JPH0237272B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、部材同士を電子ビームによつて接合
する電子ビーム溶接方法に関する。特に、真空下
においての溶接を用いて厚板やガス生成元素が多
量に含まれる材料から該溶接材を得るに好適な溶
接に関する。

〔発明の背景〕

通常、厚板の電子ビーム溶接は、１×
10^-4Torr以下の真空圧力下で行う。この状態で
は第１図に示す如く、溶接板厚ｔの部材１と、同
じく部材２とを、電子ビーム８を照射し、貫通ビ
ーム８′により１パスで接合面３を固着するが、
この場合該部材１，２同士の接合面３は、全面的
に接触させている。このような形の継手で厚板を
溶接すると、例えば材料に含まれている原子状の
酸素や窒素等が、単独でまたは他の元素と反応し
てガス化し、ビームの入射側や反入射側の電子ビ
ームの通過口を通つて放出される。しかし、材料
中のガス生成元素が多くなると、このようなガス
も多量に発生し、連続的な放出を持続することが
できなくなる。このため、圧力を伴つて間欠的に
放出されるようになる。

このような現象下では、第２図ａに示す如く、
溶融金属４はその一部が凝固する前に、ガス圧の
影響でビームの入射側または反入射側に押し出さ
れ、垂れ落ち６を生じ、溶接金属４の内部に空洞
５を生じた状態で凝固してしまう。

この結果、溶接欠陥が間欠的に発生することに
なる。

このような、ガス発生に伴う欠陥については、
大ざつぱに言えば第２図ｂの如く横軸に材料の硬
度、たて軸に材料に含まれる酸素量を代表してと
つたとすれば、図の左下部分が欠陥を生じない範
囲、右上部分が欠陥を生じる範囲と考えることが
できる。

かかる溶接欠陥発生の問題に対し、現状では、
ビーム振動を加えて溶融部を撹拌する方法や、材
料中のガス生成元素を少なくする手段などが講じ
られている。しかし前者の方法では、必ずしも欠
陥発生をすべき防ぎ得るとは限らず、後者の手段
も、結局材料の開発の必要性やコスト高さを招
き、いずれも根本的な解決には至つていない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した問題点を解決して、
ガス生成による空洞欠陥のない良好な溶接金属材
を得られる電子ビーム溶接方法を提供することに
ある。この目的を達成することによつて、厚板・
超厚板や、ガス生成元素の多い材料についても、
良好な電子ビーム溶接を施すことができるように
なる。

〔発明の概要〕

本発明は、厚板とかガス生成元素の多い材料で
の電子ビーム溶接においては、溶接中に発生する
ガスが溶湯の凝固を乱すことにより空洞欠陥が生
ずるものであることに着目し、かかる発生ガスを
逃がすことができる通路を形成するするとともに
溶接後上記通路が残らないことを考え、さらにこ
の通路を接合面の中間部に設けることを想到し
て、本発明に至つたものである。

即ち、本発明の電子ビーム溶接方法は、部材同
士を突合わせて電子ビームで溶接する際に、該部
材同士の接合面の少くとも一方に前記電子ビーム
入射方向のほぼ中間で、かつ、溶接線方向に連続
すると共に、端部が開放されている一様な空間を
設けて溶接継手を形成し、該溶接継手に前記空間
の高さより溶接ビート幅が大きく、かつ、全板厚
を貫通するように電子ビームを照射して前記部材
同士を接合することを特徴とする。

また、円筒物部材を溶接する場合にあつては、
本発明は、同心状の円筒物部材同士を突合わせ電
子ビームで溶接する電子ビーム溶接方法であつ
て、前記部材同士を真空室にセツトし、該部材同
士の接合面の少くとも一方に、前記電子ビーム入
射方向のほぼ中間部で、かつ、溶接線方向に連続
する一様な空間を設けると共に、該空間は、溶接
終端部に位置する部分に、前記電子ビームの少く
とも入射方向に一定の長さで開口させて溶接継手
を形成し、該溶接継手に前記空間の高さより溶接
ビート幅が大きく、かつ、全板厚を貫通するよう
に電子ビームを照射して前記円筒物部材同士を接
合することを特徴とする。

上記の方法によると、接合面の中間部で、電子
ビーム溶接中に発生する収縮力で、ガスの通路が
塞がれるということはなく、空洞欠陥のない溶接
材をどのような材料についても、容易かつ確実に
得られるという、所期の目的を達成することがで
きる。

なお、ビード中央部のガス圧が最大の空洞欠陥
発生要因となるため、この部分にガス通路部を設
けることが最も効果的である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を、第３図乃至第６図
により説明する。

第３図は溶接時の溶接材の状態を示し、第４図
は溶接後に得られた溶接材を示している。

第３図に示す如く、部材１，２同士を電子ビー
ムで突合わせ溶接する場合、部材１，２同士の接
合面３，３′に凹み１ａ，２ａを設け、この凹み
１ａ，２ａにより空間７を形成する。この状態で
電子ビーム溶接を行うことにより、材料中のガス
生成成分によつて発生したガスがこの空間７（凹
み１ａ，２ａ）から放出される。これによつて、
該発生ガスに起因する溶接材内部の欠陥のない、
第４図のような溶接材を得られる。

