JPS61255773A - 電子ビ−ム形状制御による電子ビ−ム溶接法 - Google Patents
電子ビ−ム形状制御による電子ビ−ム溶接法Info
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- JPS61255773A JPS61255773A JP9801085A JP9801085A JPS61255773A JP S61255773 A JPS61255773 A JP S61255773A JP 9801085 A JP9801085 A JP 9801085A JP 9801085 A JP9801085 A JP 9801085A JP S61255773 A JPS61255773 A JP S61255773A
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- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
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。
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
本発明は電子ビーム溶接法の改良方法に関する。電子ビ
ーム溶接法は、他の溶接法に比べて熱源の径が小さく、
電力密度が格段と高いため、溶接幅が狭く、かつ溶込み
深さの大きい溶接ビードが得られることを特徴としてい
る。その反面深溶込みを得る機構として、常に細長い電
子ビーム孔を形成しつつ溶接が行われるため、溶融金属
の流動が複雑となり、特に大きな溶込みの溶接を行う際
に、本溶接法特有の諸欠陥が発生し易い。これらの欠陥
の代表として、溶込み中央部付近で発生するポロシティ
−並びに種々の凝固割れ（縦割れ、水平割れ）、さらを
こルート部近傍で発生するスパイク並びにコールドシャ
ット等が挙げられる。
ーム溶接法は、他の溶接法に比べて熱源の径が小さく、
電力密度が格段と高いため、溶接幅が狭く、かつ溶込み
深さの大きい溶接ビードが得られることを特徴としてい
る。その反面深溶込みを得る機構として、常に細長い電
子ビーム孔を形成しつつ溶接が行われるため、溶融金属
の流動が複雑となり、特に大きな溶込みの溶接を行う際
に、本溶接法特有の諸欠陥が発生し易い。これらの欠陥
の代表として、溶込み中央部付近で発生するポロシティ
−並びに種々の凝固割れ（縦割れ、水平割れ）、さらを
こルート部近傍で発生するスパイク並びにコールドシャ
ット等が挙げられる。
従来技術
ポロシティ−１並びに凝固割れ等の欠陥は、電子ビーム
孔内にたまった溶接金属が既に凝固した金属を再溶融す
ることにより、凝固機番こ局部的なくぼみが生じ、これ
に基づ（複雑な凝固機構に起因して発生する。このため
、局部的なくぼみの形成を抑制することが前記諸欠陥を
防止する有効な手段といえる。
孔内にたまった溶接金属が既に凝固した金属を再溶融す
ることにより、凝固機番こ局部的なくぼみが生じ、これ
に基づ（複雑な凝固機構に起因して発生する。このため
、局部的なくぼみの形成を抑制することが前記諸欠陥を
防止する有効な手段といえる。
従来、この防止策として、電子ビームを溶接線もしくは
これと直角方向をこ振動させながら溶接する方法が採用
されてきた。しかしながら、前者の場合、電子ビームが
高温の溶融金属を再加熱するため、スパッタが激しく、
ルート部では先鋭なスパイクを形成する欠点がある。ま
た後者の場合には、溶融幅が広がり溶込み深さを低下さ
せる欠点がある。
これと直角方向をこ振動させながら溶接する方法が採用
されてきた。しかしながら、前者の場合、電子ビームが
高温の溶融金属を再加熱するため、スパッタが激しく、
ルート部では先鋭なスパイクを形成する欠点がある。ま
た後者の場合には、溶融幅が広がり溶込み深さを低下さ
せる欠点がある。
発明の目的
本発明は従来法における前記欠点をなくしようとするも
のであり、その目的は電子ビームの形状を制御して安定
な凝固壁を形成し、ポロシティ−並びに凝固割れ等の欠
陥を防止し、かつ従来法における溶込み深さの低下並び
に先鋭なスパイクやスパッタの発生のない電子ビーム溶
接法を提供する正こある。
のであり、その目的は電子ビームの形状を制御して安定
な凝固壁を形成し、ポロシティ−並びに凝固割れ等の欠
陥を防止し、かつ従来法における溶込み深さの低下並び
に先鋭なスパイクやスパッタの発生のない電子ビーム溶
接法を提供する正こある。
発明の構成
本発明者は前記目的を達成すべく鋭意研究の結果、磁界
または電界により電子ビームの形状を強制的に変形せし
