JPH1015677A - 溶接構造物に対する加熱再溶融方法、およびそれに用いる装置 - Google Patents
溶接構造物に対する加熱再溶融方法、およびそれに用いる装置Info
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- JPH1015677A JPH1015677A JP8172040A JP17204096A JPH1015677A JP H1015677 A JPH1015677 A JP H1015677A JP 8172040 A JP8172040 A JP 8172040A JP 17204096 A JP17204096 A JP 17204096A JP H1015677 A JPH1015677 A JP H1015677A
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- B23K26/346—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
- B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. tungsten inert gas [TIG], metal inert gas [MIG] or plasma welding
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Abstract
(57)【要約】
【課題】溶接金属部と母材部で再溶融部の幅や深さの等
しくなる施工方法を提供すること。 【解決手段】溶接金属部を通過するときのみ入熱量ある
いは単位面積当たりの入熱分布量を変化させることを特
徴とする、溶接構造物に対する溶融処理方法。
しくなる施工方法を提供すること。 【解決手段】溶接金属部を通過するときのみ入熱量ある
いは単位面積当たりの入熱分布量を変化させることを特
徴とする、溶接構造物に対する溶融処理方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶接継手を有する
産業用構造物に係り、特に原子力発電プラントの圧力容
器内部を構成する構造物及び機器に対する補修溶接ある
いは表面処理に関するものである。
産業用構造物に係り、特に原子力発電プラントの圧力容
器内部を構成する構造物及び機器に対する補修溶接ある
いは表面処理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】各種プラント等の産業用構造物において
最初に溶接した溶接部の領域に対して新たに溶接あるい
は表面溶融処理等の溶融を伴う施工を必要とする場合が
ある。例えば原子力プラントにおける原子炉圧力容器は
溶接により組み立てられるが、容器内部の構造物は、長
年月の使用により、中性子の照射を受け応力腐食割れ感
受性が上昇する。このような部位に対して補修溶接，表
面溶融処理などの補修技術が必要とされる。また、新規
構造材と交換する部位においても溶接施工を必要とする
場合がある。このような場合でも、従来の溶接技術で
は、溶接部，非溶接部（溶接による溶融を経験していな
い部分）にかかわらず、一定の溶接または表面処理条件
で加工を行っていた。特開昭54−153745号には、被加工
部を予熱した後、溶接を行う方法は開示されているが、
既溶接部と非溶接部で、加工条件を変化させるという思
想は一切なかった。
最初に溶接した溶接部の領域に対して新たに溶接あるい
は表面溶融処理等の溶融を伴う施工を必要とする場合が
ある。例えば原子力プラントにおける原子炉圧力容器は
溶接により組み立てられるが、容器内部の構造物は、長
年月の使用により、中性子の照射を受け応力腐食割れ感
受性が上昇する。このような部位に対して補修溶接，表
面溶融処理などの補修技術が必要とされる。また、新規
構造材と交換する部位においても溶接施工を必要とする
場合がある。このような場合でも、従来の溶接技術で
は、溶接部，非溶接部（溶接による溶融を経験していな
い部分）にかかわらず、一定の溶接または表面処理条件
で加工を行っていた。特開昭54−153745号には、被加工
部を予熱した後、溶接を行う方法は開示されているが、
既溶接部と非溶接部で、加工条件を変化させるという思
想は一切なかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな溶接部を含む領域は、溶接時に溶加するスラグ成分
あるいは活性元素等としてＭｎ，Ｓｉ，Ｓ，Ｏ等を母材
（非溶接部）よりも多量に含有している場合が多い。こ
のような構造物に対して、例えば図７（ａ）の２に示す
ような既溶接部を横断するような溶接部３を設ける施工
を行うと、同図（ｂ）及び（ｃ）に示すように新たに形
成した溶融部２２，２３の幅や深さが異なるおそれがあ
る。すなわち、同図に示すように溶接金属部２の再溶融
部２３は母材の再溶融部２２よりも幅が狭くかつ深さが
大きくなるおそれがある。また、図８（ａ)(ｂ）に示す
ように溶接金属部２周辺の熱影響部１２を含む領域を表
面溶融処理する場合、一部の溶融部１１は初期の溶接金
属部２を再溶融する形となるが、この場合も図７に示し
