JP2001300774A

JP2001300774A - 溶接用当金

Info

Publication number: JP2001300774A
Application number: JP2000126546A
Authority: JP
Inventors: Shinya Matahari; 伸也股張; Yukio Manabe; 幸男真鍋; Satoru Zenitani; 哲銭谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2001-10-30

Abstract

(57)【要約】【課題】長尺部分の溶接時にも、作業を中断させる煩
雑な清掃作業を極力抑えて極めて円滑に溶接作業を行
う。【解決手段】溶接ワイヤ２の先端にて発生するアーク
３の近傍に、アーク３の発生時に生じるスパッタを貯留
するスパッタ貯留凹部２３を形成する。スパッタ貯留凹
部２３を、アーク３によって形成される溶融池４の上方
位置に形成する。下側の母材６の端部からスパッタ貯留
凹部２３の下端部までの寸法を、開先６０の幅寸法の３
割から５割とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、煙突、橋梁、圧力
容器等の大型鋼製構造物の製作時に行われる横向溶接時
に用いて好適な溶接用当金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、煙突、橋梁、圧力容器等の大
型鋼製構造物は、各部品同士を溶接することにより接合
して製作していた。特に、煙突にあっては、円筒状の部
品同士を重ね合わせ、その重ね合わせた部分を水平に周
方向へわたって溶接していたが、このように水平方向に
溶接するいわゆる横向溶接では、重力によって溶接金属
の垂れ下がりが生じてしまうため、溶接を少しずつ繰り
返して行う多パス溶接を行わなければならず、多大な手
間及び時間を要していた。

【０００３】このため、本発明者らは、上記の多パス溶
接を回避し、しかも、溶融不良を生じさせることなく、
ワンパスにて溶接を行うことが可能なエレクトロガスア
ーク溶接による横向溶接方法を開発した。この溶接方法
は、溶融池にローレンツ力を生じさせて重力に抗して持
ち上げることにより、重力の影響を最小限に抑え、高能
率の溶接を可能としたもので、この溶接方法を行うこと
により、多パス施工であった大型鋼製構造物の製作時の
横向溶接を、１パスにて行うことが可能となり、高能率
な横向溶接を実現することができるようになった。

【０００４】ここで、このエレクトロガスアーク溶接に
よる上記横向溶接方法について説明する。図５におい
て、母材６は、その表面上で定義される法線の方向を、
水平方向に一致させた姿勢となっており、溶接トーチ１
から突出した溶接ワイヤ２は、溶接電源７のプラス側
に、また、母材６は同溶接電源７のマイナス側にそれぞ
れ接続されている。そして、溶接ワイヤ２は、母材６に
形成された開先６０内に位置するようにされている。こ
の状態で溶接電源７を通電させることによって、開先６
０内にアーク３が発生し、このアーク３の熱により開先
６０の両側面、また既に形成され母材６の一部と化した
ビード６５を溶融することにより溶融池４を形成するこ
とになる。また溶接トーチ１は、図中矢印Ａ１に示すよ
うに、開先６０の長手方向に次第に移動していくこと
で、開先６０全長にわたってビード６５を連続的に形成
していくようになっている。

【０００５】母材６の表面及び裏面には、開先６０を挟
むようにして当金（表面には銅当金、裏面にはセラミッ
クス製の裏当材、母材と同材の裏当金あるいは銅当金の
いずれか）５が配されている。これは、溶融池４が開先
６０外に飛び出すことのないよう、「抑え」としての役
割が与えられているとともに、当該溶融池４近傍に不活
性ガスを導入する場合に、その作用を有効ならしめるた
め当該ガスを閉じこめる役割等を担っている。なお、当
金５の材質としては、一般的に銅が使用される。

【０００６】当金５の外方には、アーク３又は前記溶融
池４に対して偏在した磁場を付与するための磁場発生手
段１０が設けられている。この磁場発生手段１０は、図
６に示すように、コイル部材１０ａと、外コイル部材内
部に配設される鉄芯１０ｂ、そして添加ワイヤ２０を一
体的に構成したものとなっている。コイル部材１０ａは
コイル用電源１９に接続されており、これによって通電
状態にされることによって磁場を発生させるものであ
る。鉄芯１０ｂは、コイル部材１０ａの軸線Ｑを含む平
面Ｐに対して非対称な形態となっている。

