(57)【要約】【課題】溶接開始までの時間を短縮し、シールドガスの使用量を削減できるバックシールド治具及びその治具を使用した溶接方法を提供する。【解決手段】本発明のバックシールド治具は、一方の面が開口された箱形状であるシールドガスボックスと、シールドガスボックスの内部にシールドガスを供給するガス供給部と、シールドガスボックスと接続され、磁石に吸着可能であり、回転するローラー部と、磁力を有する操作用磁石ユニットと、を備える。シールドガスボックスは、被溶接部材の背面側の溶接部周辺領域を覆う。操作用磁石ユニットは、被溶接部材の表面に沿って移動されることにより、シールドガスボックスを移動させるものである。【選択図】図３
2017051988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面が開口された箱形状であるシールドガスボックスと、
該シールドガスボックスの内部にシールドガスを供給するガス供給管と、
前記シールドガスボックスと接続され、磁石に吸着可能であり、回転するローラー部と、
被溶接部材を間に介し、前記ローラー部を磁力により吸引する操作用磁石ユニットと、を備え、
前記シールドガスボックスは、
前記被溶接部材の溶接部の一部の背面側周辺領域を覆い、
前記操作用磁石ユニットは、
前記被溶接部材の表面に沿って移動されることにより、前記シールドガスボックスを移動させる、バックシールド治具。
【請求項２】
前記シールドガスボックスは、
前記シールドガスボックスの開口部の縁の全周に設けられ、前記被溶接部材の面に追従して接触可能な接触部材を備える、請求項１に記載のバックシールド治具。
【請求項３】
前記操作用磁石ユニットは、
磁力を調節することができる、請求項１又は２に記載のバックシールド治具。
【請求項４】
前記操作用磁石ユニットは、
前記被溶接部材との接触面全体が、前記被溶接部材と均等に距離を取るように非磁性体のシートが固定されている、請求項１〜３の何れか１項に記載のバックシールド治具。
【請求項５】
前記操作用磁石ユニットは、
前記被溶接部材と接触する回転体を備え、前記被溶接部材の表面上に沿って前記操作用磁石ユニットが移動可能である、請求項１〜３の何れか１項に記載のバックシールド治具。
【請求項６】
一方の面が開口された箱形状であるシールドガスボックスと、
該シールドガスボックスの内部にシールドガスを供給するガス供給部と、
前記シールドガスボックスと接続され、磁石に吸着可能であり、回転するローラー部と、
被溶接部材を間に介し、該ローラー部を磁力により吸引する操作用磁石ユニットと、を備えるバックシールド治具を用いた溶接方法であって、
前記被溶接部材の表側に前記操作用磁石ユニットを設置し、前記被溶接部材の背面側に前記ローラー部を設置し、前記操作用磁石ユニットにより前記被溶接部材を介して前記ローラー部を吸引し、前記シールドガスボックスを前記被溶接部材の溶接部の一部の背面側に設置する、治具設置工程と、
前記シールドガスボックスにシールドガスを供給しながら前記被溶接部材の前記シールドガスボックスに覆われた前記溶接部の一部を溶接する溶接工程と、
前記溶接工程が完了した後に前記操作用磁石ユニットを前記溶接部に沿って移動させる治具移動工程と、を有する溶接方法。
【請求項７】
前記治具移動工程は、
前記操作用磁石ユニットを前記被溶接部材の表面に設置されたガイド部材に沿って移動させる、請求項６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、突き合わせ溶接をする際のガスシールドを行うバックシールド治具及びバックシールド治具を使用した溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、配管等を突き合わせて接合させるには、例えばアーク溶接によって接合させる。アーク溶接は、母材と電極間の放電現象により生ずる熱量により接合面を溶融し接合するものである。溶融した金属は空気中の成分と容易に反応し、気孔の発生や酸化などにより溶接品質を低下させる。そのため、溶融金属近傍から空気を排除し、金属と反応しないガスの雰囲気中で溶接する必要がある。配管の突合わせ溶接の場合、溶接部近傍から空気の雰囲気を排除するために、バックシールドを行う。バックシールドには、例えば不活性ガスであるアルゴンガス等のシールドガス（以降バックシールドで使用するガスをシールドガスと記述する）が使用されている。従来技術においては、配管の内部に気体で膨らむ風船状のバックシールド治具（装置）を設置し、溶接部の配管内部側の空間を風船状のバックシールド治具により区切り、その区切った空間内にシールドガスを供給する。溶接部の配管内部側の空間に、シールドガスが十分に充填された後に溶接作業が開始される。例えば、溶接部の配管内部側の空間にある気体の酸素濃度が１％以下になった後に溶接作業が開始される。
