JP2002273568A

JP2002273568A - 上向溶接方法

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Publication number: JP2002273568A
Application number: JP2001076997A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yuda; 誠湯田; Susumu Kuriyama; 晋栗山; Masaharu Sato; 正晴佐藤; Hajime Uchiyama; 肇内山; Akira Yamamoto; 山本　　明
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Kawada Industries Inc
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Kawada Industries Inc
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2002-09-25
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: JP3810646B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐震性能が優れた建築物を提供するため、溶
接金属の垂れ落ち及びスラグ巻込み・溶込み不良等の溶
接欠陥がない溶接継手を作製することができる上向溶接
方法を提供する。【解決手段】先ず、柱３と梁２の下フランジ２ａとの
ルート部の裏側から湾曲面が位置するように裏当て金４
をあてがい、自動溶接装置１により、ルート部の凹部を
シーリング溶接する。その後、本溶接を行う。この本溶
接工程では、溶接継手の始終端処理部分を除いた溶接部
を往路復路共に溶接方向に対して後退角が５乃至２０゜
であるトーチ角度で、ＣＯ_２ガスによるガスシールドア
ーク溶接を行う。この際、溶接材料としては、全溶着金
属継手の溶着金属部分の再溶融溶落時間が４０秒以上で
ある塩基性系フラックス入りワイヤを使用する。また、
本溶接の初層においては、溶接後の理論のど厚が１．５
乃至４．０ｍｍの範囲になるように設定した溶接条件
（溶接電流及び溶接速度）で溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動溶接装置を使用
した上向溶接方法に関し、特に、鉄骨・橋梁等の分野で
仕口部等の完全溶込み溶接継手を作製するための上向溶
接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄骨・橋梁分野、特に建築鉄骨の分野に
おいて、建築物の耐震性能に関する性能向上の取り組み
が行われている。図１０は、従前の仕口部の上・下フラ
ンジ溶接部を示す側面図である。従前、仕口部の下フラ
ンジ溶接部に関しても、上フランジと同様に柱１０１と
梁１０２との溶接部の下側に裏当て金１０３をあてが
い、スカラップ１０４の左右から下向溶接で作製してい
た。しかし、このようにスカラップを有することによる
耐震性能への悪影響が明確となり、ノンスカラップ化の
推進が検討されて、また、裏当て金の未溶融部とスキン
プレートとの間隙が外側ノッチとなり力学的な不連続部
が生じ、継手全体の耐震性能を劣化させる危険性につい
ての指摘もなされている。このような背景のもと、溶接
部における耐震性能向上が図られている。従来、この取
り組みは、溶接姿勢で下向きと上向きとの二つに大きく
分類される。

【０００３】図１１は、従来の仕口部の上・下フランジ
溶接部を示す側面図である。図１１に示すように、柱１
０１と梁１０２との溶接部において、上フランジにおい
ては、溶接部の下側に裏当て金１０３を配置して溶接す
る。これに対して、下フランジ溶接部を下向姿勢とした
場合には、耐震性を向上するために裏当て金１０３の代
替として、溶接後には排除することのできる裏当てを使
用する必要があり、その裏当てとしてはセラミックス等
を主成分とした固形タブ１０５が使用される。また、固
形タブ１０５の代わりに、銅当て金を使用する方法もあ
る。しかし、下向き姿勢では、いずれの裏当てを使用し
ても上側に余盛１０６が位置するためノンスカラップ化
が困難であり、また、ウェブにおいて溶接継ぎ部が生
じ、この溶接継ぎ部での溶接欠陥が極めて発生しやすい
ことから実用化は困難であった。

【０００４】一方、下フランジ溶接部を上向姿勢にした
場合には、ノンス力ラップでも原理的に溶接継ぎ部分が
発生せず、また裏当て金を使用してもフランジの内側に
位置して外側ノッチは形成されないことから、耐震性能
に悪影響を与え難いという利点がある。このため、例え
ば、特開平８−１１８０７５号公報には、下フランジの
上向溶接にコアードワイヤ(以下、フラックス入りワイ
ヤ)と混合ガスとの組合せを使用する技術が開示されて
いる（従来例１）。なお、従来例１には、混合ガス成分
は明示されていないが、一般的に、Ａｒ及びＣＯ_２、Ａ
ｒ及びＯ_２又は多元系の混合ガスが使用されている。

