(57)【要約】【課題】  溶接母材と裏当金との溶着部における応力集中を低減して剛性急変及び切欠感度の緩和を図ると共に、裏当金を変形させて溶接冷却時の収縮変形による残留応力発生の緩和を図るようにした溶接用裏当金の構造を提供する。【解決手段】  溶接すべき板状の溶接母材１、１の開先部１ａ、１ａ同士を突合わせ、溶接母材１、１に当接する裏当金５を配置した溶接方法に使用される溶接用裏当金の構造であって、裏当金５の溶接母材側に、溶接母材の裏側に生成される裏波ビード幅Ｚより大きい空間部Ｓを設けた構造としたものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接すべき板状の溶接母材の開先部同士を突合わせ、前記溶接母材に当接する裏当金を配置した溶接方法に使用される溶接用裏当金の構造であって、
前記裏当金の前記溶接母材側に、前記溶接母材の裏側に生成される裏波ビード幅より大きい空間部を設けたことを特徴とする溶接用裏当金の構造。
【請求項２】
前記裏当金の板厚は、前記溶接母材の板厚の１／２〜１／３であることを特徴とする請求項１記載の溶接用裏当金の構造。
【請求項３】
前記裏当金の空間部の中央にマーキングを設けたことを特徴とする請求項１記載の溶接用裏当金の構造。
【請求項４】
前記裏当金の空間部の幅は、前記裏波ビード幅の１.５倍以上であることを特徴とする請求項１記載の溶接用裏当金の構造。
【請求項５】
前記裏当金は、前記空間部の一側が側方に開口されていることを特徴とする請求項１記載の溶接用裏当金の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接用裏当金の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板同士を継ぎ合わせる所謂板継ぎ溶接、特に閉断面構造物や表側からしか溶接することができないような箇所等における板継ぎ溶接としては片面突合わせ溶接が行われている。この片面突合わせ溶接においては、裏側まで溶接ビードが形成されて完全に溶接されることが必要不可欠である。しかしながら、上述したように閉断面構造物においては、溶接部の裏側に溶接ビードが形成されていることを目視により確認することが困難である。
【０００３】
そこで、図６に示すように溶接すべき鋼板（溶接母材）１、１と同じ部材により形成され、鋼板１、１の所定の角度例えば、４５°の角度をなしてＶ形をなす端面１ａ、１ａ（以下「開先部１ａ、１ａ」という）の下端間の幅ｌ（以下「開先幅ｌ」という）よりも僅かに幅広の断面円弧状をなす浅い溝２ａを有する裏当金２を開先部１ａ、１ａの裏側面１ｂ、１ｂに当接させて配置し、図７に示すようにこれらの鋼板１、１の開先部１ａ、１ａと共に裏当金２の溝部２ａを溶接することで、溶接材（溶接ビード）３が突合わせ部の裏側に達して溶接裏波ビード３ａとなり、これらの鋼板１、１の開先部１ａ、１ａが完全に溶接されるようにしている。
【０００４】
片面突合わせ溶接方法としては、開先部の裏側にセラミックス、銅等の裏当て材を配置して溶接する方法（例えば、特許文献１参照。）、被溶接部同士の開先部の裏側に開先部に対向したアルゴンガス溜まり部用の溝を有する銅製裏当て部材を配置し、裏波ビードの酸化を抑えるようにした溶接方法（例えば、特許文献２参照。）が提案されている。
【特許文献１】特許第３１８９６４３号公報
【特許文献２】特開平８−２０６８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図７及び図８に示すように鋼板１、１の開先部１ａ、１ａに裏当金２を溶接した構造において溶接材（溶接ビード）３の付け根部３ｂは、鋼板１、１と裏当金２とが当接している部位である。付け根部３ｂは、裏当金２に溶融箇所の熱が奪われることによる溶け込み不良、局部収縮の発生、また、溶接冷却時の溶接裏波ビード３ａの収縮変形による残留応力の発生による応力集中部であり、それらに起因する微細クラックの溶接欠陥発生のおそれが大きい。
【０００６】
