特開 2024-145866 溶接方法及び圧力容器の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024145866

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】溶接方法及び圧力容器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/21 20140101AFI20241004BHJP

   B23K 26/04 20140101ALI20241004BHJP

   B23K 15/00 20060101ALI20241004BHJP

   B23K 101/12 20060101ALN20241004BHJP

【ＦＩ】

B23K26/21 F

B23K26/04

B23K15/00 501A

B23K101:12

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023058411

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104880

【弁理士】

【氏名又は名称】古部 次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100206405

【弁理士】

【氏名又は名称】岸 真太郎

(72)【発明者】

【氏名】宮竹 俊明

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 正敏

【テーマコード（参考）】

4E066

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E066BA01

4E066BA11

4E066CA06

4E066CA08

4E066CA16

4E168BA30

4E168BA58

4E168CB18

4E168DA36

4E168DA37

4E168DA39

4E168EA08

4E168EA17

(57)【要約】

【課題】板厚差のある突合せ継手で溶接する場合の製造コストの低減を図る。
【解決手段】板厚差のある第１部材１と第２部材２とを突合せ継手で溶接する溶接方法であって、キーホール溶接する際の高エネルギービームの焦点位置を、第１部材１の面１２と第２部材２の面２２との間にある突き合わせ面３から、第１部材１の面１２と第２部材２の面２２を突き合わせたときに生じる段差７３の高エネルギービームの照射ヘッド４に近い面の側に所定量補正して溶接する、溶接方法である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

板厚差のある第１部材と第２部材とを突合せ継手で溶接する溶接方法であって、
キーホール溶接する際の高エネルギービームの焦点位置を、前記第１部材の面と前記第２部材の面との間にある突き合わせ面から、当該第１部材の面と当該第２部材の面を突き合わせたときに生じる段差の当該高エネルギービームの照射ヘッドに近い面の側に所定量補正して溶接する、
溶接方法。

【請求項2】

前記所定量は、前記焦点位置の集光径の９０％以下である、
請求項１に記載の溶接方法。

【請求項3】

前記所定量は、前記焦点位置の集光径の５０％以下である、
請求項２に記載の溶接方法。

【請求項4】

前記キーホール溶接による溶融量は、前記第１部材と前記第２部材のうち前記照射ヘッドに近い面のいずれか一方が他方よりも多い、
請求項１に記載の溶接方法。

【請求項5】

前記キーホール溶接は、前記焦点位置の補正が行われる主レーザと当該主レーザの周囲に配置する補助レーザにより行われる、
請求項１に記載の溶接方法。

【請求項6】

前記キーホール溶接は、レーザ溶接又は電子ビーム溶接である、
請求項１に記載の溶接方法。

【請求項7】

前記キーホール溶接の溶け込み深さＹに対する溶接条件は、

である、
請求項１に記載の溶接方法。

【請求項8】

前記第１部材と前記第２部材との間の隙間裕度範囲ＧＡＰは、

である、
請求項１に記載の溶接方法。

【請求項9】

請求項１に記載の溶接方法を用いて、圧力容器をキーホール溶接する、
圧力容器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、溶接方法及び圧力容器の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、少なくとも２つの溶接層により結合され、かつ６ｍｍより大きな肉厚を有する厚肉金属加工品を溶接によって結合し、少なくとも２つの溶接層用の溶接領域にて溶接する前に全面的な接続のために、溶接対象の横断面に開先加工部を設ける方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５５１９４９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、板厚差のある突合せ継手で溶接する場合、開先加工に付随してテーパー加工を行うと加工部の精度管理が必要になり、製造コストを低減することが難しい。また、溶接した部分に対する追加溶接や切削といった外観性向上のための後処理を行う場合、製造コストを低減することがさらに難しくなる。

