(57)【要約】【課題】厚肉部材の溶接接合を可能にした溶接継手を提供する。【解決手段】第１の母材１の面と第２の母材２の端面との当接部を突合せ溶接する溶接継手において、前記第２の母材２における当接部の一方側に形成した第１の開先に臨ませた溶接ワイヤのアークにより、前記当接部を溶融させ、この溶融物を溶接側とは反対側に押し出して形成した第１の溶接部７と、前記第２の母材２における当接部の他方側に形成した第２の開先に臨ませた溶接ワイヤのアークにより、前記第２の開先側の当接部及び前記第１の溶接部７の一部を溶融させて溶接する第２の溶接部８とで、前記第１の母材１と第２の母材２との当接部を突合せ溶接したことを特徴する。【選択図】　図１
2004106008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の母材の面と第２の母材の端面との当接部を突合せ溶接する溶接継手において、前記第２の母材における当接部の一方側に形成した第１の開先に臨ませた溶接ワイヤのアークにより、前記当接部を溶融させ、この溶融物を溶接側とは反対側に押し出して形成した第１の溶接部と、前記第２の母材における当接部の他方側に形成した第２の開先に臨ませた溶接ワイヤのアークにより、前記第２の開先側の当接部及び前記第１の溶接部の一部を溶融させて溶接する第２の溶接部とで、前記第１の母材と第２の母材との当接部を突合せ溶接したことを特徴する溶接継手。
【請求項２】
前記第１の母材と第２の母材とは、厚肉部材であることを特徴とする請求項１に記載の溶接継手。
【請求項３】
前記第１の溶接部を形成するための溶接ワイヤへの印加電流は、直流電流とパルス状の電流とを重畳させた電流であり、前記第２の溶接部を形成するための溶接ワイヤへの印加電流は、直流電流であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶接継手。
【請求項４】
第１の母材の面と第２の母材の端面との当接部を突合せ溶接する溶接継手の溶接方法において、前記第２の母材における当接部の一方側に形成した第１の開先に、溶接ワイヤを臨ませ、この溶接ワイヤのアークにより、前記当接部を溶融させ、この溶融物を溶接側とは反対側に押し出して第１の溶接部を形成し、次に、前記第２の母材における当接部の他方側に形成した第２の開先に、溶接ワイヤを臨ませ、この溶接ワイヤのアークにより、前記第２の開先側の当接部及び前記第１の溶接部の一部を溶融させて第２の溶接部を形成し、前記第１の母材と第２の母材との当接部を突合せ溶接したことを特徴する溶接継手の溶接方法。
【請求項５】
前記第１の母材と第２の母材とは、厚肉部材であることを特徴とする請求項２４に記載の溶接継手の溶接方法。
【請求項６】
前記第１の溶接部を形成するための溶接ワイヤへの印加電流は、直流電流とパルス状の電流とを重畳させた電流であり、前記第２の溶接部を形成するための溶接ワイヤへの印加電流は、直流電流であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の溶接継手の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接継手及びその溶接方法に係り、更に詳しくは厚肉部材のＴ字形の溶接継手及びその溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建築物の鉄骨構造、橋梁、産業機械、建設機械等のあらゆる溶接構造物においては、溶接継手としてＴ字形継手を採用する場合が多い。このＴ字形継手の溶接手法としては、種々の溶接方法があるが、その一つの溶接方法として、Ｔ字形継手において、レ形の開先を有する一方の部材を、他方の部材に突合せ、前記レ形の開先側から溶接を行い、開先の裏側に裏波ビードを形成するものがある。この溶接方法は、前述した開先側の部分を溶融させ、この溶融プールを開先側から開先裏側に押し出すものであり、ＢＯＢ（Ｂｕｌｌｄｏｚｅｄ−Ｏｕｔ　Ｂｅａｄ）溶接方法と称している（非特許文献１参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
高谷　透、他３名、「Ｔ継手における裏波ビード溶接方法の研究」（社）溶接学会、第１７５回溶接法資料、第１４３回アーク物理資料、２００１年８月８日