また、前述した種々の要因により図８に矢印Ｂで示すように裏当金２が反り返り、鋼板１、１と裏当金２との間に鋭い鋭角θの隙間が発生し、切欠感度が高くなり、溶接後の負荷時において特に溶接裏波ビード３ａの付け根部３ｂに裏当金２との溶着による剛性急変部ができ、応力集中による高応力の不具合が発生し、疲労強度を低下させるという問題がある。特に、溶接母材及び裏当金がアルミニウム又はアルミニウム合金である場合に切欠感度の影響が大きい。
【０００７】
また、特許文献１及び特許文献２に開示されている裏当て材は、溶接後に取り除かれるものであり、溶接母材と共に溶着されて溶接裏波ビードにより前記溶接母材の開先部が完全に溶接されたことを実証するための裏当金とは異なるものである。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、溶接母材と裏当金との溶着部における応力集中を低減して剛性急変及び切欠感度の緩和を図ると共に、裏当金を変形させて溶接冷却時の収縮変形による残留応力発生の緩和を図るようにした溶接用裏当金の構造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】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１の溶接用裏当金の構造の発明は、溶接すべき板状の溶接母材の開先部同士を突合わせ、前記溶接母材に当接する裏当金を配置した溶接方法に使用される溶接用裏当金の構造であって、前記裏当金の前記溶接母材側に、前記溶接母材の裏側に生成される裏波ビード幅より大きい空間部を設けたことを特徴としている。
請求項２の溶接用裏当金の構造は、請求項１において、前記裏当金の板厚は、前記溶接母材の板厚の１／２〜１／３であることを特徴としている。
【０００９】
請求項３の溶接用裏当金の構造は、請求項１において、前記裏当金の空間部の中央にマーキングを設けたことを特徴としている。
請求項４の溶接用裏当金の構造は、請求項１において、前記裏当金の空間部の幅は、前記裏波ビード幅の１.５倍以上であることを特徴としている。
請求項５の溶接用裏当金の構造は、請求項１において、前記裏当金は、前記空間部の一側が側方に開口されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の溶接用裏当金の構造によれば、裏当金の溶接母材側に、溶接母材の裏側に生成される裏波ビード幅よりも大きい空間部を設けることで、溶接裏波ビードが急速に冷却することを防止し、溶接材と溶接母材との溶融部（境界）の収縮変形による残留応力の発生を極力少なくすることができ、剛性の急変、切欠感度の緩和を図ることができる。また、溶接冷却時の溶接ビード割れの不具合を減少させることができ、負荷時の疲労強度を向上させることができる。
【００１１】
また、請求項２の溶接用裏当金の構造によれば、裏当金の板厚を溶接母材の板厚の１／２〜１／３とすることで、裏当金が溶接材により溶融し、凝固する際、裏当金が変形し、残留応力の発生を低減させることができる。
また、請求項３の溶接用裏当金の構造によれば、裏当金の空間部の中央にマーキングを設けることで突合わせ溶接における開先幅（ルートギャップ）と裏当金の空間部とのセンタ合わせが容易となり作業性の向上が図られると共に、溶接の品質確保が容易にできる。
【００１２】
また、請求項４の溶接用裏当金の構造によれば、裏当金の空間部の幅が裏波ビード幅よりも１.５倍以上と広いことで、突合わせ溶接における開先幅の中央と裏当金の空間部とのセンタ合わせが容易となり作業性の向上が図られると共に、溶接裏波ビードの付け根部から裏当金の空間部を形成する側壁までの間に略溶け込み幅程度の空間部が残存することとなり、この空間部が溶接時における断熱空間及び裏当金の変形可能空間として作用し、裏当金による急冷、溶接ビードの収縮による残留応力の発生を防止することができる。
【００１３】
