(57)【要約】【課題】    本溶接で鋼材１の開先部２のルートフェイス部３が熱収縮することを抑制し、裏波形成に必要なルート間隔Ｌを常に維持して健全な裏波を形成する、自動ティグ裏波溶接の開先収縮抑制方法を提供する。【解決手段】  鋼材１Ａと鋼材１Ｂを突合せて開先部２を形成して行う自動ティグ裏波溶接において、上記開先部２内の全長に亘り、かつ開先部２のルートフェイス部３Ａとルートフェイス部３Ｂの間に嵌合し、かつ連続するスペーサー４を設け、当該連続するスペーサー４は、溶接トーチ５の電極５ａからのアーク５ｂの熱で溶加棒１２と共にキーホール１３を形成しながら溶融して溶着金属の一部となり、連続する均一な裏波を形成することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材１Ａと鋼材１Ｂを突合せて開先部２を形成して行う自動ティグ裏波溶接において、
上記開先部２内の全長に亘り、かつ開先部２のルートフェイス部３Ａとルートフェイス部３Ｂの間に嵌合し、かつ連続するスペーサー４を設け、当該連続するスペーサー４は、溶接トーチ５の電極５ａからのアーク５ｂの熱で溶加棒１２と共にキーホール１３を形成しながら溶融して溶着金属の一部となり、連続する均一な裏波を形成することを特徴とする自動ティグ裏波溶接の開先収縮抑制方法。
【請求項２】
上記連続するスペーサー４を設ける開先部２は、Ｖ形開先またはＸ形開先であることを特徴とする請求項１記載の自動ティグ裏波溶接の開先収縮抑制方法。
【請求項３】
上記連続するスペーサー４は、鋼材１Ａと鋼材１Ｂ相互が同材質の場合は被溶接材または溶加材と同材質とし、異材の場合は溶接金属の希釈率が適正になる材質であることを特徴とする請求項１または２記載の自動ティグ裏波溶接の開先収縮抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鋼材突合せ継手の自動ティグ裏波溶接において、開先部のルート間隔の熱収縮を抑制し、健全な裏波を形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼材突合せ継手の自動ティグ裏波溶接は、完全溶込み継手を得るために、自動ティグ溶接機を用いて、裏はつりを行わずに、初層の溶接で健全な裏波を形成することを目的としている。
図７はタンクの建設等で行う自動ティグ裏波溶接方法の１例を示すもので、（Ａ）は縦方向、（Ｂ）は水平方向の突合せ継手の例を示す。また、図８は図７（Ａ）または（Ｂ）の突合せ継手を拡大した断面説明図である。これらの各図に共通する同一名称の部材には同一符号を付している。
図７および図８に示す鋼材１の突合せ継手の自動ティグ裏波溶接は、開先部２の幅が狭い側に裏波酸化防止用の裏当て６を設け、組立用治具８と変形拘束用治具９を多数設置し、開先部２の幅が広い側から溶接トーチ５の電極５ａよりアーク５ｂを発生して、溶加棒１２を溶融して行う溶接方法である。
【０００３】
溶接に関する技術として例えば特許文献１の特開平１１−１５６５９０号「溶接用裏当て」がある。この発明には、被溶接板材を突合せて両面溶接する際に、開先部のルートエッジに当接する断面略円形状の当接材とこの当接材を開先部へ押し付ける押圧材とで形成した裏当てが開示され、その開先部近傍に門形部材や押え部材などの取付部材が取付けられている。
【０００４】
また、特許文献２の特開２０１２−１１５８５８号「溶接継手の開先部と溶接施工法」には、現場で組立てる貯槽側板の突合せ溶接継手において、側板材同士の下段側板材の上辺となる開先面の全体または一部に凸状部を設け、かつ上段側板材の下辺となる開先面の全体または一部に前記凸状部と嵌合する凹状部を設けて形成することが開示されている。
【０００５】
