞれ変化させる必要がある。しかし、接合位置Jでの厚さ差(t−t)や、接合面の形状によっては、溶接条件を変化させることができない場合もある。例えば、第1基板部11と第2基板部21との接合と、第1突出部12と第2突出部22との接合とを、上記例示したレーザ溶接装置70を用いた突合せ溶接だけで行うものとする。この場合、レーザ発振器75の出力を最大出力7kWで稼働させたとすると、実際に溶接可能と考えられる接合位置Jでの厚さ差(t−t)の最大は、10〜15mmである。換言すれば、厚さ差(t−t)が10〜15mm以上である場合には、突合せ溶接のみで第1部材10と第2部材20とを接合することは難しい。
これに対して、本実施形態によれば、接合位置Jでの厚さが異なる場所ごとに溶接の種類を異ならせるので、1つの溶接工程において溶接条件を複雑に変化させる必要がない。そして、第1突出部12及び第2突出部22に相当する部分の厚さtは、第1基板部11及び第2基板部21に相当する部分の厚さtよりも厚くなる。これに対して、本実施形態によれば、厚さtが比較的厚い第1突出部12と第2突出部22との接合を肉盛り溶接により行うので、接合位置Jでの厚さ差(t−t)が比較的大きい場合でも、接合可能となる形状範囲が従来よりも広がる。
また、一般に肉盛り溶接を行う場合、溶接装置の一部が肉盛り部分を造形する位置に近接する場合が多い。これに対して、本実施形態によれば、各溶接工程を実施する前に開先領域Rを形成するので、溶接時には、溶接装置の一部が開先領域R内に位置する。つまり、溶接装置が溶接時に接合対象物に干渉することを予め回避させることができる。
このように、本実施形態によれば、接合位置Jでの厚さが場所によって異なる部材同士を接合させる場合の適用範囲を広げるのに有利となる接合方法を提供することができる。ここで、適用範囲を広げるとは、例えば、従来の接合方法では接合することが難しかった接合対象物であっても、本実施形態によれば接合することが可能になり、本実施形態に係る接合方法を適用することができる接合対象物の種類が多くなることをいう。
また、本実施形態に係る接合方法では、第1傾斜面12dは、第1基板部11から遠いほど、第2突出部22との接合位置Jから遠くなる面であってもよい。また、第2傾斜面22dは、第2基板部21から遠いほど、第2突出部22との接合位置Jから遠くなる面であってもよい。
ここで、第1傾斜面12dは、上記のとおり、第1突出部12の外面に近づくほど第2突出部22との接合位置Jから遠くなるが、この場合の第1突出部12の外面は、第1上面12aに相当する。同様に、第2傾斜面22dは、上記のとおり、第2突出部22の外面に近づくほど第1突出部12との接合位置Jから遠くなるが、この場合の第2突出部22の外面は、第2上面22aに相当する。
肉盛り溶接を行う溶接装置では、溶接時に肉盛り部分に最も近接する部分の形状が、肉盛り部分を造形する位置に向かって先細りとなるテーパ形状である場合が多い。これに対して、本実施形態によれば、開先領域Rは、第1傾斜面12dと第2傾斜面22dとが対向する領域となるので、溶接装置が溶接時に接合対象物に干渉することを、より回避させやすくすることができる。
また、本実施形態に係る接合方法では、突合せ溶接は、高密度エネルギーを熱源として用いる第1溶接装置を用いて行われてもよい。ここで、第1溶接装置は、例えばレーザ溶接装置70である。
このような接合方法によれば、第1基板部11と第2基板部21とを含む部位の接合を、突合せ溶接により迅速に行わせることができる。特に、第1基板部11及び第2基板部21は、接合位置Jでの厚さが比較的薄い部分に相当するので、接合位置Jでの厚さに関する制約が少ないことから、第1溶接工程では第1溶接装置が好適となり得る。
また、本実施形態に係る接合方法では、肉盛り溶接は、レーザビームLBを熱源として用いる金属積層式の第2溶接装置を用いて行われてもよい。ここで、第2溶接装置は、例えば金属積層溶接装置80である。
このような接合方法によれば、第2溶接装置は、厚さ方向に沿って肉盛り部分を徐々に積層させていくので、接合位置Jでの厚さ差(t−t)が比較的大きい場合でも、開先領域R全体を埋めることができる。
