(57)【要約】【課題】エレクトロスラグ溶接を下向姿勢で確実に行う。【解決手段】この溶接方法は、母材１、２同士を突き合わせた開先３内の溶融スラグＳに先端部８ａが配置された溶接ワイヤ８と、母材１、２の表面上に開先３を跨るように配置された上側冷却部材５と、を、開先３に沿って同一方向に移動させ、溶接ワイヤ８によって溶融された溶融金属ｍを上側冷却部材５によって冷却することで母材１、２同士をエレクトロスラグ溶接する工程を備え、エレクトロスラグ溶接する工程では、溶接ワイヤ８および上側冷却部材５の進行方向に沿う前側が上方に位置し、かつ進行方向の後側が下方に位置するように、母材１、２を水平方向に対して傾けた状態で、開先３内にフラックスＦを充填し、フラックスＦによって、溶融スラグＳおよび溶融金属ｍを前側から覆いながらエレクトロスラグ溶接する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材同士を突き合わせた開先内の溶融スラグ中に先端部が配置された溶接ワイヤと、前記母材の表面上に前記開先を跨るように配置された上側冷却部材と、を、前記開先に沿って同一方向に移動させ、前記溶接ワイヤによって溶融された溶融金属を前記上側冷却部材によって冷却することで前記母材同士をエレクトロスラグ溶接する工程を備え、
前記エレクトロスラグ溶接する工程では、前記溶接ワイヤおよび前記上側冷却部材の進行方向に沿う前側が上方に位置し、かつ前記進行方向の後側が下方に位置するように、前記母材を水平方向に対して傾けた状態で、前記開先内にフラックスを充填し、前記フラックスによって、前記溶融スラグおよび前記溶融金属を前側から覆いながらエレクトロスラグ溶接することを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
前記エレクトロスラグ溶接する工程では、
前記溶接ワイヤは、前記フラックスを通して先端部を前記上側冷却部材よりも下方に配置することを特徴とする請求項１記載の溶接方法。
【請求項３】
前記エレクトロスラグ溶接する工程では、
前記溶融スラグは、前記開先内において前記溶融金属に対して前側に位置する部分から後側に流れ、前記溶融金属と前記上側冷却部材との間で冷却される請求項１または２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記エレクトロスラグ溶接する工程では、
前記母材の表面上における前記開先の両側に、前記溶融金属が広がるのを抑える湯止め部材を設けるとともに、前記上側冷却部材を、前記母材の表面上に前記湯止め部材を介して配置することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の溶接方法。
【請求項５】
前記エレクトロスラグ溶接する工程では、
前記母材の水平面に対する傾斜角度は、２０°以下であることを特徴とする請求項１か４のいずれか一項に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、下記特許文献１に示す溶接方法が知られている。この溶接方法は、板状の母材同士を、開先間隙を隔てて水平に並べ、開先部分をエレクトロスラグ溶接によって下向姿勢で接合する。この溶接方法では、開先間隙の下方に下側当て金を当てるとともに、開先間隙の上方に上側当て金を当てて、上側当て金に形成した開口部を通して上方から溶接ワイヤを開先間隙に挿入し、下側当て金、上側当て金、および溶接ワイヤを開先が連続する方向に沿って移動させる。