(57)【要約】【課題】熱歪の影響を抑制することができる溶接方法を提供する。【解決手段】一方部材１０と他方部材１１との接合部に溝状の開先を形成する開先形成工程を行い、その後、この開先に沿って一方部材１０と他方部材１１とをアーク溶接する溶接工程を行う。そして、開先形成工程では、開先を、対向面が略平行となる断面略Ｕ字状の狭開先とし、溶接工程では、アーク溶接により溶融部１４を形成し、この溶融部１４の盛り上がり部に無通電のフィラーワイヤ９を供給するコールドタンデム溶接を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の部材を溶接する溶接方法であって、
前記一対の部材に溝状の開先を形成する開先形成工程と、
前記開先に沿って前記一対の部材を溶接する溶接工程と、
を有し、
前記開先形成工程では、前記開先を、対向面が略平行となる断面略Ｕ字状の狭開先とする、
溶接方法。
【請求項２】
前記狭開先における前記一対の部材の離間距離は、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である、
請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記狭開先の深さは、２．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である、
請求項１又は２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記溶接工程は、電極を通電して発生させたアークにより前記開先に溶融部を形成し、前記溶融部が硬化する前に、後行ワイヤを通電せずに前記溶融部に供給する、
請求項１〜３の何れか一項に記載の溶接方法。
【請求項５】
前記後行ワイヤを、前記アークの進行方向後方における前記溶融部の盛り上がり部に供給する、請求項４に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の部材を溶接する溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、一対の部材を接合するために、アーク溶接が行われている。アーク溶接は、例えば、一対の部材の接合部と溶接ワイヤなどの電極との間に発生させたアークにより、一対の部材の接合部及び電極を溶融させることで、一対の部材を溶接するものである。そして、このようなアーク溶接を行い易くするために、一対の部材の開先を、断面Ｙ字状の溝に形成されたＹ開先とすることが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２１１５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、開先をＹ開先とすると、Ｙ開先の溝幅が広くなるため、アーク溶接により形成される余盛の熱歪（熱収縮）が大きくなる。これにより、溶接面に沿った熱収縮のバランスが悪くなるため、部材間の位置関係が変動する。しかも、開先が部材の表面に向けて広がっているため、部材間の位置関係の変動が更に増大する。
【０００５】
また、開先をＹ開先とすると、開先面積が大きくなるため、各部材への入熱量が大きくなる。その結果、溶接部の近傍への熱歪（熱収縮）の影響が大きくなる。例えば、ベアリング機構を溶接部の近傍に組み付けた状態で溶接を行うと、ベアリング機構は、溶接の熱によって歪んでしまい、ベアリング機構としての機能が大きく低下する。このため、熱歪の影響が大きい部材は、溶接を行った後に溶接部の近傍に組み付ける必要があるため、工数の削減を阻害する要因となっている。
【０００６】
そこで、本発明は、熱の影響を抑制することができる溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る溶接方法は、一対の部材を溶接する溶接方法であって、一対の部材に溝状の開先を形成する開先形成工程と、開先に沿って一対の部材を溶接する溶接工程と、を有し、開先形成工程では、開先を、対向面が略平行となる断面略Ｕ字状の狭開先とする。
【０００８】
本発明に係る溶接方法によれば、開先を狭開先とすることで、Ｙ開先よりも開先の溝幅が狭くなるため、溶接により形成される余盛の熱歪（熱収縮）が小さくなる。これにより、溶接面に沿った熱収縮のバランスの悪化を抑制することができるため、部材間の位置関係の変動を抑制することができる。しかも、この狭開先は、対向面が略平行となる断面略Ｕ字状に形成されているため、部材間の位置関係の変動を更に抑制することができる。また、狭開先はＹ開先よりも開先面積が小さいため、各部材への入熱量が小さくなる。このため、溶接部の近傍における熱歪（熱収縮）の影響を抑制することができる。
【０００９】