また、本実施形態に係る接合方法では、第2溶接装置は、レーザビームLBを照射するレーザトーチ81を備える。この場合、第1突出部12の突出方向に対する第1傾斜面12dの傾斜角θ、及び、第2突出部22の突出方向に対する第2傾斜面22dの傾斜角θは、それぞれ、レーザトーチ81の先端部を構成する外壁の傾斜角θと同一でもよい。又は、第1傾斜面12dの傾斜角θ、及び、第2傾斜面22dの傾斜角θは、それぞれ、傾斜角θよりも大きくてもよい。第1傾斜面12dと第2傾斜面22dとの間隔は、レーザビームLBを照射しているレーザトーチ81が第1傾斜面12d及び第2傾斜面22dに非接触となるように決定されてもよい。
このような接合方法によれば、開先領域Rの形状を規定する距離L及び傾斜角θが第2溶接装置に含まれるレーザトーチ81の形状に基づいて決定される。したがって、第2溶接装置が溶接時に第1突出部12又は第2突出部22に干渉することを回避させやすくすることができる。
また、本実施形態に係る接合方法では、第1傾斜面12dは、第1基板部11の表面である第1平面11aに対して第1曲面12eを介して連続してもよい。同様に、第2傾斜面22dは、第2基板部21の表面である第2平面21aに対して第2曲面22eを介して連続してもよい。
このような接合方法によれば、第2溶接工程おいて肉盛り溶接を実施するときに、第1傾斜面12dと第1基板部11との境界、又は、第2傾斜面22dと第2基板部21との境界における融合不良を回避させることができる。
ここで、レーザトーチ81に関する各部の寸法が、上記の金属積層溶接装置80に関する説明で例示した各値であるとする。この場合、融合不良を回避させるために、第1曲面12e及び第2曲面22eのそれぞれの曲率半径Rの値は、例えば1〜5mmの範囲にあるものとしてもよい。
また、本実施形態に係る接合方法は、第2溶接工程の前に、第2溶接工程で溶接が行われる部分のうち第1溶接工程で溶接された溶接部30に生じた凹凸をならして下地31を準備する下地準備工程S103を含んでもよい。
このような接合方法によれば、第2溶接工程を実施する前に、第2溶接工程で肉盛り溶接が行われる部分の下地31が整えられているので、特に第1平面11a又は第2平面21aの側に対する肉盛り部分の融合性が向上する。
また、本実施形態に係る接合方法は、第2溶接工程の後に、第2溶接工程において開先領域Rを埋めて造形された肉盛部33の表面に仕上げを施す肉盛面仕上げ工程S105を含んでもよい。
このような接合方法によれば、肉盛部33の美観を向上させることができる。
(他の接合対象物)
本実施形態に係る接合方法を適用し得る接合対象物として、第1部材10及び第2部材20を例示した。しかし、第1部材10を構成する第1基板部11及び第1突出部12の形状、又は、第2部材20を構成する第2基板部21及び第2突出部22の形状は、各図に表示する以外にも様々な形状を採用し得る。例えば、第1突出部12又は第2突出部22に関しては、必ずしも直方体部である必要はなく、例えば台形部であってもよい。
図10は、接合対象物の他の形状として、第1突出部12が台形部である場合の第1部材10を示す側面図である。ただし、図10では、Y方向から見た第1部材10の側面を示している。なお、この場合、第2部材20の形状も、図10に示す第1部材10の形状と同一であってもよい。
図10(a)には、第1突出部12において、第1上面12aに相当する上底の幅w21が下底の幅w22よりも狭い場合の第1部材10が示されている。この場合、第1突出側面12cと第1平面11aとのなす角θは、鈍角となる。一方、図10(b)には、第1突出部12において、第1上面12aに相当する上底の幅w21が下底の幅w22よりも広い場合の第1部材10が示されている。この場合、第1突出側面12cと第1平面11aとのなす角θは、鋭角となる。
ここで、第1突出部12及び第2突出部22が、図10(a)に示すような形状である場合、本実施形態に係る接合方法を用いて第1部材10と第2部材20とを接合することが可能である。一方で、接合位置Jでの厚さ差(t−t)が比較的小さい場合には、本実施形態に係る接合方法を適用することができるとともに、例えば、突合せ溶接のみにより一時に第1部材10と第2部材20とを接合することもあり得る。