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術は、裏当て材を使用せずに、開先の裏側に裏波ビードを形成することができるので、箱形などの閉断面構造や狭隘部のＴ字形継手の溶接に有効な溶接方法である。この溶接方法は、本件出願の発明者等によって開発研究されているものであるが、この溶接方法の前述した利点を活用し、種々の肉厚を有する部材への適用を試みているが、特に、Ｔ字形継手を構成する部材の肉厚が厚い場合、一方の部材に設けたレ形の開先から溶接を行っても、この一方の部材と他方の部材とが突き合わされた部分における他方の部材の溶け込みが十分になされないため、未溶着部が発生するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の事柄にもとづいてなされたもので、厚肉部材の溶接接合を可能にした溶接継手及びその溶接方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するために、第１の発明は、第１の母材の面と第２の母材の端面との当接部を突合せ溶接する溶接継手において、前記第２の母材における当接部の一方側に形成した第１の開先に臨ませた溶接ワイヤのアークにより、前記当接部を溶融させ、この溶融物を溶接側とは反対側に押し出して形成した第１の溶接部と、前記第２の母材における当接部の他方側に形成した第２の開先に臨ませた溶接ワイヤのアークにより、前記第２の開先側の当接部及び前記第１の溶接部の一部を溶融させて溶接する第２の溶接部とで、前記第１の母材と第２の母材との当接部を突合せ溶接したことを特徴する溶接継手にある。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記第１の母材と第２の母材とは、厚肉部材であることを特徴とする溶接継手にある。
【０００８】
更に、第３の発明は、第１または第の発明において、前記第１の溶接部を形成するための溶接ワイヤへの印加電流は、直流電流とパルス状の電流とを重畳させた電流であり、前記第２の溶接部を形成するための溶接ワイヤへの印加電流は、直流電流であることを特徴とする溶接継手にある。
【０００９】
また、第４の発明は、第１の母材の面と第２の母材の端面との当接部を突合せ溶接する溶接継手の溶接方法において、前記第２の母材における当接部の一方側に形成した第１の開先に、溶接ワイヤを臨ませ、この溶接ワイヤのアークにより、前記当接部を溶融させ、この溶融物を溶接側とは反対側に押し出して第１の溶接部を形成し、次に、前記第２の母材における当接部の他方側に形成した第２の開先に、溶接ワイヤを臨ませ、この溶接ワイヤのアークにより、前記第２の開先側の当接部及び前記第１の溶接部の一部を溶融させて第２の溶接部を形成し、前記第１の母材と第２の母材との当接部を突合せ溶接したことを特徴する溶接継手の溶接方法にある。
【００１０】
更に、第５発明は、第３の発明において、前記第１の母材と第２の母材とは、厚肉部材であることを特徴とする溶接継手の溶接方法にある。
【００１１】
また、第６の発明は、第４または第５の発明において、前記第１の溶接部を形成するための溶接ワイヤへの印加電流は、直流電流とパルス状の電流とを重畳させた電流であり、前記第２の溶接部を形成するための溶接ワイヤへの印加電流は、直流電流であることを特徴とする溶接継手の溶接方法にある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の溶接継手及びその製造方法の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の溶接継手の一実施の形態を示す断面図で、この図において、１は第１の母材、２はこの第１の母材１に接合される第２の母材である。前述した第１の母材１は、その突合わせ端部にルートフェイス３を有するようにその一方側に形成した第１のレ型開先形成面４と他方側に形成した第２のレ型開先形成面５が設けられている。また、前述した第２の母材２は第１の母材１のルートフェイス３と接触する平坦面６を有しており、第１の母材１とによりＴ字形継手を形成する。
【００１３】