た状態と同様に溶接金属部の再溶融部は母材の再溶融部
よりも幅が狭くかつ深さが大きくなるおそれがある。本
来補修溶接や表面溶融処理では再溶融部の幅や深さが所
定の大きさとなるべく施工条件を設定して施工するわけ
であるが、従来技術のように溶接金属部に対しても母材
部に対しても一定の施工条件で施工すると、溶接部と母
材部で上記のように再溶融部の幅や深さが異なり、応力
集中が生じる、あるいは隙間が形成される、あるいは入
熱過多によって鋭敏化感受性が増大する等の不具合が生
じるおそれがあった。
うな溶接部を含む領域は、溶接時に溶加するスラグ成分
あるいは活性元素等としてＭｎ，Ｓｉ，Ｓ，Ｏ等を母材
（非溶接部）よりも多量に含有している場合が多い。こ
のような構造物に対して、例えば図７（ａ）の２に示す
ような既溶接部を横断するような溶接部３を設ける施工
を行うと、同図（ｂ）及び（ｃ）に示すように新たに形
成した溶融部２２，２３の幅や深さが異なるおそれがあ
る。すなわち、同図に示すように溶接金属部２の再溶融
部２３は母材の再溶融部２２よりも幅が狭くかつ深さが
大きくなるおそれがある。また、図８（ａ)(ｂ）に示す
ように溶接金属部２周辺の熱影響部１２を含む領域を表
面溶融処理する場合、一部の溶融部１１は初期の溶接金
属部２を再溶融する形となるが、この場合も図７に示し
た状態と同様に溶接金属部の再溶融部は母材の再溶融部
よりも幅が狭くかつ深さが大きくなるおそれがある。本
来補修溶接や表面溶融処理では再溶融部の幅や深さが所
定の大きさとなるべく施工条件を設定して施工するわけ
であるが、従来技術のように溶接金属部に対しても母材
部に対しても一定の施工条件で施工すると、溶接部と母
材部で上記のように再溶融部の幅や深さが異なり、応力
集中が生じる、あるいは隙間が形成される、あるいは入
熱過多によって鋭敏化感受性が増大する等の不具合が生
じるおそれがあった。
【０００４】本発明の目的は、溶接部を有する構造体に
対し、溶融部の特性が均一で構造信頼性の高い溶接構造
物が得られる熱加工方法を提供することにある。
対し、溶融部の特性が均一で構造信頼性の高い溶接構造
物が得られる熱加工方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の発明によれば、溶接部を有する構造
物の、該溶接部を含む構造物表面を加熱再溶融させる施
工において、前記溶接部の少なくとも一部を再溶融する
際に、再溶融させる部分に投入する加熱エネルギーある
いは単位面積当たりのエネルギ−密度を、非溶接部に投
入する加熱エネルギーあるいは単位面積当たりのエネル
ギ−密度に比べて小さくする溶接構造物に対する加熱再
溶融方法が提供される。溶接部の少なくとも一部とは、
熱エネルギーの投入により溶融した部分の一部が、既溶
接部と少しでも重なっていたらという意味である。既溶
接部と非溶接部を区別する手段として、目視で既溶接部
のビードを確認して、熱エネルギーを変化させる方法、
溶接後の表面研削によりビードが確認できない場合は、
以前の溶接位置を示す設計図面の情報により、熱エネル
ギーを変化させる方法などがある。また、加工時の溶融
池の状況を目視観察し、既溶接部と非溶接部での溶融池
の違いから判断することもできる。
め、本発明の第１の発明によれば、溶接部を有する構造
物の、該溶接部を含む構造物表面を加熱再溶融させる施
工において、前記溶接部の少なくとも一部を再溶融する
際に、再溶融させる部分に投入する加熱エネルギーある
いは単位面積当たりのエネルギ−密度を、非溶接部に投
入する加熱エネルギーあるいは単位面積当たりのエネル
ギ−密度に比べて小さくする溶接構造物に対する加熱再
溶融方法が提供される。溶接部の少なくとも一部とは、
熱エネルギーの投入により溶融した部分の一部が、既溶
接部と少しでも重なっていたらという意味である。既溶
接部と非溶接部を区別する手段として、目視で既溶接部
のビードを確認して、熱エネルギーを変化させる方法、
溶接後の表面研削によりビードが確認できない場合は、
以前の溶接位置を示す設計図面の情報により、熱エネル
ギーを変化させる方法などがある。また、加工時の溶融
池の状況を目視観察し、既溶接部と非溶接部での溶融池
の違いから判断することもできる。
【０００６】上記構成により、溶融部の特性が均一で構
造信頼性の高い溶接構造物を提供することができる。
造信頼性の高い溶接構造物を提供することができる。
【０００７】本発明の第２の発明によれば、第１の発明
において溶接構造物が、Ｍｎ，Ｓｉ，Ｓ，Ｏの少なくと
も一つを含む金属からなる溶接構造物に対する加熱再溶
融方法が提供される。溶接部では、溶接時に加える溶加
金属、または溶接部が一旦溶融することにより非溶接部
から拡散してきた不純物元素などの影響により、非溶接
部とは異なる組織となっているため、すべての既溶接部
を有する構造体に対して、第１の発明は効果がある。特
にＭｎ，Ｓｉ，Ｓ，Ｏの少なくとも一つを含む金属から
なる溶接構造物に対しては、その効果が大きい。Ｍｎ，
Ｓｉ，Ｓ，Ｏはスラグ成分あるいは活性元素であるが、
これらの成分の含有量が異なると、溶融金属としての表
面張力、粘性、原子間力、沸点等の影響により溶融金属
