(57)【要約】      （修正有）【課題】経済的負担が大きい二次的な作業を発生させることなく作製でき、溶接ワイヤの外周面と摺接する溶接ワイヤ挿通孔の内周面の耐摩耗性を向上した多電極サブマージアーク溶接用のコンタクトチップを提供する。【解決手段】多電極サブマージアーク溶接の溶接トーチに用いられるコンタクトチップであって、Ｃｕ−Ｂｅ合金製の母体２と、該母体のアーク発生側先端部に装着した純度７５％以上のＷ製の先端チップ３と、からなる複合構造のコンタクトチップ。【選択図】図１
2017148855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多電極サブマージアーク溶接の溶接トーチに用いられるコンタクトチップであって、Ｃｕ−Ｂｅ合金製の母体と、該母体のアーク発生側先端部に装着した純度７５％以上のＷ製の先端チップと、からなることを特徴とする多電極サブマージアーク溶接用コンタクトチップ。
【請求項２】
前記先端チップの有する溶接ワイヤ挿通孔の長さが９〜１４ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の多電極サブマージアーク溶接用コンタクトチップ。
【請求項３】
前記母体および前記先端チップの有する溶接ワイヤ挿通孔の径が、挿通する溶接ワイヤ径の１．０６〜１．１２倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の多電極サブマージアーク溶接用コンタクトチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブマージアーク溶接の溶接トーチに用いられるコンタクトチップに関し、より詳しくは、ＵＯＥ鋼管のシーム溶接などの用途に適用して好適な多電極サブマージアーク溶接用のコンタクトチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＵＯＥ鋼管等の溶接鋼管は、素材である鋼板を管状に成形し、成形によって互いに突き合わさった鋼板の幅方向両端部をシーム溶接して製造される。一般に、素材である鋼板は、その板幅方向両端部を開先加工された後、図２に示すように、ＵプレスによるＵ成形とＯプレスによるＯ成形からなるＵＯ成形あるいはベンディング型プレスによるベンディング成形によって管状に成形される。また、シーム溶接には、３電極以上の多電極サブマージアーク溶接が適用され、内面１層溶接および外面１層溶接で行われる。
【０００３】
通常、多電極サブマージアーク溶接の各電極の溶接トーチ５は、図３に示すように、給電ケーブル８の接続部を有する管状の導電体（エクステンションノズル）４とその先端部分に取り付けられた溶接ワイヤ挿通孔を有するコンタクトチップ１からなる。この溶接ワイヤ挿通孔に溶接ワイヤの供給装置（図示せず）から送り込まれた溶接ワイヤ６を挿通させて、コンタクトチップ１に溶接ワイヤ６が接触することによって溶接ワイヤ６に電力が供給され、溶接ワイヤ６と被溶接部１０との間にアーク７を発生させて溶接が行われる。
【０００４】
前記シーム溶接においては、鋼管の長手方向に亘って均一に溶接するため、連続的に溶接ワイヤを供給し、連続してアークを発生させて溶接が行われる。このような連続溶接では、コンタクトチップと溶接ワイヤの接触によって溶接ワイヤの外周面と摺接するコンタクトチップの内面（溶接ワイヤ挿通孔の内周面）が摩耗し、コンタクトチップの溶接ワイヤ挿通孔の径が拡大して溶接ワイヤに適正な電流が流れなくなり、溶接が不安定になるという問題が発生する。このため、コンタクトチップの取替えを定期的に行う必要があり、コンタクトチップの内面の摩耗が溶接鋼管の生産性を低下させる大きな要因となっていた。
【０００５】
さらに、近年では、石油や天然ガスを輸送するパイプラインが敷設される環境が深海等の過酷な環境となるとともに、輸送圧力も高圧化の傾向にあり、ラインパイプ用として厚肉の溶接鋼管が要望されるようになってきた。厚肉の溶接鋼管をシーム溶接する場合、溶接電流を高くする必要があり、そのために溶接ワイヤの供給速度を大きくする。溶接ワイヤの供給速度が大きくなると、コンタクトチップの内面の摩耗が増大し、上記した問題が顕著となってきた。
【０００６】
また、溶接能率を高める一つの方法として、細径の溶接ワイヤを用いて溶接する方法が開発されてきたが、細径の溶接ワイヤを適用した場合、溶接ワイヤの供給速度が大きくなり、コンタクトチップの内面の摩耗の問題がより顕著となる。
【０００７】
