(57)【要約】【課題】磁気吹きを誘発しない非磁力にて裏当材を母材に押圧することによって、裏当材の剥離を防止し、片面溶接の裏ビードを安定化させることができるアーク溶接方法を提供する。【解決手段】母材の突き合わせ継手を片面溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、前記母材の突き合わせ継手に裏当材を貼着固定し、貼着固定された前記裏当材を非磁力にて前記母材に押圧させながら、前記母材を溶接する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材の突き合わせ継手を片面溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、
前記母材の突き合わせ継手に裏当材を貼着固定し、
貼着固定された前記裏当材を非磁力にて前記母材に押圧させながら、前記母材を溶接する
アーク溶接方法。
【請求項２】
貼着固定された前記裏当材に、前記裏当材より幅広の耐熱性部材を当接させ、
耐熱性を有する貼着テープにて、前記耐熱性部材を前記母材に貼着固定することによって、前記裏当材を前記母材に押圧させる
請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
貼着固定された前記裏当材に、前記裏当材より幅広の耐熱性部材を当接させ、
治具を用いて前記耐熱性部材を前記母材に固定することによって、前記裏当材を前記母材に押圧させる
請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
溶接時に前記母材が配される配置面に前記裏当材を当接させ、
前記母材の自重を前記裏当材に加えることによって、前記裏当材を前記母材に押圧させる
請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
前記裏当材は帯状であり、
前記裏当材の両側縁部に耐熱性部材を当接させ、
前記母材の自重を前記耐熱性部材に加えることによって、前記裏当材を前記母材に押圧させる
請求項１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、母材の突き合わせ継手を片面溶接する消耗電極式のアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＭＡ（Gas Metal Arc）溶接においては、突き合わせ継手の片面溶接を行う際、裏波形成用の裏当材として鉄、銅及びセラミック等が使用される。一般的なセラミック系の裏当材は、母材の突き合わせ継手の裏面に配置されるセラミック板と、該セラミック板を母材に貼着固定するためのアルミテープ部で構成されている。溶接前にアルミテープ部の接着面を母材の裏面に張り付けることにより裏当材を母材に固定し、溶接後はアルミテープ部を剥がすことにより裏当材を除去することができる。
【０００３】
しかし、溶接入熱が大きくなるにつれて、アルミテープの糊成分が熱で変質し、接着力が弱まってしまう。溶接中に接着力が弱まると、裏当材と母材の間に空隙が形成され、その部分に溶融金属が流れ込み、裏ビード形状が悪化する。特に、錆の除去や塗装性、溶接性を考慮し、ショットブラストをはじめとする表面処理を行った材料においては、表面粗度が粗くなる場合があり、アルミテープ部の接着力が弱まりやすくなることがある。また、母材表面に汚れや塗膜が存在する場合も、アルミテープ部の接着力が弱まりやすくなることがある。
【０００４】
特許文献１には、磁石を有する固定具にて裏当材を母材に固定する裏当材固定方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−２０２７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、磁石を有する固定具を用いた場合、磁界の影響によって、磁気吹きと呼ばれるアーク偏向現象又はアーク切れ現象が起こり、溶接の不安定化及び溶接欠陥の原因となるおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、磁気吹きを誘発しない非磁力にて裏当材を母材に押圧することによって、裏当材の剥離を防止し、片面溶接の裏ビードを安定化させることができる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】
【０００８】
本発明に係るアーク溶接方法は、母材の突き合わせ継手を片面溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、前記母材の突き合わせ継手に裏当材を貼着固定し、貼着固定された前記裏当材を非磁力にて前記母材に押圧させながら、前記母材を溶接する。
【０００９】
本発明にあっては、母材の突き合わせ継手に裏当材を貼着して固定した上、更に当該裏当材を母材側に押圧させながら溶接を行う。従って、溶接入熱によって裏当材の貼着力が弱まっても、母材から裏当材が剥離することは無い。また、磁力を用いずに裏当材を母材に押圧させるため、磁気吹きを誘発するおそれは無い。
【００１０】
