(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開先加工した母材の開先端面を別の母材に向かい合わせてその間に開先溝部を形成し、アーク溶接によって該開先溝部に溶融金属を充填して溶接を行う際に該開先溝部の底部を形成するように前記両母材に亘って配置される溶接用裏当て金であって、
前記開先溝部の長さより長尺の裏当て金本体から成り、該裏当て金本体の少なくとも一方の端部表面には、前記開先溝部の外部から該開先溝部の内部方向に延び、溶融金属の初層を前記開先溝部の外部から該開先溝部の内部方向に導くための所定長の導入溝が形成されており、該導入溝は、その外方端部から内方端部に向かって徐々に浅くなり、前記内方端部において、溶接用裏当て金の通常表面となっており、この導入溝によって、該裏当て金本体の少なくとも開先溝部外部のエンドタブの底面が接触する部分においては溶融金属の初層が裏当て金本体の表面より突出しないようにしたことを特徴とする溶接用裏当て金。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接用裏当て金において、前記導入溝は、前記裏当て金本体の一方の長手方向の側辺縁に沿って延び、該一方の長手方向の側辺縁側が開放した凹部として形成され、この導入溝の形成には前記両母材の一方が寄与することを特徴とする溶接用裏当て金。
【請求項３】
請求項１に記載の溶接用裏当て金において、前記裏当て金本体の少なくとも一方の端部表面には、前記導入溝の外方端部と連通し、溶融金属の初層のスタート部として作用する溶融金属溜まりが形成されていることを特徴とする溶接用裏当て金。
【請求項４】
請求項３に記載の溶接用裏当て金において、前記溶融金属溜まりが、円形状凹部、半円形状凹部、楕円形状凹部、半楕円形状凹部または多角形状凹部として形成されていることを特徴とする溶接用裏当て金。
【請求項５】
請求項３に記載の溶接用裏当て金において、前記溶融金属溜まりが、直線状溝、ジグザグ状溝または曲線状溝として形成されていることを特徴とする溶接用裏当て金。
【請求項６】
請求項２に記載の溶接用裏当て金において、前記溶融金属溜まりが前記裏当て金本体の少なくとも一方の端部からその一方の長手方向の側辺縁に沿って延び、該溶融金属溜まりの形成には前記別の母材が部分的に寄与することを特徴とする溶接用裏当て金。
【請求項７】
請求項３から６までのいずれか１項に記載の溶接用裏当て金において、前記溶融金属溜まりの容量が、アーク始動時からアーク安定期に至るまでに発生する溶融金属を受けるのに十分な容積であることを特徴とする溶接用裏当て金。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の溶接用裏当て金において、前記裏当て金本体の両端部の裏側には該両端部を切除するためにその横断方向に沿って切欠き部が形成されることを特徴とする溶接用裏当て金。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の溶接用裏当て金を用いたことを特徴とするアーク溶接方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のアーク溶接方法において、
開先加工した母材の開先端面を別の母材に向かい合わせてその間に開先溝部を形成し、該開先溝部の底部を形成すべく前記両母材に前記溶接用裏当て金を適用する段階と、
前記開先溝部の他方の端部を塞ぐべく前記溶接用裏当て金の該当端部側にエンドタブを設置する段階と、
前記導入溝内でアークを用いて溶接ワイヤを溶融して溶融金属を発生させ、該溶融金属のスタート部を形成する段階と、
前記溶融金属の層を前記導入溝内から逸脱させることなく前記開先溝部の一方の端部側に向かって、そして前記開先溝部の他方の端部側に移行させて該開先溝部に溶融金属の初層を形成する段階と
を備えたアーク溶接方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のアーク溶接方法において、
更に、前記溶融金属の初層の形成中若しくはその形成後に前記開先溝部の一方の端部を塞ぐべく前記溶接用裏当て金の該当端部側にエンドタブを設置する段階と、
前記溶融金属の初層上に順次溶融金属層を積層する段階とを備えたアーク溶接方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１項に記載のアーク溶接方法において、前記アークの移行が前記溶接用裏当て金の幅方向に振動させられてアークの移行がジグザグ状に行われることを特徴とするアーク溶接方法。
【請求項１３】
請求項１０から１２までのいずれか１項に記載のアーク溶接方法において、アーク溶接の開始時において、発生する溶融金属を前記溶接用裏当て金の溶融金属溜まりに溜めるようにして、アークが安定するまでそこに待機するようにし、アークが安定してから導入溝での、溶融金属溜まりの溶融金属に続いた溶融金属初層を形成するようにしたことを特徴とするアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接用裏当て金及びそれを用いるアーク溶接方法に関し、さらに詳細には、ＭＡＧ(Metal Active Gas)溶接等のアーク溶接によって母材をその他の母材に溶接する際に用いられる溶接用裏当て金に関し、またその溶接用裏当て金を使用するアーク溶接方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
建築鉄骨の組立において、自動アーク溶接機によって２つの母材例えば梁フランジを互いに溶接する場合、一方の梁フランジの端部は開先加工により傾斜端面即ち開先端面として形成され、他方の梁フランジの端面は垂直端面として成形される。これら双方の梁フランジは、一方の梁フランジの開先端面を他方の梁フランジの垂直端面に向かい合わせてその間に略Ｖ字形横断面の開先溝部を形成するように配置され、双方の梁フランジの端部底面間にはそこを跨るように溶接用裏当て金が適用されて該開先溝部の底部とされる。溶接用裏当て金は双方の開先溝部の長さより長く、このための溶接用裏当て金の両端部は双方の梁フランジの端部の側面から突出させられ、この突出させられた両端部上には開先溝部の端部を塞ぐようにエンドタブが配置される。
【０００３】
次に、自動アーク溶接機が作動させられ、これにより溶接ワイヤ用の送給ヘッドが開先溝部の一方の端部即ち第１の端部側に移動させられて所定高さに位置決めされる。次いで、送給ヘッドから溶接ワイヤが送給され、その先端が開先溝部の第１の端部側の底部に接触させられると、母材側と溶接ワイヤとの間には所定電圧が印加されているので、その間に過剰な短絡電流が流される。溶接ワイヤに短絡電流が流されると、その先端が加熱のために溶けてその間にアークが発生されられ、これにより溶接作業が開始されることになる。即ち、溶接ワイヤは送給ヘッドから所定の送り量で送給されつつ送給ヘッドは開先溝部の他方の端部側即ち第２の端部側に向かって移動させられ、これにより開先溝部の底部に溶融金属の初層即ち第１の溶融金属層が形成される。送給ヘッドが開先溝部の第２の端部側に到達すると、送給ヘッドは所定量だけ上昇させられ、次いで送給ヘッドの移動が反転させられる。即ち、送給ヘッドは開先溝部の第２の端部側からその第１の端部側に向かって移動させられ、これにより第１の溶融金属層上に第２の溶融金属層が形成される。このような溶接作業を繰り返すことにより、開先溝部内に溶融金属層が順次積層され、これにより該開先溝部内は溶融金属で充填されて溶接ビードが形成される。
【０００４】
