(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接物の溶接対象部の表側から、前記溶接対象部に対して熱エネルギーおよび光エネルギーから選択されるいずれか一方のエネルギーを付与することで溶接を行う際に、
前記溶接対象部の表側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧とし、前記溶接対象部の裏側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧未満とした状態で溶接を行う溶接工程を含むことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
被溶接物の溶接対象部の表側から、前記溶接対象部に対して熱エネルギーおよび光エネルギーから選択されるいずれか一方のエネルギーを付与することで溶接を行う際に、
前記溶接対象部の表側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧とし、前記溶接対象部の裏側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧未満とした状態で溶接を行う溶接工程を含むことを特徴とする溶接方法（但し、前記溶接対象部の表側に、前記溶接対象部の裏側と連通する気密な空間を形成する場合を除く）。
【請求項３】
被溶接物の溶接対象部の表側から、前記溶接対象部に対して熱エネルギーおよび光エネルギーから選択されるいずれか一方のエネルギーを付与することで溶接を行う際に、
前記溶接対象部の表側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧とし、前記溶接対象部の裏側近傍の雰囲気ガスの圧力をゲージ圧で−０．１ｋＰａ〜−２．０ｋＰａの範囲内とした状態で溶接を行う溶接工程を含むことを特徴とする溶接方法。
【請求項４】
被溶接物の溶接対象部の表側から、前記溶接対象部に対して熱エネルギーおよび光エネルギーから選択されるいずれか一方のエネルギーを付与することで溶接を行う際に、
前記溶接対象部の表側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧とし、前記溶接対象部の裏側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧未満とした状態で溶接を行う溶接工程を含み、
前記溶接工程において、前記溶接対象部の裏側近傍の雰囲気ガスの圧力は、溶接作業中の平均圧力を基準として±０．３ｋＰａの範囲内に維持されることを特徴とする溶接方法。
【請求項５】
前記溶接対象部の裏側近傍の雰囲気ガスが、不活性ガスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の溶接方法。
【請求項６】
前記被溶接物を構成する材料が、ステンレス、チタン、ニッケルおよびジルコニウムから選択されるいずれかの易酸化性材料であることを特徴とする請求項５に記載の溶接方法。
【請求項７】
前記溶接対象部の裏側近傍の雰囲気ガスが、空気であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の溶接方法。
【請求項８】
前記被溶接物を構成する材料が、アルミニウム、鉄および軟鋼から選択されるいずれかの難酸化性材料であることを特徴とする請求項７に記載の溶接方法。
【請求項９】
前記溶接工程において、重力方向と、前記エネルギーを付与する方向との成す角度を変化させつつ溶接を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の溶接方法。
【請求項１０】
前記溶接対象部が、第一の被溶接物の開先側端部と、第二の被溶接物の開先側端部とを突合わせて形成された開先およびその近傍部分を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の溶接方法。
【請求項１１】
前記第一の被溶接物の開先側端部と、前記第二の被溶接物の開先側端部とを突合わせて形成された開先の形状がＩ形であることを特徴とする請求項１０に記載の溶接方法。
【請求項１２】
前記溶接対象部が、第一の板状被溶接物の一方の面に対して、第二の板状被溶接物の端部を突き当てて形成された隅部およびその近傍部分を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶接する場合、被溶接物の溶接対象部について、溶接完了後に凹みや酸化といった溶接欠陥が発生するのを抑制する必要がある。
【０００３】
酸化を防止する方法としては、アルゴンガスなどの不活性ガスをシールドガスとして用いる方法が広く知られている。たとえば、特許文献１には、チャンバ式トーチを金属管の突合せ継手外周部に装着した状態で、金属管内を真空ポンプで減圧しながら溶接する技術が提案されている。この技術では、チャンバ式トーチと突合せ継手外周部とで囲まれた密閉空間内に供給されたシールドガスが、突合せ継手部の隙間から金属管内部へと吸い込まれる。そして、金属管内に吸い込まれたシールドガスがバックシールドガスとして作用し、裏波ビードの酸化を防いで、良好な溶接を可能にする。
【０００４】
また、凹みを防止する方法としては、たとえば、特許文献２記載の技術などが挙げられる。特許文献２記載の技術では、アルミニウム材からなる被溶接材を突き合わせて形成した開先の裏面側に、被溶接材を突き合わせたルート面に沿って形成されたスリット状のガス排出口を備えた裏当て部材を配置した状態で溶接を行う。このため、溶接時に、ガス排出口からシールドガスや空気等のガスが排出されるので、開先の裏面側のガス溜りが低減して、裏ビードにおけるルートコンキャビティ（ルート凹み）が抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−７０３８０号公報