【０００５】また、適用分野はやや異なるものの、特開
平９−３１４３２８号公報には、ソリッドワイヤのＳ等
の化学成分を規定し、アーク状態検出指標を溶接電流の
関数として予め設定し、その指標を満足するように溶接
電圧の出力電圧を自動調整して溶接する技術が開示され
ている（従来例２）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
１の技術においては、上向溶接は重力に逆らう姿勢であ
ることから、溶接金属が垂れ易く、またスラグ巻込み等
の溶接欠陥を誘引しやすいという欠点があり、溶接金属
の垂れを防止してスラグ巻込み等の溶接欠陥を排除する
には不十分であるという問題点がある。

【０００７】また、従来例２の技術においては、鉄骨・
橋梁等の完全溶込みを求められる分野において、スラグ
巻込み等の溶接欠陥を十分に防止すると共に良好な溶込
みを得るには不十分であるという問題点がある。

【０００８】従って、建築鉄骨等の現地工事において
は、仕口部の下フランジ溶接に対してスカラップも外側
ノッチ部も共に排除された耐震性能が優れた継手を作製
できる溶接方法は実用化されていない。

【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、耐震性能が優れた建築物を提供するため、
溶接金属の垂れ落ち及びスラグ巻込み・溶込み不良等の
溶接欠陥がない溶接継手を作製することができる上向溶
接方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る上向溶接方
法は、溶接線に沿って往復走行する自動溶接装置により
上向溶接する上向溶接方法であって、溶接継手の始終端
処理部分を除いた溶接部を往路復路共に溶接方向に対し
て後退角が５乃至２０゜となるトーチ角度に設定し溶接
材料としてフラックス入りワイヤを使用してガスシール
ドアーク溶接することにより複数層の溶接金属を積層す
る本溶接工程を有し、前記複数層のうち、初層は溶接後
の理論のど厚が１．５乃至４．０ｍｍの範囲になるよう
に設定された溶接電流及び溶接速度にて溶接することを
特徴とする。

【００１１】また、溝付の裏当て金を前記溝が溶接線に
直交するようにルート部に配置し、又は湾曲面を有する
裏当て金を前記湾曲面がルート部に整合するように配置
し、前記本溶接工程の前に、ルート部をシーリング溶接
する工程を有することが好ましい。なお、本発明におけ
る初層とは、シーリング溶接により形成されたシーリン
グビードを除くものである。

【００１２】更に、前記フラックス入りワイヤは、全溶
着金属継手の溶着金属部分の再溶融溶落時間が４０秒以
上である塩基性系フラックス入りワイヤであり、前記本
溶接のシールドガスとしてＣＯ_２を使用することが好ま
しい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の上向溶接方法につ
いて、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１
は、本実施例の自動溶接機及び自動溶接機を設置するレ
ールを示す正面図である。また、図２は、図１の本実施
例の自動溶接装置を示す側面図である。本発明は、溶接
線と同一方向に往復走行する自動溶接装置１を使用して
上向溶接を行う方法である。図１及び図２に示すよう
に、本実施例においては、仕口部のＨ形鋼梁２の下フラ
ンジ２ａを溶接する場合について説明する。梁２の下フ
ランジ２ａと柱３との溶接部には裏当て金４が配置され
ている。梁２の下フランジ２ａには、支持部材１１がネ
ジ１２ａ、１２ｂにより取り付けられ、この支持部材１
１によりレール１０が支持されている。自動溶接装置１
の基部９はレール１０に懸架され、基部９内に設けられ
た車輪（図示せず）がレール上を往復走行することによ
り、基部９がレール１０に沿って往復走行する。この基
部９に自動溶接装置１を制御するロボット本体８が設け
られ、このロボット本体８にアーム７が揺動可能に取り
付けられている。アーム７にはトーチ５が回転可能に保
持され、このトーチ５にはコンジットケーブル６が接続
されている。このように構成された自動溶接装置１は、
基部９がレール１０に沿って往復走行することにより、
レール１０上を溶接線と同一方向である矢印１３で示す
方向に往復走行する。