７は第１の溶接部で、この第１の溶接部７は第１の母材１における第１のレ型開先形成面４と第２の母材２の平坦面７とにより形成される第１の開先に設けられている。この第１の溶接部７は後述する溶接ワイヤからのアークによって、第１の開先側の部分を溶融した溶融物を第１の開先側から第２の開先側に押し出すようにして形成されている。８は第２の溶接部で、この第２の溶接部８は後述する溶接ワイヤからのアークによって、第２の開先側の部分及び前記第１の溶接部の一部を溶融させて形成されている。
【００１４】
前述した第１の溶接部７を形成するために、溶接ワイヤには、直流電流とパルス状の電流とを重畳させた電流が印加される。また、第２の溶接部８を形成するために、溶接ワイヤには、直流電流が印加される。
【００１５】
図２は、本発明の継手の製作に用いる溶接装置の一実施の形態の構成を示すもので、この図２において、図１に示す符号と同符号のものは、同一部分を示す。１０は旋回可能なロボット本体、１１はロボット本体１０に設けた平行リンク部、１２は平行リンク部１１に設けたロボットアーム、１３はロボットアーム１２の先端に設けた溶接トーチ、１４は溶接トーチ１３に保持された溶接ワイヤ、１５は溶接ワイヤ１４を溶接トーチ１３を介して送給するための送給装置である。
【００１６】
１６はロボット制御装置で、このロボット制御装置１６は指令信号を出力してロボットアーム１２を図に示す少なくとも互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に駆動制御する。また、ロボット制御装置１６は、種々の制御設定値等を入力・記憶するための入力部１７　と、ロボットアーム１２の位置・姿勢制御のための位置制御部１８と、溶接速度を制御するための速度制御部１９等とから構成されている。
【００１７】
２０および２１は溶接電力を供給するためのケーブルで、その一方はロボットに備えられた送給装置１５側で溶接ワイヤ１４に、他方は溶接すべき第１の母材１または第２の母材２に接続されている。
【００１８】
２２は溶接電源で、この溶接電源２２はケーブル２０および２１により溶接ワイヤ１４と母材１または２に接続されている。２３は電圧検出器で、この電圧検出器２３は溶接電源２２から溶接ワイヤ１４に供給される溶接電流の電圧を検出する。２４は電流検出器で、この電流検出器２４は溶接電源２２から溶接ワイヤ１４に供給される溶接電流を検出する。
【００１９】
２５は平均電圧設定器で、この平均電圧設定器２５は溶接ワイヤ１４に供給すべき平均電圧値を設定する。２６は電圧制御器で、この電圧制御器２６は平均電圧設定器２５に設定された平均電圧と電圧検出器２３で検出された電圧が後述の電力診断部を介して入力された実平均電圧値とを比較して、電圧制御信号を出力する。
【００２０】
２７は平均電流設定器で、この平均電流設定器２７は溶接ワイヤ１４に供給すべき平均電流値を設定する。２８は電流制御器で、この電流制御器２８は平均電圧設定器２７に設定された平均電流と電流検出器２４で検出された電流が後述の電力診断部を介して入力された実平均電流値とを比較して、電流制御信号を出力する。
【００２１】
２９は出力制御器で、この出力制御器２９は電圧制御器２６からの電圧制御信号と電流制御器２８からの電流制御信号が入力され、それらの制御信号に基づいて、溶接電源２２から供給されるべき電力を制御するための制御信号を出力する。
【００２２】
３０は電力診断装置で、この電力診断装置３０は入力部３１と、比較部３２と、出力部３３とから構成されている。入力部３１は、平均電圧設定器２５で設定される平均電圧より高い電圧の第１の電圧設定値と平均電圧設定器２５で設定される平均電圧より低い電圧の第２の電圧設定値や、平均電流設定器２７で設定される平均電流より高い電流の電流設定値を設定する。
【００２３】
比較部３２は、電圧検出器２３から入力される実電圧値と前記第１および第２の電圧設定値とを比較し、後述の位置制御信号をロボット制御装置１６に出力するとともに、電流検出器２４から入力される実電流値と前記電流設定値とを比較し、位置制御信号をロボット制御装置１６に出力する機能を備えている。
【００２４】
出力部３３は、電圧検出器２３や電流検出器２４から検出された実電圧値および実電流値をそれぞれ電圧制御器２６および電流制御器２８に出力する機能をする。
