(57)【要約】【課題】本発明は低入熱溶接が可能なエレクトロスラグ溶接方法を提供する。【解決手段】消耗ノズルのワイヤ挿通直角方向の断面形状を矩形断面とし、好ましくは溶接電源を直流定電圧電源とし、溶接ワイヤ径を２．４ｍｍ未満、好ましくは１．６ｍｍとする。矩形断面消耗ノズルの寸法：幅ＷｎおよびＴｎは、好ましくは、１２＜幅Ｗｎ＜（ダイヤフラムの厚みＷｄ−５）（ｍｍ）、５＜厚みＴｎ＜１０（ｍｍ）とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルのワイヤ挿通直角方向の断面形状を矩形断面とすることを特徴とする消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法。
【請求項２】
溶接電源を直流定電圧電源とし、溶接ワイヤ径を２．４ｍｍ未満とすることを特徴とする請求項１記載の消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエレクトロスラグ溶接方法に関し、特に溶接部の靭性が要求される建築用ボックス柱の溶接に適用するＩ型開先を簡便に確実に溶接する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高層建築に用いられるボックス柱は、スキンプレートの角継手とダイヤフラムとスキンプレートを溶接して製作され、角継手には大入熱サブマージアーク溶接が用いられ、ダイヤフラムとスキンプレートの溶接にはエレクトロスラグ溶接を用いることが一般に行われている。
【０００３】
前記のエレクトロスラグ溶接には、Ｉ型解析を適用する必要がるが、従来、非消耗ノズル上昇式簡易エレクトロスラグ溶接法（ＳＥＳ−ＮＥＴ法：Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｌａｇ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｗｉｔｈ  Ｎｏｎ−Ｃｏｎｓｕｍａｂｌｅ  Ｅｌｅｖａｔｉｎｇ  Ｔｉｐ）を用いることが一般的であった。
【０００４】
しかし、同溶接法に代表される非消耗ノズルを用いる方法に必要なノズル上昇装置は大掛かりになるためコスト的に不利であった。一方、非消耗ノズルを用いる方法としては、断面形状が円形のノズルを用いる方法が特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２０００−６１６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１などに代表される円形ノズルでＩ型開先に良好な溶け込みを実現することは実際には困難であった。すなわち、Ｉ型開先は矩形断面であるため、円形ノズルに通電することで溶接入熱を確保しながら断面形状の四隅にいたるまで健全な溶接を行うことは難しかった。
【０００６】
そこで、本発明は消耗式ノズルを用いて、装置が大掛かりになることなく、Ｉ型開先に良好な溶け込みを実現しながら溶接することを可能とするエレクトロスラグ溶接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】
本発明者等は消耗式ノズルや非消耗式ノズルを用いる各種のエレクトロスラグ溶接法について検討し、以下の知見を得た。
１  現在、ボックス柱の溶接において、主流となっている非消耗式ノズル式であるＳＥＳ−ＮＥＴ溶接は、水冷式非消耗ノズルの先端に通電チップを装着し、溶接ワイヤに通電する方法で、通電部分は溶接ワイヤとなるため、溶接ワイヤの溶融速度は速くなるが、通電部分が点状に近くなるため溶接電圧を高くとって溶け込み量を確保しなければならず、溶接入熱の低減が困難である。
【０００８】
２  また、水冷式非消耗ノズルは、耐久性や経済的な理由から外径の細径化が制限され、また熱源が点状に近く溶け込みが同心円状を基本とするため、オシレートを必要とし、ダイヤフラム端部とスキンプレートとの間隔であるルートギャップ（ＲＧ）を２０ｍｍ以下とする狭開先化には限界がある。
【０００９】
３  一方、消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接法の場合、送給できる溶接ワイヤ、現状２．４ｍｍ径、の細径化には限界があるため、溶着速度が比較的小さく、さらなる溶接入熱の低減が困難である。
