(57)【要約】【課題】前加工の簡易・低コスト化を十分に図ることができるとともに、高効率でかつ高強度の突合せ溶接継手を確実に実現し得る鋼板の突合せ接続方法を提供する。【解決手段】鋼板の突合せ溶接方法は、予め２つの鋼板１，２のうちの一方の鋼板の端面２ａに複数の突起部３を所定間隔Ｓ毎に形成しておき、これらの突起部を他方の鋼板の端面１ａに突き当てた状態で溶接を行う。各突起部は、鋼板と同一の厚みでかつ平面的に見て台形状又は矩形状ものであることが好ましい。【選択図】図１
2014018824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの鋼板の端面同士を突き合わせて溶接を行う鋼板の突合せ溶接方法において、
予め上記２つの鋼板のうちの一方の鋼板の端面に複数の突起部を所定間隔毎に形成しておき、これらの突起部を他方の鋼板の端面に突き当てた状態で溶接を行うことを特徴とする鋼板の突合せ溶接方法。
【請求項２】
上記各突起部は、鋼板と同一の厚みでかつ平面的に見て台形状又は矩形状のものである請求項１記載の鋼板の突合せ溶接方法。
【請求項３】
上記各突起部は、その突起高さが１．５〜５ｍｍ、突起基端側幅寸法が突起高さよりも大きくかつ１５ｍｍ以下にそれぞれ設定されている請求項２記載の鋼板の突合せ溶接方法。
【請求項４】
隣接する２つの突起部の間の間隔は、等間隔でかつ５０〜３００ｍｍに設定されている請求項２又は３記載の鋼板の突合せ溶接方法。
【請求項５】
上記２つの鋼板の厚みが異なる場合、上記各突起部は、厚みの小さい方の鋼板の端面に形成されている請求項２ないし請求項４のいずれか一つに記載の鋼板の突合せ溶接方法。
【請求項６】
上記２つの鋼板の厚みが異なる場合、上記各突起部は、厚みの大きい方の鋼板の端面に形成されている請求項２ないし請求項４のいずれか一つに記載の鋼板の突合せ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの鋼板の端面同士を突き合わせて溶接を行う鋼板の突合せ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような鋼板の突合せ溶接方法としては、例えば図８に示すように、予め２つの鋼板１０１，１０２の端部の少なくとも一方に、大きな傾斜角度の溶接開先（単に「開先」ともいう）１０３の加工を全長に渡って施すとともに、裏面側に裏当て金１０４を配置しておき、表面側から溶接開先１０３に溶融金属（図示せず）を溶け込ますように溶接を行うものが知られている。尚、溶融金属の抜け落ちの危険性がない場合には裏当て金１０４は省略する。
【０００３】
また、別の突合せ溶接方法として、図９に示すように、２つの鋼板１１１，１１２を、その端面同士の間に所定の隙間つまりルートギャップ（単に「ギャップ」ともいう）Ｒを介在した状態で配置するとともに、裏面側に裏当て金１１４を配置した後、表面側からルートギャップＲに溶融金属（図示せず）を溶け込ますように溶接を行うものも知られている。
【０００４】
ところが、上記従来の突合せ溶接方法のうち、前者のものでは、鋼板１０１，１０２の端部に、その全長に渡る精度の良い傾斜の開先加工を施すことは容易ではない。また、溶接開先１０３に対する溶融金属の溶け込み深さを確保することが困難であり、脚長を埋めるために多パス溶接が要求される。パス回数を減らすためには、溶接速度を落としたり、溶接電流を上げたりするなどの溶接入熱を増やさなければならいが、溶接熱変形や強度低下が著しくなるという問題がある。
【０００５】
