(57)【要約】【課題】溶接中に任意の位置付近の電流値を上昇させることでポロシティの発生率を低下させることで、品質の良い溶接部を得ることを特徴とする。【解決手段】本発明の溶接方法は、以下の構成を任意に組み合わせるものである。（１）管材としてステンレス鋼を用いて、その成分にＳ量が０．００７  重量％以上０．０１０  重量％以下の範囲で含有されているものと、管板としてステンレス鋼を用いて、その成分にＳ量が０．００４  重量％以上０．００７  重量％以下の範囲で含有されているものを用いる。（２）管と管板を溶接する際に、溶接電極を溶接進行方向に１０°以上３０°以下傾斜させて溶接すること。（３）管と管板をＴＩＧ溶接する際に、溶接電流値を段階的に増加させて溶接すること。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管と管板を溶接する溶接方法において、
前記管の材質としてステンレス鋼を用い、該管の成分としてＳ量が０．００７  重量％以上０．０１０  重量％以下の範囲で含有されていることを特徴とした溶接方法。
【請求項２】
管と管板を溶接する溶接方法において、
前記管板の材質としてステンレス鋼を用い、該管板の成分としてＳ量が０．００４重量％以上０．００７  重量％以下の範囲で含有されていることを特徴とした溶接方法。
【請求項３】
管と管板を溶接する溶接方法において、
前記管と管板とを溶接トーチと溶接電極を備えたＴＩＧ溶接機により前記管の穴内面より溶接する際、前記溶接トーチに対して垂直に配置された溶接電極先端と前記溶接トーチの中心とを結ぶ線を基準として、前記溶接電極が溶接方向に対して前進する角度になるように設定したことを特徴とした溶接方法。
【請求項４】
請求項３の溶接方法において、
ＴＩＧ溶接時に使用する溶接電極は、溶接方向に対して前進する角度に１０°以上３０°以下傾斜していることを特徴とした溶接方法。
【請求項５】
管と管板を溶接する溶接方法において、
前記管の一部を前記管板に挿し込み、該管の差込み部を拡管した後、前記管と前記管板の隙間を０．３ｍｍ  以下にした後、溶接することを特徴とした溶接方法。
【請求項６】
管と管板を溶接する溶接方法において、
前記管と前記管板の突合せ部にＴＩＧ溶接を１回転以上行い、かつ、溶接電流を増加させて溶接を行うことを特徴とした溶接方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのうちの一つの溶接方法において、
請求項１から請求項６までに記載した条件のすべての組み合わせ、もしくは、任意の数条件を組み合わせて溶接を行うことを特徴とした溶接方法。
【請求項８】
管と管板を接合する溶接方法において、
前記管と前記管板の溶接部に欠陥が発生した場合、前記管と前記管板の溶接部に対してＴＩＧ溶接を１回転以上行い、かつ、溶接電流値を欠陥の発生した位置の手前から、溶接電流を増加させ、欠陥の発生していない位置では溶接電流を減少させる条件に設定して再溶融することを特徴とした管と管板を接合する溶接方法。
【請求項９】
請求項８の溶接方法において、
前記溶接電流値の設定は、ＴＩＧ溶接の際の回転数が増える毎に、溶接電流値が前の溶接により形成された溶接部をすべて溶融させる値に設定することを特徴とした溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管と管板の溶接部における欠陥発生率を抑制する溶接方法及び管と管板の溶接部に欠陥が発生した場合の溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱交換器における管と管板の溶接構造は、完全差込み型，突合せ型および部分差込み型などが存在する。熱交換器の使用環境が、例えば微量の塩素や硝酸イオンを含むような腐食性環境である場合、溶接部の信頼性の観点から、耐食性へ配慮する必要があるため、溶接部は溶接後に隙間を形成しない部分差込み型溶接構造の一つである一部差込み型突合せ隅肉溶接構造を採用するのが望ましい。一部差込み型突合せ隅肉溶接構造とは、管と管板の溶接構造において、管の先端の一部を管板に明けられた管穴に差込んだ後、当該部を隅肉溶接により接合することで、形成された溶接部に隙間を作らない構造である。本溶接構造を採用した場合、管の内面側から溶接する必要があるため、特殊な自動溶接機が必要であることや、放射線透過試験（以降、ＲＴと略す）などの際には、特殊な線源装置や検査治具の設計及び開発を行った後に製作に着手する。
