(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一直線上に、２本１組の溶接トーチを２組配置し、各溶接トーチのシールドガスの噴射方向を、各組の隣り合う溶接トーチの方向、即ち溶接電流によって各組の溶接トーチ間に生ずるローレンツ力の作用方向と反対方向に傾斜させ噴射することで、シールドガスをローレンツ力を抑えるように作用させ、アークの電流、電圧の変化を抑えることを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
シールドガスを、２本１組の溶接トーチの内側位置で噴射することを特徴とする請求項１記載の溶接方法。
【請求項３】
２本１組の溶接トーチを、２台の走行台車にそれぞれ搭載し、同一直線上を走行して溶接することを特徴とする請求項１または２記載の溶接方法。
【請求項４】
２本１組の溶接トーチにより、鋼板の端部間を２層溶接することを特徴とする請求項３記載の溶接方法。
【請求項５】
同一直線上に、２本１組の溶接トーチが２組配置された溶接装置であって、各溶接トーチのシールドガスの噴射方向は、各組の隣り合う溶接トーチの方向、即ち溶接電流によって各組の溶接トーチ間に生ずるローレンツ力の作用方向と反対方向に傾斜させていることで、シールドガスをローレンツ力を抑えるように作用させ、アークの電流、電圧の変化を抑えることを特徴とする溶接装置。
【請求項６】
シールドガス噴射ノズルは、２本１組の溶接トーチの内側位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項５記載の溶接装置。
【請求項７】
２本１組の溶接トーチが、２台の走行台車にそれぞれ搭載され、同一直線上を走行させる機構をもつものであることを特徴とする請求項５または６記載の溶接装置。
【請求項８】
２本１組の溶接トーチが、鋼板の端部間を２層溶接する機構をもつものであることを特徴とする請求項７記載の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板の端部間を突き合わせ溶接する場合などに用いられる溶接方法および溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば電縫鋼管の製造工場においては、コイルから払い出された鋼板を断面円形となるようにローラで徐々に湾曲させながら電縫溶接を行っている。この工程を連続的に行うためには、鋼板を連続的に電縫鋼管製造ラインに送り込む必要がある。このため、コイルから払い出された鋼板の終端を新たなコイルから払い出された鋼板の始端と溶接装置によって突き合わせ溶接し、連続供給を行なっている。
【０００３】
ところが、電縫鋼管製造ラインで取り扱う鋼板は板厚が２ｍｍ〜１９ｍｍと幅広く、これらを同一の溶接装置で溶接しなければならない。中でも板厚が１３ｍｍ以上の厚肉材を溶接する場合には、溶接強度を確保するために同一溶接位置に２回溶接を行なう２層溶接が必要となる。
【０００４】
このため従来は図１に示すように、１本の溶接トーチ１を搭載した走行台車２を同一直線上（溶接ライン上）に２台配置し、各走行台車を鋼板の幅方向に２パス（２回走行）させて溶接を行っていた。すなわち、各走行台車は鋼板幅の約半分の距離を走行しつつ１層目の溶接を行い、その後にもう一度走行しながら２層目の溶接を行っていた。このため溶接に要する時間が長くなり、電縫鋼管の生産能力を向上させるうえでのネックとなっていた。
【０００５】
そこで本発明者は、図２に示すように２台の走行台車２上にそれぞれ２本１組の溶接トーチ１、１を搭載し、１パスで２層溶接を行なうことにより、溶接時間を半減させることを試みた。すなわち、２本１組の溶接トーチ１、１のうち走行方向の前側のトーチで１層目の溶接を行い、隣接配置された走行方向の後側のトーチで、同一溶接ライン上に２層目の溶接を行うようにした。
【０００６】
しかし各溶接トーチ１には大電流が同一方向に流れているため、図３に示すようにローレンツ力によって溶接トーチ１、１どうしが引き合い、アークが不安定となる。ここでローレンツ力とは、荷電粒子が磁場の中を移動するときに受ける電磁力であり、その方向はフレミングの左手の法則により決定される。この結果、１層目の溶接と２層目の溶接とが芯ずれしてしまうほか、溶接部の鋼板表面に割れを生じたり、鋼板裏面にアンダーカットが生じ、溶接品質を確保できないことが判明した。