【００１４】このような自動溶接装置１を使用し、先
ず、ルート部の裏側から裏当て金をあてがい、本溶接に
先立ってルート部の凹部を予めシーリング溶接すること
が好ましい。この際、裏当てとしては、湾曲面を有する
裏当て金を用意して、ルート部に湾曲面が整合するよう
に裏当て金を配置するか、又は溝付の裏当て金を用意し
て、前記溝が溶接線に直交する方向にルート部に裏当て
金を配置する。

【００１５】次に、梁２の下フランジ２ａと柱４とを溶
接する本溶接を行う。本溶接においては、自動溶接装置
１のアーム７を溶接部に移動させた後、トーチ５を回転
させ、溶接継手の始終端処理部分を除いた溶接部を往路
復路共に溶接方向に対して後退角が５乃至２０゜である
トーチ角度に設定する。そして、基部９をレール１０に
沿って往復走行させることにより、トーチ５を５乃至２
０゜の後退角に保持して溶接線上を往復し、ルート部に
複数層の溶接金属を積層する。この際、溶接材料として
フラックス入りワイヤを使用し、ガスシールドアーク溶
接を行う。この本溶接において、初層は、溶接後の理論
のど厚が１．５乃至４．０ｍｍの範囲になる溶接条件
（溶接電流及び溶接速度）に設定して溶接する。また、
本溶接で使用するフラックス入りワイヤは、全溶着金属
継手の溶着金属部分の再溶融溶落時間が４０秒以上であ
る塩基性系フラックス入りワイヤとし、シールドガスと
しては、ＣＯ_２ガスを使用することが好ましい。

【００１６】次に、本実施例の上向溶接方法について更
に詳細に説明する。本発明の本溶接においては、溶接継
手の始終端処理部分を除いた溶接部を往路復路共に溶接
方向に対して後退角５乃至２０゜であるトーチ角度で溶
接を行う。図３は、本実施例の自動溶接機の溶接方向に
対するトーチ角度を示す側面図である。図３に示すよう
に、溶接方向１４に対して自動溶接装置１のトーチ角度
θ_１を５乃至２０゜の後退角とすることで、ワーク母材
に直接アークが当たり、良好な溶込みを確保することが
できる。更に、スパッタの発生を抑制し、良好な溶接作
業性を確保することが可能となる。しかし、トーチ角度
θ_１が５゜未満の後退角であると上記の効果がなく、逆
に後退角が２０゜を超えるとスパッタ発生量が増大する
と共に、シールドノズルのワークへの干渉による悪影響
が生じる。トーチ角度θ_１は、５乃至１５゜の後退角と
することが更に好ましい。

【００１７】また、本発明においては、本溶接工程にお
いて、複数層の溶接金属を積層するが、この際、初層は
溶接後の理論のど厚が１．５乃至４．０ｍｍの範囲とな
るよう設定された溶接条件にて溶接を行う。図４は、レ
型開先の溶接継手を示す断面図である。図４に示すよう
に、母材１５と、厚さがＴであり開先角度がθ_bのレ型
開先をとった母材１６とがルートギャップＲＧを有して
配置され、このルート部の裏側に裏当て金１７が配置さ
れている。このように、鉄骨仕口溶接で一般的なレ型開
先を想定した場合、初層の理論のど厚ｔ_１を１．５乃至
４．０ｍｍに設定することにより、継手の特にスラグ巻
込み等の欠陥が誘発しやすい初層において、スラグ巻込
み等の欠陥を防止することができる。しかし、理論のど
厚が１．５ｍｍ未満となる溶接条件の設定では、溶接電
流が低すぎるか、又は溶接速度が大きすぎるため、母材
に対して十分な入熱を与えることができず、溶込み不良
となる。また、逆に理論のど厚が４．０ｍｍを超える溶
接条件の設定では、ルート部のスラグ巻込みが発生しや
すくなり、また入熱が大きくなるため溶接金属が垂れ易
くなる。理論のど厚の設定範囲として更に好適には２．
５乃至３．５ｍｍである。なお、２層目からは、上記の
条件でなくてもよい。