【０００３】
また、特許文献１に開示されているバックシールド装置は、配管の内径よりも一定寸法大きい外径を有するシール部材を有する。シール部材により配管内部の溶接部近傍を区画しシールドガス噴出領域とし、シールドガス噴出領域にシールドガスを供給する。これにより、配管の突き合わせ溶接部の配管内部側にシールドガスを均一に存在させることができる。
【０００４】
特許文献２に開示されている溶接用バックシールド装置は、配管の溶接開先部（突き合わせ部）の内側の配管中心に設置されたガス噴射ノズルを有する。ガス噴射ノズルは、周方向全域にわたってガス噴出孔が備えられている。そのガス噴出孔から全周方向にある配管の溶接開先部に向けてシールドガスを噴出させる。ガス噴射ノズルから噴出するシールドガスは指向性があるため、配管の溶接開先部の溶融金属をシールドガスで覆うことができる。
【０００５】
また、特許文献２に開示されている溶接用バックシールド装置においては、ガス噴出ノズルは特定の方向のみにガス噴出孔が備えられており、さらにガス噴出ノズルを駆動機構により回転させることができるようになっている。これにより溶接用トーチが配管の周りを回転する動きに同期してガス噴出孔の方向が動くようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１０６０２０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４６７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来技術のバックシールド治具及び特許文献１に開示されているバックシールド装置においては、シールドガス噴出領域の容量が大きいため、シールドガスがシールドガス噴出領域に充填されるまでに時間がかかる。これにより溶接を開始するまでの時間がかかってしまうという課題があった。
【０００８】
また、特許文献２に開示されている溶接用バックシールド装置は、配管の溶接開先部にシールドガスを直接吹き付ける構成であるため、溶接部をシールドガスで覆うためには、吹き付けるガスの方向の精度が必要である。また、特許文献２の溶接用バックシールド装置は、シールドガスが溶接部に当たった後に周囲に拡散するため、溶接部をシールドガスで覆うためには、使用するシールドガスの量を多くする必要がある。さらに、ガス噴出孔を特定の方向のみに設けている場合には、ガス噴出ノズルを溶接用トーチの動きに精度良く同期させないと溶接部周辺の雰囲気から酸素を除くことができないという課題があった。
【０００９】
本発明は、上述のような課題を背景としてなされたものであり、シールドガスとして不活性ガスを使用する溶接において、従来よりも溶接開始までの時間を短くするとともに、シールドガスの使用量を抑えつつ溶接する領域の裏面側を確実にバックシールドすることができるバックシールド治具及びこのバックシールド治具を使用した溶接方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のバックシールド治具は、一方の面が開口された箱形状であるシールドガスボックスと、該シールドガスボックスの内部にシールドガスを供給するガス供給管と、前記シールドガスボックスと接続され、磁石に吸着可能であり、回転するローラー部と、被溶接部材を間に介し、前記ローラー部を磁力により吸引する操作用磁石ユニットと、を備え、前記シールドガスボックスは、前記被溶接部材の溶接部の一部の背面側周辺領域を覆い、前記操作用磁石ユニットは、前記被溶接部材の表面に沿って移動されることにより、前記シールドガスボックスを移動させる。
【００１１】
本発明の溶接方法は、一方の面が開口された箱形状であるシールドガスボックスと、該シールドガスボックスの内部にシールドガスを供給するガス供給部と、前記シールドガスボックスと接続され、磁石に吸着可能であり、回転するローラー部と、被溶接部材を間に介し、該ローラー部を磁力により吸引する操作用磁石ユニットと、を備えるバックシールド治具を用いた溶接方法であって、前記被溶接部材の表側に前記操作用磁石ユニットを設置し、前記被溶接部材の背面側に前記ローラー部を設置し、前記操作用磁石ユニットにより前記被溶接部材を介して前記ローラー部を吸引し、前記シールドガスボックスを前記被溶接部材の溶接部の一部の背面側に設置する、治具設置工程と、前記シールドガスボックスにシールドガスを供給しながら前記被溶接部材の前記シールドガスボックスに覆われた前記溶接部の一部を溶接する溶接工程と、前記溶接工程が完了した後に前記操作用磁石ユニットを前記溶接部に沿って移動させる治具移動工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、溶接作業をしている溶接作業者の手の届かない背面側に設置されたバックシールド治具を、操作用磁石ユニットを操作することにより、容易に操作することができる。