一方、後者のものでは、ルートギャップＲに対する溶融金属の溶け込みが深く、パス回数を減らすことができるという利点を有しているが、ルートギャップＲを確保するために、裏当て金１１４を利用してギャップ調整仮付けを行ったり、あるいは２つの鋼板１１１，１１２の端面同士間にスペーサを配置したりする必要がある。このため、前加工が面倒でかつ部品点数の増加などによりコスト的にも高くなるという問題がある。
【０００６】
そこで、上記従来の突合せ溶接方法の代わりに、前加工が簡単で低コストでできるとともに、パス回数が少なく高効率でかつ高強度の突合せ継手が得られる新たな突合せ溶接方法が要望されている。この要望に答えるものとして、例えば特許文献１に開示されているように、２つの鋼板のうちの少なくとも一方の鋼板の端面に凹凸面を形成して、この凹凸面を他方の鋼板に当接させて溶接する継手の溶接方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２６２６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記提案の溶接方法では、継手の前加工として凹凸面を鋼板の端面にその全長に渡り連続して形成する必要があるため、前加工の簡易・低コスト化を十分に図ることができない。また、凹凸面の凸部が互いに近接した状態で他方の鋼板に当接して溶接されるため、溶融金属の抜け落ちのない溶接が難しく、高効率でかつ高強度の突合せ溶接継手を得るという点でも十分なものではない。
【０００９】
本発明はかかる点に鑑みてなされものであり、その課題とするところは、上記提案の溶接方法について、突合せ溶接継手に適するように改良を加えることにより、前加工の簡易・低コスト化を十分に図ることができるとともに、高効率でかつ高強度の突合せ溶接継手を確実に実現し得る鋼板の突合せ接続方法を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、２つの鋼板の端面同士を突き合わせて溶接を行う鋼板の突合せ溶接方法として、予め上記２つの鋼板のうちの一方の鋼板の端面に複数の突起部を所定間隔毎に形成しておき、これらの突起部を他方の鋼板の端面に突き当てた状態で溶接を行う構成にする。
【００１１】
この構成では、突合せ溶接継手の前加工として一方の鋼板の端面に複数の突起部を所定間隔毎に形成するだけであるため、従来の溶接開先や凹凸面を連続して形成する場合に比べて前加工が簡単に低コストで行うことができる。また、前加工後にも突起部を削ることでその高さひいては突起部を他方の鋼板の端面に突き当てた状態での２つの鋼板の端面同士の隙間つまりルートギャップを比較的に容易に調整することができる上、ルートギャップに対する溶融金属の溶け込みが深く、パス回数が少なく済むため、高効率で高強度の突合せ溶接継手を実現することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の鋼板の突合せ溶接方法において、上記各突起部は、鋼板と同一の厚みでかつ平面的に見て台形状又は矩形状のものである構成にする。この構成では、前加工としての突起部の成形加工を簡単なものとしながら、突起部が他方の鋼板の端面に当接した状態での両鋼板の組立安定性を高めることができるので、突合せ溶接継手の高効率・高強度化をより図ることができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項２記載の鋼板の突合せ溶接方法において、上記各突起部の具体的な大きさを特定するものである。すなわち、上記各突起部は、その突起高さが１．５〜５ｍｍ、突起基端側幅寸法が突起高さよりも大きくかつ１５ｍｍ以下にそれぞれ設定される構成にする。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項２又は３記載の鋼板の突合せ溶接方法において、隣接する２つの突起部の間の間隔を、等間隔でかつ５０〜３００ｍｍに設定する構成にする。