(57)【要約】【課題】溶接品質を保ちつつルートギャップを確保するための突起部を低コストかつ短時間で形成することができる溶接継手の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る溶接継手の製造方法は、被溶接部材１０の開先面１０ａに１または複数の突起部ＧＴを形成する形成工程と、被溶接部材１０の開先面１０ａと被溶接部材１１の開先面１１ａとを対向させつつ、被溶接部材１０と被溶接部材１１との溶接を行う溶接工程と、を有する。形成工程において溶接によって溶材を盛ることで突起部ＧＴを形成することが好ましく、または開先面１０ａに溶材を介在させることによって突起部を形成することが好ましい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１被溶接部材および第２被溶接部材の少なくとも一方の被溶接部材の開先面に１または複数の突起部を形成する形成工程と、
前記第１被溶接部材の開先面と前記第２被溶接部材の開先面とを対向させつつ、前記第１被溶接部材と前記第２被溶接部材との溶接を行う溶接工程と、
を有することを特徴とする溶接継手の製造方法。
【請求項２】
前記形成工程において溶接によって溶材を盛ることで前記突起部を形成する請求項１に記載の溶接継手の製造方法。
【請求項３】
前記形成工程において前記開先面に溶材を介在させることによって前記突起部を形成する請求項１に記載の溶接継手の製造方法。
【請求項４】
前記突起部の高さは１．０ｍｍ以上３．２ｍｍ以下である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の溶接継手の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接継手の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高品質及び高強度な溶接を行うには、被溶接部材と溶材とが溶着する上で溶け込み量を十分に確保する必要がある。そのため、従来溶接方法に応じた開先の形状及び開先面間のギャップ量が設定されている。
【０００３】
溶接方法の一例として、レーザ溶接とアーク溶接とを組合せたレーザ・アーク複合溶接法がある。この方法によれば、エネルギー密度が相互に異なる２つの熱源を利用しているため、溶接速度の高速化、開先寸法精度の緩和、溶け込み深さの向上、継手部の強度向上、および溶接欠陥の抑制等の効果があることが知られている。また、溶接速度の高速化が実現されることによって、板厚が比較的薄い鋼板を被溶接部材として用いた場合であっても、熱量が小さくなることによりアークによる熱影響に基づく鋼板変形も発生することがないという利点もある。
【０００４】
図１は被溶接部材としての２枚の鋼板をレーザ・アーク複合溶接によって突合せ溶接するときの状態を示す説明図であり、１ａ，１ｂは鋼板、２はレーザヘッド、３はレーザ光、４はアークトーチ、５は溶接ワイヤ、６は溶着金属、７は開先、８はルートギャップを示している。
【０００５】
溶接方向前方にレーザヘッド２を、後方にアークトーチ４を配置し、アーク溶接により鋼板１ａ，１ｂの溶接部に溶着金属６を生成させる前に、レーザ光３を開先７のルートギャップ８に照射して、そのルートフェースをレーザ光３によって溶融させた後、アーク溶接によってルートギャップ８内に溶接ワイヤ５の溶滴を流入させて溶着金属６を形成する。
【０００６】
溶接品質を向上するには、被溶接部材同士を精度良く配置するとともに、溶け込み深さを向上するためにルートギャップを所定量にすることが必要となる。ルートギャップを所定量にする方法として、被溶接部材の開先面を切削加工することによって、複数の矩形の突起部を適宜の間隔で設けることが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、上記の方法では、熱容量が増加するため突起部における未溶着やブローホール等の溶接欠陥が生じてしまう場合がある。また、被溶接部材を切削するので、切削する分が金属の浪費につながり、加工コストや加工時間もかかってしまう。
【０００８】
また、継手の少なくとも一方の部材の開先端に凹凸面を形成する方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１８８４５０号公報
【特許文献２】特開平９−２６２６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献２に記載の方法では、短ピッチで凹凸があるため、被溶接部材の熱容量が大きくなり、入熱量が限られている場合には十分に凸部分を溶融できないことがある。また加工時間や加工コストも増加するので経済的でない。
