(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｖ又はＹ型の開先を設けて突き合わされた母材の前記開先の裏面に裏当て材を配置し、溶接ワイヤを供給する溶接トーチをウィービングしながら前記母材の開先表面側を溶接する片面マグ溶接方法において、初層を溶接する場合に、前記溶接トーチの後退角θを５°を超え３０°未満とし、前記溶接ワイヤの先端がウィ−ビングにより描く軌跡が作るウィービング平面と前記裏面とのなす角αを４５°を超え８０°未満とする条件でトーチウィービングを行うことを特徴とする片面マグ溶接方法。
【請求項２】
前記母材が水平面に対して傾斜し、前記母材裏面における溶接線に垂直な方向の線分が水平面に対してなす傾斜角ωが０°を超え３０°未満の場合、前記ウィ−ビング平面の法線を前記裏面に投影した直線と前記溶接線とのなす角βを０°を超え４５°未満としたウィービング平面でウィービングを行うことを特徴とする請求項１に記載の片面マグ溶接方法。
【請求項３】
前記角βは前記傾斜角ωに応じて変化し、前記傾斜角ωが増加するにつれて前記角βを増加させたウィービング平面でウィービングすることを特徴とする請求項２に記載の片面マグ溶接方法。
【請求項４】
前記母材が水平面に対して傾斜し、前記母材裏面における溶接線に垂直な方向の線分が水平面に対してなす傾斜角ωが０°を超え３０°未満の場合、前記ウィ−ビング平面と前記溶接線を通り前記母材裏面に垂直な面とが交差する線分を中心として０°を超え３０°未満の角度γだけ前記母材の傾斜方向と逆方向に傾斜させたウィービング平面でウィービングを行うことを特徴とする請求項１に記載の片面マグ溶接方法。
【請求項５】
前記角度γは前記傾斜角ωに応じて変化し、前記傾斜角ωが増加するにつれて前記角度γを増加させたウィービング平面でウィービングすることを特徴とする請求項４に記載の片面マグ溶接方法。
【請求項６】
前記母材が水平面に対して傾斜し、前記母材裏面における前記溶接線と平行な方向の線分が水平面に対してなす傾斜角ψが０°を超え３０°未満の場合、前記角αは前記傾斜角ψに応じて変化し、前記傾斜角ψが増加するにつれて前記角αを増加させたウィービング平面でウィービングを行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の片面マグ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶又は橋梁等の建造において、水平又は傾斜角度が約３０°以下に配置された部材又は曲面を有する部材に対して、溶接トーチをウィービングさせる機構を有する溶接装置により部材の表面からガスシールドアーク溶接を行う片面マグ溶接方法に関し、特に、溶接トーチをウィービングさせて初層を溶接するに好適な片面マグ溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
突き合わされた部材の接合端面に開先を設け開先の裏面に裏当て材を配置して部材の表面側からガスシールドアーク溶接（マグ溶接）を行い、開先に溶接ビードを形成する片面マグ溶接方法が広く使用されている。
【０００３】
従来の裏当て材を使用する片面マグ溶接方法においては、開先のルートギャップが標準で約５ｍｍ程度離して施工することがよいとされている。このため、開先底部の溶融を確保するために溶接トーチをウィービング動作させることがよいとされている。
【０００４】
この溶接トーチをウィービング動作させる片面マグ自動溶接装置及び溶接方法は下記に示す種々の技術が提案されている。この従来技術においては、片面マグ溶接方法のウィービング動作により下記に示すように分類することができる。
【０００５】
母材平面で溶接線とほぼ直角方向（溶接線の左右方向）にウィービングする溶接方法がある。図７は従来の第１の片面マグ溶接方法を示す模式図である。この溶接方法においては、母材１が突き合せられこの突き合せ部に開先２が形成されている。溶接ワイヤ３を供給する溶接トーチ４が開先２の上方に配置されている。この溶接トーチ４は溶接軸と直角方向に単振動するか、又は溶接トーチの投影軌跡が溶接軸とほぼ直角になるように、溶接軸上方の任意の位置を支点として振り子式に振動させるものである。この他に、ウィービング動作中の溶接トーチ４を開先の両端で一端停止させるパターンによる片面マグ溶接方法がある。この溶接方法による溶接トーチ４のウィービングは、溶接線とほぼ直角方向の１軸の動作のみで実現することが可能であり、ウィービングの幅（振幅）を調整することにより開先角度又は開先ギャップの変化に容易に対応が可能なので広く使用されている（特開平９−９４６５９号公報、特開平５−２５３６６９号公報、特公昭５０−７５４３号公報）。
