JP2001300775A

JP2001300775A - 溶接用当金

Info

Publication number: JP2001300775A
Application number: JP2000126547A
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】安全にかつ確実にエレクトロガスアーク溶接
による溶接を行う。【解決手段】磁場発生手段１０によって磁界が付与さ
れた溶融池４にアーク３側から後方のビード６５側へ向
けて電流を流して溶融池４に上方へ向かうローレンツ力
を発生させるべく、溶融池４の後方側に形成された挿入
孔５ａから添加ワイヤ２０を挿入する。添付ワイヤ２０
が挿入される挿入孔５ａに、耐高温性、絶縁性に優れ、
かつ溶融池４を形成する溶融金属が付着しづらいセラミ
ックスから形成されたキャップ２２を設ける。キャップ
２２の中心に形成された孔部２３に添加ワイヤ２０を挿
通させる。

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３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
４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４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、アーク３が溶融
池４に到達する点（以下、アーク点と略す）よりやや後
方の溶融池内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４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５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
方法にて溶接を行う場合、添加ワイヤ２０と当金５とを
確実に絶縁する必要があるが、絶縁性を高めるために挿
入孔５ａの径を大きくすると、当金５の内部にて溶融池
４を形成している溶融金属が挿入孔５ａから外部へ漏れ
出してしまい、安全性に問題があった。このため、挿入
孔５ａの径を小さくすると、溶接中に添加ワイヤ２０が
変位した際に、添加ワイヤ２０が挿入孔５ａの開口縁部
分に接触したり、あるいは近接して、絶縁性の低下を招
き、ローレンツ力による溶融池４の引き上げが良好に行
われなくなり、アンダーカットやオーバーラップ等の不
具合が生じてしまう恐れがあった。

【００１３】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、不具合を生じることがなく、しかも安全にエレクト
ロガスアーク溶接による溶接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。

【００１４】

【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、磁界が付与
された溶融池に、アーク側から後方のビード側へ向かっ
て電流を流して上方へ向かうローレンツ力を発生させる
べく、溶融池に向けて形成された挿入孔から添加ワイヤ
が挿入されており、該添付ワイヤが挿入される前記挿入
孔には、耐高温性、絶縁性に優れ、かつ前記溶融池を形
成する溶融金属が付着しづらい材料から形成されたキャ
ップが設けられ、該キャップの中心に形成された孔部に
前記添加ワイヤが挿通されていることを特徴としてい
る。

【００１５】このように、挿入孔に耐高温性、絶縁性に
優れかつ溶融金属が付着しづらい材料から形成されたキ
ャップが嵌め込まれ、このキャップの中心に形成された
孔部に添加ワイヤが挿通されているので、この添加ワイ
ヤと当金との間の絶縁性を確実に確保することができ、
また、挿入孔から溶融金属が漏れ出すような不具合もな
くすことができる。これにより、溶接中に添加ワイヤが
変位して挿入孔の開口縁部に近接したり接触して絶縁性
が確保されなくなることによりローレンツ力による溶融
池の引き上げ不良が生じるような恐れがなくなり、アン
ダーカットやオーバーラップ等の不具合なく安全に溶接
を行うことができる。

【００１６】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、前記キャップが、セラミック
スから成形されていることを特徴としている。

【００１７】つまり、耐高温性及び絶縁性に優れ、溶融
金属が付着しづらいセラミックスから形成されたキャッ
プによって挿入孔を確実に閉鎖することができるととも
に、添加ワイヤと当金との間の絶縁性を確実に確保する
ことができる。

【００１８】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、前記キャップを構成するセラ
ミックスが、窒化ケイ素及び窒化ホウ素の複合セラミッ
クスであることを特徴としている。

【００１９】すなわち、キャップを構成するセラミック
スが窒化ケイ素及び窒化ホウ素からなる耐高温性及び絶
縁性に優れ、溶融金属が付着しづらい複合セラミックス
から形成されているので、挿入孔を確実に閉鎖すること
ができるとともに、添加ワイヤと当金との間の絶縁性を
確実に確保することができる。