また、特許文献３の特開平０９−２２５６５２号「電子ビーム溶接継手」には、異種材質で構成されたＩ形継手の電子ビーム溶接継手において、緩衝材として中間金属媒体であるインサート材を開先及び裏当金との間にも挿入して溶接施工することが開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献４の特開２０１２−６６２号「ステンレス鋼板の溶接方法及び溶接継手」には、縦向きに配置されたステンレス鋼板を突合せ溶接する方法において、前記ステンレス鋼板をＩ開先とし、前記ステンレス鋼板の溶接部の片面にセラミックスの裏当て材を取り付け、前記ステンレス鋼板の前記片面の反対側からフラックス入りワイヤを用いて、ガスシールドアーク溶接によって、全板厚を１パスで溶接することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１５６５９０号公報
【特許文献２】特開２０１２−１１５８５８号公報
【特許文献３】特開平０９−２２５６５２号公報
【特許文献４】特開２０１２−６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図７（Ａ）の縦方向、図７（Ｂ）の水平方向、およびそれらを拡大して示す図８の突合せ継手の自動ティグ裏波溶接は、鋼材１相互を仮組みし、開先部２の幅が広い側で溶接トーチ５の電極５ａからアーク５ｂを発生して、溶加棒１２を溶融して行う溶接方法である。
このような自動ティグ裏波溶接で効率良く良質な裏波を形成するためには、溶接時の裏波の酸化を抑制し、開先部２の裏波形成に必要なルート間隔Ｌを維持することが求められる。
しかし、大入熱を用いて溶接する自動溶接では、熱収縮が大きくなるため、溶接中に開先部２のルート間隔Ｌが大きく収縮し、裏波の形成が難しくなるという問題があった。
図７および図８に示す通り、鋼材１の開先部２の幅が狭い側に、裏波酸化防止用の裏当て６を設けて組立用治具８で支持する。また、開先部２の幅が狭い側に変形拘束用治具９を設けて、自動溶接時にルート間隔Ｌが収縮することを抑制しているが、多数の変形拘束用治具９が必要となり、取付け取外しの作業、治具溶接部１１跡のグラインダーによる研削処理、検査や補修溶接などが増え、作業工程上効率的でない。
図７および図８に示すようなＶ型開先ではなく、Ｕ型に開先を加工することにより裏波溶接が容易になるが、専門の加工工具が必要となるため、加工に手間とコストを要す。
また、開先部２の溶接長さ方向の等間隔にスペーサーを挿入することにより、溶接時のルート間隔Ｌを確保でき、変形拘束用治具９の数を減らすことが可能になるが、スペーサーを挿入した部分の裏波形成が不可能となるだけでなく、溶接による熱収縮で開先部２が収縮して、スペーサー４が取り外せなくなる問題が生じる。
一方、裏波溶接を行わずに、開先部２の幅が広い側を溶接した後、開先部２の幅が狭い側から初層溶接部をはつり取る、所謂裏はつり実施後に溶接することにより完全溶込み継手を得ることが可能であるが、裏はつりと裏はつり後のグラインダー加工の工程が必要となり、効率的でない。
上述した通り、突合せ継手の自動ティグ溶接において裏波を得るには、多数の治具の設置や専門の加工工具等が必要となり、作業工程やコスト面で大きな問題を抱えていた。
【０００９】
溶接に関する特許文献１の「溶接用裏当て」の発明には、被溶接板材を突合せて両面溶接する際に、開先部のルートエッジに当接する断面略円形状の当接材とこの当接材を開先部へ押し付ける押圧材とで形成した裏当てが開示されているが、当該溶接用裏当ては  厚板の表裏両面方向から複数層溶接を行う際に使用する裏当材であって、溶接アークにより溶融されて、溶着金属の一部となって裏波を形成するものではない。
【００１０】