【特許文献２】特開２０１６−１６４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１記載の技術では、通常の溶接トーチの代わりに、専用のチャンバ式トーチを用いる必要がある。さらに、特許文献２記載の技術では、開先の裏面側のガス溜りを低減すべく、被溶接材の寸法形状に正確に対応した裏当て部材を準備した上で、開先の裏面側と裏当て部材のガス排出口との位置合わせを正確に行う必要がある。一方、被溶接材を構成する材料がアルミニウムなどの酸化し難い材料であれば、溶接時の酸化は問題とならない。しかしながら、この場合においても、被溶接物の溶接対象部の裏側の凹みが発生し得る可能性は残り続ける。
【０００７】
したがって、特許文献１〜２等に例示される従来の溶接方法では、溶接作業完了後の溶接対象部の裏側の凹み等の溶接欠陥の発生を抑制できるものの簡便性や汎用性に欠ける傾向にある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、溶接作業完了後の溶接対象部の裏側の凹み等の溶接欠陥の発生を抑制できると共に、簡便性・汎用性にもより優れた溶接方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は以下の本発明により達成される。すなわち、本発明の溶接方法は、被溶接物の溶接対象部の表側から、溶接対象部に対して熱エネルギーおよび光エネルギーから選択されるいずれか一方のエネルギーを付与することで溶接を行う際に、溶接対象部の表側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧とし、溶接対象部の裏側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧未満とした状態で溶接を行う溶接工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の溶接方法の一実施形態は、溶接対象部の裏側近傍の雰囲気ガスが、不活性ガスであることが好ましい。
【００１１】
本発明の溶接方法の他の実施形態は、被溶接物を構成する材料が、ステンレス、チタン、ニッケルおよびジルコニウムから選択されるいずれかの易酸化性材料であることが好ましい。
【００１２】
本発明の溶接方法の他の実施形態は、溶接対象部の裏側近傍の雰囲気ガスが、空気であることが好ましい。
【００１３】
本発明の溶接方法の他の実施形態は、被溶接物を構成する材料が、アルミニウム、鉄および軟鋼から選択されるいずれかの難酸化性材料であることが好ましい。
【００１４】
本発明の溶接方法の他の実施形態は、溶接工程において、重力方向と、前記エネルギーを付与する方向との成す角度を変化させつつ溶接を行うことが好ましい。
【００１５】
本発明の溶接方法の他の実施形態は、溶接対象部が、第一の被溶接物の開先側端部と、第二の被溶接物の開先側端部とを突合わせて形成された開先およびその近傍部分を含むことが好ましい。
【００１６】
本発明の溶接方法の他の実施形態は、第一の被溶接物の開先側端部と、第二の被溶接物の開先側端部とを突合わせて形成された開先の形状がＩ形であることが好ましい。
【００１７】
本発明の溶接方法の他の実施形態は、溶接対象部が、第一の板状被溶接物の一方の面に対して、第二の板状被溶接物の端部を突き当てて形成された隅部およびその近傍部分を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、溶接作業完了後の溶接対象部の裏側の凹み等の溶接欠陥を抑制できると共に簡便性・汎用性にもより優れた溶接方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態の溶接方法の一例を示す模式図である。ここで、図１（Ａ）は、溶接対象部ＷＺに対して熱エネルギー（アークＡ）を付与する前の状態を示す図であり、図１（Ｂ）は、溶接対象部ＷＺに対して熱エネルギー（アークＡ）を付与している最中の状態を示すと共に、図１（Ａ）中に示す溶接対象部ＷＺ近傍を拡大した状態を示す拡大図でもある。
【図２】図１に例示する本実施形態の溶接方法により溶接が完了した後の一例を示す模式断面図である
【図３】従来の溶接方法により溶接が完了した後の一例を示す模式断面図である。
【図４】本実施形態の溶接方法の他の例を示す模式図である。
【図５】従来の溶接方法により溶接が完了した後の他の例を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本実施形態の溶接方法は、被溶接物の溶接対象部の表側から、溶接対象部に対して熱エネルギーおよび光エネルギーから選択されるいずれか一方のエネルギーを付与することで溶接を行う際に、溶接対象部の表側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧とし、溶接対象部の裏側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧未満とした状態で溶接を行う溶接工程（以下、本溶接工程と称す場合がある）を含むことを特徴とする。
【００２１】
本実施形態の溶接方法では、本溶接工程の溶接作業時において、「溶接対象部の表側近傍の雰囲気ガスの圧力＞溶接対象部の裏側近傍の雰囲気ガスの圧力」、という関係が常に維持される。このため溶接対象部の裏側が凹むのを抑制できる。これは、溶接対象部の表側と裏側との間で、表側から裏側の方向へと向かうように圧力差に起因する力が作用するため、溶接対象部の裏側が凹み難くなるためである。
【００２２】