【０００６】
一方、母材平面で溶接線の左右方向の成分と母材平面に対してほぼ垂直方向（母材の板厚方向）の成分とを合成したウィービングパターンによりウィービングする溶接方法がある。図８は従来の第２の片面マグ溶接方法を示す模式図である。この溶接方法においては、開先２が形成された母材１において、溶接トーチ４が開先２に対して母材１の平面で溶接軸に直角方向及び板厚方向の成分を持つウィービングパターンで開先２壁面に沿ってウィービングされる。特に、立向姿勢での片面溶接等では多く使用される溶接方法である（特開平６−１８２５４５号公報）。
【０００７】
また、母材平面で溶接線の左右方向と溶接線の前後方向を合成して形成した栗形のウィービング平面を母材平面に対して所定の角度で傾斜させてウィービングする溶接方法がある。図９は従来の第３の片面マグ溶接方法を示す模式図である。この溶接方法は、開先２が形成された母材１において溶接トーチ４は母材１の平面で溶接軸の前後方向、溶接軸の直角方向及び板厚方向の成分を含むウィービングパターンでウィービングされるものである。このウィービングパターンが栗形パターンを有するものである。その栗形パターンのウィービング平面が母材表面と平行な面に対して０°乃至４５°の傾きを有している（特開昭５０−５０２４７号公報）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の母材１平面で溶接軸とほぼ直角方向に溶接トーチ４をウィービングする溶接方法は、特に開先の１パス目（初層）の裏波ビードを安定的に形成するには技量を必要する方法である。即ち、良好な裏波を形成するには、溶融池でのアークの発生点の位置が特に重要であり、溶接トーチ４の進行方向に近い位置でアークを発生させることが望ましいとされている。溶融池の先端からアーク発生点が後ろ側にずれるほど、アークの熱が開先裏面側（ルート部）に伝わり難く、裏波ビードを形成することが困難になる。このため、アーク発生点の位置が著しく不適正な場合は、開先ルート部が未溶融状態となって、溶け込み不良等の溶接欠陥が生じるという問題点がある。また、このように、溶接ワイヤ３が溶接軸の直角方向に単振動するこのウィービング方法においては、上述の問題点を回避するために溶融池の適正な位置にアーク発生点が位置するように溶接速度を調整し、そのアーク発生点の位置を常に監視する必要がある。
【０００９】
一方、母材平面で溶接線の左右方向と母材平面に対してほぼ垂直方向（母材の板厚方向）との成分を有するウィービングをする溶接方法においては、下向き溶接に適用すると、上述の如く、裏波ビードを形成するために溶融池とアーク発生点の位置を常に確認しなければならない。更に、溶融池に対してほぼ垂直方向に溶接トーチ４がウィービングするので、溶接トーチ４が下方に移動するときには未溶融の溶接ワイヤ３が溶融池の中に進入するようになり、アークが不安定になりスパッタが多く発生するという問題点が生じる。
【００１０】
また、栗形パターンのウィービングをする溶接方法においては、このウィービングパターンは栗形の先端で開先底部を溶融して裏ビードを形成し、次に形成される栗形パターンのウィービングにより開先底部で溶融池を撹拌しているが、そのウィービング表面と母材表面とのなす角度が０°乃至４５°と小さいために溶接電流と溶接速度との条件が適正に調整されていない場合、溶融金属が溶接進行方向に先行してしまい、栗形パターンの先端で開先底部を十分に溶融することができず、裏ビードが形成されないという問題点がある。
【００１１】
図１０（ａ）は母材が水平面に対して傾斜していない状態の溶接状態を示す模式的断面図、（ｂ）は母材が水平面に対して溶接方向に傾斜している状態の溶接状態を示す模式的断面図である。
【００１２】
母材１が水平面に対して傾斜していない場合、母材１の表面（裏面）に対するウィービング平面Ｗの角αを溶融池７の表面と母材１の裏面（表面）とのなす角δに略一致させると、溶接アークは安定し、問題なく溶接を行うことができる。これにより、良好なビード８が形成される。
【００１３】
一方、母材１が溶接軸方向に傾斜角ψを有するように配置された状態（登り傾斜）で溶接する場合には、図１０（ｂ）に示すように、溶融池７の表面と母材１の裏面（表面）とのなす角δは変化し、母材１が傾斜していない場合より大きくなる。しかし、母材１の表面（裏面）に対するウィービング平面Ｗの角αは変化しないので、溶接ワイヤ３が溶接進行方向の前方に移動したときには溶融池７の表面から溶接ワイヤ３の先端が離れ、逆に、溶接ワイヤ３が溶接進行方向の後方に移動するときには溶融池７の中に溶接ワイヤ３が進入するような動きとなり、アークが不安定になってスパッタを発生させやすいという問題点がある。