【００２０】請求項４記載の溶接用当金は、請求項１〜
３のいずれか１項記載の溶接用当金において、前記挿入
孔に、めねじが形成され、前記キャップには、前記挿入
孔のめねじに螺合可能なおねじが形成されていることを
特徴としている。

【００２１】このように、挿入孔に形成されためめじに
キャップに形成されたおねじを螺合させることにより、
極めて容易にキャップを挿入孔に装着させることができ
る。

【００２２】

【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及び図２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、その中央部分に形成され
た挿入孔５ａにキャップ２２が取り付けられている。こ
のキャップ２２は、その中心に、添加ワイヤ２０が挿通
される孔部２３が形成されている。

【００２３】このキャップ２２は、取付部２４と、この
取付部２４よりも大径に形成されたフランジ部２５とを
有している。このキャップ２２の取付部２４には、おね
じ２４ａが形成されており、一方、当金２１の中央部分
に形成された挿入孔５ａには、おねじ２４ａが形成され
たキャップ２２の取付部２４が螺合可能なめねじ５ｂが
形成されている。

【００２４】つまり、この当金２１の挿入孔５ａに、キ
ャップ２２の取付部２４をねじ込むことにより、このキ
ャップ２２のおねじ２４ａと挿入孔５ａのめねじ５ｂと
が、互いに螺合し、キャップ２２が挿入孔５ａに取り付
けられるようになっている。

【００２５】なお、このように、キャップ２２の取付部
２４を挿入孔５ａにねじ込んで取り付ける際に、キャッ
プ２２に形成されたフランジ部２５が当金２１の表面に
当接することにより、キャップ２２のねじ込み量が規制
され、所定の位置にキャップ２２が取り付けられるよう
になっている。

【００２６】ここで、この所定の位置とは、キャップ２
２の取付部２４の端面が当金２１の内面とほぼ面一とな
る位置とされている。また、キャップ２２の中心に形成
された孔部２３は、添加ワイヤ２０よりも僅かに大径に
形成されており、当金２１の挿入孔５ａに取り付けられ
た状態にて、その孔部２３に添加ワイヤ２０が挿入され
るようになっている。

【００２７】上記構成の当金２１に設けられたキャップ
２２は、絶縁性及び耐高熱性に優れ、かつ溶融池４を形
成する溶融金属が付着しづらい材料から成形されてい
る。ここで、このキャップ２２を成形する材料として
は、セラミックスが用いられ、特に、焼結後に機械加工
が可能なセラミックスが好適であり、このように機械加
工が可能なセラミックスを用いることにより、セラミッ
クスによって取付部２４とフランジ部２５とを有するキ
ャップ２２を成形した後に、取付部２４に機械加工を施
し、おねじ２４ａを形成することができる。

【００２８】このセラミックスとして、具体的には、窒
化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）及び窒化ホウ素（ＢＮ）の複合セ
ラミックス（デンカボロンナイトライド：電気化学工業
株式会社製）が用いて好適である。さらに、窒化ケイ素
への窒化ホウ素の含有量としては、２０〜８０重量％程
度が使用可能である。

【００２９】このように、上記構成の溶接用当金２１に
よれば、挿入孔５ａに耐高温性、絶縁性に優れかつ溶融
金属が付着しづらいセラミックスから形成されたキャッ
プ２２が嵌め込まれ、このキャップ２２の中心に形成さ
れた孔部２３に添加ワイヤ２０が挿通されているので、
この添加ワイヤ２０と当金２１との間の絶縁性を確実に
確保することができ、また、挿入孔５ａから溶融金属が
漏れ出すような不具合もなくすことができる。これによ
り、溶接中に添加ワイヤ２０が変位して挿入孔５ａの開
口縁部に近接したり接触して絶縁性が確保されなくなる
ことによりローレンツ力による溶融池４の引き上げ不良
が生じるような恐れがなくなり、アンダーカットやオー
バーラップ等の不具合なく安全に溶接を行うことができ
る。