【０００３】
この一部差込み型突合せ隅肉構造を製作する際に、自動溶接機を用いて溶接する手順の例として、はじめに管を管板の管穴に一部差込み，管の差込み部付近を、拡管機を用いて拡管固定する。次に、管穴へ自動ＴＩＧ溶接機を挿入し、電極先端を管の差込み部周辺を狙うように設定し、アークを放出しながら溶接ヘッドを１回転あるいは数回転させることにより、溶接部に対する姿勢が下向き，縦向き上向きとなる全姿勢溶接を行うことで裏波を形成する。溶接後は、隙間腐食防止の観点から、全周にわたりアンダーカットや溶け込み不良がなく、適正な溶接部の厚み（以降、のど厚と称す）が確保されることが要求され、さらに、構造物の強度の観点から、溶接部内部における、ポロシティなどの欠陥のサイズ及び個数が許容値を満たすことが要求されるなど、製作条件が厳しく、溶接条件を見極めることが困難である。
【０００４】
尚、従来の溶接方法として、オーステナイトステンレス鋼を用いた例として特開平１０−１２８５３４号が挙げられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１２８５３４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述した溶接方法のごとく、全姿勢溶接により管と管板の適正な溶接部を形成する際、溶接の進行に伴い溶接位置における溶融池の挙動が変化するため、全位置において適正な裏波形状をコントロールする適正な溶接条件を選択しなければならない。また、この一部差込み型突合せ隅肉溶接構造を溶接する際、溶接部にある割合でポロシティが発生することがＲＴ検査により確認されており、これを防止する溶接条件の選択は非常に困難である。
【０００７】
許容値を満足しないポロシティが発生した溶接部は、補修が必要とされるが、溶接の方法によっては、材料への熱サイクルの影響や、作業日数の増加などが懸念され、極力補修を必要としない溶接方法の開発の必要性は大きい。
【０００８】
本発明は、管と管板の溶接方法において、ポロシティの発生を抑えた溶接方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、管と管板を溶接する溶接方法において、
管の材質としてステンレス鋼を用い、この管の成分としてＳ量が０．００７  重量％以上０．０１０  重量％以下の範囲で含有されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、上記目的を達成するために本発明は、管と管板を溶接する溶接方法において、
管板の材質としてステンレス鋼を用い、この管板の成分としてＳ量が０．００４  重量％以上０．００７  重量％以下の範囲で含有されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、上記目的を達成するために本発明は、管と管板を溶接する溶接方法において、
管と管板とをＴＩＧ溶接により管の穴内面より溶接する際、溶接トーチに対して垂直に配置された溶接電極先端と溶接トーチの中心とを結ぶ線を基準として、溶接電極が溶接方向に対して前進する角度になるように設定したことを特徴とするものである。
【００１２】
更に、本発明はＴＩＧ溶接時に使用する電極は、溶接方向に対して前進する角度に１０°以上３０°以下傾斜していることを特徴とするものである。
【００１３】
また、上記目的を達成するために本発明は、管と管板を溶接する溶接方法において、
管の一部を管板に挿し込み、この管の差込み部を拡管した後、管と管板の隙間を０．３ｍｍ  以下にした後、溶接することを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記目的を達成するために本発明は、管と管板を溶接する溶接方法において、
