(57)【要約】      （修正有）【課題】溶融金属の冷却速度を向上させることで良好な形状の裏ビードを形成可能な裏波溶接方法及び裏当て治具を提供する。【解決手段】母材１，１同士を突合わせた溶接部３の裏面に裏ビードを形成する裏当て材４を当接すると共に、該裏当て材に冷却部材６を当接し、該冷却部材により前記裏当て材を冷却しつつ前記溶接部を溶接する。【選択図】図１
2012240060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材同士を突合わせた溶接部の裏面に裏ビードを形成する裏当て材を当接すると共に、該裏当て材に冷却部材を当接し、該冷却部材により前記裏当て材を冷却しつつ前記溶接部を溶接することを特徴とする裏波溶接方法。
【請求項２】
母材同士を突合わせた溶接部の裏面に当接する裏当て材と、該裏当て材に当接する冷却部材と、該冷却部材を押圧し該冷却部材と前記裏当て材と前記溶接部の裏面とを密着させる密着手段とを具備し、前記裏当て材の熱を前記冷却部材により放熱可能としたことを特徴とする裏当て治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック製の裏当て材を用いて裏波溶接を行う裏波溶接方法及び裏当て治具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
母材同士を水平に並べて下向き水平方向に、或は垂直に立てて横向きに裏波溶接にて突合せ溶接を行う場合、母材同士を突合わせた溶接部にアークを発生させると共にフィラーメタルを供給し、母材及びフィラーメタルを溶融させ、母材間を溶接するが、裏波溶接では片側のみから溶接を行うので、溶接部に正常な裏ビードが形成される様、溶接部裏面に当接する裏当て材が使用され、溶融金属が流落ちない様にしている。
【０００３】
特に、アルミニウム製の母材同士を溶接する場合、裏当て材に異種金属を使用すると、溶融金属により裏当て材の金属が溶融し、溶接部の裏面でアルミニウムと裏当て材の金属の合金が生成され、割れの要因となる。この為、アルミニウム製の母材の溶接には非金属のセラミック、或は同材料であるアルミニウム製の裏当て材が用いられるが、アルミニウム製の裏当て材を使用すると、溶接後に母材と裏当て材とを切離す工程が必要となり、コストが高くなる為、アルミニウムの溶接にはセラミック製の裏当て材が一般的に使用される。
【０００４】
然し乍ら、セラミックは熱伝導率が低く、溶融金属の冷却速度が遅い為、特に母材を垂直に立てて横向きに溶接を行う場合には、溶融金属が凝固する前に溶接部の裏面より重力により垂れ、裏ビードと母材との境界に隙間が生じ、溶接欠陥を招く等の問題があった。
【０００５】
又、溶融金属に作用する重力の影響を少なくする為、溶融金属を少量ずつ供給すると、単位時間当りのビードの形成量が減少し、溶接速度が遅くなり、溶接の効率が悪くなる等の問題があった。
【０００６】
尚、裏当て材を用いた溶接を行うものとして、特許文献１及び特許文献２に示されるものがあり、特許文献１には、密閉型のドラム缶又はタンクの胴体と蓋体の突合せ部の内周面に、複数のアルミニウム合金製の裏当て治具片からなる環状の裏当て治具を圧接させ、溶接用トーチにより円周溶接した際に、裏当て治具により溶接部を冷却し、熱歪やビードの抜落ち、穴あきを防止する円周溶接用内治具装置及びこれを用いた円周溶接方法が開示されている。
【０００７】
又、特許文献２には、鋼棒突き合せ部の開先に２分割された半円筒形状の銅製の裏当て材が被せられ、該裏当て材中央部の溶融金属の当る位置の銅板の一部を切抜き、セラミック製の半円形裏当材を着脱自在に装入した鉄筋継ぎ複合型裏当て材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−８２９２９号公報
【特許文献２】特開平８−１１８０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は斯かる実情に鑑み、溶融金属の冷却速度を向上させることで良好な形状の裏ビードを形成可能とした裏波溶接方法及び裏当て治具を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、母材同士を突合わせた溶接部の裏面に裏ビードを形成する裏当て材を当接すると共に、該裏当て材に冷却部材を当接し、該冷却部材により前記裏当て材を冷却しつつ前記溶接部を溶接する裏波溶接方法に係るものである。
【００１１】
又本発明は、母材同士を突合わせた溶接部の裏面に当接する裏当て材と、該裏当て材に当接する冷却部材と、該冷却部材を押圧し該冷却部材と前記裏当て材と前記溶接部の裏面とを密着させる密着手段とを具備し、前記裏当て材の熱を前記冷却部材により放熱可能とした裏当て治具に係るものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、母材同士を突合わせた溶接部の裏面に裏ビードを形成する裏当て材を当接すると共に、該裏当て材に冷却部材を当接し、該冷却部材により前記裏当て材を冷却しつつ前記溶接部を溶接するので、該溶接部に供給する溶融金属の供給量を増大させても良好なビード形状を得ることができ、溶接速度及び溶接効率の向上を図ることができる。
