JP2004106007A - アルミ合金溶接方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】より速く溶接すること。
【解決手段】アルミを主成分とするアルミ合金から形成される母材５が有している。溶接面１５にＵ形開先を形成するステップと、Ｕ形開先に溶加材４を付加してアーク溶接するステップとを備えている。Ｕ形開先が延びる溶接線方向２４は、鉛直方向２３の成分を有している。Ｕ形開先は、溶接面１５に隣り合う２つの平坦部分１１−１、１１−２を有している。２つの平坦部分１１−１、１１−２は、互いに概ね対向する。本発明によるアルミ合金溶接方法は、Ｖ型開先を溶接するより溶着する金属量が小さいので、その分高速で溶接することができる。
【選択図】図１
【解決手段】アルミを主成分とするアルミ合金から形成される母材５が有している。溶接面１５にＵ形開先を形成するステップと、Ｕ形開先に溶加材４を付加してアーク溶接するステップとを備えている。Ｕ形開先が延びる溶接線方向２４は、鉛直方向２３の成分を有している。Ｕ形開先は、溶接面１５に隣り合う２つの平坦部分１１−１、１１−２を有している。２つの平坦部分１１−１、１１−２は、互いに概ね対向する。本発明によるアルミ合金溶接方法は、Ｖ型開先を溶接するより溶着する金属量が小さいので、その分高速で溶接することができる。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミ合金溶接方法に関し、特に、純アルミまたはアルミ合金から形成される２枚の板の端面を突き合わせて溶接する突き合わせ溶接に利用されるアルミ合金溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加圧された気体または液化ガスを貯蔵する球形タンクがＬＮＧ運搬船に適用されて使用されている。その球形タンクは、多数のアルミ合金製の板がアーク溶接により接合されて形成されている。球形タンクの経線に沿って伸びている接合部分を溶接する溶接装置が望まれている。
【０００３】
図１７は、公知の溶接装置を示している。その溶接装置１００は、オシレーション装置１０１、ワイヤ送給器１０２および電源装置１０３を備えている。ワイヤ送給器１０２は、オシレーション装置１０１にワイヤ１０４を供給する。ワイヤ１０４は、母材１０５の被溶接部１０７に付加される溶加材である。オシレーション装置１０１は、トーチ１０６を備えている。トーチ１０６は、被溶接部１０７にワイヤ１０４とシールドガスとを供給し、ワイヤ１０４と被溶接部１０７との間に高圧の電圧を印加してアークを発生させて被溶接部１０７を溶接する。オシレーション装置１０１は、溶加材が被溶接部１０７に十分に充填されるように、トーチ１０６を運動させる。電源装置１０３は、アークを発生させるための高圧の電圧を生成する。
【０００４】
図１８は、被溶接部１０７を詳細に示している。被溶接部１０７は、母材１０５である２つの板１０５−１、１０５−２の端面が突き合わされている領域に形成される。被溶接部１０７には、母材１０５の溶接面１１５にＶ形開先１１０が形成されている。Ｖ形開先１１０は、日本工業規格ＪＩＳにより定義される開先の形状であり、母材１０５の溶接面１１５と隣り合う２つの平面部分１１１−１、１１１−２と開先の奥に位置しているルート部分１１２とから形成されている。ルート部分１１２のルート半径は、概ね６ｍｍである。平面部分１１１−１、１１１−２のなす角である開先角度θは、概ね１５°である。
【０００５】
トーチ１０６は、ワイヤ１０４を遥動させながら開先面とワイヤ１０４の先端との間にアーク１１４を発生させて、母材１０５とワイヤ１０４とを溶解させて溶融金属を生成する。特開昭５１−３７８４９号公報には、開先面に対するワイヤの先端の運動が開示されている。その運動によれば、集中的な加熱が防止され、アークが母材に直接当たるために完全な融合が得られ、アンダーカット、ビード外観不良等がなく、極めて良好な溶接を行うことができる。
【０００６】
図１９は、溶接中の被溶接部１０７の状態を示している。アルミ合金の表面には、一般的に、金属酸化物から形成される酸化膜が形成され、母材１０５の平面部分１１１−１、１１１−２とルート部分１１２とには、酸化膜１２３が形成されている。トーチ１０６は、シールドガス１２１を噴射しながら、ワイヤ１０４の先端と開先面との間にアーク１１４を生成する。アーク１１４は、母材１０５とワイヤ１０４とを溶解して溶融金属１２４を生成する。その溶融金属１２４は、凝固してＶ形開先１１０の内部にビード１２０を形成することにより２つの母材１０５−１、１０５−２を溶接する。アーク１１４は、さらに、酸化膜１２３をエッチングして、酸化膜１２３を由来とする金属酸化物が溶融金属１２４の中に混合することを防止するクリーニング作用を奏する。
