(57)【要約】【課題】アルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接時に溶接部に生成付着するスマットを機械的又は化学的除去方法によらず、確実且つ簡単に除去し得る方法を開発する。【解決手段】溶接終了時点から所定時間が経過する迄に、溶接ビード３及び被溶接材の表面の熱影響部に難燃性の液体７を吹き付けて、溶接部に生成付着したスマットに接触させる。難燃性の液体７の代わりに不活性ガス又は不活性化合物の液体を吹き付ける。このような方法を実施するためのアーク溶接装置として、被溶接材をアーク溶接するアーク溶接部と、溶接ビード３及び被溶接材の表面の熱影響部に対して上記液体を吹き付ける液体吹付け部６とを有するアーク溶接装置を用いることにより、その液体をスマット付着部位で急激に気化膨張させてそのスマットを破壊し、吹き飛ばして除去する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金材からなる被溶接材に溶接後に付着した溶接付着物を、難燃性の液体を吹き付けると同時に気化させることにより除去することを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接付着物除去方法。
【請求項２】
前記難燃性の液体の沸点が溶接後の溶接部材の表面温度以下であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接付着物除去方法。
【請求項３】
前記難燃性の液体の沸点が室温以下であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接付着物除去方法。
【請求項４】
前記難燃性の液体は、前記被溶接材のアーク溶接によりビードが形成された後、前記ビードの温度が常温に下がるまでの間に、吹き付けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接付着物除去方法。
【請求項５】
アルミニウム又はアルミニウム合金材からなる被溶接材を溶接するアーク溶接装置において、前記被溶接材をアーク溶接するアーク溶接部と、溶接終了後に前記被溶接材に付着した溶接付着物に対して難燃性の液体を吹き付ける液体吹き付け部と、を有することを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金材のアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミニウム又はアルミニウム合金材（以下、総称してアルミニウム材という）の溶接付着物除去方法及びアーク溶接装置に関し、溶接時に溶接部表面及びその近傍周辺部に付着した溶接付着物を除去して溶接外観が良好なアルミニウム材を得る溶接付着物除去方法及びアーク溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム材の溶接には、不活性ガスアーク溶接方法が広く使用されている。アルミニウム材の溶接に使用される不活性ガスアーク溶接方法としては、電極自身がアークを発生すると共に溶融する方式である溶極式溶接としてのＭＩＧ溶接（メタルイナートガスアーク溶接）と、電極はアークを発生させるのみで消耗せず、電極以外に溶接金属になる溶加棒をアーク中に装入する方式である非溶極式溶接としてのＴＩＧ溶接（タングステンイナートガスアーク溶接）が広く使用されている。特に、Ａｌ−Ｍｇ系合金等のアルミニウム材をＭＩＧ溶接等のアーク溶接で溶接接合する場合、例えば図２に示すように、被溶接材である母材１と母材２との溶接接合部に形成された溶接ビード３の上及びその近傍に、黒い着色生成物（以下、スマットという）４が付着する場合がある。そして、このスマット４はＡｌ及びＭｇ等を含む酸化物であると考えられており、溶接の継手性能に対しては殆ど悪影響を及ぼすことはない。しかし、スマット４は溶接後の外観に美観性が求められる部材にあってはその美観性が損なわれるという問題点があり、また、その溶接部表面に塗装が施される場合には、塗料の付着を妨げる要因になるといった問題点がある。従って、上述したスマット４については、これを十分に除去する必要がある。
【０００３】
スマット４の除去方法としては、従来、ウエス又はワイヤブラシ等で払拭するといった機械的に除去する方法がある。しかしながら、溶接ビード３の表面には通常数ｍｍ程度の微細な凹凸が形成されているので、特に溶接ビード３の表面に生成付着したスマット４を上述したような機械的な方法で完全に除去することは困難である。更に、多数箇所の溶接によって構造物を組み立てる場合には、それら全ての溶接箇所に対して上述した機械的処理を施してスマット４を除去しなければならず、著しく手間を要する。
