WO2021015216A1 - 補修用レーザ溶接方法及び補修用レーザ溶接装置 - Google Patents

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中村　善彦
信哉 大澤
幸太郎 猪瀬
山田　順子
大記 置田
加藤　明
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    • E01D2101/00—Material constitution of bridges
    • E01D2101/30—Metal

Definitions

  • a deck plate (one of the materials to be welded) constituting a steel deck supporting a paved portion of a bridge and a U-rib (the other) joined by fillet welding to the surface of the deck plate. It relates to a repair laser welding method and a repair laser welding apparatus used for repairing a crack generated at a joint portion with a material to be welded.
  • the side edges of the U ribs joined on the surface of the deck plate by fillet welding are joined diagonally with respect to the deck plate.
  • an unwelded portion remains at the root portion at the joint portion between the deck plate and the side edge of the U rib, but the strength is obtained by making the penetration depth of the welded portion clear a predetermined predetermined value. Is secured.
  • Patent Document 1 has been described. Welding methods have been proposed. In this welding method, the cracks are eliminated by setting the irradiation direction of the laser beam so as to be the growth direction of the cracks generated in the bead.
  • the unwelded portion of the root portion is set as the starting point at the joint portion of the side edge of the deck plate and the U rib in the steel deck slab.
  • a repair laser welding method and repair that can remove not only the bead extension crack but also the deck extension crack by irradiation with laser light without removing the pavement part on the steel deck slab. It is an object of the present invention to provide a laser welding apparatus for steel.
  • the first aspect of the present disclosure is not at the root portion between one material to be welded and the other material to be welded obliquely joined by fillet welding to the surface of the one material to be welded.
  • a repair laser welding method in which cracks generated from a welded portion are melted and eliminated by irradiation with laser light, and the one welded material and the other welded material contained in the unwelded portion in the root portion are welded.
  • the laser beam is irradiated along the weld bead while aiming at the contact point with the material as the irradiation point of the laser beam from the welding bead side of the root portion.
  • the contact points between one material to be welded and the other material to be welded included in the unwelded portion in the root portion are located by non-destructive inspection.
  • steel when a crack occurs at a joint portion between a deck plate and a side edge of a U-rib in a steel pavement starting from an unwelded portion of a root portion, steel It has the very excellent effect that it is possible to remove not only the bead extension crack but also the deck extension crack by irradiating the laser beam without removing the pavement portion on the floor slab.
  • FIG. 1 It is a perspective view of the state of being incorporated in the steel plate slab box girder of a bridge which shows the steel slab to which the repair laser welding method by one Embodiment of this disclosure is applied. It is a partially enlarged front view which shows the part of the steel plate slab of FIG. 1 enlarged. It is a front explanatory view schematically explaining the repair laser welding apparatus used in the repair laser welding method by one Embodiment of this disclosure. It is a side explanatory view of the laser welding apparatus for repair of FIG. It is a partially enlarged front view at the part corresponding to FIG. 2 which shows the laser beam irradiation point of the repair laser welding method by one Embodiment of this disclosure. FIG.
  • FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view showing the relationship between the laser beam irradiation point and the repair status in FIG. It is a partially enlarged sectional view which shows the relationship between the number of times of a laser beam irradiation pass of the repair laser welding method by one Embodiment of this disclosure, and a repair situation. It is a partially enlarged sectional view which shows the relationship between the number of times of a laser beam irradiation pass of the repair laser welding method by one Embodiment of this disclosure, and a repair situation. It is a partially enlarged sectional view which shows the relationship between the number of times of a laser beam irradiation pass of the repair laser welding method by one Embodiment of this disclosure, and a repair situation.
  • FIG. 10A is a side explanatory view of the repair laser welding apparatus of FIG. 10A.
  • FIG. 13B It is a conceptual diagram in the case of performing repair laser welding using the tab plate of FIG. 13B. It is a perspective explanatory view which shows the preferable form example to use in place of the tab plate of FIG. 13B.
  • FIG. 3 is a perspective explanatory view showing another embodiment that is preferable to be used in place of the tab plate of FIG. 13B.
  • FIG. 3 is a perspective explanatory view showing still another embodiment that is preferable to be used in place of the tab plate of FIG. 13B.
  • FIG. 15A It is a side view of the state in which the backing plate is arranged when the repair laser welding is performed using the tab plate of FIG. 13B. It is an enlarged cross-sectional explanatory view which shows the repair procedure of the welded part at the part intersecting with the lateral rib of the steel plate slab to which the repair laser welding method of this disclosure is applied. It is an enlarged cross-sectional explanatory view which shows the repair procedure of the welded part at the part intersecting with the lateral rib of the steel plate slab to which the repair laser welding method of this disclosure is applied.
  • FIGS. 1 and 2 show the steel deck slab of the steel deck box girder of the bridge to which the repair laser welding method according to the present disclosure is applied
  • FIGS. 3 and 4 show the repair according to the embodiment of the present disclosure.
  • the repair laser welding apparatus used for the laser welding method for steel is shown.
  • the steel deck slab 103 constituting the steel deck slab box girder 100 together with the plurality of main girders includes a deck plate (one of the materials to be welded) 110 on which the pavement portion H of the bridge is placed and the deck plate.
  • a plurality of U ribs (the other material to be welded) 120 arranged on the downward surface 112 on the opposite side of the pavement portion mounting surface 111 of 110 are provided.
  • each of the tips of the pair of side edges 121 and 121 of the U rib 120 that obliquely abuts on the downward surface 112 of the deck plate 110 has a re-shaped groove 122 and 122, respectively. It is formed.
  • the U-rib 120 is attached to the deck plate 110 by forming a weld bead B by fillet arc welding between the recesses 122 and 122 of the tray plate 110 and the downward surface 112 of the deck plate 110 over the entire length. As a result, a closed cross-sectional structure is formed together with the deck plate 110.
  • the deck plate 110 is not welded to the root portion R at the joint portion between the side edges 121 and 121 of the U rib 120 obliquely joined on the downward surface 112 of the deck plate.
  • a portion S remains, and a crack starting from the unwelded portion S (deck progress extending in the penetrating direction through the deck plate 110) occurs at the joint portion between the deck plate 110 and the U rib 120 due to aged deterioration and metal fatigue.
  • a bead growth crack Cb) that propagates in the penetrating direction through the crack Cd and the weld bead B at the joint portion may occur.
  • the repair laser welding apparatus 1 for removing cracks Cd and Cb generated at the joint portion between the deck plate 110 and the U rib 120 is a laser as schematically shown in FIGS. 3 and 4.
  • the drive mechanism 10 is provided.
  • the head drive mechanism 10 includes a rail base 11 that is attracted and fixed to the bottom 123 between the side edges 121 and 121 of the U rib 120 by a magnet or the like, and a trolley 12 that mounts the laser head 4 via the arm 7 and travels. It is equipped.
  • the carriage 12 is supported by hanging the wheels 12a, 12a on the rails 11a, 11a of the rail base 11, and is supported by the rail base 11.
  • a motor (not shown) mounted on the carriage 12 It travels on the rails 11a and 11a, that is, travels along the weld bead B by the power from.
  • the irradiation point of the laser beam L emitted from the laser head 4 moving along the welding bead B by the head drive mechanism 10 is made to follow the joint portion of the deck plate 110 and the U rib 120. It is provided with a copying mechanism 8.
  • the copying mechanism 8 includes two copying legs 8a and 8b having rollers 8c at the tip arranged on the laser head 4, a sub-arm 9a provided on the carriage 12, and a tension spring 9b. Then, in the copying mechanism 8, the tension spring 9b is arranged between the sub-arm 9a and the arm 7, and the two copying legs 8a and 8b are placed on the downward surface 112 of the deck plate 110 and the side edge 121 of the U rib 120, respectively.
  • the irradiation point of the laser beam L emitted from the laser head 4 is made to follow the joint portion of the deck plate 110 and the U rib 120.
  • the copying mechanism for copying the irradiation point of the laser beam L to the joint portion of the deck plate 110 and the U rib 120 is not limited to the above configuration. For example, a non-contact type copying mechanism using a sensor may be used.
  • the repair laser welding device 1 is provided with a weaving mechanism 6 built in the laser head 4, so that the laser beam L can be weaved in the direction crossing the welding bead B within the range of the arrow in FIG. ing.
  • the repair laser welding device 1 is equipped with a shift mechanism.
  • the arm 7 that supports the laser head 4 also serves as a shift mechanism.
  • the arm 7 includes a support arm 7a provided on the carriage 12, an arm body 7c rotatably connected to the support arm 7a via a pin 7b, and an arm provided on the laser head 4 side. It is composed of a moving arm 7d that is movably fitted to the main body 7c in the axial direction (direction of the arrow in the figure).
  • the irradiation point of the laser beam L is set to the deck plate 110 and the U rib 120 by moving the moving arm 7d with respect to the arm body 7c rotatably connected to the support arm 7a. It is possible to shift from the root portion R at the joint portion of the above to the weld bead B side.
  • Reference numeral 5 in FIG. 3 is a control unit, and the control unit 5 controls the spot diameter of the laser beam L emitted from the laser head 4 and the movement of the laser head 4 by the head drive mechanism 10. There is.
  • the deck plate 110 and the deck plate 110 and the U rib 120 are removed.
