JP2010260102A - ベント式シムビーム溶接プロセス - Google Patents

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Abstract

【課題】 ２つの金属材料部材をビーム溶接するための方法及びシステムを提供する。
【解決手段】 本方法は、２つの金属材料部材間の溶接継手接合面に沿って第１のシムを配置し、２つの金属材料部材間の溶接継手接合面に沿って第１のシムから所定の距離に第２のシムを配置して、第１のシムと第２のシムの間に第１のベント経路を形成し、シムを用いて金属材料部材をビーム溶接して、ポロシティのない溶接部を形成することを含む。
【選択図】 図３

Description

本発明は広義には溶接に関し、具体的には、ベント式シムビーム溶接プロセスに関する。
材料をビーム溶接する際に、溶接プロセス中に発生したガスが溶融池から逃れるメカニズムがないと、ポロシティを含む溶接部を生じかねない。ポロシティを含む溶接部の形成は、厚い材料片を接合する場合に起こる可能性が高まる。材料片が厚いほど、溶接プロセス中に発生して逃散することができず、ポロシティを含む溶接部を生じるガスが溶接時に形成される可能性が大きい。
図１に、シム１０４を用いて２つの材料部材１０２を溶接する従来技術の方法を例示する。図１は、２つの材料部材１０２間の溶接継手接合面１０６に沿ってシム１０４をどのように配置するかを示す。図２は、ポロシティ２０２を含む溶接部２０４の断面図を含む従来技術を示す。
米国特許第６４８９５８３号明細書
２つの金属材料部材をビーム溶接するための方法及びシステムを開示する。本方法は、２つの金属材料部材間の溶接継手接合面に沿って第１のシムを配置し、２つの金属材料部材間の溶接継手接合面に沿って第１のシムから所定の距離に第２のシムを配置して、第１のシムと第２のシムの間に第１のベント（ガス抜き）経路を形成し、シムを用いて金属材料部材をビーム溶接して、ポロシティのない溶接部を形成することを含む。
本発明の第１の態様は、２つの金属材料部材をビーム溶接するための方法であって、２つの金属材料部材間の溶接継手接合面に沿って第１のシムを配置し、２つの金属材料部材間の溶接継手接合面に沿って第１のシムから所定の距離に第２のシムを配置して、第１のシムと第２のシムの間に第１のベント経路を形成し、シムを用いて金属材料部材をビーム溶接して、ポロシティのない溶接部を形成することを含む方法を提供する。
本発明の第２の態様は、２つの金属材料部材の溶接に用いられる溶接用シムシステムであって、２つの金属材料部材間の溶接継手接合面の平面内に配置するための、傾斜縁部を有する第１のシムと、２つの金属材料部材間の溶接継手接合面の平面内に配置するための、第１のシムの傾斜縁部と相補的な傾斜縁部を有する第２のシムと、傾斜縁部と相補的な傾斜縁部の間に第１のベント経路が存在するようにシムを位置決めするための、第１のシム及び第２のシムの少なくとも一方に設けられた要素とを備えるシステムを提供する。
本発明の上記その他の特徴は、本発明の様々な態様を示す添付の図面と併せて、本発明の様々な態様に関する以下の詳細な説明を参照することによって、理解を深めることができよう。
従来技術による、２つの金属材料部材とそれらの間のシムの斜視図である。 図１の部材の断面図であり、部材間に形成された継手と溶接金属内部に閉じ込められたポロシティを示す。 金属材料部材と、シム間にベント経路を含むシムの斜視図である。 図３のシムを用いて形成されたポロシティのない継手の断面図である。 ビーム溶接中の２つの金属材料部材の断面図であり、溶接の進展を明らかにするため一方の部材はファントムで示す。
図面の縮尺は一定でない。図面は、本発明の典型的な態様を例示するものにすぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。図面を通して、同様の要素には同様の符号を付した。
金属材料の溶接中に生成したガスを除去すると、溶接部内部でポロシティが生じるおそれが減るので、溶接プロセスに有益である。かかるガスを除去する一つの経路は、シムを用いて形成されるベント経路を通すものである。シムは、溶接プロセスの一部として予め存在していてよい。シムは、溶接中に生成したガスを除去するためのベント経路を生じるように配置すればよい。図面を参照すると、図３は本発明の一実施形態を示すもので、溶接継手接合面１０６を含む金属材料部材１０２、第１の金属シム３０２とその隣りの第２の金属シム３０６とそれらの間の第１のベント経路３０４がある。溶接プロセス中に生成したガスは、溶融池の前方でベント経路３０４を通して金属材料部材１０２から除去することができる。