これにより、バックシールド治具を溶接作業をする部分の被溶接部材の背面側に設置することができるため、実際に溶接作業がされる溶接箇所の一部分の周辺のみを覆う構成にすることができる。この構成を取ることにより、シールドガスを充填させる領域を小さくできるため、溶接作業開始までの準備時間を短くすることができる。また、溶接作業がされる溶接部の一部分の周辺のみを覆うことにより、シールドガスを溶接により溶融している部分に集中して充填することができる。これにより、シールドガスの使用量を抑えつつ溶接品質を確保することができる。以上により、溶接時の工数及び溶接作業にかかるコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るバックシールド治具の使用状態を表した図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るバックシールド治具を構成するバックシールドユニット８０の斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ部の断面におけるバックシールド治具周辺の拡大図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ部の断面を表した図である。
【図５】比較例のバックシールド治具を用いた配管溶接時の断面を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。符号に添え字（例えば「１０ａ」の「ａ」）が付されている場合、添え字が付されていない符号は、その添え字が付されたもの全体を指すものである。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態１に係るバックシールド治具１００の使用状態を表した図である。図２は、本発明の実施の形態１に係るバックシールド治具１００を構成するバックシールドユニット８０の斜視図である。図３は、図１のＡ−Ａ部の断面におけるバックシールド治具１００周辺の拡大図である。図４は、図１のＢ−Ｂ部の断面を表した図である。実施の形態１におけるバックシールド治具１００は、配管１０の外側に設置される操作用磁石ユニット２０とバックシールドユニット８０とから構成される。バックシールドユニット８０は、ガス供給管３０、シールドガスボックス４０、腕部５０、及びローラー部６０から構成されている。
【００１６】
配管１０ａ及び配管１０ｂは被溶接部材であり、互いに同軸に配置されており、端面１１ａと端面１１ｂとが突き合わせられている。突き合わせられた端面１１ａと端面１１ｂは、例えばＶ形状の開先が形成されている。実施の形態１においては、突き合わせ部が溶接部１２となり、溶接部１２の外周側から溶接トーチ９が当てられ、アーク溶接がされる。なお、開先形状は、Ｖ形状のみに限られず、Ｉ形、Ｙ形、Ｕ形等、溶接部１２に必要とされる溶接品質や溶接作業能率を考慮して適宜決められるものである。
【００１７】
配管１０ａの外周面上に操作用磁石ユニット２０が設置されている。操作用磁石ユニット２０は、内部に設置されているシールドガスボックス４０等のユニットを操作するためのものである。配管１０ａの壁を挟んだ操作用磁石ユニット２０の反対側にはローラー部６０があり、操作用磁石ユニット２０の磁力により配管１０ａの内面に接触している。ローラー部６０から腕部５０が延び、腕部５０にシールドガスボックス４０が接続されている。シールドガスボックス４０は、溶接部１２の内側に設置される。すなわち、アーク溶接の溶接トーチ９が配管１０ａ及び配管１０ｂの外周側から当てられるとすると、溶接トーチ９側からみて溶接部１２の背面側にシールドガスボックス４０が設置されるようになっている。
【００１８】
（シールドガスボックス４０）
シールドガスボックス４０は、配管１０の内壁側が開口されている箱形になっている。開口の縁には、全周に接触部材４１が取り付けられている。接触部材４１は、配管１０の内壁の形状に沿うように柔軟性のある材質からできており、シールドガスボックス４０内に供給されたシールドガスが、シールドガスボックス４０内に充填されるように、極力外部に漏れ出ないようにされている。実施の形態１においては接触部材４１として例えば長さ３ｍｍ程度の厚さの薄い耐熱シートが用いられている。
【００１９】