【００１４】
更に、いずれの従来技術においても、母材が水平面に対して溶接軸と直角方向に傾斜するように配置された状態（横傾斜）で溶接する場合、図１１に示すように、溶融池７の表面は重力の作用により開先２に対して左右非対称になる。この状態で上述の如くウィービングを行うと、開先左側（Ｌ方向）に移動したときには、溶接ワイヤ３の先端が溶融池７の表面から離れる方向に動き、逆に、開先右側（Ｒ方向）に移動するときは、溶接ワイヤ３の先端が溶融池７の中に進入する方向に動くので、アークが不安定になってスパッタを発生させやすいという問題点がある。
【００１５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、片面溶接における初層の溶接において、スパッタ発生量が少ない安定したアークが得られ、開先底部を十分に溶融して安定した裏ビードを形成することができるウィービングパターンによる片面マグ溶接方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る片面マグ溶接方法は、Ｖ又はＹ型の開先を設けて突き合わされた母材の前記開先の裏面に裏当て材を配置し、溶接ワイヤを供給する溶接トーチをウィービングしながら前記母材の開先表面側を溶接する片面マグ溶接方法において、初層を溶接する場合に、前記溶接トーチの後退角θを５°を超え３０°未満とし、前記溶接ワイヤの先端がウィ−ビングにより描く軌跡が作るウィービング平面と前記裏面とのなす角αを４５°を超え８０°未満とする条件でトーチウィービングを行うことを特徴とする。
【００１７】
また、前記母材が水平面に対して傾斜し、前記母材裏面における溶接線に垂直な方向の線分が水平面に対してなす傾斜角ωが０°を超え３０°未満の場合、前記ウィ−ビング平面の法線を前記裏面に投影した直線と前記溶接線とのなす角βを０°を超え４５°未満としたウィービング平面でウィービングを行うことが好ましい。この場合、例えば前記角βは前記傾斜角ωに応じて変化し、前記傾斜角ωが増加するにつれて前記角βを増加させたウィービング平面でウィービングさせることが好ましい。
【００１８】
更に、前記母材が水平面に対して傾斜し、前記母材裏面における溶接線に垂直な方向の線分が水平面に対してなす傾斜角ωが０°を超え３０°未満の場合、前記ウィ−ビング平面と前記溶接線を通り前記母材裏面に垂直な面とが交差する線分を中心として０°を超え３０°未満の角度γだけ前記母材の傾斜方向と逆方向に傾斜させたウィービング平面でウィービングを行うことが好ましい。この場合い、例えば前記角度γは前記傾斜角ωに応じて変化し、前記傾斜角ωが増加するにつれて前記角度γを増加させたウィービング平面でウィービングさせることが好ましい。
【００１９】
更にまた、前記母材が水平面に対して傾斜し、前記母材裏面における前記溶接線と平行な方向の線分が水平面に対してなす傾斜角ψが０°を超え３０°未満の場合、前記角αは前記傾斜角ψに応じて変化し、前記傾斜角ψが増加するにつれて前記角αを増加させたウィービング平面でウィービングを行うことが好ましい。
【００２０】
本発明においては、初層を溶接するときに、溶接トーチ後退角θ及び角αを調整して、溶接トーチをウィービングさせて開先表面側から溶接することにより、スパッタ発生量が少ない安定したアークを得ることができると共に、開先底部が十分に溶融され安定した裏ビードを形成することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係る片面マグ溶接方法について添付の図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施例に係る片面マグ溶接の継手を示す模式図、図２は本実施例に使用される軸調整機構装置を示す側面図、図３はその上面図、図４はそれをＡ方向から見た図である。
【００２２】
本実施例においては、２枚の母材１が突き合わされて、その母材１の端面にＶ型の開先２が形成されている。母材１は水平面に対して傾斜し、母材１裏面における溶接線に垂直な方向の線分が水平面に対してなす角度を第１の傾斜角ωとする。また、母材１は水平面に対して傾斜し、母材１裏面における溶接線に平行な方向の線分が水平面に対してなす角度を第２の傾斜角ψとする。
【００２３】