これに対して、第1突出部12及び第2突出部22が、図10(b)に示すような形状である場合も、本実施形態に係る接合方法を用いて第1部材10と第2部材20とを接合することが可能である。本実施形態では、第1突出部12と第2突出部22との接合が肉盛り溶接によるものであることから、第1突出側面12cが第1平面11aに向かって倒れ込むような形状であっても許容される。しかし、本実施形態とは異なり、突合せ溶接のみにより一時に第1部材10と第2部材20とを接合するような接合方法では、第1突出側面12cが第1平面11aに向かって倒れ込むような形状の第1突出部12と第2突出部22とを接合させることは難しい。つまり、図10(b)に示すような形状の第1部材10と第2部材20とを接合する場合には、本実施形態に係る接合方法は、特に有効となり得る。
(第2実施形態)
開先形成工程S101では、第1突出部12の一部と第2突出部22の一部とがそれぞれ除去される。このとき、第1実施形態に示した例では、図3(a)に示すように、第1傾斜面12dが、第1基板部11から遠いほど第2突出部22との接合位置Jから遠くなる面となるように、開先領域Rが形成された。また、第2傾斜面22dについても同様である。これに対して、第2実施形態では、開先形成工程S101で形成される開先領域Rの形状を、第1実施形態の場合から変更する。なお、本実施形態に係る接合方法の流れは、第1実施形態で説明した図2のフローチャートに示す流れと同様である。したがって、以下、本実施形態に係る接合方法についても、図2のフローチャートに沿って説明する。
図11は、第2実施形態において、開先形成工程S101が実施された後の第1部材10及び第2部材20の状態を示す斜視図である。本実施形態では、双方の第1突出側面12c及び双方の第2突出側面22cのそれぞれの側が切りかかれたような形状の第1開先領域Rg1と第2開先領域Rg2との2つの開先領域が存在する(図12参照)。このような第1開先領域Rg1及び第2開先領域Rg2を形成するために、本実施形態における2つの第1傾斜面12f及び2つの第2傾斜面22fは、以下のように設定される。
まず、第1部材10において、2つの第1傾斜面12fは、それぞれ、第1突出部12と第2突出部22との接合方向とは垂直となる接合面に対して、第1基板部11の表面とは交差する第1軸AX1を基準として傾斜する面として設定される。ここで、接合方向は、図中Y方向に相当する。また、接合面は、上記の例でいう接合位置Jにある図中XZ平面に相当する。
図11に示す例では、第1軸AX1は、第1基板部11の表面とは直交する。また、第1傾斜面12fは、接合面に対して、第1軸AX1を基準として傾斜角θで傾斜している。上記で規定されているとおり、第1傾斜面12fは、第1突出部12の外面に近づくほど第2突出部22との接合位置から遠くなるので、図11に示すように、第1突出部12から外方に斜めに向かう姿勢となる。そして、この場合の第1突出部12の外面は、第1突出側面12cに相当する。
同様に、第2部材20において、2つの第2傾斜面22fは、それぞれ、第1突出部12と第2突出部22との接合方向とは垂直となる接合面に対して、第2基板部21の表面とは交差する第2軸AX2を基準として傾斜する面として設定される。
図11に示す例では、第2軸AX2は、第2基板部21の表面とは直交する。また、第2傾斜面22fは、接合面に対して、第2軸AX2を基準として傾斜角θで傾斜している。上記で規定されているとおり、第2傾斜面22fは、第2突出部22の外面に近づくほど第1突出部12との接合位置から遠くなるので、図11に示すように、第2突出部22から外方に斜めに向かう姿勢となる。そして、この場合の第2突出部22の外面は、第2突出側面22cに相当する。
つまり、本実施形態では、第1突出部12で除去される部分の形状と、第2突出部22で除去される部分の形状とは、接合位置Jを基準として略対称である。そして、一方の第1傾斜面12fを境に第1突出部12で除去された部分と、一方の第2傾斜面22fを境に第2突出部22で除去された部分との1つの組み合わせが、第1開先領域Rg1となる。同様に、他方の第1傾斜面12fを境に第1突出部12で除去された部分と、他方の第2傾斜面22fを境に第2突出部22で除去された部分とのもう1つの組み合わせが、第2開先領域Rg2となる。
また、図11に示す例では、開先形成工程S101では、2つの第1傾斜面12fの間に第1突出端面12bの一部が残存し、一方、2つの第2傾斜面22fの間に第2突出端面22bの一部が残存する。そして、残存した第1突出端面12bと、残存した第2突出端面22bとは、互いに近接しながら対向する。