なお、上述の例では、開先溝部の第１及び第２の端部間でアークを往復させつつ溶融金属層を順次積層しているが、第１の溶融金属層が形成された後にアークの発生を一旦停止させ、送給ヘッドを開先溝部の第２の端部側からその第１の端部側に戻し、そこで再びアークを発生させて開先溝部の第２の端部側に向かって溶接作業を再開して第１の溶融金属層上に第２の溶融金属層を形成してもよい。
【０００５】
上述したように溶融金属層が略Ｖ字形横断面となった開先溝部内で順次積層させられると、溶融金属層は上層になればなる程、溶融金属層の幅は増大することになる。従って、各溶融金属層の形成時にその厚さを均一にするために、送給ヘッドが開先溝部の第１及び第２の端部側間を移動させられるとき、送給ヘッドを開先溝部の幅方向に振動させることによりアークが開先溝部に沿ってジグザグ状に移行させられ、しかもそのようなアークのジグザク移行の振幅については溶融金属層が上層になるに従って次第に増大させられる。
【０００６】
ところで、以上で述べた従来のアーク溶接方法においては、溶接開始部（上述した従来例では、開先溝部の第１の端部側底部）に溶接欠陥が発生し易いことが問題となる。このような溶接欠陥の主要なものとしては、溶接開始個所、特にエンドタブに隣接した開先溝部の底部領域に発生する隙間が挙げられ、それは溶接開始時にアーク発生が不安定であることに起因し、また溶接開始時には母材やエンドタブの温度が低過ぎて該母材やエンドタブに対する溶融金属の溶込みが悪いということにも起因する。
【０００７】
特許文献１には、溶接開始時のアーク発生を安定化させるために、アーク溶接開始直後の電流電圧のバランスを適宜制御することにより溶接欠陥の発生を防止することが開示されているが、しかしアーク発生時の電流電圧のバランスを適正に制御することは比較的難しく面倒であることが問題となる。また、特許文献１には溶接開始時に母材等に対する溶融金属の溶込みを改善することについては何等言及されていない。
【特許文献１】特開２０００−１０２８６７
【０００８】
特許文献２には、２つの鋼管の端部に形成された開先端面を互いに接ぎ合わせるための円周多層盛アーク溶接方法であって、双方の鋼管の端部の内側面に沿って溝付き溶接用裏当て金を適用して該溝付き溶接用裏当て金の溝に良好な初期溶融溜めを形成する円周多層盛アーク溶接方法が開示されている。従って、この円周多層盛アーク溶接方法にはエンドタブが使用されることはない。要するに、特許文献２の開示技術は、上述したような溶接開始個所、特にエンドタブに隣接した開先溝部の底部領域に発生する隙間等の溶接欠陥とは無縁である。
【特許文献２】特公平０６−０１５１０４
【０００９】
特許文献３には、アーク溶接時に溶接初期電流値を定常電流値よりも高い値に設定して、溶接開始個所の温度を高めて母材に対する溶融金属の溶込みを改善することが開示されているが、しかし特許文献２には、上述したような溶接開始個所、特にエンドタブに隣接した開先溝部の底部領域に発生する隙間等の溶接欠陥の排除については何等言及していない。
【特許文献３】特開昭５７−０７９０７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の目的は、ＭＡＧ(Metal Active Gas)溶接等のアーク溶接によって母材をその他の母材に溶接する際に用いられる溶接用裏当て金であって、上述したような溶接開始個所、特にエンドタブに隣接した開先溝部の底部領域に発生する隙間等の溶接欠陥の発生を確実に排除し得るように構成された溶接用裏当て金を提供することである。
【００１１】
本発明のその他の目的は、上述したような溶接用裏当て金を使用する新規なアーク溶接方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記のような目的は、下記の（１）から（１３）の構成の本発明による溶接用裏当て金により達成される。
（１）
開先加工した母材の開先端面を別の母材に向かい合わせてその間に開先溝部を形成し、アーク溶接によって該開先溝部に溶融金属を充填して溶接を行う際に該開先溝部の底部を形成するように前記両母材に亘って配置される溶接用裏当て金であって、
前記開先溝部の長さより長尺の裏当て金本体から成り、該裏当て金本体の少なくとも一方の端部表面には、前記開先溝部の外部から該開先溝部の内部方向に延び、溶融金属の初層を前記開先溝部の外部から該開先溝部の内部方向に導くための所定長の導入溝が形成されており、該導入溝は、その外方端部から内方端部に向かって徐々に浅くなり、前記内方端部において、溶接用裏当て金の通常表面となっており、この導入溝によって、該裏当て金本体の少なくとも開先溝部外部のエンドタブの底面が接触する部分においては溶融金属の初層が裏当て金本体の表面より突出しないようにしたことを特徴とする溶接用裏当て金。
（２）
上記（１）に記載の溶接用裏当て金において、前記導入溝は、前記裏当て金本体の一方の長手方向の側辺縁に沿って延び、該一方の長手方向の側辺縁側が開放した凹部として形成され、この導入溝の形成には前記両母材の一方が寄与することを特徴とする溶接用裏当て金。
（３）
上記（１）に記載の溶接用裏当て金において、前記裏当て金本体の少なくとも一方の端部表面には、前記導入溝の外方端部と連通し、溶融金属の初層のスタート部として作用する溶融金属溜まりが形成されていることを特徴とする溶接用裏当て金。
（４）
上記（３）に記載の溶接用裏当て金において、前記溶融金属溜まりが、円形状凹部、半円形状凹部、楕円形状凹部、半楕円形状凹部または多角形状凹部として形成されていることを特徴とする溶接用裏当て金。
（５）
上記（３）に記載の溶接用裏当て金において、前記溶融金属溜まりが、直線状溝、ジグザグ状溝または曲線状溝として形成されていることを特徴とする溶接用裏当て金。
（６）
上記（２）に記載の溶接用裏当て金において、前記溶融金属溜まりが直線状溝であって、溶融金属溜まりおよび導入溝が前記裏当て金本体の少なくとも一方の端部からその一方の長手方向の側辺縁に沿って延び、該溶融金属溜まりの形成には前記別の母材が少なくとも部分的に寄与することを特徴とする溶接用裏当て金。
（７）
上記（３）から（６）までのいずれか１項に記載の溶接用裏当て金において、前記溶融金属溜まりの容量が、アーク始動時からアーク安定期に至るまでに発生する溶融金属を受けるのに十分な容積であることを特徴とする溶接用裏当て金。
（８）
上記（１）から（７）までのいずれか１項に記載の溶接用裏当て金において、前記裏当て金本体の両端部の裏側には該両端部を切除するためにその横断方向に沿って切欠き部が形成されることを特徴とする溶接用裏当て金。
（９）
上記（１）から上記（８）までのいずれか１項に記載の溶接用裏当て金を用いたことを特徴とするアーク溶接方法。
（１０）
上記（９）に記載のアーク溶接方法において、
開先加工した母材の開先端面を別の母材に向かい合わせてその間に開先溝部を形成し、該開先溝部の底部を形成すべく前記両母材に前記溶接用裏当て金を適用する段階と、
前記開先溝部の他方の端部を塞ぐべく前記溶接用裏当て金の該当端部側にエンドタブを設置する段階と、
前記導入溝内でアークを用いて溶接ワイヤを溶融して溶融金属を発生させ、該溶融金属のスタート部を形成する段階と、
前記溶融金属の層を前記導入溝内から逸脱させることなく前記開先溝部の一方の端部側に向かって、そして前記開先溝部の他方の端部側に移行させて該開先溝部に溶融金属の初層を形成する段階と
を備えたアーク溶接方法。
（１１）
上記（１０）に記載のアーク溶接方法において、
更に、前記溶融金属の初層の形成中若しくはその形成後に前記開先溝部の一方の端部を塞ぐべく前記溶接用裏当て金の該当端部側にエンドタブを設置する段階と、
