(57)【要約】      （修正有）【課題】開先断面積を小さくして溶接入熱を低減することが可能で、建築用ボックス柱の溶接に好適なエレクトロスラグ溶接用消耗ノズルを提供する。【解決手段】ノズル本体とその先端に給電部を備え、前記ノズル本体は断面が、幅が１２ｍｍ以上、厚みが５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満の矩形で、対向する板状部材の間に、ワイヤ送給に必要な空間ａを設けて配置したスペーサ２を挟持する組立構造で、前記板状部材が厚み：１ｍｍ超え、４ｍｍ未満で、前記スペーサが厚み：１．８ｍｍ超え、４ｍｍ未満で、前記ワイヤー送給に必要な空間を確保するため前記スペーサを３〜５ｍｍの間隔を設けて配置し、前記給電部が１．６ｍｍ超え、２．８ｍｍ未満のノズル孔を有し、送給されるワイヤが２．４ｍｍ径以下で、前記ノズル本体は好ましくはＴＩＧ溶接による溶接組立構造とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル本体とその先端に給電部を備え、前記ノズル本体は断面が、幅が１２ｍｍ以上、厚みが５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満の矩形で、対向する板状部材の間に、ワイヤ送給に必要な空間を設けて配置したスペーサを挟持する組立構造であることを特徴とするエレクトロスラグ溶接用消耗ノズル。
【請求項２】
前記板状部材が厚み：１ｍｍ超え、４ｍｍ未満で、前記スペーサが厚み：１．８ｍｍ超え、４ｍｍ未満で、前記ワイヤー送給に必要な空間を確保するため前記スペーサを３〜５ｍｍの間隔を設けて配置することを特徴とする請求項１記載のエレクトロスラグ溶接用消耗ノズル。
【請求項３】
前記給電部が１．６ｍｍ超え、２．８ｍｍ未満のノズル孔を有することを特徴とする請求項１または２記載のエレクトロスラグ溶接用消耗ノズル。
【請求項４】
送給されるワイヤが２．４ｍｍ径以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のエレクトロスラグ溶接用消耗ノズル。
【請求項５】
ノズル本体がＴＩＧ溶接による溶接組立構造であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のエレクトロスラグ溶接用消耗ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロスラグ溶接用消耗ノズルに関し、特に開先断面積を小さくして溶接入熱を低減することが可能で、建築用ボックス柱の溶接に好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
建築鉄骨に用いられる内ダイヤフラム形式のボックス柱では、ダイヤフラムとスキンプレートの溶接にエレクトロスラグ溶接が適用される。エレクトロスラグ溶接は、開先内の溶融金属と溶接スラグの対流によって溶け込みを確保するため、ダイヤフラムの肉厚増加により開先断面積が増加するに伴い、溶接入熱も増大する。
【０００３】
消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接では、外径１２ｍｍ、内径４ｍｍの鋼管をノズルとして用い、３．２若しくは２．４ｍｍ径のワイヤと組み合わせて、消耗ノズルを主通電体として溶融スラグに通電し、抵抗発熱により溶接を行う。
【０００４】
非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接では、１．６ｍｍ径のワイヤを用い、溶接ノズル、送給装置が一体となって昇降する溶接装置が開発され、大型構造物の溶接に用いられている。
【０００５】
ボックス柱の溶接に非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接を適用する場合は、狭隘な開先部の溶接が可能なように、その先端に通電チップを装着した水冷式非消耗ノズルを昇降させる装置が開発されている。
【０００６】
当該装置を用いた溶接では、通電部分が溶接ワイヤとなるため、溶接ワイヤの溶融速度が速くなるが、通電部分が略点状となるため溶接電圧を高くし、溶込み量を確保する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、大地震が多発するようになり、建築構造物のより一層の安全性確保が課題とされ、ボックス柱溶接部の靭性向上のためエレクトロスラグ溶接の溶接入熱低下が強く要望されている。
【０００８】
エレクトロスラグ溶接の場合、溶接入熱を低下させるため開先面積を小さくした狭開先溶接が有効である。
