(57)【要約】【課題】裏当てを必要とせず、２４ｍｍ超、５０ｍｍ以下の厚板の両面溶接が可能なアーク溶接方法を提供する。【解決手段】少なくとも表面の被溶接部にＹ型開先を有し、厚みが２４ｍｍ超５０ｍｍ以下の板状の第１母材及び第２母材を用意し、表面が上を向く姿勢で第１母材及び第２母材を突き合わせて配置する。そして、母材の被溶接部に溶接ワイヤを送給すると共に、溶接電源から溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、先端部及び被溶接部間に発生したアークによって母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に先端部を進入させて母材を溶接する。次いで、裏面が上を向く姿勢で第１母材及び第２母材を配置し、第１母材及び第２母材の裏面の被溶接部を溶接する。【選択図】図２
2018069332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材の被溶接部に溶接ワイヤを送給すると共に、溶接電源から該溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、前記先端部及び被溶接部間に発生したアークによって前記母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、
少なくとも表面の被溶接部にルート面を有する開先が形成され、厚みが２４ｍｍ超５０ｍｍ以下の板状の第１母材及び第２母材を用意する工程と、
表面が上を向く姿勢で前記第１母材及び第２母材を突き合わせて配置する工程と、
前記溶接電流の周波数が１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下、平均電流が３００Ａ以上、電流振幅が５０Ａ以上になるように、該溶接電流を変動させることにより、前記第１母材及び第２母材の表面の被溶接部を溶接する工程と、
裏面が上を向く姿勢で前記第１母材及び第２母材を配置する工程と、
前記第１母材及び第２母材の裏面の被溶接部を溶接する工程と
を備えるアーク溶接方法。
【請求項２】
前記開先は表面の被溶接部に形成されたＹ型開先であり、
前記第１母材及び第２母材の厚みは２５ｍｍ、前記Ｙ型開先のルート面の寸法は１８ｍｍ、開先深さは７ｍｍ、開先角度は９０度である
請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
母材の被溶接部に溶接ワイヤを送給すると共に、溶接電源から該溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、前記先端部及び被溶接部間に発生したアークによって前記母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、
板状の第１母材、及びＩ開先又はルート面を有する開先が形成され、厚みが２０ｍｍ超５０ｍｍ以下の板状の第２母材を用意する工程と、
前記第１母材に対して前記第２母材を直角的に配置する工程と、
前記溶接電流の周波数が１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下、平均電流が３００Ａ以上、電流振幅が５０Ａ以上になるように、該溶接電流を変動させることにより、前記第１母材及び第２母材の第１の隅部を溶接する工程と、
前記溶接電流の周波数が１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下、平均電流が３００Ａ以上、電流振幅が５０Ａ以上になるように、該溶接電流を変動させることにより、前記第１母材及び第２母材の第２の隅部を溶接する工程と
を備えるアーク溶接方法。
【請求項４】
母材の被溶接部に溶接ワイヤを送給すると共に、溶接電源から該溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、前記先端部及び被溶接部間に発生したアークによって前記母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、
板状の第１母材及び第２母材を用意する工程と、
前記第１母材に対して前記第２母材を直角的に配置する工程と、
平均電流が３００Ａ未満の前記溶接電流にて、前記第１母材及び第２母材の第１の隅部を隅肉溶接する工程と、
平均電流が３００Ａ以上の前記溶接電流にて、前記第１母材及び第２母材の第２の隅部に形成される凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて溶接する工程と
を備えるアーク溶接方法。
【請求項５】
前記第２の隅部を溶接する工程は、完全溶け込み溶接である
請求項４に記載のアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極式のアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接方法の一つに、消耗電極式のガスシールドアーク溶接法がある。ガスシールドアーク溶接法は、母材の被溶接部に送給された溶接ワイヤと、母材との間にアークを発生させ、アークの熱によって母材を溶接する手法であり、特に高温になった母材の酸化を防ぐために、不活性ガスを溶接部周辺に噴射しながら溶接を行うものである。
【０００３】
一般に、９ｍｍ以上の厚板の溶接を行う方法としては、表面及び裏面のいずれか一方からのみ溶接を行う片面溶接と、表面及び裏面の両面から溶接を行う両面溶接が存在する。
片面溶接においては、レ型開先、Ｙ型開先、あるいはＵ型開先等を母材に設け、裏当てを用いて溶接を行うのが一般的である。片面溶接では、母材を裏返す必要がないため、大掛かりな装置が不要という利点があるが、一方で開先断面積を大きくとる必要があるため、溶接施工時間の増大や溶接変形量の増大、ワイヤ使用量の増大、裏当ての使用によるコスト増加などが問題となる。
一方、両面溶接においては、両面レ型開先若しくはＫ型開先、両面Ｙ型開先、又は両面Ｕ型開先若しくはＨ型開先等を母材に設け、裏当てを用いずに溶接を行うのが一般的である。この場合、片面溶接の場合よりも開先を小さくとることができるため、溶接施工時間や溶接ワイヤ使用量の低減が可能となる。また、両面溶接では、角変形などの溶接変形が対照的に生じるため、結果として残存する変形量が小さくなるという利点もある。更に、裏当てを使用する必要がないため、裏当てのコストも削減することができる。
こういった観点から、厚板の溶接では、片面溶接だけでなく両面溶接による施工も積極的に利用されている。
【０００４】
ただし、両面溶接においては、片面溶接には無い様々な課題がある。たとえば両面溶接においては、裏当てが使用できないために初層の溶接を裏当てなしの裏波溶接とする必要があり、技術的な難易度が高い。更に、そのような溶接においては溶接欠陥の発生が起こりやすくなるため、片側の溶接施工が完了したのち、裏面溶接にかかる前に初層部分を裏側からガウジング等ではつり、初層部分を除去することが求められる場合がある。
【０００５】