また、特許文献２の「溶接継手の開先部と溶接施工法」の発明は、現場での溶接継手の位置合わせと組立て及び溶接施工が簡単となる貯槽側板の溶接継手の開先部形状  と溶接施工法であるが、側板組立を容易にするための開先形成方法に関するものであり、裏波形成を容易にする施工法ではない。
【００１１】
また、特許文献３の「電子ビーム溶接継手」の発明には、異種材質で構成されたＩ形継手の電子ビーム溶接継手において、緩衝材として中間金属媒体であるインサート材を開先及び裏当金との間にも挿入して溶接施工することが開示されているが、継手底部に発生する横割れや裏当ての希釈による継手強度の低下を抑制する施工法であり、開先部の熱収縮抑制を目的とした施工法ではない。
【００１２】
さらに、特許文献４の特開２０１２−６６２号「ステンレス鋼板の溶接方法及び溶接継手」には、縦向きに配置されたステンレス鋼板を突合せ溶接する方法において、前記ステンレス鋼板をＩ開先とし、前記ステンレス鋼板の溶接部の片面にセラミックスの裏当て材を取り付け、反対側からフラックス入りワイヤを用いて、ガスシールドアーク溶接によって、全板厚を１パスで溶接することが開示されているが、角変形や溶接ひずみをなくすための溶接方法に関するものであり、自動ティグ溶接の初層溶接による裏波形成を目的とした溶接方法ではない。
【００１３】
この発明は上述のような従来技術が有する問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、本溶接で鋼材１の開先部２のルートフェイス部３が熱収縮することを抑制し、裏波形成に必要なルート間隔Ｌを常に維持して健全な裏波を形成する、自動ティグ裏波溶接の開先収縮抑制方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１記載の開先収縮抑制方法は、鋼材１Ａと鋼材１Ｂを突合せて開先部２を形成して行う自動ティグ裏波溶接において、上記開先部２内の全長に亘り、かつ開先部２のルートフェイス部３Ａとルートフェイス部３Ｂの間に嵌合し、かつ連続するスペーサー４を設け、当該連続するスペーサー４は、溶接トーチ５の電極５ａからのアーク５ｂの熱で溶加棒１２と共にキーホール１３を形成しながら溶融して溶着金属の一部となり、連続する均一な裏波を形成することを特徴とする。
【００１５】
上記連続するスペーサー４を設ける開先部２は、Ｖ形開先またはＸ形開先であることを特徴とする請求項１記載の自動ティグ裏波溶接の開先収縮抑制方法。
【００１６】
上記連続するスペーサー４は、鋼材１Ａと鋼材１Ｂ相互が同材質の場合は被溶接材または溶加材と同材質とし、異材の場合は溶接金属の希釈率が適正になる材質であることを特徴とする請求項１または２記載の自動ティグ裏波溶接の開先収縮抑制方法。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の開先収縮抑制方法は、鋼材１Ａと鋼材１Ｂを突合せて開先部２を形成して行う自動ティグ裏波溶接において、上記開先部２内の全長に亘り、かつ開先部２のルートフェイス部３Ａとルートフェイス部３Ｂの間に嵌合し、かつ連続するスペーサー４を設け、当該連続するスペーサー４は、溶接トーチ５の電極５ａからのアーク５ｂの熱で溶加棒１２と共にキーホール１３を形成しながら溶融して溶着金属の一部となり、連続する均一な裏波を形成することを特徴とし、未溶融の部分でルート間隔Ｌの熱収縮を抑制しながら溶接を行うので、溶込み不良のない裏波ビードが形成可能となる。
上記の連続するスペーサー４は、未溶融の部分でルート間隔Ｌの熱収縮を抑制すると共に、アーク５ｂの熱により、開先部２近傍の鋼材１Ａと鋼材１Ｂ、別途供給する溶加棒１２と共に溶融池７ａとなり、この溶融池７ａの先端にキーホール１３を形成しながら溶接を進めることで、凝固した溶融池７ａが裏波ビードを形成し、完全溶込み継手が得られる。