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、溶接品質を保ちつつルートギャップを確保するための突起部を低コストかつ短時間で形成することができる溶接継手の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る溶接継手の製造方法は、第１被溶接部材および第２被溶接部材の少なくとも一方の被溶接部材の開先面に１または複数の突起部を形成する形成工程と、第１被溶接部材の開先面と第２被溶接部材の開先面とを対向させつつ、第１被溶接部材と第２被溶接部材との溶接を行う溶接工程と、を有することを要旨とする。
【００１３】
本発明に係る溶接継手の製造方法によれば、形成工程において例えば溶材（溶材を盛る溶接あるいは当該溶材の介在）によって開先面に突起部を形成するので、従来のように切削加工を採用する必要がなく、突起部を低コストかつ短時間で形成することができる。開先面に突起部を複数形成する場合、一定のルートギャップを得る観点で各突起部の高さが等しいことが好ましい。
【００１４】
また、被溶接部材そのものを切削加工して短ピッチで多くの突起部を形成する上記従来の方法に比べて、被溶接部材の熱容量を小さくできるので溶接欠陥が生じる可能性を低くすることができる。したがって溶接品質を保つことができる。
【００１５】
形成工程において溶接によって溶材を盛ることで突起部を形成することが好ましい。溶接によって突起部を低コストかつ短時間で形成できる。
【００１６】
また、形成工程において開先面に溶材を介在させることによって突起部を形成することが好ましい。溶材を介在させて突起部を低コストかつ短時間で形成できる。
【００１７】
高品質な突合せ溶接を行う観点で、突起部の高さは１．０ｍｍ以上３．２ｍｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、形成工程において溶接等によって開先面に突起部を形成するので、従来のように切削加工を採用する必要がなく、突起部を低コストかつ短時間で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来における、鋼板をレーザ・アーク複合溶接によって突合せ溶接するときの状態を示す説明図である。
【図２】（ａ）は本発明の複合溶接方法を説明するための上面図であり、（ｂ）はその側面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）はＣＭＴ溶接法の流れを説明するための図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は開先面に設けられた突起部を示す説明図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は開先面に設けられた突起部を示す他例に係る説明図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は開先面に溶材のワイヤが設けられた状態を示す説明図である。
【図７】被溶接部材の平面上に形成した突起部を示す写真である。
【図８】被溶接部材の開先面に形成した突起部を示す写真である。
【図９】突起高さと溶接時間との関係を示したグラフである。
【図１０】突合せ溶接後の状態を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本実施形態に係る溶接継手の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の溶接継手の製造方法は、第１被溶接部材および第２被溶接部材の少なくとも一方の被溶接部材の開先面に１または複数の突起部を形成する形成工程と、第１被溶接部材の開先面と第２被溶接部材の開先面とを対向させつつ、第１被溶接部材と第２被溶接部材との溶接を行う溶接工程とを有するものである。本発明では開先面に突起部を形成するので、この突起部により開先面に一定のルートギャップを得ることができるものである。
【００２２】
溶接方法は種々のものを使用することができるが、例えばアーク先行型のレーザ・アーク複合溶接方法を用いることができる。
【００２３】
図２は本発明のアーク先行型のレーザ・アーク複合溶接方法を説明するための図（（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図）であり、装置の基本的な構成は上述の図１と同じであるため、対応する部分には同一符号を付している。図２中、ＬＡはアーク放電狙い位置とレーザ照射位置との間隔（アーク・レーザ間距離）を示し、Ｌ１は溶接ワイヤ突出長を示している。
【００２４】
本溶接方法は、基本的な構成として、アーク溶接を先行させると共にレーザ溶接を後行させて、レーザとアークを同一溶接線上に配置させながら溶接するものである。溶接線を含み一方の被溶接部材表面と直交する面内でアーク放電線を傾斜させることは、従来からも行われていることであるが、本発明においてもこのような傾斜角度を設けても良い。この傾斜角度が適切でないと、良好なビードが形成されず、或いはアンダーカットやアンダーフィルが発生する要因となる。こうした観点から、本発明においても傾斜角度θ１(以下、「トーチ角度θ１」と呼ぶことがある)を適切な範囲（例えば１０〜４０°程度）にする必要がある。
【００２５】