  • a non-destructive inspection such as an ultrasonic flaw detection test was performed on the joint portion of the U rib 120, and as shown in FIG. 5, the joint portion of the U rib 120 and the downward surface 112 of the deck plate 110 included in the unwelded portion S of the root portion R.
  • the position of the contact point P of the side edge 121 of the U rib 120 with the laser welding groove 122 is specified.
  • the laser beam L touches the contact point P by adjusting the angle of the arm body 7c of the arm 7 (shift mechanism) that supports the laser head 4 and moving the moving arm 7d with respect to the arm body 7c.
  • the irradiation point of the laser beam L is determined.
  • the tension springs 9b of the copying mechanism 8 are set so that the two copying legs 8a and 8b are pressed against the downward surface 112 of the deck plate 110 and the side edges 121 of the U rib 120, respectively.
  • the carriage 12 of the head drive mechanism 10 starts traveling by a command from the control unit 5, and the laser head 4 starts moving while appropriately irradiating the contact point P with the laser beam L having a spot diameter.
  • the movement of the laser head 4 causes the laser beam L to pass (move) once along the welding bead B.
  • the laser beam L is welded.
  • the laser head 4 is moved while irradiating toward B.
  • the downward surface 112 of the deck plate 110 of the steel deck 103 included in the unwelded portion S of the root portion R and the re-shaped groove 122 of the side edge 121 of the U rib 120 Since the contact point P is aimed at as the irradiation point of the laser beam L, the unwelded portion S in the root portion R can be melted. Then, as the unwelded portion S melts, the deck extension crack Cd generated starting from the unwelded portion S is also melted and removed.
  • FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view showing the relationship between the laser beam irradiation point and the repair status, and shows the repair status when the laser beam L is passed once along the welding bead B.
  • the irradiation point of the laser beam L it is desirable to set the irradiation point of the laser beam L so that at least the outer edge of the spot of the laser beam L touches the contact point P.
  • the welding bead BL due to the irradiation of the laser beam L becomes as shown in the partially enlarged cross-sectional view of FIG. Since it does not reach the unwelded portion S, unwelded dust is generated. Therefore, in this embodiment in which the laser beam L is passed once along the welding bead B, it is desirable to set the irradiation point of the laser beam L to the welding bead B side by about 2 mm from the contact point P.
  • the laser beam L is passed once along the weld bead B to form the weld bead BL by irradiation with the laser beam L.
  • the deck extension crack Cd is large, the laser can be removed by the arm 7 that also serves as a shift mechanism, as shown in the partially enlarged cross-sectional view of FIG. 7B.
  • FIG 8 and 9 show a repair laser welding apparatus used in the repair laser welding method according to another embodiment of the present disclosure.
  • the repair laser welding apparatus 1A collects and repairs the laser light L supplied from the laser oscillator (not shown) via the optical fiber 3 as schematically shown in FIGS. 8 and 9. It includes a laser head 4 that irradiates a portion, and a head drive mechanism 10A that moves the laser head 4 along the welding bead B.
  • the head drive mechanism 10A includes a rail 11A and a carriage 12A traveling on the rail 11A, and the laser head 4 is mounted on the carriage 12A via the arm 7A.
  • the repair laser welding device 1A includes a rail arrangement mechanism 20, and the rail arrangement mechanism 20 includes an L-shaped member 22 in which magnets 21 and 21 are arranged at both ends, and a head drive mechanism. It includes a guide 23 arranged on a rail 11A of 10A.
  • the rail 11A of the head drive mechanism 10A is fixed to the bottom 123 of the U rib 120 via one magnet 21 of the L-shaped member 22 of the rail arrangement mechanism 20.
  • the other magnet 21 of the L-shaped member 22 is attracted to the downward surface 112 of the deck plate 110 (the surface of one material to be welded to which the other material to be welded is joined), and the guide 23 is attached to the U-rib 120. It is in contact with the side edge 121.
  • the rail 11A of the head drive mechanism 10A is fixed with reference to both the downward surface 112 of the deck plate 110 and the side edge 121 of the U rib 120, whereby the rail 11A moves along with the carriage 12A along the weld bead B.
  • the irradiation point of the laser beam L emitted from the laser head 4 is the joint portion between the deck plate 110 and the U rib 120 (the downward surface 112 and the U rib of the deck plate 110 included in the unwelded portion S in the root portion R of FIG. 5).
  • the contact point P) of the side edge 121 of the 120 with the laser groove 122 is aimed at.
  • the deck plate 110 and U A non-destructive inspection such as an ultrasonic flaw detection test is performed on the joint portion of the rib 120, and as shown in FIG. 5, the downward surface 112 and U of the deck plate 110 included in the unwelded portion S in the root portion R.
  • the position of the contact point P of the side edge 121 of the rib 120 with the laser welding groove 122 is specified.
  • the other magnet 21 of the L-shaped member 22 in the rail arrangement mechanism 20 is attracted to the downward surface 112 of the deck plate 110, and the guide 23 is brought into contact with the side edge 121 of the U rib 120, that is, the deck plate 110.
  • the rail 11A of the head drive mechanism 10A is fixed to the bottom 123 of the U rib 120 via one magnet 21 of the L-shaped member 22 with reference to both the downward surface 112 and the side edge 121 of the U rib 120.
  • the irradiation point of the laser beam L emitted from the laser head 4 moving along with the carriage 12A along the weld bead B is included in the unwelded portion S at the root portion R of the joint portion between the deck plate 110 and the U rib 120. It is set at the contact point P.
  • the carriage 12A of the head drive mechanism 10A starts traveling, and the laser head 4 starts moving while appropriately irradiating the contact point P with the laser beam L having a spot diameter. Also in this embodiment, the movement of the laser head 4 causes the laser beam L to pass (move) once along the welding bead B.
  • the downward surface 112 of the deck plate 110 of the steel deck 103 included in the unwelded portion S of the root portion R and the re-shaped groove 122 of the side edge 121 of the U rib 120 Since the contact point P with is aimed at as the irradiation point of the laser beam L, the unwelded portion S in the root portion R can be melted. Then, as the unwelded portion S melts, the deck extension crack Cd generated starting from the unwelded portion S is also melted and removed.
  • 10A, 10B and 11 show a repair laser welding apparatus used in the repair laser welding method according to still another embodiment of the present disclosure.
  • the repair laser welding apparatus 1B collects laser light L supplied from a laser oscillator (not shown) via an optical fiber 3 as schematically shown in FIGS. 10A, 10B and 11. It is provided with a laser head 4 that irradiates the repaired portion, and a head drive mechanism 10B that moves the laser head 4 along the welding bead B.
  • the head drive mechanism 10B includes a rail 20B and a carriage 22B on which the laser head 4 is mounted.
  • the rail 20B has an angle steel shape and includes a vertical plate member 22Y and a horizontal plate member 22X that are separably coupled to each other.
  • the vertical plate member 22Y of the rail 20B has magnets 21 at the upper ends at both ends in the longitudinal direction (horizontal direction in FIG. 11), and the vertical plate member 22Y has a downward surface 112 of the deck plate 110 via the magnets 21. It is fixed to (the surface of one material to be welded to which the other material to be welded is joined). Further, grooves 22Ya along the vertical direction are formed at the lower end portions of the vertical plate member 22Y at both end portions in the longitudinal direction.
  • the guide 23B is interposed between the vertical plate member 22Y and the side edge 121 of the U rib 120, so that the vertical plate member 22Y is positioned with respect to the U rib 120. I am trying to do it.
  • the guide 23B is interposed at an appropriate position in the longitudinal direction of the vertical plate member 22Y, for example, at both ends, and is removed after the vertical plate member 22Y is fixed.
  • the horizontal plate member 22X of the rail 20B has a groove insertion protrusion 22Xa inserted into the groove 22Ya of the vertical plate member 22Y at the base end portion (left end portion of FIG. 10A) and in the longitudinal direction (left-right direction of FIG. 11).
  • a magnet 21 is provided at each tip (right end in FIG. 10A) at both ends.
  • the horizontal plate material 22X is fixed to the bottom 123 of the U rib 120 via the magnet 21 in a state where the groove insertion protrusion 22Xa is inserted into the groove 22Ya of the vertical plate material 22Y. At this time, the horizontal plate material 22X is fixed to the groove 22Ya of the vertical plate material 22Y. By adjusting the vertical position of the groove insertion protrusion 22Xa, positioning is performed with reference to the downward surface 112 of the deck plate 110 (the surface of one material to be welded to which the other material to be welded is joined). It has become.
  • a long member 22Yb is arranged on the horizontal plate member 22X so as to be parallel to the vertical plate member 22Y, and the vertical plate member 22Y and the long member 22Yb in the horizontal plate member 22X are formed as a traveling path.
  • the carriage 22B of the head drive mechanism 10B travels along the traveling path on the positioned horizontal plate member 22X by being guided by the vertically positioned vertical plate member 22Y and the long member 22Yb. It is designed to do.
  • the irradiation point of the laser beam L emitted from the laser head 4 moving along with the carriage 22B along the weld bead B is at the joint portion between the deck plate 110 and the U rib 120 (at the unwelded portion S in the root portion R of FIG. 5).
  • the contact point P) between the downward surface 112 of the deck plate 110 and the laser groove 122 of the side edge 121 of the U rib 120 is aimed at.