【０００７】より具体的には、図６に示すように、パイ
プ状柱体を長手方向に半分に分割した形態とされた鉄芯
１０ｂが、平面Ｐの図中向こう側のみに配されるように
なっているものである。添加ワイヤ２０は、前記コイル
部材１０ａの軸線Ｑにちょうど一致するように配されて
いる。この添加ワイヤ２０には、溶接電源７が分流器８
を介して接続され、当該溶接電源７からの電流が分流さ
れるようになっている。

【０００８】なお、添加ワイヤ２０は、溶接中にあって
は溶融池４の後方、すなわち、アーク３が溶融池４に到
達する点（以下、アーク点と略す）から離れた地点に挿
入されるようになっている。また、このような添加ワイ
ヤ２０の溶融池４への挿入を可能とするため、当金５に
は、添加ワイヤ２０を貫通させるための挿入孔５ａが、
上記条件を満たす適当な位置に形成されている。

【０００９】このような形態となる磁場発生手段１０に
あっては、コイル部材１０ａから発生する磁場を、鉄芯
１０ｂによって偏在した状態、すなわちその強度を空間
位置に関して偏差をもたせた状態とすることが可能とな
っている。つまり、図６においては、鉄芯１０ｂが存在
する平面Ｐの図中向こう側においては磁場は強くなり、
またその反対側においては磁場が弱くなることになる。
さらに、添加ワイヤ２０の存在によって、溶接ワイヤ
２、アーク３、溶融池４と流れる電流が、添加ワイヤ２
０を一電極として介することで溶接電源７へと帰還する
一つの閉回路を想定することができる。すなわち、この
場合、溶融池４における電流は、アーク点から添加ワイ
ヤ２０の溶融池４における挿入点へと流れる整流された
電流となることになる。

【００１０】上記構造において、溶接が進行するに際し
て、アーク点の下に形成される溶融池４には、常に重力
が働いているが、磁場発生手段１０により形成された磁
場及び溶融池４における整流された電流の相互作用によ
り、溶融池４にはローレンツ力が働くようになってい
る。より具体的には、図７に示すように、磁場Ｂ１が母
材６の表面から裏面へ突き抜けるように付与されるとと
もに、電流Ｉがアーク点３ｐから添加ワイヤ２０の溶融
池４における挿入点２０ｐに対して流れる、という両者
の関係から、ローレンツ力Ｆ１は、フレミングの左手の
法則により図中上方に向く力として溶融池４に対して作
用することになる。つまり、このローレンツ力Ｆ１は、
溶融池４に働く重力と反対方向に作用することになる。

【００１１】このローレンツ力Ｆ１の大きさが、溶融池
４に作用する重力の大きさとちょうど釣り合うか又はや
や勝るようであれば、当該溶融池４を上方に引き上げる
ことが可能となる。これにより、開先６０下方における
先行部分や、アンダーカット、オーバラップ等の溶接不
良が発生することがなくなり、融合不良等の溶接欠陥を
招くことがなく、正常なビード６５を開先６０の全長に
渡って形成することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の溶接
方法では、溶接ワイヤ２の先端にてアークを生じさせる
ことにより、この溶接ワイヤ２を溶融させているが、こ
の溶接ワイヤ２の先端部にてアーク３を発生させる際
に、このアーク３の周囲に金属粒であるスパッタが飛散
するため、特に、長尺部分を溶接した場合、当金５の内
面にスパッタが蓄積してしまう。

【００１３】このスパッタは、特に、溶融池４の上方部
分に多く付着する傾向があり、図８に示すように、この
スパッタＳが蓄積すると、溶融池４の上方にてせり出し
て溶融池４を圧迫してしまい、その後のビード６５の形
成に影響を与えてビード６５の変形等の品質低下を招い
てしまう問題があった。したがって、長尺部分を溶接す
る場合には、定期的に当金５の内面を清掃しなければな
らず、その清掃作業に多大な労力を要し、しかも、この
清掃作業により、溶接作業を中断させなければならず、
作業の長期化を招いてしまうという問題があった。

【００１４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、長尺部分の溶接時にも、作業の長期化を招きしかも
作業を中断させる煩雑な清掃作業を極力抑えて極めて円
滑に溶接作業を行うことが可能な溶接用当金を提供する
ことを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の溶接用当金は、エレクトロガスアー
ク溶接を行う際に、溶接ワイヤによる溶接箇所を覆うよ
うに開先に当接される溶接用当金であって、前記溶接ワ
イヤの先端にて発生するアークの近傍に、アーク発生時
に生じるスパッタを貯留するスパッタ貯留凹部が形成さ
れていることを特徴としている。