【0005】

本開示は、板厚差のある突合せ継手で溶接する場合の製造コストの低減を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の溶接方法は、板厚差のある第１部材と第２部材とを突合せ継手で溶接する溶接方法であって、キーホール溶接する際の高エネルギービームの焦点位置を、前記第１部材の面と前記第２部材の面との間にある突き合わせ面から、当該第１部材の面と当該第２部材の面を突き合わせたときに生じる段差の当該高エネルギービームの照射ヘッドに近い面の側に所定量補正して溶接する、溶接方法である。この場合、板厚差のある突合せ継手で溶接する場合の製造コストの低減を図ることが可能になる。
ここで、前記所定量は、前記焦点位置の集光径の９０％以下であるとしてよい。この場合、照射ヘッドに近い面の部材の溶融量を増やすことができる。
また、前記所定量は、前記焦点位置の集光径の５０％以下であるとしてよい。この場合、照射ヘッドに近い面の部材の溶融量を増やすことができる。
さらに、前記キーホール溶接による溶融量は、前記第１部材と前記第２部材のうち前記照射ヘッドに近い面のいずれか一方が他方よりも多いとしてよい。この場合、第１部材と第２部材との間の隙間をより確実に充填することができる。
また、前記キーホール溶接は、前記焦点位置の補正が行われる主レーザと当該主レーザの周囲に配置する補助レーザにより行われるとしてよい。この場合、広範囲に溶融させることが可能になる。
さらにまた、前記キーホール溶接は、レーザ溶接又は電子ビーム溶接であるとしてよい。この場合、高いエネルギーで溶接することが可能になる。
またさらに、前記キーホール溶接の溶け込み深さＹに対する溶接条件は、

であるとしてよい。この場合、キーホール溶接の溶け込み深さを確保することができる。
さらに、前記第１部材と前記第２部材との間の隙間裕度範囲ＧＡＰは、

であるとしてよい。この場合、第１部材と第２部材との隙間をより確実に充填することができる。

【0007】

他の観点から捉えると、本開示の圧力容器の製造方法は、上記記載の溶接方法を用いて、圧力容器をキーホール溶接する、圧力容器の製造方法である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施の形態における溶接方法を説明する図である。

【図2】補正量を説明する図であり、（ａ）は補正量が０％である場合、（ｂ）は補正量が５０％である場合、（ｃ）は補正量が９０％である場合を例示する。

【図3】複数の高エネルギービームを用いる応用例を説明する図であり、（ａ）は、照射ヘッド側から第１部材及び第２部材を見た場合の図であり、（ｂ）は、（ａ）の線IIIb－IIIbによる断面図である。

【図4】主ビーム及び補助ビームにより形成された突合せ継手の溶接部を説明する図である。

【図5】第２の実施の形態における溶接方法を説明する図である。

【図6】複数の高エネルギービームを用いる応用例を説明する図であり、（ａ）は、照射ヘッド側から第１部材及び第２部材を見た場合の図であり、（ｂ）は、（ａ）の線VIb－VIbによる断面図である。

【図7】主ビーム及び補助ビームにより形成された突合せ継手の溶接部を説明する図である。

【図8】第３の実施の形態における溶接方法を説明する図である。

【図9】照射ヘッドを説明する図であり、（ａ）は第１の実施の形態及び第２の実施の形態における照射ヘッドを示す平面図、（ｂ）は、第１変形例における照射ヘッドを示す平面図である。

【図10】第２変形例における溶接方法を説明する図であり、（ａ）は、照射ヘッド側から第１部材及び第２部材を見た場合の図であり、（ｂ）は、（ａ）の線Xb－Xbによる断面図である。

【図11】溶接条件を説明する図であり、（ａ）は、照射ヘッド側から第１部材及び第２部材を見た場合の図であり、（ｂ）は（ａ）の線XIb－XIbによる断面図であり、（ｃ）はキーホール溶接により形成された溶接部を示す。

【図12】圧力容器に本実施の形態を適用する場合の適用例を説明する図であり、（ａ）及び（ｂ）は、圧力容器の隔壁の厚さが異なる各例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態における溶接方法を説明する図である。
図１に示す第１の実施の形態は、第１部材１と第２部材２とを突合せ継手で溶接する場合である。この場合の溶接は、高いパワー密度により金属の蒸発を発生させて表面にくぼみができることを利用したキーホール溶接である。

【0010】

第１部材１の端面１１及び第２部材２の端面２１に対向して、レーザ溶接用の照射ヘッド４が配設されている。照射ヘッド４は、発振器８から光ファイバ８１により伝送されたレーザ光を集光する集光レンズ（不図示）を備え、キーホール溶接するための高エネルギービーム４１を照射方向Ａに照射する。

【0011】

さらに説明すると、第１部材１の端面１１と第２部材２の端面２１との突き合わせ部に、一点鎖線で示す仮想の突き合わせ面３が位置する。すなわち、突き合わせ面３は、第１部材１の端面１１と第２部材２の端面２１との間に位置する。