【００１８】この理論のど厚を設定する方法としては、
自動溶接装置に理論のど厚を演算する機能があればそれ
を使用してもよいし、理論のど厚範囲に合致するように
予め、溶接電流、溶接速度及びルートギャップの対応表
を実験の結果から作成しておき、溶接ワークのルートギ
ャップ測定時に対応表から選択できるようにしてもよ
い。

【００１９】理論のど厚を計算から求める場合、溶接電
流、溶接速度、溶接ワイヤ固有の溶融特性（溶接電流又
はワイヤ送給速度に対する溶着量）、並びに継手のルー
トギャップ及び開先角度等から算出される幾何学的な断
面積から、溶接ビードがフラットにつくものとして求め
たビードの盛高さを理論のど厚とする。一般に、溶接ワ
イヤ固有の溶融特性（単位時間当たりの溶着質量w_Ａ）
は、溶接ワイヤ突出し長さ（チップ母材間距離）を一定
とした場合、下記数式１に示す溶接電流Ｉ_Ａの２次式で
表される。

【００２０】

【数１】

【００２１】但し、Ａ、Ｂ及びＣは、溶接ワイヤ固有の
定数である。

【００２２】図４に示すように、初層の理論のど厚ｔ_１
は、開先角度をθ_ｂ、ルートギャップをＲＧ、溶接電流
をＩ_Ａ、単位時間当たりの溶着量をｗ_Ａ及び溶接速度を
ｖとして、溶接金属の単位体積当たりの質量(比重)をρ
としたとき、下記数式２で表される。但し、w_Ａは数式
１から求めている。

【００２３】

【数２】

【００２４】また、本発明においては、上述した如く、
溶接線に沿って往復走行する自動溶接装置を使用する。
自動溶接装置により往復走行しながら溶接することによ
って、アークを切る回数及び走行台車が空走する時間を
削減し、能率向上を図ることができる。

【００２５】更に、本発明では溶接材料としてフラック
ス入りワイヤを使用してガスシールドアーク溶接を行
う。フラックス入りワイヤを溶接材料に使用すること
で、上向姿勢においてもスラグによる溶接金属の保持効
果を有すると共にビードをフラットにする効果を有す
る。また、ガスシールド溶接とすることでスパッタ発生
量を減少させることができる。

【００２６】更にまた、本発明においては、溝付の裏当
て金を前記溝が溶接線に直交するようにルート部に配置
し、又は湾曲面を有する裏当て金を前記湾曲面がルート
部に整合するように配置し、本溶接工程の前に、ルート
部を予めシーリング溶接することが好ましい。シーリン
グ溶接は、開先のルート部を小入熱で連続的に溶接する
ことで溶接ビードを形成する。図５は、本実施例のルー
ト部にシーリング溶接を施した後の溶接継手を示す断面
図である。図５に示すように、柱２１と梁２２とのルー
ト部２４の裏側から裏当て金２３をあてがい、自動溶接
装置により、ルート部２４の開先内全溶接線をシーリン
グ溶接する。これにより、裏当て金２３の長手方向に沿
ってシーリングビード２５が形成される。この後、本溶
接を行うが、その場合も、上述の如く、初層は、溶接後
の理論のど厚ｔ_１が１．５乃至４．０ｍｍの範囲になる
溶接条件（溶接電流及び溶接速度）に設定して溶接す
る。

【００２７】図６（ａ）は、本実施例の湾曲面を有する
裏当て金を示す斜視図である。この裏当て金３１がルー
ト部に配置される端部に湾曲面３１ａが形成されてい
る。また、溶接線とは直交する方向に複数本の溝を有す
る溝付当て金を使用してもよい。更に、図６（ｂ）に示
すように、端部に湾曲面３２ａを有すると共に複数本の
溝３２ｂを有する裏当て金３２を使用してもよい。この
湾曲面３１ａがルート部に整合するよう裏当て金３２を
配置するか、又は溝３２ｂが溶接線に直交する方向に裏
当て金３２を配置することにより、溶込み深さを拡大す
ることができる。

【００２８】このように、本溶接の前に、図６（ａ）及
び図６（ｂ）に示すような形状の裏当て金２３を使用し
てルート部２４をシーリング溶接することにより、ルー
ト部２４の溶込み深さを拡大できると共にスラグ巻込み
を確実に抑制することができる。