さらに、溶接対象部の裏側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧未満に維持するためには、真空ポンプに加えて、必要に応じて溶接対象部の裏側近傍に密閉空間を形成する簡易な構造の溶接用治具を用いるだけでよい。これに加えて、溶接対象部の表側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧とした状態で溶接が実施される。このため、特許文献１に例示されるように、チャンバ内の圧力が大気圧を超えてしまうシールドガスで満たされるようなチャンバ式トーチなど、汎用性に欠ける複雑な溶接装置を用いる必要が無く、大気圧下にて利用可能な溶接方式であれば、アーク溶接（ティグ溶接、プラズマ溶接、被覆アーク溶接、マグ溶接、ミグ溶接、セルフシールドアーク溶接など）、ガス溶接、レーザー溶接など、熱エネルギー（アーク、火炎など）および光エネルギー（レーザー光など）から選択されるいずれか一方のエネルギーを溶接対象部の表側から溶接対象部に対して付与する公知の溶接方式のいずれもが利用できる。これに加えて、溶接作業時に、特許文献２に例示されるように被溶接材の寸法形状に正確に対応した裏当て部材などの汎用性に大きく欠ける治具を用いる必要も無い。
【００２３】
以上に説明したように、本実施形態の溶接方法では、溶接作業完了後の溶接対象部の裏側の凹み等の溶接欠陥を抑制できる上に、簡便性・汎用性の点でも優れる。
【００２４】
なお、本溶接工程において、溶接対象部の表側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧とし、且つ、溶接対象部の裏側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧未満とする状態を維持し続ける期間（圧力制御期間）は、適宜選択することができる。しかし、凹み等の溶接欠陥の発生をより確実に抑制する観点から、圧力制御期間の開始点としては、通常、（１）溶接対象部に対して溶接に必要なエネルギーが付与される前の時点であることが好ましく、また、圧力制御期間の終了点としては、（２）溶接対象部に対して溶接に必要なエネルギーを付与し終え、一旦、高温になることで変形・軟化し易い状態となった溶接対象部が冷却されて再び完全に固化した状態となった時点であることが好ましい。特に、圧力制御期間の終了点を、上記（２）に示す時点とすることで、凹み等の溶接欠陥の発生をより確実に抑制できる。
【００２５】
溶接対象部の表側近傍および裏側近傍の雰囲気ガスは、被溶接物を構成する材料に応じて適宜選択することができる。たとえば、被溶接物を構成する材料が、アルミニウム、鉄、軟鋼などの酸化し難い材料（難酸化性材料）である場合、雰囲気ガスとしては空気を選択することが好ましい。
【００２６】
一方、被溶接物を構成する材料が、ステンレス、チタン、ニッケル、ジルコニウムなどの酸化し易い材料（易酸化性材料）である場合、雰囲気ガスとしては、Ａｒガス、Ｈｅガスなどの不活性ガスを選択することが好ましい。なお、被溶接物を構成する材料が鉄合金やアルミニウム合金など、合金元素を多量に含む合金材料から構成される場合、合金材料に含まれる合金元素の種類や含有量などにより、難酸化性材料となる場合もあれば易酸化性材料となる場合もある。
【００２７】
本溶接工程の溶接作業中のバックサイド圧力は、大気圧未満の範囲において適宜選択することができるが、溶接対象部の裏側の溶接品質も要求される裏波溶接や隅肉溶接などにおいて、様々に異なる条件下で溶接を行う際にも、溶接対象部の裏側の凹みを安定的に抑制する観点からは、ゲージ圧で−０．１ｋＰａ〜−２．０ｋＰａ（絶対圧換算で概ね７６０ｍｍＨｇ弱〜７４５ｍｍＨｇ）の範囲内が好ましく、−０．１ｋＰａ〜−１．４ｋＰａの範囲内がより好ましく、−０．２ｋＰａ〜−０．８ｋＰａの範囲内がより好ましい。バックサイド圧力を上記範囲内とすることで、溶接対象部の裏側の凹みをより確実に抑制でき、さらに、裏波溶接時には適度な高さを有する凸状の裏波ビードを形成することも容易になる。また、溶接作業中のバックサイド圧力は経時的に略一定の圧力に維持されることが好ましく、たとえば、溶接作業中の平均圧力を基準として±０．３ｋＰａ（±２．２５ｍｍＨｇ）の範囲内に維持されることが好ましく、±０．１５ｋＰａの範囲内に維持されることがより好ましい。
【００２８】
なお、本実施形態の溶接方法では、本溶接工程のみを実施することで被溶接物の溶接を行うことが望ましいが、必要に応じて、本溶接工程と、本溶接工程とは異なる溶接条件にて溶接を行うその他の溶接工程とを組み合わせて実施することで被溶接物の溶接を行ってもよい。本溶接工程と、その他の溶接工程とを組み合わせた溶接方法としては、たとえば、被溶接物の溶接対象部の表側から、溶接対象部に対して熱エネルギーおよび光エネルギーから選択されるいずれか一方のエネルギーを付与することで溶接を行う際に、溶接対象部の表側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧とし、溶接対象部の裏側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧を超えるものとする第一の溶接工程（前溶接工程）と、溶接対象部の表側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧とし、溶接対象部の裏側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧未満とする第二の溶接工程（本溶接工程）とをこの順に実施する場合が挙げられる。ここで、前溶接工程および本溶接工程において、溶接対象部の表側近傍および裏側近傍の雰囲気ガスは、全て不活性ガスである。
【００２９】