【００１６】このように、溶接作業を長時間連続して行
ったとしても、アークの周辺に生じるスパッタが内面に
形成されたスパッタ貯留凹部に貯留されるので、従来の
ように、内面に付着するスパッタが張り出して、ビード
の形成に影響を与えるような不具合をなくすことがで
き、溶接の品質を高品質に維持させることができる。ま
た、長尺部分を溶接する際にも、定期的にスパッタを取
り除くために溶接作業を中断させるようなこともないの
で、円滑にかつ迅速に溶接作業を行うことができる。

【００１７】請求項２記載の溶接用当金は、請求項１記
載の溶接用当金において、上下の母材同士の開先を溶接
する横向溶接時に用いられ、前記スパッタ貯留凹部が、
少なくともアークによって形成される溶融池の上方位置
に形成されていることを特徴としている。

【００１８】このように、特に、ビード形成に影響を与
えやすいとともにスパッタの飛散量の多い溶融池の上方
側にスパッタ貯留凹部が形成されているので、スパッタ
の付着によるビード形成への影響を確実になくすことが
できる。

【００１９】請求項３記載の溶接用当金は、請求項２記
載の溶接用当金において、下側の母材の端部から前記ス
パッタ貯留凹部の下端部までの寸法が、開先の幅寸法の
３割から５割とされていることを特徴としている。

【００２０】つまり、下側の母材の端部からスパッタ貯
留凹部の下端部までの寸法が開先の３割から５割とされ
ているので、溶融池を形成する内面部分を十分に確保し
つつ、その上方にてスパッタを貯留させることができ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の溶接用当金の実施
の形態例を図面を参照して説明する。なお、従来技術と
同一構造部分には、同一符号を付して説明を省略する。
図１から図３において、符号２１は、本実施形態例の当
金である。この当金２１には、その内面に、ビード６５
の形を整えるビード調整溝２２と重なる位置に、スパッ
タ貯留凹部２３が形成されている。

【００２２】スパッタ貯留凹部２３は、溶接ワイヤ２の
先端部近傍に形成されたもので、その長辺は、溶接ワイ
ヤ２の先端部、溶接ワイヤ２の先端部にて発生するアー
ク３及びこのアーク３によって形成された溶融池４を含
む長さとされている。また、このスパッタ貯留凹部２３
は、ビード調整溝２２の上方側に形成されている。これ
により、このスパッタ貯留凹部２３の下方側は、ビード
調整溝２２が残された形状とされている。

【００２３】さらに、下方側の母材６の端部からスパッ
タ貯留凹部２３の下端部までの高さ寸法Ａつまり下方側
の母材６の端部の上方側におけるビード調整溝２２の高
さ寸法Ａと、開先６０の開口寸法Ｂとは、次のような関
係となっている。

【００２４】Ａ＝０.３〜０.５×Ｂ

【００２５】つまり、下側の母材６の端部からスパッタ
貯留凹部２３の下端までの寸法Ａが、開先６０の幅寸法
Ｂの３割から５割とされている。なお、ここでは、下方
側の母材６の端面６ａは直角とされ、上方側の母材６の
端面６ｂは約８０°の開き角度とされている。

【００２６】また、スパッタ貯留凹部２３には、磁場発
生手段１０を構成する添加ワイヤ２０が挿通される挿入
孔５ａが形成されている。

【００２７】次に、上記構成の溶接用当金２１を用いて
エレクトロガスアーク溶接を行う場合について説明す
る。溶接ワイヤ２にてアーク３を発生させると、アーク
３の先に溶融池４が生じ、その後、溶融池４の溶融金属
がビード調整溝２２によって形が整えられた状態にて硬
化し、ビード６５とされる。

【００２８】ここで、溶接ワイヤ２の先端部にてアーク
３を発生させると、このアーク３の周囲には、スパッタ
Ｓが飛散して付着するが、本実施形態例の当金２１に
は、溶接ワイヤ２の先端部、アーク３及び溶融池４を含
む長さ寸法のスパッタ貯留凹部２３が、ビード調整溝２
２の上方側に形成されているので、このスパッタＳは、
図４に示すように、スパッタ貯留凹部２３内の底部に順
に付着し、蓄積されることとなる。