め、溶融金属の流動を制御すると、前記複数の欠陥を同
時に防止し、かつ溶込み深さを損うことなく良好な溶接
継手を得ることかできることを究明し得た。この知見に
基いて本発明を完成した。
または電界により電子ビームの形状を強制的に変形せし
め、溶融金属の流動を制御すると、前記複数の欠陥を同
時に防止し、かつ溶込み深さを損うことなく良好な溶接
継手を得ることかできることを究明し得た。この知見に
基いて本発明を完成した。
本発明の要旨は、高電力密度の電子ビームの溶接におい
て、収束レンズを通過し収束途上にある電子ビームを２
極以上の偶数個の磁極または電極で発生した磁界または
電界内に通過せしめ、電子ビーム軸と垂直平面における
電子ビームの形状を、その長軸方向が被溶接物表面近傍
と溶込みルート部近傍で互に直交する楕円もしくはこれ
と類似した形状に強制的に変形させて溶接することを特
徴とする電子ビーム溶接法にある。
て、収束レンズを通過し収束途上にある電子ビームを２
極以上の偶数個の磁極または電極で発生した磁界または
電界内に通過せしめ、電子ビーム軸と垂直平面における
電子ビームの形状を、その長軸方向が被溶接物表面近傍
と溶込みルート部近傍で互に直交する楕円もしくはこれ
と類似した形状に強制的に変形させて溶接することを特
徴とする電子ビーム溶接法にある。
これを図面に基いて説明すると、第１図は本発明の方法
における電子ビーム形状制御方法、第２図は電子ビーム
の形状制御装置の一実施態様を示す概略図、第３図は電
子ビーム形状制御により得られた水平断面での電子ビー
ム形状、第４図及び第５図は溶接方法概要説明図を示す
。
における電子ビーム形状制御方法、第２図は電子ビーム
の形状制御装置の一実施態様を示す概略図、第３図は電
子ビーム形状制御により得られた水平断面での電子ビー
ム形状、第４図及び第５図は溶接方法概要説明図を示す
。
第１図に示すように、収束レンズ２の下に２極以上で偶
数個の磁極または電極で構成された電子ビーム形状制御
装置３を設置し、これを用いて電子ビーム１の電子ビー
ム軸と垂直断面ｌこおける形状を制御する。その制御さ
れた形状の電子ビームを用いて溶接する。図中４は電子
ビーム形状制御装置を用いない場合の焦点位置を示す。
数個の磁極または電極で構成された電子ビーム形状制御
装置３を設置し、これを用いて電子ビーム１の電子ビー
ム軸と垂直断面ｌこおける形状を制御する。その制御さ
れた形状の電子ビームを用いて溶接する。図中４は電子
ビーム形状制御装置を用いない場合の焦点位置を示す。
次に電子ビーム形状制御装置３の一実施態様を第２図に
示す。電子ビームの形状を変形する磁界は４つの励起コ
イル３ａ’、３ｂ’、３ｃ’ 、３ｄ’ 、で励起され
、互に９０’の角度で対称的に配置された４極の磁極３
ａ、 ３ｂ、 ３ｃ、 ３ｄにより発生する。互いに相
対峙する磁極３ａと３ｃ、３ｂと３ｄはそれぞれ同極で
同一の磁位を有する。
示す。電子ビームの形状を変形する磁界は４つの励起コ
イル３ａ’、３ｂ’、３ｃ’ 、３ｄ’ 、で励起され
、互に９０’の角度で対称的に配置された４極の磁極３
ａ、 ３ｂ、 ３ｃ、 ３ｄにより発生する。互いに相
対峙する磁極３ａと３ｃ、３ｂと３ｄはそれぞれ同極で
同一の磁位を有する。
磁極３＆と３ｃをＮ極、磁極３ｂと３ｄをＳ極とすると
、電子ビーム形状制御装置３内で、電子ビーム１にはＸ
軸方向に発散、Ｙ軸方向に収束する力が作用する。いま
、収束レンズ２に流れる電流を適切な値に設定し、かつ
電子ビーム形状制御装置３の各励磁コイル３ａ’、３ｂ
’、３ｃ’、３ｄ’に流れる電流を適切な値に設定すれ
ば、第３図に示すように、電子ビーム軸に添った各位置
での電子ビーム軸と垂直断面における電子ビーム５ａ、
６ａ、７ａ、８ａは電子ビーム形状制御装置３を用いな
い場合の焦点位置４より電子ビーム形状制御装置３側で
は５ａ、６ａのごとくＸ軸方向に長軸を、またこれと反
対側では８ａのごとくＹ軸方向に長軸を有する楕円もし
くはこれと類似した形状となる。
、電子ビーム形状制御装置３内で、電子ビーム１にはＸ
軸方向に発散、Ｙ軸方向に収束する力が作用する。いま
、収束レンズ２に流れる電流を適切な値に設定し、かつ
電子ビーム形状制御装置３の各励磁コイル３ａ’、３ｂ
’、３ｃ’、３ｄ’に流れる電流を適切な値に設定すれ
ば、第３図に示すように、電子ビーム軸に添った各位置
での電子ビーム軸と垂直断面における電子ビーム５ａ、
６ａ、７ａ、８ａは電子ビーム形状制御装置３を用いな
い場合の焦点位置４より電子ビーム形状制御装置３側で
は５ａ、６ａのごとくＸ軸方向に長軸を、またこれと反
対側では８ａのごとくＹ軸方向に長軸を有する楕円もし
くはこれと類似した形状となる。