【００３０】また、キャップ２２を構成するセラミック
スが窒化ケイ素及び窒化ホウ素からなる耐高温性及び絶
縁性に優れ、溶融金属が付着しづらい複合セラミックス
から形成されているので、挿入孔５ａを確実に閉鎖する
ことができるとともに、添加ワイヤ２０と当金２１との
間の絶縁性を確実に確保することができる。さらには、
挿入孔５ａに形成されためめじ５ｂにキャップ２２に形
成されたおねじ２４ａを螺合させることにより、極めて
容易にキャップ２２を挿入孔５ａに装着させることがで
きる。

【００３１】

【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、挿入孔に耐高温性、絶縁性
に優れかつ溶融金属が付着しづらい材料から形成された
キャップが嵌め込まれ、このキャップの中心に形成され
た孔部に添加ワイヤが挿通されているので、この添加ワ
イヤと当金との間の絶縁性を確実に確保することがで
き、また、挿入孔から溶融金属が漏れ出すような不具合
もなくすことができる。これにより、溶接中に添加ワイ
ヤが変位して挿入孔の開口縁部に近接したり接触して絶
縁性が確保されなくなることによりローレンツ力による
溶融池の引き上げ不良が生じるような恐れがなくなり、
アンダーカットやオーバーラップ等の不具合なく安全に
溶接を行うことができる。

【００３２】請求項２記載の溶接用当金によれば、耐高
温性及び絶縁性に優れ、溶融金属が付着しづらいセラミ
ックスから形成されたキャップによって挿入孔を確実に
閉鎖することができるとともに、添加ワイヤと当金との
間の絶縁性を確実に確保することができる。

【００３３】請求項３記載の溶接用当金によれば、キャ
ップを構成するセラミックスが窒化ケイ素及び窒化ホウ
素からなる耐高温性及び絶縁性に優れ、溶融金属が付着
しづらい複合セラミックスから形成されているので、挿
入孔を確実に閉鎖することができるとともに、添加ワイ
ヤと当金との間の絶縁性を確実に確保することができ
る。

【００３４】請求項４記載の溶接用当金によれば、挿入
孔に形成されためめじにキャップに形成されたおねじを
螺合させることにより、極めて容易にキャップを挿入孔
に装着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構成及び
構造を説明する溶接用当金の分解斜視図である。

【図３】エレクトロガスアーク溶接法が採用された溶
接装置における従来の当金を説明する当金の斜視図であ
る。

【図４】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５】溶融池に働くローレンツ力作用の様子を示す
溶接箇所における開先の正面図である。

【符号の説明】

２溶接ワイヤ３アーク４溶融池５ａ挿入孔５ｂめねじ２０添加ワイヤ２１溶接用当金２２キャップ２３孔部２４ａおねじ６０開先６５ビード

───────────────────────────────────────────────────── 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 BB10 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、磁界が付与された溶融池に、アーク側から後方のビード
側へ向かって電流を流して上方へ向かうローレンツ力を
発生させるべく、溶融池に向けて形成された挿入孔から
添加ワイヤが挿入されており、該添付ワイヤが挿入される前記挿入孔には、耐高温性、
絶縁性に優れ、かつ前記溶融池を形成する溶融金属が付
着しづらい材料から形成されたキャップが設けられ、該
キャップの中心に形成された孔部に前記添加ワイヤが挿
通されていることを特徴とする溶接用当金。
【請求項２】前記キャップは、セラミックスから成形
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】前記キャップを構成するセラミックス
は、窒化ケイ素及び窒化ホウ素の複合セラミックスであ
ることを特徴とする請求項２記載の溶接用当金。
【請求項４】前記挿入孔には、めねじが形成され、前
記キャップには、前記挿入孔のめねじに螺合可能なおね
じが形成されていることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれか１項記載の溶接用当金。