(57)【要約】【課題】裏はつり不要なＩ形開先、レ形開先またはＫ形開先を有するＴ継手の大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶込み溶接方法の開発。【解決手段】板厚が約17ｍｍの場合には下記の条件とする。（１）溶接入熱量は1,500〜5,000Ｊ／ｍｍ（２）裏ビード脚長は1.5〜6.0ｍｍ（３）最適溶接電流は360±25Ａの範囲（４）最適溶接速度は40±10ｃｐｍの範囲（５）最適パルスピーク電圧は40〜55Ｖの範囲（６）最適パルス周波数は、約300〜400Hzの範囲（７）最適パルス幅は1.0〜1.5ｍｓの範囲（８）最適なワイヤの狙い位置はルートから水平手前に０〜＋１ｍｍ且つ上方向に０〜＋１ｍｍの範囲（９）最適移動角は後退角20°に対して前進角側に０〜＋５°の範囲（10）最適シールドガス流量は20〜25Ｌ／ｍｉｎの範囲【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏はつり不要なＩ形開先、レ形開先またはＫ形開先を有するＴ継手の大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶込み溶接方法であって、
下記の条件（１）〜（10）を満足する溶接方法。
（１）溶接入熱量は1,500〜5,000Ｊ／ｍｍ
（２）裏ビード脚長は1.5〜6.0ｍｍ
（３）最適溶接電流は、板厚が約20ｍｍの場合には390±25Ａの範囲、板厚が約17ｍｍの場合には360±25Ａの範囲、板厚が約12ｍｍの場合には320±25Ａの範囲、板厚が約９ｍｍの場合には310±25Ａの範囲板厚が約６ｍｍの場合には360±25Ａの範囲、板厚が約3.2ｍｍの場合には300±25Ａの範囲、
（４）最適溶接速度は40±10ｃｐｍの範囲
（５）最適パルスピーク電圧は40〜55Ｖの範囲
（６）最適パルス周波数は、約300〜400Hzの範囲
（７）最適パルス幅は1.0〜1.5ｍｓの範囲
（８）最適なワイヤの狙い位置はルートから水平手前に０〜＋１ｍｍ且つ上方向に０〜＋１ｍｍの範囲
（９）最適移動角は、板厚が９ｍｍ〜２０ｍｍの場合には後退角20°に対して前進角側に０〜＋５°の範囲で、板厚が９ｍｍ未満の場合には後退角０±10°の範囲
（10）最適シールドガス流量は20〜25Ｌ／ｍｉｎの範囲
【請求項２】
裏はつり不要なレ形開先またはＫ形開先を有するＴ継手の大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶込み溶接方法であって、
下記の条件（１）〜（10）を満足する溶接方法。
（１）溶接入熱量は2,500〜5,000Ｊ／ｍｍ
（２）裏ビード脚長は1.5〜6.0ｍｍ
（３）最適溶接電流は、板厚が約17ｍｍの場合には360±25Ａの範囲、板厚が約12ｍｍの場合には320±25Ａの範囲、板厚が約９ｍｍの場合には310±25Ａの範囲
（４）最適溶接速度は40±10ｃｐｍの範囲
（５）最適パルスピーク電圧は40〜55Ｖの範囲
（６）最適パルス周波数は、約300〜320Hzの範囲
（７）最適パルス幅は1.0〜1.5ｍｓの範囲
（８）最適なワイヤの狙い位置はルートから水平手前に０〜＋１ｍｍ，上方向に０〜＋１ｍｍの範囲
（９）最適移動角は後退角20°に対して前進角側に０〜＋５°の範囲
（10）最適シールドガス流量は20〜25Ｌ／ｍｉｎの範囲
【請求項３】
板厚を９〜17ｍｍとする請求項１または２の何れか１項に記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大電流パルスＭＡＧによる厚板にも有効なガウジングレス溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の耐震構造に関する要求や、溶接作業の効率向上に対する要求に応えることのできる、優れた溶接方法が希求されている。また、裏はつりが不要であって作業性の優れた溶接手法が要求されている。
特には、角継手や突き合わせ継手だけでなく、Ｔ継手に関しても、厚板（20ｍｍ以下程度）でも欠陥のない完全溶込み溶接継手が要求されるようになってきている。
角継手や突き合わせ継手は、溶接部からの熱分散方向が２方向のみであるが、Ｔ継手の場合は、溶接部からの熱分散方向が３方向であるために、溶接金属の冷却速度が大きくなるので、完全溶け込みを得るのは、同一溶接条件においては、角継手や突き合わせ継手の場合より困難である。