前記溶融金属の初層上に順次溶融金属層を積層する段階とを備えたアーク溶接方法。
（１２）
上記（１０）又は（１１）に記載のアーク溶接方法において、前記アークの移行が前記溶接用裏当て金の幅方向に振動させられてアークの移行がジグザグ状に行われることを特徴とするアーク溶接方法。
（１３）
上記（１０）から（１２）までのいずれか１項に記載のアーク溶接方法において、アーク溶接の開始時において、発生する溶融金属を前記溶接用裏当て金の溶融金属溜まりに溜めるようにして、アークが安定するまでそこに待機するようにし、アークが安定してから導入溝での、溶融金属溜まりの溶融金属に続いた溶融金属初層を形成するようにしたことを特徴とするアーク溶接方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、上記したような溶融金属の初層を導入するための導入溝を裏当て金表面に設け、エンドタブを取り付けない状態で上記導入溝内で初層をスタートさせるので、初層のスタート部が良好に形成されるとともに、該初層のスタート部が裏当て金表面から突出しないので、初層形成後にエンドタブを配置することができる。
【００１４】
また、本発明による溶接用裏当て金を用いることにより、アーク発生初期の不安定状態では、溶融金属は溶融金属溜まり内に留められ、アークが安定してから実際の溶接が始められ、しかもその間に開先溝部の一方の端部側が予熱されるので、開先溝部内に溶接欠陥の無い溶融金属の初層を形成することが可能である。このように溶接欠陥の無い溶融金属の初層が適正に形成されれば、その後に溶融金属層を順次積層しても溶接欠陥の発生が確実に排除され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による溶接用裏当て金の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態の溶接用裏当て金を用いるアーク溶接方法の一工程を示す斜視図である。
【図３】図２に示す工程に続く工程を示す斜視図である。
【図４】図３に示す工程に続く工程を示す斜視図である。
【図５】図４に示す工程に続く工程を示す斜視図である。
【図６】図１ないし図５に示す第１の実施形態の変形例を示す斜視図である。
【図７】本発明による溶接用裏当て金の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図８】第２の実施形態の溶接用裏当て金を用いるアーク溶接方法の一工程を示す斜視図である。
【図９】図８に示す工程に続く工程を示す斜視図である。
【図１０】図９に示す工程に続く工程を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示す工程に続く工程を示す斜視図である。
【図１２】本発明による溶接用裏当て金の第３の実施形態を示す斜視図である。
【図１３】第３の実施形態の溶接用裏当て金を用いるアーク溶接方法の一工程を示す斜視図である。
【図１４】図１３に示す工程に続く工程を示す斜視図である。
【図１５】図１４に示す工程に続く工程を示す斜視図である。
【図１６】図１５に示す工程に続く工程を示す斜視図である。
【図１７】本発明による溶接用裏当て金の第４の実施形態を示す図であり、図１７Ａは溶接用裏当て金の斜視図であり、図１７Ｂは図１７Ａの溶接用裏当て金と共に２つの母材を示す平面図である。
【図１８】本発明による溶接用裏当て金の第５の実施形態を示す図であり、図１８Ａは溶接用裏当て金の斜視図であり、図１８Ｂは図１８Ａの溶接用裏当て金と共に２つの母材を示す平面図である。
【図１９】本発明による溶接用裏当て金の第６の実施形態を示す図であり、図１９Ａは溶接用裏当て金の斜視図であり、図１９Ｂは図１９Ａの溶接用裏当て金と共に２つの母材を示す平面図である。
【図２０】本発明による溶接用裏当て金の第７の実施形態を示す図であり、図２０Ａは溶接用裏当て金の斜視図であり、図２０Ｂは図２０Ａの溶接用裏当て金と共に２つの母材を示す平面図である。
【図２１】本発明による溶接用裏当て金の第８の実施形態を示す斜視図である。
【図２２】本発明による溶接用裏当て金の第９の実施形態を示す斜視図である。
【図２３】本発明による溶接用裏当て金の第１０の実施形態を示す斜視図である。
【図２４】裏当て金に設けられる導入溝の断面形状の例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１を参照すると、本発明による溶接用裏当て金の第１の実施形態が参照符号１０で全体的に示される。この溶接用裏当て金１０は２つの母材１１及び１２を互いにアーク溶接するために用いられ、母材１１及び１２のそれぞれは梁フランジとして構成される。
【００１７】
梁フランジ１１の一端部には予め開先加工が施されて傾斜端面即ち開先端面１１ａとされている。梁フランジ１１はその開先端面１１ａが梁フランジ１２の垂直端面１２ａ（図２ないし図５）と向かい合うように配置されて、その双方の端面１１ａ及び１２ａ間に略Ｖ字形横断面の開先溝部１３が形成される。
【００１８】
溶接用裏当て金１０は、アーク溶接によって開先溝部１３に溶融金属を充填して溶接を行う際に該開先溝部１３の底部を形成するように梁フランジ１１及び１２の下面に適用される。溶接用裏当て金１０は適当な金属製材料から形成された裏当て金本体１０ａから成り、この裏当て金本体１０ａは、開先溝部１３よりも長尺の板状部材として構成される。裏当て金本体１０ａの一方の端部側の表面には、前記開先溝部１３の外部から該開先溝部の内部方向に延び、溶融金属の初層を前記開先溝部の外部から該開先溝部の内部方向に導くための所定長の導入溝１０ｂが形成されており、この導入溝によって、該裏当て金本体の少なくとも開先溝部外部のエンドタブの底面が接触する部分においては溶融金属の初層が裏当て金本体の表面より突出しないようにしている。前記導入溝は、図１、２等に示されているように、その外方端部から内方端部に向かって徐々に浅くなり、前記内方端部において、溶接用裏当て金の通常表面となっている。
【００１９】
次に、図２ないし図５を参照して、図１に示す溶接用裏当て金１０を用いるアーク溶接方法について説明する。
【００２０】
先ず、図２を参照すると、梁フランジ１１及び１２が図示されない適当な作業支持枠台上に設置され、梁フランジ１１はその開先端面１１ａが梁フランジ１２の垂直端面１２ａと向かい合うように配置されて、その間に略Ｖ字形横断面の開先溝部１３が形成される。また、溶接用裏当て金１０も上述の作業支持枠台上に適宜設置されて開先溝部１３の底部を形成するように梁フランジ１１及び１２の下面に適用され、このとき溶接用裏当て金１０は導入溝１０ｂが開先溝部１３の一方の端部側即ち第１の端部側を臨むように位置決めされる。なお、溶接用裏当て金１０と梁フランジ１１及び１２とは必要に応じて図示されないクランプ手段により適宜固定される。
【００２１】
次に、図３に示すように、エンドタブ１４が開先溝部１３の他方の端部側即ち第２の端部側の開口を塞ぐように溶接用裏当て金１０の他方の端部上に設置される。次いで、図示されない自動アーク溶接機が作動させられ、これにより溶接ワイヤ用の送給ヘッドが導入溝１０ｂの最外方側縁の上方に移動させられて所定高さに位置決めされる。続いて、送給ヘッドから溶接ワイヤが送給され、その先端が、例えば、導入溝１０ｂ内でその外方端部側に接近しかつ溶接用裏当て金１０の長手中心軸線上に位置した個所に接触させられる。このとき溶接用裏当て金１０と溶接ワイヤとの間には所定電圧が印加されているので、過剰な短絡電流が流されて、その先端が加熱のために溶け、これにより溶接用裏当て金１０と溶接ワイヤとの間にアークが発生させられる。