この場合、狭開先における一対の部材の離間距離は、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。このように狭開先における一対の部材の離間距離を設定することで、作業性を確保しつつ熱歪の影響を抑制することができる。
【００１０】
また、狭開先の深さは、２．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。このように狭開先の深さを設定することで、接合強度を確保しつつ熱歪の影響を抑制することができる。
【００１１】
本発明の溶接工程は、電極を通電して発生させたアークにより開先に溶融部を形成し、溶融部が硬化する前に、後行ワイヤを通電せずに溶融部に供給することが好ましい。
【００１２】
通電していない後行ワイヤは加熱されていないため、硬化する前の溶融部に通電していない後行ワイヤを供給することで、溶融部を冷却され、各部材への入熱量を更に小さく抑えることができる。このため、熱歪の影響が大きい部材を溶接部の近傍に組み付けた後に溶接を行ったとしても、当該部材への熱歪の影響を抑制することができる。これにより、溶接工程の低減を図ることができる。また、後行ワイヤが供給された部分は熱収縮が格段に抑えられるため、溶融部の実質的な熱収縮範囲が狭くなる。これにより、溶融部が冷却硬化する際の熱収縮が格段に抑えられるため、部材間の部材間の位置関係の変動を格段に抑制することができる。しかも、溶融部に後行ワイヤを供給することで、溶融部に溶融金属が補充されるため、良好な余盛を形成することができ、ハンピングなどの溶接不良の発生を抑制することができる。
【００１３】
この場合、後行ワイヤを、アークの進行方向後方における溶融部の盛り上がり部に供給することが好ましい。これにより、後行ワイヤがアークにより直接的に加熱されるのを抑制することができるため、溶融部の冷却効果を高めることができ、また、溶融部が冷却硬化する前に後行ワイヤを供給することができるため、余盛の形成不足を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、熱の影響を抑制することができる溶接方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】溶接装置を概念的に示す図である。
【図２】開先形成工程により形成した開先を示す断面図である。
【図３】溶接工程を説明するための図である。
【図４】Ｙ開先を形成して通常の溶接を行う状態を示した図である。
【図５】狭開先を形成して通常の溶接を行う状態を示した図である。
【図６】狭開先を形成してコールドタンデム溶接を行う状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態は、本発明に係る溶接方法を、コールドタンデム溶接に適用したものである。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
まず、本実施形態に係る溶接方法を説明する前に、溶接に用いる溶接装置について説明する。
【００１８】
図１は、溶接装置を概念的に示す図である。図１に示すように、溶接装置１は、コールドタンデム溶接を行うための溶接装置であり、アーク溶接用トーチ２と、フィラーワイヤ供給装置３と、連結部材４と、を備えている。なお、コールドタンデム溶接については後述する。
【００１９】
アーク溶接用トーチ２は、アーク溶接を行うものである。このアーク溶接用トーチ２は、第一ワイヤ送出装置５から送り出された消耗電極としての溶接ワイヤ６を母材の溶接位置Ｐ１に送り出す。また、アーク溶接用トーチ２は、電源供給装置７から供給された溶接電流を溶接ワイヤ６に通電して、この溶接ワイヤ６と母材との間にアークを発生させる。溶接ワイヤ６としては、例えば、ＪＩＳ  Ｚ３３１２  ＹＧＷ１２に準拠するソリッドワイヤを用いることができる。
【００２０】
フィラーワイヤ供給装置３は、第二ワイヤ送出装置８から送り出されたフィラーワイヤ９を、通電することなく、母材の溶接位置Ｐ１から近接した位置Ｐ２に送り出すものである。フィラーワイヤ９としては、例えば、ＪＩＳ  Ｚ３３１２  ＹＧＷ１２に準拠するソリッドワイヤを用いることができる。
【００２１】
連結部材４は、位置Ｐ１と位置Ｐ２とが所定の距離となるようにアーク溶接用トーチ２とフィラーワイヤ供給装置３との間隔を維持しつつ、アーク溶接用トーチ２とフィラーワイヤ供給装置３とを連結する装置である。連結部材４は、アーク溶接用トーチ２とフィラーワイヤ供給装置３とを脱着可能に連結してもよく、アーク溶接用トーチ２とフィラーワイヤ供給装置３とを固定的に連結してもよい。また、連結部材４は、アーク溶接用トーチ２とフィラーワイヤ供給装置３との間隔を固定としてもよく、アーク溶接用トーチ２とフィラーワイヤ供給装置３との間隔を可変としてもよい。
【００２２】