中での流動特性や蒸発挙動等が異なる。これら成分の含
有量が多い既溶接部を再溶融すると、これら成分が前記
再溶融のための熱エネルギーの圧力（レーザビーム，電
子ビームでは特に顕著である）により溶融部の幅が狭
く、かつ深さが大きい形状となりやすい。本発明の第２
の発明によれば、これら溶融部の形状の変化を効果的に
抑制することができる。
において溶接構造物が、Ｍｎ，Ｓｉ，Ｓ，Ｏの少なくと
も一つを含む金属からなる溶接構造物に対する加熱再溶
融方法が提供される。溶接部では、溶接時に加える溶加
金属、または溶接部が一旦溶融することにより非溶接部
から拡散してきた不純物元素などの影響により、非溶接
部とは異なる組織となっているため、すべての既溶接部
を有する構造体に対して、第１の発明は効果がある。特
にＭｎ，Ｓｉ，Ｓ，Ｏの少なくとも一つを含む金属から
なる溶接構造物に対しては、その効果が大きい。Ｍｎ，
Ｓｉ，Ｓ，Ｏはスラグ成分あるいは活性元素であるが、
これらの成分の含有量が異なると、溶融金属としての表
面張力、粘性、原子間力、沸点等の影響により溶融金属
中での流動特性や蒸発挙動等が異なる。これら成分の含
有量が多い既溶接部を再溶融すると、これら成分が前記
再溶融のための熱エネルギーの圧力（レーザビーム，電
子ビームでは特に顕著である）により溶融部の幅が狭
く、かつ深さが大きい形状となりやすい。本発明の第２
の発明によれば、これら溶融部の形状の変化を効果的に
抑制することができる。
【０００８】本発明の第３の発明によれば、第１の発明
において、加熱手段がレーザ光線、または電子線であ
り、前記溶接部を再溶融させるときに、線出力，線の焦
点位置、または線の移動速度のいずれか一つ以上を変化
させる溶接構造物に対する加熱再溶融方法が提供され
る。
において、加熱手段がレーザ光線、または電子線であ
り、前記溶接部を再溶融させるときに、線出力，線の焦
点位置、または線の移動速度のいずれか一つ以上を変化
させる溶接構造物に対する加熱再溶融方法が提供され
る。
【０００９】レーザ光線，電子線はビーム径が細く、か
つエネルギー密度がアークに比べて大きいため、上記で
説明したように既溶接部と非溶接部において、溶融部の
形状が著しく異なる可能性が大きい。レーザ光線、また
は電子線を用いた再溶融加工に関し、溶融部の形状をほ
ぼ同じにする効果が大きい。
つエネルギー密度がアークに比べて大きいため、上記で
説明したように既溶接部と非溶接部において、溶融部の
形状が著しく異なる可能性が大きい。レーザ光線、また
は電子線を用いた再溶融加工に関し、溶融部の形状をほ
ぼ同じにする効果が大きい。
【００１０】本発明の第４の発明によれば、第１の発明
において、加熱手段がアークを用いたものであり、前記
溶接部を再溶融させるときに、電流値，アーク長、また
はアークの移動速度のいずれか一つ以上を変化させる溶
接構造物に対する加熱再溶融方法が提供される。アーク
を用いた再溶融加工においては、レーザ光線，電子ビー
ムを用いた加工法に比べて被加工部に投入するエネルギ
ー量は多くなる。よって溶融部の断面積は大きくなるが
ちであるが、この場合でも既溶接部と非溶接部での溶融
部形状は異なるので、本発明の第１の発明を適用して、
溶接部特性の均一化を図ることができる。
において、加熱手段がアークを用いたものであり、前記
溶接部を再溶融させるときに、電流値，アーク長、また
はアークの移動速度のいずれか一つ以上を変化させる溶
接構造物に対する加熱再溶融方法が提供される。アーク
を用いた再溶融加工においては、レーザ光線，電子ビー
ムを用いた加工法に比べて被加工部に投入するエネルギ
ー量は多くなる。よって溶融部の断面積は大きくなるが
ちであるが、この場合でも既溶接部と非溶接部での溶融
部形状は異なるので、本発明の第１の発明を適用して、
溶接部特性の均一化を図ることができる。
【００１１】本発明の第５の発明によれば、第１の発明
において、加工により溶融した部分を観察する手段を用
いて、溶融部が溶接部か非溶接部かを判断し、その結果
に基づいて加熱エネルギーの制御を行う溶接構造物に対
する加熱再溶融方法が提供される。既溶接部が外観上、
または設計図面上から判断できない場合は、加工時に被
加工部に生じる溶融池をＣＣＤカメラ，超音波，Ｘ線，
赤外線カメラ等の観察手段により、常時モニターし、そ
の結果により、人間またはコンピュータにより、既溶接
部か非溶接部かを判断し、熱エネルギーの投入量あるい
は投入面に対する熱エネルギ−の分布を可変することが
できる。この方法によれば、既溶融部を正確に判断でき
るので、より正確に溶融部の形状を制御することができ
る。
において、加工により溶融した部分を観察する手段を用
いて、溶融部が溶接部か非溶接部かを判断し、その結果
に基づいて加熱エネルギーの制御を行う溶接構造物に対
する加熱再溶融方法が提供される。既溶接部が外観上、
または設計図面上から判断できない場合は、加工時に被
加工部に生じる溶融池をＣＣＤカメラ，超音波，Ｘ線，
赤外線カメラ等の観察手段により、常時モニターし、そ
の結果により、人間またはコンピュータにより、既溶接
部か非溶接部かを判断し、熱エネルギーの投入量あるい
は投入面に対する熱エネルギ−の分布を可変することが