  • the deck plate 110 and U A non-destructive inspection such as an ultrasonic flaw detection test is performed on the joint portion of the rib 120, and as shown in FIG. 5, the downward surface 112 and U of the deck plate 110 included in the unwelded portion S in the root portion R.
  • the position of the contact point P of the side edge 121 of the rib 120 with the laser welding groove 122 is specified.
  • the downward surface 112 of the deck plate 110 (the other of the materials to be welded) 112 via the magnet 21. It is fixed to the surface to which the material to be welded is joined). That is, the vertical plate member 22Y of the rail 20B is fixed to the downward surface 112 of the deck plate 110 in a state where the U rib 120 is positioned.
  • the horizontal plate material 22X is fixed to the bottom 123 of the U rib 120 via the magnet 21, and at this time, the vertical plate material 22X is fixed.
  • the vertical position of the groove insertion protrusion 22Xa is adjusted with respect to the groove 22Ya of the 22Y, and positioning is performed with reference to the downward surface 112 (the surface of one material to be welded to which the other material to be welded is joined) of the deck plate 110. ..
  • the traveling path of the carriage 22B that is guided by the vertical plate member 22Y and the long member 22Yb (along the welding bead B) is set on the horizontal plate member 22X, and is irradiated from the laser head 4 on the carriage 22B.
  • the irradiation point of the laser beam L is set at the contact point P included in the unwelded portion S at the root portion R of the joint portion between the deck plate 110 and the U rib 120.
  • the carriage 22B of the head drive mechanism 10B starts traveling and appropriately spots the contact point P.
  • the laser head 4 starts moving while irradiating the laser beam L having a diameter. Also in this embodiment, the movement of the laser head 4 causes the laser beam L to pass (move) once along the welding bead B.
  • the downward surface 112 of the deck plate 110 of the steel deck 103 included in the unwelded portion S of the root portion R and the re-shaped groove 122 of the side edge 121 of the U rib 120 Since the contact point P with is aimed at as the irradiation point of the laser beam L, the unwelded portion S in the root portion R can be melted. Then, as the unwelded portion S melts, the deck extension crack Cd generated starting from the unwelded portion S is also melted and removed.
  • the repair laser welding apparatus 1B is composed of the vertical plate member 22Y and the horizontal plate member 22X that separately connect the rails 20B to each other, the deck plate 110 is used when the rails 20B are installed.
  • the vertical plate member 22Y and the horizontal plate member 22X are positioned and installed one by one with respect to the downward surface 112 and the U rib 120.
  • each work can be performed without feeling the weight so much, and as a result, the workability is improved by the amount that the positioning and installation of the rail 20B are facilitated.
  • the traveling path of the carriage 22B is set on the horizontal plate member 22X of the rail 20B, the aiming work of the laser beam L emitted from the laser head 4 can be performed. It will be easy to do.
  • the rectangular body shown in FIG. 12A is used.
  • tab plates T having a shape are arranged at two locations, the start end and the end of the repair welded portion in the weld bead B, to perform laser welding, and after the laser welding for repair is completed, the tab plate T, I try to remove T.
  • irradiation of the laser beam L is started in order to receive heat from the side surface (so-called edge surface) of the tab plate T2 on one side (left side in the drawing) held in a surface contact state with an inclination on the surface Wp of the steel material W.
  • the laser beam L is set so as to be substantially perpendicular to the surface Wp of the steel material W and the distance is constant, the energy density is low in the vicinity of each edge surface of the tab plates T2 and T2 and the laser beam L does not melt.
  • a tab plate T3 having a groove T3a along the welding direction is adopted as shown in FIG. 15A, or a tab plate T3 having a groove T3a along the welding direction is adopted or cut into the edge surface as shown in FIG. 15B.
  • a tab plate T4 having a notch T4a or a tab plate T5 having a step T5a on the edge surface is adopted as shown in FIG. 15C so that a temperature difference does not occur in the thickness direction of the steel material W. Is desirable.
  • the base metal melts at each time of the start of laser light irradiation and the end of laser light irradiation.
  • a backing plate U made of a steel material, a ceramic or the like is applied to the edge surface of the tab plate T3 (T4, T5), or as shown in FIG. 16B, the backing plate U Is desirable to be fitted into the notch Ta formed in the tab plate T3 (T4, T5), and when the tab plate T2 having a trapezoidal side view is used, as shown in FIG. 16C, the tab plate T2 It is desirable to put a backing plate U underneath.
  • FIG. 17A and 17B show scalloped portions of the lateral ribs 130 arranged across the U ribs when the repair laser welding is performed on the joint portion between the deck plate 110 and the U ribs by the repair laser welding method according to this embodiment. The case where the laser beam L is irradiated to the portion located at 131 is shown.
  • the laser head moves from the left side in the drawing to the right side in the drawing (in FIG. 17A). (Not shown) is temporarily stopped in front of the lateral rib 130, and in this state, the portion of the lateral rib 130 located at the scalloped portion 131 is irradiated with the laser beam L via the mirror 4a.
  • the laser head is positioned on the right side of the horizontal rib 130 in the drawing, and the portion of the horizontal rib 130 located on the scalloped portion 131 is irradiated with the laser beam L through the mirror 4a. That is, the portion located at the scalloped portion 131 is welded so as to wrap.
  • the laser beam L It is desirable that the irradiation angle ⁇ with respect to the lateral rib 130 is at least 1/2 or more of the tangent angle ⁇ of tan ⁇ represented by t / R.
  • the repair laser welding method according to the present disclosure is used to join a deck plate constituting a steel deck plate of a bridge and a U-rib joined by fillet welding on the surface of the deck plate.
  • the case where it is used for repairing a crack formed in a portion has been described as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the cracks are removed only by irradiating the laser beam L, but the present invention is not limited to this, and other configurations include, for example, a laser while supplying a molten material.
  • the light L may be irradiated, and when the laser light L is irradiated while supplying the molten material in this way, the cracks can be reliably removed.
  • the cracks are removed only by irradiating the laser beam L, but other welding, for example, arc welding may be used in combination.
  • the configuration of the repair laser welding method and the repair laser welding apparatus according to the present disclosure is not limited to each of the above-described embodiments, and can be variously modified without departing from the purpose of the disclosure.
  • the first aspect of the present disclosure is not at the root portion between one material to be welded and the other material to be welded obliquely joined by fillet welding to the surface of the one material to be welded.
  • a repair laser welding method in which cracks generated from a welded portion are melted and eliminated by irradiation with laser light, and the one welded material and the other welded material contained in the unwelded portion in the root portion are welded.
  • the laser beam is irradiated along the weld bead while aiming at the contact point with the material as the irradiation point of the laser beam from the welding bead side of the root portion.
  • the contact points between one material to be welded and the other material to be welded included in the unwelded portion in the root portion are located by non-destructive inspection.
  • the irradiation point of the laser beam is shifted from the contact point to the welding bead side, and the laser beam is passed along the welding bead a plurality of times. At this time, the amount of one shift of the irradiation point of the laser beam is determined based on the spot diameter of the laser beam.
  • the third aspect of the present disclosure is configured to irradiate the laser beam along the weld bead while weaving the laser beam in a direction crossing the weld bead.
  • a fourth aspect of the present disclosure is to aim the contact point between the one welded material and the other welded material contained in the unwelded portion in the root portion as an irradiation point of the laser beam.
  • the irradiation point is set so that at least the outer edge of the spot of the laser beam touches the contact point.
  • the fifth aspect of the present disclosure is such that the laser beam is irradiated while supplying the molten material.
  • the sixth aspect of the present disclosure is a root portion between one material to be welded and the other material to be welded obliquely joined to the surface of the one material to be welded by fillet welding.
  • a repair laser welding device that melts and eliminates cracks generated starting from an unwelded portion in the above by irradiation with a laser beam, the laser oscillator, a laser head that irradiates the laser beam supplied from the laser oscillator, and the like.
  • the root portion includes a head drive mechanism that moves the laser head along the weld bead of the root portion and an irradiation point of the laser beam emitted from the laser head that moves along the weld bead by the head drive mechanism.
  • the configuration is provided with a copying mechanism that imitates the contact point between the one welded material and the other welded material contained in the unwelded portion of the above.
  • a seventh aspect of the present disclosure is a root portion between one material to be welded and the other material to be welded obliquely joined by fillet welding to the surface of the one material to be welded.
  • a repair laser welding device that melts and eliminates cracks generated from an unwelded portion as a starting point by irradiation with a laser beam, and includes a laser oscillator, a laser head that irradiates the laser beam supplied from the laser oscillator, and the like.
  • the head drive mechanism for moving the laser head along the weld bead of the root portion is provided, and the head drive mechanism includes a rail and a carriage on which the laser head is mounted and travels on the rail.
  • the irradiation point of the laser beam emitted from the laser head that moves along with the trolley along the weld bead is the one welded material and the other welded material included in the unwelded portion in the root portion.
  • the structure is such that both the surface to which the other material to be welded is joined and the other material to be welded are fixed as a reference.
  • the rail of the head drive mechanism has a chevron steel shape including a vertical plate material and a horizontal plate material that are separably coupled to each other, and the vertical plate material of the rail is the said.
  • the horizontal plate material of the rail is positioned and fixed with reference to the other material to be welded, and the horizontal plate material of the rail is the other of the vertical plate material fixed with reference to the other material to be welded.