溶接ワイヤにより溶融金属を生成して開先間隙に満たし、この溶融金属が凝固することで、母材同士が接合されていく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭４６−１９２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記従来の溶接方法では、良好なビードを形成するには、溶融金属は、開先間隙を満たす必要があり、そのためには溶融金属の上面が母材の上面を越えて上側当て金の開口部内に僅かに至るようにする必要がある。しかしながら、溶融金属が上側当て金の開口部内にあると、上側当て金に接触することで溶融金属が冷却されて凝固してしまう。すると、上側当て金が凝固した金属に干渉し、開先が連続する方向に移動させることができず、溶接を行うことができなくなる。
【０００５】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、エレクトロスラグ溶接を下向姿勢で確実に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る溶接方法は、母材同士を突き合わせた開先内の溶融スラグ中に先端部が配置された溶接ワイヤと、前記母材の表面上に前記開先を跨るように配置された上側冷却部材と、を、前記開先に沿って同一方向に移動させ、前記溶接ワイヤによって溶融された溶融金属を前記上側冷却部材によって冷却することで前記母材同士をエレクトロスラグ溶接する工程を備え、前記エレクトロスラグ溶接する工程では、前記溶接ワイヤおよび前記上側冷却部材の進行方向に沿う前側が上方に位置し、かつ前記進行方向の後側が下方に位置するように、前記母材を水平方向に対して傾けた状態で、前記開先内にフラックスを充填し、前記フラックスによって、前記溶融スラグおよび前記溶融金属を前側から覆いながらエレクトロスラグ溶接することを特徴とする。
【０００７】
この場合、溶接ワイヤを連続的に供給しつつ、これに通電することによって、フラックスが溶融されて溶融スラグが生成されるとともに、溶融スラグの抵抗熱によって、溶接ワイヤと母材とが溶融して溶融金属が生成される。溶融金属は溶融スラグよりも比重が大きいので、溶融金属は溶融スラグおよびフラックスによって開先内で傾斜方向上側（進行方向前側）が覆われる。これによって、溶融金属が開先から傾斜方向上側に流れるのを抑えることができる。
【０００８】
前記エレクトロスラグ溶接する工程では、前記溶接ワイヤは、前記フラックスを通して先端部を前記上側冷却部材よりも下方に配置する。
【０００９】
この場合、溶融金属は、溶接ワイヤからの通電による溶融スラグの抵抗熱によって、溶接ワイヤと母材とが溶融して生成される。したがって、溶融金属は、上側冷却部材よりも下方で生成され、かつ開先間隙を満たすこととなり、溶接金属が生成する速度に合わせて上側冷却部材を進行方向に移動させることで、溶融金属が、上側冷却部材の進行方向前側に位置するのを容易に抑えることができる。したがって、冷却固化した溶融金属によって、上側冷却部材の移動が妨げられるのを抑えることができる。
【００１０】
前記エレクトロスラグ溶接する工程では、前記溶融スラグは、前記開先内において前記溶融金属に対して進行方向前側に位置する部分から進行方向後側に流れ、前記溶融金属と前記上側冷却部材との間で冷却される。
【００１１】
この場合、溶融スラグが上側冷却部材によって冷却されて凝固し、上側冷却部材と溶融金属との間に凝固スラグが形成される。このようにして、上側冷却部材と溶融金属との間に凝固スラグが介在することで、上側冷却部材の進行方向前側で溶融金属が凝固するのを確実に抑えることができる。
【００１２】
前記エレクトロスラグ溶接する工程では、前記母材の表面上における前記開先の両側に、前記溶融金属が広がるのを抑える湯止め部材を設けるとともに、前記上側冷却部材を、前記母材の表面上に前記湯止め部材を介して配置する。
【００１３】