【0012】

ここで、第１部材１は板厚ｔ１で、第２部材２は板厚ｔ２である。板厚ｔ１、ｔ２の各値は同じではなく、第１部材１と第２部材２には板厚差がある。より詳細には、第１の実施の形態では、第１部材１の板厚ｔ１が第２部材２の板厚ｔ２よりも薄い（ｔ１＜ｔ２）。

【0013】

また、第２部材２には、第１部材１側に延びる段部２３が形成されている。段部２３は、第１部材１の内面１３に対向する底面２４を有する。このように、段部２３は、端面２１及び底面２４により、断面略Ｌ状の形状部を有する。なお、ここにいう内面１３は、第１部材１の面１２とは反対側に位置する。また、第１部材１の端面１１と内面１３とを互いに接続する部分に面取り部１４が形成されている。
さらに説明すると、第２部材２の段部２３は、照射方向Ａに関し、第１部材１の面２２から遠い側に位置する。
なお、第１部材１及び第２部材２は、平板状であっても円筒状であってもよい。

【0014】

次に、第１部材１と第２部材２とを突き合わせした場合の照射ヘッド４に対する第１部材１の面１２と第２部材２の面２２との位置関係について説明する。
第１部材１の面１２及び第２部材２の面２２は、照射方向Ａに関し、照射ヘッド４に対する位置が異なる。すなわち、第１部材１の端面１１と第２部材２の端面２１を突き合わせたときに第２部材２に段差部７３が生じる。かかる段差部７３は、第２部材２の端面２１と面２２とが互いに接続する角部である。
より詳細には、第１の実施の形態の場合には、第２部材２の面２２が第１部材１の面１２よりも照射ヘッド４に近い。言い換えると、板厚の厚い第２部材２の面２２が照射ヘッド４に近く、板厚の薄い第１部材１の面１２が照射ヘッド４から遠い。

【0015】

そして、照射ヘッド４の高エネルギービーム４１は、照射ヘッド４から遠い面である第１部材２の面１２ではなく、照射ヘッド４に近い面である第２部材２の面２２に焦点を合わせている。
かかる高エネルギービーム４１の焦点位置は、突き合わせ面３に位置するものではなく、照射ヘッド４に近い面の側である第２部材２の面２２の方向にずれている。
焦点位置のずれ量は、所定量７１である。かかるずれ量は、第１部材１と第２部材２により生じた段差に対応するために、高エネルギービーム４１の焦点位置を突き合わせ面３の位置から第２部材２の側に補正している。ずれ量を補正量ということができる。

【0016】

このように、第１の実施の形態では、キーホール溶接する際の高エネルギービーム４１の焦点位置を、突き合わせ面３から第２部材２の面２２の側に所定量７１ずらして溶接する。
なお、第１部材１の端面１１と第２部材２の端面２１との突き合わせ部における隙間７２は、予め定められている範囲内である。かかる範囲を隙間裕度という。詳細は後述する。

【0017】

なお、図１では、高出力レーザ光を用いるレーザ溶接でキーホール溶接を実施する概略構成例を示す。キーホール溶接を、ビーム溶接の一つである上述のレーザ溶接ではなく、電子ビーム溶接でキーホール溶接を実施してもよい。
かかる電子ビーム溶接は、例えば真空管から放出された電子を加速して高めた高エネルギーを用いるものである。電子ビーム溶接の概略構成例を説明すると、フィラメント（陰極）、アノード（陽極）及びウェーネルト電極（グリット）を備える電子銃を有し、高真空の状態において、加熱電源により加熱されたフィラメントの先端から放出された熱電子は、ウェーネルト電極で絞られアノードで加速される。そして、熱電子が電磁収束コイルにより電磁界の作用を利用して収束することにより、高エネルギービーム４１である電子ビームが発生する。

【0018】

図２は、補正量を説明する図であり、（ａ）は補正量が０％である場合、（ｂ）は補正量が５０％である場合、（ｃ）は補正量が９０％である場合を例示する。
図２（ａ）に示す例では、高エネルギービーム４１の焦点位置は突き合わせ面３を狙った場合であり、補正していない場合である。より詳細には、高エネルギービーム４１（図１参照）は、集光位置９０を中心とする集光領域９１として集光され、集光径７０であるとする。