【０００９】
しかし、オシレーションをしない消耗ノズル式溶接でボックス柱の内ダイヤフラムとスキンプレートのＴ継手を溶接する場合、開先内が均等に溶け込むようにルートギャップを板厚と同寸法とするため、内ダイヤフラムの板厚が増大すると、開先断面積も増大する。
【００１０】
また、消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接では、２．４ｍｍ径程度のワイヤ径を用いる装置が一般的で、溶着速度が遅く、溶接入熱を低下させることが困難である。
【００１１】
非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接では、非消耗ノズルとするための水冷構造が必要で、外径寸法が大きくなる。また、通電部位がワイヤのため、熱源が点状で同心円状に溶け込むため、オシレートをしない場合、狭開先化には限界があった。
【００１２】
そこで、本発明は、オシレートしない場合であっても、狭開先溶接が可能な消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接用消耗ノズルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者等は上記課題を解決するため、開先断面積の低減と溶着速度向上の観点から種々検討を行い、開先の狭隘化と消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接における細径ワイヤ（２．４ｍｍ径以下）の適用により顕著な入熱低減効果が得られることを見出し、狭隘な開先の溶接に好適な消耗ノズルとして、簡易に製作可能で安定した溶接が可能なノズルにより本発明の課題を達成した。
【００１４】
具体的には、消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接において狭開先溶接が可能なように、消耗ノズルを広幅薄肉化し、直流定電圧溶接装置と細径ワイヤの組み合わせで、従来の消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接に対し、溶着速度を向上させた。
【００１５】
すなわち、本発明は
１．ノズル本体とその先端に給電部を備え、前記ノズル本体は断面が、幅が１２ｍｍ以上、厚みが５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満の矩形で、対向する板状部材の間に、ワイヤ送給に必要な空間を設けて配置したスペーサを挟持する組立構造であることを特徴とするエレクトロスラグ溶接用消耗ノズル。
【００１６】
２．前記板状部材が厚み：１ｍｍ超え、４ｍｍ未満で、前記スペーサが厚み：１．８ｍｍ超え、４ｍｍ未満で、前記ワイヤー送給に必要な空間を確保するため前記スペーサを３〜５ｍｍの間隔を設けて配置することを特徴とする１記載のエレクトロスラグ溶接用消耗ノズル。
【００１７】
３．前記給電部が１．６ｍｍ超え、２．８ｍｍ未満のノズル孔を有することを特徴とする１または２記載のエレクトロスラグ溶接用消耗ノズル。
４．送給されるワイヤが２．４ｍｍ径以下であることを特徴とする１ないし３のいずれか一つに記載のエレクトロスラグ溶接用消耗ノズル。
【００１８】
５．ノズル本体がＴＩＧ溶接による溶接組立構造であることを特徴とする１ないし４のいずれか一つに記載のエレクトロスラグ溶接用消耗ノズル。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、オシレート機構の無い簡便な装置を用いて、エレクトロスラグ溶接によるＴ形継手の狭開先溶接が可能で、特に国内で用いられるボックス柱のダイヤフラムの溶接能率を向上させることが可能で、産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係るエレクトロスラグ溶接用消耗ノズルは、ノズル本体とその先端に給電部を備える。
【００２１】
図１は、ノズル本体の断面形状を模式的に説明する図で、図において１は板状部材、２は板状部材間に挟持されるスペーサ、３は板状部材１とスペーサ２を溶接するＴＩＧ溶接部、ａはワイヤ送給に必要な空間、ｇは左右のスペーサ２の間隔を示す。
【００２２】
ノズル本体は対向する２枚の板状部材１の間に、スペーサ２を挟持した、断面形状が略矩形の直方体とする。スペーサ２は、２枚を空隙ｇを設けて、２枚の板状部材１の間で左右に配置し、ワイヤ送給に必要な空間ａを形成する。
【００２３】