この場合、溶融金属が開先の両側に広がるのを抑えることで、溶融金属を母材表面よりも上方に盛り上げ、溶融金属が冷却固化して形成される溶接ビードに、余盛りを容易に形成することができるようになる。
【００１４】
前記エレクトロスラグ溶接する工程では、前記母材の水平面に対する傾斜角度は、２０°以下である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る溶接方法によれば、溶融金属が開先から進行方向前側（傾斜方向上側）に溢れるのを抑えることができるので、上側冷却部材の進行方向前側で溶融金属が凝固して上側冷却部材の移動を妨げるのを抑えることができる。したがって、エレクトロスラグ溶接を確実に行うことができる。
【００１６】
請求項２に係る溶接方法によれば、溶融金属は、上側冷却部材の下方で生成されることとなるので、上側冷却部材の進行方向前側に位置するのを抑えることができる。したがって、冷却固化した溶融金属によって、上側冷却部材の移動が妨げられるのを抑え、エレクトロスラグ溶接を確実に行うことができる。
【００１７】
請求項３に係る溶接方法によれば、上側冷却部材と溶融金属との間に介在するスラグによって、上側冷却部材の進行方向前側で溶融金属が凝固するのを抑えることができる。したがって、上側冷却部材の進行方向前側で凝固した溶融金属によって上側冷却部材の移動が規制されるのを、効果的に抑制することができる。これにより、エレクトロスラグ溶接を確実に行うことができる。
【００１８】
請求項４に係る溶接方法によれば、溶融金属を母材表面よりも上方に盛り上げ、溶融金属が冷却固化して形成される溶接ビードに、余盛りを形成することができる。
【００１９】
請求項５に係る溶接方法によれば、溶融スラグを溶融金属の上側にその多くを流すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る溶接方法によってエレクトロスラグ溶接する開先部を示す平面図である。
【図２】図１に示す開先部を、開先部が連続する方向を含む鉛直断面で見た図である。
【図３】本発明の変形例に係る溶接方法によってエレクトロスラグ溶接する母材を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る溶接方法を説明する。
図１は、本実施形態に係る溶接方法によってエレクトロスラグ溶接する開先部を示す平面図である。図２は、図１に示す開先部、開先部が連続する方向を含む鉛直断面で見た図である。
図１、図２に示すように、この溶接方法は、水平面に対して傾斜させた姿勢の母材１、２間の開先３に沿って、スタートタブＴａが配置された下端３ａからエンドタブＴｂが配置された上端３ｂに至るまで、矢印Ｙで示すようにエレクトロスラグ溶接を実施する。
【００２２】
母材１、２は、下端３ａと上端３ｂとを結ぶ開先３が、水平面に対し、０°以上２０°以下、より好ましくは５°以上１５°以下の傾斜角度θ（図２参照）で傾斜するよう、図示しない架台上に支持される。これにより、母材１、２は、水平方向に対して傾けて設置されていて、母材１、２の水平面に対する傾斜角度θが、２０°以下となっている。
開先３は、開先３が連続する方向に直交する断面形状がＶ字状をなしているが、Ｉ字状やＵ字状などであってもよい。
【００２３】
また、母材１、２において、開先３の下端３ａ側には、スタートタブＴａが設けられ、開先３の上端３ｂ側には、エンドタブＴｂが設けられている。
スタートタブＴａ、エンドタブＴｂは、母材１、２と同一の材料で構成するのが望ましい。例えば、母材１、２が、炭素量０．３％以上の中高炭素鋼である場合は、スタートタブＴａとエンドタブＴｂも炭素量０．３％以上の中高炭素鋼で構成する。それ以外には、水冷銅ブロックや耐火性セラミックブロックなどを用いてもよい。
【００２４】