開先２の上方に溶接ワイヤ３を供給する溶接トーチ４が後退角θで配置されている。母材１の裏面から溶接方向に向かう方向を正の方向とするとき、溶接ワイヤ３の先端がウィービングにより描く軌跡が作るウィービング平面Ｗと母材１の裏面とがなす角度を角αとする。また、ウィ−ビング平面Ｗの法線を裏面に投影した直線と溶接線とがなす角度を角βとする。更に、ウィ−ビング平面Ｗと溶接線を通り母材１の裏面に垂直な面とが交差する線分を中心として母材１の傾斜方向とは逆方向に傾斜させた角度を角γとする。
【００２４】
なお、ワイヤ３の延長線が開先２の底部の溶接線と交差する位置を原点とし、開先底部の溶接線をＸ軸、母材裏面に平行でＸ軸に垂直の方向をＹ軸、Ｘ軸及びＹ軸に垂直な方向をＺ軸とする。
【００２５】
上述の如く配置された溶接トーチ４は各軸調整機構により、第１の傾斜角ω又は第２の傾斜角ψに応じて後退角θ、角α及び角β、γを調整することができる。この各軸調整機構は図２乃至図４に示すように、第１のアーム１８に円弧状のβ角調整スライダ１７が固定されており、その上面側から円弧に沿うようにして案内溝１７ａが形成されている。このβ角調整スライダ１７は角β方向に一致させて配置されている。この案内溝１７ａにβ角調整軸１６が挿通されており、β角調整軸１６は第２のアーム１５の一端部に固定されている。これにより、第２のアーム１５を回転させると角βが大きく又は小さくなる。
【００２６】
第２のアーム１５の他端部には円弧状のγ角調整スライダ１４が固定されており、その上面側から円弧に沿うようにして案内溝１４ａが形成されている。このγ角調整スライダ１４は案内溝１４ａが角γの方向に一致させて配置されている。この案内溝１７ａにγ角調整軸１３が挿通されており、γ角調整軸１３は第３のアーム１２の一端部に固定されている。これにより、第３のアーム１２を回転させると角γが大きく又は小さくなる。
【００２７】
第３アーム１２の他端部は角柱状に形成されたウィーバ１０の側面にα角調整軸１１により回転可能に接続されている。このウィーバ１０は原点に垂直な軸に平行な軸を回転軸として回転可能に支持されている。ウィーバ１０の溶接方向側の上面には第４のアーム１９が設けられている。この第４のアーム１９はθ角調整軸２０により保持部材２１に接続されている。また、保持部材１９は接続部材２２を保持している。この接続部材２２の下部には溶接トーチ４が接続されている。θ角調整軸２０により保持部材２１を第４のアーム１９に対して、原点に垂直な軸に対して溶接方向側に回転させることができる。
【００２８】
上述の各軸調整機構においては、θ角調整軸２０を回転させることにより、溶接方向に対して任意の後退角θが設定される。また、α角調整軸１１を回転させることによりウィービング角αを調整することができる。更に、β角調整スライダ１７を回転させることにより、角βを任意の角度に調整することができる。更にまた、γ角調整スライダ１４を回転させることにより、角γを任意の角度に調整することができる。また、溶接トーチ４はアーム１８に接続される適宜の駆動手段によりウィービングされる。このようにして、上述の各軸調整機構により溶接トーチ４の軌跡が作るウィービング平面の角α及び角γ、βを調整する。
【００２９】
なお、本実施例においては、各角度を調整にする各軸調整機構は手動で調整しているが、特にこれに限定されるものではなく、電気等により駆動する駆動手段を使用してもよく、また、溶接トーチ４の先端を３次元で移動させることができるウィーバを使用してもよい。更に、ウィービング平面Ｗにおける各角度を適宜の駆動手段及び制御手段により自動制御してもよい。更にまた、開先の形状はＹ型とすることができる。
【００３０】
以下、本発明の片面マグ溶接方法の数値限定理由について説明する。
【００３１】
▲１▼初層を溶接する場合に、溶接トーチの後退角θを５°を超え３０°未満とし、ウィービング平面の角αを４５°を超え８０°未満とする。
【００３２】
ウィービング平面の角度を変化させて溶接したときのアークの安定性を調査した結果、溶接時のワイヤの先端（アークの位置）は、溶融池の表面に対して急激に離れたり、逆に進入したりしないように溶接トーチをウィービングした方が安定したアークを維持することができる。溶融池は図１０（ｂ）に示すように母材１表面に対して角度を有しているので、溶接トーチ４のウィービング表面に対して角αを設定することにより、アークが安定する。しかし、この角αの角度には適正範囲が存在する。
【００３３】
ウィービング平面の角αが４５°以下の場合には、溶接トーチが溶接進行方向とは逆方向に移動したとき、溶接ワイヤが溶融池に進入し、アークが不安定になりスパッタが発生するようになる。また、ウィービング平面の角αが８０°以上の場合には、溶接トーチが下方に移動するときには、未溶融の溶接ワイヤが溶融池の中に進入するようになり、アークが不安定になりスパッタが多く発生する。従って、ウィービング平面の角αは４５°を超え８０°未満とする。