上記の連続するスペーサー４を使用して、キーホール１３を形成しながら溶接することにより、開先部２の幅が広い側から供給した不活性ガスがこのキーホール１３から裏当て６の凹状溝に流通されて裏波の表面を覆うため、裏波の酸化が抑制され、良質の裏波ビードが得られる。
したがって、バックシールド用の不活性ガスを供給しなくても、良質の裏波ビードを得ることが可能になる。
本開先収縮抑制方法を採用することにより、溶接の熱収縮を拘束するための治具を削減あるいは小型化でき、かつ、治具跡処理のグラインダーによる研削作業を低減し、当該部位の検査や補修溶接の削減が可能となる。
連続するスペーサー４自身が溶加材となるので、別途供給する溶加材の量を減らすことが可能となる。
【００１８】
請求項２記載の自動ティグ裏波溶接の開先収縮抑制方法の連続するスペーサー４の開先部２は、Ｖ形開先またはＸ形開先であり、Ｖ形開先の場合は開先加工が容易であり、従来の開先収縮抑制方法と比べて容易に裏波形成が可能で、完全溶込み継手が得られ、かつ、工期短縮によるコストの低減が可能となる。Ｘ形開先の場合は、厚板で裏はつりをせずに良好な裏波を形成することが可能で、Ｖ形開先と同様に工期短縮によるコストの低減が可能となる。
【００１９】
請求項３記載の自動ティグ裏波溶接の開先収縮抑制方法のスペーサー４は、鋼材１Ａと鋼材１Ｂ相互が同材質の場合は被溶接材または溶加材と同材質とし、異材の場合は溶接金属の希釈率が適正になる材質であるので、被溶接材である鋼材１Ａと鋼材１Ｂ相互が同材質または異材どちらの場合においても、適正な化学成分を含んだ溶接金属を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る自動ティグ裏波溶接の開先収縮抑制方法を示す縦方向の突合せ継手の正面説明図である。
【図２】図１を上方向から見た断面図である。
【図３】図２の正面図である。
【図４】縦方向の突合せ継手を開先部２の幅が狭い側から見た説明図である。
【図５】水平方向の突合せ継手を開先部２の幅が狭い側から見た説明図である。
【図６】図５を横方向から見た断面図である。
【図７】自動ティグ裏波溶接の１例を示す説明図で、（Ａ）は縦方向、（Ｂ）は水平方向の突合せ継手を示す。
【図８】図７（Ａ）（Ｂ）の突合せ継手を拡大して示す断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の自動ティグ裏波溶接の開先収縮抑制方法の実施形態例について図１から図６を参照しながら説明する。図面において同様のものや対応するもの、総称可能なものについては同じ符号を付して説明する。本発明は、下記の実施形態にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で実施形態に変更を加えることが可能なことはもちろんである。
【００２２】
図１は、本発明に係る自動ティグ裏波溶接の開先収縮抑制方法を示す縦方向の突合せ継手の正面説明図である。
１Ａと１Ｂは鋼材、２は開先部、３Ａと３Ｂはそれぞれ鋼材１Ａと鋼材１Ｂのルートフェイス部であり、開先部２の幅が狭い側に裏波酸化防止用の裏当て６を設置して、開先部２の裏波形成に必要なルート間隔Ｌを維持するために、開先部２内のルートフェイス部３Ａとルートフェイス部３Ｂの間に連続するスペーサー４を嵌合して仮付け溶接して設置し、開先部２の幅が広い側から溶接トーチ５の電極５ａによってアーク５ｂを発生し、溶加棒１２と上記連続するスペーサー４を溶融して初層溶接部７を形成する。
連続するスペーサー４は、開先部２の全長に亘って、開先部２内のルートフェイス部３Ａとルートフェイス部３Ｂの間に嵌合可能な長さを有し、必要なルート間隔Ｌを確保可能な幅とし、溶融時にキーホール１３を形成可能な厚さとする。