なお、図11に示す例では、第1軸AX1及び第2軸AX2が、それぞれ第1基板部11又は第2基板部21の表面とは直交するものとしたが、必ずしも直交しなくてもよい。図11に示す例では、第1傾斜面12f及び第2傾斜面22fのそれぞれの傾斜角が同一の傾斜角θであるものとしたが、互いに異なっていてもよい。図11に示す例では、第1突出部12に形成されている2つの第1傾斜面12f、及び、第2突出部22に形成されている2つ第2傾斜面22fは、それぞれ同一であるものとしたが、互いに異なっていてもよい。また、図11に示す例では、第1傾斜面12f及び第2傾斜面22fが平面であるものとしたが、全体又は一部が曲面であってもよい。
図12は、第2実施形態において、基板部接合工程S102が実施された後の第1部材10及び第2部材20の状態を示す斜視図である。本実施形態においても、例えばレーザ溶接装置70である第1溶接装置を用いて、突合せ溶接により、第1基板部11の第1基板端面11bと第2基板部21の第2基板端面21bとが接合される。ただし、本実施形態では、第1突出端面12bの一部と第2突出端面22bの一部とが接合位置Jで近接している。そこで、本実施形態における基板部接合工程S102では、突合せ溶接により、第1基板端面11bの一部と第2基板端面21bの一部との接合と連続して、第1突出端面12bの一部と第2突出端面22bとの接合も行われる。
この場合、基板部接合工程S102では、レーザ溶接装置70は、まず、第1基板端面11bと第2基板端面21bとを突き合わせた位置に合わせて突合せ溶接を実施し、徐々に溶接部300を形成していく。このとき、溶接部300は、突合せ溶接が進むにつれて、第2開先領域Rg2側から第1突出端面12bと第2突出端面22bとが近接する領域に到達する。そして、レーザ溶接装置70は、引き続き、第2開先領域Rg2内で第1傾斜面12fと第2傾斜面22f、開先領域外で第1上面12aと第2上面22a、及び、第1開先領域Rg1内で第1傾斜面12fと第2傾斜面22fを、それぞれ連続して接合する。そして、レーザ溶接装置70は、引き続き、接合位置Jに沿って、残存している第1基板端面11bと第2基板端面21bとを接合する。最終的に、レーザ溶接装置70は、図12に示すように、第1基板部11と第2基板部21とに加えて、第1突出部12と第2突出部22とを互いに接合することができる。なお、基板部接合工程S102が終了した直後では、第1開先領域Rg1及び第2開先領域Rg2は残存したままである。
ここで、本実施形態における基板部接合工程S102では、一連の突合せ溶接中に、溶接方向、すなわち、溶接部300の進行方向が変化する。そこで、このように溶接方向が変わるときには、必要であれば、第1部材10及び第2部材20に対してレーザ溶接装置70の姿勢を変化させてもよいし、又は、レーザ溶接装置70に対して第1部材10及び第2部材20の姿勢を変化させてもよい。
図13は、第2実施形態において、下地準備工程S103が実施された後の第1部材10及び第2部材20の状態を示す斜視図である。本実施形態では、後の工程である肉盛造形工程S104で溶接が行われる部分は、第1開先領域Rg1に面する部分及び第2開先領域Rg2に面する部分である。したがって、下地準備工程S103では、少なくとも、溶接部300全体のうちの第1開先領域Rg1に面する部分と、第2開先領域Rg2に面する部分に生じた凹凸がならされる。具体的には、例えば第1開先領域Rg1では、第1下地310と、第2下地311との2つの下地が準備される。第1下地310は、第1開先領域Rg1内で第1傾斜面12fと第2傾斜面22fとを接合している溶接部300に生じた凹凸をならした部分である。一方、第1平面11a又は第2平面21a上で、第1突出側面12cと第2突出側面22cとをつなぐ仮想線Lvを想定する。この場合、第2下地311は、仮想線Lvよりも第1開先領域Rg1側の第1平面11a又は第2平面21a上にある溶接部300に生じた凹凸をならした部分である。なお、第1下地310又は第2下地311の範囲には、厳密に該当部分の溶接部300のみならず、溶接部300周辺の第1傾斜面12f若しくは第2傾斜面22fの一部又は第1平面11a若しくは第2平面21aの一部が含まれていてもよい。また、本実施形態に係る接合方法においても、第1実施形態と同様に、下地準備工程S103は、必ず実施される工程ではない。