できる。この方法によれば、既溶融部を正確に判断でき
るので、より正確に溶融部の形状を制御することができ
る。
【００１２】本発明の第６の発明によれば、被加工部を
溶融させる熱エネルギー供給手段と、全加工工程にわた
って、溶融した部分を観察する手段と、その観察結果に
基づいて、被加工部に供給する熱エネルギーの最適値を
計算する手段と、その計算結果に基づいて前記熱エネル
ギー供給手段を全加工工程にわたって制御する手段とを
備える加工装置が提供される。上記構成により第１〜第
５の発明を実施するに好適な加工装置が提供される。
溶融させる熱エネルギー供給手段と、全加工工程にわた
って、溶融した部分を観察する手段と、その観察結果に
基づいて、被加工部に供給する熱エネルギーの最適値を
計算する手段と、その計算結果に基づいて前記熱エネル
ギー供給手段を全加工工程にわたって制御する手段とを
備える加工装置が提供される。上記構成により第１〜第
５の発明を実施するに好適な加工装置が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は溶接継手を有する各種産
業用構造物に適用可能なものであるが、以下に原子炉炉
内構造物に対する補修溶接あるいは表面処理施工を行う
例で説明する。図９に示す構造物は、図１０に示す軽水
炉炉内のシュラウド１５，シュラウドサポート構成機器
１６，各種配管等のステンレス鋼製あるいはＮｉ基合金
製の構造物の一部である。同図では構造物１３は突き合
わせ溶接継手を有する構造となっているが、本発明はス
ミ肉溶接等の他の溶接継手形状を有する構造物に対して
も対象となる。
業用構造物に適用可能なものであるが、以下に原子炉炉
内構造物に対する補修溶接あるいは表面処理施工を行う
例で説明する。図９に示す構造物は、図１０に示す軽水
炉炉内のシュラウド１５，シュラウドサポート構成機器
１６，各種配管等のステンレス鋼製あるいはＮｉ基合金
製の構造物の一部である。同図では構造物１３は突き合
わせ溶接継手を有する構造となっているが、本発明はス
ミ肉溶接等の他の溶接継手形状を有する構造物に対して
も対象となる。
【００１４】（実施例１）まず、溶接構造物に対する本
発明によるエネルギービームを用いた溶接施工の例とし
て、図１に軽水炉炉内の溶接構造物に対する本発明によ
るレーザを用いた補修溶接施工の例を示す。
発明によるエネルギービームを用いた溶接施工の例とし
て、図１に軽水炉炉内の溶接構造物に対する本発明によ
るレーザを用いた補修溶接施工の例を示す。
【００１５】上記構造物の溶接金属部２の近傍に亀裂状
欠陥が生じた場合、亀裂状欠陥に沿ってレーザ光を移動
しつつ照射し補修溶接を行う。レーザ光の発振形態は連
続ビームでもパルスビームでもよい。また、この補修溶
接において溶加材を添加して施工する場合でも添加せず
に施工する場合でも施工形態としては同様である。
欠陥が生じた場合、亀裂状欠陥に沿ってレーザ光を移動
しつつ照射し補修溶接を行う。レーザ光の発振形態は連
続ビームでもパルスビームでもよい。また、この補修溶
接において溶加材を添加して施工する場合でも添加せず
に施工する場合でも施工形態としては同様である。
【００１６】このとき補修溶接部２４の一部が構造物の
初期溶接金属部２の表面を溶融する場合がある。図１１
は従来技術で一定のレーザ照射条件で施工した場合の補
修溶接部の幅の分布であり、図１２は同じく深さの分布
である。従来技術での施工の場合は、初期溶接部にかか
ったときに溶接金属中のＭｎ，Ｓｉ，Ｓ，Ｏ等の成分の
影響で溶融しているときの対流挙動や蒸発挙動等が母材
部の溶融しているときの挙動と異なり、補修溶接部の幅
が小さくなりかつ深さが大きくなった。
初期溶接金属部２の表面を溶融する場合がある。図１１
は従来技術で一定のレーザ照射条件で施工した場合の補
修溶接部の幅の分布であり、図１２は同じく深さの分布
である。従来技術での施工の場合は、初期溶接部にかか
ったときに溶接金属中のＭｎ，Ｓｉ，Ｓ，Ｏ等の成分の
影響で溶融しているときの対流挙動や蒸発挙動等が母材
部の溶融しているときの挙動と異なり、補修溶接部の幅
が小さくなりかつ深さが大きくなった。
【００１７】これに対し本発明による施工では、構造物
の初期溶接金属部２の表面をレーザ光が通過するときの
みレーザ出力あるいは焦点位置あるいは施工速度のいず
れかあるいは複数のパラメータを変化させて施工した。
レーザの照射条件を変化させることによって入熱量ある
いは単位面積当たりに照射されるレーザ光６の出力分布
が変化する。このように初期溶接金属部表面に投入する
入熱量あるいは入熱形態を変化させることによって新規
溶融部内の対流挙動や蒸発挙動等を調節した。図２は本
発明の一つとして、構造物１の初期溶接金属部２の表面
をレーザ光６が通過するときのみレーザ光６の焦点位置
７を母材部表面に照射するときよりも上方にくるように
調節して施工した場合の補修溶接部の幅の分布であり、
図３は同じく深さの分布である。初期溶接部に対しても
母材部とほぼ同等の溶融幅および深さを有する補修溶接
部が形成され、安定で均一な溶接施工を行うことが可能
になった。
の初期溶接金属部２の表面をレーザ光が通過するときの
みレーザ出力あるいは焦点位置あるいは施工速度のいず