なお、この例では部材１，２の双方の面に凹み
１ａ，２ａを設けたが、いずれか一方に設けるの
でもよい。

本実施例を更に具体的に述べれば、次の通りで
ある。

第３図は、長手溶接線等の如く、両端開放形の
溶接継手の場合の一断面形状を示しているのであ
つて、部材１，２は溶接板厚ｔを有し、該部材
１，２の接合面３，３′の中間部に、前記凹み１
ａ，２ａから成る空間７を設けている。この空間
７は、溶接線方向に沿つて設ける。空間７の高さ
ｇ、および幅ｌは、溶接板厚が、材料の化学成分
によつて決定される。例えば約1000ppmのＮ（窒
素）を含む100mm厚のSUS３０４材の溶接では、
ｇは１mm、ｌは溶接板厚の50％長さが有効であつ
た。

このような継手を電子ビーム８，８′で溶接す
ると、第４図に示す如くビート幅Ｗを有する健全
な溶接金属４が得られる。（但し、ビート幅ｗは、
空間７の高さｇより大きくなるように溶接条件を
選定する）。よつて、接合されるべき部材１，２
が、健全な溶接金属４によつて溶接されて、空洞
欠陥のない溶接材が得られるものである。

これは、溶融凝固時の収縮力が作用しても、空
間７は、溶接開始から終端に至るまで接合面３，
３′の接触により一方の開放端につながつている
ため、溶接金属中央部で発生したガスも、容易に
この空間７を通り、開放端を通じて真空中に放出
されるためである。また、接合面３，３′部で発
生するガスは、電子ビーム８，８′によつて形成
されるキーホールから板の表面および裏面の方向
に、容易に真空中に放出されていく。即ち、ビー
ムを振動させることにより、穴（キーホール）を
大きくして、結果的にガスが逃げ易くなるように
なつている。

以上のことから、溶接中にガスが発生しても、
これは容易かつ確実に放出され、ガスに起因する
空洞欠陥は生じないのである。材料の特殊なもの
を用いる必要もなく、また超厚板の材料について
も効果的に適用できるものである。

次に、上記したのと同様な実施例を、円筒形状
の部材同士の接合に適用した例について、説明す
る。

この例は、第７図に示すように同心状の円筒物
部材９，１０同士を真空室内で電子ビーム溶接す
るもので、第５図にその一部分を示している。円
筒部材９，１０で構成される溶接継手の場合、前
記した空間７は、板の表・裏面に表われない。

このため、溶接線１１上に、溶接線の長さに比
例したピツチで、開口部１２を設ける。これは第
５図の−線断面図である第６図に示す如く、
接合面上にて各部材９，１０に形成された凹所９
ａ，１０ａが画成する開口空間部７と連続してい
る。よつて、発生したガスは凹み９ａ，１０ａに
よる開口空間部７を通り、開口部１２を経由し
て、真空中に排出されることになる。

かかる開口部１２の高さg′および幅l′は、溶接
線１１上に１個の場合はgl＝g′l′の関係が成立し、
同じくｎ個の場合はgl＝ng′l′の関係が成立するよ
うに選定すればよい。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、どのような材料
であつても、どのような厚さでも、空洞欠陥のな
い良好な溶接金属による溶接材が得られ、電子ビ
ーム溶接部の品質が向上するという効果がある。
特に、超厚板の部材にも有効に適用でき、ガス生
成元素が多い材料についても好適であつて、材質
や形状を選ばずに容易かつ確実に好結果が得ら
れ、実用上きわめて有利ということができる。

なお当然のことではあるが、本発明は図示の実
施例にのみ限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術による電子ビーム溶接継手
を示す断面図、第２図ａは、発生した溶接欠陥の
一例を示す模式図、第２図ｂは、欠陥の発生の範
囲を説明するためのグラフである。第３図乃至第
７図は本発明の一実施例を示し、第３図は本実施
例の電子ビーム溶接継手への断面図、第４図は溶
接結果の一例を示す模式図、第５図は円筒物部材
に適用した場合の溶接継手の一部たる溶接始終端
近傍を示した正面図、第６図は第５図における
−線断面図、第７図は当該接合すべき円筒物部
材を示す略示図である。 １，２……部材、１ａ，２ａ……凹み、３，
３′……接合面、４……溶接金属、７……空間、
８，８′……電子ビーム、９，１０……円筒部材、
９ａ，１０ａ……凹み。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 部材同士を突合わせ電子ビームで溶接する電
   子ビーム溶接方法において、前記部材同士を真空
   室にセツトし、該部材同士の接合面の少くとも一
   方に前記電子ビーム入射方向のほぼ中間部で、か
   つ、溶接線方向に連続すると共に、端部が開放さ
   れている一様な空間を設けて溶接継手を形成し、
   該溶接継手に前記空間の高さより溶接ビード幅が
   大きく、かつ、全板厚を貫通するように電子ビー
   ムを照射して前記部材同士を接合することを特徴
   とする電子ビーム溶接方法。 ２ 同心状の円筒物部材同士を突合わせ電子ビー
   ムで溶接する電子ビーム溶接方法において、前記
   部材同士を真空室にセツトし、該部材同士の接合
   面の少くとも一方に、前記電子ビーム入射方向の
   ほぼ中間部で、かつ、溶接線方向に連続する一様
   な空間を設けると共に、該空間は、溶接終端部に
   位置する部分に、前記電子ビームの少くとも入射
   方向に一定の長さで開口させて溶接継手を形成
   し、該溶接継手に前記空間の高さより溶接ビード
   幅が大きく、かつ、全板厚を貫通するように電子
   ビームを照射して前記円筒物部材同士を接合する
   ことを特徴とする電子ビーム溶接方法。