ノズル本体の断面形状は、幅Ｗが１２ｍｍ以上、厚みＡが５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満の矩形とする。ノズル本体の幅Ｗは、溶接部の幅方向の溶け込みが確保でき、溶接時、通電によりノズル部の発熱・溶融が生じないように設定する。
【００２４】
幅Ｗが１２ｍｍ未満では、断面積が小さくなり、溶接部の幅方向の溶け込みが確保できず、溶接時、通電によりノズル部の発熱・溶融が生じるため、１２ｍｍ以上とする。
【００２５】
一方、ノズル幅Ｗが大きくなりすぎると開先壁との間でアークが発生し、損傷するのでダイヤフラムの厚みから５ｍｍを減じた幅Ｗとすることが好ましい。
【００２６】
ノズル本体の厚みＡはルートギャップを小さくするため薄くすることが望ましい。一方、内部にワイヤを通し、開先底部のスタート部まで確実にワイヤを送給させる孔を確保する必要なため、５ｍｍ以上とする。
【００２７】
厚すぎると溶接入熱の低減効果が得られる程度にルートギャップを狭くすることが出来なくなるため１０ｍｍ未満とする。尚、厚みＡは、板状部材１の板厚ｔ１、ｔ３とスペーサの板厚ｔ２を合計した長さとする。
【００２８】
板状部材１は厚み：１ｍｍ超え、４ｍｍ未満とする。厚みが１ｍｍ以下では溶接時の通電による発熱と溶融池の熱により、左右のスペーサ２間の空隙部ａが溶融するようになり絶縁が保てずにアークが発生して溶接の安定性が損なわれる。
【００２９】
一方、４ｍｍ以上ではノズル本体の厚みＡが増加して、狭開先化が達成できないため、１ｍｍ超え、４ｍｍ未満とする。
【００３０】
スペーサ２は厚み：１．８超え、４ｍｍ未満とする。板厚が１．８ｍｍ以下では、溶接時、円滑にワイヤを送給することが出来ず、一方、４ｍｍ以上では、ノズル本体の厚みＡが増加して狭開先化が達成できないため、１．８ｍｍ超え、４ｍｍ未満とする。
【００３１】
尚、スぺーサ２はワイヤー送給に必要な空間ａを確保するため３〜５ｍｍの間隔の空隙ｇを設けて配置することが好ましい。空隙が３ｍｍ未満ではワイヤの送給抵抗が大きくなるため円滑な送給が難しくなり，５ｍｍを越えるとワイヤの遊びが大きくなって溶接開始時にワイヤがノズル内で屈曲して詰まりやすくなるため３ｍｍ以上，５ｍｍ以下とする。
【００３２】
ノズル本体はＴＩＧ溶接による溶接組立構造とすると、溶接歪が無く所望の寸法のものが得られ好ましい。
【００３３】
ノズル本体の先端部には給電部を取り付けるが、１．６ｍｍ超え、２．８ｍｍ未満のノズル孔とすることが好ましい。消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接では、通電部はノズルとなるためワイヤに給電する必要はないが、溶接開始時においてはワイヤと開先底部間でアークを発生させることが必要である。
【００３４】
そのため、ワイヤに略等しい孔径のノズルとすることが必要で、１．６ｍｍ径以下ではワイヤの送給が困難で、一方、２．８ｍｍ以上では給電が不安定となり溶接スタートを確実に行うことができなくなるため、１．６ｍｍ超え、２．８ｍｍ未満とする。
尚、本発明は、開先の狭隘化と消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接における細径ワイヤ（２．４ｍｍ径以下）の適用により顕著な入熱低減効果を得るもので、送給されるワイヤは２．４ｍｍ径以下とすることが好ましい。ワイヤ径が２．４ｍｍ以上では，ワイヤの溶融速度が遅く，開先断面積を小さくしても溶接速度があまり早くならないために十分な入熱低減効果が得られない。
【実施例】
【００３５】
図２に示す開先を、本発明に係るノズルと比較例として円形ノズルを用いてエレクトロスラグ溶接を行った。溶接条件は、溶接電流：４００Ａ，溶接電圧：４０Ｖ，溶接ワイヤ：１．６ｍｍ径とした。
【００３６】
表１に得られた結果を示す。Ｎｏ．１，２は本発明例で、Ｎｏ．３の比較例に対し、溶接入熱の低下させることが可能であった。また、Ｎｏ．１，２は欠陥のない良好な溶接部が得られたが、Ｎｏ．３の比較例では溶接欠陥が生じ、Ｎｏ．４では溶接ができなかった。
【００３７】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明例。
【図２】Ｔ字型開先（実施例）。
【符号の説明】
【００３９】
１    板状部材
２    スペーサ
３    ＴＩＧ溶接部
ａ    ワイヤ送給に必要な空間
ｇ    空隙
【図１】
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【図２】
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