このように構成される溶接装置１は、連結部材４に連結されたアーク溶接用トーチ２及びフィラーワイヤ供給装置３が母材に対して相対的に移動する際に、当該移動方向において、フィラーワイヤ供給装置３がアーク溶接用トーチ２の後方に配置される。このため、位置Ｐ２は、当該移動方向において、位置Ｐ１の後方となる。本実施形態では、アーク溶接用トーチ２及びフィラーワイヤ供給装置３が母材に対して相対的に移動する方向を、「進行方向」という。
【００２３】
次に、本実施形態に係る溶接方法について説明する。
【００２４】
本実施形態に係る溶接方法は、まず、一対の部材の接合部に溝状の開先を形成する開先形成工程を行う。
【００２５】
図２を参照して、開先形成工程について詳しく説明する。図２は、開先形成工程により形成した開先を示す断面図である。図２に示すように、開先形成工程では、接合する一方部材１０（母材）と他方部材１１（母材）とを突き合わせ、一方部材１０と他方部材１１とが接合する部分に、溝状の狭開先１２を形成することにより行う。
【００２６】
狭開先１２は、対向面が略平行となる断面略Ｕ字状に形成されている。つまり、狭開先１２は、一方部材１０の他方部材１１に対向する一方部材対向面１０ａと、他方部材１１の一方部材１０に対向する他方部材対向面１１ｂと、により画成されるものであり、一方部材対向面１０ａと他方部材対向面１１ｂとが略平行になっている。なお、狭開先１２の底面の形状は特に限定されるものではなく、平面状であってもよく、曲面状であってもよい。
【００２７】
狭開先１２における一方部材対向面１０ａと他方部材対向面１１ｂとの離間距離Ａは、特に限定されるものではないが、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
狭開先１２の深さは、特に限定されるものではないが、２．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２９】
開先形成工程が終了すると、次に、狭開先に沿って一対の部材をアーク溶接する溶接工程を行う。
【００３０】
溶接工程では、コールドタンデム溶接を行う。コールドタンデム溶接は、先行溶接ワイヤ及び後行フィラーワイヤの２本のワイヤを用いた溶接方法であって、先行溶接ワイヤを通電して発生させたアークにより開先に溶融部を形成し、この溶融部が硬化する前に後行フィラーワイヤを通電せずに溶融部に供給する溶接方法である。
【００３１】
図３を参照して、溶接工程について詳しく説明する。図３は、溶接工程を説明するための図である。図３に示すように、溶接工程では、狭開先１２に沿って、アーク溶接用トーチ２及びフィラーワイヤ供給装置３を母材となる一方部材１０及び他方部材１１に対して相対的に移動させる。すると、アーク溶接用トーチ２は、フィラーワイヤ供給装置３に先行して移動し、フィラーワイヤ供給装置３は、アーク溶接用トーチに後行して移動する。
【００３２】
このとき、フィラーワイヤ供給装置３に先行するアーク溶接用トーチ２において、溶接ワイヤ６に溶接電流を通電し、溶接ワイヤ６と狭開先１２との間にアーク１３を発生させる。すると、狭開先１２に、溶接ワイヤ６、一方部材１０及び他方部材１１が溶融した溶融部１４が形成される。
【００３３】
溶融部１４は、溶融池により構成されている。この溶融部１４は、アーク１３の下方において、アーク１３からの圧力（アーク力）を受けて掘り下げられており、アーク力により最も掘り下げられた部分が溶融部１４の底部１４ａとなる。また、溶融部１４は、底部１４ａから遠ざかるに従いアーク力の影響が弱まり、次第に上昇して盛り上がる。このため、底部１４ａの進行方向後方に、溶融部１４が盛り上がった盛り上がり部１４ｂが形成される。なお、盛り上がり部１４ｂは、硬化（凝固）される前の溶融金属で構成される部分である。そして、盛り上がり部１４ｂが冷却硬化（凝固）されることで、一方部材１０と他方部材１１との間に余盛１５が形成される。なお、この余盛１５は、ビードともいう。
【００３４】
一方、アーク溶接用トーチ２に後行するフィラーワイヤ供給装置３から、フィラーワイヤ９を通電せずに溶融部１４の盛り上がり部１４ｂに供給する。フィラーワイヤ９の供給位置の調整は、例えば、連結部材４によるアーク溶接用トーチ２とフィラーワイヤ供給装置３との間隔の調整や、フィラーワイヤ供給装置３の向きの調整などにより行うことができる。
【００３５】
フィラーワイヤ９を溶融部１４の盛り上がり部１４ｂに供給すると、フィラーワイヤ９が溶融部１４の熱により溶融され、溶融部１４に溶融金属が補充される。これにより、良好な余盛１５が形成される。
【００３６】
また、通電されていないフィラーワイヤ９は加熱されていないため、フィラーワイヤ９を溶融部１４の盛り上がり部１４ｂに供給すると、溶融部１４の熱がフィラーワイヤ９に奪われ、溶融部１４が冷却される。
【００３７】