【００２２】
アーク発生後、溶接用裏当て金１０と溶接ワイヤとの間には定常電流よりも小さな電流例えばクレータ電流が流される。一方、送給ヘッドは導入溝１０ｂの幅方向に振動されつつ開先溝部１３の第１の端部側に向かって移動させられる。即ち、アークは導入溝１０ｂ内で溶接用裏当て金１０の長手方向に沿ってジグザグ状に開先溝部１３の第１の端部側に向かって移行させられる。この間、溶接ワイヤは送給ヘッドから所定の送り量で送給され、溶融金属は導入溝１０ｂに溜められる。なお、図３では、溶融金属溜まりが参照符号Ｍ１で示すように便宜的に黒ベタ領域として描かれている。
【００２３】
ここで、注意しなければならないことは、開先溝部１３の第１の端部側の開口を塞ぐために、後でエンドタブ１５（図５）を溶接用裏当て金１０の該当端部上に設置しなければならないので、導入溝１０ｂ内に溜められた溶融金属の表面が溶接用裏当て金１０の上面以下となるように溶接ワイヤの送り量及び送給ヘッドの移動速度等が制御されるということである。即ち、導入溝１０ｂから溶融金属の初層が裏当て金本体１０ａの表面より突出しないようにされる。
【００２４】
アークが導入溝１０ｂの内方終端部に接近する頃には、アークの発生が安定させられ、溶接用裏当て金１０と溶接ワイヤとの間には定常電流が流される。一方、開先溝部１３の第１の端部側に接近した溶接用裏当て金１０並びに梁フランジ１１及び１２のそれぞれの部分は溶融金属溜まりＭ１及びアーク発生時の熱のために予熱される。
【００２５】
アークが開先溝部１３の第１の端部に到達すると、送給ヘッドの振動、即ち導入溝１０ｂの幅方向の振動は開先溝部１３の底部幅に合わせて増幅させられると共に溶接ワイヤの送給量及び送給ヘッドの移動速度も再調整され、梁フランジ１１及び１２に対する溶接作業が開始される。
【００２６】
図４に示すように、送給ヘッドが開先溝部１３の底部の幅方向に沿って振動されつつ開先溝部の第２の端部側に向かって移動させられると、即ちアークが開先溝部１３の長手方向に沿ってジグザグ状にその第２の端部側に向かって移行させられると、開先溝部１３の底部には溶融金属の初層即ち第１の溶融金属層が形成される。第１の金属溶融層の形成が完了すると、溶接作業は一旦中止される。なお、図４では、第１の溶融金属層は便宜的に黒ベタ領域ML１として示されている。
【００２７】
先に述べたように、開先溝部１３の第１の端部側に接近した溶接用裏当て金１０並びに梁フランジ１１及び１２のそれぞれの部分は溶融金属溜まりＭ１及びアーク発生時の熱のために予熱されるので、開先溝部１３の第１の端部側に接近した第１の溶融金属層ＭＬ１の部分、即ち第１の溶融金属層ＭＬ１の溶接開始部が溶接用裏当て金１０と母材１１及び１２とに対して充分に溶け込み得る。即ち、第１の溶融金属層ＭＬ１の溶接開始部分では優れた接合強度が得られる。なお、第１の溶融金属層ＭＬ１の溶接作業中、溶接用裏当て金１０と母材１１及び１２とに対する予熱は開先溝部１３の第２の端部側に向かって順次進行するので、金属材１０と母材１１及び１２とに対する第１の溶融金属層ＭＬ１の全体の接合強度も充分なものとなる。
【００２８】
図５に示すように、第１の金属溶融層ML１の形成が完了すると、エンドタブ１５が開先溝部１３の第１の端部側の開口を塞ぐように溶接用裏当て金１０の該当端部上に設置される。次いで、自動アーク溶接機が作動させられ、これにより溶接ワイヤ用の送給ヘッドが開先溝部１３の第１の端部側の上方に移動させられて所定高さに位置決めされる。続いて、送給ヘッドから溶接ワイヤが送給され、従来と同様な態様で溶接作業が行われ、第１の溶融金属層ＭＬ１上に第２の溶融金属層（図示されない）が形成される。このような溶接作業を繰り返すことにより、開先溝部１３内に溶融金属層が順次積層され、これにより該開先溝部１３内は溶融金属で充填されて溶接ビードが形成される。
【００２９】
本発明者の研究によれば、第１の溶融金属層ＭＬ１が適正に形成されていれば、第２の溶融金属層となるべき溶融金属は第１の溶融金属層ＭＬ１に対して良好に溶け込み、エンドタブ１５に隣接した開先溝部１３の底部領域に隙間等の溶接欠陥の発生を阻止し得ることが判明した。
【００３０】
エンドタブ１４及び１５の材料は、従来から用いられているセラミック材料であって良い。セラミック製のエンドタブ１４及び１５は、溶接完了後、母材１１及び１２から取り外される。
【００３１】
図６を参照すると、本発明による溶接用裏当て金１０の第１の実施形態の変形例が示される。本発明による溶接用裏当て金１０の第１の実施形態の別の変形例が示される。この変形例では、溶接用裏当て金１０の両端部の裏側に、それぞれその横断方向に沿ってしかも両母材即ち梁フランジ１１及び１２の側面に隣接して切欠き部１０ｅ及び１０ｆが形成される。母材１１及び１２の溶接が完了してセラミック製のエンドタブ１４及び１５が取り除かれた後、溶接用裏当て金１０の両端部は適当な工具を用いて切欠き部１０ｅ及び１０ｆに沿って切除されるようになっている。
【００３２】
図７を参照すると、本発明による溶接用裏当て金の第２の実施形態が参照符号２０で全体的に示される。この溶接用裏当て金２０は２つの母材２１及び２２を互いにアーク溶接するために用いられ、母材２１及び２２のそれぞれは第１の実施形態で用いた母材１１及び１２と同様に梁フランジとして構成される。
【００３３】
また、第１の実施形態で用いた梁フランジ１１及び１２の場合と同様に、梁フランジ２１には傾斜端面即ち開先端面２１ａが形成され、梁フランジ２１はその開先端面２１ａが梁フランジ２２の垂直端面２２ａ（図９ないし図１２）と向かい合うように配置されて、その双方の端面２１ａ及び２２ａ間に略Ｖ字形横断面の開先溝部２３が形成される。
【００３４】
第１の実施形態の場合と同様に、溶接用裏当て金２０は、アーク溶接によって開先溝部２３に溶融金属を充填して溶接を行う際に該開先溝部２３の底部を形成するように梁フランジ２１及び２２の下面に適用される。また、第１の実施形態の場合と同様に、溶接用裏当て金２０は適当な金属製材料から形成された裏当て金本体２０ａから成り、この裏当て金本体２０ａは、開先溝部２３よりも長尺の板状部材として構成される。本実施形態では、裏当て金本体２０ａの一方の端部側の表面には、第１の実施形態の導入溝１０ｂと同様な機能を持つ導入溝２０ｂと、この導入溝２０ｂの外方端と連通した円形凹部である溶融金属溜まり２０ｃとが形成されている。この溶融金属溜まり２０ｃは、溶接のスタート部として作用する。
【００３５】
次に、以上で述べた溶接方法において、使用される溶接ワイヤと溶融金属溜まり２０ｃの寸法形状との関係について説明する。
【００３６】
例えば、直径1.4mmの溶接ワイヤが使用されるとすると、溶接ワイヤ1m当たりの体積は1538.6mm3(3.14×0.72×1000)となる。ここで、溶接ワイヤの送り量が1分当たり6mであるとすると、1秒当たり6000mmの溶接ワイヤが送給ヘッドから送給されることになる。
【００３７】
溶融金属溜まり２０ｃ内でアークを発生させてからアーク発生が安定するまでに掛かるアーク安定時間が2.0秒であるとすると、その間の溶接ワイヤの送り量については200mmとなり、その溶融金属体積は307.7(1538.6×0.2)mm3となる。また、アーク安定時間が2.5秒及び3.0秒であるとすると、その間の溶接ワイヤの送り量についてはそれぞれ250mm及び300mmとなり、その溶融金属体積はそれぞれ384.7mm3及び461.6mm3となる。従って、溶融金属溜まり２０ｃの容積は、アーク安定時間のそれぞれに応じた溶融金属体積（307.7mm3、384.7mm3、461.6mm3）を少なくとも収容し得る容量となるように決めなければならない。