これを解決する方法として、深溶込み溶接を用いることにより、裏当てなしでの両面溶接を行う方法がある。ルート面を厚くとることで、溶落ちを防止し、両側からの深溶込み溶接によりルート部を完全に溶融及び接合させる方法である。
例えば、特許文献１には、板状の第１母材及び第２母材を間隙を設けて配置し、２５ｋＪ／ｃｍ以下の入熱により埋もれアークの状態で表面及び裏面をそれぞれ両面溶接する溶接方法が開示されている。特許文献１に係る溶接方法によれば、板厚が４ｍｍ以上、２４ｍｍ以下の母材を溶接することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−７６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に係る溶接方法においては溶接可能な母材の厚みが２４ｍｍ以下に制限されるという問題がある。板厚が５０ｍｍに達する場合もある厚板構造物の溶接においては、２４ｍｍという板厚は必ずしも十分ではなく、２４ｍｍを超える板厚への対応が望まれる。
【０００８】
また、特許文献１に係るＴ継手の溶接方法においては、溶接可能な母材の厚みが２０ｍｍ以下に制限されるという問題がある。
【０００９】
更に、特許文献１に係る溶接方法においてはＴ継手の両隅を深溶込み溶接する構成であり、継手の開先形状、母材の配置及び姿勢、母材の厚み等によっては、溶融金属の垂れ落ちが生じないように母材間の間隙の幅、溶接条件等を厳密に設定する必要があった。
【００１０】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、裏当てを必要とせず、２４ｍｍ超、５０ｍｍ以下の厚板の両面溶接が可能なアーク溶接方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、裏当てを必要とせず、Ｔ継手又は角継手のように直角的に配置した２０ｍｍ超、５０ｍｍ以下の厚板の溶接が可能なアーク溶接方法を提供することにある。
【００１２】
更に、本発明の他の目的は、溶融金属の垂れ落ちを防止するための裏当てを必要とせず、Ｔ継手、角継手のように直角的に配置される母材の簡便な溶接が可能なアーク溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る第１のアーク溶接方法は、母材の被溶接部に溶接ワイヤを送給すると共に、溶接電源から該溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、前記先端部及び被溶接部間に発生したアークによって前記母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、少なくとも表面の被溶接部にルート面を有する開先が形成され、厚みが２４ｍｍ超５０ｍｍ以下の板状の第１母材及び第２母材を用意する工程と、表面が上を向く姿勢で前記第１母材及び第２母材を突き合わせて配置する工程と、前記溶接電流の周波数が１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下、平均電流が３００Ａ以上、電流振幅が５０Ａ以上になるように、該溶接電流を変動させることにより、前記第１母材及び第２母材の表面の被溶接部を溶接する工程と、裏面が上を向く姿勢で前記第１母材及び第２母材を配置する工程と、前記第１母材及び第２母材の裏面の被溶接部を溶接する工程とを備える。
【００１４】
本発明にあっては、開先が形成された表面が上を向く姿勢で第１母材及び第２母材を突き合わせて配置し、被溶接部を溶接する。上記溶接条件で溶接電流を変動させて溶接を行うことにより、片面１パス当たり、最大２５ｍｍの溶け込み深さを得ることができる。その際の開先の最大のルート深さは１８ｍｍである。第１母材及び第２母材はルート面を有するため、溶融金属が裏面に垂れ落ちることは無く、裏当てが不要である。
表面側の溶接を終えた場合、次に裏面が上を向く姿勢で第１母材及び第２母材を配置し、同様にして溶接を行う。従って、２４ｍｍ超の厚板を両面溶接することができる。
なお、上記溶接条件で溶接を行うと、アークの熱によって母材に凹状の溶融部分が形成され、溶接ワイヤの先端部が溶融部分によって囲まれる空間に進入する。溶接ワイヤの先端部が母材表面より深部に進入する。このため、片面１パスで２５ｍｍの溶け込みを得ることができる。以下、凹状の溶融部分によって囲まれる空間を埋もれ空間と呼び、埋もれ空間に進入した溶接ワイヤの先端部と、母材又は溶融部分との間に発生するアークを、適宜、埋もれアークと呼ぶ。
また、開先が形成された表面から溶接を行う例を説明したが、裏面を溶接し、次いで表面を溶接するようにしても良い。つまり、表面が上を向く姿勢で前記第１母材及び第２母材を突き合わせて配置する工程及び前記溶接電流の周波数が１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下、平均電流が３００Ａ以上、電流振幅が５０Ａ以上になるように、該溶接電流を変動させることにより、前記第１母材及び第２母材の表面の被溶接部を溶接する工程と、裏面が上を向く姿勢で前記第１母材及び第２母材を配置する工程及び前記第１母材及び第２母材の裏面の被溶接部を溶接する工程とを逆順で実行しても良い。
【００１５】
本発明に係るアーク溶接方法は、前記開先は表面の被溶接部に形成されたＹ型開先であり、前記第１母材及び第２母材の厚みは２５ｍｍ、前記Ｙ型開先のルート面の寸法は１８ｍｍ、開先深さは７ｍｍ、開先角度は９０度である構成が好ましい。
【００１６】
本構成にあっては、板厚が２５ｍｍの第１母材及び第２母材を両面溶接することができる。
【００１７】
本発明に係る第２のアーク溶接方法は、母材の被溶接部に溶接ワイヤを送給すると共に、溶接電源から該溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、前記先端部及び被溶接部間に発生したアークによって前記母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、板状の第１母材、及びＩ開先又はルート面を有する開先が形成され、厚みが２０ｍｍ超５０ｍｍ以下の板状の第２母材を用意する工程と、前記第１母材に対して前記第２母材を直角的に配置する工程と、前記溶接電流の周波数が１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下、平均電流が３００Ａ以上、電流振幅が５０Ａ以上になるように、該溶接電流を変動させることにより、前記第１母材及び第２母材の第１の隅部を溶接する工程と、前記溶接電流の周波数が１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下、平均電流が３００Ａ以上、電流振幅が５０Ａ以上になるように、該溶接電流を変動させることにより、前記第１母材及び第２母材の第２の隅部を溶接する工程とを備える。
【００１８】