アーク溶接のトーチ角度θ１を前進角とし、且つアーク溶接をレーザ溶接に先行させるためには、アークトーチをレーザヘッドよりも溶接方向後方に配置する必要があるが、このような場合にはアーク溶接の溶接ワイヤとレーザ照射との干渉を避ける必要がある。こうしたことから、アーク放電線（即ち、アークトーチ）を図２（ａ）に示すような角度θ２傾斜させることもできる。この角度θ２は、一方の被溶接部材の表面にアーク放電線を投影したときにこの投影線と溶接線とのなす角度である。この角度θ２(以下、「ベベル角度θ２」と呼ぶことがある)を設ける場合には、その範囲も適切（例えば１０〜４５°程度）に設定することが好ましい。ベベル角度θ２が大きくなり過ぎると、溶着金属の溶け込みが悪くなったり、スパッタ発生の要因となるためである。
【００２６】
このように本実施形態では、アーク先行型のレーザ・アーク複合溶接法を採用することにより、レーザ照射を行うに先立ち、アーク溶接によってシールドガスをアークトーチから供給しつつ溶着金属を形成できるので、レーザ光が確実に溶着金属に照射されることになって、レーザ光の焦点位置の変動が抑制され、ギャップ性を良好なものとすることができる。なお、アーク先行型のレーザ・アーク複合溶接法に限らず、レーザ先行型のレーザ・アーク複合溶接法を用いることもできる。
【００２７】
本実施形態では、上述のアーク先行型のレーザ・アーク複合溶接法を基礎として用いて、下記の溶接法（ＣＭＴ（Cold Metal Transfer）溶接法と呼ばれる場合がある）により後述の突起部を形成するが、当該突起部を形成する溶接法はＣＭＴ溶接法に限定されるものではなく、他の公知の溶接法（例えば、ＭＩＧアーク溶接（Metal Inert-gas arc welding）やＭＡＧアーク溶接（Metal active-gas shilded arc welding）等）を採用してもよい。
【００２８】
図３はＣＭＴ溶接法の流れを説明するための図である。
【００２９】
ＣＭＴ溶接法においては、図３（ａ）に示すように、まずアークトーチ５０からアーク５２が発生する際に、ワイヤ５１を母材（被溶接部材）上の溶融プール（溶融池）５３に向かって進ませる。そして、図３（ｂ）に示すように、ワイヤ５１が溶融プール５３に浸かるとアーク５２は消える。
【００３０】
続いて図３（ｃ）に示すように、ワイヤ５１をアークトーチ５０側に引き戻すことによって、短絡時にワイヤ５１の先端における溶滴５４を切断する。そして、図３（ｄ）に示すように、再びアークトーチ５０からアーク５２を発生させる際に、引き戻したワイヤ５１を溶融プール５３に向けて再び進ませ、これらの処理を繰り返す。
【００３１】
このようにＣＭＴ溶接法によれば、短絡時に溶滴の切断を行うことでスパッタの発生をごく少量に抑制することができる。またワイヤ５１の引き出しおよび引き戻しにより入熱量を大幅に削減できるので、母材に影響の少ない溶接が可能となり、溶接品質を保つことができる。さらに、他の溶接法に比べて溶滴の流れを抑制でき、ビードを凸形状に形成し易くなるので、突起部を形成し易い。
【００３２】
図４は開先面に設けられた突起部を示す説明図である。
【００３３】
図４（ａ）に示すように、ＣＭＴ溶接法によって第１被溶接部材としての被溶接部材（鋼板）１０の開先面１０ａにおいて複数の突起部ＧＴを所定間隔で形成する。突起部ＧＴは略半球形状を有している。なお溶接品質を保つために突起部ＧＴの溶材は突合せ溶接時に用いる溶材と同じものであることが望ましい。
【００３４】
このように突起部ＧＴを形成することで、被溶接部材１０と第２被溶接部材としての被溶接部材１１とを溶接する場合に、被溶接部材１１を矢印Ｄの方向に移動させてその開先面１１ａを突起部ＧＴに当接させることができる。これにより溶接時に一定のルートギャップ１５を形成することができる。
【００３５】
図４（ｂ）に示すように、被溶接部材１０および被溶接部材１１は、開先端に向かって傾斜した切り欠き部１０ｂおよび切り欠き部１１ｂがそれぞれ形成されており、開先面としてルートフェース１０ｃおよびルートフェース１１ｃを有する。
【００３６】
被溶接部材１０のルートフェース１０ｃにおいて複数の突起部ＧＴを所定間隔をおいて形成する。それにより、被溶接部材１０と被溶接部材１１とを溶接する場合に、被溶接部材１１を矢印Ｄの方向に移動させてそのルートフェース１１ｃを突起部ＧＴに当接させることができ、一定のルートギャップ１５を形成することができる。
【００３７】
図５は開先面に設けられた突起部を示す他例に係る説明図である。
【００３８】
図５（ａ）に示すように、一方の母材として開先面１０ａを有する被溶接部材１０と、他方の母材としてルートフェース１１ｃを有する被溶接部材１１とを溶接する場合には、開先面１０ａにおいて複数の突起部ＧＴを所定間隔で形成する。そして、被溶接部材１１を矢印Ｄの方向に移動させてそのルートフェース１１ｃを突起部ＧＴに当接させる。これにより溶接時に一定のルートギャップ１５を形成できる。
【００３９】