【００３４】
更に、ウィービング平面の角αだけでなく、溶接トーチの角度もアーク安定性に影響する。溶接トーチが直前進角を有するように配置された場合、ウィービング動作において、溶接トーチが溶接進行方向に移動するとき、大粒のスパッタが多く発生するようになる。また、溶接トーチの後退角θが５°以下、即ち、母材平面に対して溶接トーチが略直角の場合には、ウィービング平面の角αが適正範囲内であっても、その角度が、例えば７５°以上８０°未満と大きいときには、溶接ワイヤが溶融池に進入してスパッタを発生させることがある。
【００３５】
また、溶接トーチの角度が後退角θが３０°以上の場合には、溶接進行方向に対して逆方向に溶接ワイヤをウィービング動作させたときに、大粒のスパッタが発生する。従って、溶接トーチの後退角θを５°を超え３０°未満とする。
【００３６】
このように、ウィービング平面と母材平面との角αを４５°を超え８０°未満とし、同時に溶接トーチの後退角θを５°を超え３０°未満とする条件で溶接すると、アークが安定し、スパッタの発生が少なくなる。なお、ウィービング平面の角αが６５°乃至７５°、溶接トーチの後退角θが５°乃至１５°の条件で溶接することが好ましい。この条件で溶接すると、最もアークが安定し、スパッタ発生量も少ない。
【００３７】
▲２▼母材が水平面に対して傾斜し、母材裏面における溶接線に垂直な方向の線分が水平面に対してなす傾斜角ωが０°を超え３０°未満の場合、ウィ−ビング平面の法線を裏面に投影した直線と溶接線とのなす角βを０°を超え４５°未満としたウィービング平面でウィービングし、角βは母材の傾斜角ωが増加するにつれて増加させる。
【００３８】
母材が水平面に対して、傾斜角ωで傾斜しているときは、開先と溶融池とは上述の如く、図１１に示すような関係になるが、傾斜角ωが０°を超え３０°未満の場合には、図１に示すように、ウィ−ビング平面Ｗの法線を裏面に投影した直線と溶接線とのなす角βが０°を超え４５°未満であると、溶接トーチ４のウィービング動作において、溶接ワイヤ３が溶融池に進入してアークが不安定になることがない。
【００３９】
母材の傾斜角ωが０°を超え３０°未満の場合において、角βが０°以下のとき、即ち、ウィービング平面を負の方向に回転させると、溶接ワイヤの溶融池への進入が著しく起こり、大粒スパッタが多く発生する虞がある。また、母材の傾斜角ωが０°を超え３０°未満の場合において、角βが４５°以上の場合には、溶融池から大きく離れた位置で溶接ワイヤの先端がウィービング動作することがあり、これがアンダカット等の溶接欠陥の原因になる虞がある。従って、母材が水平面に対して傾斜し、母材裏面における溶接線に垂直な方向の線分が水平面に対してなす傾斜角ωが０°を超え３０°未満の場合、ウィ−ビング平面の法線を裏面に投影した直線と溶接線とのなす角βを０°を超え４５°未満としたウィービング平面でウィービングすることが好ましい。
【００４０】
また、角βは傾斜角ωが大きくなるにつれて、角βを大きくする方が溶融池から大きく離れた位置でワイヤの先端がウィービング動作することがなくなり、より一層アークを安定させることができる。
【００４１】
なお、角度ωに関し、母材１が図１に示す方向とは逆の方向（これを負の方向という）に傾斜し、角ωが負であるとき、即ち、図１の奥側の部分が手前の部分よりも下がる場合には、ウィービング平面Ｗは図１の逆の方向（これを負の方向という）に回転し、角βも同様に負の角度とする。これにより、アークを安定させることができる。
【００４２】
▲３▼母材が水平面に対して傾斜し、母材裏面における溶接線に垂直な方向の線分が水平面に対してなす傾斜角ωが０°を超え３０°未満の場合、ウィ−ビング平面と溶接線を通り母材裏面に垂直な面とが交差する線分を中心として０°を超え３０°未満の角度γだけ母材の傾斜方向と逆方向に傾斜させたウィービング平面でウィービングし、角度γは母材の傾斜角ωが増加するにつれて増加させる。
【００４３】
母材が水平面に対して、傾斜角ωで傾斜しているときは、開先と溶融池とは上述の如く、図１１に示すような関係になるが、傾斜角ωが０°を超え３０°未満の場合には、図１に示すように、ウィ−ビング平面Ｗと溶接線を通り母材１裏面に垂直な面とが交差する線分を中心として０°を超え３０°未満の角度γだけ母材１の傾斜方向と逆方向に傾斜させると、ワイヤ３の先端が水平に近い軌跡で運動することになり、溶接トーチ４のウィービング動作において、溶接ワイヤ３が溶融池に進入してアークが不安定になることがない。
【００４４】