本発明にあっては、板状の第１母材と、厚みが２０ｍｍ超５０ｍｍ以下の板状の第２母材とを直角的に配置し、両隅部を埋もれアークにて溶接する。上記突き合わせ溶接と同様、上記溶接条件で溶接電流を変動させて溶接を行うことにより、片隅当たり、最大２５ｍｍの溶け込み深さを得ることができる。第１母材及び第２母材にはＩ開先又はルート面を有する開先が形成されているため、溶融金属が裏面に垂れ落ちることは無く、裏当てが不要である。本発明によれば、２０ｍｍ超の厚板を両面溶接することができる。
【００１９】
本発明に係る第３のアーク溶接方法は、母材の被溶接部に溶接ワイヤを送給すると共に、溶接電源から該溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、前記先端部及び被溶接部間に発生したアークによって前記母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、板状の第１母材及び第２母材を用意する工程と、前記第１母材に対して前記第２母材を直角的に配置する工程と、平均電流が３００Ａ未満の前記溶接電流にて、前記第１母材及び第２母材の第１の隅部を隅肉溶接する工程と、平均電流が３００Ａ以上の前記溶接電流にて、前記第１母材及び第２母材の第２の隅部に形成される凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて溶接する工程とを備える。
【００２０】
本発明にあっては、第１の隅部を隅肉溶接することによって形成されるビードは、第２の隅部を溶接する際、裏当てとして機能する。第１母材及び第２母材の開先は、隅肉溶接によって第１の隅部側から第２の隅部側へ溶接金属が回り込まないよう、例えば溶融金属の垂れ落ちが生じないように、Ｉ開先又はルート面が小さい開先とし、ギャップも小さく設定することが望ましい。この場合、本溶接が困難になるが、平均電流が３００Ａ以上の溶接電流を用いれば、このような第１母材及び第２母材の第２の隅部も溶接することが可能となる。
以上の工程によれば、裏当てを用いること無く、簡単な溶接工程で溶融金属の垂れ落ちを防ぎつつ、第１母材及び第２母材を直角的に溶接することが可能になる。本発明で実施可能な継手は、Ｔ継手、角継手、十字継手等であるが、必ずしもこれらに限定されるものでは無い。
【００２１】
前記第２の隅部を溶接する工程は、完全溶け込み溶接である構成が好ましい。
【００２２】
本構成にあっては、裏当てを用いること無く、溶融金属の垂れ落ちを防ぎつつ、第１母材及び第２母材の完全溶け込み溶接が可能になる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、裏当てを必要とせず、２４ｍｍ超、５０ｍｍ以下の厚板の両面溶接が可能となる。
また、裏当てを必要とせず、Ｔ継手又は角継手のように直角的に配置した２０ｍｍ超、５０ｍｍ以下の厚板の溶接が可能となる。
更に、溶融金属の垂れ落ちを防止するための裏当てを必要とせず、Ｔ継手、角継手のように直角的に配置される母材の簡便な溶接が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態１に係るアーク溶接装置の一構成例を示す模式図である。
【図２】本実施形態１に係るアーク溶接方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】溶接対象の母材及び表面溶接時における母材の配置を示す側断面図である。
【図４】溶接電圧及び溶接電流の変動を示すグラフである。
【図５】本実施形態１に係るアーク溶接方法を示す模式図である。
【図６】裏面溶接時における母材の配置を示す側断面図である。
【図７】両面溶接された母材の側断面図である。
【図８】表面及び裏面のビード形状を示す写真である。
【図９】埋もれアークを実現する溶接電流及び電圧の条件を示すグラフである。
【図１０】ワイヤ径及びワイヤ突出し長さと、埋もれアークを実現する溶接電流及び電圧の条件との関係を示す概念図である。
【図１１】ワイヤ径１．６ｍｍ、溶接ワイヤの突出し長さ２５ｍｍの場合において埋もれアークを実現する溶接電流及び電圧の条件の一例を示すグラフである。
【図１２】本実施形態２に係るアーク溶接方法の手順を示すフローチャートである。
【図１３】第１の隅部の埋もれアーク溶接を示す側断面図である。
【図１４】第２の隅部の埋もれアーク溶接を示す側断面図である。
【図１５】本実施形態３に係るアーク溶接方法の手順を示すフローチャートである。
【図１６】第１の隅部の隅肉溶接を示す側断面図である。
【図１７】第２の隅部の完全溶け込み溶接を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施形態１）
図１は、本実施形態１に係るアーク溶接装置の一構成例を示す模式図である。本実施形態１に係るアーク溶接装置は、板厚が２４ｍｍ超、５０ｍｍ以下の母材４を各面、１パスで両面溶接することが可能な消耗電極式のガスシールドアーク溶接機であり、溶接電源１、トーチ２及びワイヤ送給部３を備える。
【００２６】
トーチ２は、銅合金等の導電性材料からなり、母材４の被溶接部へ溶接ワイヤ５を案内すると共に、アーク７（図５参照）の発生に必要な溶接電流Ｉｗを供給する円筒形状のコンタクトチップを有する。コンタクトチップは、その内部を挿通する溶接ワイヤ５に接触し、溶接電流Ｉｗを溶接ワイヤ５に供給する。また、トーチ２は、コンタクトチップを囲繞する中空円筒形状をなし、被溶接部へシールドガスを噴射するノズルを有する。シールドガスは、アーク７によって溶融した母材４及び溶接ワイヤ５の酸化を防止するためのものである。シールドガスは、例えば炭酸ガス、炭酸ガス及びアルゴンガスの混合ガス、アルゴン等の不活性ガス等である。
【００２７】
溶接ワイヤ５は、例えばソリッドワイヤであり、その直径は０．９ｍｍ以上１．６ｍｍ以下であり、消耗電極として機能する。溶接ワイヤ５は、例えば、螺旋状に巻かれた状態でペールパックに収容されたパックワイヤ、あるいはワイヤリールに巻回されたリールワイヤである。
【００２８】
ワイヤ送給部３は、溶接ワイヤ５をトーチ２へ送給する送給ローラと、当該送給ローラを回転させるモータとを有する。ワイヤ送給部３は、送給ローラを回転させることによって、ワイヤリールから溶接ワイヤ５を引き出し、引き出された溶接ワイヤ５をトーチ２へ供給する。なお、かかる溶接ワイヤ５の送給方式は一例であり、特に限定されるものでは無い。
【００２９】
溶接電源１は、給電ケーブルを介して、トーチ２のコンタクトチップ及び母材４に接続され、溶接電流Ｉｗを供給する電源部１１と、溶接ワイヤ５の送給速度を制御する送給速度制御部１２とを備える。なお、電源部１１及び送給速度制御部１２を別体で構成しても良い。電源部１１は、定電圧特性の電源であり、ＰＷＭ制御された直流電流を出力する電源回路１１ａ、出力電圧設定回路１１ｂ、周波数設定回路１１ｃ、電流振幅設定回路１１ｄ、平均電流設定回路１１ｅ、電圧検出部１１ｆ、電流検出部１１ｇ及び比較回路１１ｈを備える。
【００３０】
電圧検出部１１ｆは、溶接電圧Ｖｗを検出し、検出した電圧値を示す電圧値信号Ｅｄを比較回路１１ｈへ出力する。
【００３１】