従来の技術としては、例えば、特許文献１、２等が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】（特開2004-106008）
【特許文献２】（特開2004-98124）
【０００４】
特許文献１の技術は、
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関する発明である。
特許文献２の技術は、
片側開先を有する第１の母材を第２の母材にＴ字型に当接し溶接する方法において、前記第１の母材と前記第２の母材との仮付溶接部を所定肉厚まで除去後、前記第１の母材と前記第２の母材で形成される開先溶接部に溶接ワイヤを臨ませ、前記溶接ワイヤを溶接方向に移動させながら、前記溶接ワイヤからのアークによって前記開先溶接部を開先側から溶融しかつ溶融物を開先裏側へ押し出して裏波ビードを形成することを特徴とする溶接方法に関する発明である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の発明の場合は、第1の溶接と第2の溶接が必要である。また、対象の厚肉部材の特定が不明確であるとともに、パルス状電流の特定が不明確である。
特許文献２に記載の発明では、溶接条件の各要素の情報が十分に開示されていない。また、立板が下板より薄い場合にのみ実施可能なのもであって、それ以外の場合には実施できないという問題がある。
本発明は、以上の問題を解決するためになされたものであって、次のような手段を講じたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる請求項１の発明は、
裏はつり不要なＩ形開先、レ形開先またはＫ形開先を有するＴ継手の大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶込み溶接方法であって、
下記の条件（１）〜（10）を満足する溶接方法としたものである。
（１）溶接入熱量は1,500〜5,000Ｊ／ｍｍ
（２）裏ビード脚長は1.5〜6.0ｍｍ
（３）最適溶接電流は、板厚が約20ｍｍの場合には390±25Ａの範囲、板厚が約17ｍｍの場合には360±25Ａの範囲、板厚が約12ｍｍの場合には320±25Ａの範囲、板厚が約９ｍｍの場合には310±25Ａの範囲板厚が約６ｍｍの場合には360±25Ａの範囲、板厚が約3.2ｍｍの場合には300±25Ａの範囲、
（４）最適溶接速度は40±10ｃｐｍの範囲
（５）最適パルスピーク電圧は40〜55Ｖの範囲
（６）最適パルス周波数は、約300〜400Hzの範囲
（７）最適パルス幅は1.0〜1.5ｍｓの範囲
（８）最適なワイヤの狙い位置はルートから水平手前に０〜＋１ｍｍ且つ上方向に０〜＋１ｍｍの範囲
（９）最適移動角は、板厚が９ｍｍ〜２０ｍｍの場合には後退角20°に対して前進角側に０〜＋５°の範囲で、板厚が９ｍｍ未満の場合には後退角０±10°の範囲
（10）最適シールドガス流量は20〜25Ｌ／ｍｉｎの範囲
請求項２の発明では、
裏はつり不要なレ形開先またはＫ形開先を有するＴ継手の大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶込み溶接方法であって、
下記の条件（１）〜（10）を満足する溶接方法とした。
（１）溶接入熱量は2,500〜5,000Ｊ／ｍｍ、
（２）裏ビード脚長は1.5〜6.0ｍｍ、
（３）最適溶接電流は360±25Ａの範囲（板厚17ｍｍの場合）、320±25Ａの範囲（板厚12ｍｍの場合）、310±25Ａの範囲（板厚９ｍｍの場合）、
（４）最適溶接速度は40±10ｃｐｍの範囲、
（５）最適パルスピーク電圧は40〜55Ｖの範囲、
（６）最適パルス周波数は、約300〜320Hzの範囲、
（７）最適パルス幅は1.0〜1.5ｍｓの範囲、
（８）最適なワイヤの狙い位置はルートから水平手前に０〜＋１ｍｍ，上方向に０〜＋１ｍｍの範囲、
（９）最適移動角は後退角20°に対して前進角側に０〜＋５°の範囲、
（10）最適シールドガス流量は20〜25Ｌ／ｍｉｎの範囲、
という条件を満足する溶接方法とすることによって、
裏はつり不要なレ形開先またはＫ形開先を有するＴ継手の大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶込み溶接方法を実現した。
また、