れかあるいは複数のパラメータを変化させて施工した。
レーザの照射条件を変化させることによって入熱量ある
いは単位面積当たりに照射されるレーザ光６の出力分布
が変化する。このように初期溶接金属部表面に投入する
入熱量あるいは入熱形態を変化させることによって新規
溶融部内の対流挙動や蒸発挙動等を調節した。図２は本
発明の一つとして、構造物１の初期溶接金属部２の表面
をレーザ光６が通過するときのみレーザ光６の焦点位置
７を母材部表面に照射するときよりも上方にくるように
調節して施工した場合の補修溶接部の幅の分布であり、
図３は同じく深さの分布である。初期溶接部に対しても
母材部とほぼ同等の溶融幅および深さを有する補修溶接
部が形成され、安定で均一な溶接施工を行うことが可能
になった。
【００１８】（実施例２）上述の効果は、アーク放電を
用いた溶接施工に対しても適用可能である。図４に軽水
炉炉内の溶接構造物に対する本発明によるアーク放電を
用いた溶接施工の例としてＴＩＧ溶接の例を示す。
用いた溶接施工に対しても適用可能である。図４に軽水
炉炉内の溶接構造物に対する本発明によるアーク放電を
用いた溶接施工の例としてＴＩＧ溶接の例を示す。
【００１９】従来技術で一定の溶接条件で施工した場合
の補修溶接部２４の幅および深さの分布は、図９および
図１０に示したレーザを用いた場合と同様に、初期溶接
金属部にかかったときに補修溶接部２４の幅が小さくな
りかつ深さが大きくなった。これに対し本発明による施
工では、構造物１の初期溶接金属部２の表面をトーチ８
が通過するときのみ電流値あるいはアーク長あるいは施
工速度のいずれかあるいは複数のパラメータを変化させ
て施工した。溶接条件を変化させることによって入熱量
あるいは単位面積当たりの入熱分布が変化する。このよ
うに初期溶接金属部表面に投入する入熱量あるいは入熱
形態を変化させることによって新規溶融部内の対流挙動
や蒸発挙動等を調節した。図５は本発明の一つとして、
構造物１の初期溶接金属部２の表面をトーチが通過する
ときのみアーク長を母材部表面に照射するときよりも長
くするように調節して施工した場合の補修溶接部２４の
幅の分布であり、図６は同じく深さの分布である。初期
溶接部に対しても母材部とほぼ同等の溶融幅および深さ
を有する補修溶接部が形成され、安定で均一な溶接施工
を行うことが可能になった。
の補修溶接部２４の幅および深さの分布は、図９および
図１０に示したレーザを用いた場合と同様に、初期溶接
金属部にかかったときに補修溶接部２４の幅が小さくな
りかつ深さが大きくなった。これに対し本発明による施
工では、構造物１の初期溶接金属部２の表面をトーチ８
が通過するときのみ電流値あるいはアーク長あるいは施
工速度のいずれかあるいは複数のパラメータを変化させ
て施工した。溶接条件を変化させることによって入熱量
あるいは単位面積当たりの入熱分布が変化する。このよ
うに初期溶接金属部表面に投入する入熱量あるいは入熱
形態を変化させることによって新規溶融部内の対流挙動
や蒸発挙動等を調節した。図５は本発明の一つとして、
構造物１の初期溶接金属部２の表面をトーチが通過する
ときのみアーク長を母材部表面に照射するときよりも長
くするように調節して施工した場合の補修溶接部２４の
幅の分布であり、図６は同じく深さの分布である。初期
溶接部に対しても母材部とほぼ同等の溶融幅および深さ
を有する補修溶接部が形成され、安定で均一な溶接施工
を行うことが可能になった。
【００２０】（実施例３）図１３に軽水炉炉内の溶接構
造物に対する本発明による表面処理施工の例を示す。こ
こでは実施例１と同様にレーザ光を用いた施工の例を示
す。
造物に対する本発明による表面処理施工の例を示す。こ
こでは実施例１と同様にレーザ光を用いた施工の例を示
す。
【００２１】溶接構造物の溶接熱影響部が鋭敏化した場
合の耐食性あるいは耐応力腐食割れ性を向上させるため
に、同熱影響部を含む表面領域にレーザ光を照射して表
面を改質する処理が知られている。ここで表面を溶融し
て改質する表面溶融処理の場合、図１４（ａ）に示すよ
うに溶接線に平行に施工する場合あるいは同図（ｂ）に
示すように溶接線に垂直に施工する場合がある。どちら
の場合でもレーザ照射部の一部は構造物の初期溶接金属
部を通過することになる。このような場合、従来技術で
は図８に示した状況と同様に初期溶接金属部２を通過す
るときのみ表面溶融部１１を形成するビードの幅が小さ
くなり、かつ溶融深さが大きくるため、マルチパスによ
る表面溶融部１１に隙間ができたり改質部の特性に不揃
いが生じるおそれがあった。
合の耐食性あるいは耐応力腐食割れ性を向上させるため
に、同熱影響部を含む表面領域にレーザ光を照射して表
面を改質する処理が知られている。ここで表面を溶融し
て改質する表面溶融処理の場合、図１４（ａ）に示すよ
うに溶接線に平行に施工する場合あるいは同図（ｂ）に
示すように溶接線に垂直に施工する場合がある。どちら
の場合でもレーザ照射部の一部は構造物の初期溶接金属
部を通過することになる。このような場合、従来技術で
は図８に示した状況と同様に初期溶接金属部２を通過す
るときのみ表面溶融部１１を形成するビードの幅が小さ
くなり、かつ溶融深さが大きくるため、マルチパスによ
