(57)【要約】 【課題】  本発明は、異形棒鋼等の棒状の被溶接材をその端部で突合せガスメタルアーク溶接する場合に使用される新規の裏当材を提供するものである。【解決手段】  矩形板状のセラミックス部材であり、棒状被溶接材との当接面は凹凸のない平坦面であり、この面の側の矩形幅方向両端部に所定幅以上の非セラミックス繋止用粘着テープが添着され、前記当接面と反対側の裏面には矩形長手方向に直交する方向に所定角度以下の楔形溝が所定間隔以下に形成されていることを特徴とする棒状部材のガスシールドアークエンクローズ溶接用裏当材【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形板状のセラミックス部材であり、棒状被溶接材との当接面は凹凸のない平坦面であり、この面の側の矩形幅方向両端部に所定幅以上の非セラミックス繋止用粘着テープが添着され、前記当接面と反対側の裏面には矩形長手方向に直交する方向に所定角度以下の楔形溝が所定間隔以下に形成されていることを特徴とする棒状部材のガスシールドアークエンクローズ溶接用裏当材。
【請求項２】
一側面を裏当材としての平坦な使用面(1ａ)とし、他側面には楔形溝(1ｂ)を一定の間隔(P)を隔てて並行に複数設けることによって所要数の裏当材単位コマ(1ｃ)を形成して成る矩形板状のセラミックス部材(１)に対して、前記使用面(1ａ)の両側縁部分に繋止用粘着テープ(２)を貼着し、また、当該当該セラミックス部材(１)はその楔形溝(1ｂ)部分に力を加えることにより簡単に折曲させることができるように構成して成るガスシールドアークエンクローズ溶接用裏当材。
【請求項３】
矩形板状セラミックス部材の長さはその幅の５倍以下としかつ厚さは３mm以上であり、繋止用粘着テープの幅は３mm以上でありかつ厚さは0.1mm以上であり、その反対側に形成される楔状溝はその対向角度が30度以上でありかつ深さは上記セラミックス部材厚さの1/3以上でありかつ楔形溝間の間隔は3mm以上7mm未満とすることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載のガスシールドアークエンクローズ溶接用裏当材。
【請求項４】
複数枚の矩形板状セラミックス部材を繋止用粘着テープにより繋止することにより、全体として延長するように構成した請求項１乃至請求項３の何れかに記載のガスシールドアークエンクローズ溶接用裏当材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異形棒鋼等の棒状の被溶接材をその端部で突合せガスメタルアーク溶接する場合に使用される裏当材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガスシールドエンクローズ溶接に使用される裏当材に関する先行技術としては、可撓性を有し帯板状を呈するセラミックス繊維（不織布）で形成するようにしたもの（例えば特許文献１または特許文献２参照）、または、可撓性を有する導電部材と、耐火性可撓性部材とで形成したもの（例えば特許文献３参照）がある。  そして、これの改良技術として、棒状の固形棒状のセラミックス片を鋼帯・鋼線またはセラミックス繊維等で係止することを特徴とするもの（例えば特許文献４参照）がある。
【０００３】
【特許文献１】特公平4-20706号公報
【特許文献２】特公平4-20707号公報
【特許文献３】特許第2511138号公報
【特許文献４】特許第3378136号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１乃至特許文献４は何れも本件発明者による発明であり、ガスシールドエンクローズ溶接用裏当材およびその溶接方法として広く実用化されてきたものである。  しかしながらこれらの裏当金は、溶接金属に対する接触性の点に於いて充分とは言えず、また、性能アップを企図して先進的改良技術を施した特許文献４に記載の裏当材においても、金属帯・金属線およびセラミックス繊維等を繋止材として裏当材の溶接面に使用するために、形成される裏ビード表面があばた状を呈しやすくまた裏当材が溶接金属と焼き付き溶接後の裏当材の剥離性が劣るという使用性能上の不具合が生じた。
【０００５】
更に、構成材としてセラミックス繊維・鋼帯・鋼線をセラミックス棒片に焼着させることは繋止材コストがかかることに加え、その加工および焼着工程が必要となるため裏当材としての製造工程が複雑となり、結果として裏当材費用が依然として比較的高くなってしまうという問題がある。また、鋼帯・鋼線は焼着後に錆び易く、製造後の保管・管理が煩雑になるという欠点が生じた。