シールドガスボックス４０に取り付けられた接触部材４１は、配管１０の軸方向から見ると、配管１０の内壁に沿った円弧形状になっている。接触部材４１は、配管１０との寸法誤差等により形状が合わない場合や、配管１０ａと配管１０ｂとの間寸法誤差により段差がある場合もあるが、柔軟性を有する材質でできているため、配管１０の内壁面に追従する。なお、接触部材４１が無い場合であっても、シールドガスボックス４０の縁を被溶接部材に接触させたときにシールドガスが大量に漏れないように構成できれば、溶接のバックシールドは可能である。ただし、シールドガスボックス４０と被溶接部材とによる密閉性が良くない場合は、シールドガスの使用量は、接触部材４１が設けられている場合より多くなる可能性がある。
【００２０】
また、シールドガスボックス４０の内周側の面、すなわち図２、図３及び図４においてシールドガスボックス４０の下側の面には、ガス供給管３０が取り付けられている。ガス供給管３０は、配管１０の端から引き出され、外部からシールドガスが供給される。シールドガスボックス４０内には、内部の領域を外周側と内周側との２つの領域に仕切る拡散板４２が設置されている。拡散板４２は、薄い板であり、全面に穴が設けられ、シールドガスボックス４０内の内周側の領域に供給されたシールドガスを外周側の領域に均等に拡散するようになっている。
【００２１】
実施の形態１において、シールドガスボックス４０及び拡散板４２の材質には、例えばアルミニウムが用いられている。これは、実施の形態１においては、バックシールド治具１００は、操作用磁石ユニット２０を溶接作業者の手により操作して移動させるものであるため、軽量であるほうが有利だからである。また、シールドガスボックス４０は、溶接部１２の近傍にあるため、熱に強い必要があるからである。さらには、シールドガスボックス４０が操作用磁石ユニット２０にくっついてしまうと、溶接作業者が正常に操作できないため、非磁性体である必要があるからである。なお、軽量で熱に強く、非磁性体であれば、材質はアルミニウムに限られない。
【００２２】
（ローラー部６０）
ローラー部６０は、回転軸を配管１０の中心軸と平行に設置されている。ローラー部６０は、操作用磁石ユニット２０により配管１０ａの内壁に吸着され、内壁に接触しながら回転移動する。ローラー部６０は、外周は回転する円筒部になっており、回転軸の周りを回転する。円筒部分と回転軸との間には、例えばベアリング（図示せず）が設置され、円筒部は円滑に回転する構造にされている。ただし、この構成に限られず、円筒部分と回転軸との間は、円滑に回転する構造であれば、円筒部分に回転軸を通しただけの滑り軸受により構成してもよい。ローラー部６０は、その半径に対し軸方向長さが長く設定されており、回転移動する際にローラー部６０の回転軸の方向がずれにくく、溶接部１２に対し平行に移動するようになっている。実施の形態１においては、ローラー部６０の直径は、例えば３０ｍｍ程度に設定され、回転軸方向の寸法は、例えば５５ｍｍに設定されている。なお、ローラー部６０の回転軸方向の寸法は、操作用磁石ユニット２０の幅（配管１０の中心軸方向の長さ）と同程度に設定されている。ローラー部６０の材質は、例えば鉄である。ただし、操作用磁石ユニット２０により吸着でき、配管１０の内壁に接触し、回転移動できれば他の磁性体でも良い。
【００２３】
（腕部５０）
腕部５０は、ローラー部６０とシールドガスボックス４０との距離を離すようにして設けられている。シールドガスボックス４０とローラー部６０の距離が近いと、溶接部１２と操作用磁石ユニット２０との距離が近くなり、溶接の熱の影響により操作用磁石ユニット２０の磁力が劣化してしまう可能性があるためである。実施の形態１においては、腕部５０の長さは例えば７０ｍｍに設定されているが、腕部５０の長さ寸法は、磁石の耐熱性、溶接装置の仕様に応じて、磁石の熱による劣化が無く、かつバックシールド治具１００の操作性を考慮して、適宜設定することができる。腕部５０の材質は、例えばアルミニウムにより構成されている。シールドガスボックス４０と同様に、材質は軽量で熱に強く非磁性体であれば、アルミニウムに限られない。
【００２４】
（操作用磁石ユニット２０）
操作用磁石ユニット２０は、溶接作業者が掴んでバックシールド治具１００を移動操作するためのハンドルが上部についている。また、ハンドルは、作業者が上下に操作することにより、磁力を調節できるように構成されている。例えば、操作用磁石ユニット２０の内部には２つの磁石が直列に配置されており、２つの磁石のうち一方の磁石の極性を反転させることができる構造になっている。一方の磁石の極性が他方の磁石に対し反転していれば、操作用磁石ユニット２０は外部への磁界が無くなり、ローラー部６０が配管１０の内壁から離れる。２つの直列した磁石の極性が同じ方向を向いていれば、操作用磁石ユニット２０は外部への磁界が生じ、ローラー部６０を配管１０の内壁に接触した状態で保持できる。
【００２５】