【０００４】
一方、特開平５−４４０６８号公報には、アルミニウム合金の溶接部を、適切な濃度の硫酸溶媒又はこれに更に界面活性剤等の薬剤を適宜添加した硫酸溶媒で洗浄処理して、スマットを化学的に除去する方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、硫酸等のようにアルミニウム素材と反応する薬剤を用いてスマットを処理する場合、そのアルミニウム素材の洗浄に当たっては前記薬剤の濃度を厳密に管理することが必要不可欠である。また、これらのスマットの洗浄に使用した薬剤を洗い流したり、中和するなど洗浄後の後処理を実施する必要がある。そして、これらの濃度管理及び洗浄後処理を怠った場合には、被溶接材表面の光沢及び美観性を損なったり、又は被溶接材を深く浸食させて継手性能に悪影響を及ぼすという虞がある。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、アルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接時に溶接ビード及びその近傍に生成付着するスマットを、上述した機械的除去方法及び化学的方法による煩雑な除去作業を強いられることなく、確実に且つ容易に除去することができ、溶接部の外観が良好なアルミニウム材を得ることができるアルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接付着物除去方法法及びアーク溶接装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接付着物除去方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金材からなる被溶接材に溶接後に付着した溶接付着物を、難燃性の液体を吹き付けると同時に気化させることにより除去することを特徴とする。
【０００８】
このアルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接付着物除去方法において、例えば、前記難燃性の液体の沸点が溶接後の溶接部材表面温度以下である。又は、前記難燃性の液体の沸点が室温以下である。
【０００９】
更に、前記難燃性の液体は、前記被溶接材のアーク溶接によりビードが形成された後、前記ビードの温度が常温に下がるまでの間に、吹き付けられることが好ましい。
【００１０】
本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金材のアーク溶接装置は、アルミニウム又はアルミニウム合金材からなる被溶接材を溶接するアーク溶接装置において、前記被溶接材をアーク溶接するアーク溶接部と、溶接終了後に前記被溶接材に付着した溶接付着物に対して難燃性の液体を吹き付ける液体吹き付け部と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、アルミニウム又はアルミニウム合金材からなる被溶接材を溶接した場合に、前記被溶接材に付着する溶接付着物を、難燃性の液体を吹き付け、この液体を気化させることにより除去する。その際、液体から気体への急激且つ著しい体積膨張現象を利用し、スマットの微粉末を残らず発散させる。この原理を利用したスマットの除去方法によれば、従来の単なる機械的払拭による方法よりも大きな払拭効果が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るアルミニウム材の溶接付着物の除去方法を示す図であり、ＭＩＧ溶接によりアルミニウム合金板を溶接する溶接方法に適用したものである。
【００１３】
アルミニウム合金板母材１とアルミニウム合金板母材２とを、その間に開先８を形成して突合せ、トーチ５から溶接ワイヤ９を開先８に向けて送出し、所定の溶接条件下で溶接ワイヤ９と開先８との間にアーク１０を発生させ、この熱によりアルミニウム合金板母材１及びアルミニウム合金板母材２を加熱溶融させて接合する。そして、トーチ進行方向におけるアーク１０の直下及び若干後方には、溶融プール１１が形成され、この溶融プール１１が凝固して溶接ビード３が形成される。また、溶接ビード３の上及び近傍にはスマット４が生成している。アルミニウム合金板母材１とアルミニウム合金板母材２との溶接が終了した時点から所定の時間が経過する迄に、この溶接により形成された溶接ビード３及びその近傍に、ノズルから所定の難燃性の液体７を吹き付ける。このノズル６は、トーチ５との間に一定の間隔が設けられている。