【０００７】
なお特許文献１には、ローレンツ力により不安定となるアークを安定させるため、溶接電流をパルス状に通電する方法が記載されている。しかし溶接電流をパルス電流とすると入熱量が減少する分だけ溶接時間が長くなる。このため特許文献１に示されたような小物部品の溶接には適しているが、鋼板の端部間を高速度で突き合わせ溶接したい場合には不向きであると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３４０９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、同一直線上に配置された複数の溶接トーチを用い、鋼板の端部間を芯ずれを起こすことなく高速で溶接することができる溶接方法および溶接装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、同一直線上に、２本１組の溶接トーチを２組配置し、各溶接トーチのシールドガスの噴射方向を、各組の隣り合う溶接トーチの方向、即ち溶接電流によって各組の溶接トーチ間に生ずるローレンツ力の作用方向と反対方向に傾斜させ噴射することで、シールドガスをローレンツ力を抑えるように作用させ、アークの電流、電圧の変化を抑えることを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項２のように、シールドガスを、２本１組の溶接トーチの内側位置で噴射することが好ましい。
【００１２】
また請求項３のように、２本１組の溶接トーチを、２台の走行台車にそれぞれ搭載し、同一直線上を走行して溶接することが好ましく、請求項４のように２本１組の溶接トーチにより、鋼板の端部間を２層溶接することが好ましい。
【００１３】
また本発明の溶接装置は、同一直線上に、２本１組の溶接トーチが２組配置された溶接装置であって、各溶接トーチのシールドガスの噴射方向は、各組の隣り合う溶接トーチの方向、即ち溶接電流によって各組の溶接トーチ間に生ずるローレンツ力の作用方向と反対方向に傾斜させていることで、シールドガスをローレンツ力を抑えるように作用させ、アークの電流、電圧の変化を抑えることを特徴とするものである。
【００１４】
なお請求項６のように、シールドガス噴射ノズルは、２本１組の溶接トーチの内側位置にそれぞれ配置されている構造とすることが好ましい。また請求項７のように、２本１組の溶接トーチが、２台の走行台車にそれぞれ搭載され、同一直線上を走行させる機構をもつ構造とすることが好ましい。さらに好ましい実施形態においては、請求項８のように２本１組の溶接トーチが、鋼板の端部間を２層溶接する機構をもつものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】１本の溶接トーチを搭載した走行台車を同一直線上に２台配置した状態を示す斜視図である。
【図２】２本の溶接トーチを搭載した走行台車を同一直線上に２台配置した状態を示す斜視図である。
【図３】ローレンツ力の説明図である。
【図４】本発明の実施形態の説明図である。
【図５】図２の配置を採用し、シールドガス噴射ノズルを傾斜させない場合の溶接電流と電圧のグラフである。
【図６】図２の配置を採用し、シールドガス噴射ノズルを傾斜させた場合の溶接電流と電圧のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の実施形態を示す。
本発明の溶接装置は、図２に示されたように２本１組の溶接トーチ１、１を搭載した走行台車２を、同一直線上に２台配置したものである。この結果、同一直線上に、２本１組の溶接トーチが２組配置されることとなる。各走行台車２は鋼板の幅方向の約半分の距離を１パス走行し、その間に２本１組の溶接トーチ１、１が鋼板の端部間に２層溶接を行なうものである。このため、２本１組の溶接トーチ１、１は１００〜１５０ｍｍ程度の距離で近接配置されることとなる。
【００１７】