る表面溶融部１１に隙間ができたり改質部の特性に不揃
いが生じるおそれがあった。
【００２２】これに対し本発明では、構造物１の初期溶
接金属部２をレーザ光が通過するときのみレーザ出力あ
るいはレーザの焦点位置あるいは施工速度のいずれかあ
るいは複数のパラメータを変化させて施工した。図１３
は溶接線に平行に施工した場合の表面溶融部１１の深さ
の分布を示す。同図に示すように、溶接継手を有する構
造物に対して溶融部の幅および深さのほぼ等しい均一な
表面溶融部１１を安定して形成することが可能になっ
た。
接金属部２をレーザ光が通過するときのみレーザ出力あ
るいはレーザの焦点位置あるいは施工速度のいずれかあ
るいは複数のパラメータを変化させて施工した。図１３
は溶接線に平行に施工した場合の表面溶融部１１の深さ
の分布を示す。同図に示すように、溶接継手を有する構
造物に対して溶融部の幅および深さのほぼ等しい均一な
表面溶融部１１を安定して形成することが可能になっ
た。
【００２３】（実施例４）図１５に本発明による構造物
内の溶接部の位置の検出方法の例を示す。溶接継手を有
する構造物に対して溶接部近傍の溶接熱影響部等に様々
な表面処理を施す施工が知られている。しかしながら表
面仕上げを施した構造物は溶接部の位置あるいは溶接部
の幅を目視等で確認することが困難であり、施工対象領
域を設定することが困難であった。
内の溶接部の位置の検出方法の例を示す。溶接継手を有
する構造物に対して溶接部近傍の溶接熱影響部等に様々
な表面処理を施す施工が知られている。しかしながら表
面仕上げを施した構造物は溶接部の位置あるいは溶接部
の幅を目視等で確認することが困難であり、施工対象領
域を設定することが困難であった。
【００２４】これに対し本発明では溶接線が存在すると
想定される領域に対し、一定の施工条件で移動熱を与え
て図に示すように表面溶融ビードを形成した。ここで移
動熱の熱源はレーザ光，電子ビーム，アーク放電いずれ
でもよい。
想定される領域に対し、一定の施工条件で移動熱を与え
て図に示すように表面溶融ビードを形成した。ここで移
動熱の熱源はレーザ光，電子ビーム，アーク放電いずれ
でもよい。
【００２５】形成した表面溶融ビード２６は、上述した
ように初期溶接部にかかったときに溶接金属中のＭｎ，
Ｓｉ，Ｓ，Ｏ等の成分の影響で溶融しているときの対流
挙動や蒸発挙動等が母材部の溶融しているときの挙動と
異なり、幅が小さくなった。この表面溶融ビードの幅の
変化から構造物の溶接部の位置あるいは溶接幅を図１５
に示すようにＣＣＤカメラ１８を通じてモニター１９に
よって確認することができた。
ように初期溶接部にかかったときに溶接金属中のＭｎ，
Ｓｉ，Ｓ，Ｏ等の成分の影響で溶融しているときの対流
挙動や蒸発挙動等が母材部の溶融しているときの挙動と
異なり、幅が小さくなった。この表面溶融ビードの幅の
変化から構造物の溶接部の位置あるいは溶接幅を図１５
に示すようにＣＣＤカメラ１８を通じてモニター１９に
よって確認することができた。
【００２６】（実施例５）図１６に本発明におけるレー
ザ光の照射による構造物内の溶接部の位置の検出方法の
例を示す。レーザ光を照射して上記と同様に表面溶融ビ
ード２５を形成する場合、溶融部の元素の蒸発挙動も溶
接金属中のＭｎ，Ｓｉ，Ｓ，Ｏ等の成分の影響によって
初期溶接部と母材部とでは異なるため、レーザ光の照射
時に発生する蒸気あるいはプラズマからなるプルーム２
０の形成状態を観察することによって構造物の溶接部の
位置あるいは溶接幅を確認することが可能である。
ザ光の照射による構造物内の溶接部の位置の検出方法の
例を示す。レーザ光を照射して上記と同様に表面溶融ビ
ード２５を形成する場合、溶融部の元素の蒸発挙動も溶
接金属中のＭｎ，Ｓｉ，Ｓ，Ｏ等の成分の影響によって
初期溶接部と母材部とでは異なるため、レーザ光の照射
時に発生する蒸気あるいはプラズマからなるプルーム２
０の形成状態を観察することによって構造物の溶接部の
位置あるいは溶接幅を確認することが可能である。
【００２７】本発明では図１６に示すようにレーザ出力
およびレーザの焦点位置および施工速度およびガスシー
ルド状態等の施工条件を一定にしてレーザ光６を照射し
表面溶融施工を行った。このとき発生する蒸気あるいは
プラズマからなるプルーム２０の状態をＣＣＤカメラ１
８で観察し、蒸気あるいはプラズマの輝度あるいは高さ
あるいは面積の状態量でパラメータ化し、状態量の時間
変化の測定結果とレーザ照射部の軌跡とを比較した。図
１７は状態量として輝度を測定した結果である。同図に
示すようにレーザ照射部の軌跡のなかで輝度が急激に上
昇する位置と急激に下降する位置が存在し、その間の輝
度が高くなっている領域が構造物１の初期溶接金属部２
であることが確認された。
およびレーザの焦点位置および施工速度およびガスシー
ルド状態等の施工条件を一定にしてレーザ光６を照射し
表面溶融施工を行った。このとき発生する蒸気あるいは
プラズマからなるプルーム２０の状態をＣＣＤカメラ１
８で観察し、蒸気あるいはプラズマの輝度あるいは高さ
あるいは面積の状態量でパラメータ化し、状態量の時間
変化の測定結果とレーザ照射部の軌跡とを比較した。図
１７は状態量として輝度を測定した結果である。同図に