母材１、２の開先３の下方には、開先３に沿って連続する板状の下側冷却部材４を、母材１、２の下面１ａ、２ａに突き当たるように配置する。母材１、２の開先３の上方には、開先３が連続する方向における開先３の長さよりも短い板状の上側冷却部材５を、母材１、２の上面１ｂ、２ｂ（表面）上に開先３を跨るように載置する。ここで、溶接工程の当初は、上側冷却部材５は、スタートタブＴａ上に配置するのが好ましい。
下側冷却部材４、上側冷却部材５は、例えば、銅等の放熱性の高い金属材料で形成され、その内部に、水などの冷媒が流れる冷媒流路が形成されている。冷媒流路に冷媒を循環させることにより、下側冷却部材４、上側冷却部材５が冷却される。この種の下側冷却部材４、上側冷却部材５としては、水冷銅板などが挙げられる。
【００２５】
母材１、２の上面１ｂ、２ｂ上には、湯止め部材６、６を配置する。湯止め部材６、６は、端部６ｃ、６ｃ同士が開先３を挟んで互いに対向するよう配置する。ここで、湯止め部材６、６は、端部６ｃ、６ｃの間隔を、溶接により形成する溶接ビードＢの幅に合わせて設定するのが好ましく、例えば、端部６ｃ、６ｃが、互いに対向する母材１、２の端部１ｃ、２ｃの上方に位置するように設けるのが好ましい。
このような湯止め部材６、６は、例えば、アルミナ等のセラミックス又は、固形フラックス等の材料で形成するのが好ましい。
【００２６】
開先３内には、フラックスＦを充填しておく。フラックスＦは、固形粒状に形成された融材であり、開先３内の全長にわたって、スタートタブＴａからエンドタブＴｂの間に至るまで充填される。フラックスＦは、下側冷却部材４により支持されて開先３からの落下を規制される。フラックスＦは、母材１、２、の上面１ｂ、２ｂよりも下側に位置している。なお、フラックスＦは、あらかじめ全長にわたって充填しないで、溶接の進行に合わせて開先３内に充填するようにしても良い。
そして、開先３内には、溶接ワイヤ８の先端部８ａを挿入する。溶接ワイヤ８は、上側冷却部材５よりも母材１、２の傾斜方向上側から開先３内に挿入され、先端部８ａが上側冷却部材５よりも下側に位置するよう配置される。なおここで、傾斜方向上側は、後述するように溶接ワイヤ８および上側冷却部材５が進行する進行方向前側となり、傾斜方向下側は進行方向後側となる。
【００２７】
このようにして、開先３内に先端部８ａを挿入した溶接ワイヤ８に通電しながら、溶接ワイヤ８と上側冷却部材５とを、開先３に沿って下端３ａ側から上端３ｂ側に向かって同一方向に移動させ、開先３をエレクトロスラグ溶接する。
なお例えば、母材１、２が、例えば厚さ１２ｍｍの炭素鋼である場合、母材１、２の傾斜角度θを例えば１５°とし、例えば、溶接電流３４０Ａ、ワイヤ送給量８．５ｍ／ｍｉｎ、溶接電圧３６Ｖ、溶接速度６．２ｃｍ／ｍｉｎといった溶接条件で、溶接を行うことができる。
【００２８】
ここで、エレクトロスラグ溶接する工程では、スタートタブＴａの開先３内のフラックスＦ中に挿入した溶接ワイヤ８の先端部８ａに配したスチールウールや鋼粒を介してスタートタブＴａに通電すると、当初は溶接ワイヤ８とスタートタブＴａとの間にアークが発生し、その熱によりフラックスＦが溶融して溶融スラグＳが生成される。溶融スラグＳの生成後は、アークが消失し、溶融スラグＳを介して溶接ワイヤ８とスタートタブＴａとの間を流れる電流の抵抗熱により、溶接ワイヤ８、フラックスＦがそれぞれ溶融する。溶融スラグＳが溜り母材１、２に達すると、溶接ワイヤ８からの通電による溶融スラグＳの抵抗熱によって、溶接ワイヤ８、フラックスＦ、母材１、２がそれぞれ溶融する。溶接ワイヤ８および母材１、２が溶融すると、溶融金属ｍが生成される。
【００２９】
開先３内で、溶融金属ｍの比重は、溶融スラグＳの比重よりも大きいため、溶融金属ｍは母材１、２の傾斜方向下側に沈み、上側冷却部材５の下側に流れ込む。
