JPH0263688A - アプセット溶接を併用した高エネルギービーム溶接方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属板、金属線あるいはこれらを成形加工した
部材の突き合わせ溶接に関する。

〔従来の技術〕

金属板、金属線あるいはこれらを成形加工した部材を突
き合わせ溶接するに当たっては、特に金属板や線材が比
較的薄くあるいは細い場合には、アプセット、フラッシ
ュバット溶接等の突合せ抵抗溶接法、あるいは、レーザ
ー、電子ビームなどの高エネルギービーム溶接法が多く
用いられている。

アプセット溶接方法は、互いに溶接すべき二つの部材を
固定台と移動台にそれぞれクランプして、移動台を固定
台に向けて前進運動させ、被溶接物の突合せ端面を突き
合わせたのち所定の加圧力を作用せしめつつ、部材間に
電流を通電して被溶接物の固有抵抗及び突合せ面におけ
る接触抵抗等による抵抗発熱により被溶接部材を加熱し
、かつ部材に塑性変形を生ぜしめて接合する。

また、アプセット溶接法は、アプセットバット溶接法と
も、溶接電流に直流電流が用いられる場合には直流バッ
ト溶接法あるいはＤＣバット溶接法とも呼ばれることが
ある。

次に、フラッシュバット溶接は上記アプセット溶接と同
様な部材配置と工程で行うが、溶接工程中に部材間にフ
ラッシュを発生させ、より効率良く発熱させるものであ
る。

これら抵抗溶接では、溶接材料が不用であること、短時
間で溶接できるため高能率であること、接合すべき部材
の端部加工にさほど高い精度を要求しないことなど経済
上のメリットが大きい。

また、全断面を同時に接合するという特徴があり、溶接
線を端部から順次溶接するアークやビームによる溶接に
比較して溶接部の温度勾配に起因する歪の問題が小さい
という特徴がある。

フラッシュバット溶接とアプセット溶接の比較では、フ
ラッシュバット溶接では溶接前の端部加工がよりラフで
も実行可能であるという特徴があり、一方、アプセット
溶接では溶接工程中にフラッシュの発生を伴わないため
作業環境を汚さず精密な制御装置を必要とするラインの
自動化に適しているなど、それぞれ特徴がみられる。

アプセット溶接方法に付いては例えば特開昭６１−３８
７８７号公報、特開昭６１−３８７８８号公報等に記載
されている。

高エネルギービーム溶接方法は、溶接部にレーザビーム
或は高エネルギーの電子ビームを照射する事により溶融
し溶接する方法であって、エネルギー密度の高い集中熱
源であることから加熱溶融範囲が狭く、溶接対象物の材
質的ないしは幾何学的形状の変化が起きる範囲が狭くな
り、また高能率であることから経済上のメリットが大き
く広く利用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

アプセット溶接方法は、上記（従来技術）に記した利点
が享受できる反面以下のような欠点を持っている。

■発熱のためおよび加圧のために、電気的および機械的
に大きなパワーが必要である。

■接合界面に大きな余盛りができるため溶接後の削除が
必要であり、工程が増えるばかりか材料のロスが多く歩
留りが悪い。

■接合界面、特に溶接端部、に於て酸化物や冷接などの
欠陥が残り易く、またこれらの欠陥に対する適切な非破
壊検査方法が無いため、抜取りによる破壊検査を用いて
品質の安定確保を図らなければならない故に、高い信頼
性を要求される部材については品質保証の点でもコスト
アップの大きな要因となっている。

一方、高エネルギービーム溶接方法には以下のような欠
点がある。

■集中熱源であるために突合せ精度が要求され、前工程
に手間が懸かる。これの対策として、特開昭５７−１６
０５８２号公報には、予備溶接した後エネルギービーム
を照射、溶接する方法が開示されている。

■溶接対象物が急速加熱、急速冷却されるため、過度の
硬化など望ましくない材質的変化を来す。

■溶接終点での溶接対象物端部の引け、溶接部断面にお
けるアンダーカットやへこみ等、溶融金属不足による、
溶接終了後では手直しの出来ない、また加工されたもの
の機械的強度に悪影響を及ぼす、ビード形状の不良を起
し易い。

尚、あらかじめレーザ照射により電気的に接触させ、そ
の後通電し抵抗発熱させる電気溶接法が特開昭５７−２
０２９８５号公報に開示されているが、著しく相異なる
熱容量をもった２つの被溶接物を効率よく接合するため
のものである。

本発明は前記二溶接方法の欠点を互いに相殺、或は一方
の欠点を他方の長所で補うことにより、ただ単に二つの
溶接方法を組み合せただけに留まらず、全く新しい溶接
方法を提案することを目的とするものである。