【００２９】また、本発明においては、フラックス入り
ワイヤとしては、全溶着金属継手の溶着金属部分の再溶
融溶落時間が４０秒以上である塩基性系フラックス入り
ワイヤを使用し、シールドガスとしては、ＣＯ_２ガスを
使用することが好ましい。再溶融溶落時間は、その時間
が長いほど、溶着金属の粘性が大きいことを示す。再溶
融溶落時間が４０秒以上である溶接ワイヤを使用すれ
ば、溶着金属が上向溶接に使用するのに十分な粘性を有
することになり、溶接ビードが溶落しにくいと共に溶接
ビードのフラット性が高まるために、溶接欠陥等の発生
が極めて少なくなる。また、始終端部のカスケード部分
の長さを低減することが可能となり、継手の全溶接長に
対する有効溶接長の比率を高めることができる。しか
し、再溶融溶落時間が４０秒未満であるような溶接ワイ
ヤを使用すると、溶接金属が溶落しやすく、凸ビード形
状となりやすくなるため溶接欠陥が生じやすくなる。更
に好適には、再溶融溶落時間が４５秒以上の溶接ワイヤ
である。また、このような溶接ワイヤとしては、溶接金
属の脱酸効果が高い塩基性系フラックスを使用したフラ
ックス入りワイヤが最適である。

【００３０】また、上述の従来例１及び従来例２は、い
ずれも混合ガスの使用を前提としているが、現地施工の
下向き姿勢溶接では、通常ＣＯ_２ガスをシールドガスと
して使用しており、実用化を考慮すると混合ガスを使用
することは同時期に行われるべき上下フランジの溶接に
おいて異なるガス種（混合ガス及びＣＯ_２ガス）で施工
することになり、工程が煩雑となる。これに対して、本
発明においては、シールドガスとしてＣＯ_２ガスを使用
することができ、そのような煩雑さがない。

【００３１】次に、再溶融溶落時間について説明する。
図７は、本発明の再溶融溶落時間を測定する溶接継手を
示す模式図である。図７に示すように、本発明の再溶融
溶落時間とは、全溶着金属継手４１の作製の後に、余盛
等を切削して平滑な表面に仕上げ、その継手４１を垂直
に起こした状態で全溶着金属４２の部分を斜め上方３０
゜の方向からＴＩＧアークにより再溶融し、この際、形
成される溶融金属４２ａがＴＩＧアークを当て始めてか
ら落下しはじめるまでの時間を示す。但し、試験に供す
る全溶着金属継手４１の作製要領として、板厚は１２ｍ
ｍ以上、ＳＭ４９０Ａ相当の母材を使用し、開先角度は
４５゜Ｖ型、ルートギャップを１０ｍｍに調整した開先
条件で作製する。

【００３２】積層方法は、使用する溶接材料の適正条件
範囲内で自由とし、シールドガスは上向溶接で使用する
ガスと同一とする。この継手の溶接後、母材と平滑にな
るまで表側の余盛を切削し、室温に保持して表側ビード
部分を再溶融試験に供する。再溶融試験で用いるＴＩＧ
アーク溶接では、鉛直に起こした継手に対して、水平か
ら３０゜下向きとなるようＴＩＧ電極４３を設置し、溶
接電流を２７０Ａ、溶接電圧を１５．５Ｖ（アーク長：
約３ｍｍ）の条件で電極位置、試験体の継手を固定した
状態でＴＩＧアークを点弧する。点弧から溶融金属が垂
れ落ち始めるまでの時間を計測し、再溶融溶落時間とす
る。

【００３３】本実施例によれば、仕口部の下フランジ溶
接に対しても、溶接金属の垂れを防止してスラグ巻込み
等の溶接欠陥を排除することができ、スカラップも外側
ノッチ部も共に排除された耐震性能が優れた継手を得る
ことができる。また、シールドガスとしてＣＯ₂ガスを
使用することができ、製造コストを低減することができ
る。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の上向溶接方法により実際に溶
接した実施例と、本発明方法の範囲から外れる方法で上
向溶接した比較例とを比較して、本発明の効果について
説明する。