図14は、第2実施形態において、肉盛造形工程S104が実施された後の第1部材10及び第2部材20の状態を示す斜視図である。本実施形態においても、例えば金属積層溶接装置80である第2溶接装置を用いて、肉盛り溶接により、第1開先領域Rg1及び第2開先領域Rg2のそれぞれにおいて、徐々に肉盛り部分320を積層させていく。最終的に、金属積層溶接装置80は、図14に示すように、第1開先領域Rg1の全域を肉盛り部分320で埋めることで、第1肉盛部331を造形することができる。同様に、金属積層溶接装置80は、第2開先領域Rg2の全域を肉盛り部分320で埋めることで、第2肉盛部332を造形することができる。
なお、本実施形態においても、肉盛り溶接するに際して、金属積層溶接装置80が第1突出部12若しくは第2突出部22又は第1基板部11若しくは第2基板部21に干渉しないように、傾斜角θが予め設定されていてもよい。また、第1部材10及び第2部材20に対して金属積層溶接装置80の姿勢を変化させてもよいし、又は、金属積層溶接装置80に対して第1部材10及び第2部材20の姿勢を変化させてもよい。
図15は、第2実施形態において、肉盛面仕上げ工程S105が実施された後の第1部材10及び第2部材20の状態を示す斜視図である。本実施形態では、第1肉盛部331及び第2肉盛部332において、外部に露出している肉盛面は、上面330aと、2つの側面330cとである。上面330aは、第1突出部12の第1上面12a及び第2突出部22の第2上面22aに沿った面である。側面330cは、第1突出部12の第1突出側面12c及び第2突出部22の第2突出側面22cに沿った面である。そこで、肉盛面仕上げ工程S105では、第1に、第1上面12a及び第2上面22aに対して滑らかに連続するように、上面330aに仕上げを施してもよい。また、肉盛面仕上げ工程S105では、第2に、第1突出側面12c及び第2突出側面22cに対して滑らかに連続するように、2つの側面330cに仕上げを施してもよい。
なお、肉盛面仕上げ工程S105において仕上げられる表面の範囲は、厳密に第1肉盛部331又は第2肉盛部332の表面のみに限らない。当該範囲には、例えば、第1肉盛部331又は第2肉盛部332周辺の第1上面12a若しくは第2上面22a又は第1突出側面12c若しくは第2突出側面22cの一部が含まれていてもよい。また、本実施形態に係る接合方法でも、第1実施形態と同様に、肉盛面仕上げ工程S105は、必ず実施される工程ではない。
上記のとおり、本実施形態に係る接合方法では、第1傾斜面12fは、第1突出部12と第2突出部22との接合方向とは垂直となる接合面に対して、第1基板部11の表面とは交差する第1軸AX1を基準として傾斜する面であってもよい。同様に、第2傾斜面22fは、接合面に対して、第2基板部21の表面とは交差する第2軸AX2を基準として傾斜する面であってもよい。
このような接合方法によれば、第1実施形態に係る接合方法と同様の効果を奏する。
また、本実施形態に係る接合方法では、第1突出部12は、第2部材20と対向する第1突出端面12bを有し、第2突出部22は、第1部材10と対向する第2突出端面22bを有してもよい。このとき、開先形成工程S101では、第1突出端面12bの一部を残存させて第1傾斜面12fが形成され、かつ、第2突出端面22bの一部を残存させて第2傾斜面22fが形成されてもよい。また、残存した第1突出端面12bと、残存した第2突出端面22bとは、互いに対向してもよい。
このような接合方法によれば、第1傾斜面12f及び第2傾斜面22fで囲まれて形成される第1開先領域Rg1及び第2開先領域Rg2は、第1突出部12及び第2突出部22の側方の一部にのみ形成される。つまり、第1開先領域Rg1及び第2開先領域Rg2の体積は、第1実施形態の開先形成工程S101において第1突出端面12b及び第2突出端面22bの全体が削除されて形成された開先領域Rの体積と比較して小さくなる。したがって、本実施形態に係る接合方法によれば、第1実施形態に係る接合方法よりも、溶接時の第1部材10又は第2部材20への入熱量を抑えることができる。
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
特願2018−200660号(出願日:2018年10月25日)の全内容は、ここに援用される。
10 第1部材
11 第1基板部
12 第1突出部
12b 第1突出端面
12d 第1傾斜面
12f 第1傾斜面
12e 第1曲面
20 第2部材
21 第2基板部
22 第2突出部
22b 第2突出端面
22d 第2傾斜面