【００３８】
更には、溶融金属溜まり２０ｃの寸法形状の決定には、母材２１及び２２の溶接開始箇所の予熱温度についても配慮することが必要である。即ち、アーク発生安定後であっても、母材２１及び２２の溶接開始箇所の予熱温度が得られない場合には、溶融金属溜まり２０ｃを幾分大き目に形成してアーク発生安定後でも暫くの間はアークを導入溝１０ｂ内に留めておくのがよい。
【００３９】
次に、図８ないし図１１を参照して、図７に示す溶接用裏当て金２０を用いるアーク溶接方法について説明する。
【００４０】
先ず、図８を参照すると、第１の実施形態で用いた梁フランジ１１及び１２の場合と同様に、梁フランジ２１及び２２が図示されない適当な作業支持枠台上に設置され、梁フランジ２１はその開先端面２１ａが梁フランジ２２の垂直端面２２ａと向かい合うように配置されて、その間に略Ｖ字形横断面の開先溝部２３が形成される。また、溶接用裏当て金２０も上述の作業支持枠台上に適宜設置されて開先溝部２３の底部を形成するように梁フランジ２１及び２２の下面に適用され、このとき溶接用裏当て金２０は導入溝２０ｂが開先溝部２３の一方の端部側即ち第１の端部側を臨むように位置決めされる。なお、溶接用裏当て金２０と梁フランジ２１及び２２とは必要に応じて図示されないクランプ手段により適宜固定される。
【００４１】
次に、図９に示すように、エンドタブ２４が開先溝部２３の他方の端部側即ち第２の端部側の開口を塞ぐように溶接用裏当て金２０の他方の端部上に設置される。次いで、図示されない自動アーク溶接機が作動させられ、これにより溶接ワイヤ用の送給ヘッドが溶融金属溜まり２０ｃの上方に移動させられて所定高さに位置決めされる。続いて、送給ヘッドから溶接ワイヤが送給され、その先端が、例えば、溶融金属溜まり２０ｃ内でその最外方円弧縁側に接近しかつ溶接用裏当て金２０の長手中心軸線上に位置する個所に接触させられる。このとき溶接用裏当て金２０と溶接ワイヤとの間には所定電圧が印加されているので、過剰な短絡電流が流されて、その先端が加熱のために溶け、これにより溶接用裏当て金２０と溶接ワイヤとの間にアークが発生させられる。
【００４２】
アーク発生後、溶接用裏当て金２０と溶接ワイヤとの間には定常電流よりも小さな電流例えばクレータ電流が流される。一方、送給ヘッドは、溶融金属溜まり２０ｃ内で溶接用裏当て金２０の幅方向に振動されつつ溶融金属を発生し、アークの安定と余熱が十分に得られるまで、助走としてのアーク発生が行われる。アークが安定し、余熱が十分と判断されると、送給ヘッドは、導入溝２０ｂに向かって移動され、さらに溶接用裏当て金２０の長手方向に沿ってジグザグ状に開先溝部２３の第１の端部側に向かって移行させられる。では、溶融金属溜まりおよび導入溝内の溶融金属を、図９において参照符号Ｍ２で示した黒ベタ領域として描いた。
【００４３】
ここで、注意しなければならないことは、第１の実施形態の場合と同様に、開先溝部２３の第１の端部側の開口を塞ぐためにエンドタブ２５（図１１）を後で溶接用裏当て金２０の該当端部上に設置しなければならないので、導入溝２０ｂ及び円形凹部２０ｃ内に溜められた溶融金属の表面が溶接用裏当て金２０の上面以下となるように、即ち導入溝２０ｂ及び円形凹部２０ｃから溶融金属の初層が裏当て金本体２０ａの表面より突出しないように、溶接ワイヤの送り量及び送給ヘッドの移動速度等が制御されるということである。
【００４４】
アークが導入溝２０ｂの内方終端部に接近する頃には、アークの発生が安定させられ、溶接用裏当て金２０と溶接ワイヤとの間には定常電流が流される。一方、開先溝部２３の第１の端部側に接近した溶接用裏当て金２０並びに梁フランジ２１及び２２のそれぞれの部分は溶融金属溜まりＭ２及びアーク発生時の熱のために予熱される。
【００４５】
アークが開先溝部２３の第１の端部に到達すると、送給ヘッドの振動、即ち導入溝２０ｂの幅方向の振動は開先溝部２３の底部幅に合わせて増幅されると共に溶接ワイヤの送給量及び送給ヘッドの移動速度も再調整され、梁フランジ２１及び２２に対する溶接作業が開始される。
【００４６】
図１０に示すように、送給ヘッドが開先溝部２３の底部の幅方向に沿って振動されつつ開先溝部の第２の端部側に向かって移動させられると、即ちアークが開先溝部２３の長手方向に沿ってジグザグ状にその第２の端部側に向かって移行させられると、開先溝部２３の底部には溶融金属の初層即ち第１の溶融金属層が形成される。第１の金属溶融層の形成が完了すると、溶接作業は一旦中止される。なお、図１０では、第１の溶融金属層は便宜的に黒ベタ領域ML２として示されている。
【００４７】
先にのべたように、開先溝部２３の第１の端部側に接近した溶接用裏当て金２０並びに梁フランジ２１及び２２のそれぞれの部分は溶融金属溜まりＭ２及びアーク発生時の熱のために予熱されるので、開先溝部２３の第１の端部側に接近した第１の溶融金属層ＭＬ２の部分、即ち第１の溶融金属層ＭＬ２の溶接開始部が溶接用裏当て金２０と母材２１及び２２とに対して充分に溶け込み得る。かくして、第１の溶融金属層ＭＬ２の溶接開始部分では優れた接合強度が得られる。
【００４８】
図１１に示すように、第１の実施形態の場合と同様に、第１の金属溶融層ML２の形成が完了すると、エンドタブ２５が開先溝部２３の第１の端部側の開口を塞ぐように溶接用裏当て金２０の該当端部上に設置される。次いで、自動アーク溶接機が作動させられ、これにより溶接ワイヤ用の送給ヘッドが開先溝部２３の第１の端部側の上方に移動させられて所定高さに位置決めされる。続いて、送給ヘッドから溶接ワイヤが送給され、従来と同様な態様で溶接作業が行われ、第１の溶融金属層ＭＬ２上に第２の溶融金属層（図示されない）が形成される。このような溶接作業を繰り返すことにより、開先溝部２３内に溶融金属層が順次積層され、これにより該開先溝部２３内は溶融金属で充填されて溶接ビードが形成される。
【００４９】
図１２を参照すると、本発明による溶接用裏当て金の第３の実施形態が参照符号３０で全体的に示される。この溶接用裏当て金３０は２つの母材３１及び３２を互いにアーク溶接するために用いられ、母材３１は梁フランジとして構成され、母材３２は柱として構成される。
【００５０】
梁フランジ３１の一端部には予め開先加工が施されて傾斜端面即ち開先端面３１ａが形成される。梁フランジ３１はその開先端面３１ａが柱３２の垂直壁面３２ａ（図１３ないし図１６）と向かい合うように配置されて、その間には略Ｖ字形横断面の開先溝部３３が形成される。
【００５１】
溶接用裏当て金３０は、アーク溶接によって開先溝部３３に溶融金属を充填して溶接を行う際に該開先溝部３３の底部を形成するように梁フランジ３１の下面と柱３２の垂直壁面３２ａ（図１３ないし図１６）とに適用される。また、第１の実施形態の場合と同様に、溶接用裏当て金３０は適当な金属製材料から形成された裏当て金本体３０ａから成り、この裏当て金本体３０ａは、開先溝部３３よりも長尺の板状部材として構成される。本実施形態では、裏当て金本体３０ａの一方の端部側の表面には、第１の実施形態の導入溝１０ｂと同様な機能を持つ導入溝３０ｂと、この導入溝３０ｂと連通した溶融金属溜まり即ち半楕円形凹部３０ｃとが形成される。
【００５２】
次に、図１３ないし図１６を参照して、図１２に示す溶接用裏当て金３０を用いるアーク溶接方法について説明する。
【００５３】