【０００６】
本発明は、このような問題点の認識にもとづきなされたものであり、任意の形状の棒状被溶接材に対して適用することが可能であり、すぐれた裏当材としての使用性能を有すると共に、製造コストを著しく低減させた新規のガスシールドアークエンクローズ溶接用裏当材の提供を図ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は請求項１に記載のように、矩形板状のセラミックス部材であり、棒状被溶接材との当接面は凹凸のない平坦面であり、この面の側の矩形幅方向両端部に所定幅以上の非セラミックス繋止用粘着テープが添着され、前記当接面と反対側の裏面には矩形長手方向に直交する方向に所定角度以下の楔形溝が所定間隔以下に形成されていることを特徴とする棒状部材のガスシールドアークエンクローズ溶接用裏当材に係る。
【０００８】
本発明は請求項２に記載のように、一側面を裏当材としての平坦な使用面1ａとし、他側面には楔形溝1ｂを一定の間隔Pを隔てて並行に複数設けることによって所要数の裏当材単位コマ1ｃを形成して成る矩形板状のセラミックス部材１に対して、その前記使用面1ａの両側縁部分に繋止用粘着テープ２を貼着し、また、当該セラミックス部材１はその楔形溝1ｂ部分に力を加えることにより簡単に折曲させることができるように構成して成るガスシールドアークエンクローズ溶接用裏当材に係る。
【０００９】
本発明は請求項３に記載のように、矩形板状セラミックス部材の長さはその幅の5倍以下としかつ厚さは3mm以上であり、繋止用粘着テープの幅は3mm以上でありかつ厚さは0.1mm以上であり、その反対側に形成される楔状溝はその対向角度が30度以上でありかつ深さは上記セラミックス部材厚さの1/3以上でありかつ楔形溝間の間隔は3mm以上7mm未満とすることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載のガスシールドアークエンクローズ溶接用裏当材を実施の態様とする。
【００１０】
本発明は請求項４に記載のように、複数枚の矩形板状セラミックス部材を繋止用粘着テープにより繋止することにより、全体として延長するように構成した請求項１乃至請求項３の何れかに記載のガスシールドアークエンクローズ溶接用裏当材を実施の態様とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は請求項１に記載のような構成、すなわち、矩形板状のセラミックス部材であり、棒状被溶接材との当接面は凹凸のない平坦面であり、この面の側の矩形幅方向両端部に所定幅以上の非セラミックス繋止用粘着テープが添着され、前記当接面と反対側の裏面には矩形長手方向に直交する方向に所定角度以下の楔形溝が所定間隔以下に形成されているように構成したから、１種類の形状パターンの矩形板状セラミックス部材をベースに可撓性を具備した簾状裏当材を簡単に形成することができる。
すなわち１種類の裏当材により多様な形状寸法の棒状被溶接材のエンクローズ溶接に対応することができるので、裏当材の製造コストをおおきく低減することができる。また、その形状寸法を最適化することによって、被溶接材の形状寸法変化にも対応することができ、常に優れた外観の裏ビードを形成させることができる。
【００１２】
そして、得られる簾状セラミックス裏当材は、可撓性があるので円形状断面・Ｕ字形状断面あるいは多角形状断面等の凸形状の棒状被溶接材への適用が可能であり、溶接作業者は被溶接材の形状寸法に応じてほぼ任意の長さに切断し、あるいは組み合わせて使用することができる。
換言すると、１種類の形状パターンによって異なる多数の形状寸法への対応が可能である。  そして、このような簾状セラミックス化により裏当材の形状が１パターンに集約されるので、製造金型は1種類で済み、従って、製造コストを大幅に削減することができる。
【００１３】
本発明は請求項２に記載のように、一側面を裏当材としての平坦な使用面1ａとし、他側面には楔形溝1ｂを一定の間隔Pを隔てて並行に複数設けることによって所要数の裏当材単位コマ1ｃを形成して成る矩形板状のセラミックス部材１に対して、その前記使用面1ａの両側縁部分に繋止用粘着テープ２を貼着し、また、当該セラミックス部材１はその楔形溝1ｂ部分に力を加えることにより簡単に折曲させることができるように構成することにより、請求項１のものと同様な作用効果を奏することが出来る。  
【００１４】