この構成では、隣接する２つの突起部の間の間隔が等間隔であるため、前加工としての突起部の成形加工をその分簡単なものとすることができる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項２ないし請求項４のいずれか一つに記載の鋼板の突合せ溶接方法において、上記２つの鋼板の厚みが異なる場合、上記各突起部を、厚みの小さい方の鋼板の端面に形成する構成にする。この構成では、各突起部が厚みの小さい方の鋼板の端面に形成され、各突起部の厚みがその分小さいため、各突起部の溶接熱による溶融が迅速に行われ、その分溶接効率が高くなる。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項２ないし請求項４のいずれか一つに記載の鋼板の突合せ溶接方法において、上記２つの鋼板の厚みが異なる場合、上記各突起部を、厚みの大きい方の鋼板の端面に形成する構成にする。この構成では、前加工後の組立・調整時に各突起部を削って段差のない傾斜面にすることができ、また、突合せ溶接時に各突起部の傾斜面に沿うよう溶接を行うことで段差のない突合せ溶接継手を比較的に容易に実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明による鋼板の突合せ溶接方法によれば、突合せ溶接継手の前加工として一方の鋼板の端面に複数の突起部を所定間隔毎に形成するだけであるため、従来の溶接開先や凹凸面を連続して形成する場合に比べて前加工を簡易に低コストで行うことができる。また、前加工後にも突起部を削ることでその高さひいては２つの鋼板の端面同士のルートギャップを比較的に容易に調整することができる上、ルートギャップに対する溶融金属の溶け込みが深く、パス回数が少なく済むため、高効率で高強度の突合せ溶接継手を確実に実現することができる。
【００１８】
特に、請求項２に係る発明では、前加工としての突起部の成形加工を簡単なものとしながら、突起部が他方の鋼板の端面に当接した状態での両鋼板の組立安定性を高めることができるので、突合せ溶接継手の高効率・高強度化をより確実に図ることができる。
【００１９】
また、請求項５に係る発明では、２つの鋼板の厚みが異なる場合、各突起部が厚みの小さい方の鋼板の端面に形成され、各突起部の厚みがその分小さいため、各突起部の溶接熱による溶融を迅速に行うことができ、その分溶接効率を高めることができる。
【００２０】
さらに、請求項６に係る発明では、２つの鋼板の厚みが異なる場合、各突起部が厚みの大きい方の鋼板の端面に形成されているため、前加工後の組立・調整時に各突起部を削って段差のない傾斜面にすることができ、また、突合せ溶接時に各突起部の傾斜面に沿うよう溶接を行うことで段差のない突合せ溶接継手を比較的に容易に実現することができる。特に、２つの鋼板の厚みの差が大きい場合に有効なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明の実施形態に係る鋼板の突合せ溶接方法の組立段階の状態を示す平面図である。
【図２】図２は図１のＸ付近の拡大図である。
【図３】図３は図１のＹ−Ｙ線における拡大断面図である。
【図４】図４は図１のＺ−Ｚ線における拡大断面図である。
【図５】図５は本発明の実施例に係る鋼板の突合せ溶接方法を説明するための突起部の形状を示す図である。
【図６】図６は同じく２種類の電極配線を示す図である。
【図７】図７はハイブリッド・レーザ溶接での実施例を説明するための説明図である。
【図８】図８は従来の突合せ溶接方法を説明するための断面図である。
【図９】図９は同じく従来の別の突合せ溶接方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態である実施形態を、図面を用いながら説明する。