操作用磁石ユニット２０の内部に組み込まれている磁石の磁力が強い程バックシールド治具１００は小型軽量に構成することができ、溶接作業者にとって操作性が良くなる。例えば、磁石の材質を選定し、磁力を強くし、操作用磁石ユニット２０を小型軽量に構成することができる。なお、磁石の寸法を大きくすれば磁力の小さい材質であっても操作用磁石ユニット２０に使用することができる。なお、操作用磁石ユニット２０の構成は、これだけに限られない。磁力によりローラー部６０を吸引することができれば良い。また、操作用磁石の磁力の調整については、磁力が全くない状態から磁力が最大となるまでの範囲について段階的に又は連続的に調整可能であっても良いし、単純に磁力の有無の切替ができるだけであっても良い。
【００２６】
（配管１０）
実施の形態１のバックシールド治具１００を使用して溶接されている配管１０は、透磁率が低いステンレス製である。しかし、被溶接部材の材質はステンレスに限られるものではない。例えば、被溶接部材が透磁率の高い鋼である場合、ローラー部６０は、配管１０の外側にある操作用磁石ユニット２０側に吸着される力が強くなり、バックシールドユニット８０は、配管１０の内壁に接した状態で保持しやすくなる。この場合は、操作用磁石ユニット２０の磁力が小さくてもバックシールドユニット８０を配管１０の内壁に接した状態で保持しやすいため、操作用磁石ユニット２０を小さくすることも可能である。また、配管１０は、非磁性体でも良く、アルミニウムなどの他の金属であってもバックシールド治具１００が使用可能である。さらには、非金属、例えばプラスチックなどの配管であってもバックシールド治具１００は使用可能である。
【００２７】
配管１０の材質が強磁性、例えば配管１０の材質が鉄である場合、操作用磁石ユニット２０の磁力によっては配管１０の外壁に吸着して溶接作業者の手作業では動かしにくくなる可能性がある。その場合は、操作用磁石ユニット２０の内部にある２つの磁石のうち一方の極性の方向を回転させ、操作用磁石ユニット２０の磁界を弱める調整をすることによりバックシールドユニット８０を配管１０の内壁に接した状態で保持しつつ、操作用磁石ユニット２０を操作しやすくすることができる。また、その他に、操作用磁石ユニット２０の配管１０と接触する面にシートを貼り付けることにより、操作用磁石ユニット２０の配管１０と接触する面が配管１０の外壁面から均等に離れるようにして磁力を調整することもできる。さらには、操作用磁石ユニット２０の磁力が強い場合でも、操作用磁石ユニット２０の配管１０との接触面に、ローラー又は車輪等の回転体を設け、操作用磁石ユニット２０を配管１０の外壁面に沿って移動させるときの抵抗を少なくすることにより、操作性を向上させることができる。
【００２８】
また、実施の形態１のバックシールド治具１００を使用して溶接されている配管１０は、例えば、管壁の厚みは４ｍｍ〜１２．７ｍｍの範囲内である。ただし、操作用磁石ユニット２０の磁力及び配管１０の透磁率に応じ、バックシールドユニット８０を配管１０の内壁に接した状態で保持し、移動させることができれば、管壁はさらに厚くても薄くても良い。
【００２９】
（バックシールド治具１００による溶接方法）
以下に、バックシールド治具１００を用いた溶接方法について説明する。
【００３０】
まず、被溶接物である配管１０ａを溶接用の治具の上に設置する。その後、配管１０ａの外周の上部に操作用磁石ユニット２０を設置し、磁界を発生させておく。
【００３１】
配管１０ａの溶接しない側の端部からバックシールドユニット８０を挿入し、配管１０ａの壁を挟んで操作用磁石ユニット２０がある配管１０ａの内壁に設置する。バックシールドユニット８０のローラー部６０の回転軸が配管１０ａの中心軸と平行になるように設置し、操作用磁石ユニット２０の磁界により内壁に接触保持されるようにする。
【００３２】
配管１０ｂを溶接用の治具の上に設置し、配管１０ａと配管１０ｂとが開先が形成された端部同士を突き合わせるようにする。その後、バックシールドユニット８０のシールドガスボックス４０が溶接部１２の内側に来るように、操作用磁石ユニット２０の位置（配管１０ａの中心軸方向の位置）を調整する。図３に示される断面において、シールドガスボックス４０の概略中央に溶接部１２が位置するように調整する。以上が治具設置工程である。
【００３３】
次に、シールドガスボックス４０にガス供給管３０からシールドガスを供給するガス供給工程を行う。
【００３４】
シールドガスをシールドガスボックス４０内に供給して、１分経過後に溶接工程を開始する。溶接開始するまでの時間は、シールドガスボックス４０の寸法、シールドガスの流量により変化する。実施の形態１においては、例えば、シールドガスボックス４０の寸法は、図４に表された方向から見て、配管１０の半径方向が３０ｍｍで、配管１０の円周方向の寸法が１８０ｍｍである。また、シールドガスボックス４０の寸法のうち配管１０の中心軸方向の寸法は、例えば、５５ｍｍである。配管１０の円周方向のシールドガスボックス４０の寸法は、一度に溶接作業ができる長さを目安に適宜設定されている。溶接工程では溶接部１２のうち、内側がシールドガスボックス４０により覆われている部分の溶接を行う。