管と管板の突合せ部にＴＩＧ溶接を１回転以上行い、かつ、溶接電流を増加させて溶接を行うことを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記目的を達成するために本発明は、管と管板を接合する溶接方法において、
管と管板の溶接部に欠陥が発生した場合、管と管板の溶接部に対してＴＩＧ溶接を１回転以上行い、かつ、溶接電流値を欠陥の発生した位置の手前から、溶接電流を増加させ、欠陥の発生していない位置では溶接電流を減少させる条件に設定して再溶融することを特徴とするものである。
【００１６】
更に、本発明では、溶接電流値の設定は、ＴＩＧ溶接の際の回転数が増える毎に、溶接電流値が前の溶接により形成された溶接部をすべて溶融させる値に設定することを特徴とするものである。
【００１７】
本発明者は、管と管板の材料において、化学成分のＳ量を規定したのものを使用し、溶接中の溶接電極の角度を規定することによって、溶接部に発生するポロシティを極力抑えた溶接方法を見出した。以下、これを説明する。
【００１８】
先ず、発明者らは、管と管板の溶接部にＲＴ検査を実施し、その結果を調査したところ、ポロシティの発生位置が溶接スタート部近傍に集中しており、ポロシティ数は継手当りおよそ一つであるという特徴を発見した。そこで、一部差込み型突合せ隅肉溶接構造を溶接する際に、材料中のＳ量を０．００４  重量％以上０．０１０  重量％以下に規定する。次に、管の先端を拡管して管板に固定する際に、管と管板の隙間を０．３ｍｍ  以内に設定し、溶接中の溶接電極を溶接進行方向に１０°以上３０°以下の角度（前進角）に傾斜させる。さらに、溶接２回転目以降の電流値の設定において、ポロシティの発生しやすい溶接スタート位置付近の電流値を、既存溶接ビードをすべて溶融させる値にまで上昇させ、溶接スタート部近傍以外の電流値を通常の溶接電流又はそれよりも下げた値に設定した後に、裏波を形成する全姿勢溶接を行う。以上の条件の組み合わせ、もしくは、任意の条件を組み合わせて溶接することで、ポロシティの発生率を抑え、品質の良い溶接部を得る効果をもたらす溶接方法を考案した。以下、各条件の設定について根拠を説明する。
【００１９】
材料中に含有されているＳが増加すると、溶接の熱により溶湯の表面張力に勾配が発生し、その勾配により対流が発生する（以降、マランゴニ対流と称す）ことが知られている。図１に管と管板に用いられる材料中のＳ量と溶接による溶け込み深さ関係の実験結果を示す。本図は、板厚１３０ｍｍのステンレス板としてオーステナイト系のＳＵＳ３１６Ｌ（成分はＣが０．０３０％以下，Ｓｉが１．００％以下，Ｍｎが２．００％以下，Ｐが０．０４５≦０．０３０％，Ｎｉが１２．００〜１５．００％  ，Ｃｒが１６．００〜１８．００％，Ｍｏが２．００〜３．００％、残りはＦｅ成分）にノンフィラービードオン溶接試験（溶接電流７０Ａ又は１１０Ａの条件）を行った結果であり、横軸に材料中のＳ量、縦軸に溶け込み幅（Ｗ）に対する溶け込み深さ（Ｄ）の割合を示している。溶接試験の結果、Ｓ量が０．００４  重量％に至るまで、溶け込み幅に対する溶け込み深さの割合が上昇し、Ｓ量が０．００４重量％以上で溶け込み幅（Ｗ）に対する溶け込み深さ（Ｄ）の値が、ほぼ一定になることが示された。本発明方法で、材料中のＳ量を０．００４重量％以上０．０１０重量％以下に規定している理由は、Ｓ量が０．００４重量％未満の場合、表面張力が発生しないためマランゴニ対流が発生せず、所望する深さの溶け込みを得ることが困難であると判断されるためである。また、溶け込み深さを深くするために入熱を高くすると、ビード幅が過大になり、適正な溶接部形状の確保が困難となる。このため、材料中のＳ量は、溶接中の溶湯対流方向が深溶け込み方向となる０．００４  重量％以上に規定するのが望ましいことを見出した。一方、Ｓ量が０．０１０  重量％を超える値に規定すると、製品の耐食性が下がる懸念がある。このため、材料中のＳ量は、０．０１０  重量％以下に規定するのが望ましい。以上の点から、材料中のＳ量を０．００４重量％以上０．０１０重量％以下に規定することで、溶接中の溶湯対流が深溶け込み方向になり、低入熱で適正な裏波形状を有する溶接部を得ることが可能であることを見出した。
【００２０】