前溶接工程と、本溶接工程とをこの順に実施する溶接方法は、特に、下記条件（Ａ）および（Ｂ）を満たす場合に好適である。
（Ａ）被溶接物を構成する材料が易酸化性材料から構成される。
（Ｂ）溶接作業開始前の溶接対象部が、溶接対象部の表側と裏側とを連通する隙間を有する。なお、このような隙間は、たとえば、第一の被溶接物の開先側端部と、第二の被溶接物の開先側端部とを突合わせて形成された開先などに形成される。
【００３０】
条件（Ａ）および（Ｂ）を満たす溶接対象部に対して前溶接工程と、本溶接工程とをこの順に実施する場合、前溶接工程は、溶接対象部の表側と裏側とを連通する隙間を封止する目的で実施される。これにより、本溶接工程において、溶接対象部の裏側の圧力が負圧となった際に、隙間を介して空気が溶接対象部の裏側へと漏れ出すことで、溶接完了後の溶接対象部の裏側に酸化が生じるのをより確実に防止できる。
【００３１】
なお、前溶接工程は、溶接対象部の表側と裏側とを連通する隙間を封止できるのであれば、上述した溶接条件に限定されるものではなく、その他の溶接条件にて適宜実施することもできる。たとえば、特許文献１に記載の溶接方法を前溶接工程として実施することもできると考えられる。しかしながら、本溶接工程を含む溶接プロセス全体を簡便かつ汎用性の優れたものとする観点からは、上述した溶接条件にて前溶接工程を実施することが特に好適である。
【００３２】
次に、本実施形態の溶接方法の具体例を図面により説明する。図１は、本実施形態の溶接方法の一例を示す模式図であり、具体的には、２つの被溶接物の開先側端部どうしを突き合わせて形成された開先を溶接することで、突合せ継手を形成する場合について説明する模式図である。ここで、図１（Ａ）は、溶接対象部ＷＺに対して熱エネルギー（アークＡ）を付与する前の状態を示す図であり、図１（Ｂ）は、溶接対象部ＷＺに対して熱エネルギー（アークＡ）を付与している最中の状態を示すと共に、図１（Ａ）中に示す溶接対象部ＷＺ近傍を拡大した状態を示す拡大図でもある。なお、図１および図２以降に示す各図において、両矢印で示すＸ方向は水平方向を意味し、Ｘ方向と直交するＹ方向は垂直方向を意味する。また、特に別途の説明の無い限り、Ｙ２方向は、重力方向と一致する方向を意味するものとし、この場合において、Ｙ１方向を「上」、「上方」等と称し、Ｙ２方向を「下」、「下方」等と称することがある。また、図１および図２以降に示す各図において、溶接トーチ２０以外の部材については断面図を示している。
【００３３】
図１に示すように、まず、溶接に際しては、被溶接物１０として２枚の板状の被溶接物（第一の被溶接物１０Ａおよび第二の被溶接物１０Ｂ）を用い、第一の被溶接物１０Ａの上面１２Ａおよび下面１４Ａと第二の被溶接物１０Ｂの上面１２Ｂおよび下面１４Ｂとが各々面一を成すと共に、これら４つの表面１２Ａ、１２Ｂ、１４Ａ、１４ＢをＸ方向と平行を成すように配置した状態で、第一の被溶接物１０Ａの開先側端部１６Ｅと、第二の被溶接物１０Ｂの開先側端部１６Ｅとを突き合わせることでＶ形の開先Ｇを形成する。ここで、開先Ｇおよびその近傍が、溶接対象部ＷＺとなる部分である。次に、開先Ｇの上方側にアーク溶接に用いる溶接トーチ２０を配置する。また、開先Ｇの底部側あるいは下方側（溶接対象部ＷＺの裏側）、および、被溶接物１０Ａ、１０Ｂの下面（表面）１４Ａ、１４Ｂのうち開先Ｇの下方側の周辺部からなる領域（保護領域１４Ｐ１（下面１４Ａの一領域とこれに隣接する下面１４Ｂの一領域とを含む部分）を、外気と遮断すべく、開口部３２を有する箱状の密閉部材３０により覆う。
【００３４】
この箱状の密閉部材３０は、６面のうちの１面全面が開口部３２となっており、下面１４Ａ、１４Ｂのうち開口部３２で囲われた領域が保護領域１４Ｐ１を形成する。このため、密閉部材３０と、その開口部３２を封鎖するように位置する保護領域１４Ｐ１とで囲まれた密閉空間Ｓが形成され、結果的に保護領域１４Ｐ１は、外気と遮断された密閉空間Ｓに囲われた状態となる。この際、密閉部材３０と被溶接物１０Ａ、１０Ｂの下面（表面）１４Ａ、１４Ｂとの間に隙間が生じないように、密閉部材３０を被溶接物１０Ａ、１０Ｂの下面（表面）１４Ａ、１４Ｂに対して隙間なく密着させる。なお、必要に応じて、隙間をより確実に塞げるように耐熱性テープなどを用いてシーリング処理してもよい。そして、本溶接工程の実施に際しては、被溶接物１０の材質等に応じて密閉空間Ｓ内を、（ｉ）圧力が大気圧未満の不活性ガス、あるいは、（ｉｉ）圧力が大気圧未満の酸素を含むガス（通常は空気）で満たした状態とする。なお、（ｉ）または（ｉｉ）に示す状態を実現するために、真空ポンプを利用して密閉空間Ｓ内を適宜真空排気したり、アルゴンガスボンベなどの不活性ガス供給源から密閉空間Ｓ内へと適宜不活性ガスを供給する。この際、真空排気や不活性ガスの供給は、非連続的に実施してもよく、連続的に実施してもよい。また、本溶接工程の開始前の段階において密閉空間Ｓ内が予め大気圧あるいはこれを超える圧力の不活性ガスで満たされている場合は、（ｉ）に示す状態を実現するために真空排気を行うだけでもよい。
【００３５】
なお、密閉部材３０には、ガス排気管３４、ガス供給管３６および圧力計（図中、不図示）が接続されている。ここで、ガス排気管３４の密閉部材３０と接続された側の一端と反対側の他端は、ロータリーポンプなどの真空ポンプ（図中、不図示）に接続されている。また、ガス排気管３４の途中には流量調整バルブが適宜設けられると共に、ガス供給管３６の途中には流量調整バルブや流量計が適宜設けられる。さらに、ガス供給管３６の密閉部材３０と接続された側の一端と反対側の他端は、Ａｒガスボンベなどの不活性ガス供給源（図中、不図示）に接続されるか、あるいは、外気（大気圧の空気）に開放されている。一方、溶接トーチ２０と、被溶接物１０とは溶接用電源（図中、不図示）に接続されており、また、溶接トーチ２０の先端部には棒状電極２２が設けられている。なお、溶接時に用いる溶接棒は、棒状電極２２を兼ねたものであってもよいし、棒状電極２２とは別に準備したものを用いてもよい。
