中厚板のレーザーアーク複合溶接における突合せ継手の開先形状の影響

01 とは溶接継手

溶接継手とは、2 つ以上のワークを溶接によって接続する継手を指します。融着溶接の溶接継手は、高温の熱源による局所的な加熱によって形成されます。溶接継手は、図に示すように、溶融部（溶接部）、溶融線、熱影響部、母材部で構成されます。

02 バットジョイントとは

一般的に使用される溶接構造は、相互接続された 2 つの部品がジョイントの中央平面で同じ平面または円弧内で溶接されるジョイントです。均一な加熱、均一な力で溶接品質を確保しやすいのが特徴です。

03 とは溶接溝

溶接継手の溶け込みと品質を確保し、溶接変形を低減するために、一般に溶接前に溶接部品の継手はさまざまな形状に前処理されます。異なる溶接開先は、異なる溶接方法と溶接部の厚さに適しています。一般的な溝の形状には、図に示すように、I 字形、V 字形、U 字形、片側 V 字形などが含まれます。

突合せ継手の一般的な溝形状

04 突合せ溝形状の影響レーザーアーク複合溶接

溶接されるワークピースの厚さが増加するにつれて、片面溶接と中厚板（レーザー出力 < 10 kW）の両面成形の実現がより複雑になることがよくあります。通常、中厚板の溶接を実現するには、適切な溝形状を設計したり、特定のドッキング ギャップを確保したりするなど、さまざまな溶接戦略を採用する必要があります。ただし、実際の製造溶接では、ドッキング ギャップを確保すると、溶接治具の難易度が高くなります。したがって、溶接プロセスでは開先の設計が重要になります。開先設計が合理的でない場合、溶接の安定性と効率が悪影響を受け、溶接欠陥のリスクも高まります。

(1) 開先形状は溶接シームの品質に直接影響します。適切な開先設計により、溶接ワイヤ金属が溶接シームに完全に充填されることが保証され、溶接欠陥の発生が軽減されます。

(2) 溝の幾何学的形状は熱の伝達方法に影響を与え、熱をより適切に誘導し、より均一な加熱と冷却を実現し、熱変形や残留応力を回避するのに役立ちます。

(3) 溝の形状は溶接シームの断面形態に影響を与え、溶接シームの断面形態が溶接溶け込み深さや幅などの特定の要件により一致するようになります。

(4) 適切な開先形状は溶接の安定性を向上させ、スプラッシュやアンダーカット欠陥などの溶接プロセス中の不安定な現象を軽減します。

図 3 に示すように、研究者らは、レーザー アーク複合溶接 (レーザー出力 4kW) を使用すると、2 層 2 パスで溝を充填でき、溶接効率が効果的に向上することを発見しました。 3 層レーザーアーク複合溶接 (レーザー出力 6kW) を使用して、厚さ 20 mm の MnDR の欠陥のない溶接が達成されました。レーザーアーク複合溶接を使用して、厚さ30mmの低炭素鋼を多層および多パスで溶接し、溶接継手の断面形態は安定していて良好でした。さらに、研究者らは、長方形の溝の幅と Y 字型の溝の角度が空間拘束効果に大きな影響を与えることを発見しました。長方形の溝の幅が≤4mmでY字溝の角度は≤60 °図に示すように、溶接シームの断面形態には、中央の亀裂と側壁のノッチが示されています。

溶接部の断面形態に対する開先形状の影響

溶接部の断面形状に対する溝幅と角度の影響

05 まとめ

開先形状の選択は、溶接作業の要件、材料の特性、およびレーザー アーク複合溶接プロセスの特性を総合的に考慮する必要があります。適切な開先設計により、溶接効率が向上し、溶接欠陥のリスクが軽減されます。したがって、中厚板のレーザーアーク複合溶接を行う前に、開先形状の選択と設計が重要な要素となります。