【００１３】
又本発明によれば、母材同士を突合わせた溶接部の裏面に当接する裏当て材と、該裏当て材に当接する冷却部材と、該冷却部材を押圧し該冷却部材と前記裏当て材と前記溶接部の裏面とを密着させる密着手段とを具備し、前記裏当て材の熱を前記冷却部材により放熱可能としたので、前記裏当て材に対する入熱量を増大させることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例に係る裏当て治具及び該裏当て治具が取付けられた溶接部を示す背面からの矢視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視の上下を反転した図である。
【図３】裏ビードの形状を示す溶接部の背面図であり、（Ａ）は従来の裏当て治具を用いた場合の裏ビードを示し、（Ｂ）は本発明の裏当て治具を用いた場合の裏ビードを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１６】
図１、図２に於いて、本発明に係る実施例について説明する。尚、図１は溶接が行われる母材及び裏当て治具を示す背面からの斜視図、図２は図１のＡ−Ａ矢視の上下を反転した図である。尚、図２中、紙面に対して上下方向を高さ方向とする。
【００１７】
先ず、母材１，１を水平に並べ、下向き姿勢で溶接を行う裏波溶接について説明する。該母材１，１はアルミニウム製の板材であり、該母材１，１端部は斜め切除され、該母材１，１の端部同士を突合わせることで、上面に向って開口する断面がＶ字状のＶ字開先２が形成される。
【００１８】
該Ｖ字開先２が形成された溶接部３の下面には、該溶接部３の全長に亘ってセラミック製の裏当て材４が当接している。該裏当て材４は帯板状であり、例えば断面が長方形と台形とを組合わせた５角形となっており、上面には長手方向全長に亘って円弧状の凹溝５が形成され、溶接線が前記凹溝５の中心線上に合致する様になっている。
【００１９】
又、前記裏当て材４の下面には、銅板等の冷却部材６が前記裏当て材４と全長に亘って当接し、前記冷却部材６の下面には、耐熱ゴム等の弾性部材７が前記冷却部材６と全長に亘って当接し、更に前記弾性部材７の下面には、アルミニウム板や鉄板等の金属板である強度部材８が前記弾性部材７と全長に亘って当接している。尚、該弾性部材７は、バネ等弾性を有する部材であれば他の部材であってもよい。
【００２０】
前記強度部材８の下方には、該強度部材８の長手方向に所定間隔で枠部材９が設けられている。該枠部材９は前記母材１と同材料であるアルミニウムにて成形され、前記裏当て材４、前記冷却部材６、前記弾性部材７、前記強度部材８を囲う様に断面が凹字形状となっており、先端が前記母材１，１の下面に溶接付けされる。
【００２１】
前記強度部材８と前記枠部材９との間には、くさび１０が打込まれ、前記強度部材８が前記母材１に向って押圧される様になっている。前記強度部材８からの圧力で、前記弾性部材７が弾性変形し、又該弾性部材７が高さ方向の誤差を吸収しつつ前記冷却部材６を押圧する。前記弾性部材７に押圧された前記冷却部材６は、前記裏当て材４に均等に押付けられ、又該裏当て材４が前記溶接部３の下面に均等に押付けられることで、前記冷却部材６と前記裏当て材４と前記溶接部３の下面とが密着する様になっている。尚、前記弾性部材７と前記強度部材８と前記枠部材９と前記くさび１０とで、前記冷却部材６と前記裏当て材４と前記溶接部３とを密着させる密着手段１１が構成され、前記裏当て材４と前記冷却部材６と前記密着手段１１とで裏当て治具１２が構成される。
【００２２】
前記母材１，１の裏波溶接を行う際には、先ず前記溶接部３の下面に前記裏当て治具１２を取付けた後に、図示しないトーチを前記Ｖ字開先２と対向する位置へと配置する。その後前記トーチにフィラーメタルである溶接ワイヤを供給させると共にアークを発生させることで、溶接ワイヤ及び前記母材１を溶融させ、前記Ｖ字開先２に溶融金属を充填する。
【００２３】
前記Ｖ字開先２に充填された溶融金属は、溶融金属と接触した前記母材１を溶融させながら反トーチ側へ漏出する。漏出した溶融金属は、前記裏当て材４で堰止められ、前記凹溝５を充填し裏ビード１３を形成する。溶融金属が前記凹溝５を充填し、前記溶接部３の上面に良好な表ビード１４が形成される様、溶接ワイヤの供給速度やトーチの移動速度が調整される。前記トーチは前記溶接部３に沿って移動し、順次溶接が行われる。
【００２４】
溶接後の溶融金属は冷却されて凝固し、前記Ｖ字開先２に充填され前記溶接部３の上面に盛上がる表ビード１４と、前記溶接部３の下面には前記凹溝５と同形状の裏ビード１３が形成される。
【００２５】