22f 第2傾斜面
22e 第2曲面
30 溶接部
31 下地
33 肉盛部
70 レーザ溶接装置
80 金属積層溶接装置
81 レーザトーチ
AX1 第1軸
AX2 第2軸
J 接合位置
LB レーザビーム
開先領域
g1 第1開先領域
g2 第2開先領域
θ 第1傾斜面及び第2傾斜面の傾斜角
θ レーザトーチの先端部の外壁の傾斜角

Claims (10)

  1. 第1基板部と該第1基板部から突出している第1突出部とを有する第1部材と、第2基板部と該第2基板部から突出している第2突出部とを有する第2部材とを突き合わせて接合する接合方法であって、
    前記第2突出部に対向する前記第1突出部の一部と、前記第1突出部に対向する前記第2突出部の一部とを除去して、前記第1突出部と前記第2突出部との間に開先領域を形成する開先形成工程と、
    前記開先形成工程の後に、突合せ溶接により、前記第1部材と前記第2部材とを互いに接合する第1溶接工程と、
    前記第1溶接工程の後に、肉盛り溶接により、前記開先領域を埋める第2溶接工程と、
    を含み、
    前記開先形成工程では、前記第1突出部の前記開先領域に面する面が、前記第1突出部の外面に近づくほど前記第2突出部との接合位置から遠くなる第1傾斜面となり、かつ、前記第2突出部の前記開先領域に面する面が、前記第2突出部の外面に近づくほど前記第1突出部との接合位置から遠くなる第2傾斜面となる、接合方法。
  2. 前記第1傾斜面は、前記第1基板部から遠いほど、前記第2突出部との接合位置から遠くなる面であり、
    前記第2傾斜面は、前記第2基板部から遠いほど、前記第2突出部との接合位置から遠くなる面である、請求項1に記載の接合方法。
  3. 前記突合せ溶接は、高密度エネルギーを熱源として用いる第1溶接装置を用いて行われる、請求項1又は2に記載の接合方法。
  4. 前記肉盛り溶接は、レーザビームを熱源として用いる金属積層式の第2溶接装置を用いて行われる、請求項1又は2に記載の接合方法。
  5. 前記第2溶接装置は、前記レーザビームを照射するレーザトーチを備え、
    前記第1突出部の突出方向に対する前記第1傾斜面の傾斜角、及び、前記第2突出部の突出方向に対する前記第2傾斜面の傾斜角は、それぞれ、前記レーザトーチの先端部を構成する外壁の傾斜角と同一、又は、前記外壁の前記傾斜角よりも大きく、
    前記第1傾斜面と前記第2傾斜面との間隔は、前記レーザビームを照射している前記レーザトーチが前記第1傾斜面及び前記第2傾斜面に非接触となるように決定される、請求項4に記載の接合方法。
  6. 前記第1傾斜面は、前記第1基板部の表面に対して第1曲面を介して連続し、
    前記第2傾斜面は、前記第2基板部の表面に対して第2曲面を介して連続する、請求項4又は5のいずれか1項に記載の接合方法。
  7. 前記第1傾斜面は、前記第1突出部と前記第2突出部との接合方向とは垂直となる接合面に対して、前記第1基板部の表面とは交差する第1軸を基準として傾斜する面であり、
    前記第2傾斜面は、前記接合面に対して、前記第2基板部の表面とは交差する第2軸を基準として傾斜する面である、請求項1に記載の接合方法。
  8. 前記第1突出部は、前記第2部材と対向する第1突出端面を有し、
    前記第2突出部は、前記第1部材と対向する第2突出端面を有し、
    前記開先形成工程では、前記第1突出端面の一部を残存させて前記第1傾斜面が形成され、かつ、前記第2突出端面の一部を残存させて前記第2傾斜面が形成され、
    残存した前記第1突出端面と、残存した前記第2突出端面とは、互いに対向する、請求項7に記載の接合方法。
  9. 前記第2溶接工程の前に、前記第2溶接工程で溶接が行われる部分のうち前記第1溶接工程で溶接された溶接部に生じた凹凸をならして下地を準備する下地準備工程を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の接合方法。
  10. 前記第2溶接工程の後に、前記第2溶接工程において前記開先領域を埋めて造形された肉盛部の表面に仕上げを施す肉盛面仕上げ工程を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の接合方法。
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