母材の傾斜角ωが０°を超え３０°未満の場合において、角度γが０°以下のとき、即ち、ウィービング平面Ｗを母材の傾斜方向と同一の方向に傾斜させると、溶接ワイヤの溶融池への進入が著しく起こり、大粒スパッタが多く発生する虞がある。また、母材の傾斜角ωが０°を超え３０°未満の場合において、角度γが３０°以上の場合には、溶融池から大きく離れた位置で溶接ワイヤの先端はウィービング動作することがあり、これがアンダカット等の溶接欠陥の原因になる虞がある。従って、母材が水平面に対して傾斜し、母材裏面における溶接線に垂直な方向の線分が水平面に対してなす傾斜角ωが０°を超え３０°未満の場合、ウィ−ビング平面と溶接線を通り母材裏面に垂直な面とが交差する線分を中心として０°を超え３０°未満の角度γだけ母材の傾斜方向と逆方向に傾斜させたウィービング平面でウィービングすることが好ましい。
【００４５】
また、角度γは傾斜角ωが大きくなるにつれて、角度γを大きくする方が溶融池から大きく離れた位置でワイヤの先端がウィービング動作することがなくなり、より一層アークが安定する。
【００４６】
なお、角度ωに関し、母材１が図１に示す方向とは逆の方向（負の方向）に傾斜するとき、即ち、角ωが負である場合には、角度γも図１に示す傾斜と逆方向とする。これにより、アークを安定させることができる。
【００４７】
▲４▼母材が水平面に対して傾斜し、母材裏面における溶接線と平行な方向の線分が水平面に対してなす傾斜角ψが０°を超え３０°未満の場合、角αは傾斜角ψが増加するにつれて増加させる。
【００４８】
母材が傾斜角ψを有することは、母材が登り傾斜で溶接されることである。溶融池と開先との関係は上述の如く、図１０（ｂ）に示すように、溶融池７の表面は重力の作用により、水平面に対して平行である。また、母材１表面とウィービング平面Ｗとのなす角度δは変化するが、母材１表面に対する角αは変化しない。従って、母材の傾斜角ψが０°を超え３０°未満の場合において、図１に示すウィービング平面Ｗの角αも傾斜角ψの増加に応じて大きくすることにより、溶接トーチ４が溶接進行方向に対して逆方向にウィービング動作したとき、溶接ワイヤ３先端が溶融池に進入しないようにすることが可能になり、スパッタの発生を抑制することができる。
【００４９】
【実施例】
以下、本発明の範囲に入る片面マグ溶接方法の実施例について、その特性を比較例の片面マグ溶接方法と比較して具体的に説明する。図５は溶接母材の継手の形状を示す断面図である。
【００５０】
母材１として、板厚が２０ｍｍ、幅が２００ｍｍ、長さが６００ｍｍのＳＭ４９０を使用し、図５に示すように、この母材１をルートギャップを０ｍｍとして突き合せ、この突き合せ部に開先角度が５０°のＶ字型の開先２を形成した。この開先２の裏面に裏当て材５（商品名ＦＢＢ−３  神戸製鋼所製）が配置されている。
【００５１】
ＪＩＳ  Ｚ３３１２に規定されているＹＧＷ−１１に相当するワイヤ（商品名ＭＧ−５０、神戸製鋼所製）を使用し、シールドガスとして、１００％の炭酸ガスを使用して下記表１に示す溶接条件で表２乃至表４に示すウィービング平面の角α、β及びγ（角α、β及び角度γ）、トーチ角θ並びに被溶接鋼板傾斜角ω及びψ（母材の第１の傾斜角ω及び第２の傾斜角ψ）で開先２の表面側から初層のみの下向片面溶接を行った。
【００５２】
図６は本実施例のウィービング動作によるウィービング平面を示す模式図である。本実施例のウィービング動作は、溶接トーチ４により供給される溶接ワイヤ３がウィービング平面において溶接方向の開先底部が頂点となるようなＶ字形状のウィービング軌跡６を描くようにしたものである。
【００５３】
なお、表２乃至表５の溶接トーチのウィービング軌跡の欄に示す図番は、本願明細書における図番に対応しており、各図に示すウィービング動作により溶接したことを示す。
【００５４】
評価については、溶接中で飛散するスパッタ発生量及び開先裏面に形成された裏ビード形状の安定性を評価した。
【００５５】
スパッタ発生量については、母材の表面及びシールドノズルに付着したスパッタを採取し、秤量し、単位時間当たり（１分）のスパッタ質量を算出した。
【００５６】
裏ビードの安定性については、母材の裏面に形成された裏ビードの高さで評価した。評価については、母材の裏面に形成された裏ビードが全長の９５％以上の長さに亘って裏ビードの余盛高さが１乃至３ｍｍであるものを「良好ビード」とし、裏ビードが全長の５０以上９５％未満の長さに亘って裏ビードの余盛高さが１乃至３ｍｍであるものを「不安定ビード」とし、裏ビードが全長の５０％未満の長さに亘って裏ビードの余盛高さが１乃至３ｍｍであるものを「不良ビード」とし、裏ビードの一部に余盛高さが３ｍｍ以上若しくは溶け落ち又は裏ビードの余盛高さが１ｍｍ以下若しくは全く形成されていない場合を「溶接不可」とした。これらの結果を表５乃至表７に示す。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