【００３６】
次に、被溶接物１０を構成する材料として、アルミニウムなどの難酸化性材料を用いた場合の溶接手順の一例を説明する。
【００３７】
まず、真空ポンプを作動させることで密閉空間Ｓ内の空気を密閉部材３０外へと排気して、密閉空間Ｓ内の圧力（バックサイド圧力）を、大気圧未満の範囲内において適宜、所望の圧力となるように調整する。圧力の調整は、たとえば、他端が外気に開放された状態のガス供給管３６の途中に設けられた流量調整バルブなどを利用して適宜行う。そして、この状態で、溶接を実施する。この際、溶接トーチ２０の棒状電極２２の先端と、被溶接物１０の開先Ｇとの間にアークＡが発生するため、被溶接物１０の溶接対象部ＷＺの表側から、溶接対象部ＷＺに対して熱エネルギー（アークＡ）が付与される。
【００３８】
よって、溶接作業中においては常に、溶接対象部ＷＺの表側近傍の雰囲気ガスは外気（大気圧の空気）であるのに対して、溶接対象部ＷＺの裏側近傍（すなわち保護領域１４Ｐ１）を囲う密閉空間Ｓの雰囲気ガスは、大気圧未満の空気となる。それゆえ、溶接対象部ＷＺの表側と裏側との間で生じた圧力差により、溶接作業中は常に、溶接対象部ＷＺの表側から裏側へと向かう方向の力が作用する。それゆえ、溶接完了後には、図２に例示したような溶接時の溶接対象部ＷＺに対応する溶接結合部Ｃの裏側に凹み４０が無く、十分な盛り上がりを有する裏波ビードＢが形成される。すなわち、溶接完了後の溶接結合部Ｃ（溶接時の溶接対象部ＷＺ）の裏側が図３に例示したように凹み４０が形成されるなどして、盛り上がりの不十分な裏波ビードが形成されるのをより確実に抑制できる。
【００３９】
このような効果は、（１）開先Ｇの幅が狭い場合（特に第一の被溶接物１０Ａの開先側端部１６Ｅと、第二の被溶接物１０Ｂの開先側端部１６Ｅとを突合わせて形成された開先Ｇの形状がＩ形である場合）、および、（２）図１に示す例とは異なり、溶接に必要なエネルギーを付与する方向Ｅと、重力方向（Ｙ２方向）とが一致せず、両者の成す角度（溶接時の作業角度）を大きくした場合（特に、重力方向を０度とし、その反対側の方向を１８０度とした場合において、溶接に必要なエネルギーを付与する方向Ｅ（溶接方向Ｅ）が１８０度前後の場合においても安定して発揮される。
【００４０】
上記（１）に示すケースでは、開先Ｇの幅が狭いため、通常であれば、溶接対象部ＷＺ内に存在する溶融あるいは半溶融状態の金属Ｍの溶接対象部ＷＺの表側から裏側への流動が阻害され易くなる。このため、溶接作業の完了後において、溶接対象部ＷＺの裏側が凹み易くなる。しかしながら、本実施形態の溶接方法では、溶接対象部ＷＺの表側と裏側との圧力差により溶接対象部ＷＺ内に存在する溶融あるいは半溶融状態の金属Ｍの溶接対象部ＷＺの表側から裏側への流動が促進されるため、凹みの発生を抑制し易い。
【００４１】
また、上記（２）に示すケースに関しては、たとえば、最も極端な例として、図１に示す例において、Ｙ１方向が重力方向と一致する方向である、言い換えれば溶接時の作業角度が１８０度であると仮定する。この場合、通常であれば、溶接対象部ＷＺ内に存在する溶融あるいは半溶融状態の金属Ｍは、重力の作用によって、常にＹ１方向（重力方向）側へと向かって流動しようとする力が作用することになる。しかしながら、本実施形態の溶接方法では、溶接対象部ＷＺの表側と裏側との圧力差により溶接対象部ＷＺ内に存在する溶融あるいは半溶融状態の金属の溶接対象部ＷＺの表側から裏側へと（すなわち、Ｙ１方向（重力方向）とは真逆のＹ２方向へと）と流動しようとする力が作用するため、凹みの発生を抑制し易い。
【００４２】
したがって、被溶接物に対して溶接する際に、重力方向と溶接に必要なエネルギーを付与する方向Ｅ（溶接方向Ｅ）との成す角度（溶接時の作業角度）が様々に異なる場合においても、本実施形態の溶接方法を用いれば如何様な作業角度においても凹みの発生を容易に抑制できる。言い換えれば、凹みの発生を抑制するために、溶接時に、作業角度を略一定角度に固定した状態で、被溶接物を回転等させる必要が無い。それゆえ、本実施形態の溶接方法は、作業角度を変化させつつ溶接する場合（たとえば、２本のパイプの端部同士を突き合わせて形成された開先を周方向に沿って全周を３６０度溶接する場合など）などにおいても好適に利用することができる。この場合、作業角度の最大変動幅は、被溶接物の形状・構造等に応じて０度を超え３６０度以下の範囲で任意に選択できるが、上述した効果がより効果的に発揮される観点からは９０度以上３６０度以下が好ましく、１８０度以上３６０度以下がより好ましい。なお、作業角度の変化は、上述したパイプ溶接のように連続的なものであってもよく、非連続的なものであってもよい。
【００４３】
なお、本願明細書において、溶接に必要な「エネルギーを付与する方向Ｅ」とは、溶接対象部ＷＺに対して付与されるエネルギーの中心軸と平行を成し、かつ、溶接対象部ＷＺの表側へと向かう方向を意味する。たとえば、図１に示す溶接トーチ２０を用いてアーク溶接を実施する場合であれば、溶接トーチ２０の棒状電極２２の中心軸と平行を成し、かつ、棒状電極２２の先端側から溶接対象部ＷＺの表側へと向かう方向（図１（Ｂ）に示す方向Ｅ）を意味する。また、ガス溶接用の溶接トーチを用いてガス溶接を実施する場合であれば、溶接トーチの火口から円錐状に広がるように噴出される噴出ガス（火炎）の中心方向を意味する。さらに、レーザー溶接を実施する場合であれば、溶接対象部ＷＺの表側に対してレーザー光が入射する方向を意味する。
【００４４】
次に、被溶接物１０を構成する材料として、ステンレスなどの易酸化性材料を用いた場合の溶接手順の一例を説明する。