先ず、図１３を参照すると、梁フランジ３１及び柱３２が図示されない適当な作業支持枠台上に設置され、梁フランジ３１はその開先端面３１ａが柱３２の垂直壁面３２ａと向かい合うように配置されて、その間に略Ｖ字形横断面の開先溝部３３が形成される。また、溶接用裏当て金３０も上述の作業支持枠台上に適宜設置されて開先溝部３３の底部を形成するように梁フランジ３１の下面及び柱３２の垂直壁面３２ａに適用され、このとき溶接用裏当て金３０は導入溝３０ｂが開先溝部３３の一方の端部側即ち第１の端部側を臨むように位置決めされる。なお、溶接用裏当て金３０、梁フランジ３１及び柱３２は必要に応じて図示されないクランプ手段により適宜固定される。
【００５４】
次に、図１４に示すように、エンドタブ３４が開先溝部３３の他方の端部側即ち第２の端部側の開口を塞ぐように溶接用裏当て金３０の他方の端部上に設置される。次いで、図示されない自動アーク溶接機が作動させられ、これにより溶接ワイヤ用の送給ヘッドが半楕円形凹部３０ｃの最外方角部の上方に移動させられて所定高さに位置決めされる。続いて、送給ヘッドから溶接ワイヤが送給され、その先端が、例えば、半楕円形凹部３０ｃ内でその最外方角部に接近した個所に接触させられる。このとき溶接用裏当て金３０と溶接ワイヤとの間には所定電圧が印加されているので、その間に過剰な短絡電流が流されて、その先端が加熱のために溶け、これにより溶接用裏当て金３０と溶接ワイヤとの間にアークが発生させられる。
【００５５】
アーク発生後、溶接用裏当て金３０と溶接ワイヤとの間には定常電流よりも小さな電流例えばクレータ電流が流される。一方、送給ヘッドは溶接用裏当て金３０の幅方向に振動されつつ開先溝部３３の第１の端部側に向かって移動させられるが、しかしそのような送給ヘッドの振動についてはアークが半楕円形凹部３０ｃ及び導入溝３０ｂから逸脱しないように制御される。即ち、アークは半楕円形凹部３０ｃ及び導入溝３０ｂ内で溶接用裏当て金３０の長手中方向に沿ってジグザグ状に開先溝部３３の第１の端部側に向かって移行させられる。この間、溶接ワイヤは送給ヘッドから所定の送り量で送給され、溶融金属は半楕円形凹部３０ｃ及び導入溝３０ｂに溜められる。なお、図１４では、溶融金属溜まりが参照符号Ｍ３で示すように便宜的に黒ベタ領域として描かれている。
【００５６】
ここで、注意しなければならないことは、第１の実施形態の場合と同様に、開先溝部３３の第１の端部側の開口を塞ぐためにエンドタブ３５（図１６）を後で溶接用裏当て金３０の該当端部上に設置しなければならないので、導入溝３０ｂ及び半楕円形凹部３０ｃ内に溜められた溶融金属の表面が溶接用裏当て金３０の上面以下となるように、即ち導入溝３０ｂ及び半楕円形凹部３０ｃから溶融金属の初層が裏当て金本体２０ａの表面より突出しないように、溶接ワイヤの送り量及び送給ヘッドの移動速度等が制御されるということである。
【００５７】
アークが導入溝３０ｂの内方終端部に接近する頃には、アークの発生が安定させられ、溶接用裏当て金３０と溶接ワイヤとの間には定常電流が流される。一方、開先溝部３３の第１の端部側に接近した溶接用裏当て金３０並びに梁フランジ３１及び３２のそれぞれの部分は溶融金属溜まりＭ３及びアーク発生時の熱のために予熱される。
【００５８】
アークが開先溝部３３の第１の端部に到達すると、送給ヘッドの振動、即ち導入溝３０ｂの幅方向の振動は開先溝部３３の底部幅に合わせて増幅されると共に溶接ワイヤの送給量及び送給ヘッドの移動速度も再調整され、梁フランジ３１及び３２に対する溶接作業が開始される。
【００５９】
図１５に示すように、送給ヘッドが開先溝部３３の底部の幅方向に沿って振動されつつ開先溝部の第２の端部側に向かって移動させられると、即ちアークが開先溝部３３の長手軸線方向に沿ってジグザグ状にその第２の端部側に向かって移行させられると、開先溝部３３の底部には溶融金属の初層即ち第１の溶融金属層が形成される。第１の金属溶融層の形成が完了すると、溶接作業は一旦中止される。なお、図１５では、第１の溶融金属層は便宜的に黒ベタ領域ML３として示されている。
【００６０】
先に述べたように、開先溝部３３の第１の端部側に接近した溶接用裏当て金３０並びに梁フランジ３１及び３２のそれぞれの部分は溶融金属溜まりＭ３及びアーク発生時の熱のために予熱されるので、第２の実施形態の場合と同様に、開先溝部３３の第１の端部側に接近した第１の溶融金属層ＭＬ３の部分、即ち第１の溶融金属層ＭＬ３の溶接開始部が溶接用裏当て金３０と母材３１及び３２とに対して充分に溶け込み得る。かくして、第１の溶融金属層ＭＬ３の溶接開始部分では優れた接合強度が得られる。
【００６１】
図１６に示すように、第１の実施形態の場合と同様に、第１の金属溶融層ML３の形成が完了すると、エンドタブ３５が開先溝部３３の第１の端部側の開口を塞ぐように溶接用裏当て金３０の該当端部上に設置される。次いで、自動アーク溶接機が作動させられ、これにより溶接ワイヤ用の送給ヘッドが開先溝部３３の第１の端部側の上方に移動させられて所定高さに位置決めされる。続いて、送給ヘッドから溶接ワイヤが送給され、従来と同様な態様で溶接作業が行われ、第１の溶融金属層ＭＬ３上に第２の溶融金属層（図示されない）が形成される。このような溶接作業を繰り返すことにより、開先溝部３３内に溶融金属層が順次積層され、これにより該開先溝部３３内は溶融金属で充填されて溶接ビードが形成される。
【００６２】
半楕円形凹部３０ｃとの寸法形状については、アーク安定時間中に発生する溶融金属を少なくとも収容し得る容量となるように決められる。また、溶接用裏当て金３０の長手方向に沿う導入溝１０ｂと半楕円形凹部３０ｃとの合算した長さについては、アーク安定時間とアークの移行速度とを勘案して決められる。更には、導入溝３０ｂと半楕円形凹部３０ｃとの寸法形状の決定には、母材３１及び３２の溶接開始箇所の予熱温度も必要に応じて配慮される。
【００６３】
図１７を参照すると、本発明による溶接用裏当て金の第４の実施形態が参照符号４０で全体的に示される。
【００６４】
図１７Ａに示すように、溶接用裏当て金４０は適当な金属製材料から形成された裏当て金本体４０ａから成り、この裏当て金本体４０ａは長尺の板状部材として構成される。裏当て金本体４０ａの一方の長手方向の側辺縁に沿って湾曲横断面凹部４０ｂが形成され、この湾曲横断面凹部４０ｂの湾曲横断面形状についてはその最側辺縁が最低高さレベルとされる。
【００６５】
図１７Ｂを参照すると、２つの母材が参照符号４１及び４２で示され、一方の母材４１は梁フランジとして構成され、他方の母材４２は柱として構成される。梁フランジ４１の一端部には予め開先加工が施されて傾斜端面即ち開先端面４１ａが形成される。梁フランジ４１はその開先端面４１ａが柱４２の垂直壁面４２ａと向かい合うように配置されて、その間には略Ｖ字形横断面の開先溝部４３が形成される。
【００６６】
図１７Ｂに示すように、溶接用裏当て金４０は、アーク溶接によって開先溝部４３に溶融金属を充填して溶接を行う際に溶接用裏当て金４０の湾曲横断面凹部４０ｂが該開先溝部４３の底部を形成するように梁フランジ４１の下面と柱４２の垂直壁面４２ａとに適用される。図１８Ｂから明らかなように、梁フランジ４１の横幅は溶接用裏当て金４０の長さよりも短く、一方柱４２の横幅は溶接用裏当て金４０の長さに実質的に等しい。
【００６７】
かくして、湾曲横断面凹部４０ａの両端部分、即ちは溶接用裏当て金４０の両端縁の各々から梁フランジ４１の該当側面まで延びる部分が第１の実施形態の導入溝１０ｂと同様な機能を持つ導入溝４０ｂ′として使用され得るものであり、また導入溝４０ｂ′は溶融金属溜まりとしての役目も荷う。要するに、第４の実施形態では、導入溝４０ｂ′は湾曲横断面凹部４０ｂの一部として形成されることになる。なお、このような導入溝４０ｂ′の形成には柱４２の垂直壁面４２ａが寄与し、これにより溶接作業時に導入溝４０ｂ′の最側辺縁からの溶融金属の流失は阻止される。
【００６８】