  • the horizontal plate material of the rail is positioned and fixed with reference to the surface to which the material to be welded is joined, and the carriage of the head drive mechanism placed on the horizontal plate material is guided by the vertical plate material to travel.
  • the structure is formed as a road.
  • the ninth aspect of the present disclosure is configured to include a weaving mechanism for weaving the laser beam in a direction crossing the weld bead.
  • the irradiation point of the laser beam is the one welded material and the other coated material in which at least the outer edge of the spot of the laser beam is included in the unwelded portion in the root portion.
  • the configuration is set so that it touches the contact point with the welding material.
  • a YAG laser or a semiconductor laser is generally used as the laser, but the laser is not limited to these.

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Abstract

ルート部Ｒの未溶着部分Ｓに含まれるデッキプレート１１０とＵリブ１２０との接触点Ｐをレーザ光Ｌの照射ポイントとしてルート部Ｒの溶接ビードＢ側から狙いつつ、溶接ビードＢに沿ってレーザ光Ｌを照射する。これにより、鋼床版のデッキプレート及びＵリブの接合部分に生じたルート部の未溶着部分を起点とするき裂をレーザ光の照射によって除去することができる。

Description

補修用レーザ溶接方法及び補修用レーザ溶接装置
　本開示は、例えば、橋梁における舗装部分を支持する鋼床版を構成するデッキプレート（一方の被溶接材）と、このデッキプレートの面上に対して隅肉溶接により接合されたＵリブ（他方の被溶接材）との接合部分に生じたき裂を補修するのに用いる補修用レーザ溶接方法及び補修用レーザ溶接装置に関するものである。
　例えば、上記した鋼床版において、デッキプレートの面上に隅肉溶接により接合されるＵリブの側縁は、デッキプレートに対して斜めに接合される。この際、デッキプレート及びＵリブの側縁の接合部分におけるルート部には未溶着部分が残っているが、溶着部分の溶け込み深さが予め定められた規定数値をクリアするように成すことで強度を確保している。
　しかしながら、デッキプレート及びＵリブの側縁の接合部分には、経年劣化や金属疲労によって上記ルート部の未溶着部分を起点とするき裂（デッキプレートを貫通方向に進展するデッキ進展き裂及び接合部分の溶接ビードを貫通方向に進展するビード進展き裂）が発生することが知られている。
　従来において、鋼床版におけるデッキプレート及びＵリブの側縁の接合部分に、上記したようなルート部の未溶着部分を起点とするき裂が生じた場合には、鋼床版上の舗装部分を取り除いたうえで、当て板補強して補修するようにしていた。
　このような従来の補修施工では、鋼床版上の舗装部分を取り除く都合上、交通規制を行う必要があり、近年では、この交通規制を回避するために、例えば、特許文献１に記載された溶接方法が提案されている。
　この溶接方法では、ビードに生じるき裂の進展方向となるようにレーザ光の照射方向を設定することで、き裂を消去するようにしている。
特許第６０９２１６３号公報
　ところが、上記した従来におけるき裂除去用の溶接方法では、レーザ光の照射によってビード進展き裂を消去することはできても、デッキプレートを貫通方向に進展するデッキ進展き裂の除去までは想定していない。したがって、レーザ光の照射によって如何にしてデッキ進展き裂を除去するかが従来の課題となっている。
　本開示は、上記したような従来の課題を解決するためになされたもので、例えば、鋼床版におけるデッキプレート及びＵリブの側縁の接合部分に、ルート部の未溶着部分を起点とするき裂が生じた場合、鋼床版上の舗装部分を取り除くことなく、レーザ光の照射によってビード進展き裂のみならずデッキ進展き裂をも除去することが可能な補修用レーザ溶接方法及び補修用レーザ溶接装置を提供することを目的としている。
　本開示の第１の態様は、一方の被溶接材と、該一方の被溶接材の面上に対して隅肉溶接により斜めに接合された他方の被溶接材との間のルート部における未溶着部分を起点として生じたき裂をレーザ光の照射により溶融させて消去する補修用レーザ溶接方法であって、前記ルート部における未溶着部分に含まれる前記一方の被溶接材と前記他方の被溶接材との接触点を前記レーザ光の照射ポイントとして前記ルート部の溶接ビード側から狙いつつ、該溶接ビードに沿って前記レーザ光を照射する構成としている。
　なお、ルート部における未溶着部分に含まれる一方の被溶接材と他方の被溶接材との接触点は、非破壊検査によって位置を特定する。
　本開示に係る補修用レーザ溶接方法によれば、例えば、鋼床版におけるデッキプレート及びＵリブの側縁の接合部分に、ルート部の未溶着部分を起点とするき裂が生じた場合、鋼床版上の舗装部分を取り除くことなく、レーザ光の照射によってビード進展き裂のみならずデッキ進展き裂をも除去することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
本開示の一実施形態による補修用レーザ溶接方法が適用される鋼床版を示す橋梁の鋼床版箱桁に組み込まれた状態の斜視図である。 図１の鋼床版の一部を拡大して示す部分拡大正面図である。 本開示の一実施形態による補修用レーザ溶接方法に用いる補修用レーザ溶接装置を概略的に説明する正面説明図である。 図３の補修用レーザ溶接装置の側面説明図である。 本開示の一実施形態による補修用レーザ溶接方法のレーザ光照射ポイントを示す図２相当部位での部分拡大正面図である。 図５におけるレーザ光照射ポイントと補修状況との関係を示す部分拡大断面図である。 本開示の一実施形態による補修用レーザ溶接方法のレーザ光照射パス回数と補修状況との関係を示す部分拡大断面図である。 本開示の一実施形態による補修用レーザ溶接方法のレーザ光照射パス回数と補修状況との関係を示す部分拡大断面図である。 本開示の一実施形態による補修用レーザ溶接方法のレーザ光照射パス回数と補修状況との関係を示す部分拡大断面図である。 本開示の他の実施形態による補修用レーザ溶接方法に用いる補修用レーザ溶接装置を概略的に説明する正面説明図である。 図８の補修用レーザ溶接装置の側面説明図である。 本開示のさらに他の実施形態による補修用レーザ溶接方法に用いる補修用レーザ溶接装置を概略的に説明するレール位置決め時における正面説明図である。 本開示のさらに他の実施形態による補修用レーザ溶接方法に用いる補修用レーザ溶接装置を概略的に説明する補修溶接時における正面説明図である。 図１０Ａの補修用レーザ溶接装置の側面説明図である。 本開示による補修用レーザ溶接方法においてレーザ溶接の始端及び終端でタブ板を用いる場合のタブ板の斜視説明図である。 本開示による補修用レーザ溶接方法においてレーザ溶接の始端及び終端でタブ板を用いる場合のタブ板の配置例を示す溶接ビードの外観説明図である。 本開示による補修用レーザ溶接方法においてレーザ溶接の始端及び終端でタブ板を用いる場合の図２相当部位での部分拡大正面図である。 図１２Ａにおけるタブ板の他の形態例を示す斜視説明図である。 図１２Ａにおけるタブ板のさらに他の形態例を示す斜視説明図である。 図１３Ｂのタブ板を用いて補修用レーザ溶接を行う場合の概念図である。 図１３Ｂのタブ板に替えて使用するのに好ましい形態例を示す斜視説明図である。 図１３Ｂのタブ板に替えて使用するのに好ましい他の形態例を示す斜視説明図である。 図１３Ｂのタブ板に替えて使用するのに好ましいさらに他の形態例を示す斜視説明図である。 図１５Ａのタブ板を用いて補修用レーザ溶接を行う場合に当て板を配置した状態の側面図である。 図１５Ａのタブ板を用いて補修用レーザ溶接を行う場合に当て板を配置した状態の他の配置例を示す側面図である。 図１３Ｂのタブ板を用いて補修用レーザ溶接を行う場合に当て板を配置した状態の側面図である。 本開示の補修用レーザ溶接方法が適用される鋼床版の横リブと交差する箇所における溶接部分の補修要領を示す拡大断面説明図である。 本開示の補修用レーザ溶接方法が適用される鋼床版の横リブと交差する箇所における溶接部分の補修要領を示す拡大断面説明図である。