【００４５】
この場合、シールドガスとして、Ａｒガス、Ｈｅガスなどの不活性ガスを用いる。これにより溶接時に、溶接対象部ＷＺの表側近傍および裏側近傍の雰囲気ガスを不活性ガスとすることで、溶接対象部ＷＺの表側および裏側の酸化も防止することができる。なお、被溶接物１０を構成する材料として、アルミニウムなどの難酸化性材料を用いる場合は、不活性ガスを用いる必要がない。
【００４６】
そして、図１（Ａ）に示すように溶接作業開始前の溶接対象部ＷＺが、開先Ｇ（すなわち、溶接対象部ＷＺの表側と裏側とを連通する隙間）を含む場合、まず、ナメ付溶接などにより前溶接工程を実施することで、開先Ｇに形成されている隙間を封止する。そして、次に、本溶接工程を実施する。本溶接工程に先立ち、前溶接工程を実施することで、溶接完了後の溶接対象部の裏面側の酸化をより確実に抑制できる。
【００４７】
ここで、溶接対象部ＷＺの表側近傍への不活性ガスの供給は、Ａｒガスボンベなどの不活性ガス供給源（図中、不図示）に接続された溶接トーチ２０を介して行うことができる。なお、溶接対象部ＷＺの表側近傍の空間は外気に開放されているため、溶接対象部ＷＺの表側近傍へ不活性ガスを供給しても、溶接対象部ＷＺの表側近傍の雰囲気ガス（不活性ガス）の圧力は大気圧のままである。また、溶接対象部ＷＺの裏側近傍への不活性ガスの供給は、他端がＡｒガスボンベなどの不活性ガス供給源（図中、不図示）に接続されたガス供給管３６を介して行う。この際、本溶接工程では、密閉空間Ｓ内の圧力が常に大気圧未満の不活性ガスで満たされるように、適宜のタイミングで、密閉空間Ｓ内のガスの真空排気、あるいは、密閉空間Ｓ内のガスの真空排気と密閉空間Ｓ内への不活性ガスの供給とを行えばよい。なお、密閉部材３０を用いて前溶接工程と本溶接工程とを順次実施する場合、後述するように密閉部材３０を用いた前溶接工程が完了した後の状態では、通常、密閉空間Ｓ内は、大気圧と同等あるいはそれ以上の圧力の不活性ガスで満たされている。このため、外気に対する密閉空間Ｓの気密性が十分に確保されている場合は、本溶接工程の開始前に密閉空間Ｓ内の不活性ガスを、その圧力が大気圧未満となるまで真空排気するだけでもよい。
【００４８】
一方、前溶接工程では、溶接対象部ＷＺの少なくとも裏側近傍の雰囲気ガスを、大気圧を超える不活性ガスに置換してから溶接を行う。溶接対象部ＷＺの少なくとも裏側近傍の雰囲気ガスを、大気圧を超える不活性ガスに置換する方法としては特に制限されず、たとえば、ａ）図１に示す密閉部材３０を用いた際にガス排気管３４の出口側を封止した状態でガス供給管３６を介して密閉空間Ｓ内へ不活性ガスを供給してもよいし、ｂ）１対の被溶接物１０Ａ、１０Ｂが、円筒状部材である場合は、市販の汎用性のある溶接用治具（たとえば、パージダム、パージリングなど）を用いたり、あるいは、この円筒状部材の両端部を封止した状態で円筒状部材内部に不活性ガスを供給してもよい。
【００４９】
なお、図１に示す例では、被溶接物１０Ａ、１０Ｂとして板状の部材を用いたが、被溶接物１０Ａ、１０Ｂの形状はこれに限定されるものではなく、たとえば、円管状の部材であってもよい。また、溶接対象部ＷＺの裏側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧未満とし、さらに、必要に応じて当該雰囲気ガスを不活性ガスとするために用いる溶接用治具については、図１に示す箱状の密閉部材３０に限定されず、被溶接物１０Ａ、１０Ｂや溶接対象部ＷＺの形状・構造等に応じて、様々な形状・構造の溶接用治具を適宜用いることができる。また、被溶接物１０Ａ、１０Ｂに対する密閉部材３０の密着性が低く密閉空間Ｓと外気との間でガスのリークが生じやすい場合は、たとえば、密閉空間Ｓからなる内室と、この内室の外側を囲むように設けられると共に本溶接工程の溶接時には不活性ガスで満たされる外室とからなる２重構造の密閉部材などを用いてもよい。
【００５０】
さらに、本実施形態の溶接方法は、図１に例示したような突合せ継手の開先溶接（但し、裏波溶接を行う場合）以外の様々な溶接継手の溶接にも利用できる。たとえば、（１）突合せ継手、Ｔ継手、十字継手および角継手の開先溶接（但し、裏波溶接を行う場合）や、（２）Ｔ字接手、当て金継手および重ね継手の隅肉溶接などでも利用できる。また、（３）せん溶接およびスロット溶接において特に溶接される板が薄い場合（特に、板厚１ｍｍ以下の場合）に本実施形態の溶接方法を利用することも好適である。薄い板材を用いて従来の溶接方法によりせん溶接あるいはスロット溶接を行う場合、溶接時に発生する熱の影響が裏面側まで及び、裏面側の酸化や凹みが発生し易いためである。図４は、本実施形態の溶接方法の他の例を示す模式図であり、具体的には、Ｔ字を成すように配置された２つの被溶接物を隅肉溶接することで、Ｔ字継手を形成する場合について説明する模式図である。
【００５１】
図４に示す例では、被溶接物１０として、２枚の第一の板状被溶接物１０Ｃおよび第二の板状被溶接物１０Ｄを用い、第一の板状被溶接物１０Ｃの一方の面（上面１２Ｃ）に対して、第二の板状被溶接物１０Ｄの端部１８Ｅを突き当てて形成された隅部ＣＮおよびその近傍部分を溶接対象部ＷＺとして、本実施形態の溶接方法によりＴ字継手の隅肉溶接を行う。この場合、溶接トーチ２０は、隅部ＣＮに対向する位置に配置される。なお、図４に示す例では、２つの隅部ＣＮのうち、一方側の隅部ＣＮに対向する位置に溶接トーチ２０が配置された状態のみが示されているが、通常は他方側の隅部ＣＮについても同様の溶接が行われる。また、密閉部材３０は、第一の板状被溶接物１０Ｃの他方の面（下面１４Ｃ）のうち、水平方向Ｘにおいて第二の板状被溶接物１０Ｄの端部１８Ｅが配置された部分と対応する領域とその近傍とからなる領域（保護領域１４Ｐ２）を、外気と遮断すべく、密閉部材３０により覆う。そして、この状態で、図１に例示した場合と同様にして本実施形態の溶接方法により溶接を行う。これにより溶接完了後において、溶接対象部ＷＺの裏側となる保護領域１４Ｐ２の凹みを抑制できる上に、第一の板状被溶接物１０Ｃが易酸化性材料から構成されている場合であっても保護領域１４Ｐ２の酸化も抑制される。なお、図４に示す例では、溶接作業開始前の溶接対象部ＷＺには、溶接対象部ＷＺの表側と裏側とを連通する隙間が存在しない。このため、第一の板状被溶接物１０Ｃが易酸化性材料から構成されている場合であっても、溶接時には本溶接工程のみを実施すればよい。