【００２５】
そして、上述した溶接装置は、上記各制御装置やロボット等のこれら全体を制御するコンピュータ等により構成されている。
【００２６】
次に、上述したアーク溶接装置を用いて本発明の継手の一実施の形態の溶接接合する方法を説明する。
【００２７】
図２において、溶接トーチ１４はロボットアーム１２に取り付けられており、溶接ワイヤ１４は溶接トーチ１３に保持されながら溶接トーチ１３の先端より所定の長さ突き出ており、ワイヤ送給装置１５によって送られるようになっている。そこで、この図２に示すように、溶接ワイヤ１４は第１の開先側に所定の傾斜角度δ傾けられて、かつ所定の狙い位置に向けて対向される。この位置設定はロボット制御装置１６の入力部１７および位置制御部１８によって行われる。また、移動経路や溶接速度は入力部１７から速度制御部１９に与えられ、それに基づいて、溶接ワイヤ１４は図２の図面上垂直方向に移動させられる。
【００２８】
また、電力診断装置３０の入力部３１からは、予め第１および第２の電圧設定値と電流設定値が入力され、比較部３２に記憶される。
【００２９】
このように設定した状態で、初層のアーク溶接を開始する。溶接が始まると、電圧検出器２３および電流検出器２４はそれぞれケーブル２０，２１の実電圧値および実電流値を検出する。溶接中にロボットの振動や母材の位置ずれなどで溶接ワイヤ１４が例えば母材１の開先側に寄りすぎると、熱容量の小さい開先の端部が溶け落ちてしまい溶接ビードを置くことができなくなる。端部が溶け落ちるとアークが母材の裏に抜けてしまい、実電圧値が高くなる。すると、電力診断装置３０の比較部３２では予め入力された第１および第２の電圧設定値と実電圧値とが比較され、実電圧値が第１の電圧設定値を超えると、溶接ワイヤ１４を第２の母材２側に移動するように位置制御信号をロボット１０の位置制御部１８に出力し、溶接ワイヤ１４は第１の母材１の第１の開先側から第２の母材２側に近づくように移動修正される。
【００３０】
これとは反対に、溶接ワイヤ１４と母材との相対的位置関係が設定位置に対し第２の母材２側に寄ってしまった場合、開先側への入熱が少なくなり溶接ビードが第２の開先側に押し出されなくなり、手前側にビードが溜まってくる。すると、溶接ワイヤ１４の突き出し長さが短くなるので、実電圧値は下がり実電流値は高くなる現象が起こる。
【００３１】
したがって、比較部３２は予め入力されている電圧設定値と実電圧値を比較し、実電圧値が第２の電圧設定値を下回ったとき、溶接ワイヤ１４を開先側に移動するように位置制御信号を位置制御部１８に指令し、溶接ワイヤ１４は開先側に移動修正させられる。
【００３２】
あるいは、電流検出器２４によって実電流値が検出されているので、比較器３２は予め入力されている電流設定値と実電流値を比較し、実電流値が電流設定値を超えた場合、溶接ワイヤ１４を開先側に移動するように位置制御信号を位置制御部１８に指令し、溶接ワイヤ１４は開先側に移動修正させるようにしてもよい。
【００３３】
一方、電力診断装置３０の出力部３３は、電圧検出器２３および電流検出器２４から検出された実電圧値および実電流値を、それぞれ電圧制御器２６および電流制御器２８に出力する。
【００３４】
電圧制御器２６では、予め設定されている平均電圧値と実電圧値を比較し、実電圧値が平均電圧になるように電圧制御指令信号を出力制御部２９に出力する。また、電流制御器２８は、予め設定されている平均電流値と実電流値を比較し、実電流値が平均電流になるように電流制御指令信号を出力制御部２９に出力する。
【００３５】
出力制御部２９は、入力された電圧制御指令信号と電流制御指令信号に基づいて、溶接電源２２から供給する電圧と電流を調整する制御信号を溶接電源２２に出力し、供給電力が設定値になるように調整される。
【００３６】
このように、溶接ワイヤ１４と母材との位置関係を設定値に移動修正しながら、また平均電圧と平均電流も設定値になるように修正しながら溶接される。
【００３７】
ここで、前述した第１の開先に第１の溶接部７を形成する方法を図３を用いて説明すると、図３に示すように溶接ワイヤ１４の先端を、第１のレ形開形形成面４と第２の母材２の平坦面６とで形成された第１の開先内に位置させる。
【００３８】