【０００７】
シールドガス１２１は、アーク１１４を大気から遮蔽し、溶融金属１２４を大気から遮蔽して溶融金属１２４の酸化を防止する。Ｖ形開先の内部の空気１２２は、ビード１２０により加熱されて密度が周囲の空気より小さくなるために上昇する、いわゆる、煙突効果が発生する。このような空気１２２の流れは、シールドガス１２１が溶融金属１２４を大気から遮蔽することを妨害し、このとき、ビード１２０に融合不良および気泡が凝固後に閉じ込められて生じるブローホールを形成することがある。
【０００８】
このような溶接は、複数回が繰り返して実行される。その溶接部は、図２０に示されているように、ビード１２０が複数の層を形成して、強固に板１０５−１、１０５−２を接合する。母材５は、さらに、溶接面１１５の反対側の溶接裏面１１６にＶ形開先を形成されて、そのＶ形開先をアーク溶接される。このような溶接方法によれば、板厚が４２ｍｍであり、Ｖ形開先の開先深さが２５ｍｍであり、開先角度θが１７°であるときに、ビード１２０の積層回数が６回で板１０５−１、１０５−２を突き合わせ溶接することができる。このとき、複数のビード１２０の各々は、溶接速度が１５〜２４ｃｍ／ｍｉｎ．でＶ形開先１１０に形成され、母材１０５の奥側のビード１２０は、手前側のビード１２０よりその溶接速度が遅い。このとき、継ぎ手溶接の所用時間は、１ｍ当たりおよそ３１．２分である。より速く溶接するアルミ合金溶接方法が望まれている。さらに、母材をより強固に接合することが望まれ、ビード１２０は欠陥が少ないことが望まれている。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５１−３７８４９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、より速く溶接するアルミ合金溶接方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、母材をより強固に接合するアルミ合金溶接方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、溶接金属中に発生するブローホールを低減するアルミ合金溶接方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、開先面に残存する酸化膜を低減するアルミ合金溶接方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、溶接による変形を低減するアルミ合金溶接方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１２】
本発明によるアルミ合金溶接方法は、アルミを主成分とするアルミ合金から形成される母材（５）が有している。溶接面（１５）にＵ形開先を形成するステップと、Ｕ形開先の内部に溶加材（４）を付加してアーク溶接するステップとを備えている。Ｕ形開先が延びる溶接線方向（２４）は、鉛直方向（２３）の成分を有している。Ｕ形開先は、開先面（１１−１、１１−２、１２）から形成され、開先面（１１−１、１１−２、１２）は、平坦である平坦部分（１１−１、１１−２）を含んでいる。平坦部分（１１−１、１１−２）は、第１平坦部分（１１−１）と第２平坦部分（１１−２）とを含んでいる。第１平坦部分（１１−１）と第２平坦部分（１１−２）とは、それぞれ溶接面（１５）に隣り合っている。第１平坦部分（１１−１）と第２平坦部分（１１−２）とは、概ね対向し、すなわち、第１平坦部分（１１−１）と第２平坦部分（１１−２）とのなす角（θ）は、６度以下を示している。
【００１３】
本発明によるアルミ合金溶接方法によれば、溶接後のＵ型開先に形成される溝がＶ形開先を溶接したときより浅い、または、その溝が形成されない。このため、溝を空気が上昇する煙突効果が低減され、溶融金属のシールドの不良が低減され、母材（５）表面の酸化膜がより確実にエッチングされる。この結果、開先面に酸化膜が残存することが低減され、溶接金属中に発生するブローホールおよび融合不良欠陥が低減し、母材（５）がより強固に接合される。本発明によるアルミ合金溶接方法は、さらに、Ｖ型開先を溶接するより溶着する金属量が小さいので、その分高速で溶接することができる。