【0019】

図２（ｂ）に示す例では、高エネルギービーム４１の焦点位置が突き合わせ面３から第２部材２の側に所定量７１ずらした場合であり、補正量が５０％の場合である。より詳細には、同図（ｂ）では、高エネルギービーム４１は、集光位置９０を中心とする集光領域９２に集光され、その集光径は同図（ａ）と同じである。

【0020】

ここで、図２（ｂ）では、補正量を説明するために、同図（ａ）に示す集光領域９１を、所定量７１ずらした集光領域９２と対比する形の破線で示している。所定量７１は、集光径７０に対する割合であり、補正量としての５０％である。すなわち、図２（ｂ）の集光領域９２は、同図（ａ）の集光領域９１の集光径７０の半分の量を第２部材２の方向にずらしたものである。

【0021】

図２（ｃ）に示す例では、高エネルギービーム４１の焦点位置が突き合わせ面３から第２部材２の側に所定量７１ずらした場合であり、同図（ｂ）の例よりもさらに第２部材２の方向にずらしており、補正量は９０％の場合である。より詳細には、同図（ｃ）では、高エネルギービーム４１は、第２部材２の面２２において集光位置９０を中心とする集光領域９３に集光され、その集光径は同図（ａ）及び（ｂ）と変わらない。

【0022】

図２（ｃ）でも、同図（ａ）に示す集光領域９１を、所定量７１ずらした集光領域９３と対比する形の破線で示している。同図（ｃ）の集光領域９３は、集光領域９１の集光径７０の９０％の量を第２部材２の方向にずらしたものである。

【0023】

このように、補正量としての所定量７１を大きくしていくと、第２部材２の面２２に照射される高エネルギービーム４１の量が増加し、第２部材２の溶融領域がより広くなり、段差部７３（図１参照）を有する第２部材２の溶融量が増える。そして、所定量７１は、焦点位置の集光径の９０％以下である。
その一方で、補正量としての所定量７１が大きくなり過ぎると、第１部材１の面１２に照射される高エネルギービーム４１の量が減少し、第１部材１の溶融量が少なくなることから、溶接強度が低下するおそれがある。そこで、所定量７１は、より好ましくは、５０％以下である。

【0024】

次に、第１の実施の形態における応用例について図３を用いて説明する。
図３は、複数の高エネルギービーム４１、５１を用いる応用例を説明する図であり、（ａ）は、高エネルギービーム４１、５１側から第１部材１及び第２部材２を見た場合の図であり、（ｂ）は、（ａ）の線IIIb－IIIbによる断面図である。図３（ｂ）は、図１に対応する。なお、（ａ）及び（ｂ）では、突き合わせ面３を示す一点鎖線を連続して示し、対応する位置関係を明確にしている。
図３（ａ）に示すように、第１の実施の形態における応用例では、高エネルギービーム４１の周囲に、別の高エネルギービーム５１が配設されている。
高エネルギービーム４１及び高エネルギービーム５１は一体化されており、溶接方向Ｂに一緒に移動する。

【0025】

そして、図３（ｂ）に示すように、照射ヘッド４から高エネルギービーム４１を照射し、また、別の高エネルギービーム５１を照射する。高エネルギービーム５１の照射領域は、高エネルギービーム４１の照射領域を除く回りの領域であり、いわゆるドーナツ形状である。
なお、以下、照射ヘッド４からの高エネルギービーム４１を主ビーム４１といい、高エネルギービーム５１を補助ビーム５１ということがある。主ビーム４１は、補助ビーム５１よりも高出力である。

【0026】

図３（ｂ）に示すように、主ビーム４１は、第２部材２の面２２に照射され、補助ビーム５１は、第１部材１の面１２及び第２部材２の面２２の双方に照射される。補助ビーム５１の照射量は、照射ヘッド４のずれにより、第１部材１の面１２よりも第２部材２の面２２の方が多い。
また、高エネルギービーム４１、５１の焦点を第２部材２の面２２に合わせることで、第２部材２に対し第１部材１よりも高いエネルギーの高エネルギービーム４１、５１を照射することができる。