電流検出部１１ｇは、例えば、溶接電源１からトーチ２を介して溶接ワイヤ５へ供給され、アーク７を流れる溶接電流Ｉｗを検出し、検出した電流値を示す電流値信号Ｉｄを出力電圧設定回路１１ｂへ出力する。
【００３２】
周波数設定回路１１ｃは、母材４及び溶接ワイヤ５間の溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを周期的に変動させる周波数を設定するための周波数設定信号を出力電圧設定回路１１ｂへ出力する。本実施形態１に係るアーク溶接方法を実施する場合、周波数設定回路１１ｃは、１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下の周波数、好ましくは５０Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下の周波数、より好ましくは８０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下の周波数を示す周波数設定信号を出力する。
【００３３】
電流振幅設定回路１１ｄは、周期的に変動する溶接電流Ｉｗの振幅を設定するための振幅設定信号を出力電圧設定回路１１ｂへ出力する。本実施形態１に係るアーク溶接方法を実施する場合、電流振幅設定回路１１ｄは、５０Ａ以上の電流振幅、好ましくは、１００Ａ以上５００Ａ以下の電流振幅、より好ましくは２００Ａ以上４００Ａ以下の電流振幅を示す振幅設定信号を出力する。
【００３４】
平均電流設定回路１１ｅは、周期的に変動する溶接電流Ｉｗの平均電流を設定するための平均電流設定信号を出力電圧設定回路１１ｂ及び送給速度制御部１２へ出力する。本実施形態１に係るアーク溶接方法を実施する場合、平均電流設定回路１１ｅは、３００Ａ以上の平均電流、好ましくは平均電流を３００Ａ以上１０００Ａ以下の平均電流、より好ましくは５００Ａ以上８００Ａ以下の平均電流を示す平均電流設定信号を出力する。
【００３５】
出力電圧設定回路１１ｂは、各部から出力された電流値信号Ｉｄ、周波数設定信号、振幅設定信号、平均電流設定信号に基づいて、溶接電流Ｉｗが目標とする周波数、電流振幅及び平均電流となるように、例えば、矩形波状又は三角波状等の任意波形の目標電圧を示す出力電圧設定信号Ｅｃｒを生成し、生成した出力電圧設定信号Ｅｃｒを比較回路１１ｈへ出力する。
【００３６】
比較回路１１ｈは、電圧検出部１１ｆから出力された電圧値信号Ｅｄと、出力電圧設定回路１１ｂから出力された出力電圧設定信号Ｅｃｒとを比較し、その差分を示す差分信号Ｅｖを電源回路１１ａへ出力する。
【００３７】
電源回路１１ａは、商用交流を交直変換するＡＣ−ＤＣコンバータ、交直変換された直流をスイッチングにより所要の交流に変換するインバータ回路、変換された交流を整流する整流回路等を備える。電源回路１１ａは、比較回路１１ｈから出力された差分信号Ｅｖに従って、インバータをＰＷＭ制御し、電圧を溶接ワイヤ５へ出力する。その結果、母材４及び溶接ワイヤ５間に、周期的に変動する溶接電圧Ｖｗが印加され、溶接電流Ｉｗが通電する。なお、溶接電源１には、図示しない制御通信線を介して外部から出力指示信号が入力されるように構成されており、電源部１１は、出力指示信号をトリガにして、電源回路１１ａに溶接電流Ｉｗの供給を開始させる。出力指示信号は、例えば、溶接ロボットから溶接電源１へ出力される。また、手動の溶接機の場合、出力指示信号は、トーチ２側に設けられた手元操作スイッチが操作された際にトーチ２側から溶接電源１へ出力される。
【００３８】
溶接電源１の電源部１１は、定電圧特性を有する。例えば、電源部１１は、１００Ａの溶接電流の増加に対する溶接電圧の低下が４Ｖ以上２０Ｖ以下となる外部特性を有する。電源部１１の外部特性をこのように設定することにより、埋もれアーク状態を維持することが容易となる。
上記溶接電圧の低下が４Ｖ未満の場合、外乱要因によるアーク長の変動に対して溶接電圧の変動が小さく、溶接電流が大きく変動する。その結果、溶融部分６が大きく搖動して、埋もれアークの状態を維持することが難しくなる。上記溶接電圧の低下を４Ｖ以上とすることにより、溶融部分６の搖動が抑制され、埋もれアーク状態を維持することが容易となる。
また、外乱要因によってアーク長が短くなった場合、溶接電流の値が増加して溶接ワイヤ５の溶融速度が増大し、アーク長が長くなる。一方、外乱要因によってアーク長が長くなった場合、溶接電流の値が減少して溶接ワイヤ５の溶融速度が低下し、アーク長が短くなる（アーク長の自己制御作用）。上記溶接電圧の低下が２０Ｖを超える場合、外乱要因によるアーク長の変動に対して溶接電流の変動が小さいため、上記アーク長の自己制御作用が小さくなる。その結果、埋もれアークの状態を維持することが難しくなる。上記溶接電圧の低下を２０Ｖ以下とすることにより、上記アーク長の自己制御作用が維持され、埋もれアーク状態を維持することが容易となる。
なお、上記電圧低下は５Ｖ以上とすることが好ましい。また、上記電圧低下は１５Ｖ以下とすることが好ましい。
【００３９】
図２は、本実施形態１に係るアーク溶接方法の手順を示すフローチャート、図３は、溶接対象の母材４及び表面溶接時における母材４の配置を示す側断面図である。まず、溶接により接合されるべき母材４、具体的には、少なくとも表面４ａの被溶接部にＹ型開先４ｃを有する板状の第１母材４１及び第２母材４２を用意する（ステップＳ１１）。第１母材４１及び第２母材４２は、例えば軟鋼、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼等の鋼板であり、その板厚は２４ｍｍ超５０ｍｍ以下であり、Ｙ型開先４ｃのルート面の寸法は１０ｍｍ以上３６ｍｍ以下である。一例として、本実施形態１では、図３に示すように、表面４ａの被溶接部にＹ型開先４ｃを有し、板厚が２５ｍｍの第１母材４１及び第２母材４２について説明する。当該Ｙ型開先４ｃのルート面の寸法は１８ｍｍ、開先深さは７ｍｍ、開先角度は９０度である。
【００４０】
次いで、溶接電源１の各種設定を行う（ステップＳ１２）。具体的には、溶接電源１は、周波数１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下、平均電流３００Ａ以上、電流振幅５０Ａ以上の範囲内で溶接電流Ｉｗの溶接条件を設定する。
【００４１】
なお、溶接電流Ｉｗの条件設定は、全て溶接作業者が行っても良いし、溶接電源１が、本実施形態１に係る溶接方法の実施を操作部にて受け付け、全ての条件設定を自動的に行うように構成しても良い。また、溶接電源１が、平均電流等、一部の溶接条件を操作部にて受け付け、受け付けた一部の溶接条件に適合する残りの溶接条件を決定し、条件設定を半自動的に行うように構成しても良い。
【００４２】
次いで、Ｙ型開先４ｃが形成された表面４ａが上を向く姿勢で第１母材４１及び第２母材４２を突き合わせて配置する（ステップＳ１３）。
【００４３】
溶接電源１の各種設定及び母材４の配置が行われた後、溶接電源１は、溶接電流の周波数が１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下、平均電流が３００Ａ以上、電流振幅が５０Ａ以上になるように、溶接電流を変動させることにより、約１８ｍｍの溶け込み深さで第１母材４１及び第２母材４２の表面４ａの被溶接部を溶接する（ステップＳ１４）。