板厚を９〜17ｍｍとした場合に、上記条件で欠陥の無い溶接が可能となった。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のガウジングレス溶接方法によれば、欠陥の無い溶接が可能となるとともに、裏はつりが不要となって作業効率が向上するという効果も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下においては、本発明の大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス溶接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あり、この図において、
１は第１の母材（縦材）、２はこの第１の母材１にＴ字型に接合される第２の母材（横材）である。前記第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（表側）に形成したレ型開先形成面４が設けられている。
また、前記第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５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。
【０００９】
６は溶接部で、この溶接部６は第１の母材１におけるレ型開先形成面４と第２の母材２の平坦面５とにより形成される開先側に設けられている。この溶接部６は後述する溶接ワイヤからのアークによって、開先側の部分を溶融した溶融物を表側から裏側に押し出すようにして形成されている。裏側に押し出された溶融物で裏波ビードが形成されている。
【００１０】
前述した溶接部６を形成するために、第１の母材の先端のルートフェース３を第２の母材の平坦面に接触させ、２つの母材の開先側の接触部（溶接部６）に対して開先側から溶接ワイヤの先端部を臨ませ、溶接ワイヤからアークを発生させて、アークで接触部付近の２つの母材部分を溶融させるように、前記溶接ワイヤには、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。
【００１１】
なお、前記溶接ワイヤの周りには、20〜25Ｌ／ｍｉｎの範囲のシールドガス９が吐出されている。
【００１２】
１０は溶接電源であり、この溶接電源１０はケーブル１１および１２により溶接ワイヤと母材１または母材２に接続されている。１３は電圧検出器であり、溶接電源１０から溶接ワイヤに供給される溶接電流の電圧を検出する。１４は電流検出器であり、溶接電源１０から溶接ワイヤに供給される溶接電流を検出する。
【００１３】
次に、板厚を２５ｍｍとした場合において、溶接部の溶接金属形状のアスペクト比をＲとし、溶接入熱量を変えた場合の高温割れの発生の有無を検証した。その結果は縦軸にアスペクト比α，横軸に溶接入熱量として、図２に示した。なお、前記アスペクト比αは、図１の断面図において、溶接部の溶接金属形状の横方向の深さをＤ，縦方向の高さＷとしたとき、アスペクト比α＝Ｄ／Ｗとする。
図２に示されているように、
溶接入熱量を3,000Ｊ／ｍｍ以上にすると、アスペクト比αは1.3〜2.8となり、高温割れが発生しなかった。
溶接入熱量を3,000Ｊ／ｍｍ未満にすると、アスペクト比αは1.4〜2.5となり、高温割れが発生した。
アスペクト比の範囲がほぼ同じであることを考慮すると、大電流パルスＭＡＧ溶接方法においては、高温割れを防止するためには、溶接入熱量を3,000Ｊ／ｍｍとすることが必要であることが分かった。
【００１４】
次に、板厚25ｍｍの場合における高温割れの高さと、裏ビード脚長との関係を図３に示した。
図３に示されているように、裏ビード脚長が1.5ｍｍ以上出現すると、高温割れは発生せず、それ以下の場合は高温割れが発生した。このことから、裏ビード脚長が1.5ｍｍ以上出現すると高温割れの発生が無いと判定できるという、高温割れの発生の有無を外観から判定する基準が得られた。したがって、実際の溶接作業においては、裏ビードをオーバーラップにならない範囲でできる限り大きく出現させることが好ましい。
なお、図６には、前記板厚25ｍｍの母材の特性を、他の厚さのものと共に示した。また、図７には、前記溶接ワイヤ（ＹＧＷ１６）の特性を、他のものと共に示した。図８には溶接条件を示した。
【００１５】
次に、図９、１０に示した鋼材（板厚17ｍｍ）で製作した試験体（図1）を用いて、ルートフェース２ｍｍの場合で、高温割れの発生しない溶接条件の振れ幅を確認したところ、以下に示す範囲が適当であることが判明した。