【００１４】
ここで、上記部位に難燃性の液体を吹き付けるタイミングは、溶接終了時点から所定の時間が経過する迄が好ましい。この所定の時間とは、溶接終了時点から溶接部がこの難燃性の液体と接触して速やかにその液体の全量を気化し得る温度条件が満たされている期間である。このような温度条件としては、少なくとも上記難燃性の液体が上記部位に吹き付けられている時期におけるその部位の温度が、その難燃性液体の沸点よりも高い温度にあるものである。そして、溶接部に生成したスマット４を効果的に発散除去するために、溶接部の微小領域における顕熱がこの微小領域に対して吹き付けられる難燃性液体の微小吹付け量の蒸発潜熱を十分に上回るように、溶接部の温度が維持されている間に難燃性の液体が吹き付けられ、しかもその吹付け流量は、難燃性液体の気化膨張によりその微小領域に生成したスマットが完全に発散除去されるのに十分な量となるように調整する。
【００１５】
本発明においては、溶接終了後の溶接部に吹き付ける液体７は難燃性の液体である。この液体７が、溶接終了後の相対的に高温の溶接部と接触した場合に燃焼してしまうようなもの、例えば灯油又はガソリン等であっては、安全上の問題があるだけではなく、そのような液体の燃焼によって新たな煤が発生し、溶接部の美観を大きく損なう。従って、溶接終了後の溶接部に吹き付ける所定の液体７は難燃性の液体であることが必要である。
【００１６】
所定の液体７としては、難燃性の液体であって、且つ、溶接後の相対的に高温状態にある溶接部と接触することにより速やかに気化する元素又は化合物の液体であれば、本発明の課題を有利に解決することができる。例えば溶接後、被溶接部材の表面温度が未だ冷めずに１００℃よりも十分に高い状態にあれば、これに水を吹き付けることによりスマット４を除去することができる。但し、そのような液体がアルミニウム合金材と化学的又は冶金的反応を起こして溶接継手の材質特性を劣化させるものであってはならない。アルミニウム合金材と化学的又は冶金的反応を起こして溶接継手の材質特性を劣化させる液体として、例えば、濃硝酸、濃硫酸及び苛性ソーダ等があげられる。
【００１７】
所定の液体７として一層望ましいものは、例えばアルゴン及びヘリウム等の不活性ガスの液体、フロン等の難燃性低沸点化合物の液体、窒素及び炭酸ガスの液体でもよい。これらの不活性ガス又は不活性化合物の液体を使用すると、比較的低温であっても気化するので、溶接後の部材が冷却した後でもスマットの除去効果が得られる。その上、不活性ガス又は不活性化合物の液体を使用することにより、被溶接材と全く反応しないので、スマット除去後に更に溶接若しくは塗装を行う場合、又は溶接及び塗装を行う場合であっても悪影響を及ぼすことがない。
【００１８】
沸点が溶接後の溶接部材表面温度以下の液体としては、水等がある。この水は安価で、環境に悪影響がない等の利点がある。沸点が室温以下の液体としては、フロン等がある。このようなフロン等を使用することにより、溶接材料の温度が室温近傍にまで下がった場合でも、溶接付着物を除去できるという効果がある。従って、溶接工程の後、時間が経過しても、溶接付着物を除去することができる。勿論、材料温度が室温まで低下しない状態でも、フロン等を使用することができる。
【００１９】
本発明において、溶接により形成された溶接ビード３及びその近傍部に、所定の液体７を吹き付ける。ここで、所定の液体７を吹き付けるとは、この液体７が溶接ビード３及びアルミニウム合金板１及び２の表面のビード近傍部に生成付着したスマット４に接触させればよく、この接触させる方法は、滴下方式又は噴霧方式その他どのような形態をとってもよい。なお、その際、液体７がスマット４の生成付着部位に効率よく接触させるように、その吹付け条件を設定することが望ましい。
【００２０】
次に、本発明の実施形態に係るアルミニウム材のアーク溶接装置は、図１に示したように、アルミニウム合金材１及び２をアーク溶接するトーチ５のトーチ進行方向（図１中、矢印で示す）の後方に、スマット４を除去するための液体吹付けノズル６を設置したものである。そして、液体吹付けノズル６には、前記所定の液体７を供給する液体供給装置（図示せず）が液体供給配管（図示せず）を介して固定されており、液体供給装置には、液体流量調整機能が備えられている。
【００２１】
液体吹付けノズル６の設置部位は、溶接操作におけるトーチ５の動作及び取り回しに問題のないスペース範囲内であって、溶接ビード３と被溶接材であるアルミニウム合金材１及び２の表面に形成された各ビード近傍部に、液体７を接触させることができるように設ければよい。但し、液体吹付けノズル６の設置部位がトーチ５に近過ぎると、シールドガスによるアークのシールド機能が失われたりするので、このようなことが発生しない範囲内であって、トーチ５の後方の遠くない部位に設置する。