【００３５】上述の図４及び図５に示すようなレ型開先
を有するＴ字継手を使用して、溶接試験を実施した。下
記表１に供試材料及び溶接姿勢等の溶接基礎条件を示
す。なお、本溶接工程前にシーリング溶接を行ったもの
は、下記表１に示すシーリング溶接条件で、ウィービン
グせずに、溶接速度を３００ｍｍ／分とし、トーチ角度
を１０゜の後退角としてシーリング溶接を行い、その
後、本溶接を行った。また、下記表２に溶接ワイヤの固
有条件（溶融特性等）を示す。表２に示す定数Ａ、Ｂ、
及びＣは、予備実験から得た電流と溶着量との相関関係
から求めた。更に、下記表３にシールドガスの略称及び
ガス組成を、下記表４に裏当て金の略称及び特徴を示
す。なお、表４のＲ付とは、湾曲面を有することを示
す。また、下記表５に溶接条件及び溶接結果を示す。な
お、表５において、溶接試験を行った試料Ｎｏ．１乃至
Ｎｏ．１２の溶材の再溶融溶落時間は、上述した如く、
ＳＭ４９０Ａ相当の母材を使用し、開先角度は４５゜Ｖ
型、ルートギャップを１０ｍｍに調整した開先条件で、
上向溶接で使用する下記表３のガスと同一のガスをシー
ルドガスとして使用し、図７に示す全溶着金属継手４１
を作製した。そして、母材と平滑になるまで表側の余盛
を切削し、室温に保持して表側ビード部分をＴＩＧアー
ク溶接により再溶融試験した。再溶融試験においては、
鉛直に起こした継手に対して、水平から３０゜下向きと
なるようＴＩＧ電極４３を設置し、溶接電流を２７０
Ａ、溶接電圧を１５．５Ｖ（アーク長：約３ｍｍ）の条
件で電極位置、試験体の継手を固定した状態でＴＩＧア
ークを点弧し、点弧から溶融金属が垂れ落ちるまでの時
間を測定した。また、溶接時のスパッタ発生量について
は、極めて少ないものを◎、少ないものを○、やや多い
ものを△、多いものを×として官能評価した。また、表
５のルート部の溶込み深さは、シーリング溶接したＮ
ｏ．２乃至４、１１及び１２の継手においては、シーリ
ングビードの溶込み深さを示し、Ｎｏ．１、５乃至１０
の継手においては、初層の溶込み深さを示すものであ
る。

【００３６】次に、ルート部の溶込み深さＤの測定方法
について説明する。図８（ａ）は裏当て金にフラットバ
ーを用い、シーリング溶接を行わない場合のルート部の
溶込み深さを示す模式的断面図、図８（ｂ）は、図８
（ａ）の領域Ｐを拡大して示す模式的断面図である。ま
た、図９（ａ）は裏当て金に請求項２に示す形状を有す
る裏当て金を用い、本溶接前にシーリング溶接を行った
場合のルート部の溶込み深さを示す模式的断面図、図９
（ｂ）は、図９（ａ）の領域Ｑを拡大して示す模式的断
面図である。図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、
母材５１と開先を有する母材５２とのルート部に溝がな
くフラット型の裏当て金５３を配置する。そして、下記
表１乃至５の溶接条件で上向溶接した初層５４が裏当て
金５３の母材５２と接触する面から裏当て金５３に溶込
んだ深さを測定し溶込み深さＤとした。また、本溶接前
にシーリング溶接を行った場合は、図９（ａ）及び図９
（ｂ）に示すように、母材６１と開先を有する母材６２
とのルート部に例えば、湾曲面を有する裏当て金６３を
湾曲面がルート部に整合するように配置し、下記表１乃
至５の条件で、上向きにシーリング溶接し、その後、本
溶接により溶接金属６５を形成する。そして、シーリン
グビード６４が裏当て金６３の母材６２の接触する面か
ら裏当て金６３に溶込んだ深さを測定し、溶込み深さＤ
とした。具体的には、表３乃至表５に示すシールドガ
ス、裏当て金及び溶接条件で溶接して溶接継手を作製し
た後、図８（ａ）又は図９（ａ）に示す試験片を切り出
し、溶接断面を硝酸及びピクリン酸（Ｃ_６Ｈ_２ＯＨ（Ｎ
Ｏ_２）_３）を夫々５乃至１０質量％含むアルコール溶液
で溶込み状況が明確に分かるまでエッチングした後、そ
の断面における溶込み深さを測定した。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】