【００１４】
アーク溶接するステップは、トーチ（１）により実行される。トーチ（１）は、溶加材（４）であるワイヤ（４）をＵ型開先に供給し、ワイヤ（４）と母材（５）表面との間にアークを発生させる。トーチ（１）は、オシレーション装置により運動し、ワイヤ（４）を移動させ、アークが発生する領域を移動させる。アーク溶接するステップでは、ワイヤ（４）が第１平坦部分（１１−１）の近傍の第１位置（４１−１）と第２平坦部分（１１−２）の近傍の第２位置（４１−２）とを中央位置（４１−３）を経由して往復しながら溶接線方向（２４）を鉛直下側から鉛直上側に向かって進行する。その中央位置（４１−３）は、第１位置（４１−１）および第２位置（４１−２）より鉛直上側に位置することが好ましい。
【００１５】
ワイヤ（４）は、中央位置（４１−３）の付近での速さが第１位置（４１−１）または第２位置（４１−２）の付近での速さより遅いことが好ましい。ワイヤ（４）は、中央位置（４１−３）で停止することがさらに好ましい。このような運動によれば、アークはＵ型開先の開先面（１１−１、１１−２、１２）に沿いながら発生するため、Ｕ型開先の開先面（１１−１、１１−２、１２）の金属酸化物を十分にクリーニングしながら溶解させることができる。更に、ワイヤ（４）の先端はＵ型開先の奥（１２）まで到達して、アークはＵ型開先のルート部分を溶解することができ、溶け込みの不良を防止することができる。
【００１６】
ワイヤ（４）が延長される方向と溶接面（１５）の法線の方向とのなす角である後退角度（φ）は、溶接面（１５）が鉛直下側を向いているときより、溶接面（１５）が鉛直上側を向いているときに小さい。このような後退角度（φ）は、溶接による溶融金属が垂れ落ちることを防止する。
【００１７】
本発明によるアルミ合金溶接方法は、溶接面（１５）の反対側の溶接裏面（１６）に他のＵ形開先を形成するステップと、他のＵ形開先に溶加材（４）を付加して溶接するステップとを更に備えている。すなわち、母材（５）の両面を溶接することが好ましい。
【００１８】
他のＵ形開先の開先深さ（ｄ′、ｄ″）は、溶接面（１５）をアーク溶接したときの母材（５）の変形量に基づく。このような溶接は、溶接による変形を低減することができる。
【００１９】
アーク溶接するステップによりＵ形開先に付加された溶加材（４）の溶着金属の表面は、溶接面（１５）より凹んでいる。このとき、母材（５）は、溶着金属の表面の上から再度溶接される。このような溶接は、Ｖ形開先を溶接することより速く溶接することができる点で好ましい。アーク溶接するステップによりＵ形開先に付加された溶加材（４）の溶着金属の表面は、溶接面（１５）から盛り上がっていることがさらに速く溶接することができる点で好ましい。
【００２０】
本発明による球形タンクは、本発明によるアルミ合金溶接方法を用いて製造されることが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明によるアルミ合金溶接方法を実行する溶接装置の実施の形態を説明する。その溶接装置は、図１に示されているように、トーチ１を備えている。トーチ１は、給電チップ２と溶接ノズル３とを備えている。給電チップ２は、ワイヤ４を一定の速度で母材５の被溶接部６に供給し、母材５とワイヤ４との間に高圧の電圧を印加する。溶接ノズル３は、シールドガスを被溶接部６に噴射して供給する。そのシールドガスとしては、アルゴンＡｒまたはヘリウムＨｅが例示される。
【００２２】
その溶接装置は、さらに、図示されていないオシレーション装置とワイヤ送給器とを備えている。そのオシレーション装置は、トーチ１を運動させ、ワイヤ４が延びる方向と母材５の表面との角度を変化させる。そのワイヤ送給器は、ワイヤ４をトーチ１に供給する。
【００２３】
本発明によるアルミ合金溶接方法は、母材５にＵ形開先を形成するステップと、高電圧によりそのＵ形開先とワイヤ４との間にアークを発生させてアーク溶接するステップとを備えている。図２は、被溶接部６を詳細に示している。母材５は、板厚ｔが４２ｍｍである２つの板５−１、５−２から形成されている。板厚ｔは、４０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であることが好ましい。被溶接部６は、２つの板５−１、５−２の端面が突き合わされた部分に形成されている。被溶接部６には、Ｕ形開先１１が形成されている。板５−１、５−２は、溶接面１５と溶接裏面１６とを有している。Ｕ形開先１１は、板５−１、５−２の溶接面１５の側に形成されている。Ｕ形開先１１は、開先面から形成されている。その開先面は、平面部分１１−１、１１−２とルート部分１２とから形成されている。平面部分１１−１、１１−２は、それぞれ板５−１、５−２の端面に形成され、溶接面１５に隣り合い、概ね平面を形成している。ルート部分１２は、溶接面１５から内部側のＵ形開先１１の奥に配置され、円柱の側面を形成し、その円柱の底面の半径であるルート半径ｒは３ｍｍである。ルート半径ｒは、２ｍｍ以上４ｍｍ以下であることが好ましい。平面部分１１−１、１１−２とルート部分１２とは、滑らかにつながっている。