ここで、開先をＹ開先として通常の溶接を行う場合と、開先を狭開先として通常の溶接を行う場合と、開先を狭開先としてコールドタンデム溶接を行う場合と、について、熱歪（熱収縮）及び入熱状態について比較する。図４は、Ｙ開先を形成して通常の溶接を行う状態を示した図である。図５は、狭開先を形成して通常の溶接を行う状態を示した図である。図６は、狭開先を形成してコールドタンデム溶接を行う状態を示した図である。
【００３８】
図４に示すように、一方部材１０と他方部材１１との開先をＹ開先として通常の溶接を行う場合は、開先が一方部材１０及び他方部材１１の表面に向けて広がっているため、溶融部１４の収縮範囲Ｄが広くなる。このため、溶融部１４が冷却硬化される際に、溶融部１４が大きく収縮する。その結果、一方部材１０と他方部材１１の位置関係が大きく変動するとともに、大きな内部応力が発生する。しかも、Ｙ開先は開先面積が大きいため、溶融部１４から一方部材１０及び他方部材１１への入熱量が大きくなる。
【００３９】
これに対し、図５に示すように、開先を狭開先として通常の溶接を行う場合は、開先が深さ方向において略同じ幅であるため、溶融部１４の収縮範囲ＤがＹ開先よりも狭くなる。このため、溶融部１４が冷却硬化される際に、溶融部１４の収縮がＹ開先の場合よりも小さくなる。しかも、狭開先はＹ開先よりも開先面積が小さいため、溶融部１４から一方部材１０及び他方部材１１への入熱量がＹ開先の場合よりも小さく抑えられる。
【００４０】
更に、図６に示すように、開先を狭開先としてコールドタンデム溶接を行う場合は、溶融部１４の中央部にフィラーワイヤ９が溶融した低温の溶融部１６が形成されるため、溶融部１４の収縮範囲Ｄが通常の溶接を行う場合よりも狭くなる。このため、溶融部１４が冷却硬化される際に、溶融部１４の収縮が通常の溶接を行う場合よりも格段に小さくなる。しかも、溶融部１４では、冷たいフィラーワイヤ９を溶融するために熱が奪われるため、溶融部１４から一方部材１０及び他方部材１１への入熱量を通常の溶接を行った場合よりも格段に小さく抑えることができる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態に係る溶接方法によれば、開先を狭開先とすることで、熱の影響を抑制することができるとともに、一方部材１０及び他方部材１１への入熱量を小さくすることができる。
【００４２】
しかも、狭開先に沿ってコールドタンデム溶接を行うことで、冷たいフィラーワイヤ９により溶融部１４を冷却することができるため、一方部材１０及び他方部材１１への入熱量を格段に小さくすることができる。これにより、例えば、熱歪の影響が大きい部材を溶接部の近傍に組み付けた後に溶接を行ったとしても、当該部材への熱歪の影響を抑制することができるため、溶接工程の低減を図ることができる。
【００４３】
また、狭開先１２における一方部材対向面１０ａと他方部材対向面１１ｂとの離間距離Ａを、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることで、作業性を確保しつつ熱歪の影響を抑制することができる。
【００４４】
また、狭開先１２の深さを、２．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることで、接合強度を確保しつつ熱歪の影響を抑制することができる。
【００４５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００４６】
例えば、上記実施形態では、溶接工程においてコールドタンデム溶接を行うものとして説明したが、開先形成工程において開先を狭開先とすれば、溶接工程において如何なる溶接手法を採用してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、溶接工程において、フィラーワイヤ９を溶融部１４の盛り上がり部１４ｂに供給するものとして説明したが、フィラーワイヤ９の供給位置は、適宜設定することができる。
【００４８】
また、上記実施形態では、溶接装置を具体的に説明したが、溶接装置は、上記のものに限定されるものではなく、例えば、特開２００８−０５５５０６号公報や特開２０１１−２２４５８６号公報などに記載されたものを用いることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１…溶接装置、２…アーク溶接用トーチ、３…フィラーワイヤ供給装置、４…連結部材、５…第一ワイヤ送出装置、６…溶接ワイヤ（電極）、７…電源供給装置、８…第二ワイヤ送出装置、９…フィラーワイヤ（後行ワイヤ）、１０…一方部材、１０ａ…一方部材対向面、１１…他方部材、１１ｂ…他方部材対向面、１２…狭開先、１３…アーク、１４…溶融部、１４ａ…底部、１４ｂ…盛り上がり部、１５…余盛、１６…溶融部。
【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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