図２に管と管板の隙間に対する発生したポロシティサイズの平均径の関係を示す。本図は、図８に示すように管と管板の間に隙間を付与した状態で溶接試験を行った結果であり、横軸に管と管板の間の隙間、縦軸には発生したポロシティサイズの平均径を示している。この試験ではノンフィラービードオン溶接試験を溶接電流５０Ａで行った結果であり、板厚２．９ｍｍ  のステンレス管材としてオーステナイト系のＳＵＳ３１６ＬＴＢ（成分はＣが０．０３０％以下，Ｓｉが１．００％以下，Ｍｎが２．００％以下，Ｐが０．０４０％以下，Ｎｉが１２．００〜１６．００％，Ｃｒが１６．００〜１８．００％，Ｍｏが２．００〜３．００％，残りはＦｅ成分）を用いたものである。溶接試験の結果、隙間が大きくなるに従い、発生したポロシティサイズの平均径が大きくなることが示された。これにより管を拡管にて固定する際に、管と管板の隙間を０．３ｍｍ  以内に設定することでポロシティのサイズを法例で定めされたポロシティのサイズ０．５ｍｍφ以下にすることが実現出来るようになる。このような結果になった理由としては、隙間が大きい場合、溶接中にシールドガスが巻き込まれやすく、発生するポロシティのサイズが大きくなることを見出したためである。
【００２１】
尚、０．５ｍｍφ  以下のポロシティであればそれが存在していたとしても溶接部の強度が保たれるため、これ以下の大きさであれば法律の規制上許容されるレベルになる。
【００２２】
図３に溶接電極の角度とポロシティ消滅率の関係を示す。本図は、後述する図８〜図１０に示したように管と管板とを溶接電流を変化させてノンフィラービードオン溶接試験を行いポロシティ消滅率を調査した結果である。この試験ではノンフィラービードオン溶接試験を溶接電流５０Ａで行い、板厚２．９ｍｍ  のステンレス管材として前述のオーステナイト系のＳＵＳ３１６ＬＴＢを用いて、かつ、管板として板厚１３０ｍｍの前述のＳＵＳ３１６Ｂを用いたものである。このグラフでは横軸に溶接電極角度、縦軸にポロシティ消滅率を示しており、溶接電極角度としては、溶接トーチ１４の中心とこの溶接トーチ１４に対して垂直に接合した溶接電極１２先端を結ぶ線１６を基準として、図２３に示したように溶接電極１２を溶接トーチ１４の根本の接続部分から溶接方向の回転方向に対して進む方向の角度（前進角）としている。
【００２３】
溶接試験の結果、溶接電極角度を１０°に至るまで傾けた際、ポロシティ消滅率が１００％まで上昇し、電極角度が３０°に至るまで完全にポロシティが消滅することが確認された。さらに３０°を超えて溶接電極を傾けると、ポロシティ消滅率が下がることが確認された。本発明方法で、溶接電極の角度を前進角１０°以上３０°以下に規定するのは、溶接中にマランゴニ対流が発生するが、溶接電極を傾けることで、溶湯の対流方向を溶接進行方向へコントロールし、溶接中に発生した気泡を溶接進行方向へ移動させ、凝固側へ気泡が移動してトラップされ、ポロシティとして残存することを防止するためである。また、溶接電極を３０°を超えて傾けると、所望する溶け込み深さが得られなくなり、ポロシティ消滅率が１００％を下回ったことを見出した。
【００２４】
また、ポロシティが発生した場合における溶接方法として、本発明者らはポロシティの発生した位置をＲＴ検査により特定した後、ポロシティの発生した部分を完全に溶融する条件にて再溶融することで、ポロシティを消滅させる方法を見出した。
【００２５】
本発明の補修のための溶接方法とは、前述した本発明の溶接方法と同じく、管と管板の溶接部にポロシティなどの欠陥が発生した場合、溶接電極を溶接進行方向に１０°以上３０°以下傾斜させ、ノンフィラーＴＩＧ溶接を１回転以上（実験では２回転半）、ポロシティの発生した位置の手前から、溶接電流を増加させる条件にて再溶融することで、ポロシティを消滅させたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。図４に本発明の対象となる、熱交換器１の断面の概略図を示す。本熱交換器１は、多管円筒式型構造であり、管２にはＵ字管を使用しており、２の先端は管板３に明けられた管穴４と溶接により接合された構造となっている。本溶接構造を採用した理由は、この熱交換器が例えば微量の塩素や硝酸イオンを含むような腐食環境中で使用されることに配慮し、耐食性に優れた溶接構造を採用することが望ましいことによる。