すなわち、電子ビーム形状制御装置３を用いない場合の
焦点位置４を境に、その両側での電子ビーム軸と垂直断
面における電子ビーム５ａ、６ａと８ａが互いにその長
軸方向が直交した楕円もしくはこれと類似した形状に成
形できる。
焦点位置４を境に、その両側での電子ビーム軸と垂直断
面における電子ビーム５ａ、６ａと８ａが互いにその長
軸方向が直交した楕円もしくはこれと類似した形状に成
形できる。
このような形状の電子ビーム５ａ、５ａ、 ７ａ、８ａ
は、磁界の代り番こ電界を用いても得ることができる。
は、磁界の代り番こ電界を用いても得ることができる。
すなわち、磁極３ａ、３ｂ、 ３ｃ、 ３ｄの代りに電
極を用い、Ｎ極の位置に正極を、またＳ極の位置に負極
を設置すれば、同様な形状の電子ビーム５ａ、６ａ、７
ａ、８ａが得られる。
極を用い、Ｎ極の位置に正極を、またＳ極の位置に負極
を設置すれば、同様な形状の電子ビーム５ａ、６ａ、７
ａ、８ａが得られる。
溶接はこのように成形した電子ビームを用いて、かつ電
子ビーム形状制御装置３を用いない場合の焦点位置４が
電子ビーム孔内の中央部付近に位置するように調整して
行う。次に溶接方法の代表的な２つの例を示す。
子ビーム形状制御装置３を用いない場合の焦点位置４が
電子ビーム孔内の中央部付近に位置するように調整して
行う。次に溶接方法の代表的な２つの例を示す。
（１）第４図に示すように電子ビームの楕円形状の長軸
が被溶接物表面近傍では５上の如く溶接線方向にかつ溶
込みルート部近傍では８ｂの如く溶接線と直角方向にな
るように調整し溶接を行う。この場合、被溶接物表面近
傍では電子ビーム５ｂにより電子ビーム孔１１が溶接線
方向に拡大するため、電子ビーム孔工１内から溶融金属
が円滑に流出し、凝固壁１０の局部的なくぼみが解消さ
れ、ポロシティ−並びに凝固割れが防止できる。さらに
ルート部近傍においては溶接線と直角方向に拡大した電
子ビーム８ｂにより、実質上の電力密度が低下し、電子
ビームによる金属の溶融過程が緩やかになるため、部分
滲込み溶接ではスパイク並びにコールドシャットの抑制
が、また貫通溶接では美しい裏波ビードの形ムが■能と
なる。
が被溶接物表面近傍では５上の如く溶接線方向にかつ溶
込みルート部近傍では８ｂの如く溶接線と直角方向にな
るように調整し溶接を行う。この場合、被溶接物表面近
傍では電子ビーム５ｂにより電子ビーム孔１１が溶接線
方向に拡大するため、電子ビーム孔工１内から溶融金属
が円滑に流出し、凝固壁１０の局部的なくぼみが解消さ
れ、ポロシティ−並びに凝固割れが防止できる。さらに
ルート部近傍においては溶接線と直角方向に拡大した電
子ビーム８ｂにより、実質上の電力密度が低下し、電子
ビームによる金属の溶融過程が緩やかになるため、部分
滲込み溶接ではスパイク並びにコールドシャットの抑制
が、また貫通溶接では美しい裏波ビードの形ムが■能と
なる。
（２）第５図に示すように、電子ビームの楕円形状の長
軸が被溶接物表面近傍では５Ｃの如く溶接線と直角方向
に、かつ溶込みルート近傍では８Ｃの如く溶接線方向と
なるように調整し溶接を行う。この場合、被溶接物表面
近傍では電子ビーム５Ｃにより電子ビーム孔１１が溶接
線と直角方向に広がるため、前記（１）におけると同様
に溶融金属が円滑に流出し、ポロシティ−並びに凝固割
れ等の欠陥が防止できる。また従来法の溶接線と直角方
向に電子ビームを振動する方法と異なり、ルート部近傍
で電子ビーム８ｃが溶接線方向に長軸を有する楕円形と
なるため、殆んど溶込み深さを低下させない。さらに、
被溶接物表面近傍での電子ビーム５Ｃが溶接線と直角方
向に広がるため、美しい表面ビードを形成することがで
きる。
軸が被溶接物表面近傍では５Ｃの如く溶接線と直角方向
に、かつ溶込みルート近傍では８Ｃの如く溶接線方向と
なるように調整し溶接を行う。この場合、被溶接物表面
近傍では電子ビーム５Ｃにより電子ビーム孔１１が溶接
線と直角方向に広がるため、前記（１）におけると同様
に溶融金属が円滑に流出し、ポロシティ−並びに凝固割
れ等の欠陥が防止できる。また従来法の溶接線と直角方
向に電子ビームを振動する方法と異なり、ルート部近傍
で電子ビーム８ｃが溶接線方向に長軸を有する楕円形と
なるため、殆んど溶込み深さを低下させない。さらに、
被溶接物表面近傍での電子ビーム５Ｃが溶接線と直角方
向に広がるため、美しい表面ビードを形成することがで
きる。
以上電子ビーム形状制御にする電子ビーム溶接法の代表
的な例を挙げたが、これに限らず一１第３図に示した電
子ビーム５ａ、 ６ａ、 ７ａ、８ａを用いれば同様な
効果が得られる。
的な例を挙げたが、これに限らず一１第３図に示した電
子ビーム５ａ、 ６ａ、 ７ａ、８ａを用いれば同様な