この第４の実施形態では、溶接用裏当て金４０の両端に導入溝４０ｂ′が形成されることになるが、実際の溶接作業時にはその一方の導入溝４０ｂ′だけが利用され、その他の方の導入溝４０ｂ′側にはエンドタブ（図示されない）が設置される。なお、このようなエンドタブには導入溝４０ｂ′を塞ぐようになった突出部が設けられる。
【００６９】
図１７に示す第４の実施形態の場合でも、第１、第２及び第３の実施形態で説明したような態様で母材４１及び４２間のアーク溶接を行うことができる。
【００７０】
図１８を参照すると、本発明による溶接用裏当て金の第５の実施形態が参照符号５０で全体的に示される。
【００７１】
図１８Ａに示すように、溶接用裏当て金５０は適当な金属製材料から形成された裏当て金本体５０ａから成り、この裏当て金本体５０ａは長尺の板状部材として構成される。裏当て金本体５０ａの一方の長手方向の側辺縁に沿って湾曲横断面凹部５０ｂが形成され、この湾曲横断面凹部５０ｂの湾曲横断面形状については、その横断面方向の中間個所が最低高さレベルとされ、その最側辺縁が該最低高さレベルよりも幾分高くされている。
【００７２】
図１８Ｂを参照すると、２つの母材が参照符号５１及び５２で示され、一方の母材５１は梁フランジとして構成され、他方の母材５２は柱として構成される。梁フランジ５１の一端部には予め開先加工が施されて傾斜端面即ち開先端面５１ａが形成される。梁フランジ５１はその開先端面５１ａが柱５２の垂直壁面５２ａと向かい合うように配置されて、その間には略Ｖ字形横断面の開先溝部５３が形成される。
【００７３】
図１８Ｂに示すように、溶接用裏当て金５０は、アーク溶接によって開先溝部５３に溶融金属を充填して溶接を行う際に溶接用裏当て金５０の湾曲横断面凹部５０ｂが該開先溝部５３の底部を形成するように梁フランジ５１の下面と柱５２の垂直壁面５２ａとに適用される。図１８Ｂから明らかなように、梁フランジ５１の横幅と柱５２の横幅とは互いに等しく、その横幅は溶接用裏当て金５０の長さよりも短い。
【００７４】
かくして、湾曲横断面凹部５０ａの両端部分、即ちは溶接用裏当て金５０の両端縁の各々から梁フランジ５１及び柱５２の該当側面まで延びる部分が第１の実施形態の導入溝１０ｂと同様な機能を持つ導入溝５０ｂ′として使用され得るものであり、また導入溝５０ｂ′は溶融金属溜まりとしての役目も荷う。要するに、第５の実施形態では、導入溝５０ｂ′は湾曲横断面凹部５０ｂの一部として形成されることになる。なお、このような導入溝５０ｂ′の最側辺縁の高さレベルは最低とはされないので、溶接作業時に該最側辺縁からの溶融金属の流失は阻止される。
【００７５】
この第５の実施形態では、溶接用裏当て金５０の両端に導入溝５０ｂ′が形成されることになるが、実際の溶接作業時にはその一方の導入溝５０ｂ′だけが利用され、その他の方の導入溝５０ｂ′側にはエンドタブ（図示されない）が設置される。なお、このようなエンドタブには導入溝５０ｂ′を塞ぐようになった突出部が設けられる。
【００７６】
図１８に示す第５の実施形態の場合でも、第１、第２及び第３の実施形態で説明したような態様で母材５１及び５２間のアーク溶接を行うことができる。
【００７７】
図１９を参照すると、本発明による溶接用裏当て金の第６の実施形態が参照符号６０で全体的に示される。
【００７８】
図２９Ａに示すように、溶接用裏当て金６０は適当な金属製材料から形成された裏当て金本体６０ａから成り、この裏当て金本体６０ａは長尺の板状部材として構成される。裏当て金本体６０ａの一方の端部からその一方の側辺縁に沿って延びる凹部６０ｂが形成され、この凹部６０ｂの端縁と側辺縁とは開放される。凹部６０ｂの内側壁は裏当て金本体６０ａの該当端部からその長手方向に沿って延びてその開放側辺縁に向かって湾曲させられる。即ち、凹部６０ｂの内方端部は湾曲端部６０ｂ′として形成される。
【００７９】
図１９Ｂを参照すると、２つの母材が参照符号６１及び６２で示され、一方の母材６１は梁フランジとして構成され、他方の母材６２は柱として構成される。梁フランジ６１の一端部には予め開先加工が施されて傾斜端面即ち開先端面６１ａが形成される。梁フランジ６１はその開先端面６１ａが柱６２の垂直壁面６２ａと向かい合うように配置されて、その間には略Ｖ字形横断面の開先溝部６３が形成される。なお、図２０Ｂから明らかなように、溶融金属溜まりとして機能する凹部６０ｂの形成のために、母材６２即ち柱６２の一部が寄与している。
【００８０】
図１９Ｂに示すように、溶接用裏当て金６０は、アーク溶接によって開先溝部６３に溶融金属を充填して溶接を行う際に該開先溝部６３の底部を形成するように梁フランジ６１の下面と柱６２の垂直壁面６２ａとに適用される。本実施形態では、梁フランジ６１の横幅は溶接用裏当て金６０の長さより短くされ、図１９Ｂには溶接用裏当て金６０の一方の端部しか図示されていないが、梁フランジ６１は溶接用裏当て金６０の両端部が該梁フランジ６１の両側面から突出するように配置される。一方、柱６２の横幅は溶接用裏当て金６０の長さに実質的に等しくされる。
【００８１】
図１９Ｂから明らかなように、溶接用裏当て金６０並びに母材６１及び６２が所定位置に配置された際、凹部６０ａの湾曲端部６０ｂ′が開先溝部６３の該当端部内に侵入するようにされ、湾曲端部６０ｂ′が第１の実施形態の導入溝１０ｂと同様な機能を持つ導入溝として使用され得る。要するに、第６の実施形態では、凹部６０ｂは溶融金属溜まりとして機能し、その一部が導入溝６０ｂ′としての役目を荷う。
【００８２】
図１９に示す第６の実施形態の場合でも、第１、第２及び第３の実施形態で説明したような態様で母材６１及び６２間のアーク溶接を行うことができる。
【００８３】
図２０を参照すると、本発明による溶接用裏当て金の第７の実施形態が参照符号７０で全体的に示される。
【００８４】
図２０Ａに示すように、溶接用裏当て金７０は適当な金属製材料から形成された裏当て金本体７０ａから成り、この裏当て金本体７０ａは長尺の板状部材として構成される。裏当て金本体７０ａの一方の端部側にはその長手方向に延びる細長凹部７０ｂが形成され、この両端部の各々は湾曲端部として形成される。
【００８５】
図２０Ｂを参照すると、２つの母材が参照符号７１及び７２で示され、これら母材７１及び７２はそれぞれ梁フランジとして構成される。梁フランジ７１の一端部には予め開先加工が施されて傾斜端面即ち開先端面７１ａが形成される。梁フランジ７１はその開先端面７１ａが梁フランジ７２の垂直端面７２ａと向かい合うように配置されて、その間には略Ｖ字形横断面の開先溝部７３が形成される。
【００８６】
図２０Ｂに示すように、溶接用裏当て金７０は、アーク溶接によって開先溝部７３に溶融金属を充填して溶接を行う際に該開先溝部７３の底部を形成するように梁フランジ７１及び７２の下面に適用される。本実施形態では、双方の梁フランジ７１及び７２の横幅は互いに等しく、しかも溶接用裏当て金７０の長さより短くされ、図２１Ｂには溶接用裏当て金７０の一方の端部しか図示されていないが、梁フランジ７１及び７２は溶接用裏当て金７０の両端部が該梁フランジ７１及び７２のそれぞれの両側面から突出するように配置される。
【００８７】
図２０Ｂから明らかなように、溶接用裏当て金７０並びに母材７１及び７２が所定位置に配置された際、細長凹部７０ａの一方の湾曲端部即ち内方湾曲端部が開先溝部７３の該当端部内に侵入させられ、その侵入部分が第１の実施形態の導入溝１０ｂと同様な機能を持つ導入溝７０ｂ′として使用され得る。要するに、第７の実施形態では、細長凹部７０ｂは溶融金属溜まりとして機能し、その一部が導入溝７０ｂ′としての役目を荷う。
【００８８】