本発明に係るアーク溶接方法は、貼着固定された前記裏当材に、前記裏当材より幅広の耐熱性部材を当接させ、耐熱性を有する貼着テープにて、前記耐熱性部材を前記母材に貼着固定することによって、前記裏当材を前記母材に押圧させる。
【００１１】
本発明にあっては、裏当材より幅広の耐熱性部材を裏当材に当接させ、当該耐熱性部材を貼着テープにて母材に貼着固定する（図２参照）。耐熱性部材は裏当材よりも幅広であるため、貼着テープが母材に貼着される部位は、被溶接部から離隔した箇所であり、溶接入熱による影響を受けにくく、溶接中においても裏当材は母材に押圧された状態で保持される。従って、溶接入熱によって裏当材の貼着力が弱まっても、母材から裏当材が剥離することは無い。
【００１２】
本発明に係るアーク溶接方法は、貼着固定された前記裏当材に、前記裏当材より幅広の耐熱性部材を当接させ、治具を用いて前記耐熱性部材を前記母材に固定することによって、前記裏当材を前記母材に押圧させる。
【００１３】
本発明にあっては、裏当材より幅広の耐熱性部材を裏当材に当接させ、当該耐熱性部材を治具によって母材に固定する（図４参照）。従って、溶接入熱による影響で裏当材及び耐熱性部材が母材から剥離するおそれは無く、母材から裏当材が剥離することをより確実に防止することができる。
【００１４】
本発明に係るアーク溶接方法は、溶接時に前記母材が配される配置面に前記裏当材を当接させ、前記母材の自重を前記裏当材に加えることによって、前記裏当材を前記母材に押圧させる。
【００１５】
本発明にあっては、裏当材を配置面に当接させ、母材の自重を裏当材に加えることによって、裏当材を母材に押圧させる（図６参照）。従って、裏当材を固定するための耐熱性部材、特殊な治具を用いること無く、母材から裏当材が剥離することを防止することができる。
【００１６】
本発明に係るアーク溶接方法は、前記裏当材は帯状であり、前記裏当材の両側縁部に耐熱性部材を当接させ、前記母材の自重を前記耐熱性部材に加えることによって、前記裏当材を前記母材に押圧させる。
【００１７】
本発明にあっては、母材の突き合わせ継手に貼着された帯状の裏当材の両側縁部に耐熱性部材を当接させ、母材の自重を耐熱性部材に加えることによって、裏当材の両側縁部を母材に押圧させる（図８参照）。つまり、裏当材の両縁部を母材及び耐熱性部材によって挟み込むことによって、裏当材の剥離を防止することができる。従って、溶接入熱によって裏当材の貼着力が弱まっても、母材から裏当材が剥離することは無い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、磁気吹きを誘発しない非磁力にて裏当材を母材に押圧することによって、裏当材の剥離を防止し、片面溶接の裏ビードを安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１に係るアーク溶接方法を示す工程図である。
【図２】実施形態１に係る裏当材の固定方法を示す模式図である。
【図３】実施形態２に係るアーク溶接方法を示す工程図である。
【図４】実施形態２に係る裏当材の固定方法を示す模式図である。
【図５】実施形態３に係るアーク溶接方法を示す工程図である。
【図６】実施形態３に係る裏当材の固定方法を示す模式図である。
【図７】実施形態４に係るアーク溶接方法を示す工程図である。
【図８】実施形態４に係る裏当材の固定方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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は実施形態１に係るアーク溶接方法を示す工程図、図２は実施形態１に係る裏当材２の固定方法を示す模式図である。
まず、図２Ａに示すように、突き合わせ溶接により接合されるべき母材１、例えば被溶接部にレ形開先を有する板状の第１母材１１及び第２母材１２を突き合わせて配置する（ステップＳ１１１）。第１母材１１及び第２母材１２は、例えば軟鋼、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼等の材料からなる鋼板であり、その板厚は１９ｍｍである。
【００２１】
次いで、図２Ｂに示すように、母材１の突き合わせ継手の裏面に裏当材２を貼着固定する（ステップＳ１１２）。裏当材２は、例えば母材１の裏面、突き合わせ継手部分に沿って配される長尺のセラミック板２１と、当該セラミック板２１を母材１の裏面に貼着して固定するためのアルミテープ部２２とを有する。アルミテープ部２２は、セラミック板２１よりも幅広の帯状であり、片面に接着面を有する。アルミテープ部２２は、セラミック板２１の裏面全体に貼着され、アルミテープ部２２の両縁部が母材１に貼着される。
なお、セラミック板２１は一例であり、耐熱性の板材であれば、その材質は特に限定されるものでは無い。例えばセラミック板２１に代えて銅合金板を用いても良い。また、板材を主構成とした裏当材２を説明したが、これも一例であり、アルミテープにガラス繊維を配したガラステープ裏当材を用いても良い。
【００２２】
次いで、図２Ｃに示すように、母材１に貼着固定された裏当材２の裏面（図２中、下面）に、裏板材よりも幅広の耐熱性板部材３を当接させる（ステップＳ１１３）。耐熱性板部材３は、例えばセラミック、鋼材等、耐熱性を有する板材である。
【００２３】