【００２７】
図５は管２と管板３の溶接部５を断面から見た概略図であり、図６は管２と管板３の溶接部５にポロシティ６が発生した場合における断面の概略図である。
【００２８】
以下、本発明方法による溶接を図７に示す手順を用いて説明するが、本発明は説明する条件のすべての組み合わせ、もしくは、任意の条件を組み合わせて溶接することで、ポロシティ６の発生率を抑え、品質の良い溶接部５を得る効果をもたらすものである。
【００２９】
手順１として、溶接前に管２と管板３をアセトン等を用いて洗浄する。
【００３０】
手順２として、管２の先端を管板３に一部差込む。図８は溶接前において、管２の先端部を管板３に明けられた管穴４に一部差込んだ状態を断面から見た概略図を示している。板厚２．９ｍｍ  のステンレス管材として前述のオーステナイト系のＳＵＳ３１６ＬＴＢを用いて、かつ、管板として板厚１３０ｍｍの前述のＳＵＳ３１６Ｂを用いたものである。
【００３１】
手順３として、拡管機等を用いて管２の先端を管板３に拡管固定するが、その際、管２と管板３の間には管を差し込んだ際の隙間７が形成される。拡管機等を用いて管２を拡管固定した後、管２と管板３の隙間７が０．３ｍｍ  以内になっていることを確認する。
【００３２】
図９に管２と管板３の溶接時の概略図を示す。
【００３３】
手順４として、円筒状のバックシールドガスパージ治具８を図９のように取り付ける。バックシールドガスパージ治具８は溶接中に流すバックシールドガス９を密封するものであり、バックシールドガス導入口１０及び出口１１のついた構造となっている。バックシールドガス９はアルゴン（以降、Ａｒと称す）またはヘリウム（以降、Ｈｅと称す）等を使用するのが望ましい。
【００３４】
手順５及び６として、管穴４側から溶接電極１２の取り付けられた自動ＴＩＧ溶接機１３を挿入する。自動ＴＩＧ溶接機１３の先端は、溶接トーチ１４と溶接電極１２から構成された溶接ヘッド部１５を備えている。溶接トーチ１４は溶接電極１２を、溶接部５を形成する位置と方向に設定するものであり、溶接機挿入前に取り付け角度を確認する。図１０は、管方向より見た溶接トーチ１４と溶接電極１２を示す。天側を０°、地側を１８０°とし、溶接は図の矢印方向に回転することで溶接を行われる。溶接トーチ１４に取り付けられた溶接電極１２は溶接トーチ１４の中心と溶接電極１２先端を結ぶ線１６を基準として、矢印方向にθ（１０°以上３０°以下）の角度１７を付ける。また、この溶接電極１２は、先端を鋭角に研磨したものを採用することが望ましい。さらに、溶接スタート位置は溶接電極１２が、地側を下として、斜め下向きになるように設定するのが望ましい。
【００３５】
図１１に本発明の実施例に用いられる溶接装置の構成を示す。自動ＴＩＧ溶接機１３は、溶接トーチ１４を含む溶接ヘッド部１５，外部電源１８，アース１９などから構成され、自動ＴＩＧ溶接機１３外部に設置された操作盤２０から指示することにより溶接を遠隔で行うものである。また、自動ＴＩＧ溶接機１３には安定した溶接を確保するために、自動ＴＩＧ溶接機１３を管板３に固定するための突起２１が付けられている。以上の段取りを終了した時点で、手順７として溶接条件の設定を行う。
【００３６】
図１２に本発明の実施例による溶接条件の概略図を示す。また、図１３に本発明の実施例と比較するための条件を示す。本発明による溶接条件は、溶接中に電流を上昇させた条件であり、比較の条件は、溶接中に電流の変化がない条件である。それぞれの溶接条件において、縦軸は溶接電流値を示しており、１回転目の溶接により裏波が全姿勢において形成される最小の溶接電流値を１００とした相対値で表している。図１４に溶接中の溶接トーチ１４が回転する様子の概略図を示す。横軸には溶接の際に溶接スタート部を０°とした溶接トーチ１４の回転角度を示す。また、溶接中に電流を上昇させる手段としては、図１５に示すスロープ状２２、図１６に示す階段状２３、図１７に示すパルス状２４などが考えられるが、本実施例では階段状２３の溶接条件の例を用いて効果を説明する。図１２に示す本発明の溶接条件は、溶接を開始する前に電流を数秒間かけて上昇させた後、溶接トーチの回転を始めて溶接を開始し、ＴＩＧ溶接を１回転ごとに溶接電流を増加させて溶接を行い、３回転目の途中で電流を数秒間かけて降下させて溶接を終了することを特徴としている。