【００１０】
４  従って、開先断面積と溶着速度によって支配されるエレクトロスラグ溶接の溶接入熱の低減には、ノズルの薄肉化が可能な消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接法によりルートギャップを小さくして開先断面積を減少させる。
【００１１】
５  更に、直流低電圧溶接装置の採用により溶接ワイヤを細径化して発熱を促進し、溶着速度を向上させることが有効である。
【００１２】
本発明は得られた知見をもとに、更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、
１  ノズルのワイヤ挿通直角方向の断面形状を矩形断面とすることを特徴とする消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法。
２  溶接電源を直流定電圧電源とし、溶接ワイヤ径を２．４ｍｍ未満とすることを特徴とする請求項１記載の消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ボックス柱のスキンプレートとダイヤフラムのエレクトロスラグ溶接を、簡便な装置を用いて、Ｉ型開先において良好な溶け込みを持たせながら、狭開先の溶接を実施する、すなわち、溶接入熱を抑制して実施することが可能で、特に、今後、予想される靭性要求が付帯されるボックス柱の溶接法として有効で、産業上、極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明はノズル形状の変更が容易な消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接法において、開先断面積を減少させるため、ノズル形状を矩形断面とし、更に好ましくは、消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接法の欠点であった太い溶接ワイヤ径（典型的には、２．４ｍｍ径）による溶着速度を、細径ワイヤ（例えば１．６ｍｍ径）と直流定電圧溶接装置の組み合わせで高速化することを特徴とする。
【００１５】
図１は本発明に係るエレクトロスラグ溶接方法の装置構成の一例を模式的に示す図で、図において１は装置全体構成（Ｔ字型継手試験体９を除く）、２は溶接電源直流定電圧溶接電源、３はワイヤ送給装置、４はワイヤ送給ロール、５は矩形断面ノズル、６はワイヤ送給ケーブル、７はペールパック、８は溶接電源ケーブルを示す。
【００１６】
本発明法によりエレクトロスラグ溶接を実施する場合、溶接されるダイヤフラムとスキンプレートを備えたＴ字型開先部（図１ではＴ字型継手試験体９の開先部）の断面内に、矩形断面ノズル５を挿入配置し、溶接ワイヤを格納するペールパック７からワイヤ送給装置３、ワイヤ送給ロール４により溶接ワイヤを矩形断面ノズル５のワイヤ送給孔に送給して溶接を行う。
【００１７】
図２は、矩形断面ノズル５の、Ｔ字型開先部における配置位置を模式的に説明する上面図で、図において１０はＴ字型継手試験体９の拡大開先部、２０はスキンプレート、３０はダイヤフラム、４０はダイヤフラム３０の両側面に取り付けられる当て金、ＲＧはルートギャップ、Ｔｎは矩形断面ノズル５の厚み、Ｗｎは矩形断面ノズル５の幅、Ｗｄはダイヤフラム３０の板厚であって、開先部の幅を示す。
【００１８】
消耗ノズルを矩形断面ノズル５とすることにより、従来の円形断面ノズルの場合に必要とされていた消耗ノズル外周部と、開先断面を形成するスキンプレート内壁と該内壁に対向するダイヤフラムの端部との空隙：ＲＧをより小さくすることが可能で、開先断面積を小さくし、溶接入熱を減少させることが可能となる。
【００１９】
消耗ノズルの断面を矩形断面とした場合、円形断面のノズルを用いて溶接する場合よりも、少ない溶接入熱であっても、溶け込み不足などの溶接欠陥が生じない。
【００２０】
消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接は消耗ノズルを主通電体として溶融スラグに通電し、抵抗発熱により溶接する方法であり、矩形断面とした場合、溶融スラグへの通電が矩形断面の角部から行われ、発熱点が開先部を構成する内壁に近づくためと推測されるが詳細は不明である。