【００４４】
具体的には、溶接の出力指示信号が溶接電源１に入力された場合、送給速度制御部１２は、ワイヤの送給を指示する送給指示信号を、ワイヤ送給部３へ出力し、所定速度で溶接ワイヤ５を送給させる。溶接ワイヤ５の送給速度は、例えば、約５〜１００ｍ／分の範囲内、好ましくは３０ｍ／分以上１００ｍ／分以下の範囲内で設定される。送給速度制御部１２は、例えば平均電流設定回路１１ｅから出力された平均電流設定信号等に応じて、送給速度を決定する。なお、溶接ワイヤ５の送給速度は一定速度であっても良いし、周期的に変動させても良い。また、溶接作業者が、ワイヤの送給速度を直接設定するように構成しても良い。
次いで、溶接電源１の電源部１１は、電圧検出部１１ｆ及び電流検出部１１ｇにて溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを検出し、検出された溶接電流Ｉｗの周波数、電流振幅及び平均電流が設定された溶接条件に一致し、溶接電流Ｉｗが周期的に変動するように、目標電圧を生成し、溶接電圧をＰＷＭ制御する。つまり、溶接電源１は、定電圧特性において、溶接電流Ｉｗが周波数１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ未満、平均電流３００Ａ以上、電流振幅５０Ａ以上で周期的に変動するように、目標電圧を周期的に変動させて出力を制御する。
【００４５】
図４は、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗの変動を示すグラフ、図５は、本実施形態１に係るアーク溶接方法を示す模式図である。図４に示す各グラフの横軸は時間を示し、図４Ａ〜図４Ｃに示す各グラフの縦軸はそれぞれ、溶接電源１の設定電圧、母材４及び溶接ワイヤ５間の溶接電圧Ｖｗ、アーク７を流れる溶接電流Ｉｗである。
【００４６】
本実施形態１に係るアーク溶接方法においては、電源部１１は、溶接電流Ｉｗの周波数が１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下、平均電流が３００Ａ以上、電流振幅が５０Ａ以上になるように、溶接電流Ｉｗを制御する。具体的には、定電圧特性の溶接電源１は、このように溶接電流Ｉｗが変動するように、目標電圧を設定し、当該目標電圧を周期的に変動させる。以下の溶接電流Ｉｗの制御についても同様である。定電圧特性で溶接電流Ｉを周期的に変動させることにより、埋もれアークの溶融部分６をより効果的に安定化させることができる。
好ましくは、電源部１１は、溶接電流Ｉｗの周波数が５０Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下、平均電流が３００Ａ以上１０００Ａ以下、電流振幅が１００Ａ以上５００Ａ以下になるように、溶接電流Ｉｗを制御する。より好ましくは、電源部１１は、図４Ｃに示すように、溶接電源１の周波数が８０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下、電流振幅が２００Ａ以上４００Ａ以下、平均電流が５００Ａ以上８００Ａ以下になるように、溶接電流Ｉｗを制御する。なお、図４Ｃにおいては、溶接電流の周波数が約１００Ｈｚ、電流振幅が約２４０Ａ、平均電流が約５３０Ａである。
【００４７】
このように溶接電流Ｉｗ及びワイヤ送給速度が設定された場合、設定電圧は、例えば図４Ａに示すように、周波数１００Ｈｚ、電圧振幅３０Ｖの矩形波状の電圧となり、溶接ワイヤ５及び母材４間には図４Ｂに示すような溶接電圧Ｖｗが印加され、図４Ｃに示すような溶接電流Ｉｗが流れる。溶接電源１は、例えば溶接電流Ｉｗの電流振幅が２４０Ａ、平均電流が５３０Ａになるように、周波数１００Ｈｚで設定電圧の制御を行う。また、溶接電源１は、約４０ｍ／分の速度で溶接ワイヤ５の送給を制御する。なお、溶接電圧Ｖｗは４１Ｖ以上２７以下の範囲で変動しているが、溶接電圧Ｖｗの変動範囲は、各種インピーダンスの影響によって変化する。また、図４Ｃに示す電流波形は一例であり、特に限定されるものでは無い。例えば、電流波形は略矩形波状であっても良いし、三角波状であっても良い。
【００４８】
かかる溶接条件で溶接電流Ｉｗを周期的に変動させると、溶接ワイヤ５の先端部５ａ及び被溶接部間に発生したアーク７の熱によって溶融した母材４及び溶接ワイヤ５の溶融金属からなる凹状の溶融部分６が母材４に形成される。そして、アーク７の様子を高速度カメラで撮影したところ、図５左図に示すように、溶接ワイヤ５の先端部５ａ及び溶融部分６の底部６１間にアーク７が発生する第１状態と、図５右図に示すように、先端部５ａ及び溶融部分６の側部６２間にアーク７が発生する第２状態とを周期的に変動することが確認された。
【００４９】
具体的には、溶接ワイヤ５の先端部５ａから溶融部分６の底部６１へアーク７が飛ぶ第１状態と、溶接ワイヤ５の先端部５ａから溶融部分６の側部６２へアーク７が飛ぶ第２状態とを繰り返す。第１状態は、例えば溶接ワイヤ５の溶滴移行形態がドロップ移行の状態である。第２状態は、例えば溶接ワイヤ５の溶滴移行形態がローテーティング移行の状態である。ドロップ移行は、溶接ワイヤ５の先端部５ａから溶融部分６の底部６１へ溶滴移行する形態の一例であり、ローテーティング移行は、溶接ワイヤ５の先端部５ａから溶融部分６の側部６２へ溶滴移行する形態の一例である。溶融金属は、埋もれ空間６ａが閉口し、溶接ワイヤ５の先端部５ａが埋没される方向へ流れようとするが、第２状態において溶融部分６の側部６２にアーク７が飛び、溶融部分６の溶融金属は溶接ワイヤ５から離隔する方向へ押し返され、埋もれ空間６ａは凹状の状態で安定化する。なお、図５右図では、大電流によって溶融した溶接ワイヤ５の先端部５ａの溶滴が移行した結果、溶接ワイヤ５の先端部５ａが短くなっている。
このような第１状態及び第２状態を１０Ｈｚ以上、好ましくは５０Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下、より好ましくは８０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下で変動させることによって、大きな波打ち周期よりも高周波数で溶融金属を微振動させることができ、溶融金属の波打ちが抑えられる。
【００５０】
なお、ステップＳ１４の溶接においては、裏当ては不要である。Ｙ型開先４ｃのルート面が１８ｍｍ確保されており、表面４ａ側の被溶接部を溶接する際に溶融金属が裏面４ｂ側から垂れ落ちることは無い。
【００５１】