また、溶融金属ｍよりも比重が小さい溶融スラグＳは、溶融金属ｍの上層に浮かび、溶融金属ｍを覆う。このように、溶融金属ｍは、溶融スラグＳおよびフラックスＦにより上方から押さえられているため、溶融金属ｍが上側冷却部材５の上方に流れるのを抑えることができる。なお、母材１、２の水平面に対する傾斜角度θを、２０°以下、好ましくは１５°以下とするのがよい。
【００３０】
溶融金属ｍは、上側冷却部材５および下側冷却部材４によって冷却されて固化し、溶接金属Ｗｍを生成する。溶接金属Ｗｍは、母材１、２の傾斜方向下側から順次生成される。なお本実施形態では、後述するように、溶融金属ｍと上側冷却部材５との間には、溶融スラグＳがあり、溶融金属ｍは、上側冷却部材５によって溶融スラグＳを介して冷却される。
また、溶融金属ｍは、溶接ワイヤ８および母材１、２が溶融することによって順次生成されるが、湯止め部材６、６によって開先３の両側に流出するのが阻止され、母材１、２の上面１ｂ、２ｂを越えて上方に盛り上がる。これによって、溶融スラグＳが上側冷却部材５で冷却され凝固した凝固スラグＳｇによって溶融金属ｍが下へ抑えられても、形成される溶接ビードＢが母材１、２の上面１ｂ、２ｂよりも盛り上がり、いわゆる余盛りを形成することができる。
【００３１】
また、溶融スラグＳは、溶接ワイヤ８からの電流の抵抗熱によって、フラックスＦを溶融することで順次生成される。溶融スラグＳの上方は、フラックスＦによって覆われているため、余剰の溶融スラグＳは、溶融金属ｍの上層から溶融金属ｍ及び溶接金属Ｗｍと上側冷却部材５の下側面５ｂとの隙間に流れ込み、上側冷却部材５によって冷却されることで凝固スラグＳｇになる。これにより、開先３内の溶接金属Ｗｍは、その表面が凝固スラグＳｇによって覆われる。
【００３２】
このようにして、溶接ワイヤ８と上側冷却部材５とを開先３に沿って下端３ａ側から上端３ｂ側に向かって移動させていきながら、上記したようにして開先３を溶接していく。そして、開先３の上端３ｂを通過してエンドタブＴｂまで溶接を行ったら、溶接ワイヤ８への通電を中止し、溶接作業を終える。
溶接後は、スタートタブＴａ、エンドタブＴｂを母材１、２から切り離す。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態に係る溶接方法は、溶接ワイヤ８と、上側冷却部材５と、を、開先３に沿って同一方向に移動させ、溶接ワイヤ８によって溶融された溶融金属ｍを上側冷却部材５によって冷却することで母材１、２同士をエレクトロスラグ溶接する工程を備える。
エレクトロスラグ溶接は、中高炭素鋼に用いると被覆アーク溶接、炭酸ガスアーク溶接、サブマージアーク溶接などのアーク溶接法で行った際に必須となる予熱と直後熱処理が不要となる。
エレクトロスラグ溶接する工程では、溶接ワイヤ８および上側冷却部材５の進行方向に沿う前側が上方に位置し、かつ進行方向の後側が下方に位置するように、母材１、２を水平方向に対して傾けた状態で、開先３内にフラックスＦを充填し、フラックスＦによって、溶融スラグＳおよび溶融金属ｍを前側から覆いながらエレクトロスラグ溶接するようにした。
この場合、溶融金属ｍは溶融スラグＳよりも比重が大きいので、溶融金属ｍは溶融スラグＳおよびフラックスＦによって開先３内で傾斜方向上側（溶接ワイヤ８および上側冷却部材５の進行方向前側）が覆われる。これによって、溶融金属ｍが開先３から傾斜方向上側に流れるのを抑えることができる。したがって、上側冷却部材５の進行方向前側で溶融金属ｍが凝固して上側冷却部材５の移動を妨げるのを抑えることができる。したがって、エレクトロスラグ溶接を確実に行うことができる。
【００３４】