本発明は請求項３に記載のように、矩形板状セラミックス部材の長さはその幅の5倍以下としかつ厚さは3mm以上であり、繋止用粘着テープの幅は3mm以上でありかつ厚さは0.1mm以上であり、その反対側に形成される楔状溝はその対向角度が30度以上でありかつ深さは上記セラミックス部材厚さの1/3以上でありかつ楔形溝間の間隔は3mm以上7mm未満とすることにより、被溶接材表面に対する適用性が優れたものとされる。
すなわち、楔形溝の間隔は可及的に狭ければ狭いだけ被溶接材表面への適応性に優れたものとされるが、小さすぎた場合は形成歩留まりが低下すると共に、裏当材使用時の曲折の手間が掛かってしまうこととなる。  従って、矩形板状セラミックス部材の形態を上記のような寸法の範囲内とすることが実使用上最適とされる。
【００１５】
本発明は請求項４に記載のように、矩形板状セラミックス部材として、複数個前記繋止用粘着テープにより繋止して全体として延長するように構成することにより、裏当材の全体長さを必要に応じて任意の長さに設定することが極めて容易に達成され、そのために製造金型を別途用意する必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１乃至図４は本発明に係る裏当金の一実施例を表したものである。  同図において、１は矩形板状セラミックス部材であって、図示の状態においてその上面側は裏当材としての使用面1a（図３参照）とするための凹凸のない平坦面とし、また、図示の状態に於いてその下面側には楔形溝1ｂを一定の間隔P（図４参照）で並行に複数設けられており、この楔形溝1ｂはこの部分に力を加えることにより簡単に折曲させることができ（薄くなっているため）、簾状の可撓性を具備した所要目的の裏当材が形成されるように構成してある。  
【００１７】
すなわち、当該矩形板状セラミックス部材１は当該楔形溝1ｂの形成に基づき、後述するような被溶接材に対する接触面たる使用面1ａに比べてその対向面側が幅狭とする略台形状を呈するような外観を具えた裏当材単位コマ1ｃが所要数連続的に形成されように構成してある。
【００１８】
２は繋止用粘着テープであって、矩形板状セラミックス部材１における裏当材としての使用面1ａ（図３参照）の両側縁部に貼着することにより、当該矩形板状セラミックス部材１を所要の楔形溝1ｂ部分で折曲げて分割した状態にあっても、当該繋止用粘着テープ２の存在に基づき、これが分離してしまうことが防止されるように構成してある。
【００１９】
図２において、Ｗ0は裏当材幅、Ｗｔは繋止用粘着テープの幅、Ｗａは楔形溝幅、Ｌ0は裏当材全長を示す。
【００２０】
なお、図示の実施例にあっては、上述したような構成を具えた矩形板状セラミックス部材１を二枚、当該繋止用粘着テープ２により一体に連結形成するように構成したものを示してあるが、基本的には当該矩形板状セラミックス部材１は１枚のものである。  そして、当該繋止用粘着テープ２は、上記したような各裏当金単体Ａの手分離防止を図る目的と同時に、複数枚の矩形板状セラミックス部材１に対する一括的繋止を図る手段としての役割を担っている。
【００２１】
そして、上記した繋止用粘着テープは簡単に切断することが出来るものであり、これを切断することにより、矩形板状セラミックス部材１を被溶接材に応じて適宜必要長に切断して使用することが出来るように構成してある。
【００２２】
図４は本発明の要部を拡大して示したものであり、同図において、θは楔形溝角度、Ｄａは楔形溝深さ、Ｔ0は裏当材厚さを示すものである。
【００２３】
ところで、このような構成を具えた矩形板状セラミックス部材１は、ガスシールドアーク溶接における裏ビード形成性や剥離性等を考慮し、SiO2・Ａｌ2O3・MgO・CaOその他の成分を適宜調整し焼成したものを使用する。
【００２４】
図５は比較的小径の被溶接材Ｍへの本件発明の適用例を示すものである。  裏当材単位コマ毎に（裏当材単体1ｃ毎に）曲折することにより、国内で製造される全ての異形棒鋼への適用が可能とされる。
【００２５】
図７は比較的大きい径の被溶接材Ｎへの本件発明の適用例であり、この場合は、裏当材単位コマを二個毎に曲折するようにして適用させるわけである。  換言すれば、本発明は、被溶接材の外面形状に応じて矩形板状セラミックス部材１を適当な位置で曲折して使用することにより、楕円形、Ｕ字形、レール頭首部、その他多角形など各種形状の被溶接材に対する適用が可能とされる。
【００２６】