【表２】
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【００５９】
【表３】
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【００６０】
【表４】
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【００６１】
【表５】
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【００６２】
【表６】
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【００６３】
【表７】
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【００６４】
上記表５乃至表７に示すように、実施例No.１乃至３２はいずれもスパッタ発生量及び裏ビードの安定性が優れていた。
【００６５】
なお、実施例No.１乃至５は、溶接トーチの後退角θを本発明の範囲内で変化させたものである。裏ビードの形成は良好であり、スパッタ発生量も少なかった。スパッタ発生量は溶接トーチの後退角の影響を受け、後退角が１０°乃至１５°程度のときが、スパッタ発生量は最も少なかった。
【００６６】
実施例No.６乃至８は、ウィービング平面の角αを本発明の範囲内で変化させたものである。裏ビードの形成が良好であり、スパッタ発生量も少なかった。
【００６７】
実施例No.９乃至１４は、被溶接鋼板に登り傾斜角（第２の傾斜角）ψがある場合に、ウィービング平面の角αを本発明の範囲内で変化させたものである。アークが安定するために総じてスパッタ発生量が少なく、良好な裏ビードが形成された。また、傾斜角ψが大きい場合には、ウィービング平面の角αが大きい方がスパッタ発生量が少なかった。
【００６８】
実施例No.１５乃至２０は、被溶接鋼板に横傾斜（第１の傾斜角）ωがある場合に、ウィービング平面の角βを本発明の範囲内で変化させたものである。アークが安定するために総じてスパッタ発生量が少なく、良好な裏ビードが形成された。また、傾斜角ψが大きい場合には、ウィービング平面の角βが大きい方がスパッタ発生量が少なかった。
【００６９】
実施例No.２１及び２２は、被溶接鋼板に登り傾斜ψ及び横傾斜ωがある場合に、ウィービング平面の角α及びウィービング平面の角βを本発明の範囲内で変化させたものである。アークが安定し、スパッタ発生量が少なく、良好な裏ビードが形成された。
【００７０】
実施例No.２３及び２８は、被溶接鋼板に横傾斜ωがある場合に、ウィービング平面の角γを本発明の範囲内で変化させたものである。アークが安定し、スパッタ発生量が少なく、良好な裏ビードが形成された。
【００７１】
実施例No.２９乃至３２は、被溶接鋼板に登り傾斜ψ及び横傾斜ωがある場合に、ウィービング平面の角α及びウィービング平面の角γを本発明の範囲内で変化させたものである。アークが安定しスパッタ発生量が少なく、良好な裏ビードが形成された。
【００７２】
実施例No.３３及び３４は、被溶接鋼板に登り傾斜ψ及び横傾斜ωがある場合に、ウィービング平面の角βが本発明の範囲から外れるものであるが、アークが安定しスパッタ発生量が少なかった。実施例No.３３は、ウィービング平面の角βの値が本発明の上限値を超えているので、溶接ワイヤ先端の位置が溶融池から外れたりして、スパッタが増加し、アンダカットの原因となった。このため、裏ビードは不安定ビードになった。また、実施例No.３４は、ウィービング平面の角βの値が本発明の下限値未満（０°以下）、即ち、ウィービング平面Ｗを負の方向に回転させたものである。このため、溶接ワイヤ先端が溶融池に進入し、スパッタが増加した。更に、裏ビードは不安定ビードであった。
【００７３】
実施例No.３５及び３６は、被溶接鋼板に登り傾斜ψ及び横傾斜ωがある場合に、ウィービング平面の角γが本発明の範囲から外れるものであるが、アークが安定しスパッタ発生量が少なかった。実施例No.３５は、ウィービング平面の角γの値が本発明の上限値を超えているので、溶接ワイヤ先端の位置が溶融池から外れたりして、スパッタが増加し、アンダカットの原因となった。このため、裏ビードは不安定ビードになった。また、実施例No.３６は、ウィービング平面の角γの値が本発明の下限値未満（０°以下）、即ち、ウィービング平面Ｗを負の方向に回転させたものである。このため、溶接ワイヤ先端が溶融池に進入し、スパッタが増加した。更に、裏ビードは不安定ビードであった。