　以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１及び図２は、本開示に係る補修用レーザ溶接方法が適用される橋梁の鋼床版箱桁の鋼床版を示し、図３及び図４は、本開示の一実施形態に係る補修用レーザ溶接方法に用いる補修用レーザ溶接装置を示している。
　図１に示すように、複数の主桁１０１とともに鋼床版箱桁１００を構成する鋼床版１０３は、橋梁の舗装部分Ｈを載せるデッキプレート（一方の被溶接材）１１０と、このデッキプレート１１０の舗装部分載置面１１１とは反対側の下向き面１１２に配置した複数のＵリブ（他方の被溶接材）１２０を備えている。
　図１の拡大円内にも示すように、デッキプレート１１０の下向き面１１２に斜めに当接するＵリブ１２０の一対の側縁１２１，１２１の各先端には、レ型開先１２２，１２２がそれぞれ形成されている。そして、Ｕリブ１２０は、そのレ型開先１２２，１２２と、デッキプレート１１０の下向き面１１２との間に隅肉アーク溶接による溶接ビードＢを全長にわたって形成することでデッキプレート１１０に取り付けてあり、これによりデッキプレート１１０とともに閉断面構造を形成している。
　この際、図２に示すように、デッキプレート１１０と、このデッキプレートの下向き面１１２上に斜めに接合されるＵリブ１２０の側縁１２１，１２１との接合部分におけるルート部Ｒには未溶着部分Ｓが残っており、このデッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分には、経年劣化や金属疲労によって、未溶着部分Ｓを起点とするき裂（デッキプレート１１０を貫通方向に進展するデッキ進展き裂Ｃｄ及び接合部分の溶接ビードＢを貫通方向に進展するビード進展き裂Ｃｂ）が発生する可能性がある。
　このようなデッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分に生じたき裂Ｃｄ,Ｃｂを除去する本実施形態に係る補修用レーザ溶接装置１は、図３及び図４に概略的に示すように、レーザ発振器２と、このレーザ発振器２から光ファイバ３を介して供給されるレーザ光Ｌを集光して補修箇所に照射するレーザヘッド４と、このレーザヘッド４を溶接ビードＢに沿って移動させるヘッド駆動機構１０を備えている。
　ヘッド駆動機構１０は、Ｕリブ１２０の側縁１２１，１２１間の底辺１２３に磁石等により吸着固定されるレールベース１１、及び、アーム７を介してレーザヘッド４を搭載して走行する台車１２を具備している。
　この場合、台車１２は、その車輪１２ａ,１２ａをレールベース１１のレール１１ａ,１１ａに載せることで、レールベース１１に吊り下げ支持されるようになっており、台車１２に搭載された図示しないモータからの動力により、レール１１a,１１ａ上を走行する、すなわち、溶接ビードＢに沿って走行するものとなっている。
　また、補修用レーザ溶接装置１は、ヘッド駆動機構１０により溶接ビードＢに沿って移動するレーザヘッド４から照射されるレーザ光Ｌの照射ポイントをデッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分に倣わせる倣い機構８を備えている。
　この倣い機構８は、レーザヘッド４に配置された先端にローラ８ｃを有する２本の倣い脚８ａ，８ｂと、台車１２に設けたサブアーム９ａと、引張りばね９ｂを具備している。そして、この倣い機構８では、引張りばね９ｂをサブアーム９ａ及びアーム７の間に配置して、２本の倣い脚８ａ，８ｂをデッキプレート１１０の下向き面１１２及びＵリブ１２０の側縁１２１にそれぞれ押し付けるようにすることで、レーザヘッド４から照射されるレーザ光Ｌの照射ポイントをデッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分に倣わせるようにしている。
　なお、レーザ光Ｌの照射ポイントをデッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分に倣わせる倣い機構は、上記の構成のものに限定されない。例えば、センサによる非接触タイプの倣い機構を用いてもよい。
　さらに、補修用レーザ溶接装置１はレーザヘッド４に内蔵されたウィービング機構６を備えており、溶接ビードＢを横切る方向にレーザ光Ｌを図３の矢印の範囲で、ウィービングさせることができるようにしている。
　さらにまた、補修用レーザ溶接装置１はシフト機構を備えている。この実施形態では、レーザヘッド４を支えるアーム７がシフト機構を兼ねている。具体的には、アーム７は、台車１２に設けた支持アーム７ａと、この支持アーム７ａにピン７ｂを介して回動可能に連結されたアーム本体７ｃと、レーザヘッド４側に設けられてアーム本体７ｃに対して軸方向（図示矢印方向）に移動可能に嵌合する移動アーム７ｄとからなっている。
　つまり、シフト機構を兼ねるアーム７では、支持アーム７ａに回動可能に連結されたアーム本体７ｃに対して移動アーム７ｄを移動させることで、レーザ光Ｌの照射ポイントをデッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分におけるルート部Ｒから溶接ビードＢ側にシフトさせることができるようにしている。
　なお、図３における符号５は制御部であり、この制御部５では、レーザヘッド４から照射するレーザ光Ｌのスポット径及びヘッド駆動機構１０によるレーザヘッド４の移動等をコントロールするようになっている。
　このように構成された補修用レーザ溶接装置１を用いて鋼床版１０３のデッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分に生じたデッキ進展き裂Ｃｄを除去するに際しては、まず、デッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分に対して、超音波探傷試験等の非破壊検査を実施して、図５に示すように、ルート部Ｒにおける未溶着部分Ｓに含まれるデッキプレート１１０の下向き面１１２とＵリブ１２０の側縁１２１のレ型開先１２２との接触点Ｐの位置を特定する。
　次いで、レーザヘッド４を支えるアーム７（シフト機構）のアーム本体７ｃの角度を調整すると共に、このアーム本体７ｃに対して移動アーム７ｄを移動させることで、レーザ光Ｌが上記接触点Ｐに触れるべくレーザ光Ｌの照射ポイントを決定する。
　そして、倣い機構８の引張りばね９ｂによって、２本の倣い脚８ａ，８ｂをデッキプレート１１０の下向き面１１２及びＵリブ１２０の側縁１２１にそれぞれ押し付けるようセットする。
　この後、制御部５からの指令によりヘッド駆動機構１０の台車１２が走行を開始し、上記接触点Ｐに対して適宜スポット径のレーザ光Ｌを照射しつつレーザヘッド４が移動を開始する。
　この実施形態において、このレーザヘッド４の移動により、レーザ光Ｌは、溶接ビードＢに沿って１回パス（移動）するようになっている。
　一方、上記構成の補修用レーザ溶接装置１を用いて鋼床版１０３のデッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分に生じたビード進展き裂Ｃｂを除去する場合には、レーザ光Ｌを溶接ビードＢに向けて照射しながらレーザヘッド４を移動させる。
　この実施形態に係る補修用レーザ溶接方法では、ルート部Ｒにおける未溶着部分Ｓに含まれる鋼床版１０３のデッキプレート１１０の下向き面１１２とＵリブ１２０の側縁１２１のレ型開先１２２との接触点Ｐをレーザ光Ｌの照射ポイントとして狙うようにしているので、ルート部Ｒにおける未溶着部分Ｓを溶融させ得ることとなる。そして、この未溶着部分Ｓの溶融に伴って、未溶着部分Ｓを起点として生じていたデッキ進展き裂Ｃｄも溶融除去されることとなる。
　ここで、図６は、レーザ光照射ポイントと補修状況との関係を示す部分拡大断面図であり、レーザ光Ｌを溶接ビードＢに沿って１回パスさせた場合の補修状況を示している。
　図５において、レーザ光Ｌの照射ポイントを上記接触点ＰよりもＵリブ１２０の内側（０未満（－））に設定すると、図６の部分拡大断面図に示すように、レーザ光Ｌの照射による溶接ビードＢＬの溶融金属がＵリブ１２０の内側に流れてしまい、Ｕリブ１２０の側縁１２１に穴アキが生じてしまう。
　この際、レーザ光Ｌの焦点が上記接触点Ｐに合致するように設定したとしても、実際には、レーザ光Ｌのスポットの外縁がＵリブ１２０の内側（０未満（－）の領域）に入り込むことになる。
　したがって、レーザ光Ｌのスポットの少なくとも外縁が接触点Ｐに触れるべくレーザ光Ｌの照射ポイントを設定することが望ましく、このようにレーザ光Ｌの照射ポイントを設定することで、レーザ光Ｌの照射による溶融金属のＵリブ１２０内側への流動を確実に防ぐことができる。
　一方、レーザ光Ｌの照射ポイントを上記接触点Ｐよりも溶接ビードＢ側（４ｍｍ＋）に設定し過ぎると、図６の部分拡大断面図に示すように、レーザ光Ｌの照射による溶接ビードＢＬが未溶着部分Ｓに届かないので、未溶着ノコリが発生する。
　したがって、レーザ光Ｌを溶接ビードＢに沿って１回パスさせるこの実施形態では、レーザ光Ｌの照射ポイントを上記接触点Ｐから２ｍｍ程度溶接ビードＢ側に設定することが望ましいことが判る。