すなわち、
（１）溶接入熱量は2,500〜5,000Ｊ／ｍｍとする。溶接入熱量が2,500Ｊ／ｍｍより少ないと高温割れが発生しやすい。
（２）裏ビード脚長は1.5〜6.0ｍｍとする。裏ビード脚長が1.5ｍｍ未満の場合は高温割れが発生した。
（３）最適溶接電流は360±25Ａの範囲とする。この範囲を逸脱すると裏波ビードが出過ぎたり、ＵＴで欠陥が多発したりする。
（４）最適溶接速度は40±10ｃｐｍの範囲とする。この範囲を逸脱するとＵＴ（超音波探傷検査）およびマクロでＬＰ（融合不良）が確認された。
（５）最適パルスピーク電圧は40〜55Ｖの範囲とする。パルスピーク電圧を55Ｖ以上にすると、裏波ビードは良好であるがマクロ検査で欠陥が確認された。
電流パルス波形の立ち上がりと立ち下がりは図４に示したように急峻であることが必要である。
（６）最適パルス周波数は、約300〜320Hzの範囲とする。パルス周波数をこの範囲外とすると、裏波ビードが出にくくなり、欠陥が増加する傾向が確認された。
（７）最適パルス幅は1.0〜1.5ｍｓの範囲とする。パルス幅を1.0ｍｓ未満にすると、裏波ビードが出にくくなり、欠陥が増加する傾向が確認された。
（８）最適なワイヤの狙い位置はルートから水平手前に０〜＋１ｍｍ，上方向に０〜＋１ｍｍの範囲とする。この範囲外とすると、裏波ビードが出にくくなり、欠陥が確認された。
（９）最適移動角は後退角20°に対して前進角側に０〜＋５°の範囲とする。これ以上傾けると、裏波ビードが出にくくなり、欠陥が確認された。
（10）最適シールドガス流量は20〜25Ｌ／ｍｉｎの範囲とする。これ以上とすると、裏波ビードが出にくくなり、欠陥が確認された。
【００１６】
以上の条件を満足するために、前記溶接電源１０は、最適溶接電流は少なくとも310±25Ａ〜360±25Ａの範囲、最適パルスピーク電圧は40〜55Ｖの範囲、最適パルス周波数は約300〜320Hzの範囲、最適パルス幅は1.0〜1.5ｍｓの範囲に制御可能な溶接電力を出力できることが必要である。
【００１７】
以上の溶接電源を使用して、最適溶接速度を40±10ｃｐｍの範囲に保持しつつ、裏ビード脚長が1.5〜6.0ｍｍとなるように制御しながらアーク溶接の作業をすることによって、高温割れが無く、欠陥の無い溶接が可能となった。
Ｔ継手だけでなく、角継手や、突き合わせ継手に関しても同様の効果が得られる。
【００１８】
本発明による大電流パルスＭＡＧガウジングレス溶接方法においては、
板厚17ｍｍの場合には、適正溶接条件とその変動幅は以下の通りとする。
大電流パルスの波形において、その立ち上がりと立ち下がりが急峻であること。
最適溶接電流は、適正溶接条件は360Ａ、変動幅は±25Ａ。
最適溶接速度は、適正溶接条件は40ｃｐｍ、変動幅は±10ｃｐｍの範囲。
最適パルスピーク電圧は、適正溶接条件は50Ｖ、変動幅は−10〜＋５Ｖの範囲。
最適パルス周波数は、適正溶接条件は約300〜320Hzの範囲。
最適パルス幅は、適正溶接条件は1.5ｍｓ、変動幅は−0.5〜０ｍｓの範囲。
最適なワイヤの狙い位置は、適正溶接条件はルート部とし、変動幅はルート部から水平手前に０〜＋１ｍｍ，上方向に０〜＋１ｍｍの範囲。
最適移動角は、適正溶接条件は後退角20°とし、変動幅は前進角側に０〜＋５°の範囲。
最適シールドガス流量は、適正溶接条件は25Ｌ／ｍｉｎ、変動幅は−５〜０Ｌ／ｍｉｎの範囲。
なお、板厚12ｍｍの場合には、最適溶接電流は320±25Ａの範囲とし、ほかの条件は10％程度の増減変動はあるが、ほぼ同様とする。また、板厚９ｍｍの場合には最適溶接電流は310±25Ａの範囲とし、ほかの条件は10％程度の増減変動はあるが、ほぼ同様とする。
【００１９】
次に、ルートフェースＲＦが０〜４ｍｍの場合における溶接条件を、ルートフェースＲＦが２ｍｍの場合の溶接条件（適正溶接条件）を基準とした場合の変更する範囲を以下のように確認した。
（１）ＲＦが４ｍｍの場合
溶接電流を大きく、溶接速度を遅くすることで、良好な結果が得られる。
（２）ＲＦが３ｍｍの場合
適正溶接条件より、溶接電流を50Ａ大きくし、溶接速度を10ｃｐｍ遅くすることで、良好な結果が得られる。
（３）ＲＦが１ｍｍの場合
適正溶接条件より、溶接電流を50Ａ小さく、溶接速度を10ｃｐｍ速くすることで、良好な結果が得られる。
（４）ＲＦが０ｍｍの場合
適正溶接条件より、溶接電流を70Ａ小さくし、溶接速度を10ｃｐｍ速くすることで、良好な結果が得られる。