【0027】

図４は、主ビーム４１及び補助ビーム５１により形成された突合せ継手の溶接部６を説明する図である。なお、図４は、溶融後の状態を示し、上述の図３は、溶融前の状態を示す。
図４に示すように、段差部７３を含む部分が主ビーム４１及び補助ビーム５１により溶融する。溶融した金属は第１部材１側に移動して隙間７２に入り込み、これにより、面取り部１４により広がった空間を含む隙間７２が充填され、突合せ面継手の溶接部６が形成される。隙間７２は、第１部材１と第２部材２の両方の溶融により充填される。さらに説明すると、隙間７２を充填する第２部材２の溶融量は、第１部材１の溶融量よりも多い。

【0028】

このように、主ビーム４１の焦点位置を突き合わせ面３の位置ではなく、照射ヘッド４に近い面の側である第２部材２の面２２の方向に所定量ずらして溶接するという溶接方法を採用することで、隙間７２があっても充填されることで溶接部６が形成される。また、第１部材１と第２部材２とを突合せ継手で溶接する際の開先加工やテーパー加工を省略することが可能になる。
なお、主ビーム４１及び補助ビーム５１によるキーホール溶接の例を説明したが、補助ビーム５１を用いずに主ビーム４１のみによるキーホール溶接も同様であり、その図示および詳細な説明を省略する。

【0029】

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態と共通する構成を備えることから、共通する構成については同じ符号を図面に付すが、明細書ではその説明を省略することがある。
図５は、第２の実施の形態における溶接方法を説明する図であり、第１の実施の形態を説明する図１に対応する。
図５に示す第２の実施の形態は、第１部材１と第２部材２とを突合せ継手で溶接する溶接方法を示すものであり、また、照射ヘッド４は、高エネルギービーム４１を照射する点で、第１の実施の形態（図１参照）の場合と同じである。

【0030】

ここで、第１部材１の板厚ｔ１は、第２部材２の板厚ｔ２よりも薄い点で（ｔ１＜ｔ２）、第１の実施の形態の場合（図１参照）と同じである。
その一方で、第１部材１の面１２は、第２部材２の面２２よりも照射ヘッド４に近い点で、第２部材２の面２２が照射ヘッド４に近い第１の実施の形態の場合（図１参照）とは異なる。

【0031】

第２の実施の形態では、照射ヘッド４の高エネルギービーム４１は、照射ヘッド４に近い面である第１部材１の面１２に焦点を合わせており、また、高エネルギービーム４１の焦点位置は、照射ヘッド４から遠い面の側である第２部材２の面２２の方向ではなく、照射ヘッド４に近い面の側である第１部材１の面１２の方向にずれている。かかる点で、第１の実施の形態の場合（図１参照）とは異なる。
なお、第１部材１及び第２部材２は、第１の実施の形態の場合と同じく、平板状であっても円筒状であってもよい。

【0032】

次に、第２の実施の形態における応用例について図６を用いて説明する。
図６は、複数の照射ヘッド４を用いる応用例を説明する図であり、（ａ）は、照射ヘッド４、５側から第１部材１及び第２部材２を見た場合の図であり、（ｂ）は、（ａ）の線VIb－VIbによる断面図である。図６は、第１の実施の形態を説明する図３に対応する。
図６（ａ）に示す第２の実施の形態における応用例は、高エネルギービーム４１の周囲に、高エネルギービーム４１と共に溶接方向Ｂに移動する高エネルギービーム５１が配設されている点で、第１の実施の形態の場合と同じである。

【0033】

図６（ｂ）に示すように、主ビーム４１は、第１部材１の面１２に照射され、補助ビーム５１は、第１部材１の面１２及び第２部材２の面２２の双方に照射される点で、第１の実施の形態の場合とは異なる。
また、補助ビーム５１の照射量は、主ビーム４１のずれにより、第２部材２の面２２よりも第１部材１の面１２の方が多い点で、第１の実施の形態の場合とは異なる。
このように、第１部材１に対し第２部材２よりも高いエネルギーの高エネルギービーム４１、５１を照射することができる点で、第１の実施の形態の場合とは異なる。

【0034】

図７は、主ビーム４１及び補助ビーム５１により形成された突合せ継手の溶接部６を説明する図であり、第１の実施の形態を説明する図４に対応する。
図７に示すように、段差部７３を含む部分が主ビーム４１及び補助ビーム５１により溶融する。溶融した金属は第２部材２側に移動して隙間７２に入り込み、これにより、面取り部１４により広がった空間を含む隙間７２が充填され、突合せ面継手の溶接部６が形成される。