図６は、裏面溶接時における母材４の配置を示す側断面図である。以上の通り、表面４ａの被溶接部の溶接が完了した場合、図６に示すように、裏面４ｂが上を向く姿勢で表面溶接後の第１母材４１及び第２母材４２を突き合わせて配置する（ステップＳ１５）。そして、表面４ａ側の溶接と同様、溶接電源１は、溶接電流の周波数が１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下、平均電流が３００Ａ以上、電流振幅が５０Ａ以上になるように、溶接電流を変動させることにより、約８ｍｍの溶け込み深さで第１母材４１及び第２母材４２の裏面４ｂの被溶接部を溶接し（ステップＳ１６）、溶接処理を終了する。なお、板厚２５ｍｍの母材４を溶接する場合、裏面側の溶接条件は特にこれに限定されるものでは無い。板厚が３７ｍｍ超の母材４を溶接する場合、表面と同様の溶接条件で溶接することが好ましい。
【００５２】
図７は、両面溶接された母材４の側断面図、図８は、表面４ａ及び裏面４ｂのビード形状を示す写真である。図８Ａは表面４ａのビード形状、図８Ｂは裏面４ｂのビード形状である。図７及び図８に示すように、上記溶接条件で両面溶接することによって、板厚が２５ｍｍの母材４を溶接することができることが確認された。
【００５３】
また、溶接電流を周波数１０Ｈｚ以上及び電流振幅５０Ａ以上の溶接条件で振動させることによって、周波数０Ｈｚの場合に比べて、良好なビード形状が得られることが確認された。溶融金属を高周波で振動させることによって、溶融金属の波打ちを抑える動作原理より、溶接電流の周波数が１０Ｈｚ以上であっても、同様にして溶融金属の波打ちを抑え、埋もれ空間６ａを安定化させることができると予想される。また、５０Ａの電流振幅で溶融金属の波打ちを十分に抑えることができることから、５０Ａ以上の電流振幅であっても、溶融金属の波打を抑えることができることが予想される。実際、溶融電流の周波数５０Ｈｚ、溶接電流１００Ａ以上の溶接条件で溶接を行うと、より良好なビード形状が得られた。なお、ワイヤ径、溶接ワイヤ５の突出し長さ、送給速度、平均電流は、以下に説明する埋もれアークを実現できる範囲であれば、特に限定されるものでは無く、溶接電流の周波数が１０Ｈｚ以上及び電流振幅が５０Ａの条件であれば、同様にして良好なビード形状が得られる。特に、周波数５０Ｈｚ及び電流振幅１００Ａ以上であれば、より良好なビード形状が得られる。
【００５４】
＜埋もれアークの溶接条件＞
以下、埋もれアークを実現する溶接条件について説明する。
アーク溶接では一般的に、溶接ワイヤ５の先端部５ａの位置は母材４より上側に位置し、その状態で溶接ワイヤ５の先端部５ａと母材４の間にアークが発生する。かかる状態で発生したアークを、非埋もれアークと呼ぶ。非埋もれアークにおいては、溶接ワイヤ５の先端部５ａと、母材４の表面４ａに形成された溶融金属表面との間の距離をアーク長と呼ぶが、このアーク長は溶接電圧が低くなるに従って短くなることが知られている。通常のアーク溶接では、溶接電圧を下げてアーク長が短くなると、溶融金属と溶接ワイヤ５の先端部５ａの位置の距離が近くなり、最終的にはアーク長が０となって溶接ワイヤ５と母材４とが短絡を起こし、アークの維持が困難となる。
【００５５】
しかし、高電流溶接においては、アーク圧力によって溶融金属が押しのけられるため、電圧を下げても短絡が起きにくくなる。その結果、母材４又は溶融金属表面よりも深い位置に溶接ワイヤ５の先端部５ａが位置していても、アーク圧力によって溶融金属が押しのけられて形成された空間、即ち埋もれ空間６ａの存在により短絡が起きず、アークを維持することができる。これが埋もれアーク現象である。
【００５６】
つまり、アーク圧力が強くなる高電流領域において、低い電圧条件でアークを発生させることにより、埋もれアークを実現することができる。具体的には、溶接電流は３００Ａ以上必要である（例えば、浅井知、「工場溶接の高効率化−重電機器溶接の事例−」、一般社団法人日本溶接協会  溶接情報センター、ＷＥ−ＣＯＭマガジン第１６号、２０１５年４月）。埋もれアークを実現することが可能な電圧値は、溶接電流、ワイヤ径、溶接ワイヤ５の突出し長さによって変動するが、前述のように溶接ワイヤ５の先端部５ａの位置を母材４又は溶融金属表面よりも低い位置まで下げられるだけの低い電圧とすることで、埋もれアークを実現することができる。
【００５７】
図９は、埋もれアークを実現する溶接電流及び電圧の条件を示すグラフである。横軸は溶接電流を示し、縦軸は溶接電圧を示している。白抜き部分は、埋もれアークを実現することができる溶接電流及び電圧を示している。図９に示すように、溶接電流に対して溶接電圧が高いと、通常のアーク溶接、即ち非埋もれアーク溶接となり、逆に溶接電圧が低すぎると出力が足りず、アークの維持が困難となる。その中間の領域に、埋もれ空間６ａでアーク７が発生する埋もれアークとなる範囲が存在する。
【００５８】
また、埋もれアークを実現する溶接条件の範囲は、前述のようにワイヤ径と、溶接ワイヤ５の突出し長さの影響を受ける。
【００５９】
図１０は、ワイヤ径及びワイヤ突出し長さと、埋もれアークを実現する溶接電流及び電圧の条件との関係を示す概念図である。図１０に示すように、ワイヤ径が大きくなるほど、又は溶接ワイヤ５の突出し長さが短くなるほど、埋もれアークを実現できる溶接電流及び電圧の範囲は、符号Ａｒｃ３、Ａｒｃ２、Ａｒｃ１に示すように、この順で同じ電流に対して低い電圧領域側へシフトする。
【００６０】
図１１は、ワイヤ径１．６ｍｍ、溶接ワイヤ５の突出し長さ２５ｍｍの場合において埋もれアークを実現する溶接電流及び電圧の条件の一例を示すグラフである。図１１の横軸は溶接電流、縦軸は溶接電圧を示している。黒丸プロットは、非埋もれアークと、埋もれアークとの境界を示している。図１１中、上側の折れ線上にある黒丸プロットは、当該黒丸プロットが示す溶接電流において、溶接電圧を上昇させると、非埋もれアークとなり、溶接電圧を減少させると、埋もれアークになる。また、下側の折れ線上にある黒丸プロットは、当該黒丸プロットが示す溶接電流において、溶接電圧を上昇させると、埋もれアークとなり、溶接電圧を減少させると、非埋もれアークになる。要するに、溶接電流に対して溶接電圧が高いと、通常のアーク溶接、即ち非埋もれアーク溶接となり、逆に溶接電圧が低すぎると出力が足りず、アークの維持が困難となる。その中間の領域に、埋もれ空間６ａでアーク７が発生する埋もれアークとなる範囲が存在する。
【００６１】
以上の通り、埋もれアークを実現する溶接電流は、３００Ａ以上であって、溶接ワイヤ５の先端部５ａが溶融金属に接近した場合に、当該溶融金属を押しのけるアーク圧力を生じさせることが可能な電流値である。また、埋もれアークを実現する溶接電圧は、溶接ワイヤ５の先端部５ａの位置を母材４又は溶融金属表面よりも低い位置まで下げることが可能な電圧値である。
具体的な溶接電流及び電圧は、図１１に示す溶接電流及び電圧の範囲を基準としつつ、図９及び図１０に示す傾向を考慮して溶接電流及び電圧を適宜決定すれば良い。
【００６２】
＜埋もれ空間の安定化及び溶融金属の波打を抑えることが可能な溶接条件＞
埋もれ空間６ａを安定化させると共に、溶融金属の波打を抑えることができるその他の好適な溶接条件を説明する。
かかる好適な溶接条件は、例えば、溶接電流の周波数が２０Ｈｚ以上６００Ｈｚ以下、振幅が５０Ａ以上５００Ａ以下、平均電流が３００Ａ以上１０００Ａ以下である。
また、溶接電流の周波数が４０Ｈｚ以上３８０Ｈｚ以下、振幅が１００Ａ以上５００Ａ以下、平均電流が３００Ａ以上１０００Ａ以下であっても良い。