以上の結果より、板厚17ｍｍにおけるＲＦの変動幅は０〜４ｍｍであることが確認できた。
また、板厚12ｍｍ、および９ｍｍの場合も、板厚17ｍｍの場合と同様にＲＦの変動幅が０〜４ｍｍにおいて適正な溶接が確認できた。
【００２０】
また、従来のインバータ制御方式のアーク溶接電源を用いた溶接方法では、図５に示したように、板厚17ｍｍでは８パスの溶接工程が必要であったが、本発明に用いる大電流パルスＭＡＧ溶接電源を用いた溶接方法では６パスで良いので、大幅な作業時間の縮減が可能である。
【００２１】
また、図１１に示した試験結果より、本発明による大電流パルスＭＡＧガウジングレス溶接方法によれば、従来のガウジング溶接方法と同様に、無欠陥であり、機械的性質は同等あるいはそれ以上の性能であることが確認できた。
また、板厚17ｍｍのマクロ試験片による試験結果より、角変形を従来より約30％抑制できることが確認できた。
【００２２】
さらに、本発明による溶接方法は、裏はつり不要なＩ形開先、レ形開先またはＫ形開先を有するＴ継手の大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶込み溶接方法として効果が得られる。
また、下記の諸条件において効果が得られる。
（１）溶接入熱量は1,500〜5,000Ｊ／ｍｍ
（２）裏ビード脚長は1.5〜6.0ｍｍ
（３）最適溶接電流は、板厚が約20ｍｍの場合には390±25Ａの範囲、板厚が約17ｍｍの場合には360±25Ａの範囲、板厚が約12ｍｍの場合には320±25Ａの範囲、板厚が約９ｍｍの場合には310±25Ａの範囲板厚が約６ｍｍの場合には360±25Ａの範囲、板厚が約3.2ｍｍの場合には300±25Ａの範囲、
（４）最適溶接速度は40±10ｃｐｍの範囲
（５）最適パルスピーク電圧は40〜55Ｖの範囲
（６）最適パルス周波数は、約300〜400Hzの範囲
（７）最適パルス幅は1.0〜1.5ｍｓの範囲
（８）最適なワイヤの狙い位置はルートから水平手前に０〜＋１ｍｍ且つ上方向に０〜＋１ｍｍの範囲
（９）最適移動角は、板厚が９ｍｍ〜２０ｍｍの場合には後退角20°に対して前進角側に０〜＋５°の範囲で、板厚が９ｍｍ未満の場合には後退角０±10°の範囲
（10）最適シールドガス流量は20〜25Ｌ／ｍｉｎの範囲
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態のＴ継手の溶接方法を説明する断面図である。
【図２】板厚を２５ｍｍとした場合において、溶接入熱量を変えた場合の高温割れの発生の有無を検証結果を示す図である。
【図３】板厚25ｍｍの場合における高温割れの高さと、裏ビード脚長との関係を示す図である。
【図４】本発明に用いる電流パルス波形の立ち上がりと立ち下がりの波形を示す図である。
【図５】本発明による方法と従来方法との、溶接工程のパス数の比較説明図である。
【図６】使用した板厚25ｍｍの母材の特性を、他の厚さのものと共に示した図である。
【図７】使用した溶接ワイヤ（ＹＧＷ１６）の特性を他のものと共に示した図である。
【図８】実施形態における溶接条件を示した図である。
【図９】使用した板厚17ｍｍの鋼材（ルートフェース２ｍｍ）の特性を示した図である。
【図１０】使用した板厚17ｍｍの鋼材の特性を示した図である。
【図１１】本発明による大電流パルスＭＡＧガウジングレス溶接方法による溶接と、従来のガウジング溶接方法による溶接の比較結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  第１の母材（縦材）
２  第２の母材（横材）
３  ルートフェイス
４  レ型開先形成面
５  平坦面
６  溶接部
９  シールドガス
１０  溶接電源
１１、１２  ケーブル
１３  電圧検出器
１４  電流検出器
【図１】
2007038288.tif 000003
【図２】
2007038288.tif 000004
【図３】
2007038288.tif 000005
【図４】
2007038288.tif 000006
【図５】
2007038288.tif 000007
【図６】
2007038288.tif 000008
【図７】
2007038288.tif 000009
【図８】
2007038288.tif 000010
【図９】
2007038288.tif 000011
【図１０】
2007038288.tif 000012
【図１１】
2007038288.tif 000013