JPH02117782A - 電子ビーム溶接によるｔ型継手の溶接方法 - 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 本発明は電子ビーム溶接で金属のＴまたはＨ型の継手を
溶接する方法に関するものである。

従来の技術 近年、鋼等の金属の溶接に電子ビーム溶接の使用が拡大
している。これは電子ビーム溶接は溶接補助材がほとん
ど不要であること、エネルギー密度が他の溶接、例えば
アーク溶接に比較して非常に高く、厚い物でも容易に溶
接できること、溶接ひずみが小さいこと、離れた位置か
らの電子ビーム照射で溶接でき、狭い奥の部分も溶接で
きること等の理由によるものと考えられ苛−る。

しかし電子ビーム溶接にも短所がおる０例えば電子ビー
ムは磁気により湾曲し、このため鋼等の着磁性材料を溶
接する場合、この被溶接材に残留する磁気により電子ビ
ームが偏り、目的とした位置での溶接ができなくなる場
合がある。また一方電子ビームの照射は直線的で、湾曲
を意図する照射等は非常に困難である。このため第２図
に示すようにフランジ１とウェブ２を付き合わせたＴ型
継手を電子ビーム溶接しようとするときフランジに平行
に電子ビームを照射するのではフランジ表面が損傷する
ため溶接できない。

そこで特開昭５８−１８８８８号公報、特開昭４８−４
５４４８号公報等で各種方法が示されている０例えば第
５図に示すように斜め上方から電子ビームを照射し、片
側を溶接した後、もう一方の斜め上から電子ビームを照
射し溶接する方法、第３図に示すようにフランジに凸部
５を付け、フランジ部の電子ビームによる損傷の防止方
法、第４図に示すようにフラングの裏側から電子ビーム
を照射し溶接する等がある。

しかしこれらの方法にも一長一短がある。第５図に示す
斜め上から溶接する方法はそれぞれの溶接においてスパ
イク欠陥６と称する気孔が発生するため、溶接条件また
適用可能材料に多くの制約がある。このスパイク欠陥は
電子ビーム溶接に特徴的に発生する欠陥である。電子ビ
ーム溶接は電子ビームの照射で溶融が起こり、このとき
発生するガス成分等の力でキーホールが形成される、こ
のキーホールは電子ビームの移動に伴って移動する。一
方溶易嘴した金属はそれまでに形成されていたキーホー
ル内に流れ込み凝固し溶接が進行する。

このときキーホール先端が狭く鋭い、またガスが存在す
る、あるいは凝固速度が速い等で溶融金属が充分流れ込
まず気孔が発生する。これをスパイク欠陥と称している
。

第５図の先に溶接する側のスパイク欠陥は施工法を工夫
することで後から溶接する側からの電子ビームで再溶解
されスパイク欠陥を防止することができる。しかし後か
ら溶接した所に再度スパイク欠陥が形成される。このた
めスパイク欠陥防止のために電子ビームを大きい振幅で
振動する等の、スパイク欠陥防止方法が提案されている
が、電子ビームの振幅を大きくするとビード外観が劣悪
となる。またこれでも完全に気孔を防止できない等の問
題がある。

これに対してスパイク欠陥を防止するため第３図のフラ
ンジに凸部５を付は貫通溶接を可能とする方法がある。

しかしあまり小さい凸部ではフランジ面からの磁気の影
響を受はビームが曲がるためフランジの大きさ、残留磁
気量等にとって凸部はある程度の高さを確保しなければ
ならない、そしてこの凸部は目標より厚い板から削り出
す、あるいは板を製造する時の圧延で付ける等が必要で
経費が高い。

また第４図に示すフランジ裏側からの溶接は電子ビーム
の溶接幅が小さいため、厚いウコブ材を完全に溶接する
ためには、多数バス溶接しなければならない、又フラン
ジが厚い場合はフランジを溶かすための多くのエネルギ
ーを損失する。