【００７４】
一方、比較例No.３７乃至３９は、ウィービング方法が従来のウィービング方法による比較例である。溶接条件を適切に選定すれば、良好な裏ビードは形成されるものの、スパッタ発生量が多かった。
【００７５】
比較例No.４０乃至４３は、溶接トーチの後退角が本発明の範囲から外れるものである。比較例No.４０は、溶接トーチの後退角が０°であるため、スパッタ発生量が多くなった。比較例No.４１は、溶接トーチの後退角が−５°、即ち、前進角が５°であり、比較例No.４２は、溶接トーチの後退角が−１０°、即ち、前進角が１０°であるため、溶け込みが浅くなり、裏ビードの高さが不足して不安定ビードになった。比較例No.４３は、溶接トーチの後退角が５０°であるため、スパッタ発生量が多く、不良ビードであった。
【００７６】
比較例No.４４乃至４７は、ウィービング平面の角αが本発明の範囲から外れるものである。比較例No.４４は、ウィービング平面の角αが９０°と大きく、比較例No.４６は、ウィービング平面の角αが４０°であり、比較例No.４７は、ウィービング平面の角αが３０°と、ウィービング平面の角αが小さい。この場合、良好な裏ビードは形成されるものの、スパッタ発生量が多かった。一方、比較例No.４５はウィービング平面の角αが１１０°と大きく、アークが不安定になり、一部裏ビードが形成されない部分が発生すると共に、スパッタ発生量が多かった。
【００７７】
比較例No.４８乃至５７は、ウィービング方法が従来のウィービング方法で被溶接鋼板に登り傾斜ψ及び横傾斜ωを有する比較例である。総じてスパッタ発生量が多かった。また、溶接ワイヤが溶融池に進入することによるアーク不安定のため、良好なビードが形成されなかった。
【００７８】
比較例No.５８乃至６１は、被溶接鋼板に登り傾斜ψがあり、ウィービング平面の角β及びウィービング平面の角γが本発明の範囲から外れるため、溶接途中にワイヤの進入が激しく、スパッタが大幅に増加した。これにより、アークが不安定になり、比較例No.５８は、裏ビードの形成が不安定ビード、比較例No.５９及び６０は、不良ビードであり、比較例No.６１は溶接不可であった。なお、比較例No.５８乃至６１は総じてスパッタ発生量が多かった。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、片面溶接の初層溶接において、スパッタ発生量が少ない安定したアークが得られると共に、開先底部が十分に溶融され安定した裏ビードを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る片面マグ溶接の継手を示す模式図である。
【図２】本実施例に使用される軸調整機構装置を示す側面図である。
【図３】その上面図である。
【図４】それをＡ方向から見た図である。
【図５】溶接母材の継手の形状を示す断面図である。
【図６】本実施例のウィービング動作によるウィービング平面を示す模式図である。
【図７】従来の第１の片面マグ溶接方法を示す模式図である。
【図８】従来の第２の片面マグ溶接方法を示す模式図である。
【図９】従来の第３の片面マグ溶接方法を示す模式図である。
【図１０】（ａ）は母材が水平面に対して傾斜していない状態の溶接状態を示す模式的断面図、（ｂ）は母材が水平面に対して溶接方向に傾斜している状態の溶接状態を示す模式的断面図である。
【図１１】母材が水平面に対して母材の長手方向に傾斜している状態の溶接状態を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１；母材
２；開先
３；溶接ワイヤ
４；溶接トーチ
５；裏当て材
６；ウィービング軌跡
７；溶融池
８；ビード
１０；ウィーバ
１１；α角調整軸
１２；アーム
１３；γ角調整軸
１４；γ角調整スライダ
１４ａ、１７ａ；案内溝
１５、１８、１９；アーム
１６；β角調整軸
１７；β角調整スライダ
２０；θ角調整軸
２１；保持部材
２２；接続部
【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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【図１１】
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