示すようにレーザ照射部の軌跡のなかで輝度が急激に上
昇する位置と急激に下降する位置が存在し、その間の輝
度が高くなっている領域が構造物１の初期溶接金属部２
であることが確認された。
【００２８】
【発明の効果】本発明の第１の発明によれば、強度が均
一で構造信頼性の高い溶接構造物を提供することができ
る。
一で構造信頼性の高い溶接構造物を提供することができ
る。
【００２９】本発明の第２の発明によれば、特定の鋼種
からなる構造物の溶融部の形状の変化を効果的に抑制す
ることができる。
からなる構造物の溶融部の形状の変化を効果的に抑制す
ることができる。
【００３０】本発明の第３の発明によれば、レーザ光
線、または電子線を用いた再溶融加工に関し、溶融部の
形状をほぼ同じにする効果が大きい。
線、または電子線を用いた再溶融加工に関し、溶融部の
形状をほぼ同じにする効果が大きい。
【００３１】本発明の第４の発明によれば、アークを用
いた溶融加工において溶接部特性の均一化を図ることが
できる。
いた溶融加工において溶接部特性の均一化を図ることが
できる。
【００３２】本発明の第５の発明によれば、既溶融部を
正確に判断できるので、より正確に溶融部の形状を制御
することができる。
正確に判断できるので、より正確に溶融部の形状を制御
することができる。
【００３３】本発明の第６の発明によれば、第１〜第５
の発明を実施するに好適な加工装置が提供される。
の発明を実施するに好適な加工装置が提供される。
【図１】溶接構造物に対する本発明によるレーザを用い
た補修溶接施工の模式図。
た補修溶接施工の模式図。
【図２】本発明によるレーザを用いた補修溶接部の幅の
分布。
分布。
【図３】本発明によるレーザを用いた補修溶接部の深さ
の分布。
の分布。
【図４】溶接構造物に対する本発明によるＴＩＧアーク
を用いた補修溶接施工の模式図。
を用いた補修溶接施工の模式図。
【図５】本発明によるＴＩＧアークを用いた補修溶接部
の幅の分布。
の幅の分布。
【図６】本発明によるＴＩＧアークを用いた補修溶接部
の深さの分布。
の深さの分布。
【図７】溶接構造物に対する従来技術による溶接施工の
模式図。
模式図。
【図８】溶接構造物に対する従来技術による表面改質施
工の模式図。
工の模式図。
【図９】炉内構造物の一部を表す模式図。
【図１０】軽水炉圧力容器内部の断面模式図。
【図１１】溶接構造物に対する従来技術による補修溶接
部の幅の分布。
部の幅の分布。
【図１２】溶接構造物に対する従来技術による補修溶接
部の深さの分布。
部の深さの分布。
【図１３】溶接構造物に対する本発明によるレーザを用
いた表面改質施工部の深さの分布。
いた表面改質施工部の深さの分布。
【図１４】溶接構造物に対する表面改質施工部の表面模
式図。
式図。
【図１５】本発明によるレーザを用いた新規溶融幅の観
察による初期溶接部の検出施工の模式図。
察による初期溶接部の検出施工の模式図。
【図１６】本発明によるレーザを用いたプルームの観察
による初期溶接部の検出施工の模式図。
による初期溶接部の検出施工の模式図。
【図１７】施工方向に対するプルームの輝度分布。
１…構造物、２…溶接金属部、３…新たに形成した再溶
融部、４…構造物表面、５…レーザ集光光学系、６…レ
ーザ光、７…レーザの焦点位置、８…ＴＩＧトーチ、９
…電極、１０…アーク、１１…表面溶融部、１２…溶接
熱影響部、１３…炉内構造物、１４…軽水炉圧力容器、
１５…シュラウド、１６…シュラウドサポート構成機
器、１７…レーザトーチ、１８…ＣＣＤカメラ、１９…
モニター、２０…蒸気あるいはプラズマからなるプルー
ム、２１…記録装置、２２…母材部に対する再溶融部、
２３…溶接部に対する再溶融部、２４…補修溶接部、２
５…新規溶接部、２６…表面溶融ビード。
融部、４…構造物表面、５…レーザ集光光学系、６…レ
ーザ光、７…レーザの焦点位置、８…ＴＩＧトーチ、９
…電極、１０…アーク、１１…表面溶融部、１２…溶接
熱影響部、１３…炉内構造物、１４…軽水炉圧力容器、
１５…シュラウド、１６…シュラウドサポート構成機
器、１７…レーザトーチ、１８…ＣＣＤカメラ、１９…
モニター、２０…蒸気あるいはプラズマからなるプルー
ム、２１…記録装置、２２…母材部に対する再溶融部、
２３…溶接部に対する再溶融部、２４…補修溶接部、２
５…新規溶接部、２６…表面溶融ビード。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２１Ｄ 1/38 Ｃ２１Ｄ 1/38 Ａ 9/00 9542−4Ｋ 9/00 Ｌ (72)発明者 小沼 勉 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 粕谷 忠 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 玉井 康方 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (6)
- 【請求項１】既溶接部を有する構造物の、該既溶接部を
含む構造物表面を加熱再溶融させる施工において、 前記既溶接部の少なくとも一部を再溶融する際に、再溶
融させる部分に投入する加熱エネルギーあるいは単位面