そこで、コンタクトチップの内面の耐摩耗性を改善するための研究が行われ、特許文献１に、銅、銅合金、又はセラミック分散銅のうちのいずれかの材質によって形成された溶接用チップの少なくとも内周面に、該溶接用チップの材質と同等以上の硬度を有する平均粒径４０〜１５０μmの金属粉体ショットを噴射速度１００m/sec以上で噴射して表面強化層を形成し、該表面強化層上に、更に酸化スズ被膜が形成された平均粒径１０〜１００μmのスズ粉体を噴射速度２００m/sec以上で噴射して、前記表面強化層上に酸化スズの半導体被膜を形成する溶接用チップの強化方法およびアーク溶接用トーチ先端に設けるコンタクトチップが開示されている。特許文献１に記載の発明によれば、溶接用チップの内周面に表面強化層と酸化スズからなる半導体被膜を共に形成したことにより、未処理の溶接用チップに対して７〜８倍の長寿命が得られたとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−１８８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、アーク溶接用のコンタクトチップは、内面の耐摩耗性に加えて溶接ワイヤが挿通する溶接ワイヤ挿通孔の径を溶接ワイヤの径に対応して精密に設計、加工されたものである必要があるところ、特許文献１に記載された技術では、コンタクトチップの内面の耐摩耗性は向上するが、スズ粉体を噴射してコンタクトチップの内面に形成される半導体被膜の膜厚を厳密に管理することは容易ではなく、そのために追加の作業が発生し、経済的負担が大きくなるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、コンタクトチップの狭い内面に粉末を噴射するような経済的負担が大きい二次的な作業を発生させることなく作製でき、溶接ワイヤの外周面と摺接する溶接ワイヤ挿通孔の内周面の耐摩耗性を向上した多電極サブマージアーク溶接用のコンタクトチップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上述の課題を解決するため、ＵＯＥ鋼管の溶接に使用され、摩耗によって使用不可能と判定されたコンタクトチップの内面の摩耗状況を詳細に調査した結果、摩耗は溶接ワイヤの出側すなわちアーク発生側の先端部から約９ｍｍまでの範囲で著しく、エクステンションノズル側ではほとんど摩耗していないという知見が得られた。
【００１２】
そこで、図１に示すように、コンタクトチップのアーク発生側の先端部分に、コンタクトチップの母体とは異なる種々の金属素材からなるチップ（以下、先端チップという）をねじ込み式で取り付けた複合構造のコンタクトチップを作製し、ＵＯＥ鋼管のシーム溶接に用いられる４電極サブマージアーク溶接機の第１電極の溶接トーチに適用してシーム溶接実験を行い、鋭意検討した結果、以下の要旨からなる発明を完成した。
（１）多電極サブマージアーク溶接の溶接トーチに用いられるコンタクトチップであって、Ｃｕ−Ｂｅ合金製の母体と、該母体のアーク発生側先端部に装着した純度７５％以上のＷ製の先端チップと、からなることを特徴とする多電極サブマージアーク溶接用コンタクトチップ。
（２）前記先端チップの有する溶接ワイヤ挿通孔の長さが９〜１４ｍｍであることを特徴とする（１）に記載の多電極サブマージアーク溶接用コンタクトチップ。
（３）前記母体および前記先端チップの有する溶接ワイヤ挿通孔の径が、挿通する溶接ワイヤ径の１．０６〜１．１２倍であることを特徴とする（１）または（２）に記載の多電極サブマージアーク溶接用コンタクトチップ。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、溶接ワイヤの外周面と摺接するコンタクトチップの内面（溶接ワイヤ挿通孔の内周面）の摩耗を抑制でき、溶接ワイヤの供給速度が大きい溶接においても、溶接電流が安定して溶接品質の優れたシーム溶接が可能となるとともに、コンタクトチップの交換頻度が低減することによりシーム溶接の稼働率が向上する。
【００１４】
したがって、厚肉の溶接鋼管の溶接品質向上ならびに生産性向上および製造コスト低減に多大に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のコンタクトチップを模式的に示す図である。
【図２】溶接鋼管の製造方法を模式的に示す図である。
【図３】溶接トーチを用いたアーク溶接を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。