　また、デッキ進展き裂Ｃｄが小さければ、図７Ａの部分拡大断面図に示すように、レーザ光Ｌを溶接ビードＢに沿って１回パスさせて、レーザ光Ｌの照射による溶接ビードＢＬを形成するだけで、デッキ進展き裂Ｃｄを除去可能であるが、デッキ進展き裂Ｃｄが大きかったりした場合には、図７Ｂの部分拡大断面図に示すように、シフト機構を兼ねるアーム７によって、レーザ光Ｌの照射ポイントをデッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分におけるルート部Ｒから溶接ビードＢ側にシフトさせてマルチパスさせることで（レーザ光Ｌの照射による溶接ビードＢＬを複数形成することで）、デッキ進展き裂Ｃｄを除去可能である。
　この際、図７Ｃの部分拡大断面図に示すように、ウィービング機構６によりレーザ光Ｌにウィービングを行わせて、レーザ光Ｌの照射による幅広の溶接ビードＢＬＷを形成すれば、高温割れリスクを低減することができる。
　図８及び図９は、本開示の他の実施形態に係る補修用レーザ溶接方法に用いる補修用レーザ溶接装置を示している。
　この実施形態に係る補修用レーザ溶接装置１Ａは、図８及び図９に概略的に示すように、図外のレーザ発振器から光ファイバ３を介して供給されるレーザ光Ｌを集光して補修箇所に照射するレーザヘッド４と、このレーザヘッド４を溶接ビードＢに沿って移動させるヘッド駆動機構１０Ａを備えている。
　この実施形態において、ヘッド駆動機構１０Ａは、レール１１Ａ及びこのレール１１Ａ上を走行する台車１２Ａを具備しており、レーザヘッド４はアーム７Ａを介して台車１２Ａに搭載されている。
　また、この実施形態に係る補修用レーザ溶接装置１Ａは、レール配置機構２０を備えており、このレール配置機構２０は、両端にマグネット２１，２１が配置されたＬ字部材２２と、ヘッド駆動機構１０Ａのレール１１Ａに配置されたガイド２３を具備している。
　ヘッド駆動機構１０Ａのレール１１Ａは、レール配置機構２０のＬ字部材２２の一方のマグネット２１を介してＵリブ１２０の底辺１２３に固定されている。この際、Ｌ字部材２２の他方のマグネット２１をデッキプレート１１０の下向き面１１２（一方の被溶接材における他方の被溶接材が接合される面）に吸着させると共に、ガイド２３をＵリブ１２０の側縁１２１に当接させている。
　つまり、ヘッド駆動機構１０Ａのレール１１Ａは、デッキプレート１１０の下向き面１１２及びＵリブ１２０の側縁１２１の双方を基準にして固定されており、これにより、溶接ビードＢに沿って台車１２Ａとともに移動するレーザヘッド４から照射されるレーザ光Ｌの照射ポイントがデッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分（図５のルート部Ｒにおける未溶着部分Ｓに含まれるデッキプレート１１０の下向き面１１２とＵリブ１２０の側縁１２１のレ型開先１２２との接触点Ｐ）を狙うようにしている。
　この実施形態に係る補修用レーザ溶接装置１Ａを用いて鋼床版１０３のデッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分に生じたデッキ進展き裂Ｃｄを除去するに際しても、まず、デッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分に対して、超音波探傷試験等の非破壊検査を実施して、図５に示すように、ルート部Ｒにおける未溶着部分Ｓに含まれるデッキプレート１１０の下向き面１１２とＵリブ１２０の側縁１２１のレ型開先１２２との接触点Ｐの位置を特定する。
　次いで、レール配置機構２０におけるＬ字部材２２の他方のマグネット２１をデッキプレート１１０の下向き面１１２に吸着させると共に、ガイド２３をＵリブ１２０の側縁１２１に当接させて、すなわち、デッキプレート１１０の下向き面１１２及びＵリブ１２０の側縁１２１の双方を基準にして、Ｌ字部材２２の一方のマグネット２１を介してＵリブ１２０の底辺１２３にヘッド駆動機構１０Ａのレール１１Ａを固定する。
　これにより、溶接ビードＢに沿って台車１２Ａとともに移動するレーザヘッド４から照射されるレーザ光Ｌの照射ポイントがデッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分のルート部Ｒにおける未溶着部分Ｓに含まれる接触点Ｐに設定される。
　この後、ヘッド駆動機構１０Ａの台車１２Ａが走行を開始し、上記接触点Ｐに対して適宜スポット径のレーザ光Ｌを照射しつつレーザヘッド４が移動を開始する。
　この実施形態においても、このレーザヘッド４の移動により、レーザ光Ｌは、溶接ビードＢに沿って１回パス（移動）するようになっている。
　一方、上記構成の補修用レーザ溶接装置１Ａを用いて鋼床版１０３のデッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分に生じたビード進展き裂Ｃｂを除去する場合には、レーザ光Ｌを溶接ビードＢに向けて照射しながらレーザヘッド４を移動させる。
　この実施形態に係る補修用レーザ溶接方法においても、ルート部Ｒにおける未溶着部分Ｓに含まれる鋼床版１０３のデッキプレート１１０の下向き面１１２とＵリブ１２０の側縁１２１のレ型開先１２２との接触点Ｐをレーザ光Ｌの照射ポイントとして狙うようにしているので、ルート部Ｒにおける未溶着部分Ｓを溶融させ得ることとなる。そして、この未溶着部分Ｓの溶融に伴って、未溶着部分Ｓを起点として生じていたデッキ進展き裂Ｃｄも溶融除去されることとなる。
　図１０Ａ，１０Ｂ及び図１１は、本開示のさらに他の実施形態に係る補修用レーザ溶接方法に用いる補修用レーザ溶接装置を示している。
　この実施形態に係る補修用レーザ溶接装置１Ｂは、図１０Ａ，１０Ｂ及び図１１に概略的に示すように、図外のレーザ発振器から光ファイバ３を介して供給されるレーザ光Ｌを集光して補修箇所に照射するレーザヘッド４と、このレーザヘッド４を溶接ビードＢに沿って移動させるヘッド駆動機構１０Ｂを備えている。
　このヘッド駆動機構１０Ｂは、レール２０Ｂ及びレーザヘッド４を搭載した台車２２Ｂを具備している。この場合、レール２０Ｂは山形鋼形状を成しており、互いに分離可能に結合する縦板材２２Ｙ及び横板材２２Ｘを具備している。
　レール２０Ｂの縦板材２２Ｙは、その長手方向（図１１左右方向）の両端部における各上端にマグネット２１を有しており、縦板材２２Ｙは、このマグネット２１を介してデッキプレート１１０の下向き面１１２（一方の被溶接材における他方の被溶接材が接合される面）に固定されるようになっている。
　また、この縦板材２２Ｙの長手方向の両端部における各下端部には上下方向に沿う溝２２Ｙａが形成されている。
　この実施形態において、この縦板材２２Ｙを固定する際には、図１０Ａに示すように、Ｕリブ１２０の側縁１２１との間にガイド２３Ｂを介在させることで、Ｕリブ１２０に対する位置決めが成されるようにしている。
　このガイド２３Ｂは、縦板材２２Ｙの長手方向の適宜位置、例えば両端部に介在させ、縦板材２２Ｙの固定後には除去されるものとなっている。
　一方、レール２０Ｂの横板材２２Ｘは、縦板材２２Ｙの溝２２Ｙａに挿入される溝挿入突起２２Ｘａを基端部（図１０Ａ左端部）に有していると共に、長手方向（図１１左右方向）の両端部における各先端（図１０Ａ右端）にマグネット２１を有している。
　この横板材２２Ｘは、縦板材２２Ｙの溝２２Ｙａに溝挿入突起２２Ｘａを挿入した状態で、マグネット２１を介してＵリブ１２０の底辺１２３に固定されており、この際、縦板材２２Ｙの溝２２Ｙａに対する溝挿入突起２２Ｘａの上下の位置調整を行うことで、デッキプレート１１０の下向き面１１２（一方の被溶接材における他方の被溶接材が接合される面）を基準にした位置決めが成されるようになっている。
　この横板材２２Ｘ上には、縦板材２２Ｙと平行を成すようにして長尺部材２２Ｙｂが配置されていて、横板材２２Ｘにおける縦板材２２Ｙと長尺部材２２Ｙｂとの間を走行路として形成しており、ヘッド駆動機構１０Ｂの台車２２Ｂは、図１０Ｂに示すように、位置決めが成された横板材２２Ｘ上の走行路を同じく位置決めが成された縦板材２２Ｙ及び長尺部材２２Ｙｂに案内されて走行するようになっている。
　つまり、溶接ビードＢに沿って台車２２Ｂとともに移動するレーザヘッド４から照射されるレーザ光Ｌの照射ポイントがデッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分（図５のルート部Ｒにおける未溶着部分Ｓに含まれるデッキプレート１１０の下向き面１１２とＵリブ１２０の側縁１２１のレ型開先１２２との接触点Ｐ）を狙うようにしている。
　この実施形態に係る補修用レーザ溶接装置１Ｂを用いて鋼床版１０３のデッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分に生じたデッキ進展き裂Ｃｄを除去するに際しても、まず、デッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分に対して、超音波探傷試験等の非破壊検査を実施して、図５に示すように、ルート部Ｒにおける未溶着部分Ｓに含まれるデッキプレート１１０の下向き面１１２とＵリブ１２０の側縁１２１のレ型開先１２２との接触点Ｐの位置を特定する。