発明が解決しようとする課題 上記したように電子ビーム溶接を使用してＴ型継手を溶
接するときの種々の問題に対して、これまで多くの提案
がなされているが、まだ大型の構造物のための大型材の
Ｔ型組手溶接に適用する場合は各種の課題がある。特に
板厚３０ｍｍを越えるような大型のＴ型組手溶接での課
題は大きい。

第５図の斜め上からそれぞれ別々に電子ビームの照射で
は前述したスパイク欠陥の発生が大きい。

第３図の凸部の加工は経費の増大が大きく、第４図のフ
ランジ裏面からの溶接は数パス以トの溶接が必要である
。これに対して本発明はスパイク欠陥発生を防止し、仮
組時の凸部を不要にして高品質で、経済的なＴ型継手の
溶接を実現するものである。

課題を解決するための手段 本発明の要旨は、電子ビーム溶接によるＴ型継手の溶接
において、ウェブの両側に電子ビーム発生装置を丸首し
、ウェブの両側から同時に電子ビームを照射し、それぞ
れの電子ビームの照射で形成される溶融金属のプールの
先端が交わることを特徴とする電子ビーム溶接によるＴ
型継手の溶接方法にある。なお本発明でいうＴ型継手は
Ｈ型継手を含むものとする５ 作用 第１図に示すように金属板２枚でフランジ１とウェブ２
を構成し、これに対してウェブの両側から電子ビーム３
を同時に照射し溶接する。前述したように、このとき電
子ビームを一方が凝固したあと他方を照射した場合はス
パイク欠陥の発生等の問題がある。スパイク欠陥は前述
したように、狭く鋭い溶は込み先端に起因する。このた
め両方向から同時に電子ビームを照射して、それぞれの
電子ビームの照射で形成される溶融金属のプールが交わ
り一体化すれば、それぞれからの電子ビームの相乗作用
により溶は込み先端の幅を広くすることができる。また
溶融金属の流れ込みも双方から行われるためスパイク欠
陥が防止できる。

さらにこの方法によれば第５図に示すような融合不良７
の防止にも効果がある。電子ビーム溶接はもともと溶け
こみ幅の狭いことが特徴であるが、表面部より溶は込み
が深くなるほどエネルギーが消費されるため、幅が狭く
なる傾向にある。このため開光線に対して斜めにビーム
を照射すると第５図に示すように融合不良７が発生しや
すい、これに対して電子ビームを両側から同時に照射す
れば対面からの電子ビームエネルギーの効果で溶は込み
幅の狭くなることが低減でき、融合不良発生防止に効果
がある。

それぞれの電子ビーム照射位置の関係であるが。

両方の溶融金属プール先端が交わるためには、電子ビー
ム溶接の溶融金属プールが小さいこともあり、溶接進行
方向に対して２０ｍｍ以内、溶接直角方向に対しては５
ｍｍ以内の範囲で両方から照射する必要がある。但しこ
の範囲は電子ビームの照射条件、移動速度等の入熱条件
に太きく影響される。高い入熱の場合は可能範囲は大き
くなり１人熱が小さくなれば可能範囲は小さくなる。

また照射方向については溶接進行方向に対しては若干前
あるいは後方にするとよい、電子ビームは貫通力が高い
ため局所的にギャップが大きい所等があった場合、電子
ビームが被溶接体を貫通し、対向する電子ビーム発生装
置を損傷することも考えられ、若干前方、あるいは後方
に向は照射するとよい。

また３台以上の電子ビーム発生装置を使用しても本発明
を達成できる。気孔防止、能率向上等を目的として同一
溶接線上に２代の電子ビーム溶接機を設置し、溶接する
ことも提案されている。これの応用でウェブを挟み相対
する位置に１台と２台あるいは２台ずつ電子ビーム発生
装置を設置し溶接することも可能である。