【００２３】
図１ないし図４に示すように、２つの鋼板１，２を突き合わせて溶接を行う場合には、予め上記２つの鋼板１，２のうちの一方の鋼板２の端面２ａに複数の突起部３，３，…を所定間隔Ｓ毎に形成しておく。そして、これらの突起部３，３，…を他方の鋼板１の端面１ａに突き当てるとともに、鋼板１，２の裏面側に突合せ面に沿って裏当て金４を配置して組立を行う。この組立の後、鋼板１，２の突合せ面に沿って溶接を行う。この溶接法としては、マグ（ＭＡＧ）溶接法、サブマージアーク溶接法、又はいわゆるハイブリッド・レーザ溶接法などが用いられる。
【００２４】
このような鋼板１，２の突合せ溶接方法によれば、突合せ溶接継手の前加工として一方の鋼板２の端面２ａに複数の突起部３，３，…を所定間隔Ｓ毎に形成するだけであるため、従来の溶接開先１０３（図８参照）や凹凸面を連続して形成する場合に比べて前加工を簡単に低コストで行うことができる。
【００２５】
また、前加工後にも突起部３を削ることでその高さひいては突起部３を他方の鋼板１の端面１ａに突き当てた状態での２つの鋼板１，２の端面１ａ，２ａ同士の隙間つまりルートギャップＲを比較的に容易に調整することができる上、ルートギャップＲに対する溶融金属の溶け込みが深く、パス回数が少なく済むため、高効率で高強度の突合せ溶接継手を実現することができる。
【００２６】
ここで、上記各突起部３は、鋼板１，２と同一の厚みでかつ平面的に見て、図２に示す如く突起先端側幅寸法Ｂ１が突起基端側幅寸法Ｂ２と等しい矩形状のもの、あるいは突起先端側幅寸法Ｂ１が突起基端側幅寸法Ｂ２よりも小さい台形状のものにすることが好ましい。この場合、前加工としての突起部３の成形加工を、鋼板２の切断加工と併せて行うことができ、前加工の簡単・低コスト化をより図ることができる。しかも、各突起部３を他方の鋼板１の端面１ａに突き当てた状態での両鋼板１，２の組立安定性を高めることができるので、突合せ溶接継手の高効率・高強度化をより図ることができる。
【００２７】
また、上記各突起部３は、その突起高さＨが１．５〜５ｍｍに設定され、突起基端側幅寸法Ｂ２が突起高さＨよりも大きくかつ１５ｍｍ以下に設定されることが好ましい。溶接効率（速度、入熱量、パス回数）の観点からは突起部３の突起高さＨが小さく、ルートギャップＲが狭くなる方が良いが、アーク溶接の場合ワイヤ径（１．２ｍｍ）から底部までの溶け込みなどを考慮すると、突起高さＨの下限は１．５ｍｍとなる。突起部３の突起基端側幅寸法Ｂ２は、ルートギャップＲの調整のための突起部３の削り時に折損などを生じないように突起高さＨよりも大きくする必要があるが、１５ｍｍ以上に大きくなった場合には、突起部３の溶け残りや未溶着が生じることになる。
【００２８】
さらに、隣接する２つの突起部３，３の間の間隔Ｓは、等間隔でかつ５０〜３００ｍｍに設定されることが好ましい。間隔Ｓが等間隔であれば、前加工としての突起部３の成形加工がその分簡単なものとなり、前加工の簡単・低コスト化をより一層図ることができる。間隔Ｓは、突起部３の総個数を少なくしその成形加工を簡単なものにするためには大きいほど良いが、その上限は、組立時の仮付けピッチを考慮して３００ｍｍにした。
【００２９】
組立時の仮付け間隔は、突起部３又はその近傍に突起部３と同一のピッチで設けるのが良いが、その溶接による歪みが悪影響を及ぼす場合には、隣接する２つの突起部３，３の間にも裏当て金４側からの仮付け溶接を行っても良い。仮付け溶接幅は、突起部３の基端側幅寸法Ｂ２と同じく１５ｍｍ程度までとし、溶け込み不良が生じるためトーチ側表面に大きく盛られた形状にならないようにする。
【００３０】