【表４】

【００４１】

【表５】

【００４２】表５に示すように、試料Ｎｏ．１は実施例
であり、初層の理論のど厚及びトーチ角度が本願請求項
１に係る発明範囲内であり、溶接ワイヤ及びシールドガ
スが本願請求項１及び請求項３に係る発明範囲内である
ため、初層の溶接欠陥がなく、ビード形状もフラットで
あったが、裏当て金にフラットバーを使用しているため
ルート部の溶込み深さは１．８ｍｍとやや浅めであっ
た。

【００４３】試料Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、及びＮｏ．４
は、実施例であり、初層の理論のど厚及びトーチ角度が
本願請求項１に係る発明範囲内であり、裏当て金の形状
が本願請求項２に係る発明範囲内であり、溶接ワイヤ及
びシールドガスが本願請求項１及び請求項３に係る発明
範囲内であるため、初層の溶接欠陥がなく、ルート部の
溶込み深さは３．５乃至４．８ｍｍと十分であり、ま
た、ビード形状もフラットであった。試料Ｎｏ．３の試
験における初層から最終パスまでの溶接条件を下記表６
に示す。

【００４４】

【表６】

【００４５】試料Ｎｏ．５は実施例であり、初層の理論
のど厚及びトーチ角度が本願請求項１に係る発明範囲内
であり、溶接ワイヤ及びシールドガスが本願請求項１及
び請求項３に係る発明範囲内であるため、初層の溶接欠
陥がなく、ビード形状もフラットであったが、裏当て金
にフラットバーを使用しているためルート部の溶込み深
さは１．９ｍｍとやや浅めであった。

【００４６】また、試料Ｎｏ．１１も実施例であり、初
層の理論のど厚及びトーチ角度が本願請求項１に係る発
明範囲内であり、裏当て金の形状が本願請求項２に係る
発明範囲内であり、溶接ワイヤ及びシールドガスが本願
請求項１に係る発明範囲内であるため、初層の溶接欠陥
がなく、ルート部の溶込み深さも３．１ｍｍと十分であ
ったが、溶接ワイヤの再溶融溶落時間が３８秒と短いた
め、溶接金属の粘性がやや不足し、ビード形状がやや凸
になり、またスパッタ発生量も少し多いものであった。

【００４７】試料Ｎｏ．１２は、実施例であり、初層の
理論のど厚、トーチ角度が本願請求項１に係る発明範囲
内であり、裏当て金の形状が本願請求項２に係る発明範
囲内であり、溶接ワイヤが本願請求項１及び請求項３に
係る発明範囲内であるため、初層の溶接欠陥がなく、ル
ート部の溶込み深さは４．３ｍｍと十分であり、また、
ビード形状もフラットであったが、シールドガスがＣＯ
_２でないため、スパッタ発生量がやや多いものであっ
た。

【００４８】一方、試料Ｎｏ．６乃至Ｎｏ．１０は、比
較例である。試料Ｎｏ．６は、トーチ角度が後退角２５
゜であったため、スパッタ発生量が多く、またノズルが
ワーク開先に頻繁に接触していた。試料Ｎｏ．７は、ト
ーチ角を垂直としたため、溶込み不良が発生し、またス
パッタ発生量も少し多いものであった。試料Ｎｏ．８は
初層の理論のど厚が１．４ｍｍとなる溶接条件が設定さ
れており、溶接速度が大きすぎるため母材への入熱が不
足し、溶込み不良が発生し、スパッタ発生量も少し多い
ものであった。試料Ｎｏ．９は、初層の理論のど厚が
４．２ｍｍとなるように設定されており、溶接速度が小
さすぎるため母材のルート部分にアークが当たらず溶込
み不良が発生し、また母材への入熱が大きすぎるためビ
ード形状が劣化し、スパッタ発生量も少し多いものであ
った。試料Ｎｏ．１０は初層の理論のど厚が６．７ｍｍ
となるように設定されていると共に溶接ワイヤの再溶融
溶落時間が短いため、溶接金属の粘性が十分でなく、ビ
ード形状が劣化し、また、初層ルート部にスラグ巻込み
欠陥が発生した。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明方法によれ
ば、鉄骨・橋梁等の分野で下フランジ仕口部の溶接継手
を現地工事にて作製する際、自動溶接装置による上向溶
接により、溶接金属の垂れ落ち並びにスラグ巻込み及び
溶込み不良等の溶接欠陥がない溶接継手を作製すること
ができ、耐震性が優れた建築物を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の自動溶接機及び自動溶接機を
設置するレールを示す図であって、レールの延びる方向
とは直交する方向から見た側面図である。