【００５２】
なお、従来の溶接方法のように、溶接対象部ＷＺの裏側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧のままとして溶接を実施した場合では、図５に例示するように、下面１４Ｃのうち溶接作業完了後の溶接対象部ＷＺ（溶接結合部Ｃ）の裏側に対応する領域１４Ｄ（図４で言う保護領域１４Ｐ２に略対応する領域）が凹み４２が形成され易い。これは、溶接時に、第一の板状被溶接物１０Ｃのうち第二の板状被溶接物１０Ｄの端部１８Ｅが突き当てられた部分Ｊの近傍が、まず、アークＡの熱によって高温に加熱されることで変形・軟化し易くなり、続いて、アークＡの熱に直接曝されなくなった後に冷却される過程で体積収縮が生じて領域１４Ｄの凹み４２（いわゆるヒケ）の形成を招くためと考えられる。しかしながら、本実施形態の溶接方法では、第一の板状被溶接物１０Ｃのうち第二の板状被溶接物１０Ｄの端部１８Ｅが突き当てられた部分Ｊの近傍がアークＡの熱に直接曝されなくなった後に、流動性を喪失して再び完全に固化するまでの間においても、溶接対象部ＷＺの表側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧とし、溶接対象部ＷＺの裏側近傍の雰囲気ガスの圧力を大気圧未満とした状態が維持される。すなわち、溶接対象部ＷＺの表側と裏側との間で生じた圧力差により、溶接作業中は常に、溶接対象部ＷＺの表側から裏側へと向かう方向の力が作用する。それゆえ、溶接完了後の溶接対象部ＷＺ（溶接結合部Ｃ）の裏側に凹み４２が発生するのを抑制できる。
【実施例】
【００５３】
以下に本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。
【００５４】
（実施例１）
図１に示す実施形態において、以下に示す条件にて溶接テストを実施した。
＜溶接条件＞
（１）被溶接物１０Ａ、１０Ｂ：ステンレス板（板厚：３ｍｍ）
（２）溶接方式：ティグ溶接
（３）溶接トーチ２０：市販の溶接トーチ（特許文献１に示すチャンバ式トーチと異なり、溶接トーチ本体が外気に開放された状態の一般的な溶接トーチ）
（４）溶接プロセス：前溶接工程を実施することで開先Ｇの隙間を封止した後に本溶接工程を実施した。
（５）前溶接工程および本溶接工程の溶接時における表面１２Ａ、１２Ｂ側の圧力・雰囲気：
大気圧下において、溶接トーチ２０および開先Ｇの近傍にアルゴンガスを供給し続けることで、溶接トーチ２０および開先Ｇの近傍をアルゴンガス雰囲気とした。
（６）前溶接工程の溶接時における裏面１４Ａ、１４Ｂの圧力・雰囲気（但し、密閉部材３０で覆われた保護領域１４Ｐ１、１４Ｐ２部分）側の圧力・雰囲気
ガス排気管３４の出口側を封止した状態の密閉部材３０を用い、ガス供給管３６を介して密閉空間Ｓ内へと略一定の流量でアルゴンガスを供給し続けた。これにより、密閉空間Ｓ内をアルゴンガス雰囲気とすると共に、圧力（バックサイド圧力）を、ゲージ圧にて＋０．１ｋＰａ±０．１ｋＰａに維持し続けた。
（７）本溶接工程の溶接時における裏面１４Ａ、１４Ｂ（但し、密閉部材３０で覆われた保護領域１４Ｐ１、１４Ｐ２部分）側の圧力・雰囲気：
前溶接工程において密閉空間Ｓ内に満たされたアルゴンガスをガス排気管３４を介して外部へ排気することにより、密閉空間Ｓ内のアルゴンガスの圧力（バックサイド圧力）を、本溶接工程の実施中においてゲージ圧にて−０．４ｋＰａ±０．１ｋＰａとなるように維持した。
【００５５】
溶接し終えた後に、表面１２Ａ、１２Ｂ側および裏面側１４Ａ、１４Ｂの外観を目視観察した。その結果、両面共に、酸化は生じておらず、また、裏面側１４Ａ、１４Ｂに形成には、凹み４０は観察されず、適度な高さを持つ凸状の裏波ビードＢが形成されていた。すなわち、実施例１では酸化、凹みに関して何らの欠陥の無い溶接が行われたことが確認された。
【００５６】
（実施例２）
本溶接工程の溶接時のバックサイド圧力を、−０．６ｋＰａ±０．１ｋＰａとなるように維持し続けた以外は実施例１と同様にして溶接テストを実施した。溶接し終えた後に、表面１２Ａ、１２Ｂ側および裏面側１４Ａ、１４Ｂの外観を目視観察した。その結果、両面共に、酸化は生じておらず、また、裏面側１４Ａ、１４Ｂに形成には、凹み４０は観察されなかった。なお、裏面側１４Ａ、１４Ｂに形成された裏波ビードＢの高さは、実施例１と比べてさらに大きなものとなっていた。よって、実施例２においても酸化、凹みに関して何らの欠陥の無い溶接が行われた。
【００５７】
（比較例１）
本溶接工程の溶接時の裏面側１４Ａ、１４Ｂの圧力・雰囲気を、大気圧・空気雰囲気とした以外は、実施例１と同様にして溶接テストを実施した。溶接し終えた後に、表面１２Ａ、１２Ｂ側および裏面側１４Ａ、１４Ｂの外観を目視観察した。その結果、裏面側１４Ａ、１４Ｂには、凹み４０や、顕著な酸化が確認された。すなわち、比較例１では酸化および凹みに関して明かな溶接欠陥が発生したことが確認された。
【００５８】
（実施例３）
図１に示す実施形態において、以下に示す条件にて溶接テストを実施した。
＜溶接条件＞
（１）被溶接物１０Ａ、１０Ｂ：アルミニウム合金板（板厚：４ｍｍ、合金番号：Ａ５０８３）
（２）溶接方式：ティグ溶接