そして、図２Ｄに示すように、裏当材２を母材１及び耐熱性板部材３間に挟み込んだ状態で耐熱性板部材３を貼着テープ４にて母材１に固定する（ステップＳ１１４）。貼着テープ４は、例えば耐熱性を有し、片面に接着面を有するアルミテープである。
【００２４】
なお、貼着テープ４が母材１に貼着される部位は、母材１の被溶接部から離隔した部位であり、少なくとも裏当材２が貼着固定される部位よりも被溶接部から離隔した部位である。
【００２５】
次いで、図２Ｅに示すように、消耗電極式のガスシールドアーク溶接装置を用いて、母材１の突き合わせ継手を溶接する（ステップＳ１１５）。溶接条件は特に限定されるものでは無いが、例えば、ワイヤ径１．４ｍｍ、ワイヤ送給速度２３ｍ／分、溶接電流６００Ａ、アーク電圧４８Ｖの溶接条件で溶接を行う。なお、かかる溶接条件は一例であり、埋もれアーク溶接時に溶融金属を安定化させるべく、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の溶接条件を設定しても良い。また、溶接ワイヤの送給速度は、例えば、約５〜７０ｍ／分の範囲内、好ましくは１０ｍ／分以上７０ｍ／分以下の範囲内で設定される。なお、溶接ワイヤ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。
かかる溶接条件によれば、厚板の１パス溶接を実現することができる。溶接ワイヤの高速送給及び大電流供給を行うと、アークの熱によって母材１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た空間に進入する。溶接ワイヤの先端部が母材表面より深部に進入することによって、溶融部分が母材１の厚み方向裏面側にまで貫通し、１パス溶接が可能になる。
【００２６】
ここで用いられるガスシールドアーク溶接装置は、３００Ａ以上の溶接電流を供給することが可能なアーク溶接機であり、図示しない溶接電源及びワイヤ送給部、並びにトーチ５を備える。
トーチ５は、銅合金等の導電性材料からなり、母材１の被溶接部へ溶接ワイヤを案内すると共に、アークの発生に必要な溶接電流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に接触し、溶接電流を溶接ワイヤに供給する。また、トーチ５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、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。
溶接ワイヤは、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。
ワイヤ送給部は、溶接ワイヤをトーチ５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を引き出し、引き出された溶接ワイヤをトーチ５へ供給する。なお、溶接ワイヤの高速送給（５〜７０ｍ／分）を可能にするために、トーチ５の前段に、溶接ワイヤの供給源から供給された所定量の溶接ワイヤを撓ませた状態又は巻回させた状態で収容体に収容させ、当該収容体から溶接ワイヤをトーチ５へ送給するようにすると良い。
【００２７】
溶接を終えた場合、耐熱性板部材３及び裏当材２を母材１から除去し（ステップＳ１１６）、溶接処理をえる。
【００２８】
本実施形態１に係るアーク溶接方法によれば、磁気吹きを誘発しない非磁力にて裏当材２を母材１に押圧することによって、裏当材２の剥離を防止し、片面溶接の裏ビードを安定化させることができる。
具体的には、貼着固定された裏当材２を更に耐熱性板部材３を用いて固定することにより、溶接入熱によって裏当材２の貼着力が弱まっても、母材１から裏当材２が剥離することを防ぐことができる。耐熱性板部材３は、裏当材２よりも幅広に形成され、貼着テープ４は被溶接部から離れた位置に貼着されるため、溶接入熱が大きくても貼着テープ４の貼着力は低下せず、安定的に裏当材２を母材１に固定することができる。また、磁力を用いずに裏当材２を押圧固定するため、磁気吹きが誘発されるおそれが無く、安定的に裏当材２を母材１に固定することができる。
【００２９】
なお、上記実施形態１では、母材１の裏面に直接的に裏当材２のアルミテープ部２２及び貼着テープ４を貼着させる例を説明したが、母材１のアルミテープ貼着部にグラインダがけ、酸処理、又は耐熱塗料の塗布等を行い、表面粗度を低くすると良い。アルミテープの貼着性を向上させることができる。
【００３０】
（実施形態２）
図３は実施形態２に係るアーク溶接方法を示す工程図、図４は実施形態２に係る裏当材２の固定方法を示す模式図である。実施形態２に係るアーク溶接方法は、耐熱性板部材３の固定方法のみが実施形態１と異なるため以下では主に上記相違点を説明する。その他の工程及び作用効果は実施形態と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３１】
実施形態１と同様、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに示すように、第１母材１１及び第２母材１２を突き合わせて配置し（ステップＳ２１１）、母材１の裏面に裏当材２を貼着固定し（ステップＳ２１２）、裏当材２に耐熱性板部材３を当接させる（ステップＳ２１３）。
【００３２】