　次いで、レール２０Ｂの縦板材２２ＹをＵリブ１２０の側縁１２１との間にガイド２３Ｂを介在させた状態で、マグネット２１を介してデッキプレート１１０の下向き面１１２（一方の被溶接材における他方の被溶接材が接合される面）に固定する。つまり、Ｕリブ１２０に対する位置決めが成された状態でレール２０Ｂの縦板材２２Ｙをデッキプレート１１０の下向き面１１２に固定する。
　これに続いて、横板材２２Ｘの溝挿入突起２２Ｘａを縦板材２２Ｙの溝２２Ｙａに挿入した状態で、マグネット２１を介してＵリブ１２０の底辺１２３に横板材２２Ｘを固定し、この際、縦板材２２Ｙの溝２２Ｙａに対する溝挿入突起２２Ｘａの上下の位置調整を行って、デッキプレート１１０の下向き面１１２（一方の被溶接材における他方の被溶接材が接合される面）を基準にした位置決めを行う。
　これにより、縦板材２２Ｙ及び長尺部材２２Ｙｂに案内されて（溶接ビードＢに沿って）走行する台車２２Ｂの走行路が横板材２２Ｘ上に設定され、台車２２Ｂ上のレーザヘッド４から照射されるレーザ光Ｌの照射ポイントがデッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分のルート部Ｒにおける未溶着部分Ｓに含まれる接触点Ｐに設定される。
　次に、レール２０Ｂの縦板材２２ＹとＵリブ１２０の側縁１２１との間からガイド２３Ｂを除去した後、ヘッド駆動機構１０Ｂの台車２２Ｂが走行を開始し、上記接触点Ｐに対して適宜スポット径のレーザ光Ｌを照射しつつレーザヘッド４が移動を開始する。
　この実施形態においても、このレーザヘッド４の移動により、レーザ光Ｌは、溶接ビードＢに沿って１回パス（移動）するようになっている。
　一方、上記構成の補修用レーザ溶接装置１Ｂを用いて鋼床版１０３のデッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分に生じたビード進展き裂Ｃｂを除去する場合には、レーザ光Ｌを溶接ビードＢに向けて照射しながらレーザヘッド４を移動させる。
　この実施形態に係る補修用レーザ溶接方法においても、ルート部Ｒにおける未溶着部分Ｓに含まれる鋼床版１０３のデッキプレート１１０の下向き面１１２とＵリブ１２０の側縁１２１のレ型開先１２２との接触点Ｐをレーザ光Ｌの照射ポイントとして狙うようにしているので、ルート部Ｒにおける未溶着部分Ｓを溶融させ得ることとなる。そして、この未溶着部分Ｓの溶融に伴って、未溶着部分Ｓを起点として生じていたデッキ進展き裂Ｃｄも溶融除去されることとなる。
　また、この実施形態に係る補修用レーザ溶接装置１Ｂでは、レール２０Ｂを互いに分離可能に結合する縦板材２２Ｙ及び横板材２２Ｘから構成しているので、レール２０Ｂを設置する際には、デッキプレート１１０の下向き面１１２及びＵリブ１２０に対して縦板材２２Ｙ及び横板材２２Ｘを一つひとつ位置決めしながら設置することとなる。
　つまり、一つひとつの作業がそれ程重量を感じずに行い得るものとなり、その結果、レール２０Ｂの位置決め及び設置が容易になる分だけ作業性が向上することとなる。
　さらに、この実施形態に係る補修用レーザ溶接装置１Ｂでは、台車２２Ｂの走行路をレール２０Ｂの横板材２２Ｘ上に設定しているので、レーザヘッド４から照射されるレーザ光Ｌの照準合わせ作業が簡単に成されることとなる。
　ここで、この実施形態に係る補修用レーザ溶接方法では、デッキプレート１１０及びＵリブ１２０の接合部分に生じたビード進展き裂にレーザ光Ｌを照射して除去する場合において、図１２Ａに示す直方体形状のタブ板Ｔを、図１２Ｂ，１２Ｃに示すように、溶接ビードＢにおける補修溶接箇所の始端及び終端の２箇所に配置してレーザ溶接を行い、補修用のレーザ溶接終了後にタブ板Ｔ，Ｔを除去するようにしている。
　このように、溶接ビードＢにおける補修溶接箇所の始端及び終端にタブ板Ｔ，Ｔを配置してレーザ溶接を行うことで、欠陥発生率が高い溶接ビードＢにおける補修溶接箇所の始端及び終端の健全性を確保し得ることとなる。
　この実施形態において、溶接ビードＢにおける補修溶接箇所の始端及び終端に配置するタブ板として、直方体形状のタブ板Ｔ以外に、図１３Ａに示す楔形状のタブ板Ｔ１や、図１３Ｂに示す側面視が台形形状のタブ板Ｔ２を用いることができる。
　例えば、側面視が台形形状のタブ板Ｔ２を用いてき補修用レーザ溶接を行う場合には、図１４に示すように、鋼材Ｗの表面上において、き裂Ｗａを挟むようにして２枚のタブ板Ｔ２，Ｔ２を配置する。そして、これらのタブ板Ｔ２，Ｔ２の斜め切りされた各一方の側面を鋼材Ｗの表面Ｗｐに面接触させて、他方の側面同士が互いに離れる方向に傾くようにして、例えば、スポット溶接により接合する。
　次いで、鋼材Ｗの表面Ｗｐに傾きを持って面接触状態で保持した一方側（図示左側）のタブ板Ｔ２の側面（いわゆるこば面）から入熱するべくレーザ光Ｌの照射を開始する。
　この場合、レーザ光Ｌは鋼材Ｗの表面Ｗｐに対してほぼ垂直で且つ距離が一定となるように設定されるので、タブ板Ｔ２，Ｔ２の各こば面近傍ではエネルギー密度が低く溶融しない。
　そこで、側面視が台形形状のタブ板Ｔ２に替えて、図１５Ａに示すように、溶接方向に沿う溝Ｔ３ａを有するタブ板Ｔ３を採用したり、図１５Ｂに示すように、こば面に切欠きＴ４ａを有するタブ板Ｔ４を採用したり、図１５Ｃに示すように、こば面に段差Ｔ５ａを有するタブ板Ｔ５を採用したりして、鋼材Ｗの厚み方向に温度差が生じないようすることが望ましい。
　この補修用レーザ溶接において、上記した溝Ｔ３ａや切欠きＴ４ａや段差Ｔ５ａを有するタブ板Ｔ３～Ｔ５を用いる場合には、レーザ光照射開始及びレーザ光照射終了の各時点において母材が溶融するのを避けるために、図１６Ａに示すように、鋼材やセラミック等から成る当て板Ｕをタブ板Ｔ３（Ｔ４，Ｔ５）のこば面に宛がったり、図１６Ｂに示すように、当て板Ｕをタブ板Ｔ３（Ｔ４，Ｔ５）に形成した切欠きＴａに嵌め込んだりすることが望ましく、側面視が台形形状のタブ板Ｔ２を用いる場合には、図１６Ｃに示すように、タブ板Ｔ２の下に当て板Ｕをあてがったりすることが望ましい。
　図１７Ａ，１７Ｂは、この実施形態に係る補修用レーザ溶接方法によって、デッキプレート１１０及びＵリブの接合部分に補修用レーザ溶接を行うに際して、Ｕリブを跨いで配置される横リブ１３０のスカラップ部１３１に位置する部分にレーザ光Ｌを照射する場合を示している。
　このように、横リブ１３０のスカラップ部１３１に位置する部分にレーザ光Ｌを照射する場合において、まず、図１７Ａに示すように、図示左側から図示右側に向けて移動するレーザヘッド（図１７Ａでは図示省略）を横リブ１３０の手前で一端停止させ、この状態で、横リブ１３０のスカラップ部１３１に位置する部分にミラー４ａを介してレーザ光Ｌを照射する。
　この後、図１７Ｂに示すように、レーザヘッドを横リブ１３０の図示右側に位置させて、横リブ１３０の図示右側からスカラップ部１３１に位置する部分にミラー４ａを介してレーザ光Ｌを照射する、すなわち、スカラップ部１３１に位置する部分をラップするように溶接する。
　この際、スカラップ部１３１に位置する部分に未溶接箇所が生じるのを防ぐために、横リブ１３０の肉厚をｔ、スカラップ部１３１のデッキプレート１１０からの距離をＲとした場合、レーザ光Ｌの横リブ１３０に対する照射角度θが、ｔ/Ｒで表されるtanαの正接角度αの少なくとも１／２以上の角度とすることが望ましい。
　上記した各実施形態では、いずれも本開示に係る補修用レーザ溶接方法を橋梁の鋼床版を構成するデッキプレートと、このデッキプレートの面上に隅肉溶接により接合されたＵリブとの接合部分に生じたき裂を補修するのに用いた場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。
　また、上記した各実施形態では、いずれもレーザ光Ｌの照射のみでき裂を除去するようにしているが、これに限定されるものではなく、他の構成として、例えば、溶材を供給しつつレーザ光Ｌの照射を行ってもよく、このように溶材を供給しつつレーザ光Ｌの照射を行う場合には、き裂を確実に除去することができる。
　さらに、上記した各実施形態では、いずれもレーザ光Ｌの照射のみでき裂を除去するようにしているが、他の溶接、例えば、アーク溶接を併用するようにしてもよい。
　本開示に係る補修用レーザ溶接方法及び補修用レーザ溶接装置の構成は、上記した各実施形態に限られるものではなく、開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
　本開示の第１の態様は、一方の被溶接材と、該一方の被溶接材の面上に対して隅肉溶接により斜めに接合された他方の被溶接材との間のルート部における未溶着部分を起点として生じたき裂をレーザ光の照射により溶融させて消去する補修用レーザ溶接方法であって、前記ルート部における未溶着部分に含まれる前記一方の被溶接材と前記他方の被溶接材との接触点を前記レーザ光の照射ポイントとして前記ルート部の溶接ビード側から狙いつつ、該溶接ビードに沿って前記レーザ光を照射する構成としている。
　なお、ルート部における未溶着部分に含まれる一方の被溶接材と他方の被溶接材との接触点は、非破壊検査によって位置を特定する。