また、エレクトロスラグ溶接する工程では、溶接ワイヤ８は、フラックスＦを通して先端部８ａを上側冷却部材５よりも下方に配置するようにした。この場合、溶融金属ｍが、上側冷却部材５の進行方向前側に位置することがない。したがって、冷却固化した溶融金属ｍによって、上側冷却部材５の移動が妨げられるのを抑え、エレクトロスラグ溶接を確実に行うことができる。
【００３５】
また、エレクトロスラグ溶接する工程では、溶融スラグＳは、開先３内において溶融金属ｍに対して進行方向前側に位置する部分から進行方向後側に流れ、溶融金属ｍと上側冷却部材５との間で冷却される。この場合、上側冷却部材５と溶融金属ｍとの間に凝固スラグＳｇが形成される。上側冷却部材５と溶融金属ｍとの間に凝固スラグＳｇが介在することで、エレクトロスラグ溶接を確実に行うことができる。
【００３６】
また、エレクトロスラグ溶接する工程では、母材１、２の上面１ｂ、２ｂ上における開先３の両側に、溶融金属ｍが広がるのを抑える湯止め部材６、６を設けるとともに、上側冷却部材５を、母材１、２の上面１ｂ、２ｂ上に湯止め部材を介して配置した。この場合、溶融金属ｍを母材１、２の上面１ｂ、２ｂよりも上方に盛り上げ、溶融金属ｍが冷却固化して形成される溶接ビードＢに、余盛りを形成することができる。
【００３７】
また、エレクトロスラグ溶接する工程では、母材１、２の水平面に対する傾斜角度θは、２０°以下とした。これにより、溶融スラグＳは、溶融スラグＳよりも比重が大きい溶融金属ｍの上側にその多くを流すことができる。
【００３８】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態において、溶接ワイヤ８は、先端部８ａを上下に振りながら溶接を行うようにしても良く、さらに、溶接ワイヤ８は、母材１、２の板厚が大きい場合等、複数本を設けるようにしても良い。
【００３９】
また、溶接ワイヤ８の挿入位置と上側冷却部材５とを固定し、母材１、２を矢印Ｙで示す方向と逆に動くようにしても良い。すなわち、溶接ワイヤ８と上側冷却部材５とが、母材１、２に対して相対的に同一方向に移動された形態を適宜採用することが可能である。
さらには、上記実施形態では、フラックスＦを、あらかじめ開先３内の全長にわたって充填し、それに伴い、下側冷却部材４を、開先３の下に沿って連続する板状に形成し、開先３内の全長にわたって設けているが、本発明はこれに限られない。例えば、フラックスＦを、溶接の進行に合わせて開先３内に充填するような場合には、下側冷却部材４を、開先３内にフラックスＦを充填しておくに十分な長さを有する長さに短くして、溶接の進行に合わせて移動できる構造にしても良い。
【００４０】
なお母材としては、例えば前記実施形態に示した母材１、２のような平らな鋼板や、図３に示す母材１０のような、鋼管など曲率を持った鋼板などが挙げられる。図３に示す母材１０を溶接するときに、例えば、平らな鋼板を円管状に加工した後、母材１０における周方向の端部同士を突き合せた開先３についてエレクトロスラグ溶接する。この場合、母材１０の曲率が、溶接方向に直交する方向に付けられている。そして、母材１０の中心軸線Ｏが水平方向に対して傾けられていて、水平面に対する中心軸線Ｏの傾斜角度が前述の傾斜角度θとなる。
【００４１】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１、２  母材
１ｂ，２ｂ  上面（表面）
３  開先
４  下側冷却部材
５  上側冷却部材
６  湯止め部材
８  溶接ワイヤ
８ａ  先端部
Ｂ  溶接ビード
Ｆ  フラックス
ｍ  溶融金属
Ｓ  溶融スラグ
Ｓｇ  凝固スラグ
Ｗｍ  溶接金属
【図１】
2017051967.tif 000003
【図２】
2017051967.tif 000004
【図３】
2017051967.tif 000005