【００２９】このように、上記構造の溶接用当金２１に
よれば、溶接作業を長時間連続して行ったとしても、ア
ーク３の周辺に生じるスパッタＳがスパッタ貯留凹部２
３に貯留されるので、従来のように、内面に付着するス
パッタＳが張り出して、ビード６５の形成に影響を与え
るような不具合をなくすことができ、溶接の品質を高品
質に維持させることができる。また、長尺部分を溶接す
る際にも、定期的にスパッタＳを取り除くために溶接作
業を中断させるようなこともないので、円滑にかつ迅速
に溶接作業を行うことができる。

【００３０】特に、ビード６５の形成に影響を与えやす
いとともにスパッタＳの飛散量の多い溶融池４の上方側
にスパッタ貯留凹部２３が形成されているので、スパッ
タＳの内面への付着によるビード６５の形成への影響を
確実になくすことができる。さらには、下側の母材６の
端部からスパッタ貯留凹部２３の下端部までの寸法が開
先６０の３割から５割とされているので、溶融池４を形
成する内面部分であるビード調整溝２２を十分に確保し
つつ、その上方にてスパッタＳを貯留させることができ
る。

【００３１】なお、スパッタ貯留凹部２３は、溶接する
長さに応じてその深さ寸法が決められている。つまり、
長尺の溶接を行う際には、スパッタを多く貯留させるこ
とができるように、深さ寸法を大きくする。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の溶接用当
金によれば、下記の効果を得ることができる。請求項１
記載の溶接用当金によれば、溶接作業を長時間連続して
行ったとしても、アークの周辺に生じるスパッタが内面
に形成されたスパッタ貯留凹部に貯留されるので、従来
のように、内面に付着するスパッタが張り出して、ビー
ドの形成に影響を与えるような不具合をなくすことがで
き、溶接の品質を高品質に維持させることができる。ま
た、長尺部分を溶接する際にも、定期的にスパッタを取
り除くために溶接作業を中断させるようなこともないの
で、円滑にかつ迅速に溶接作業を行うことができる。

【００３３】請求項２記載の溶接用当金によれば、特
に、ビード形成に影響を与えやすいとともにスパッタの
飛散量の多い溶融池の上方側にスパッタ貯留凹部が形成
されているので、スパッタの付着によるビード形成への
影響を確実になくすことができる。

【００３４】請求項３記載の溶接用当金によれば、下側
の母材の端部からスパッタ貯留凹部の下端部までの寸法
が開先の３割から５割とされているので、溶融池を形成
する内面部分を十分に確保しつつ、その上方にてスパッ
タを貯留させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態例の溶接用当金の構成及び
構造を説明する溶接用当金の斜視図である。

【図２】本発明の実施形態例の溶接用当金の形状を説
明する溶接用当金が設置された溶接箇所の断面図であ
る。

【図３】本発明の実施形態例の溶接用当金の形状を説
明する溶接箇所の正面図である。

【図４】本発明の実施形態例の溶接用当金のスパッタ
貯留凹部におけるスパッタの貯留状態を説明する溶接用
当金が設置された溶接箇所の断面図である。

【図５】エレクトロガスアーク溶接における従来の当
金を説明する当金の斜視図である。

【図６】当金に設けられた磁場発生手段の構成を示す
斜視図である。

【図７】溶融池に働くローレンツ力の作用の様子を示
す溶接箇所における開先の正面図である。

【図８】従来の溶接用当金におけるスパッタの付着状
態を説明する当金が設置された溶接箇所の断面図であ
る。

【符号の説明】

２溶接ワイヤ３アーク４溶融池６母材２１当金２３スパッタ貯留凹部６０開先Ｓスパッタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者銭谷哲広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内Ｆターム(参考） 4E001 AA03 DA02 DC01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エレクトロガスアーク溶接を行う際に、
溶接ワイヤによる溶接箇所を覆うように開先に当接され
る溶接用当金であって、前記溶接ワイヤの先端にて発生するアークの近傍に、ア
ーク発生時に生じるスパッタを貯留するスパッタ貯留凹
部が形成されていることを特徴とする溶接用当金。
【請求項２】上下の母材同士の開先を溶接する横向溶
接時に用いられ、前記スパッタ貯留凹部が、少なくとも
アークによって形成される溶融池の上方位置に形成され
ていることを特徴とする請求項１記載の溶接用当金。
【請求項３】下側の母材の端部から前記スパッタ貯留
凹部の下端部までの寸法が、開先の幅寸法の３割から５
割とされていることを特徴とする請求項２記載の溶接用
当金。