〔課題を解決しようとする手段〕

本発明の要旨とするところは、金属材料を突き合わせア
プセット溶接方法により高エネルギービーム溶接のため
の間隙のない溶接線を形成したのち、該アプセット溶接
実行時の抵抗発熱による入熱量及び加圧力に基づいて決
定される出力の高エネルギービームを該溶接線に沿って
照射して溶接する方法であって、かつ必要に応じて照射
前、照射中、照射後のうちの１工程或は２工程以上に於
て、該金属材料に通電し、加熱することを特徴とする。

〔作用〕

具体例として、第１図に、切り板ｌを突合せ溶接する際
の基本的構成を示す。３は切り板１を突き合わせて加圧
する際の油圧シリンダー、４は切り板１をクランプする
ための油圧シリンダーである。また５は、炭酸ガスレー
ザ光束を照射するためのノズルであって、アルゴンガス
あるいはヘリウムガス等加工する際のガスを噴射できる
。６はレーザ光束を、突き合わせ界面に沿って移動させ
るために使われるガイド及びレーザ光束伝送チュブとし
て働く。２は切り板に通電するための電源トランスであ
り、これは、加圧中及びレーザ光束照射前、照射中、照
射後に通電するために用いられる。

前記アプセット溶接による前記溶接対象物への通電は、
突合せ部の抵抗発熱により溶接対象物を加熱昇温し、軟
化させうる。加圧は前記昇温された溶接部を互いに押し
付けることにより接合界面に塑性変形を与え、馴染みを
良くしうるとともに小さな余盛りを形成しうる。これに
より高エネルギービーム照射に必要な１間隙のない突合
せ端部が得られ、また小さな余盛りが高エネルギービー
ムを照射する際に溶接材料の代替物として働く。

このとき、高エネルギービームを照射、溶融すべき板厚
は、前記溶接対象物の本来の厚みに予備的アプセット溶
接により生じた余盛りの高さを含めたものとなる。余盛
り形状は、アプセット溶接時の溶接電流値と加圧力の強
さにより決まり、従って高エネルギービームの出力は、
前記予備的アプセット溶接時の抵抗発熱による入熱量及
び加圧力に基づいて決定されなければならない。そして
前記高エネルギービームの照射は、前記予備的なアプセ
ット溶接により得られた不完全な接合界面を溶融し溶接
しうる。

前記アプセット溶接後高エネルギービーム照射前、照射
中、照射後、のうちｌ工程或は２工程以上に於ての通電
は、接合界面及び該金属材料中における抵抗発熱によっ
て、前記高エネルギービムによる溶接対象物の急速加熱
、急速冷却を緩和することにより溶接部の過度の硬化を
防止しうる。

該通電のタイミングの一例を第２図に示す。

また、高エネルギービームとしてレーザ光束を用いる場
合には、該金属材料の溶融を容易ならしめる作用ガスを
吹き付けることが出来る。アルゴンガスを用いた場合は
、レーザ光束照射による溶融幅は広くなり、ヘリウムガ
スを用いた場合は、アルゴンガスの場合に比較して溶融
幅は狭くなる。

加工ガスとしてどちらを用いるべきか、或はこれらの混
合ガス、或は他のどのガスを用いるかべきかば該溶接対
象物の冶金的性質と、余盛り形状。

板厚を勘案して決定する必要がある。

本例はアプセット溶接装置と炭酸ガスレーザ加工機とを
一つの装置にまとめたものをあげたが、アプセット溶接
装置とレーザ加工装置を個々に設置し、予備的にアプセ
ット溶接を行ったのちレザ加工装置にセットし溶融溶接
を行うこともできる。また、予備的にアプセット溶接を
行った後、電子ビーム溶接によって溶融接合をうろこと
も出来る。

〔実施例〕

実施例として、ＪＩＳ　Ｇ３１３１５ＰＩＩＣ材（３０
■幅、３．１ｍ厚）を交流の溶接電流によりアプセット
溶接後、レーザ溶接をした例をあげる。実施例は、アプ
セット溶接装置と炭酸ガスレーザ加工機の２つの設備を
用いた。

予備的なアプセット溶接は第１表に示した条件で、レー
ザ照射は第２表に示す条件で行なった。

予備的なアプセット溶接に必要とされる機械的および電
気的パワーは、アプセット溶接に較べ十分に小さくなっ
ていることが分かる。ちなみにアプセット溶接のみで必
要とされる溶接部性能をうるためには、溶接電流として
１７０Δ／ｎｍ２．加圧力として１０ｋｇ／ｍｍ２程度
が必要とされる。