連続するスペーサー４は、鋼材１Ａと鋼材１Ｂ相互が同材質の場合は、被溶接材または溶加材と同材質のものを使用し、鋼材１Ａと鋼材１Ｂ相互が異材の場合は、溶接金属の希釈率が適正になるものを選定して使用する。
連続するスペーサー４は、平鋼や丸鋼、フィラーワイヤ等、本溶接時にアーク５ｂの熱で溶融して鋼材１Ａと鋼材１Ｂ間で溶接金属の一部を形成するものとする。
従来のスペーサーは、溶接による熱収縮で開先部２のルート間隔Ｌが狭くなると、圧縮力を受けて取り除けなくなるが、本開先収縮抑制方法の連続するスペーサー４自身は、溶加材としての機能を兼ねており、アーク５ｂにより溶融して裏波を形成するため、溶接後に除去する必要がなく、取扱いが容易である。
【００２３】
連続するスペーサー４は、図示しているＶ形開先だけでなく、図示していないＸ形開先のルートフェイス部にも適用が可能である。
Ｖ形開先に連続するスペーサー４を使用する場合は、Ｖ形の開先加工が容易であり、従来と比べて容易に裏波形成が可能で完全溶込み継手が得られ、かつ、工期短縮によるコストの低減が可能となる。
厚板のＸ形開先に連続するスペーサー４を使用する場合は、完全溶込みで欠陥の無い良好な裏波が得られるため、ガウジングやグラインダー等による裏はつりが不要となり、裏はつり作業の削減による工期短縮とコストの低減が可能となる。
【００２４】
図２は、図１を上方向から見た断面図で、鋼材１Ａ、鋼材１Ｂ、開先部２、ルートフェイス部３Ａ、ルートフェイス部３Ｂ、連続するスペーサー４、溶接トーチ５、裏当て６を示す。
連続するスペーサー４は、開先部２の鋼材１Ａのルートフェイス部３Ａと鋼材１Ｂのルートフェイス部３Ｂの間に嵌合して仮付け溶接で設置する。５ａは電極、５ｂはアーク、６ａは裏当ての溝を示す。
破線部７ｂはアーク５ｂで溶融する範囲を示し、凝固して初層溶接部７を形成する。
【００２５】
図３は、図２の正面図で、鋼材１Ａ、鋼材１Ｂ、開先部２、ルートフェイス部３Ａ、ルートフェイス部３Ｂ、連続するスペーサー４を示す。
連続するスペーサー４は、開先部２の鋼材１Ａのルートフェイス部３Ａと鋼材１Ｂのルートフェイス部３Ｂの間に嵌合して仮付け溶接して設置する。
【００２６】
このように、開先部２内の鋼材１Ａのルートフェイス部３Ａと鋼材１Ｂのルートフェイス部３Ｂの間に連続するスペーサー４を嵌合して溶接を行うので、未溶融部の連続するスペーサー４により開先部２のルート間隔Ｌが熱収縮で狭まることを抑制すると共に、アーク５ｂにより連続するスペーサー４自身とその近傍の鋼材１Ａと鋼材１Ｂ、溶加棒１２を同時に、かつ確実に開先部２の幅が狭い側まで溶け込ませることができ、溶込み不良を起こさずに、容易に裏波が形成される。
本開先収縮抑制方法は、加工が容易なＶ形開先等に、連続するスペーサー４を嵌合することにより、自動ティグ溶接による裏波形成を容易にする。
連続するスペーサー４は、連続する開先部２の全長に亘って、開先部２内のルートフェイス部３Ａとルートフェイス部３Ｂの間に嵌合可能な長さを有し、必要なルート間隔Ｌを確保可能な幅とし、溶融時にキーホール１３を形成可能な厚さとするので、キーホール１３を維持しながら溶接を行うことが可能になり、健全な裏波ビードが形成可能となる。
本開先収縮抑制方法において連続するスペーサー４は、未溶融の部分でルート間隔Ｌの熱収縮を抑制すると共に、アーク５ｂの熱で開先部２近傍の鋼材１Ａと鋼材１Ｂ、別途供給する溶加棒１２と共に溶融池７ａとなり、この溶融池７ａの先端にキーホール１３を形成しながら溶接を進めることで、凝固した溶融池７ａが裏波ビードを形成し、完全溶込み継手が得られる。