　また、本開示の第２の態様は、前記レーザ光の照射ポイントを前記接触点から前記溶接ビード側にシフトさせて前記レーザ光を前記溶接ビードに沿って複数回パスさせる構成としている。
　この際、レーザ光の照射ポイントの1回のシフト量は、レーザ光のスポット径に基づいて決定する。
　さらに、本開示の第３の態様は、前記溶接ビードを横切る方向に前記レーザ光をウィービングさせつつ該溶接ビードに沿って前記レーザ光を照射する構成としている。
　さらにまた、本開示の第４の態様は、前記ルート部における未溶着部分に含まれる前記一方の被溶接材と前記他方の被溶接材との接触点を前記レーザ光の照射ポイントとして狙うに際して、前記レーザ光のスポットの少なくとも外縁が前記接触点に触れるべく照射ポイントを設定する構成としている。
　さらにまた、本開示の第５の態様は、溶材を供給しつつ前記レーザ光を照射する構成としている。
　一方、本開示の第６の態様は、一方の被溶接材と、該一方の被溶接材の面上に対して隅肉溶接により斜めに接合された他方の被溶接材との間のルート部における未溶着部分を起点として生じたき裂をレーザ光の照射により溶融させて消去する補修用レーザ溶接装置であって、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から供給されるレーザ光を照射するレーザヘッドと、前記レーザヘッドを前記ルート部の溶接ビードに沿って移動させるヘッド駆動機構と、前記ヘッド駆動機構により前記溶接ビードに沿って移動する前記レーザヘッドから照射される前記レーザ光の照射ポイントを前記ルート部における未溶着部分に含まれる前記一方の被溶接材と前記他方の被溶接材との接触点に倣わせる倣い機構を備えている構成としている。
　また、本開示の第７の態様は、　一方の被溶接材と、該一方の被溶接材の面上に対して隅肉溶接により斜めに接合された他方の被溶接材との間のルート部における未溶着部分を起点として生じたき裂をレーザ光の照射により溶融させて消去する補修用レーザ溶接装置であって、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から供給されるレーザ光を照射するレーザヘッドと、前記レーザヘッドを前記ルート部の溶接ビードに沿って移動させるヘッド駆動機構を備え、前記ヘッド駆動機構は、レール及び前記レーザヘッドを搭載して前記レール上を走行する台車を具備し、前記レールは、前記溶接ビードに沿って前記台車とともに移動する前記レーザヘッドから照射される前記レーザ光の照射ポイントを前記ルート部における未溶着部分に含まれる前記一方の被溶接材と前記他方の被溶接材との接触点とするべく、前記一方の被溶接材における前記他方の被溶接材が接合される面及び該他方の被溶接材の双方を基準にして固定されている構成としている。
　さらに、本開示の第８の態様は、前記ヘッド駆動機構の前記レールは、互いに分離可能に結合する縦板材及び横板材を具備した山形鋼形状を成し、前記レールの前記縦板材は、前記他方の被溶接材を基準にして位置決め固定され、前記レールの前記横板材は、前記他方の被溶接材を基準にして固定された前記縦板材に対して前記一方の被溶接材における前記他方の被溶接材が接合される面を基準にして位置決め固定され、前記レールの前記横板材は、該横板材上に載置した前記ヘッド駆動機構の前記台車が前記縦板材に案内されて走行する走行路として形成されている構成としている。
　さらにまた、本開示の第９の態様は、前記溶接ビードを横切る方向に前記レーザ光をウィービングさせるウィービング機構を備えている構成としている。
　さらにまた、本開示の第１０の態様において、前記レーザ光の照射ポイントは、該レーザ光のスポットの少なくとも外縁が前記ルート部における未溶着部分に含まれる前記一方の被溶接材と前記他方の被溶接材との接触点に触れるべく設定されている構成としている。
　本開示の補修用レーザ溶接方法及び補修用レーザ溶接装置において、レーザには、ＹＡＧレーザや半導体レーザを用いるのが一般的であるが、これらのものに限定されない。
１，１Ａ，１Ｂ　　補修用レーザ溶接装置
２　　レーザ発振器
４　　レーザヘッド
６　　ウィービング機構
７　　アーム（シフト機構）
８　　倣い機構
１０，１０Ａ，１０Ｂ　ヘッド駆動機構
１１Ａ，２０Ｂ　レール
１２Ａ，２２Ｂ　台車
２２Ｘ　横板材（レール）
２２Ｙ　縦板材（レール）
１０３　鋼床版
１１０　デッキプレート（一方の被溶接材）
１１２　下向き面（一方の被溶接材における他方の被溶接材が接合される面）
１２０　Ｕリブ（他方の被溶接材）
１２１　Ｕリブの側縁
１２２　レ型開先
Ｂ　　溶接ビード
Ｃｂ　ビード進展き裂
Ｃｄ　デッキ進展き裂
Ｐ　　接触点
Ｒ　　ルート部
Ｓ　　未溶着部分

Claims (10)

  1. 　一方の被溶接材と、該一方の被溶接材の面上に対して隅肉溶接により斜めに接合された他方の被溶接材との間のルート部における未溶着部分を起点として生じたき裂をレーザ光の照射により溶融させて消去する補修用レーザ溶接方法であって、
    　前記ルート部における未溶着部分に含まれる前記一方の被溶接材と前記他方の被溶接材との接触点を前記レーザ光の照射ポイントとして前記ルート部の溶接ビード側から狙いつつ、該溶接ビードに沿って前記レーザ光を照射する補修用レーザ溶接方法。
  2. 　前記レーザ光の照射ポイントを前記接触点から前記溶接ビード側にシフトさせて前記レーザ光を前記溶接ビードに沿って複数回パスさせる請求項１に記載の補修用レーザ溶接方法。
  3. 　前記溶接ビードを横切る方向に前記レーザ光をウィービングさせつつ該溶接ビードに沿って前記レーザ光を照射する請求項１又は２に記載の補修用レーザ溶接方法。
  4. 　前記ルート部における未溶着部分に含まれる前記一方の被溶接材と前記他方の被溶接材との接触点を前記レーザ光の照射ポイントとして狙うに際して、前記レーザ光のスポットの少なくとも外縁が前記接触点に触れるべく照射ポイントを設定する請求項１～３のいずれか一つの項に記載の補修用レーザ溶接方法。
  5. 　溶材を供給しつつ前記レーザ光を照射する請求項１～４のいずれか一つの項に記載の補修用レーザ溶接方法。
  6. 　一方の被溶接材と、該一方の被溶接材の面上に対して隅肉溶接により斜めに接合された他方の被溶接材との間のルート部における未溶着部分を起点として生じたき裂をレーザ光の照射により溶融させて消去する補修用レーザ溶接装置であって、
    　レーザ発振器と、
    　前記レーザ発振器から供給されるレーザ光を照射するレーザヘッドと、
    　前記レーザヘッドを前記ルート部の溶接ビードに沿って移動させるヘッド駆動機構と、
    　前記ヘッド駆動機構により前記溶接ビードに沿って移動する前記レーザヘッドから照射される前記レーザ光の照射ポイントを前記ルート部における未溶着部分に含まれる前記一方の被溶接材と前記他方の被溶接材との接触点に倣わせる倣い機構を備えている補修用レーザ溶接装置。
  7. 　一方の被溶接材と、該一方の被溶接材の面上に対して隅肉溶接により斜めに接合された他方の被溶接材との間のルート部における未溶着部分を起点として生じたき裂をレーザ光の照射により溶融させて消去する補修用レーザ溶接装置であって、
    　レーザ発振器と、
    　前記レーザ発振器から供給されるレーザ光を照射するレーザヘッドと、
    　前記レーザヘッドを前記ルート部の溶接ビードに沿って移動させるヘッド駆動機構を備え、
    　前記ヘッド駆動機構は、レール及び前記レーザヘッドを搭載して前記レール上を走行する台車を具備し、前記レールは、前記溶接ビードに沿って前記台車とともに移動する前記レーザヘッドから照射される前記レーザ光の照射ポイントを前記ルート部における未溶着部分に含まれる前記一方の被溶接材と前記他方の被溶接材との接触点とするべく、前記一方の被溶接材における前記他方の被溶接材が接合される面及び該他方の被溶接材の双方を基準にして固定されている補修用レーザ溶接装置。
  8. 　前記ヘッド駆動機構の前記レールは、互いに分離可能に結合する縦板材及び横板材を具備した山形鋼形状を成し、
    　前記レールの前記縦板材は、前記他方の被溶接材を基準にして位置決め固定され、
    　前記レールの前記横板材は、前記他方の被溶接材を基準にして固定された前記縦板材に対して前記一方の被溶接材における前記他方の被溶接材が接合される面を基準にして位置決め固定され、
    　前記レールの前記横板材は、該横板材上に載置した前記ヘッド駆動機構の前記台車が前記縦板材に案内されて走行する走行路として形成されている請求項７に記載の補修用レーザ溶接装置。
  9. 　前記溶接ビードを横切る方向に前記レーザ光をウィービングさせるウィービング機構を備えている請求項６～８のいずれか一つの項に記載の補修用レーザ溶接装置。
  10. 　前記レーザ光の照射ポイントは、該レーザ光のスポットの少なくとも外縁が前記ルート部における未溶着部分に含まれる前記一方の被溶接材と前記他方の被溶接材との接触点に触れるべく設定されている請求項６～９のいずれか一つの項に記載の補修用レーザ溶接装置。

     
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