【００３７】
手順８としてシールドガス２５及びバックシールドガス９によるパージを行う。自動ＴＩＧ溶接機１３には、シールドガス２５を流す構造を備えている。シールドガス２５には、ＡｒまたはＨｅを使用し、数％の水素（以降、Ｈ２  と称す）をシールドガス２５中に添加することが望ましい。
【００３８】
手順９として溶接を行う。図１８に本発明による溶接方法により溶接を実施している状況の概略図を示す。本発明による溶接は、溶接電極１２先端を管２の差込み部周辺を狙い、アークを放出した後、溶接ヘッド部１５を１回転あるいは数回転させることにより溶接部６を形成する全姿勢溶接を行う。
【００３９】
手順１０として溶接ビードの外観検査を行う。図５に示した、本発明方法により溶接を実施し、形成された管２と管板３の溶接部５は、隙間７のない構造であり、適正なのど厚２６が確保されていることが要求される。
【００４０】
手順１１としてＲＴによる内部欠陥の検査を行う。本発明の溶接条件にて溶接を行った後、溶接部５に対してＲＴ検査を実施し、ポロシティ６を始めとする溶接部５の欠陥の有無を確認する。
【００４１】
表１に溶接部５に対して実施したＲＴ検査の結果を示す。表の欄にはそれぞれ、管板（上段）と管（下段）のＳ量の組み合わせと図１２に示す本発明による溶接条件により溶接試験を実施した結果と図１３に示す比較の溶接条件により溶接試験を実施した結果を示しており、試験結果は全試験数（ヶ）に対するポロシティの発生した数（ヶ）で表している。本試験の結果、管板３のＳ量が０．００４％、管２のＳ量が０．００８，０．００９，０．０１０％  のそれぞれの組み合わせで溶接試験を行った結果、比較の溶接条件を用いた場合、総試験数に対するポロシティ８の発生した溶接数の割合で結果は、それぞれ２／２０，１／１５，２／１５であった。一方、本実施例による溶接条件を用いた場合、試験結果はそれぞれ、１／４０，０／１０，０／１０となった。次に、管板３のＳ量が０．００６％、管２のＳ量が０．００７％  の組み合わせで溶接試験を行った結果、比較の溶接条件を用いた場合、試験結果は０／３０であり、本発明による溶接条件を用いた場合の試験結果は、０／１０となった。また、管板３のＳ量が０．００７％  、管２のＳ量が０．００８，０．００９，０．０１０％  のそれぞれの組み合わせで溶接試験を行った結果、比較の溶接条件を用いた場合、試験結果はそれぞれ１／３０，１／１５，１／１５であり、本発明による溶接条件を用いた場合、試験結果はそれぞれ、０／１０，０／１０，０／１０となった。総合すると、管２と管板３の各Ｓ量の組み合わせで溶接試験を行った結果、比較の溶接条件を用いた場合、ポロシティ６の発生率は約５％程度であった。一方、溶接中に電流を上昇させる本発明の溶接条件を用いた場合、溶接部５におけるポロシティ発生率は約１％程度であることが確認された。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
従って、本実施例による溶接条件により管２と管板３の溶接部５に発生するポロシティ６を抑制することが可能であることが確認された。さらに、得られた溶接部５は円周方向の各位置での断面形状の差異は認められず、管２と管板３は適正に溶融されており、のど厚２６も十分に確保されていることが確認された。
【００４４】
図１９に溶接部５にポロシティ６などの欠陥が発生した場合における、補修の為の溶接条件を示す。この実施例の補修方法は、ポロシティ６の発生した位置を再溶融することで、溶接部５内部のポロシティ６を溶接部５外部へ消滅させるものである。
【００４５】
この実施例による補修の手順は前述の溶接の手順と同一であり、段取りを終了した時点で、溶接条件の設定を行う。図１９に示す溶接条件は、溶接中にポロシティ６の発生した位置の手前から溶接電流を上昇させ、ポロシティ６の発生した位置以外の範囲における溶接電流を降下させた条件の例を示す。上昇させる電流の割合は既存の溶接部を全て溶融させる値に設定し、降下させる電流の割合は既存溶接部の形状を変化させない程度の値に設定する。溶接中に電流を上昇・降下させる手段としては、溶接条件と同様に図１５のスロープ状２２，図１６の階段状２３，図１７のパルス状２４などがあり、本図は階段状２３の例を示す。