第１表　　　予備的アプセット溶接条件第２表　　　レ
ーザビーム照射条件 第３図に溶接前の突合せ部所面の線画を示す。

試験材はシャーにより切断しており、突合せ部に間隙の
生じていることがわかる。

このような間隙の大きさはシャーの種類によりまた切断
条件により変わるが、完全に密着させることは困難であ
る。

第４図に予備的なアプセット溶接を行った後の突合せ部
所面の線画を示す。

この第４図から、第３図に認められた突合せ部のギャッ
プは、圧着されて間隙が消滅していることがわかる。

第５ａ図、第５ｂ図および第５Ｃ図に、本発明によって
得られた溶接部断面と、従来の溶接方法による溶接部断
面の線画を示す。

これらの図から明らかなように、アプセット溶接方法（
従来例：第５ａ図）では後処理にトリミングの必要なこ
とが認められる。

シャー切断した端面のレーザ溶接（従来例：第５ｂ図）
では、レーザ溶接部断面にへこみが生じていること、等
が認められる。

これらに対して第５ｃ図に示すように、本発明によって
得られた溶接部断面は、適正な形状をなしている。

また第３表に、本発明によって得られた接合部の性能を
従来の接合方法のそれと比較した。

また第４表では、各方法の溶接効率について比較した。

これらの表から明らかなように本発明の方法は従来法に
比較して多くの点で優れている。

（泪表記溶接法により１０００　ｍｍの板を突き合せ溶
接し、円筒を作成した場合。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば下記の数々の効果が得
られ、産業上貢献するところ大である。

■、予備的に行うアプセット溶接により、レーザ溶接に
必要な溶接対象物の突合せ開先を形成することが出来る
ので、レーザ溶接のみでは必要となる溶接前の開先加工
工程を省き、レーザ光束を利用した溶接が出来る。

２、アプセット溶接では問題となる接合界面に発生し易
い欠陥をレーザ光束を照射することにより溶融かくはん
することによって無害化することが出来る。

３、接合部の余盛りを、アプセッ１へ溶接で形成される
余盛りより小さくできるので、後工程が軽減されかつ材
料ロスを減らすことにより歩留まりを上げ、限界加工コ
ストを低減することが出来る。

同時にアプセット溶接に必要とされるほどの電気的、機
械的パワーは必要でなくなる。

４、レーザ溶接では問題とされる溶接ビードの形状欠陥
は、予備的に使用するアプセット溶接により形成される
小さな余盛りが溶接材料の代替物として働き、これの発
生を防ぐことができる。

５、過度の急速加熱、急速冷却により、レーザ溶接で生
じ易い溶接対象物の好ましからざる冶金的性質の変化を
通電により緩和して冷却速度を制御することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための装置構成の一例を示す
斜視図□である。 第２図は溶接対象物の急速加熱、急速冷却を緩和するた
めの通電タイミングを表した模式図である。 第３図はシャー切断した場合の溶接前突合せ部の断面図
である。 第４図は第３図に示す突合せ状態で予備的なアプセット
溶接を施したのちの断面図である。 第５ａ図、第５ｂ図および第５Ｃ図は、従来法および本
発明法の各溶接法による溶接部断面を示す断面図である
。 １：切り板　　　　　　　　　２：電源トランス３：加
圧用シリンダー ４：クランプ用油圧シリンダ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属材料を突き合わせ、アプセット溶接により高
   エネルギービーム溶接のための間隙のない溶接線を形成
   したのち、該アプセット溶接実行時の抵抗発熱による入
   熱量及び加圧力に基づいて決定される出力の、遠赤外範
   囲の波長を有するレーザビームを前記溶接線に沿って照
   射するとともに、金属材料の溶融を容易ならしめる作用
   ガスを吹き付けることにより溶接することを特徴とする
   アプセット溶接を併用した高エネルギービーム溶接方法
   。
2. （２）金属材料を突き合わせ、アプセット溶接方法によ
   り高エネルギービーム溶接のための間隙のない溶接線を
   形成したのち、該アプセット溶接実行時の抵抗発熱によ
   る入熱量及び加圧力に基づいて決定される出力の、遠赤
   外範囲の波長を有するレーザビームを前記溶接線に沿っ
   て照射するとともに金属材料の溶融を容易ならしめる作
   用ガスを吹き付けることにより前記溶接線を溶接し、か
   つ照射前、照射中、照射後のうちの１工程あるいは２工
   程以上に於て、前記金属材料に通電し、加熱することを
   特徴とするアプセット溶接を併用した高エネルギービー
   ム溶接方法。
3. （３）金属材料を突き合わせ、アプセット溶接方法によ
   り高エネルギービーム溶接のための間隙のない溶接線を
   形成したのち、該アプセット溶接実行時の抵抗発熱によ
   る入熱量及び加圧力に基づいて決定される出力の電子ビ
   ームを前記溶接線に沿って照射して溶接することを特徴
   とするアプセット溶接を併用した高エネルギービーム溶
   接方法。
4. （４）金属材料を突き合わせ、アプセット溶接方法によ
   り高エネルギービーム溶接のための間隙のない溶接線を
   形成したのち、該アプセット溶接実行時の抵抗発熱によ
   る入熱量及び加圧力に基づいて決定される出力の電子ビ
   ームを前記溶接線に沿って照射して溶接し、かつ照射前
   、照射中、照射後のうちの１工程あるいは２工程以上に
   於て、前記金属材料に通電し、加熱することを特徴とす
   るアプセット溶接を併用した高エネルギービーム溶接方
   法。