【００２２】
このように、アーク溶接装置自体にスマット４を除去するための液体吹付けノズル６を併設すると、溶接工程のオンラインにおいて即時にスマット４を除去することができるので、後工程に別途の洗浄工程を設ける必要が無く、便利である。
【００２３】
【実施例】
次に、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。被溶接材として、板厚３ｍｍのアルミニウム合金（ＪＩＳ  Ａ５０８３、Ａ６０６１、Ａ５１５４、Ａ５４５４）の板材に、直径１．２ｍｍの溶接ワイヤ（ＪＩＳ  Ａ５１８３−ＷＹ、Ａ５３５６−ＷＹ、Ａ５６５４−ＷＹ、Ａ５５５４−ＷＹ）を使用し、要部を図１に示した本発明の実施形態に係る自動ＭＩＧ溶接装置を用いて、突合せ溶接を行った。被溶接材は同一成分組成のアルミニウム合金材同士を、溶接長３００ｍｍにわたって試験した。下記表１は被溶接材の成分組成を示す。そして、これらの被溶接材に適した溶接ワイヤを使用した。
【００２４】
液体吹付けノズル６の主要諸元は、その設置姿勢を鉛直よりも３０°後方に傾け、通常のパイプ状ノズルであって、ノズル出口面積が３．１ｍｍ２のものを使用し、液体吹付けノズルの軸心と溶接ワイヤ１１先端との間隔を５０ｍｍとし、吹付け液体７としてテトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）を使用した。吹付け流量は４０ｇ／分で一定とした。
【００２５】
溶接条件は、溶接電流が１００Ａ、アーク電圧が２０Ｖ、溶接速度が５０ｃｍ／分、トーチ角度が５°（前進角）であり、シールドガスとしてアルゴンを使用し、その流量は２５リットル／分である。
【００２６】
一方、比較例においては、実施例の試験条件のうち、自動ＭＩＧ溶接装置において、液体吹付けノズル６の機能を停止状態とし、その他の試験条件は全て実施例における試験条件と同一に設定して行った。
【００２７】
実施例及び比較例の各溶接試験において得られたアルミニウム合金材の溶接後の試験片について、溶接部におけるスマットの付着状態を目視観察により調査した。溶接部におけるスマットの付着状態は、溶接ビード表面部とその近傍周辺の被溶接材表面とに分けて観察した。
【００２８】
表１に、実施例及び比較例における試験結果を示す。なお、同表中、スマットが全く観察されなかったものを○印で、極めて軽微であり、美観上及び塗装性確保上からみて問題がないと判断されるものを△印で、そして従来通りスマットの付着が観察されたものを×印で表記した。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
上記試験条件及び試験結果から下記事項が明らかである。即ち、本発明の範囲外にある比較例におけるアルミニウム合金材の溶接においては、いずれの成分系の被溶接材についても、従来観察されていた程度のスマットが、溶接ビード及びその近傍周辺部に生成付着している。これに対して、本発明の範囲内にある実施例においては、いずれのアルミニウム合金材の溶接においても、溶接部に残留しているスマットは全く認められないか、極軽微なスマットが認められるものについても、実用上全く問題にならない程度のものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接時に、溶接ビード及び被溶接材のビード近傍部に生成付着するスマットを、確実に且つ簡単に、しかも溶接工程の大きな変更なしに除去することができるので、溶接部の外観が良好であるアルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接方法並びにそのアーク溶接装置を提供することができ、工業上有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るアーク溶接方法を示す側面概略図である。
【図２】従来技術により溶接されたアルミニウム合金材の溶接部に生成付着したスマットの状況を説明する模式的斜視図である。
【符号の説明】
１、２；母材
３；溶接ビード
４；スマット
５；トーチ
６；液体吹付けノズル
７；液体
８；開先
９；溶接ワイヤ
１０；アーク
１１；溶融プール
【図１】
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【図２】
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