また、請求項５の溶接用裏当金の構造によれば、裏当金を片持構造とすることができ、溶接母材としての鋼管を突き合わせ溶接するような場合、裏当金空間部の開口していない側を一側の鋼管開口端内側面に仮止めし、空間部の開口している側を他側の鋼管開口端に挿入することで容易に対処することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面により詳細に説明する。
図１は、本発明に係る溶接用裏当金の構造の断面図を示し、片面突合わせ溶接すべき溶接母材としての鋼板１、１の所定の角度例えば、４５°の角度をなして傾斜せる端面１ａ、１ａ（以下「開先部１ａ、１ａ」という）は、下端１ｃが所定の開先幅（ルートギャップ）ｌを存して略Ｖ形をなして対向している。
【００１５】
裏当金５は、溶接母材としての鋼板１と同じ材質の鋼板とされ、その板厚が鋼板１の板厚の略１／２〜１／３とされている。また、その長さは、鋼板１、１の溶接長さと同じとされ、その幅Ｗは、開先部即ち、対向する端面１ａ、１ａの最大幅Ｌの略１.５倍程度とされている。図２に示すように鋼板１、１の裏側面１ｂ、１ｂと対向する裏当金５の表側の面５ａの中央には溶接裏波ビード幅Ｚよりも幅広の空間部としての溝５ｂが鋼板１、１の溶接方向（以下「長手方向」という）に沿って設けられている。
【００１６】
溝５ｂは、幅ｗが溶接裏波ビード幅Ｚの１.５倍以上（ｗ≧１.５Ｚ）とされ、深さＹが開先幅ｌと略同じとされ、底面５ｃが平坦面とされている。尚、溝５ｂの底面５ｃと両側面とのなす隅部Ｒは、当該溝５ｂを加工する際に生ずるものであり、図示のように隅Ｒでもよく、或いは直角をなしてもよい。
また、溝５ｂの底面５ｃの中央に長手方向に沿ってマーキングライン５ｄ（マーキング）が設けられている。このマーキングライン５ｄは、当該裏当金５の溝５ｂを例えば、押し出し成形により形成する場合は山形の凸条または凹条としてもよく、フライス盤により形成する場合には加工時にマーキングしてもよい。
【００１７】
以下に裏当金を用いた突合わせ片面溶接について説明する。
図１及び図２に示すように鋼板１、１の裏側面１ｂ、１ｂに裏当金５の面５ａを当接させ、溝５ｂの中央のマーキングライン５ｄを開先幅ｌの中央に位置するように配置し、不図示の治具により支持する。これにより、開先幅ｌの中央に裏当金５の溝５ｂの中央を簡単且つ正確に位置合わせすることができる。尚、この場合、裏当金５の長手方向に沿う一側の外縁部の両端、或いは長手方向に沿って適宜の箇所を対応する一側の鋼板１の裏側面１ｂにスポット溶接して仮止めしてもよい。そして、この状態において鋼板１、１の開先幅ｌの下方且つその両側に夫々幅２ｌをなし深さＹをなす閉空間部Ｓが画成される。
【００１８】
次いで、図２に示すように鋼板１、１の対向する開先部１ａ、１ａ及び開先幅ｌの部位を例えば、ＴＩＧ溶接により溶接する。この溶接時に鋼板１、１の開先部１ａ、１ａ、及び裏当金５の溝５ｂの底部５ｃの中央部が溶融して溶着される。鋼板１、１の開先部１ａ、１ａは、その表面から略開先幅ｌ程度の厚みの部分１ａ'、１ａ'が溶接材３と共に溶融する（以下「溶融部１ａ'」という）。また、裏当金５の溝５ｂの底面５ｃは、略開先幅ｌ程度の深さ部分５ｃ'が溶接材３と共に溶融して溶着される（以下「溶融部５ｃ'」という）。
【００１９】
これにより、鋼板１、１の開先幅ｄの裏側に溶接裏波ビード３ａが形成されてこれらの鋼板１、１が溶接される。また、裏当金５のマーキングライン５ｄにより鋼板１、１の開先幅ｌの中央に当該裏当金５の溝５ｂの中央部を容易に合致させることができるためにこれらの鋼板１、１の溶接不良を防止することが可能となる。
ところで、裏当金５の溝５ｂの幅ｗが裏波ビード幅Ｚの１.５倍以上とされていることで当該裏波ビード幅Ｚの両側に夫々略幅０.２５Ｚの隙間（空間部）が形成された状態で溶接され、鋼板１の内側に張り出す溶接裏波ビード３ａの付け根部３ｂから溝５ｂの左右両側の開口端までの間に空間部Ｓａが残存することとなる。そして、この空間部Ｓａが溶接時における断熱空間、及び裏当金５の変形可能空間として作用する。
【００２０】