【００３５】
溶接部１２のうち、内側がシールドガスボックス４０により覆われている部分の溶接が完了したら、溶接作業者は操作用磁石ユニット２０のハンドル部を掴み、溶接部１２のうちまだ溶接が完了していない部位にシールドガスボックス４０を移動させる。つまり、溶接部１２に平行な方向に操作用磁石ユニット２０を配管１０ａの表面を滑らせるようにしてずらしていく。以上が治具移動工程である。シールドガスボックス４０が移動したら溶接を開始する。
【００３６】
以上の、溶接工程及び治具移動工程を配管１０の全周にわたり溶接が完了するまで繰り返す。溶接を複数回繰り返し、溶接ビードを複数層重ねる必要がある場合には、さらにその回数分の溶接工程及び治具移動工程を繰り返す。
【００３７】
（比較例）
図５は、比較例のバックシールド治具２００を用いた配管溶接時の断面を表した図である。ここで、図５を用いて比較例としての従来技術の配管溶接について説明する。風船状のバックシールド治具２００の両端にある外径の大きい部分である大径部１８０ａ及び大径部１８０ｂを溶接部１１２の両側に配置する。大径部１８０は、膨らんで配管１１０ａ及び配管１１０ｂの内壁に接触し、配管１１０の内部を区切る。大径部１８０ａ、大径部１８０ｂ、配管１１０ａ、及び配管１１０ｂにより囲まれた溶接部１１２の背面側の空間には、ガス供給管１３０からシールドガスが充填される。シールドガスが充填されると、溶接部１１２、バックシールド治具２００に設けられた空気排出部１８１から空気が排出され、酸素濃度が下がる。酸素濃度が十分下がったのを確認してから、溶接部１１２の溶接作業を開始する。比較例のバックシールド治具２００は、溶接部１１２の全周にわたって配管１１０の内側の領域にシールドガスを充填するものであるため、シールドガスが充填された後はバックシールド治具２００を動かすことなく溶接部１１２全周を溶接できる。
【００３８】
（実施の形態１の効果）
実施の形態１のバックシールド治具１００は、一方の面が開口された箱形状であるシールドガスボックス４０と、シールドガスボックス４０の内部にシールドガスを供給するガス供給管３０と、シールドガスボックス４０と接続され、磁石に吸着可能であり、回転するローラー部６０と、被溶接部材を間に介し、ローラー部６０を磁力により吸引する操作用磁石ユニット２０と、を備える。シールドガスボックス４０は、被溶接部材の溶接部１２の一部の背面側周辺領域を覆う。そして操作用磁石ユニット２０は、ローラー部６０との間に被溶接部材を挟んで吸着し、当該操作用磁石ユニット２０が移動されることにより、シールドガスボックス４０を移動させるものである。なお、被溶接部材は、実施の形態１においては配管１０である。この構成においては、バックシールド治具１００は、ローラー部６０が設けられており、被溶接部材を挟んでローラー部６０を操作用磁石ユニット２０に吸着させることができる。そのため、配管１０の外部からシールドガスボックス４０の移動が容易に可能とされている。これにより、上記の比較例のバックシールド治具２００と比較してシールドガスを充填する領域であるシールドガスボックス４０を小さくすることができ、短時間で溶接部周辺の雰囲気中から酸素を除くことができる。これにより、比較例のバックシールド治具２００に対し、シールドガスボックス４０へのシールドガス供給を開始してから溶接作業を開始できるまでの時間を短縮することができる。また、溶接作業時に使用するシールドガスの全使用量も削減することができる。例えば、直径８００ｍｍの配管１１０に比較例のバックシールド治具２００を使用した場合は、シールドガスを流し始めてから１時間以上放置し、溶接部周辺の酸素濃度を低下させてから溶接を開始する必要がある。しかし、直径８００ｍｍの配管１０に実施の形態１のバックシールド治具１００を使用した場合は、シールドガスを流し始めてから１分で溶接を開始することができる。以上により、溶接作業の工数及び溶接作業にかかるコストが低減できる。
【００３９】
なお、実施の形態１のバックシールド治具１００においては、操作用磁石ユニット２０を平行に移動させ、溶接部１２の一部の背面側にシールドガスボックス４０があるように設置する必要がある。しかし、配管１０の内部に設置されているシールドガスボックス４０は、溶接作業者からは視認しにくく、操作用磁石ユニット２０も溶接部１２と平行方向だけでなく直角方向にもずれる可能性がある。よって、溶接時にシールドガスボックス４０が適正な位置にあるかどうかがわからない場合がある。これを防止するため、例えば、配管１０の外周面に溶接部１２と平行となるようにリングを嵌める。このリングに沿って操作用磁石ユニット２０を動かすことにより、バックシールド治具１００は、溶接部１２に対し配管１０の中心軸方向にずれること無く、適正にバックシールドすることが可能となる。