効果が得られる。
実施例
第２図に示した四極の磁極を用いた電子ビーム形状制御
装置を用いて本発明の電子ビーム溶接を行った。なお、
比較のため従来法も行った。
装置を用いて本発明の電子ビーム溶接を行った。なお、
比較のため従来法も行った。
試材として８Ｍ５０Ａ鋼を用い、加速電圧５０ｋＶ、電
子ビーム電流２００ｍＡ １溶接速度２５ｃｍ／ｍｉｎ
、 Ｌ／ンズ電流４．９８Ａ ｓ対物距離１７釦血の条
件下で行った結果は次の表−１に示す通りであった。
子ビーム電流２００ｍＡ １溶接速度２５ｃｍ／ｍｉｎ
、 Ｌ／ンズ電流４．９８Ａ ｓ対物距離１７釦血の条
件下で行った結果は次の表−１に示す通りであった。
なお、ビード１は従来法、ビード２は第４図に示した溶
接法、ビード３は第５図番こ示した溶接法で行った。
接法、ビード３は第５図番こ示した溶接法で行った。
表−１
この結果が示すように、従来法では凝固壁に局部的なく
ぼみが生じ、ポロシティ−１縦割れ及び水平割れ等の欠
陥が発生したのに対し、本発明の方法によると、いずれ
の場合も溶込み深さの低下が殆んどなく、かつ安定な凝
固壁が形成され、前記従来法の欠陥を防止し得られる。
ぼみが生じ、ポロシティ−１縦割れ及び水平割れ等の欠
陥が発生したのに対し、本発明の方法によると、いずれ
の場合も溶込み深さの低下が殆んどなく、かつ安定な凝
固壁が形成され、前記従来法の欠陥を防止し得られる。
また、第１の溶接方法ではスパイクの抑制効果が大きく
、第２の溶接方法では美麗な表面ビードが形成し得られ
る効果を有する。
、第２の溶接方法では美麗な表面ビードが形成し得られ
る効果を有する。
発明の効果
本発明、の電子ビーム溶接法によると、従来法の欠点と
するスパイク、コールドシャット等の欠陥を抑制し、ま
た溶込み深さを損うことがなく、ポロシティ−並びに凝
固割れ等の欠陥を防止することができる。さらにスパッ
タの放出が少なく美しいビードが形成され、継手の信頼
性が向上し、厚板溶接への適用範囲の拡大が図れる等の
優れた効果を奏することができる。
するスパイク、コールドシャット等の欠陥を抑制し、ま
た溶込み深さを損うことがなく、ポロシティ−並びに凝
固割れ等の欠陥を防止することができる。さらにスパッ
タの放出が少なく美しいビードが形成され、継手の信頼
性が向上し、厚板溶接への適用範囲の拡大が図れる等の
優れた効果を奏することができる。
図面は本発明の方法の一実施態様を示すもので、第１図
は電子ビームの形状制御方法の概要図、第２図は電子ビ
ーム形状制御装置の概略図、第３図は電子ビーム形状制
御により得られる水平断面での電子ビーム形状、第４図
及び第５図は溶接方法の概略図を示す。 １：電子ビーム ２：収束レンズ３：電子ビーム
形状制御装置 ３ａ、 ３ｂ、 ３ｃ１３ｄ ：磁極 ３ａ’、３ｂ’、３ｃ’、３ｄ’ ： ：Ｉイル４：電
子ビーム形状制御装置を用いない場合の焦点位置 ５ａ、 ６ａ１７ａ、 ８ａ、 ５ｂ１６ｂ、 ７ｂ、
８ｂ、 ５ｃ１６ｃ、 ７ｃ。 ８Ｃ：電子ビーム ９：溶接方向 １ｏ：凝固壁 １１：電子ビーム孔 １２：被溶接物特許出願人
科学技術庁金属材料技術研究所長中用龍− 才１５ａ
は電子ビームの形状制御方法の概要図、第２図は電子ビ
ーム形状制御装置の概略図、第３図は電子ビーム形状制
御により得られる水平断面での電子ビーム形状、第４図
及び第５図は溶接方法の概略図を示す。 １：電子ビーム ２：収束レンズ３：電子ビーム
形状制御装置 ３ａ、 ３ｂ、 ３ｃ１３ｄ ：磁極 ３ａ’、３ｂ’、３ｃ’、３ｄ’ ： ：Ｉイル４：電
子ビーム形状制御装置を用いない場合の焦点位置 ５ａ、 ６ａ１７ａ、 ８ａ、 ５ｂ１６ｂ、 ７ｂ、
８ｂ、 ５ｃ１６ｃ、 ７ｃ。 ８Ｃ：電子ビーム ９：溶接方向 １ｏ：凝固壁 １１：電子ビーム孔 １２：被溶接物特許出願人
科学技術庁金属材料技術研究所長中用龍− 才１５ａ
Claims (1)
- 高電力密度の電子ビームの溶接において、収束レンズを
通過し収束途上にある電子ビームを２極以上の偶数個の
磁極または電極で発生した磁界または電界内に通過せし
め、電子ビーム軸と垂直平面における電子ビームの形状
をその長軸方向が被溶接物表面近傍と溶込みルート部近
傍で互いに直交する楕円もしくはこれと類似した形状に
強制的に変形させて溶接することを特徴とする電子ビー
ム溶接法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9801085A JPS61255773A (ja) | 1985-05-10 | 1985-05-10 | 電子ビ−ム形状制御による電子ビ−ム溶接法 |