【００４６】
表２にポロシティ６の発生した溶接部５に対して補修の溶接を実施し、その後ＲＴ検査を実施した結果を示す。試験は本実施例による補修のための溶接条件と、比較として図１３に示す溶接中に電流の変化がない溶接条件を用いて実施した。試験の結果、ポロシティ６が消滅した割合は図１３に示す溶接条件では５０％であり、本実施例による補修の溶接条件では９３％となった。また、溶接前後における溶接継手の外観形状において、比較の溶接条件で補修を行った結果、ポロシティ６が消滅するケースも確認されたが、図２０に示すように溶接部がアンダーカット２７になったものや、図２１に示すように過大溶融２８しているものが確認された。一方、本発明の補修のための溶接条件においては、ポロシティ消滅率が高く、図２２に示すように再溶融により新たな裏波２９が形成された部分の形状も良好であった。
【００４７】
【表２】
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【００４８】
すなわち、溶接中にポロシティ６の発生した位置における溶接電流を上昇させ、それ以外の位置における溶接電流を降下させた条件とすることで、ポロシティ６を消滅させることが可能であり、得られた溶接部５は円周方向の各位置における断面形状の差異は認められず、管２と管板３は適正に溶融されており、のど厚２６も十分に確保されていることが確認された。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の溶接方法により、管と管板の溶接部に発生するポロシティを抑制した溶接が可能となり、品質の良い溶接部を安定して得ることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】材料中のＳ量と溶接による溶け込み深さの関係。
【図２】管と管板の隙間と発生ポロシティサイズ平均径の関係。
【図３】溶接電極の角度とポロシティ消滅率の関係。
【図４】熱交換器の概略図。
【図５】管と管板の溶接部の断面概略図。
【図６】管と管板の溶接部にポロシティが発生した場合の概略図。
【図７】管と管板の溶接手順。
【図８】溶接前の一部差込み型突合せ隅肉溶接構造の概略図。
【図９】管と管板の溶接前の概略図。
【図１０】管方向から見た溶接トーチと溶接電極の概略図。
【図１１】溶接装置の構成。
【図１２】本発明による溶接条件の概略図。
【図１３】本発明の溶接条件と比較するための溶接条件概略図。
【図１４】溶接中における溶接トーチ回転の外略図。
【図１５】スロープ状に溶接電流を上昇する溶接条件の例。
【図１６】階段状に溶接電流を上昇する溶接条件の例。
【図１７】パルス状に溶接電流を上昇する溶接条件の例。
【図１８】本発明による溶接方法により溶接を実施している状況の概略図。
【図１９】溶接部にポロシティが発生した場合の補修用溶接条件の概略図。
【図２０】補修後の溶接部がアンダーカットになった例。
【図２１】補修後の溶接部が過大溶融した例。
【図２２】補修後の溶接部裏波形状が適正である例。
【図２３】溶接電極の傾け角度の説明図。
【符号の説明】
１…熱交換器、２…管、３…管板、４…管穴、５…管と管板の溶接部、６…ポロシティ、７…管と管板の隙間、８…バックシールドガスパージ治具、９…バックシールドガス、１０…バックシールドガス導入口、１１…バックシールドガス出口、１２…溶接電極、１３…自動ＴＩＧ溶接機、１４…溶接トーチ、１５…溶接ヘッド部、１６…溶接トーチの中心と溶接電極先端を結ぶ線、１７…角度、１８…外部電源、１９…アース、２０…操作盤、２１…突起、２２…スロープ状の溶接電流設定例、２３…階段状の溶接電流設定例、２４…パルス状の溶接電流設定例、２５…シールドガス、２６…のど厚、２７…アンダーカット状の溶接部、２８…過大溶融状の溶接部、２９…裏波。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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