【００４０】
実施の形態１においては、配管１０ａと配管１０ｂとを溶接する場合について説明したが、バックシールド治具１００は、円筒形状の配管１０に限らず、大きい平板同士を突き合わせ溶接する場合にも適用することができる。比較例のバックシールド治具２００においては、円筒形状や角形の管のように周囲に壁があり、その壁と風船状のバックシールド治具２００とにより全方向が囲まれた空間を作り、その空間内にシールドガスを充填させる必要がある。しかし、実施の形態１のバックシールド治具１００は、箱形状のシールドガスボックス４０のうち開口した一方向の面に被溶接部材を接触させることにより、全方向が囲まれた空間を作り、その空間の内部にシールドガスを充填させることができる。つまり、被溶接部材は管に限られず、溶接トーチ９側から見て背面側にバックシールドユニット８０を設置でき、操作用磁石ユニット２０によりバックシールドユニット８０のローラー部６０を被溶接部材に接触した状態で保持でき、シールドガスボックス４０の開口部と被溶接部材とが接触してシールドガスを充填できる空間を形成でき、操作用磁石ユニット２０を被溶接部材の表面上を移動させることができれば、バックシールド治具１００を使用することができる。これにより、管形状以外の被溶接部材であって溶接作業者の手の届かない場所であってもバックシールドして溶接できる。
【００４１】
実施の形態１においては、溶接作業は溶接作業者の手作業で行う前提で説明されているが、自動溶接機にも適用できる。被溶接部材にバックシールド治具１００を設置し、操作用磁石ユニット２０を溶接トーチ９と同期させ、被溶接部材と相対移動するように構成することにより自動溶接も可能となる。実施の形態１のバックシールド治具１００を自動溶接機に適用しても、手作業による溶接と同様に、溶接開始までの時間の短縮及びシールドガスの使用量削減が可能となる。
【符号の説明】
【００４２】
９  溶接トーチ、１０  配管、１０ａ  配管、１０ｂ  配管、１１ａ  端面、１１ｂ  端面、１２  溶接部、２０  操作用磁石ユニット、３０  ガス供給管、４０  シールドガスボックス、４１  接触部材、４２  拡散板、５０  腕部、６０  ローラー部、８０  バックシールドユニット、１００  バックシールド治具、１１０  配管、１１０ａ  配管、１１０ｂ  配管、１１２  溶接部、１３０  ガス供給管、１８０  大径部、１８０ａ  大径部、１８０ｂ  大径部、１８１  空気排出部、２００  （比較例の）バックシールド治具。
【図１】
2017051988.tif 000003
【図２】
2017051988.tif 000004
【図３】
2017051988.tif 000005
【図４】
2017051988.tif 000006
【図５】
2017051988.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月23日(2016.9.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明のバックシールド治具は、一方の面が開口された箱形状であるシールドガスボックスと、該シールドガスボックスの内部にシールドガスを供給するガス供給管と、前記シールドガスボックスと接続され、磁石に吸着可能であり、円筒部が回転軸の周りに回転するローラー部と、被溶接部材を間に介し、前記ローラー部を磁力により吸引する操作用磁石ユニットと、を備え、前記円筒部は、半径よりも軸方向の長さが長く、前記シールドガスボックスは、前記被溶接部材の溶接部の一部の背面側周辺領域を覆い、前記操作用磁石ユニットは、前記被溶接部材の表面に沿って移動されることにより、前記被溶接部材の背面側にある前記円筒部を回転させ、前記シールドガスボックスを移動させる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の溶接方法は、一方の面が開口された箱形状であるシールドガスボックスと、該シールドガスボックスの内部にシールドガスを供給するガス供給部と、前記シールドガスボックスと接続され、磁石に吸着可能であり、円筒部が回転軸の周りに回転するローラー部と、被溶接部材を間に介し、該ローラー部を磁力により吸引する操作用磁石ユニットと、を備えるバックシールド治具を用いた溶接方法であって、前記被溶接部材の表側に前記操作用磁石ユニットを設置し、前記被溶接部材の背面側に前記ローラー部を回転軸が前記被溶接部材の溶接部に直交するように設置し、前記操作用磁石ユニットにより前記被溶接部材を介して前記ローラー部を吸引し、前記シールドガスボックスを前記被溶接部材の前記溶接部の一部の背面側に設置する、治具設置工程と、前記シールドガスボックスにシールドガスを供給しながら前記被溶接部材の前記シールドガスボックスに覆われた前記溶接部の一部を溶接する溶接工程と、前記溶接工程が完了した後に前記操作用磁石ユニットを前記溶接部に沿って移動させる治具移動工程と、を有する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