即ち、開先部１ａ、１ａの溶融時に発生した溶接熱は、空間部Ｓａにより遮断されて裏当金５の溝５ｂの外側への伝達が抑えられ、これにより、裏当金５の急冷、溶接裏波ビード３ａの収縮による付け根部３ｂからの亀裂（ビード割れ）の発生が有効に防止される。また、裏当金５の板厚が溶接母材である鋼板１の板厚の１／２〜１／３と薄いことで、当該裏当金５の剛性が低く、溶接裏波ビード３ａの収縮時には図２に２点鎖線で示すように変形して残留応力の発生が大幅に低減される。
【００２１】
更に、鋼板１、１の溶融部１ａ'、１ａ'、及び裏当金５の溶融部５ｃ'に至る溶接裏波ビード３ａは、裏当金５の溝５ｂに向かって凸の曲面をなしていることから、付け根部３ｂ即ち、鋼板１の裏側面１ｂと溶接裏波ビード３ａの付け根部３ｂとのなす角θが鈍角となる。このため、前記付け根部３ｂにおける応力集中が少なくなり、負荷時に当該付け根部３ｂの部分の高応力の発生が有効に防止されて疲労強度が大幅に向上する。
【００２２】
図４は、本発明の裏当金の他の実施形態を示し、裏当金６は、鋼板１、１の裏側面１ｂ、１ｂと当接する表側の面６ａ中央に溶接方向（長手方向）に沿って一側方に開口させた形状の切欠６ｂを形成して空間部Ｓとしたものである。切欠６ｂの底面６ｃの中央には長手方向（溶接方向）に沿って断面三角形状をなす凸条のマーキングライン６ｄが設けられている。この裏当金６は、片持構造とされ、切欠６ｂの閉塞側の外側縁部６ｅを鋼板１の裏側面１ｂにスポット溶接等により仮止めする。
【００２３】
このような形状の裏当金６は、例えば、円環状に形成して鋼管同士を突合わせ片面溶接する際に有効である。即ち、裏当金６の外側縁部６ｅを一側の鋼管の開口端の内側面にスポット溶接等で仮止めし、切欠６ｂの開口している側を他側の鋼管の開口端に挿入し、これらの鋼管の対向する開口端（開先部）を溶接し、溶接裏波ビードにより裏当金６を溶接する。
【００２４】
上述した実施例では、突合わせ片面溶接を例としたが、これに限るものではない。図５は、本発明の裏当金の他の実施形態を示し、隅肉溶接（角継手）に本発明の裏当金を採用したものである。裏当金７は、鋼板の開先部１ａの下端１ｃと、鋼板１に対し略垂直に設けられた鋼板１'の開先部１ｃ'が所定の開先幅（ルートギャップ）ｌを存して突き合うように配設されるレ形の開先形状を有した鋼板１、１'の裏側面１ｂ及び端面１ｂ'に表側の面７ａが当接する。表側の面７ａの中央に溶接裏波ビード幅Ｚよりも幅広（ｗ≧１.５Ｚ）の空間部Ｓとしての溝７ｂが鋼板１、１'の長手方向（溶接方向）に沿って形成され、溝７ｂの中央には長手方向（溶接方向）に沿って断面三角形状をなす凸条のマーキングライン７ｄが設けられている。この裏当金７は、該裏当金７の外側面を鋼板１、１'の端面１ｂ、１ｂ'に溶接等により仮止めする。
【００２５】
本発明の実施形態では、開先形状がＶ形及びレ形のものを例としたが、これに限定されるものではない。例えば、他の開先形状（Ｉ形、Ｕ形、Ｊ形等）を適用した場合でも、本実施形態と同様の効果を奏することは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る溶接用裏当金の構造の組付図である。
【図２】図１の溶接母材と裏当金とを溶接した状態を示す図である。
【図３】図２の溶接部の拡大図である。
【図４】本発明に係る溶接用裏当金の構造の他の実施形態を示す図である。
【図５】本発明に係る溶接用裏当金の構造の他の実施形態を示す図である。
【図６】従来の裏当金の構造の組付図である。
【図７】図６の溶接母材と裏当金とを溶接した状態を示す図である。
【図８】図７の溶接部の拡大図である。
【符号の説明】
【００２７】
１、１'  鋼板（溶接母材）
１ａ  開先部
ｄ  開先幅
３  溶接材
３ａ  溶接裏波ビード
３ｂ  溶接裏波ビードの付け根部
５、７  裏当金
５ｂ  溝（空間部）
５ｃ  底面
５ｄ、７ｄ  マーキングライン
Ｓ、Ｓａ  空間部
６  裏当金
６ｂ  切欠（空間部）
【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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