一実施形態では、２つの金属材料部材１０２の溶接に用いられる溶接用シムシステムを提供する。本システムは、２つの金属材料部材１０２間の溶接継手接合面１０６の平面内に配置するための、傾斜縁部３１０を有する第１の金属シム３０２と、２つの金属材料部材１０２間の溶接継手接合面１０６の平面内に配置するための、第１の金属シム３０２の傾斜縁部３１０と相補的な傾斜縁部３１２を有する第２の金属シム３０６とを備える。ｓらに、本システムは、傾斜縁部３１０と相補的な傾斜縁部３１２の間に第１のベント経路３０４が存在するようにシムを位置決めするための、第１の金属シム３０２又は第２の金属シム３０６の少なくとも一方に設けられた要素３１４を有する。追加の一実施形態では、第１のシム３０２及び第２のシム３０６は各々金属材料を含む。シムの材料、シムの傾斜角度及びシムのギャップ間隔は、溶接パラメータ及び接合すべき金属材料に関連する。溶接パラメータとしては、例えば、電子ビームへの電力、電子ビームへの電流、ビームの移動速度、振動、周波数及び焦点を制御することが上げられる。別の実施形態では、各金属シムは略平行四辺形の形状を有する。別の実施形態では、傾斜縁部３１０及び相補的な傾斜縁部３１２はビーム溶接角度に対して約２０〜６０度である。
別の実施形態では、２つの金属材料部材１０２間の溶接継手接合面１０６の平面内に配置するための、隣接する第２のシム３０６（この場合には第２の金属シム）の第２の傾斜縁部３１５に対して第２の相補的な傾斜縁部３１６を有する第３の金属シム３０９又は任意の数の追加のシムを設けてもよい。第２の相補的な傾斜縁部３１６と第２の傾斜縁部３１５の間に第２のベント経路３０８が存在するようにシムを位置決めするための、第２のシム３０６又は第３のシム３０９の少なくとも一方に設けられた要素３１８を設けてもよい。
第１のベント経路３０４及び第２のベント経路３０８は、溶接プロセス中に生成したガスが溶融池の前方で逃散できるようにする。一実施形態では、第１のシムと第２のシムは最大０．１００インチの間隔で互いに隔てられる。金属材料部材１０２に沿って溶接が進行する際、溶接プロセス中に生成したガスは、溶融池の前方のベント経路３０４，３０８を通して導くことができる。溶接プロセス中にガスが逃散できるようにすると、ポロシティ２０２を含む溶接部（図２）の形成を低減又はなくすことができる。したがって、溶接プロセスに起因するガスがベント経路３０４，３０８を通して逃散できるようにすると、図４に示すように、ポロシティのない溶接部を得ることができる。ポロシティのない溶接部４０２は、２以上の金属材料間の好ましい溶接部である。
図５を参照すると、隣接シム３０２，３０６間にベント経路３０４を有するシム３０２，３０６を用いて２つの金属材料部材１０２をビーム溶接機５０４で溶接する別の実施形態が示してある。金属材料部材１０２に沿ってビーム溶接機５０４を進行させると、ポロシティのない溶接部５０２が生じる金属材料部材１０２に沿って。ビーム溶接機５０４を進行させる際に、溶接先端５０８は、第１のベント経路３０４の端３０３に達する前に第２のシム３０６及び第２のベント経路３０８と接触する。すなわち、第１のベント経路３０４の終端部は、ベント経路が常に利用できるように、第２のベント経路３０８に十分接近している。このプロセスは、あらゆる段階で、溶接プロセスで発生した溶接ガス５０６が溶融池５１０の前方で確実に逃散できるようにする。ビーム溶接機５０４からガス５０６を逃散させるためのベント経路３０４，３０８が常に存在すようにシム３０２，３０６を溶接継手接合面１０６に沿って整列させることによって、シム３０２，３０６は、ポロシティ２０２をもつ溶接部（図２）を形成するおそれを低減し、ポロシティのない溶接部４０２（図４）を生じる確率を高める。金属材料部材１０２とシム１０４の溶接部は、ビーム溶接５０４を用いて形成することができる。一実施形態では、ビーム溶接５０４は電子ビームである。別の実施形態では、ビーム溶接５０４はレーザビームである。
本発明の様々な態様に関する以上の記載は例示のためのものである。以上の記載は、本発明を限定するものではなく、多くの変更形態及び変形形態が可能であることは自明である。当業者に自明な変更及び変形は、特許請求の範囲によって規定される本発明の技術的範囲に属する。
１０２ 金属材料部材
１０６ 継手接合面
２０２ ポロシティ
３０２ 第１のシム
３０３ 端部
３０２，３０６ シム
３０４ 第１のベント経路
３０４，３０８ ベント経路
３０６ 第２のシム
３０８ 第２のベント経路
３０９ 第３のシム
３１０ 傾斜縁部
３１２ 相補的な傾斜縁部
３１４，３１８ 要素
３１５ 第２の傾斜縁部
３１６ 第２の相補的な傾斜縁部
４０２，５０２ ポロシティのない溶接部
５０４ ビーム溶接機
５０６ 溶接ガス
５０８ 溶接先端
５１０ 溶融池