【００２４】
溶接面１５からルート部分１２までの距離である開先深さｄは、２５ｍｍである。開先深さｄは、板５−１、５−２の板厚ｔにより決定し、たとえば、次式：ｄ≒２／３×ｔ
により表現される。Ｕ形開先１１は、日本工業規格ＪＩＳにより定義される開先の形状であり、本実施例では、平面部分１１−１、１１−２のなす角である開先角度θは、概ね６°である。開先角度θは、６°以下であることが好ましい。
【００２５】
図３は、母材５とトーチ１との位置関係を示している。トーチ１がワイヤ４を延長するトーチ方向２２と母材５の溶接面１５の法線２１となす角は、後退角度φを形成している。母材５の溶接面１５と鉛直方向２３となす角は、角度δを形成している。このとき、Ｕ形開先は、鉛直方向２３に平行である直線を溶接面１５に正射影された直線に平行である溶接線方向２４に延長するように形成されている。
【００２６】
後退角度φは、トーチ１を運動させるオシレーション装置により変更される。図４のグラフは、後退角度φの条件を示している。図４のグラフは、後退角度φと角度δとが取り得る値の範囲を示す領域３１を示している。後退角度φは、そのオシレーション装置により領域３１に属するように設定される。すなわち、角θは、角度δが０°であるときに、１５°以上２０°以下に設定される。角θは、角度δが６５°であるときに、０°以上１０°以下に設定される。角θは、角度δが−６５°であるときに、２５°以上３５°以下に設定される。
【００２７】
トーチ１は、オシレーション装置により、Ｕ形開先の内側でワイヤ４が左右に往復運動するように平行に運動しながら、溶接線方向に移動する。図５は、ワイヤ４の先端の運動を詳細に示している。ワイヤ４の先端は、Ｕ形開先のうちの水平方向に外側である右側位置４１−１から反対側の左側位置４１−２に軌跡４２を通って移動する。左側位置４１−２は、右側位置４１−１から距離Ｗだけ離れている。距離Ｗは、３ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。その軌跡４２は、鉛直上側に凸である円弧を描いている。すなわち、右側位置４１−１と左側位置４１−２との水平方向に中央の中央位置４１−２は、右側位置４１−１と左側位置４１−２とより距離ｄだけ鉛直上方に位置している。距離ｄは、３ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
ワイヤ４の先端は、さらに、右側位置４１−１から左側位置４１−２に移動した後に、再度、左側位置４１−２から右側位置４１−１に鉛直上側に凸である円弧を描いて移動する。このとき、左側位置４１−２から戻ってきたときの右側位置４１−１は、左側位置４１−２から戻ってきたときの右側位置４１−１より少し溶接線方向２４に移動している。このとき、トーチ１より溶接線方向２４の後方には、母材５とワイヤ４とが溶融して凝固した金属であるビード４３が蓄積する。ワイヤ４の先端が溶接線方向２４に移動する平均速度は、ビード４３が溶接線方向２４に蓄積する溶接速度と一致している。その溶接速度は、１４ｃｍ／ｍｉｎ．以上１６ｃｍ／ｍｉｎ．以下であることが好ましい。
【００２９】
ワイヤ４の先端は、さらに、図６に示されているように、Ｕ形開先の深さ方向にも移動している。ワイヤ４は、右側位置４１−１から中央位置４１−３に到達したときに、ワイヤ４が送り出されて、先端がルート部分１２にアークが十分に近づいてルート部分１２の近傍にアークが発生するまで停止した後に、左側位置４１−２に移動し始める。中央位置４１−３で停止している時間は、０．２秒以上０．４秒以下であることが好ましい。ワイヤ４は、左側位置４１−２から中央位置４１−３に到達したときに、先端がルート部分１２に十分に近づくまで停止した後に、右側位置４１−１に移動し始める。このような往復運動は、１分当たり３５回以上４０回以下だけ実行されることが好ましい。このような運動によれば、Ｕ形開先のルート部分１２も十分に溶解して、被溶接部６により強固な溶接部を形成することができる。