上記の連続するスペーサー４を使用して、この溶融池７ａの先端にキーホール１３を形成しながら矢印の方向に溶接を行うことにより、開先部２の幅が広い側から供給した不活性ガスがこのキーホール１３から裏当て６の凹状溝に流通されて裏波の表面を覆うため、裏波の酸化が抑制され、良質の裏波ビードが得られる。
したがって、バックシールド用の不活性ガスを供給しなくても、良質の裏波ビードを得ることが可能になる。
【００２７】
鋼材１Ａと鋼材１Ｂ相互が同材質の場合は、被溶接材または溶加材と同材質の連続するスペーサー４を使用することで、適正な化学成分を含んだ溶接金属を得ることが可能である。
鋼材１Ａと鋼材１Ｂが異材の場合は、溶接金属の希釈率が適正になる材質の連続するスペーサー４を選定して使用することで、適正な化学成分を含んだ溶接金属を得ることが可能である。
したがって、本開先収縮抑制方法では、被溶接材である鋼材１Ａと鋼材１Ｂ相互が同材質または異材どちらの場合においても、割れの出ない良質な溶接金属を得ることが可能である。
【００２８】
図４は、縦方向の突合せ継手を開先部２の幅が狭い側から見た説明図で、鋼材１Ａ、鋼材１Ｂ、開先部２、連続するスペーサー４、溶接トーチ５、裏当て６、組立用治具８、変形拘束用治具９、楔１０を示し、その詳細構造は、図１から図３に示して説明した。
このように、連続するスペーサー４を使用することにより、溶接による熱収縮を防止するための変形拘束用治具９を従来と比べて削減あるいは小型化でき、かつ治具跡処理のグラインダーによる研削作業を低減し、当該部位の検査や補修溶接を削減することが可能となる。
【００２９】
図５は、水平方向の突合せ継手を開先部２の幅が狭い側から見た説明図である。
鋼材１Ｃ、鋼材１Ｄの水平継手の開先部２に、連続するスペーサー４を仮付け溶接し、開先部２の幅が狭い側に裏当て６、組立用治具８、変形拘束用治具９、楔１０を設置し、表面側から溶接トーチ５によって溶接を行う。
このように、連続するスペーサー４を使用することにより、溶接による熱収縮を防止するための変形拘束用治具９を従来工法と比べて削減あるいは小型化でき、かつ治具跡処理のグラインダーによる研削作業を低減し、当該部位の検査や補修溶接を削減することが可能となる。
【００３０】
図６は、図５を横方向から見た断面図である。
上下に位置する鋼材１Ｃ、１Ｄの水平継手の開先部２の鋼材１Ｃのルートフェイス部３Ｃと鋼材１Ｄのルートフェイス部３Ｄの間に、連続するスペーサー４を嵌合して仮付け溶接し、裏当て６を開先部２の幅が狭い側に当てて、開先部２の幅が広い側から溶接トーチ５で溶接する。
５ａは電極、５ｂはアーク、６ａは裏当て溝を示す。
破線部７ｂはアーク５ｂで溶融させる範囲を示し、凝固して初層溶接部７を形成する。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の自動ティグ裏波溶接の開先収縮抑制方法は、裏波形成が必要な種々の溶接構築物に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  鋼材          
２  開先部          
３  ルートフェイス部          
４  連続するスペーサー          
５  溶接トーチ          
６  裏当て          
７  初層溶接部          
８  組立用治具        
９  変形拘束用治具          
１０  楔          
１１  治具溶接部        
１２  溶加棒        
１３  キーホール        
【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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