【0035】

［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態について説明する。なお、第３の実施の形態は、上述した第１の実施の形態と共通する構成を備えることから、共通する構成については同じ符号を図面に付すが、明細書ではその説明を省略することがある。
図８は、第３の実施の形態における溶接方法を説明する図であり、第１の実施の形態を説明する図１に対応する。
図８に示す第３の実施の形態は、第１部材１と第２部材２とを突合せ継手で溶接する溶接方法を示すものであり、また、照射ヘッド４は、高エネルギービーム４１を照射する点で、第１の実施の形態の場合（図１参照）と同じである。

【0036】

ここで、第１部材１の板厚ｔ１は、第２部材２の板厚ｔ２よりも厚い点で（ｔ１＞ｔ２）、第１の実施の形態（図１参照）とは異なり、第２の実施の形態の場合（図５参照）とも異なる。
その一方で、第１部材１の面１２は、第２部材２の面２２よりも照射ヘッド４に近い点で、第１の実施の形態の場合（図１参照）とは異なり、第２の実施の形態の場合（図５参照）と同じである。

【0037】

第３の実施の形態では、照射ヘッド４の高エネルギービーム４１は、照射ヘッド４から遠い面である第２部材２の面２２ではなく、照射ヘッド４に近い面である第１部材１の面１２に焦点を合わせている。また、第３の実施の形態では、高エネルギービーム４１の焦点位置は、照射ヘッド４から遠い面の側である第２部材２の面２２の方向ではなく、照射ヘッド４に近い面の側である第１部材１の面１２の方向にずれている。かかる点で、第１の実施の形態の場合（図１参照）とは異なり、第２の実施の形態の場合（図５参照）と同じである。
なお、第３の実施の形態について応用例の図示及び説明を省略するが、第１の実施の形態及び第２の実施の形態についての応用例（図３、図６参照）と同様の構成を採用することが可能である。

【0038】

［変形例］
図９は、高エネルギービーム４１、５１を説明する図であり、（ａ）は第１の実施の形態及び第２の実施の形態における高エネルギービーム４１、５１を示す平面図、（ｂ）は、第１変形例における高エネルギービーム４１、５１Ａ、５１Ｂを示す平面図である。
図９（ａ）に示すように、高エネルギービーム４１の周囲を連続して囲むように円周状に延びる１つの高エネルギービーム５１が配設されている。上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態の応用例（図３（ａ）、図６（ａ））と同じである。

【0039】

図９（ｂ）に示す第１変形例では、同図（ａ）の場合とは異なり、高エネルギービーム４１の周囲を２つの高エネルギービーム５１Ａ、５１Ｂで囲んでいる。言い換えると、第１変形例は、外径を違えた２つの高エネルギービーム５１Ａ、５１Ｂを、高エネルギービーム４１を中心として配設したものである。高エネルギービーム５１Ａは大径であり、高エネルギービーム５１Ｂは小径である。すなわち、高エネルギービーム５１Ｂは、高エネルギービーム４１と高エネルギービーム５１Ａとの間に位置する。
なお、高エネルギービーム５１Ａ、５１Ｂからそれぞれ照射される高エネルギービームの幅を同じものとしてもよく、また、幅が異なるものとしてもよい。また、第１変形例は、上述した第１の実施の形態、第２の実施の形態及び第３の実施の形態のいずれについても適用可能である。

【0040】

図１０は、第２変形例における溶接方法を説明する図であり、（ａ）は、照射ヘッド４側から第１部材１及び第２部材２を見た場合の図であり、（ｂ）は、（ａ）の線Xb－Xbによる断面図である。
図１０に示す第２変形例は、高エネルギービーム４１が、突き合わせ面３に対して、照射ヘッド４に近い面の側である第２部材２の面２２の方向に所定量７１ずらして配設されている。かかる点は、上述した第１の実施の形態と共通する。

【0041】

その一方で、第２変形例では、高エネルギービーム４１のほかに、高エネルギービーム５１Ｃと高エネルギービーム５１Ｄとが配設されている。高エネルギービーム４１を間に挟むように、高エネルギービーム５１Ｃ及び高エネルギービーム５１Ｄが位置する。言い換えると、高エネルギービーム５１Ｃと高エネルギービーム５１Ｄとの間に高エネルギービーム４１が位置する。