【００２１】
本発明の好ましいＲＧ，ノズル断面形状について説明する。
【００２２】
エレクトロスラグ溶接における溶接入熱は、開先断面積により左右されるため溶接能率や溶接部の機械的特性から狭いことが好適であり、ＲＧは１８ｍｍ未満とすることが好ましい。
【００２３】
一方、狭すぎるとノズルが交錯して溶接に支障が生じたり、開先内壁とノズルとの間でアークが発生してノズル先端が破損するようになるので、好ましくはノズルの厚み：Ｔｎ＋４ｍｍとする。
【００２４】
矩形断面消耗ノズルの寸法：幅ＷｎおよびＴｎは、１２＜幅Ｗｎ＜（ダイヤフラムの厚みＷｄ−５）（ｍｍ）、５＜厚みＴｎ＜１０（ｍｍ）とすることが好ましい。
【００２５】
消耗ノズルの幅Ｗｎが広く、開先内壁に近づきすぎると壁との間でアークが発生して破損する。一方、幅Ｗｎは、溶接部の幅方向の溶け込み幅を確保するために必要であり、上記範囲とすることが好ましい。
【００２６】
消耗ノズルは、通電経路としてその断面積が小さいとノズル部での発熱・溶融による溶接が不可能となるため、消耗ノズルの厚みＴｎは上記の下限が好ましい。
【００２７】
また、前記したＲＧが１８ｍｍ未満であることから、消耗ノズルの破損を防止するために、その厚みＴｎは上記の上限が好ましい。
【００２８】
尚、本発明で、矩形断面ノズルの構造は特に規定しないが、図３に示すように２枚の薄板５１，５２に切欠部を設け、溶接ワイヤ７０が挿通する溝部（ワイヤ送給孔）６０が形成されるように重ね合わせることが望ましい。
【００２９】
本発明は、消耗ノズルとして矩形断面ノズルを用いることにより、円形断面ノズルの場合より溶接入熱を低減することが可能であるが、更に溶接ワイヤとして従来、消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接で用いられていた２．４ｍｍ径より細径のワイヤ：１．６ｍｍ径を用いると、従来にまして狭い開先を溶接できるので、より効果的である。
【実施例】
【００３０】
種々の板厚のスキンプレート（ＳＰ）、ダイヤフラム（ＤＦ）を組み合わせて、ＲＧの異なるＴ字型開先部の継手を作成し、矩形断面形状のノズルを用いてエレクトロスラグ溶接を行った。比較例として同径のワイヤを用いて、円形断面形状のノズルを用いたＳＥＳ−ＮＥＴ溶接を行った。尚、矩形断面消耗ノズルの寸法は、幅Ｗｎ＝１５ｍｍ，厚さＴｍ＝７ｍｍとした。
【００３１】
表１に、開先形状、溶接条件とを併せて示す。溶接金属の断面を調査したところ、Ｎｏ．１，２の本発明例はＮｏ．３の比較例と比べて少ない溶接入熱で溶接部欠陥がなく、良好な溶け込み幅を有する健全な溶接部が得られた。尚、溶け込み幅は、スキンプレートの開先内壁面における溶接金属幅とする。  
【００３２】
更に、種々のダイヤフラム厚のＴ字型継手を溶接した。結果を図４に示す。１．６ｍｍ径の溶接ワイヤを用いた場合、同径のワイヤを用いたＳＥＳ−ＮＥＴより著しく溶接入熱を低減することが可能である。
【００３３】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明例（装置構成）。
【図２】本発明例（開先部詳細）。
【図３】本発明例（矩形ノズル断面形状）。
【図４】実施例。
【符号の説明】
【００３５】
１  装置全体構成（Ｔ字型継手試験体を除く）
２  溶接電源
３  ワイヤ送給装置
４  ワイヤ送給ロール
５  矩形断面ノズル
６  ワイヤ送給ケーブル
７  ペールパック
８  溶接電源ケーブル
９  Ｔ字型継手試験体
１０  Ｔ字型継手試験体の拡大開先部
２０  スキンプレート
３０  ダイヤフラム
４０  当て金
５１、５２  薄板５１，５２
６０  溝部
７０  溶接ワイヤ
【図１】
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【図２】
2006334654.tif 000005
【図３】
2006334654.tif 000006
【図４】
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