【００３０】
なお、ワイヤ４は、先端と開先面との距離が概ね一定になるように移動することもできる。このとき、ワイヤ４は、右側位置４１−１または左側位置４１−２の付近で速く移動し、中央部分４１−３の付近で先端がルート部分１２にアークが十分に近づいてルート部分１２の近傍にアークが発生するようにゆっくり移動する。
【００３１】
図７は、被溶接部６の状態を示している。被溶接部６には、ワイヤ４と母材５とが溶融した溶融金属４５と、溶融金属４５が凝固したビード４３が配置されている。トーチ１は、ワイヤ４を延長するトーチ方向が溶接面の法線から後退角度φだけ傾斜している。このとき、開先面のルート部分１２の近傍に配置されているワイヤ４の先端は、後退角度φが０°であるときより、鉛直下側に配置される。このため、ビード４３と溶融金属４５との界面は、溶接面１５の近傍よりルート部分１２の近傍が鉛直下側に配置されている。この結果、溶融金属４５がルート部分１２の近傍に溜まり、溶融金属が溶接面１５を垂れ落ちることを防止する。
【００３２】
ビード４３は、Ｕ型開先を溶接面１５まで完全に埋めている。被溶接部６の鉛直下側に溝が形成されていないために、その溝を空気が上昇する煙突効果が低減される。このため、トーチ１から噴射されるシールドガスは、母材５とワイヤ４との間に発生するアークを大気から十分に遮蔽し、そのアークにより生成する溶着金属を大気から遮蔽して酸化を防止する。さらに、開先面に存在する酸化膜は、平面部分１１−１、１１−２に沿って移動するアークによってエッチングされ、クリーニング作用を十分に発揮することができる。この結果、ビード４３には、気泡が凝固後に閉じ込められて生じるブローホールおよび融合不良欠陥が低減され、２つの母材がより強固に溶接されることができる。
【００３３】
Ｕ型開先を溶接することは、Ｖ型開先を溶接することより必要である溶融金属の量が少ない。このため、溶接後のビード４３−１は、図８に示されているように、１回の溶接によりＵ型開先を完全に埋めることができる。ビード４３−１の表面５１は、溶接面１５より盛り上がらせることができる。このような溶接は、Ｖ形開先を複数回溶接するより、速く完了させることができる。
【００３４】
本発明によるアルミ合金溶接方法は、さらに、溶接面１５の反対側の溶接裏面１６にＵ形開先を形成するステップと、そのＵ形開先をアーク溶接するステップとを備えている。溶接後の母材５は、溶接時に入熱し変形する。図９は、溶接後の母材の溶接変形量を示している。すなわち、溶接裏面１６は、板５−１が有する第１溶接裏面１６−１と板５−２が有する第２溶接裏面１６−２とから形成されている。その溶接変形量ｇは、第１溶接裏面１６−１と第２溶接裏面１６−２とのなす角により定義される。
【００３５】
図１０は、溶接面１５の反対側の溶接裏面１６に形成されるＵ形開先を示している。そのＵ形開先の開先深さｄ′は、溶接変形量ｇに基づいて導出される。母材５−１、５−２は、開先深さｄ′が大きいほど入熱し、溶接後の変形量が大きくなる。すなわち、母材５−１、５−２には、溶接変形量ｇが大きい部位に開先深さｄ′が大きいＵ形開先を形成し、溶接変形量ｇが小さい部位に開先深さｄ′が小さいＵ形開先を形成する。
【００３６】
溶接裏面１６に形成されるＵ形開先は、溶接面１５に形成されるＵ形開先と同様にして溶接される。このようなＵ形開先を溶接することにより、母材５−１、５−２は、溶接面１５の溶接による変形を打ち消すように変形し、最終的な溶接による変形を低減することができる。さらに、溶接裏面１６に形成されるＵ形開先の溶接後のビード４３−２は、図１１に示されているように、１回の溶接によりＵ型開先を完全に埋めることができる。ビード４３−２の表面５２は、溶接裏面１６より盛り上がらせることができる。
【００３７】
本発明によるアルミ合金溶接方法は、ビードの積層回数が２回で板５−１、５−２を突き合わせ溶接することができる。ビード４３−１、４３−２は、それぞれ溶接速度が１４〜１６ｃｍ／ｍｉｎ．で形成され、このとき、このような突き合わせ溶接の所用時間は、１ｍ当たりおよそ１３．２分であり、Ｖ形開先を複数回溶接するより、速く完了させることができる。
【００３８】
本発明によるアルミ合金溶接方法は、複数回の溶接によりＵ型開先を埋めることもできる。このときに実行される溶接は、既述の実施の形態における溶接と同様にして実行される。溶接面１５に最初に形成されるビード４３−１は、図１２に示されているように、表面５３が溶接面１５より凹むように形成される。