| US06/844,019 US4673794A (en) | 1985-05-10 | 1986-03-25 | Electron beam welding method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9801085A JPS61255773A (ja) | 1985-05-10 | 1985-05-10 | 電子ビ−ム形状制御による電子ビ−ム溶接法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61255773A true JPS61255773A (ja) | 1986-11-13 |
| JPH027755B2 JPH027755B2 (ja) | 1990-02-20 |
Family
ID=14207781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9801085A Granted JPS61255773A (ja) | 1985-05-10 | 1985-05-10 | 電子ビ−ム形状制御による電子ビ−ム溶接法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61255773A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7693696B2 (en) | 2005-06-10 | 2010-04-06 | Chrysler Group Llc | System and methodology for zero-gap welding |
| US8198565B2 (en) | 2007-04-11 | 2012-06-12 | Chrysler Group Llc | Laser-welding apparatus and method |
| US8803029B2 (en) | 2006-08-03 | 2014-08-12 | Chrysler Group Llc | Dual beam laser welding head |
| CN106271173A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-01-04 | 中航动力股份有限公司 | 一种消除钛合金电子束焊缝钉尖缺陷的方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57142781A (en) * | 1981-02-27 | 1982-09-03 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Electron beam welding method |
-
1985
- 1985-05-10 JP JP9801085A patent/JPS61255773A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57142781A (en) * | 1981-02-27 | 1982-09-03 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Electron beam welding method |
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| US8253062B2 (en) | 2005-06-10 | 2012-08-28 | Chrysler Group Llc | System and methodology for zero-gap welding |
| US8803029B2 (en) | 2006-08-03 | 2014-08-12 | Chrysler Group Llc | Dual beam laser welding head |
| US8198565B2 (en) | 2007-04-11 | 2012-06-12 | Chrysler Group Llc | Laser-welding apparatus and method |
| CN106271173A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-01-04 | 中航动力股份有限公司 | 一种消除钛合金电子束焊缝钉尖缺陷的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH027755B2 (ja) | 1990-02-20 |
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