またこの方法は、板厚８０ｍｍを趙えるような極厚板の
突き合わせ溶接にも効果がある。このような極厚板は電
子ビームのｔａ力あるいは気孔欠陥防止等を考慮して、
両面から電子ビームを照射して溶接する場合がある。こ
のとき一方からの電子ビーム溶接が凝固したあと反対側
の溶接をすると先行した溶接のスパイク欠陥はその後か
らの溶接で修復されるが後からのスパイク欠陥は残る。

このため前述したビーム振動幅の拡大等の対策が必要で
ある。これに対して両側から同時に電子ビームを照射し
溶接すれば、溶は込み先端を容易に大きくでき、しかも
表面ビード形状を損なうことなくスパイク欠陥を防止で
きる。

実施例 実施例１ 第１図に示すように板厚［１５ｍｍのフランジ１に板厚
５０ｍｍのウェブ２を突き合わせ、これを水平に設置し
、これに対して電子ビーム３を下向き４度、溶接進行方
向５度の方向でウェブの両方向から照射した。偏光レン
ズ４から被溶接体までの距離は両方とも５００ｍｍでお
こなった。電子ビーム照射条件は両方とも同一で、加速
電圧＋００ｋｖ、電流１５０ｍＡ、ビーム振動は１ｋＨ
ｚ、振幅±１ｍｍ（被溶接体表面位置で）、電子ビーム
焦点は概略被溶接体表面とし、溶接速度は３５ｃｍ／ｍ
ｉｎでおこなった。その結果ビード外観は良好で融合不
良、気孔の発生もなく、良好な溶接ができた。

実施例２ 実施態様は実施例１と同様で、電子ビーム照射条件を変
え実施した。一方の照射条件は加速電圧１００ｋｖ、電
流１００ｍＡ、照射角度下方４度、溶接進行方向６度で
、もう一方は加速電圧１００ｋＶ、電流１５０ｍＡ、照
射角度下方４度、溶接進行方向５度の条件とし、溶接進
行方向の角度を変えることにより、溶は込みの浅いもの
の方をｌＱｍｍ先行させ実施した。また溶接速度は３０
ｃｍ／ｍｉｎで、その他の条件は実施例１と同条件で実
施した。

この結果もビード外観は良好、また気孔、融合不良の欠
陥も認められなかった。

比較例 本例は比較例で、実施例１と同様条件の継手を溶接した
。ただし溶接のときの電子ビーム照射の一方をｉｏｏｍ
ｍ先行させ、両側からの電子ビーム照射での溶鋼金属プ
ールが交わらない状態で実施した。

その結果ビード外観は良好であったが、後から溶接した
ビードの溶は込み先端に小さな気孔いわゆるスパイク欠
陥が認められた。

発明の効果 本発明によればＴ壁継手の電子ビーム溶接が容易で、か
つ品質の高いものができる。特にこの方法を大型の鉄構
造物用のＴ型あるいはＨ型部材の製造に用いれば、その
品質の向上また構造コストの低減効果は非常に大きく、
産業におよぼす効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はＴ壁継手の電子ビーム溶接の説明図。 第２図はＴ型継手溶接の問題点を示す説明図、第３図は
凸部を有する板を使用したＴ型継手溶接の説明図、第４
図はＴ壁継手でフランジ裏面から溶接する説明図、第５
図はＴ型継手溶接で発生するスパイク欠陥、融合不良欠
陥を示す説明図である。 １−φ豐フランジ、２−・・ウェブ　３　ＩＩ　＠ψ電
子ビーム照射、４書・囃偏向レンズ、５・・・凸部を付
けたフランジ、６・φ・スパイク欠陥、７・・拳融合不
良。 代理人弁理士　　井　上　雅　生 トーーーーーーー」

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電子ビーム溶接によるＴ型継手の溶接において、ウェブ
   の両側から同時に電子ビームを照射し、それぞれの電子
   ビームの照射で形成される溶融金属プールを一体化させ
   ることを特徴とする電子ビーム溶接によるＴ型継手の溶
   接方法。