【図２】本発明の実施例の溶接方向に垂直な方向から見
た自動溶接装置を示す側面図である。

【図３】本発明の実施例の自動溶接機の溶接方向に対す
るトーチ角を示す側面図である。

【図４】本発明の実施例のレ型開先の溶接継手を示す断
面図である。

【図５】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施例の裏当て
金を示す斜視図である。

【図６】本発明の実施例のルート部にシーリング溶接を
施した後の溶接継手を示す断面図である。

【図７】本発明の再溶融溶落時間を測定する溶接継手を
示す断面図である。

【図８】本発明の実施例において、（ａ）は裏当て金に
フラットバーを用い、シーリング溶接を行わない場合の
ルート部の溶込み深さを示す模式的断面図、（ｂ）は
（ａ）の領域Ｐを拡大して示す模式的断面図である。

【図９】本発明の実施例において、（ａ）は裏当て金に
請求項２に示す形状を有する裏当て金を用い、本溶接前
にシーリング溶接を行った場合のルート部の溶込み深さ
を示す模式的断面図、（ｂ）は（ａ）の領域Ｑを拡大し
て示す模式的断面図である。

【図１０】従来の仕口部の上・下フランジ溶接部を示す
側面図である。

【図１１】従来の仕口部の上・下フランジ溶接部を示す
側面図である。

【符号の説明】

１；自動溶接装置２；梁２ａ；下フランジ３；柱４；裏当て金５；トーチ６；コンジットケーブル７；アーム８；ロボット本体９；基部１０；レール１１；支持部材１２ａ、１２ｂ；ネジ２１；柱２２；梁２３；裏当て金

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者栗山晋東京都北区滝野川１丁目３番11号川田工業株式会社内 (72)発明者佐藤正晴神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (72)発明者内山肇神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (72)発明者山本明神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB09 CC04 DA04 DB03 DD04 DF09 EA07 4E081 AA06 AA14 AA15 BB05 CA10 DA21 EA12 EA38 YB02 YB04 YB06 YX03 YX09 YX13 YX17 YY01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接線に沿って往復走行する自動溶接装
置により上向溶接する上向溶接方法であって、溶接継手
の始終端処理部分を除いた溶接部を往路復路共に溶接方
向に対して後退角が５乃至２０゜となるトーチ角度に設
定し溶接材料としてフラックス入りワイヤを使用してガ
スシールドアーク溶接することにより複数層の溶接金属
を積層する本溶接工程を有し、前記複数層のうち、初層
は溶接後の理論のど厚が１．５乃至４．０ｍｍの範囲に
なるように設定された溶接電流及び溶接速度にて溶接す
ることを特徴とする上向溶接方法。
【請求項２】溝付の裏当て金を前記溝が溶接線に直交
するようにルート部に配置し、又は湾曲面を有する裏当
て金を前記湾曲面がルート部に整合するように配置し、
前記本溶接工程の前に、ルート部をシーリング溶接する
工程を有することを特徴とする請求項１に記載の上向溶
接方法。
【請求項３】前記フラックス入りワイヤは、全溶着金
属継手の溶着金属部分の再溶融溶落時間が４０秒以上で
ある塩基性系フラックス入りワイヤであり、前記本溶接
のシールドガスとしてＣＯ_２を使用することを特徴とす
る請求項１又は２に記載の上向溶接方法。