次いで、図４Ｄに示すように、裏当材２が母材１及び耐熱性板部材３間に挟持されるように、固定用治具６を用いて耐熱性板部材３を母材１に固定する（ステップＳ２１４）。固定用治具６は例えばクランプである。
【００３３】
以下、図４Ｅに示すように、実施形態１と同様の手順で溶接を行い（ステップＳ２１５）、耐熱性板部材３及び裏当材２を除去し（ステップＳ２１６）、溶接を終える。
【００３４】
実施形態２に係るアーク溶接方法によれば、耐熱性板部材３を治具によって母材１に固定する構成であるため、溶接入熱の影響によって耐熱性板部材３が母材１から外れるおそれは無く、裏当材２が母材１から剥離することを確実に防止することができ、片面溶接の裏ビードを安定化させることができる。
【００３５】
（実施形態３）
図５は実施形態３に係るアーク溶接方法を示す工程図、図６は実施形態３に係る裏当材２の固定方法を示す模式図である。実施形態３に係るアーク溶接方法は、耐熱性板部材３の固定方法のみが実施形態１と異なるため以下では主に上記相違点を説明する。その他の工程及び作用効果は実施形態と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３６】
実施形態１と同様、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第１母材１１及び第２母材１２を突き合わせて配置し（ステップＳ３１１）、母材１の裏面に裏当材２を貼着固定する（ステップＳ３１２）。
【００３７】
次いで、図６Ｃに示すように、裏当材２が貼着された母材１を溶接作業台７に載置することによって、母材１の自重にて裏当材２を母材１に押圧させる（ステップＳ３１３）。例えば、溶接作業台７から母材１を浮かせた状態で、母材１の端部、即ち被溶接部と反対側の縁部分を、母材固定用治具８を用いて溶接作業台７に対して固定し、母材１の突き合わせ継手部分の自重を裏当材２に作用させることによって、裏当材２を母材１に押圧させる。
【００３８】
以下、図６Ｄに示すように、実施形態１と同様の手順で溶接を行い（ステップＳ３１４）、耐熱性板部材３及び裏当材２を除去し（ステップＳ３１５）、溶接を終える。
【００３９】
実施形態３に係るアーク溶接方法によれば、母材１の自重を利用して裏当材２を母材１に押圧させることができるため、裏当材２を固定するための耐熱性部材、特殊な治具を用いること無く、母材１から裏当材２が剥離することを防止することができ、簡素な工程で片面溶接の裏ビードを安定化させることができる。
【００４０】
（実施形態４）
図７は実施形態４に係るアーク溶接方法を示す工程図、図８は実施形態４に係る裏当材２の固定方法を示す模式図である。実施形態４に係るアーク溶接方法は、耐熱性板部材３の固定方法のみが実施形態１と異なるため以下では主に上記相違点を説明する。その他の工程及び作用効果は実施形態と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４１】
実施形態１と同様、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、第１母材１１及び第２母材１２を突き合わせて配置し（ステップＳ４１１）、母材１の裏面に裏当材２を貼着固定する（ステップＳ４１２）。
【００４２】
そして、図８Ｃに示すように、裏当材２のアルミテープ部２２に耐熱性ブロック部材９を当接させ（ステップＳ４１３）、裏当材２のアルミテープ部２２に耐熱性ブロック部材９を当接させた母材１を溶接作業台７に配置することによって、母材１の自重にて裏当材２を母材１に押圧させる（ステップＳ４１４）。例えば、溶接作業台７から母材１を浮かせた状態で、母材１の端部、即ち被溶接部と反対側の縁部分を、母材固定用治具８を用いて溶接作業台７に対して固定し、母材１の突き合わせ継手部分の自重を裏当材２のアルミテープ部２２及び耐熱性ブロック部材９に作用させることによって、裏当材２を母材１に押圧させる。つまり、母材１の自重を利用して、裏当材２のアルミテープ部２２を母材１及び耐熱性ブロック部材９で挟み込む。
【００４３】
以下、図８Ｄに示すように、実施形態１と同様の手順で溶接を行い（ステップＳ４１５）、耐熱性ブロック部材９及び裏当材２を除去し（ステップＳ４１６）、溶接を終える。
【００４４】
実施形態４に係るアーク溶接方法によれば、母材１の自重を利用して裏当材２のアルミテープ部２２を母材１に押圧させることができ、母材１から裏当材２が剥離することを防止することができ、簡素な工程で片面溶接の裏ビードを安定化させることができる。
【００４５】
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】
【００４６】
１  母材
２  裏当材
３  耐熱性板部材
４  貼着テープ
５  トーチ
６  固定用治具
７  溶接作業台
８  母材固定用治具
９  耐熱性ブロック部材
１１  第１母材
１２  第２母材
２１  セラミック板
２２  アルミテープ部
【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】
2019076930.tif 000009
【図８】
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