上記実施形態においては、２つの鋼板１，２の厚みが同一であったが、２つの鋼板の厚みが異なる場合、上記各突起部３は、厚みの小さい方の鋼板の端面に形成すると良い。この場合、各突起部３が厚みの小さい方の鋼板の端面に形成され、各突起部３の厚みがその分小さくなるため、各突起部３の溶接熱による溶融が迅速に行われ、その分溶接効率を高くすることができる。逆に、上記各突起部３は、厚みの大きい方の鋼板の端面に形成しても良い。この場合、前加工後の組立・調整時に各突起部３を削って段差のない傾斜面にすることができ、また、突合せ溶接時に各突起部３の傾斜面に沿うよう溶接を行うことで段差のない突合せ溶接継手を比較的に容易に実現することができる。
【００３１】
次に、突合せ溶接法として、マグ溶接法を用いた実施例１、サブマージアーク溶接法を用いた実施例２、及びハイブリッド・レーザ溶接法を用いた実施例３についてそれぞれ説明する。
【実施例１】
【００３２】
マグ溶接法は、鋼板の突合せ溶接法に広く用いられるものである。溶接装置は、ＹＤ−３５０ＧＥ２（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ製）、トーチ角垂直、ワイヤ突出し長さ１５ｍｍ、シールドガスはＡｒ＋２０％ＣＯ２、流量は２５Ｌ／ｍｉｎ、溶接材料はＭＧＳ−８０（φ１．２ｍｍ）である。
【００３３】
そして、このマグ溶接法は、下記の表１に示すように、鋼板１，２の板厚が６ｍｍと９ｍｍ、突起部３の突起高さＨひいてはルートギャップＲが３ｍｍと５ｍｍ、隣接する２つの突起部３，３間の間隔（突起間隔）Ｓが５０ｍｍと１５０ｍｍと３００ｍｍの場合それぞれについて試験的に実施した。尚、実施例１〜３では、突起部３は、図５に示すように、平面的に見て、突起高さＨに拘わらず、突起先端側幅寸法Ｂ１が２ｍｍで先端側に向かって左右両辺がそれぞれ４５°で傾斜する台形状のものである。
【００３４】
【表１】
2014018824.tif 000003
実施例１との比較のために、同じマグ溶接法を用いて、従来のＶ形開先を設けた板厚６ｍｍの場合に突合せ溶接を実施した溶接条件を、下記の表２に示す。
【００３５】
【表２】
2014018824.tif 000004
また、同じくマグ溶接法を用いて、従来のＶ形開先を設けた板厚９ｍｍの場合に突合せ溶接を実施した溶接条件を、下記の表３に示す。
【００３６】
【表３】
2014018824.tif 000005
【００３７】
上記の表１に示す実施例１と表２，３に示す従来例とを比較するに、溶接条件（溶接速度、マグ出力の電流及び電圧）は略同一であるにも拘わらす、板厚が６ｍｍ及び９ｍｍのいずれの場合にも、実施例１でのパス回数が従来例でのそれよりも少なくて済むことが分かる。
【実施例２】
【００３８】
サブマージアーク溶接法はフラックスを用いた大電流溶接となり、溶接変形が大きいが、マグ溶接法と同じく鋼板の突合せ溶接に広く用いられることから、同法の適用可否を検討した。
【００３９】
溶接電源は、リンカーンエレクトリック社製Ｐｏｗｅｒ  Ｗａｖｅ  ＡＣ／ＤＣ  １０００、フラックスはＰＦＨ−５５Ｅ、１０×４８メッシュ又はＭＦ−３８、１２×６５メッシュ、板厚は６〜９ｍｍ、ギャップ（ルートギャップＲ）は３〜４ｍｍ、溶接ワイヤはＵＳ−３６、φ４．０ｍｍである。サブマージアーク溶接では予め開先にフラックス盛りが必要であることから作業性を考量し、図６に示すように１パスのタンデムとシングル電極での性能比較を行った。突起間隔Ｓは全て１５０ｍｍであるが、その入熱量から熱ひずみが大きくなるため、間隔５０ｍｍピッチで仮付け溶接を行った。
（１）フラックスがＰＦＨ−５５Ｅ、１０×４８メッシュの場合、その溶接試験結果は、下記の表４に示す。
【００４０】
【表４】
2014018824.tif 000006
【００４１】