この時、前記裏当て材４の下面に前記冷却部材６が当接しているので、溶融金属により加熱された前記裏当て材４が前記冷却部材６により冷却される。該冷却部材６は熱伝導率が大きく、局部的に加熱されても熱は直ちに分散され、前記裏当て材４の冷却は効果的に行われる。従って、前記凹溝５に流込んだ溶融金属が前記裏当て材４によって速やかに冷却され、良好な裏ビード１３が形成される。
【００２６】
尚、上記では、前記母材１，１を水平に並べ、下向き姿勢で溶接する裏波溶接について説明したが、前記母材１，１を垂直に立てて、横向き姿勢で水平方向に溶接を行う横向きの裏波溶接の場合も、縦向きの裏波溶接と同様の手順で溶接が行われる。
【００２７】
横向きの場合、前記溶接部３より裏側に漏出した溶融金属は、前記裏当て材４によって直ちに冷却されるので、重力によって垂下がる以前に凝固する。
【００２８】
図３は、従来の裏当て治具と本実施例の裏当て治具を用い、同条件で横向きの裏波溶接を行った際の裏ビードの比較を示している。
【００２９】
前記裏当て材４と前記弾性部材７との間に前記冷却部材６が介在しない従来の裏当て治具の場合、前記溶接部３の裏面に当接する前記裏当て材４がセラミック製で熱伝導率が悪く、又該裏当て材４と当接する前記弾性部材７も熱伝導率が悪い。従って、前記裏当て材４自体による放熱が充分に行われず、又裏当て治具としての熱容量が小さい為、前記凹溝５に充填された溶融金属の冷却に時間を要する。
【００３０】
その結果、溶融金属が冷却され、凝固する前に溶融金属が重力により下方へと垂れ下がり、前記溶接部３の上部に溶融金属が足りなくなる。この為、図３（Ａ）に示される様に、形成された裏ビード１３と前記母材１との境界に隙間が生じ、裏ビード１３と前記母材１との境界に生じた隙間は溶接欠陥となる。
【００３１】
一方、本実施例の前記裏当て治具１２の場合、前記裏当て材４と前記弾性部材７との間に前記冷却部材６を介在させているので、溶融金属により加熱された前記裏当て材４の熱が前記冷却部材６に熱伝導され、該冷却部材６により充分に放熱が行われる。従って、前記凹溝５に充填された溶融金属を前記裏当て材４により速やかに冷却することができる。
【００３２】
その結果、図３（Ｂ）に示される様に、溶融金属が重力により下方に垂れることなく冷却により凝固し、前記母材１との境界に隙間が生じることなく裏ビード１３が形成され、良好な裏ビード形状が得られ、溶接品質、信頼性が向上する。
【００３３】
上述の様に、本実施例では、前記裏当て材４と前記弾性部材７との間に前記冷却部材６を介在させ、前記裏当て材４の熱を前記冷却部材６により放熱させることで前記裏当て治具１２を効率的に冷却しているので、入熱量の増加が可能となり、溶接ワイヤの供給速度や電流量を増加させることができる。従って、単位時間当りのビードの形成量を増加させることができ、溶接速度を上昇させ、溶接効率の向上を図ることができる。
【００３４】
又、前記冷却部材６は熱伝導率が大きく、局部的に加熱されても直ちに熱を拡散させるので、前記弾性部材７に伝導される熱は僅かであり、該弾性部材７に高い耐熱性を持たせる必要がなくなる。
【００３５】
又、該弾性部材７は、前記溶接部３の高さ方向の誤差を吸収し、前記裏当て材４と前記母材１，１との密着性、及び前記裏当て材４と前記冷却部材６との密着性を向上させているので、前記裏当て材４と前記冷却部材６との間の熱抵抗を少なくでき、該冷却部材６による前記裏当て材４の冷却効果を高めることができる。
【００３６】
更に、前記冷却部材６は前記裏当て材４と前記弾性部材７との間に介在されているので、前記冷却部材６は容易に交換可能であり、該冷却部材６の厚みを増すことで前記冷却部材６の熱容量を増大させ、前記裏当て材４の冷却効果を更に増大させることができる。
【００３７】
尚、本実施例では、アルミニウム製の前記母材１，１を溶接する場合について説明しているが、セラミック製の前記裏当て材４を使用する裏波溶接であれば、他の金属製の母材１，１を溶接する場合にも適用可能である。
【００３８】
又、本実施例では、前記冷却部材６として銅板を使用したが、例えばアルミニウムと同等以上の熱伝導率を有する素材であれば他の材質であってもよく、又水冷銅板等の冷却構造としてもよい。
【００３９】
更に、本実施例の裏波溶接は、Ｖ字開先だけではなく、Ｉ字開先の溶接に対しても適用可能であるのは言う迄もない。
【符号の説明】
【００４０】
１              母材
３              溶接部
４              裏当て材
６              冷却部材
７              弾性部材
８              強度部材
９              枠部材
１１            密着手段
１２            裏当て治具
１３            裏ビード
１４            表ビード
【図１】
2012240060.tif 000003
【図２】
2012240060.tif 000004
【図３】
2012240060.tif 000005