図２０に示す第７の実施形態の場合でも、第１、第２及び第３の実施形態で説明したような態様で母材７１及び７２間のアーク溶接を行うことができる。
【００８９】
図２１を参照すると、本発明による溶接用裏当て金の第８の実施形態が参照符号８０で全体的に示される。
【００９０】
図２１に示すように、溶接用裏当て金８０は適当な金属製材料から形成された裏当て金本体８０ａから成り、この裏当て金本体８０ａは長尺の板状部材として構成される。裏当て金本体８０ａの一方の端部側には溶融金属溜まり即ち矩形凹部８０ｂが形成される。
【００９１】
この第８の実施形態においては、例えば、第７の実施形態の母材即ち梁フランジ（７１及び７２）を溶接するために使用することができる。即ち、溶接用裏当て金８０は、両梁フランジ間に形成された略Ｖ字形横断面の開先溝部に溶融金属を充填して溶接を行う際に該開先溝部の底部を形成するように双方の梁フランジの下面に適用される。この場合、溶接用裏当て金８０の一方の端部側、即ち凹部８０ｂが形成された端部側に隣接した双方の梁フランジの角部はそれぞれ矩形凹部８０ｂを部分的に覆うように配置され、その間に露出された矩形凹部８０ｂの部分が第１の実施形態の導入溝１０ｂと同様な機能を持つ導入溝として使用され得る。
【００９２】
図２１に示す第８の実施形態の場合でも、第１、第２及び第３の実施形態で説明したような態様で両母材間のアーク溶接を行うことができる。
【００９３】
図２２を参照すると、本発明による溶接用裏当て金の第９の実施形態が参照符号９０で全体的に示される。
【００９４】
図２２に示すように、溶接用裏当て金９０は適当な金属製材料から形成された裏当て金本体９０ａから成り、この裏当て金本体９０ａは長尺の板状部材として構成される。裏当て金本体９０ａの一方の端部側には溶融金属溜まり即ちジグザグ状凹部９０ｂが形成される。
【００９５】
この第９の実施形態においても、例えば、第７の実施形態の母材即ち梁フランジ（７１及び７２）の溶接するために使用することができる。即ち、溶接用裏当て金９０は、両梁フランジ間に形成された略Ｖ字形横断面の開先溝部に溶融金属を充填して溶接を行う際に該開先溝部の底部を形成するように双方の梁フランジの下面に適用される。この場合、溶接用裏当て金８０と双方の梁フランジが所定位置に配置された際、ジグザグ状凹部９０ｂの内方端部が開先溝部の該当端部内に侵入させられ、この侵入部分が第１の実施形態の導入溝１０ｂと同様な機能を持つ導入溝９０ｂ′として使用され得る。
【００９６】
図２２に示す第９の実施形態の場合でも、第１、第２及び第３の実施形態で説明したような態様で両母材間のアーク溶接を行うことができる。
【００９７】
図２３を参照すると、本発明による溶接用裏当て金の第１０の実施形態が参照符号１００で全体的に示される。
【００９８】
図２３に示すように、溶接用裏当て金１００は適当な金属製材料から形成された裏当て金本体１００ａから成り、この裏当て金本体１００ａは長尺の板状部材として構成される。裏当て金本体１００ａの一方の端部側には溶融金属溜まり即ち円形凹部１００ｂが形成される。
【００９９】
この第１０の実施形態においても、例えば、第７の実施形態の母材即ち梁フランジ（７１及び７２）の溶接するために使用することができる。即ち、溶接用裏当て金１００は、両梁フランジ間に形成された略Ｖ字形横断面の開先溝部に溶融金属を充填して溶接を行う際に該開先溝部の底部を形成するように双方の梁フランジの下面に適用される。この場合、溶接用裏当て金８０と双方の梁フランジが所定位置に配置された際、円形凹部９０ｂの最内方端部が開先溝部の該当端部内に侵入させられ、この侵入部分が第１の実施形態の導入溝１０ｂと同様な機能を持つ導入溝として使用され得る。
【０１００】
図２３に示す第１０の実施形態の場合でも、第１、第２及び第３の実施形態で説明したような態様で両母材間のアーク溶接を行うことができる。
【０１０１】
図１７ないし図２３を参照して説明した第４ないし第１０の実施形態においても、第１の実施形態の場合と同様に、種々の凹部の寸法形状については、アーク安定時間中に発生した溶融金属を少なくとも収容し得る容量となるように決められる。また、溶接用裏当て金の長手方向に沿う導入溝や凹部の長さについては、アーク安定時間とアークの移行速度とを勘案して決められる。更には、導入溝や凹部の寸法形状の決定には、溶接されるべき双方の母材の溶接開始箇所の予熱温度も必要に応じて配慮される。
導入溝の断面形状は、例えば、図２４に示したようなものとすることができる。なお、図は、導入溝の裏当て金本体での配置位置を示すものではない。
【０１０２】
図１７及び図１８を参照して説明した第４及び第５の実施形態を除くその他の実施形態においては、アークの発生時に溶融金属を溜めるための凹部の底面は平坦面とされるが、これら凹部の底面については、必ずしも平坦面とする必要はなく、例えば凹状湾曲横断面やＶ字形横断面を持つ底面としてもよい。また、それら凹部の周囲側壁は垂直壁面として形成されるが、その周囲側壁については傾斜面として形成してもよい。更には、溶接用裏当て金の上面と凹部の周囲側壁との境界はエッジ部として形成されるが、該エッジ部に丸み付けてもよい。
【０１０３】
上述した実施形態では、自動アーク溶接機によって溶接が行われることが前提とされているが、半自動化アーク溶接機によっても溶接を行うことも可能である。この場合、溶接ワイヤ給送用のヘッドの移動即ちアークの移行については手動操作によって行われることになる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０：溶接用裏当て金
１０ａ：裏当て金本体
１０ｂ：導入溝
１０ｃ・１０ｄ：切欠き部
１０ｅ・１０ｆ：切欠き部
１１：梁フランジ
１１ａ：開先端面
１２：梁フランジ
１２ａ：垂直端面
１３：開先溝部
１４・１５：エンドタブ
Ｍ１：溶融金属溜まり
ＭＬ１：第１の溶融金属層（溶融金属の初層）
２０：溶接用裏当て金
２０ａ：裏当て金本体
２０ｂ導入溝
２０ｃ：円形凹部
２１：梁フランジ
２１ａ：開先端面
２２：梁フランジ
２２ａ：垂直端面
２３：開先溝部
２４・２５：エンドタブ
Ｍ２：溶融金属溜まり
ＭＬ２：第１の溶融金属層（溶融金属の初層）
３０：溶接用裏当て金
３０ａ：裏当て金本体
３０ｂ：導入溝
３０ｃ：半楕円形凹部
３１：梁フランジ
３１ａ：開先端面
３２：柱
３２ａ：垂直壁面
３３：開先溝部
３４・３５：エンドタブ
Ｍ３：溶融金属溜まり
ＭＬ３：第１の溶融金属層（溶融金属の初層）
４０：溶接用裏当て金
４０ａ：裏当て金本体
４０ｂ：湾曲横断面凹部
４０ｂ′：導入溝
４１：梁フランジ
４１ａ：開先端面
４２：柱
４２ａ：垂直壁面
４３：開先溝部
５０：溶接用裏当て金
５０ａ：裏当て金本体
５０ｂ：湾曲横断面凹部
５０ｂ′：導入溝
５１：梁フランジ
５１ａ：開先端面
５２：柱
５２ａ：垂直壁面
５３：開先溝部
６０：溶接用裏当て金
６０ａ：裏当て金本体
６０ｂ：凹部
６０ｂ′：導入溝
６１：梁フランジ
６１ａ：開先端面
６２：柱
６２ａ：垂直壁面
６３：開先溝部
７０：溶接用裏当て金
７０ａ：裏当て金本体
７０ｂ：細長凹部
７０ｂ′：導入溝
７１：梁フランジ
７１ａ：開先端面
７２：梁フランジ
７２ａ：垂直壁面
７３：開先溝部
８０：溶接用裏当て金
８０ａ：裏当て金本体
８０ｂ：細長凹部
９０：溶接用裏当て金
９０ａ：裏当て金本体
９０ｂ：ジグザグ状凹部
９０ｂ′：導入溝
１００：溶接用裏当て金
１００ａ：裏当て金本体
１００ｂ：円形凹部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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