なお、実施の形態１のバックシールド治具１００においては、操作用磁石ユニット２０を平行に移動させ、溶接部１２の一部の背面側にシールドガスボックス４０があるように設置する必要がある。しかし、配管１０の内部に設置されているシールドガスボックス４０は、溶接作業者からは視認しにくく、操作用磁石ユニット２０も溶接部１２と平行方向だけでなく直角方向にもずれる可能性がある。よって、溶接時にシールドガスボックス４０が適正な位置にあるかどうかがわからない場合がある。これを防止するため、例えば、配管１０の外周面に溶接部１２と平行となるようにリングを嵌める。このリングをガイド部材として、リングに沿って操作用磁石ユニット２０を動かすことにより、バックシールド治具１００は、溶接部１２に対し配管１０の中心軸方向にずれること無く、適正にバックシールドすることが可能となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面が開口された箱形状であるシールドガスボックスと、
該シールドガスボックスの内部にシールドガスを供給するガス供給管と、
前記シールドガスボックスと接続され、磁石に吸着可能であり、円筒部が回転軸の周りに回転するローラー部と、
被溶接部材を間に介し、前記ローラー部を磁力により吸引する操作用磁石ユニットと、を備え、
前記円筒部は、
半径よりも軸方向の長さが長く、
前記シールドガスボックスは、
前記被溶接部材の溶接部の一部の背面側周辺領域を覆い、
前記操作用磁石ユニットは、
前記被溶接部材の表面に沿って移動されることにより、前記被溶接部材の背面側にある前記円筒部を回転させ、前記シールドガスボックスを移動させる、バックシールド治具。
【請求項２】
前記シールドガスボックスは、
前記シールドガスボックスの開口部の縁の全周に設けられ、前記被溶接部材の面に追従して接触可能な接触部材を備える、請求項１に記載のバックシールド治具。
【請求項３】
前記操作用磁石ユニットは、
磁力を調節することができる、請求項１又は２に記載のバックシールド治具。
【請求項４】
前記操作用磁石ユニットは、
前記被溶接部材との接触面全体が、前記被溶接部材と均等に距離を取るように非磁性体のシートが固定されている、請求項１〜３の何れか１項に記載のバックシールド治具。
【請求項５】
前記操作用磁石ユニットは、
前記被溶接部材と接触する回転体を備え、前記被溶接部材の表面上に沿って前記操作用磁石ユニットが移動可能である、請求項１〜３の何れか１項に記載のバックシールド治具。
【請求項６】
前記円筒部は、
軸方向の長さが前記操作用磁石ユニットの幅寸法と同じである、請求項１〜５の何れか１項に記載のバックシールド治具。
【請求項７】
前記円筒部は、
磁性体により構成される、請求項１〜６の何れか１項に記載のバックシールド治具。
【請求項８】
一方の面が開口された箱形状であるシールドガスボックスと、
該シールドガスボックスの内部にシールドガスを供給するガス供給部と、
前記シールドガスボックスと接続され、磁石に吸着可能であり、円筒部が回転軸の周りに回転するローラー部と、
被溶接部材を間に介し、該ローラー部を磁力により吸引する操作用磁石ユニットと、を備えるバックシールド治具を用いた溶接方法であって、
前記被溶接部材の表側に前記操作用磁石ユニットを設置し、前記被溶接部材の背面側に前記ローラー部を回転軸が前記被溶接部材の溶接部に直交するように設置し、前記操作用磁石ユニットにより前記被溶接部材を介して前記ローラー部を吸引し、前記シールドガスボックスを前記被溶接部材の前記溶接部の一部の背面側に設置する、治具設置工程と、
前記シールドガスボックスにシールドガスを供給しながら前記被溶接部材の前記シールドガスボックスに覆われた前記溶接部の一部を溶接する溶接工程と、
前記溶接工程が完了した後に前記操作用磁石ユニットを前記溶接部に沿って移動させる治具移動工程と、を有する溶接方法。
【請求項９】
前記治具移動工程は、
前記操作用磁石ユニットを前記被溶接部材の表面に設置されたガイド部材に沿って移動させる、請求項８に記載の溶接方法。
【請求項１０】
前記治具設置工程は、
前記被溶接部材を円筒形状の２つの配管の中心軸を同軸にして端面を突き合わせて設置する工程を更に備え、
前記ローラー部の前記回転軸を前記配管の前記中心軸に平行に設置される、請求項８又は９に記載の溶接方法。