この状態において、前述した溶接装置の溶接電源２２から、例えば溶接トーチ１４と第２の母材２との間に、直流電流とパルス状の電流とを重畳した電流を印加すると、溶接ワイヤ１４の先端からアークが発生する。このアークは第１の母材１と第２の母材２との当接部をバランス良く溶融するとともに、溶接ワイヤ１４自身も溶融する。これにより、この部分に溶融物のプールが形成される。
【００３９】
この溶融物のプールが増加すると、この溶融物はアークの噴出力や溶融物のプール内の対流などにより、第１の開先側から第２の開先側に押し出され、さらに表面張力などの働きにより、第１の開先内から第２の開先の一部部分まで一体となった溶融物のプールが形成され、それらが再凝固して図３に示すような第１の溶接部７がＴ字形継手における第１の開先の初層部として形成される。この第１の溶接部７は、図３の図面に垂直な方向に設けられて、溶接ビードを形成する。
【００４０】
次に、第２の開先に第２の溶接部８を形成する場合を説明すると、前述した第１の開先への第１の溶接部７の形成と同様に、溶接ワイヤ１４の先端を、図３の２点鎖線で示すように第２のレ形開形形成面５と第２の母材２の平坦面６とで形成された第２の開先内に位置させる。
【００４１】
この状態において、前述した溶接装置の溶接電源２２から、例えば溶接トーチ１４と第２の母材２との間に、直流電流を印加すると、溶接ワイヤ１４の先端からアークが発生する。このアークは第１の母材１と第２の母材２との当接部近傍および第１の溶接部７における第２の開先側への突出した部分等をバランス良く溶融する。これにより、第１の母材１と第２の母材２との当接部近傍および第１の溶接部７の一部の溶融物が一体となり、それらが再凝固して、図１に示すような第１の溶接部８がＴ字形継手における第２の開先の初層部として形成される。なお、上記の溶接状態は、開先部の初層の溶接であり、開先の大きさにもよるが開先部におけるその他残りの部分の溶接は従来と同様な方法で例えば多層の肉盛部を形成することができるので、その説明は省略する。
【００４２】
図４は本発明の溶接継手の他の実施の形態を示すもので、この図４において、図１に示す符号と同符号のものは同一部分である。この実施の形態は、第１および第２のレ形開先形成面を、円弧面で構成ものである。この実施の形態においても、前述した実施の形態と同様に、堅固な結合を有する継手を得ることができる。
【００４３】
なお、上述の実施の形態において、溶接トーチ１４を直線移動させながら、溶接する場合を説明したが、この動作に加えて溶接トーチ１４を揺動させることも可能である。また、上述の実施の形態においては、第の溶接部を形成するために、溶接トーチへの印加電流として、直流電流を用いたが、溶接溶け込みを良好にするために、パルス状の電流を用いることも可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上に述べた如く、本発明の溶接継手によれば、第１の母材と第２の母材との突合せ部を、第１の溶接部と第２の溶接部との融合によって、未溶着部を生じることなく堅固に結合することができるので、この継手で接合構成された構造物の信頼性を向上させることができる。
【００４５】
また、本発明の方法によれば、第１の母材と第の母材との当接部に形成される一方の開先に形成した第１の溶接部と、他方の開先に形成した第２の溶接部との溶融融合によって、前記当接部の接合を強度に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶接継手の一実施の形態を示す溶接部の断面図である。
【図２】本発明の溶接継手の溶接に用いられる溶接装置の一例の構成図である。
【図３】本発明の溶接継手の一実施の形態における溶接部の形成過程を説明するための説明図である。
【図４】本発明の溶接継手の他の実施の形態を示す溶接部の断面図である。
【符号の説明】
１　　第１の母材
２　　第２の母材
３　　ルートフェイス
４　　第１の開先形成面
５　　第２の開先形成面
７　　第１の溶接部
８　　第２の溶接部
【図１】
2004106008.tif 000003
【図２】
2004106008.tif 000004
【図３】
2004106008.tif 000005
【図４】
2004106008.tif 000006