更に、溶接電流の周波数が６０Ｈｚ以上２８０Ｈｚ以下、振幅が１００Ａ以上５００Ａ以下、平均電流が３００Ａ以上９００Ａ以下であっても良い。
更にまた、溶接電流の周波数が６０Ｈｚ以上１８０Ｈｚ以下、振幅が１５０Ａ以上５００Ａ以下、平均電流が３００Ａ以上８００Ａ以下であっても良い。
【００６３】
以上の通り、本実施形態１に係るアーク溶接方法及びアーク溶接装置によれば、裏当てを必要とせず、２４ｍｍ超、５０ｍｍ以下の厚板の両面溶接が可能となる。また、開先断面積が小さく及び溶接ワイヤの使用量が少ない、低歪みの溶接を実現することができる。
特に、１８ｍｍのルート面を有するＹ型開先を表面に設け、両面を埋もれアーク溶接することにより、２５ｍｍの厚板の溶接が可能となる。
【００６４】
また、３００Ａ以上の大電流を用いてガスシールドアーク溶接を行う場合であっても、溶接電流Ｉｗを周期的に変動させることによって、溶融金属の波打ちを抑えることができ、ビードの乱れ及び垂れの発生を防止することができる。
ところで、溶融金属の波打ちをより効果的に抑えるためには、アーク長を一定に保つ必要がある。一般的な定電流パルス溶接の場合はアーク長の自己制御作用が得られないため、一定のアーク長を保証するための何らかの制御を行う必要がある。本実施形態１に係るアーク溶接装置は定電圧特性であり、アーク長の自己制御作用が得られるため、アーク長が一定に保たれ、溶融金属の波打ちをより効果的に抑えることができる。
【００６５】
なお、本実施形態１では主に板厚が２５ｍｍの母材４を溶接する方法を説明したが、第１母材４１及び第２母材４２の表面４ａ及び裏面４ｂの双方にＹ型開先４ｃを設け、両面溶接を行うように構成しても良い。Ｙ型開先４ｃのルート面の寸法は１０ｍｍ以上３６ｍｍ以下である。この場合、両面溶接により、表面４ａ及び裏面４ｂとも２５ｍｍの溶け込み深さを得ることができるため、最大５０ｍｍの厚板を両面溶接することができる。また、Ｙ型開先４ｃのルート面の寸法を１０ｍｍ以上３６ｍｍ以下とすることにより、表面４ａ側の被溶接部を溶接する際に溶融金属の溶落ちを確実に防ぐことができる。
【００６６】
また、本実施形態１ではＹ型開先４ｃが形成された母材４の表面４ａを溶接し、次いで、裏面４ｂを溶接する例を説明したが、逆に裏面４ｂを先に溶接し、次いで表面４ａを溶接しても良い。
【００６７】
更に、本実施形態１では開先としてＹ型開先４ｃを説明したが、これに限定されるものでは無く、両面レ型開先若しくはＫ型開先、両面Ｙ型開先、又は両面Ｕ型開先若しくはＨ型開先等、その他の任意の開先を母材４に設けて溶接を行っても良い。開先は、片面のみに設けても良いし、両面に設けても良い。
【００６８】
更にまた、本実施形態１では、溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗが大きい期間と、小さい期間とが略同一である場合を説明したが、各期間の比率を変化させても良い。当該期間の比率を変化させることによって、溶融金属の波打ちを抑えつつ、溶接ワイヤ５の先端部５ａの上下位置変動の幅を調整することができる。例えば、溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗが大きい期間の比率を大きくすることによって、溶接ワイヤ５の先端部５ａが、溶融部分６の底部６１より高い位置に保持される割合が高くなる。その結果、母材４への入熱量を増加させ、ビード成形性を向上させることができる。
【００６９】
（実施形態２）
実施形態２に係るアーク溶接方法は、溶融金属の垂れ落ちを防止するための裏当てを必要とせず、Ｔ継手又は角継手のように直角的に配置した２０ｍｍ超、５０ｍｍ以下の厚板の埋もれアーク溶接を実現するものである。
【００７０】
図１２は、本実施形態２に係るアーク溶接方法の手順を示すフローチャート、図１３は、第１の隅部の埋もれアーク溶接を示す側断面図、図１４は、第２の隅部の埋もれアーク溶接を示す側断面図である。
まず、溶接により接合されるべき母材２０４、具体的には、両面レ型開先を有する板状の第１母材２４１及び第２母材２４２を用意する（ステップＳ２１１）。第１母材２４１及び第２母材２４２の板厚は、例えば２０ｍｍ超、５０ｍｍ以下である。なお、本実施形態３の溶接方法によれば板厚が９ｍｍ以上、５０ｍｍ以下の第２母材２４２も溶接することができる。好ましくは、第２母材２４２の板厚は１２ｍｍ以上、３２ｍｍ以下である。ルート面の寸法は１０ｍｍ以上３６ｍｍ以下である。なお、両面レ型開先は一例であり、板厚によっては片面レ型開先でも良い。
【００７１】
次いで、溶接電源１の各種設定を行う（ステップＳ２１２）。溶接条件は実施形態１と同様である。
【００７２】
次いで、図１３Ａに示すように、第１母材２４１の表面と、第２母材２４２の端面との間にギャップを設けて第１母材２４１及び第２母材２４２を直角的に配置する（ステップＳ２１３）。例えば、第１母材２４１及び第２母材２４２をＴ継手となるように配置する。図１３Ａに示す例では、第１母材２４１の表面は鉛直方向を向き、第２母材２４２の表面は水平方向を向くように、第１母材２４１及び第２母材２４２が配されている。第１母材２４１及び第２母材２４２のギャップは１ｍｍである。なお、１ｍｍはギャップの一例であり、これに限定されるものでは無い。
【００７３】
溶接電源１の各種設定及び母材２０４の配置が行われた後、溶接電源１は、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、第１母材２４１及び第２母材２４２の交差部分に形成される第１の隅部２０４ａを埋もれアークにて溶接する（ステップＳ２１４）。具体的には、溶接電源１は、溶接電流の周波数が１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下、平均電流が３００Ａ以上、電流振幅が５０Ａ以上になるように、溶接電流を変動させることにより、第１の隅部２０４ａの被溶接部を溶接する。溶接条件の詳細は実施形態１と同様である。図１３Ｂは、第１の隅部２０４ａの埋もれアーク溶接が行われた状態を示している。
【００７４】
次いで、第１の隅部２０４ａの埋もれアーク溶接を行った後、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように第２の隅部２０４ｂが上を向く姿勢で第１母材２４１及び第２母材２４２を配置する（ステップＳ２１５）。そして、溶接電源１は、第１母材２４１及び第２母材２４２の第２の隅部２０４ｂを埋もれアークにて溶接する（ステップＳ２１６）。溶接条件は、上記ステップＳ２１４と同様である。
【００７５】
以上の実施形態２に係るアーク溶接方法によれば、裏当てを用いること無く、Ｔ継手、角継手のように直角的に配置した２０ｍｍ超、５０ｍｍ以下の厚板を溶接することができる。
【００７６】