積当たりのエネルギ−密度を、既溶接部以外の部分に投
入する加熱エネルギーあるいは単位面積当たりのエネル
ギ−密度に比べて小さくすることを特徴とする溶接構造
物に対する加熱再溶融方法。 - 【請求項２】請求項１記載の溶接構造物が、Ｍｎ，Ｓ
ｉ，Ｓ，Ｏの少なくとも一つを含む金属からなることを
特徴とする溶接構造物に対する加熱再溶融方法。 - 【請求項３】請求項１に記載の加熱手段がレーザ光線、
または電子線であり、前記既溶接部を再溶融させるとき
に、線出力，線の焦点位置、または線の移動速度のいず
れか一つ以上を変化させることを特徴とする溶接構造物
に対する加熱再溶融方法。 - 【請求項４】請求項１に記載の加熱手段がアークを用い
たものであり、前記既溶接部を再溶融させるときに、電
流値，アーク長、またはアークの移動速度のいずれか一
つ以上を変化させることを特徴とする溶接構造物に対す
る加熱再溶融方法。 - 【請求項５】請求項１において、加工により溶融した部
分を観察する手段を用いて、溶融部が既溶接部か非溶接
部かを判断し、その結果に基づいて加熱エネルギーある
いは単位面積あたりの入熱分布の制御を行うことを特徴
とする溶接構造物に対する加熱再溶融方法。 - 【請求項６】被加工部を溶融させる熱エネルギー供給手
段と、 全加工工程にわたって、溶融した部分を観察する手段
と、 その観察結果に基づいて、被加工部に供給する熱エネル
ギーあるいは入熱分布の最適値を計算する手段と、 その計算結果に基づいて前記熱エネルギー供給手段を全
加工工程にわたって制御する手段とを備えることを特徴
とする加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8172040A JPH1015677A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 溶接構造物に対する加熱再溶融方法、およびそれに用いる装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8172040A JPH1015677A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 溶接構造物に対する加熱再溶融方法、およびそれに用いる装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1015677A true JPH1015677A (ja) | 1998-01-20 |
Family
ID=15934422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8172040A Pending JPH1015677A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 溶接構造物に対する加熱再溶融方法、およびそれに用いる装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1015677A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017122264A (ja) * | 2016-01-07 | 2017-07-13 | 新日鐵住金株式会社 | レーザ溝加工モニタリング方法、レーザ溝加工モニタリング装置、レーザ溝加工装置及び方向性磁性鋼板製造装置 |
| US20230121254A1 (en) * | 2020-06-29 | 2023-04-20 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Laser welding device and laser welding method |
| CN119328311A (zh) * | 2024-08-05 | 2025-01-21 | 中国建筑第四工程局有限公司 | 一种提高低合金钢焊缝耐腐蚀性能的激光表面重熔方法 |
-
1996
- 1996-07-02 JP JP8172040A patent/JPH1015677A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017122264A (ja) * | 2016-01-07 | 2017-07-13 | 新日鐵住金株式会社 | レーザ溝加工モニタリング方法、レーザ溝加工モニタリング装置、レーザ溝加工装置及び方向性磁性鋼板製造装置 |
| US20230121254A1 (en) * | 2020-06-29 | 2023-04-20 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Laser welding device and laser welding method |
| CN119328311A (zh) * | 2024-08-05 | 2025-01-21 | 中国建筑第四工程局有限公司 | 一种提高低合金钢焊缝耐腐蚀性能的激光表面重熔方法 |
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