（３）溶接トーチ２０：市販の溶接トーチ（特許文献１に示すチャンバ式トーチと異なり、溶接トーチ本体が外気に開放された状態の一般的な溶接トーチ）
（４）溶接プロセス：本溶接工程のみを実施した。
（５）溶接時の表面１２Ａ、１２Ｂ側の圧力・雰囲気：
大気圧かつ空気雰囲気下とした。
（６）溶接時の裏面１４Ａ、１４Ｂ（但し、密閉部材３０で覆われた保護領域１４Ｐ１、１４Ｐ２部分）側の圧力・雰囲気：
密閉空間Ｓ内の空気をガス排気管３４を介して外部へ排気することより、溶接中の密閉空間Ｓ内の空気の圧力（バックサイド圧力）を、ゲージ圧にて−０．３ｋＰａ±０．１ｋＰａに維持した。
【００５９】
溶接し終えた後に、表面１２Ａ、１２Ｂ側および裏面側１４Ａ、１４Ｂの外観を目視観察した。その結果、裏面側１４Ａ、１４Ｂに形成には、凹み４０は観察されず、適度な高さを持つ凸状の裏波ビードＢが形成されていた。すなわち、実施例２では凹みに関して何らの欠陥の無い溶接が行われたことが確認された。なお、実施例３で用いた被溶接物１０Ａ、１０Ｂは酸化し難いアルミニウム合金材（Ａ５０８３）から構成されるため、空気雰囲気中で溶接しても実用上問題となり得る程度の酸化が生じることは無かった。
【００６０】
（実施例４）
図１に示す実施形態において、以下に示す条件にて溶接テストを実施した。
＜溶接条件＞
（１）被溶接物１０Ａ、１０Ｂ：ステンレスパイプ（外径：１１４．３ｍｍ、肉厚：３ｍｍ、長さ：１００ｍｍ）
（２）溶接方式：ティグ溶接
（３）溶接トーチ２０：市販の溶接トーチ（特許文献１に示すチャンバ式トーチと異なり、溶接トーチ本体が外気に開放された状態の一般的な溶接トーチ）
（４）溶接プロセス：前溶接工程を実施することで開先Ｇの隙間を封止した後に本溶接工程を実施した。なお、前溶接工程および本溶接工程においては、ステンレスパイプを、その軸方向が水平方向と一致するように配置した状態で、ステンレスパイプの周方向に沿ってロボット（マニピュレーター）により溶接トーチ２０を一定速度で移動させながらステンレスパイプの全周を溶接した。各工程における溶接トーチ２０の移動速度は以下のとうりである。
前溶接工程：３０ｃｍ／ｍｉｎ
本溶接工程：１４ｃｍ／ｍｉｎ
（５）前溶接工程および本溶接工程の溶接時における表面１２Ａ、１２Ｂ側の圧力・雰囲気：
大気圧下において、溶接トーチ２０および開先Ｇの近傍にアルゴンガスを供給し続けることで、溶接トーチ２０および開先Ｇの近傍をアルゴンガス雰囲気とした。
（６）前溶接工程の溶接時における裏面１４Ａ、１４Ｂの圧力・雰囲気（但し、密閉部材３０で覆われた保護領域１４Ｐ１、１４Ｐ２部分）側の圧力・雰囲気
ガス排気管３４の出口側を封止した状態の密閉部材３０を用い、ガス供給管３６を介して密閉空間Ｓ内へと略一定の流量でアルゴンガスを供給し続けた。これにより、密閉空間Ｓ内をアルゴンガス雰囲気とすると共に、圧力（バックサイド圧力）を、ゲージ圧にて＋０．０５ｋＰａ±０．０５ｋＰａに維持し続けた。
（７）本溶接工程の溶接時における裏面１４Ａ、１４Ｂ（但し、密閉部材３０で覆われた保護領域１４Ｐ１、１４Ｐ２部分）側の圧力・雰囲気：
前溶接工程において密閉空間Ｓ内に満たされたアルゴンガスをガス排気管３４を介して外部へ排気することにより、密閉空間Ｓ内のアルゴンガスの圧力（バックサイド圧力）を、本溶接工程の実施中においてゲージ圧にて−０．４ｋＰａ±０．１ｋＰａとなるように維持した。
【００６１】
溶接し終えた後に、表面１２Ａ、１２Ｂ側および裏面側１４Ａ、１４Ｂの外観を周方向にそって全周を目視観察した。その結果、両面共に、酸化は生じておらず、また、裏面側１４Ａ、１４Ｂに形成には、凹み４０は観察されず、適度な高さを持つ凸状の裏波ビードＢが形成されていた。すなわち、実施例４では酸化、凹みに関して何らの欠陥の無い溶接が行われたことが確認された。
【符号の説明】
【００６２】
１０            ：被溶接物
１０Ａ          ：第一の被溶接物
１０Ｂ          ：第二の被溶接物
１０Ｃ          ：第一の板状被溶接物
１０Ｄ          ：第二の板状被溶接物
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ      ：上面（表面）
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ      ：下面（裏面）
１４Ｐ１、１４Ｐ２          ：保護領域
１４Ｄ          ：領域
１６Ｅ          ：開先側端部
１８Ｅ          ：端部
２０            ：溶接トーチ
２２            ：棒状電極
３０            ：密閉部材
３２            ：開口部
３４            ：ガス排気管
３６            ：ガス供給管
４０            ：凹み
４２            ：凹み（ヒケ）
Ａ              ：アーク
Ｂ              ：裏波ビード
Ｃ              ：溶接結合部
ＣＮ            ：隅部
Ｅ              ：溶接方向（溶接に必要なエネルギーを付与する方向）
Ｇ              ：開先
Ｊ              ：第一の板状被溶接物１０Ｃのうち第二の板状被溶接物１０Ｄの端部１
８Ｅが突き当てられた部分
Ｍ              ：溶融あるいは半溶融状態の金属
Ｓ              ：密閉空間
ＷＺ            ：溶接対象部
【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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