なお、上記実施形態２ではＴ継手を説明したが、第１母材２４１及び第２母材２４２の配置ないし継手の種類は一例であり、十字継手、角継手等となるように配置しても良い。また、直角的な配置には、第１母材２４１及び第２母材２４２の各表面が９０度で交わるような配置はもちろん、実際の溶接において生ずる公差又は誤差の範囲で各表面が斜めに交差するような第１母材２４１及び第２母材２４２の配置も含まれる。また、本実施形態２に係る埋もれアーク溶接及び本溶接にて溶接が可能な範囲内で、各表面が斜めに交差するように第１母材２４１及び第２母材２４２を配置しても良い。更に、第１母材２４１及び第２母材２４２の配置姿勢も特に限定されるものでは無い。
【００７７】
（実施形態３）
実施形態３に係るアーク溶接方法は、溶融金属の垂れ落ちを防止するための裏当てを必要とせず、Ｉ開先、ルート面の大きい開先等を有し、接合する母材間のギャップが小さいＴ継手、角継手の完全溶け込み溶接を実現するものである。具体的には、本溶接前に裏側から隅肉溶接を行い、隅肉溶接ビードを裏当て材として利用し、次いで表側から完全溶け込み溶接を行うというものである。
【００７８】
図１５は、本実施形態３に係るアーク溶接方法の手順を示すフローチャート、図１６は、第１の隅部の隅肉溶接を示す側断面図、図１７は、第２の隅部の完全溶け込み溶接を示す側断面図である。
まず、溶接により接合されるべき母材３０４、具体的には、Ｉ開先を有する板状の第１母材３４１及び第２母材３４２を用意する（ステップＳ３１１）。第１母材３４１及び第２母材３４２の板厚は、例えば約１２ｍｍである。
【００７９】
次いで、溶接電源１の各種設定を行う（ステップＳ３１２）。具体的には、溶接電源１は、後述するＴ継手の両隅部の溶接条件を、隅肉溶接については平均電流３００Ａ未満の範囲内で設定し、完全溶け込み溶接については平均電流３００Ａ以上の範囲内で設定する。
【００８０】
次いで、図１６Ａに示すように、第１母材３４１の表面と、第２母材３４２の端面との間にギャップを設けて第１母材３４１及び第２母材３４２を直角的に配置する（ステップＳ３１３）。例えば、第１母材３４１及び第２母材３４２をＴ継手となるように配置する。図１６Ａに示す例では、第１母材３４１の表面は鉛直方向を向き、第２母材３４２の表面は水平方向を向くように、第１母材３４１及び第２母材３４２が配されている。第１母材３４１及び第２母材３４２のギャップは１ｍｍである。なお、１ｍｍはギャップの一例であり、これに限定されるものでは無い。
【００８１】
溶接電源１の各種設定及び母材３０４の配置が行われた後、溶接電源１は、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、第１母材３４１及び第２母材３４２の交差部分に形成される裏側の隅部（第１の隅部）３０４ａに対して隅肉溶接を行う（ステップＳ３１４）。例えば、溶接電源１は、ワイヤ径１．４ｍｍ、溶接電流２５０Ａ、溶接電圧２５Ｖの溶接条件で隅肉溶接を行う。図１６Ｂは、裏側の隅部３０４ａの隅肉溶接が行われた状態を示している。隅肉溶接によって、裏側の隅部３０４ａに形成されたビードは、後の表側の溶接を行う際、裏当て材として機能する。従って、裏当てを用意する必要は無い。
なお、図１６に示す例では、第２母材３４２の裏側が鉛直下方を向いているが、当該裏側の隅部３０４ａが鉛直上方を向くように、第１母材３４１及び第２母材３４２を裏向けにして、隅肉溶接を行っても良い。
【００８２】
次いで、隅肉溶接を行った後、溶接電源１は、図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように第１母材３４１及び第２母材３４２の表側の隅部（第２の隅部）３０４ｂを溶接する（ステップＳ３１５）。例えば、溶接電源１は、ワイヤ径１．４ｍｍ、溶接電流５８０Ａ、溶接電圧４４Ｖの溶接条件で完全溶け込み溶接を行う。図１７Ｂは、表側の隅部３０４ｂの完全溶け込み溶接が行われた状態を示している。裏当てとして機能する隅肉溶接ビードが裏側に形成されているため、溶融金属が裏側に垂れ落ちることを防ぎつつ、Ｔ継手の完全溶け込み溶接を行うことができる。なお、ステップＳ３１５で行う溶接条件は、これに限定されるものでは無く、実施形態１で説明した埋もれアークの溶接条件と同様、溶接電流の周波数が１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下、平均電流が３００Ａ以上、電流振幅が５０Ａ以上になるように、溶接電流を変動させることにより、約１２ｍｍ以上の溶け込み深さで溶接を行っても良い。ただし、ステップＳ３１５で行われる溶接において、裏当てとして機能している隅肉溶接のビードを貫通しないように、溶接条件を設定する。
【００８３】
以上の実施形態３に係るアーク溶接方法によれば、裏当てを用いること無く、Ｔ継手、角継手の完全溶け込み溶接を実現することができる。
通常のＴ継手の溶接では、開先が深くてルート面が小さく、ギャップも大きい場合、隅肉溶接を行おうとすると溶融金属の溶け落ちが生じてしまう。しかし、本実施形態３のように、本溶接に３００Ａ以上の高電流埋もれアーク溶接を利用するため、ルート面を大きくとり、ギャップを小さくすることが可能であり、裏側から隅肉溶接を行うことができ、隅肉溶接ビードを裏当ての代わりに利用することが可能になる。
【００８４】
なお、本実施形態３では、主に完全溶け込み溶接を説明したが、第１母材３４１及び第２母材３４２の表側の隅部３０４ｂを部分溶け込み溶接にて溶接しても良い。部分溶け込み溶接であっても、条件によっては溶融金属の垂れ落ちが生ずる場合があるが、本実施形態３の溶接方法によれば、予め裏側を隅肉溶接することにより、本溶接時の溶融金属の垂れ落ちを確実に防止することが可能である。
【００８５】
なお、上記実施形態３ではＴ継手を説明したが、第１母材３４１及び第２母材３４２の配置ないし継手の種類は一例であり、十字継手、角継手等となるように配置しても良い。第１母材３４１及び第２母材３４２の配置は、実施形態２と同様、これらに限定されるものでは無い。
【００８６】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８７】
１  溶接電源
２  トーチ
３  ワイヤ送給部
４，２０４，３０４  母材
４ａ  表面
４ｂ  裏面
４ｃ  開先
５  溶接ワイヤ
５ａ  先端部
６  溶融部分
６ａ  埋もれ空間
６１  底部
６２  側部
７  アーク
１１  電源部
１１ａ  電源回路
１１ｂ  出力電圧設定回路
１１ｃ  周波数設定回路
１１ｄ  電流振幅設定回路
１１ｅ  平均電流設定回路
１１ｆ  電圧検出部
１１ｇ  電流検出部
１１ｈ  比較回路
１２  送給速度制御部
４１，２４１，３４１  第１母材
４２，２４２，３４２  第２母材
２０４ａ  第１の隅部
２０４ｂ  第２の隅部
３０４ａ  裏側の隅部（第１の隅部）
３０４ｂ  表側の隅部（第２の隅部）
Ｖｗ  溶接電圧
Ｉｗ  溶接電流
Ｅｃｒ  出力電圧設定信号
Ｅｄ  電圧値信号
Ｉｄ  電流値信号
Ｅｖ  差分信号
【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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