このような配置とした場合、４本の溶接トーチ１には同一方向に大電流が流れるため、図３に示すようにローレンツ力が作用して４本の溶接トーチ１の間に引力が作用する。この引力は、電流をＩとし、真空の透磁率をμ０とし、溶接トーチ１、１間の距離をｘ、ｙとした場合、μ０Ｉ２/２πｘ及びμ０Ｉ２/２πｙである。図３に示すように、同一の走行台車２上に搭載された２本１組の溶接トーチ１、１間の距離ｘは異なる走行台車２に搭載された溶接トーチ１までの距離ｙよりも短いため、特に強い引力が作用する。
【００１８】
その結果、溶接に用いるアークが変動し、安定しなくなる。図５はその状態を示す電流と電圧のグラフ（横軸は時間）であり、特に電流値が激しく変動している状態が示されている。また電流の平均値も不連続に変化している。前述したように、このような溶接装置を用いた場合には、１層目の溶接と２層目の溶接とが芯ずれしたり、表面割れやアンダーカットが生じたりすることとなる。
【００１９】
そこで本発明においては、図４に示すように各溶接トーチ１の側方に配置されたシールドガス噴射ノズル３からのシールドガス噴射方向を、シールドガス噴射ノズルを隣り合う溶接トーチの方向に向けて傾斜させることで、溶接電流によって溶接トーチ間１、１に生ずるローレンツ力の作用方向と反対方向に傾斜した。具体的には、シールドガス噴射ノズル３を、同一の走行台車２上に配置された２本１組の溶接トーチ１、１の内側位置にそれぞれ配置し、かつそれらのシールドガス噴射ノズル３を全体として溶接トーチ１、１の方向に向けて僅かに傾斜させ、シールドガスの流れによってローレンツ力を物理的に打ち消すようにした。
【００２０】
なお、シールドガス噴射ノズル３を全体として傾斜させる代わりに、先端部のみを傾斜させてシールドガス噴射方向を変えてもよい。噴射角度は溶接条件に応じて設定すればよいが、１°〜５°程度で十分である。噴射の傾斜角を大きくし過ぎると、シールドガスが溶接部を十分にシールドすることができなくなるなり、シールドガス噴射ノズル３の本来の機能が損なわれることとなるからである。前記傾斜角にてシールドガス噴射ノズル３を配置し、溶接トーチの前記ローレンツ力の作用方向側に沿って噴射してもよい。また前記の２本１組の溶接トーチの場合には、２本１組の溶接トーチ１，１の向かい合う内側位置で噴射することが好ましい。
【００２１】
尚、２本１組の溶接トーチを、２台の走行台車にそれぞれ搭載し、同一直線上を走行し、被溶接材の溶接部をそれぞれ半々ずつ担当すれば作業が効率化し、好ましく、２本１組の溶接トーチにより、鋼板の端部間を２層溶接すれば、より強固な溶接が確保でき好ましい。
【００２２】
このようにシールドガスの噴射方向をローレンツ力の作用方向と反対方向とすることにより、実施例の図６のグラフに示すように、電流、電圧ともに安定し、芯ずれのない２層溶接が可能となった。このように本発明の溶接装置を用いれば、鋼板の端部間を高速で溶接することができるので、電縫鋼管の生産能力を向上させることが可能となった。
【００２３】
なお製鉄工場においては、電縫鋼管製造設備の他にも、コイルから払い出された鋼板の終端を新たなコイルの始端と接続する溶接装置は多数存在し、本発明はそれらの溶接装置に広く適用できるものである。
【実施例】
【００２４】
上記した実施形態に説明した本発明の溶接装置を用い、板厚が１９ｍｍの鋼板の端部間を２層溶接した。同一走行台車上の溶接トーチの間隔ｘは１２５ｍｍであり、他の走行台車上に配置された溶接トーチの間隔ｙは７２５ｍｍであった。
【００２５】
溶接電流を２００〜５００Ａとし，溶接電流を１５〜３０Ｖとした。シールドガスはアルゴンと二酸化炭素の混合ガスであり、その圧力は０．８ＭＰａ、流量は３０ｍ３/ｈｒであった。
【００２６】
シールドガス噴射ノズルを従来のように溶接トーチと平行とした場合には、溶接に用いるアークが不安定であったが、本発明によりシールドガス噴射方向をシールドガスの流れによってローレンツ力を物理的に打ち消す方向に傾斜させた結果、図６のグラフに示されるように電流電圧ともに安定し、芯ずれのない２層溶接が可能となった。
【符号の説明】
【００２７】
１  溶接トーチ
２  走行台車
３  シールドガス噴射ノズル
【図１】
0006515273.tif 000002
【図２】
0006515273.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0006515273.tif 000006
【図６】
0006515273.tif 000007