Claims (18)

  1. ２つの金属材料部材をビーム溶接する方法であって、
    ２つの金属材料部材間の溶接継手接合面に沿って第１のシムを配置し、
    ２つの金属材料部材間の溶接継手接合面に沿って第１のシムから所定の距離に第２のシムを配置して、第１のシムと第２のシムの間に第１のベント経路を形成し、
    金属材料部材をシムを用いてビーム溶接して、ポロシティのない溶接部を形成する
    ことを含む方法。
  2. 第１のシム及び第２のシムが各々金属材料を含む、請求項１記載の方法。
  3. 溶接継手接合面に沿って第２のシムから所定の距離に第３のシムを配置して、第２のシムと第３のシムの間に第２のベント経路を形成することをさらに含む、請求項１又は請求項２記載の方法。
  4. 第１のベント経路が溶融池によって消滅するときに、溶接することによるガスが溶融池の前方で逃れる流路を与えるために第２のベント経路が利用できるように、第１のベント経路を溶接継手接合面と位置合わせすることをさらに含む、請求項３記載の方法。
  5. 第１のシムと第２のシムが最大０．１００インチの間隔で互いに隔てられる、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の方法。
  6. ビーム溶接する工程が、接合すべき金属材料に基づいてビーム溶接機に対する電力を制御することを含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の方法。
  7. ビーム溶接する工程が、接合すべき金属材料に基づいてビーム溶接機に対する電流を制御することを含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の方法。
  8. ビーム溶接する工程が、接合すべき金属材料に基づいてビーム溶接機の移動速度を制御することを含む、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の方法。
  9. 傾斜縁部及び相補的な傾斜縁部が、ビーム溶接角度に対して約２０〜６０度である、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の方法。
  10. ビーム溶接する工程が、電子ビーム溶接を使用することを含む、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の方法。
  11. ビーム溶接する工程が、レーザビーム溶接を使用することを含む、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の方法。
  12. ２つの金属材料部材の溶接に用いられる溶接用シムシステムであって、
    ２つの金属材料部材間の溶接継手接合面の平面内に配置するための、傾斜縁部を有する第１のシムと、
    ２つの金属材料部材間の溶接継手接合面の平面内に配置するための、第１のシムの傾斜縁部と相補的な傾斜縁部を有する第２のシムと、
    傾斜縁部と相補的な傾斜縁部の間に第１のベント経路が存在するようにシムを位置決めするための、第１のシム及び第２のシムの少なくとも一方に設けられた要素と
    を備えるシステム。
  13. 第１のシム及び第２のシムが各々金属材料を含む、請求項１２記載のシステム。
  14. ２つの金属材料部材間の溶接継手接合面の平面内に配置するための、第２のシムの第２の傾斜縁部に対して第２の相補的な傾斜縁部を有する第３のシムをさらに備える、請求項１２又は請求項１３記載のシステム。
  15. 第２の相補的な傾斜縁部と第２の傾斜縁部の間に第２のベント経路が存在するようにシムを位置決めするための、第２のシム及び第３のシムの少なくとも一方に設けられた要素をさらに備える、請求項１４記載のシステム。
  16. 傾斜縁部と相補的な傾斜縁部が最大０．１００インチの間隔で互いに隔てられる、請求項１２乃至請求項１５のいずれか１項記載のシステム。
  17. 各シムが略平行四辺形の形状を有する、請求項１２乃至請求項１６のいずれか１項記載のシステム。
  18. 傾斜縁部及び相補的な傾斜縁部が、ビーム溶接角度に対して約２０〜６０度である、請求項１２乃至請求項１７のいずれか１項記載のシステム。
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