JP7202464B2 - 補修用レーザ溶接方法及び補修用レーザ溶接装置 - Google Patents

Description

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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