図６は、被溶接材と裏当材単位コマ（楔形溝で曲折されたセラミックス小片たる裏当材単体1ｃ）の当接状態における幾何学的関係を示すものである。  裏当材単位コマと被溶接材との間に形成される隙間はできるだけ小さいことがのぞましい。また、隣り合う裏当材単位コマのなす対向角度は130度以上であることが裏ビードの平滑性から要求される。  本件発明と従来技術（特許文献４として提示した特許第3378136号）との比較、すなわちこれら諸量の比較は図８乃至図11として示す表１・表２および表３に示す通りである。
【００２７】
図５乃至図７において、Ｄ0は被溶接材Ｍ，Ｎの外形、ａは裏当材単位コマ1ｃが被溶接材と接して成す折曲角度、Ｏは被溶接材料の中心点、Ａ，Ｂは被溶接材と裏当材単位コマ1ｃとの接点、Ｃは裏当材単位コマ間の曲折点、Ｓｒは被溶接材と裏当材単位コマ1ｃにより形成される隙間面積（＝四角形ＯＡＣＢ−扇型ＯＡＢ：図７参照）、Ｇは被溶接材と裏当材単位コマ1ｃにより形成される隙間距離（＝三角形ＯＡＣの斜辺ＯＣ−被溶接材半径）を示す。
【００２８】
本発明においては、矩形板状のセラミックス部材の一面に繋止用粘着テープを添着しその反対側の裏面に矩形長手方向に直交する方向に楔形溝を一定間隔で並行して形成されているので、指によりあるいはペンチ・ニッパーなどの溶接用作業工具等によって外力を加えることにより、楔形溝の底部からクラックを発生させ棒状のセラミックス片（裏当材単体1ｃ）が繋止用粘着テープにより長手方向に曲折可能に保持された状態、すなわち簾状のセラミックス裏当材を形成させるのである。  そして、当該粘着テープの可撓性によりセラミックス面方向とセラミックス面をねじる方向への可撓性を備えた簾状裏当材を得ることができる。
【００２９】
また、本発明は複数個の矩形板状セラミックス部材を繋止用粘着テープにより連続して繋止することにより所望の長さの簾状セラミックス裏当材を形成することもできる。  この矩形板状のセラミックスの製造歩留まりはその長さに関係し、長いほど歩留まりが悪く（成形・焼成などの製造工程での破損率が大きい）例えば矩形の幅と長さの比が１対８の場合は、最終歩留まりは40％程度であるのに対し、前記比を５以下にとすることによって製造歩留まりは90％以上に向上する。したがって、矩形板状セラミックス部材１の単位長さは矩形幅と長さの比で５以下とする。  これらを複数個組合せ繋止して延長することにより所望の全体長さの裏当材を構成し、可及的に製造コストを低減することができる。
【００３０】
このように、固形の矩形板状セラミックス１として一次的に製造された裏当材に、その使用前に外力を加えることにより二次的に全体として可撓性を具備した簾状セラミックス裏当材が得られる。  簾状セラミックス裏当材を形成する方法としては、台形棒状のセラミックス小片を所定数長手方向に並行に整列させてから繋止用粘着テープ２でその幅方向の両端で繋止する方法もあるが、セラミックス小片の形成時に変形し易く歩留まりが悪いことや、その後の整列工程および繋止工程が非常に煩雑であることから製造コスト面で前記方法に比較してはるかに劣るのである。
【００３１】
このようにして得られる簾状セラミックス裏当材は、可撓性を有するため円形状断面・Ｕ字形状断面あるいは多角形状断面等の凸形状の棒状被溶接材への適用が可能であり、溶接作業者は被溶接材の形状寸法に応じてほぼ任意の長さに切断し、あるいは組み合わせて使用することができる。
【００３２】
すなわち1種類の形状パターンによって異なる多数の形状寸法への対応が可能である。  このような簾状セラミックス化により裏当材の形状が１パターンに集約されるので、その製造金型は1種類で済み、製造コストを大幅に削減することができるのである。
【００３３】
簾状セラミックス裏当材を形成させる手段としての楔形溝の間隔は可及的に狭ければ狭いだけ被溶接材表面への適応性に優れる訳であるが、小さすぎれば形成歩留まりが低下するとともに、裏当材使用時の曲折の手間がかかるのでおのずから限度（3mm以上とする）がある。  異形棒鋼などでの最小適用径10mm以上への対応と使用時の裏当材ロスが発生しない点を考慮すると、その最小間隔は5mmが適当である。これにより隣り合うセラミックス小片同士の対向角度αは130度以上の鈍角が保たれるので、角の少ない良好な裏ビードが形成できる。
【００３４】
楔形溝の間隔が７mm以上では、前記角度αから最小適用径が13mm以上に適用が制限されることに加え、使用時に発生する裏当材のロスが多いという問題がある（図８参照）。  最小間隔をこのように設定することによって可撓性が倍増し、被溶接材と裏当材との当接時に生じる隙間距離Ｇや隙間面積Srがほとんど半減（図９及び図１０参照）して密着性が良好となるので、従来技術で必要としたセラミックス不織布等の前記隙間を埋める作用としての高価な中間緩衝材のようなものの添着は一切不要となる。