図１は、本発明のコンタクトチップを模式的に示す図である。サブマージアーク溶接に用いられてきた従来のコンタクトチップは、ＣｕまたはＣｕ合金製の一体型であった。これに対し、本発明では、図１に示すように、アーク発生側の先端部に耐摩耗性に優れたＷを素材として作製された長さＬの先端チップ３を有する複合型のコンタクトチップ１とする。前記先端チップ３は、Ｃｕ−Ｂｅ合金製の従来型コンタクトチップ（以下、母体２ともいう）のアーク発生側先端部と同一の内外径を有する円筒形状であって、前記母体２のアーク発生側先端部にねじ込み式など任意の方法で装着することができる。前記母体２の素材は、導電性に優れ、かつ耐摩耗性を有するＣｕ−Ｂｅ合金とする。特に、ＪＩＳ規格品で入手が容易であり、優れた導電性と耐摩耗性を有する、質量％で、Ｂｅ：０．２〜０．６％、Ｎｉ：１．４〜２．２％を含有し、（Ｃｕ＋Ｂｅ＋Ｎｉ）：９９．５％以上の組成であるＣｕ−Ｂｅ合金（ＪＩＳ  Ｈ  ３１３０規格  Ｃ１７５１「ばね用低ベリリウム銅」）が望ましい。また、前記先端チップ３の素材は、耐摩耗性に優れた純度７５％以上のＷとする。純度７５％未満のＷではサブマージアーク溶接用の先端チップとして使用した場合に、所望の耐摩耗性が得られない。より好ましいＷの純度は、８０〜９５％であり、さらに好ましくは、８２〜８８％である。
【００１７】
さらに、前記先端チップ３の有する溶接ワイヤ挿通孔の長さＬは、９〜１４ｍｍであることが好ましい。長さＬが９ｍｍ未満では、前記Ｃｕ−Ｂｅ合金製の母体部分が前述した摩耗が著しい領域に存在することになり、局所的に偏摩耗が発生する。また、長さＬが１４ｍｍ超えになると、高価なＷの使用量が多くなるとともに、通電性の確保の点で問題になる場合がある。
【００１８】
また、前記母体２および前記先端チップ３の有する溶接ワイヤ挿通孔の径ｄは、挿通する溶接ワイヤ径Ｄの１．０６〜１．１２倍であることが好ましい。径ｄが溶接ワイヤ径Ｄの１．０６倍未満では、詰りによる溶接ワイヤの送給不良が発生し、溶接が突発的に停止される場合がある。また、径ｄが溶接ワイヤ径Ｄの１．１２倍超えになると通電不良が発生し、アーク溶接が不安定となる。
【実施例】
【００１９】
表１に示す種々の金属素材ならびに寸法からなる母体と先端チップを有する図１に示すような複合構造のコンタクトチップを作製し、４電極サブマージアーク溶接機の第１電極に供して、表１に示す溶接条件で外径５５８．８ｍｍ、肉厚２５．４ｍｍ、管長１２ｍのＵＯＥ鋼管（ＡＰＩ規格  ５Ｌ  Ｘ８０Ｍ  ＰＳＬ２相当）のシーム溶接を行った。なお、表１において、母体の金属素材Ｃｕ−ＣｒおよびＣｕ−Ｂｅは、それぞれ表２に示す組成のＣｕ合金であり、Ｗの純度を示す高、中、低は、それぞれ高：７５％以上、中：７０％以上７５％未満、低：７０％未満の純度を意味する。
【００２０】
また、各実施例において、コンタクトチップの評価を以下の項目および評価基準で行った。
・通電性
連続して１０本の鋼管のシーム溶接を行った際に、通電不良が無く安定して溶接が続けられた場合の評価を○とし、通電不良によって不安定な溶接になった場合を×とした。
・溶接ワイヤ送給性
連続して１０本の鋼管のシーム溶接を行った際に、送給不良の発生がなかった場合の評価を○とし、送給不良が発生して溶接を中断した場合を×とした。
・耐摩耗性
鋼管８０本（溶接長：約１０００ｍ）の溶接を行った際に、コンタクトチップを摩耗によって交換した頻度が、従来のコンタクトチップの場合の交換頻度を１．０として、０．７５未満の場合を○、０．７５以上１．０未満の場合を△とし、１．０以上の場合を×とした。
【００２１】
表１に示すように、本発明例は、通電性、溶接ワイヤ送給性、および耐摩耗性のいずれも優れた結果であった。一方、比較例は、上記特性のいずれかにおいて×または△の評価となっており、溶接不良の発生ないしはコンタクトチップの寿命が短かった。
【００２２】
なお、上記実施例では、４電極サブマージアーク溶接機の第１電極に用いて比較的細径（４．３ｍｍ以下）の溶接ワイヤで溶接した場合について示したが、第１電極への適用に限られるものでなく、第２〜第４電極へも適用できることはいうまでもない。また、細径ワイヤを用いた溶接だけでなく、ワイヤ径が４．８〜６．４ｍｍの溶接ワイヤを用いた溶接の場合にも適用可能である。
【００２３】
そこで、４電極サブマージアーク溶接機の各電極の溶接トーチに本発明のコンタクトチップを用いて、外径５５８．８ｍｍ、肉厚２５．４ｍｍ、管長１２ｍのＵＯＥ鋼管（ＡＰＩ規格  ５Ｌ  Ｘ８０Ｍ  ＰＳＬ２相当）を製造した場合、従来法と比較して、シーム溶接の稼働率が１０％向上し、鋼管の生産性が３％向上した。
【００２４】
【表１】
2017148855.tif 000003
【００２５】
【表２】
2017148855.tif 000004
【符号の説明】
【００２６】
１    コンタクトチップ
２    母体
３    先端チップ
４    導電体（エクステンションノズル）
５    溶接トーチ
６    溶接ワイヤ
７    アーク
８    給電ケーブル
９    溶接電源
１０  被溶接部（鋼管）
【図１】
2017148855.tif 000005
【図２】
2017148855.tif 000006
【図３】
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