【0042】

高エネルギービーム５１Ｃは、第１部材１の面１２に照射し、高エネルギービーム５１Ｄは、第２部材２の面２２に照射する。
さらに説明すると、高エネルギービーム５１Ｃ、５１Ｄは、上述した応用例（図３（ｂ）、図６（ｂ）参照）に示す補助ビーム５１とは異なり、ドーナツ形状ではなく、中心部も含まれる円形状である。

【0043】

また、高エネルギービーム５１Ｃと高エネルギービーム５１Ｄの照射領域は、外径が互いに異なり、高エネルギービーム５１Ｃの照射領域よりも高エネルギービーム５１Ｄの照射領域の方が大きい外径であり、広い。このため、段差部７３を有する第２部材２には、より多くの高エネルギーが入力され、第２部材２の溶融量が増える。
このように、第２変形例によれば、厚い方の第２部材に照射するエネルギーを高出力又は広範囲にすることができる。

【0044】

なお、上述した第１の実施の形態等では、高エネルギービーム４１及び高エネルギービーム５１、５１Ｃ～５１Ｄが面１２、２２に対して垂直方向に照射する例を示すが、これに限られない。すなわち、照射角度が垂直である溶接方法のほか、照射角度が斜めであるようにしてもよい。

【0045】

図１１は、溶接条件を説明する図であり、（ａ）は、照射ヘッド４から第１部材１及び第２部材２を見た場合の図であり、（ｂ）は（ａ）の線XIb－XIbによる断面図であり、（ｃ）はキーホール溶接により形成された溶接部６を示す。なお、図１１（ａ）は、例えば図５に対応し、（ｂ）は図６（ｂ）に対応し、（ｃ）は図７に対応する。

【0046】

図１１（ｂ）に示すように、第１部材１と第２部材２のうち薄い方の第１部材１が板厚ｔ、その面取り部１４が面取り長ｃ、主ビーム４１が補正量ｐの位置であるとする。また、主ビーム４１がビーム出力ｗであるとする。
また、同図（ａ）に示すように、溶接する際に主ビーム４１が溶接方向Ｂに速度ｓで移動するものとする。
そして、同図（ｃ）に示す溶け込み深さＹは、以下の数式で算出できる。

【0047】

【数1】

【0048】

また、図１１（ｂ）に示すように、主ビーム４１の集光径がＤであるとすると、第１部材１及び第２部材２の溶融された溶融体により隙間７２が充填される場合の隙間７２の許容値である隙間裕度範囲ＧＡＰは、以下の式で算出できる。
なお、隙間７２が隙間裕度範囲ＧＡＰよりも大きい場合には、充填された溶接部６（例えば図４参照）は形成され難くなる。

【0049】

【数2】

【0050】

［適用例］
図１２は、圧力容器１００に本実施の形態を適用する場合の適用例を説明する図であり、（ａ）及び（ｂ）は、圧力容器１００の隔壁の厚さが異なる各例を示す。なお、圧力容器１００は胴体パイプ及び天板を含む構成であり、説明の便宜のために以下、天板を第１部材１、胴体パイプを第２部材２という。
図１２（ａ）に示す圧力容器１００は、第２部材２の外径が第１部材１より大きく、第２部材２が段差部７３を有する。このため、上述した第１の実施の形態（例えば図１参照）による溶接方法を適用する。すなわち、高エネルギービーム４１の焦点位置を第２部材２の側にずらしている。これにより、圧力容器１００をキーホール溶接することができる。

【0051】

図１２（ｂ）に示す圧力容器１００は、第２部材２の外径が第１部材１より小さく、第１部材１が段差部７３を有する。このため、上述した第２の実施の形態（例えば図５参照）による溶接方法を適用する。すなわち、高エネルギービーム４１の焦点位置を第１部材１の側にずらしている。これにより、圧力容器１００をキーホール溶接することができる。

【0052】

以上、実施の形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

【符号の説明】

【0053】

１…第１部材、１１、２１…端面、１２、２２…面、２…第２部材、３…突き合わせ面、…、４、５…照射ヘッド、４１、５１…高エネルギービーム、６…溶接部、７０…集光径、７３…段差部、…、７１…所定量、１００…圧力容器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】