【００３５】
また、繋止用粘着テープ２は、曲折後にセラミックス小片（裏当材単体1ｃ）がばらばらになるのを防止する粘着力と強度を有すると同時に、曲折位置で屈曲自在であればよく可及的に安価であることが望ましく、所定幅（3mm以上）と厚さ（0.1mm程度以上）の紙系粘着テープなどでもよい。
【００３６】
さらに、繋止用粘着テープ２は、溶接への影響を考慮し裏当材の幅方向両端部にのみ添着し、セラミックスの中央露出部を溶接使用面とするのである。なお、裏当材の溶接使用面は凹凸のない平坦面でなければならない。  この面に凹凸が形成されていると、曲折時に隣り合うセラミックス小片（裏当材単体1ｃ）の間に開口部を形成するとともに被溶接材との隙間を増大させ、被溶接材との密着性を阻害して、溶融金属の流出事故を招きやすいからである。
【００３７】
矩形板状セラミックス部材１の幅は、エンクローズ溶接継手施工における開先間隔の最大幅(20mm程度）を考慮し、その１．５倍程度とすればよい。  その厚さは、溶接アークにより裏当材が溶融しスラグ化して溶融池を形成させる最大深さから３mm以上とする。
【００３８】
図８は異形棒鋼ガスシールドアークエンクローズ溶接用裏当材の最適寸法分析した表を示し、表Ａは本件発明を、表Ｂは従来技術を表示したものであり、これにより下記のことが確認された。
すなわち、裏当材単体1ｃ（駒またはコマ）の長さを５mmとすることにより、全ての溶接対象棒鋼に対し裏当材コマ間角度を130度以上確保できること。  また、使用時に発生する転用不能のコマロスがないこと、及び、二駒折曲の場合130度以上のコマ間角度となる棒鋼径が知られること。  これらのことが確認された。
【００３９】
図９及び図10は異形棒鋼と裏当材との間に形成される隙間面積の表を示し、表Ａは本件発明のコマ寸法Ｐ＝５ｍｍの場合を、表Ｂは本件発明のコマ寸法２Ｐ＝１０ｍｍの場合を、また図10における表Ｃは従来技術のコマ寸法Ｐ＝７ｍｍの場合を、表Ｄは従来技術のコマ寸法２Ｐ＝１４ｍｍの場合を表したものである。  これにより、下記のことが確認された。
すなわち、全ての溶接対象異形棒鋼において、隙間面積が従来技術に比較して半減以下となることが確認された。
【００４０】
図11は異形棒鋼と裏当材との間に形成される隙間距離を示す表であって、これにより下記のこととが確認された。
すなわち、全ての溶接対象異形棒鋼において、隙間距離もまた従来技術に比較して半減以下となることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例に係る裏当材の正面図である。
【図２】同上平面図である。
【図３】同上側面図である。
【図４】図１に鎖線で示した円弧部分の拡大図である。
【図５】比較的小径の被溶接材に対する本件発明の適用例を示す説明用略図である。
【図６】図５に示す実施例にあって、被溶接材に対し裏当材単位コマを当接させた状態における幾何学的関係をしめす模式図である。
【図７】比較的大きい外形の被溶接材に対する本件発明の適用例を示す説明用略図である。
【図８】異形棒鋼ガスシールドアークエンクローズ溶接用裏当材の最適寸法分析した表（表１）であって、表Ａと表Ｂとからなり、表Ａは本件発明を、表Ｂは従来技術を表示したものである。
【図９】異形棒鋼と裏当材との間に形成される隙間面積を示す表（表２）であって、表Ａ及び表Ｂからなり、表Ａは本件発明のコマ寸法Ｐ＝５ｍｍの場合を、表Ｂは本件発明のコマ寸法２Ｐ＝１０ｍｍの場合を表したものである。
【図１０】異形棒鋼と裏当材との間に形成される隙間面積を示す表であって、表Ｃ及び表Ｄからなり、表Ｃは従来技術のコマ寸法Ｐ＝７ｍｍの場合を、表Ｄは従来技術のコマ寸法２Ｐ＝１４ｍｍの場合を表したものである。
【図１１】異形棒鋼と裏当材との間に形成される隙間距離を示す表（表３）を表したものである。
【符号の説明】
【００４２】
１    矩形板状セラミックス部材
1a    裏当材としての使用面
1ｂ   楔形溝
1ｃ   裏当材単位コマ
２    繋止用粘着テープ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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