また、図５（ｂ）に示すＴ字継手の場合、被溶接部材１０を矢印Ｖの方向に移動させて、被溶接部材１０の開先面１０ａに形成された複数の突起部ＧＴを被溶接部材１１の上面１１ｄに当接させる。これによりＴ字継手の場合でも、溶接時に一定のルートギャップ１５を形成できる。
【００４０】
このように本実施形態では、切削加工を採用していないので、突起部ＧＴを低コストかつ短時間で形成することができる。
【００４１】
なお、上記実施形態では、被溶接部材１０の開先面に２つの突起部ＧＴを形成することとしたが、これに限定されるものではなく、例えば被溶接部材１０に１つの突起部ＧＴを形成し、被溶接部材１１にもう１つの突起部ＧＴを形成する形態を採用することもできる。
【００４２】
また、上記実施形態では、略半球状の突起部ＧＴを複数形成することとしたが、これに限定されるものではなく、開先面の中央に長尺状の突起部を１つ形成してもよい。
【００４３】
（第２実施形態）
上述の第１実施形態では、溶接により突起部を形成することとしたが、溶材であるワイヤを開先面に介在させることで突起部を形成することもできる。
【００４４】
図６は被溶接部材の開先面に溶材のワイヤが設けられた状態を示す説明図である。
【００４５】
図６（ａ）に示すように、被溶接部材１０の開先面１０ａに対して溶材であるワイヤの外周面が当接するように当該ワイヤを所定間隔で複数介在させることによって、開先面１０ａに複数の突起部ＧＷを形成することができる。なお介在させた突起部ＧＷは冶具等で移動しないようになっている。
【００４６】
被溶接部材１１を矢印Ｄの方向に移動させてその開先面１１ａを突起部ＧＷに当接させる。これにより溶接時に一定のルートギャップ１５を形成できる。
【００４７】
また、図６（ｂ）に示すＴ字継手の場合、被溶接部材１１の上面１１ｄ上にワイヤの外周面が当接するように当該ワイヤを所定間隔で複数介在させることによって、上面１１ｄに複数の突起部ＧＷを形成することができる。なお突起部ＧＷを、当該突起部ＧＷの長手方向（高さ方向）が被溶接部材１０の厚み方向に沿うように介在させる。
【００４８】
被溶接部材１０を矢印Ｖの方向に移動させて、被溶接部材１０の開先面１０ａを突起部ＧＷに当接させる。これによりＴ字継手の場合でも、溶接時に一定のルートギャップ１５を形成できる。
【００４９】
このように本実施形態でも、切削加工を採用していないので、突起部ＧＷを低コストかつ短時間で形成することができる。
【００５０】
本発明はもとより上記実施形態によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前記、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００５２】
上述したＣＭＴ溶接法を用いて突起部の形成を行った。図７では、突起高さとして、０．３、０．６、０．９、１．２、１．５および１．８ｍｍの突起部を平面上に形成した。また、図８では、突起高さとして、１．０、２．０および３．０ｍｍの突起部を開先面に形成した。
【００５３】
また、種々の高さの突起部をＣＭＴ溶接法により形成した場合の溶接条件や溶接時間を表１に示す。また、図９は表１の突起高さと溶接時間との関係を示したグラフである。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
表１に示すように、鋼材としてＳＭ４９０Ａ（板厚６ｍｍ）を用いてこの鋼材に突起部を形成した。表１からわかるように、突起高さが３．０ｍｍ以下である突起部の溶接時間は１．８秒以内となっており、短時間で形成することが確認できた。
【００５６】
また、図９に示すように、突起高さが２．５ｍｍ以上になると、単位高さ当たりの溶接時間が大きくなる。これは突起部が高くなると溶着金属が流れやすくなるので必要な高さを得ることが困難となるためであり、突起高さと溶接時間との関係は単純な比例関係ではないことが確認できた。
【００５７】
次に、実施例で形成した突起部を有する被溶接部材を用いた突合せ溶接を実施した。ここではレーザ溶接法としてのＹＡＧレーザ溶接法とアーク溶接法としてのＭＡＧ溶接法とを組み合わせたアーク先行型のレーザ・アーク複合溶接（ＬＡＨ（Laser-Arc-Hybrid）溶接）を採用した。ＬＡＨ溶接は、レーザの低入熱及び高速溶接という利点を活かしつつ、ギャップ尤度の低さ（０．５ｍｍ以下）をアーク溶接によって補う溶接法である。溶接条件を表２に示す。また、図１０は突合せ溶接後の状態を示す写真である。
【００５８】
【表２】
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【００５９】
図１０に示すように、良好なビードが得られ、溶接品質においてもＪＩＳ−Ｚ−３０６０を満足する結果が得られた。
【符号の説明】
【００６０】
１０，１１  被溶接部材
１０ａ，１１ａ  開先面
１０ｃ，１１ｃ  ルートフェース
１５  ルートギャップ
ＧＴ，ＧＷ  突起部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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