表４の試験片は全て板厚６ｍｍである。タンデムで１Ｍ／ｍｉｎの溶接、シングルで０．７Ｍ／ｍｉｎの溶接がそれぞれ可能であり、開先によらず同条件での１パス溶接が可能である。尚、表４中、開先欄がＩのものが実施例に相当し、Ｖ６０°のものは、Ｖ形開先の従来例に相当する。また、電流・電圧欄のＬ／Ｔは、先行極／後行極を意味する。
（２）フラックスがＭＦ−３８、１２×６５メッシュの場合、その溶接試験結果は、下記の表５に示す。
【００４２】
【表５】
2014018824.tif 000007
【００４３】
表５の試験片は板厚が６ｍｍと９ｍｍである。表４を含めて考察すれば、フラックスや開先によらず同条件での１パス溶接が可能である。但し、入熱量が多いことから、熱ひずみはかなり大きい。
Ｉ形開先の実施例での溶接条件を、下記の表６にまとめた。
【００４４】
【表６】
2014018824.tif 000008
【００４５】
以上のことから、本発明は、サブマージアーク溶接法を用いて鋼板１，２の突合せ溶接を行う場合にも適用することができ、パス回数を少なくして高効率で高強度の突合せ溶接継手を実現することができるなどの効果を奏する。
【実施例３】
【００４６】
ハイブリッド・レーザ溶接法は、図７に示すように、マグ溶接などのアーク溶融にキーホールを発生させる高エネルギーのレーザ照射を併用するものであり、ギャップが１ｍｍ以下の狭開先溶接に適したものである。この溶接法の適用可否を検討した。
【００４７】
マグ溶接装置はＤＷ３００（ダイヘン社製）で、直流パルス、シールドガスはＡｒ＋２０％ＣＯ２、流量は２５Ｌ／ｍｉｎ、レーザ装置はファイバーレーザＹＬＲ−１００００（ＩＰＧ製最大出力：１０ｋＷ）、レーザトーチ角度９０°（溶接面に鉛直方向）、マグトーチ角度６０°、レーザとマグ間距離０．６ｍｍで行った。
【００４８】
そして、このハイブリッド・レーザ溶接法は、下記の表７に示すように、鋼板１，２の板厚が３．２ｍｍと６ｍｍと９ｍｍ、突起部３の突起高さＨひいてはギャップＲが１．５ｍｍと２ｍｍと３ｍｍ又は５ｍｍ、突起間隔Ｓが５０ｍｍと１５０ｍｍと３００ｍｍの場合それぞれについて試験的に実施した。
【００４９】
【表７】
2014018824.tif 000009
【００５０】
表７は以下を考慮して、熱ひずみが少なく、仮付け溶接を必要としない（突起部３だけで形状保持できる）溶接試験結果である。すなわち、ギャップが大きい場合には溶接速度を落とす。多パス溶接することも可能である。溶接速度を落とすことやマグ電流値を上げることは入熱量の増大に伴って熱変形量も増加する。よって、突起間隔Ｓを大きくする場合にはマグ電流値を落とし、多パス溶接にする方が良いと判断して試験を行った。
【００５１】
このような溶接試験結果からも分かるように、本発明は、ハイブリッド・レーザ溶接法を用いて鋼板１，２の突合せ溶接を行う場合にも適用することができ、特に、ギャップが小さい場合にハイブリッド・レーザ溶接法を用いて本発明を実施することが有効である。
【符号の説明】
【００５２】
１，２    鋼板
１ａ，２ａ    端面
３    突起部
４    裏当て金
Ｓ    所定間隔
Ｒ    ルートギャップ
Ｈ    突起高さ
Ｂ１  突起先端側幅寸法
Ｂ２  突起基端側幅寸法
【図１】
2014018824.tif 000010
【図２】
2014018824.tif 000011
【図３】
2014018824.tif 000012
【図４】
2014018824.tif 000013
【図５】
2014018824.tif 000014
【図６】
2014018824.tif 000015
【図７】
2014018824.tif 000016
【図８】
2014018824.tif 000017
【図９】
2014018824.tif 000018