【００３９】
次いで、母材５−１、５−２は、図１３に示されているように、部位毎に溶接変形量ｇに対応する開先深さｄ″のＵ形開先を形成される。溶接裏面１６に形成されるＵ形開先は、溶接面１５に形成されるＵ形開先と同様にして溶接され、ビード４３−２が形成される。ビード４３−２は、図１４に示されているように、表面５４が溶接裏面１６より凹むように形成される。
【００４０】
さらに、公知のＶ形開先の溶接と同様にして、図１５に示されているように、ビード４３−３を形成し、図１６に示されているように、ビード４３−４を形成する。このような溶接は、Ｖ形開先を溶接するときと同様にきれいに仕上げることができる。本発明によるアルミ合金溶接方法は、ビードの積層回数が４回で板５−１、５−２を突き合わせ溶接することができる。ビード４３−１〜４３−４は、それぞれ溶接速度が１７〜２１ｃｍ／ｍｉｎ．で形成され、このとき、このような突き合わせ溶接の所用時間は、１ｍ当たりおよそ２１．４分であり、Ｖ形開先を複数回溶接するより速く完了させることができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によるアルミ合金溶接方法は、より速く溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるアルミ合金溶接方法を実行する溶接装置の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図２は、Ｕ形開先の形状を示す断面図である。
【図３】図３は、母材とトーチとの位置関係を示す側面図である。
【図４】図４は、後退角度φの条件を示すグラフである。
【図５】図５は、ワイヤの先端の運動を示す正面図である。
【図６】図６は、ワイヤの先端の運動を示す断面図である。
【図７】図７は、被溶接部の状態を示す断面図である。
【図８】図８は、溶接部の状態を示す断面図である。
【図９】図９は、溶接変形量を示す断面図である。
【図１０】図１０は、溶接裏面に形成されるＵ形開先の形状を示す断面図である。
【図１１】図１１は、溶接部の他の状態を示す断面図である。
【図１２】図１２は、溶接部のさらに他の状態を示す断面図である。
【図１３】図１３は、溶接裏面に形成されるＵ形開先の形状を示す断面図である。
【図１４】図１４は、溶接部のさらに他の状態を示す断面図である。
【図１５】図１５は、溶接部のさらに他の状態を示す断面図である。
【図１６】図１６は、溶接部のさらに他の状態を示す断面図である。
【図１７】図１７は、公知の溶接装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図１８】図１８は、被溶接部の状態を示す断面図である。
【図１９】図１９は、被溶接部の状態を示す断面図である。
【図２０】図２０は、溶接部の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ：トーチ
２ ：給電チップ
３ ：溶接ノズル
４ ：ワイヤ
５ ：母材
６ ：被溶接部
１１−１、１１−２：平面部分
１２：ルート部分
１５：溶接面
１６：溶接裏面
２１：法線
２２：トーチ方向
２３：鉛直方向
２４：溶接線方向
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミ合金溶接方法に関し、特に、純アルミまたはアルミ合金から形成される２枚の板の端面を突き合わせて溶接する突き合わせ溶接に利用されるアルミ合金溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加圧された気体または液化ガスを貯蔵する球形タンクがＬＮＧ運搬船に適用されて使用されている。その球形タンクは、多数のアルミ合金製の板がアーク溶接により接合されて形成されている。球形タンクの経線に沿って伸びている接合部分を溶接する溶接装置が望まれている。
【０００３】
図１７は、公知の溶接装置を示している。その溶接装置１００は、オシレーション装置１０１、ワイヤ送給器１０２および電源装置１０３を備えている。ワイヤ送給器１０２は、オシレーション装置１０１にワイヤ１０４を供給する。ワイヤ１０４は、母材１０５の被溶接部１０７に付加される溶加材である。オシレーション装置１０１は、トーチ１０６を備えている。トーチ１０６は、被溶接部１０７にワイヤ１０４とシールドガスとを供給し、ワイヤ１０４と被溶接部１０７との間に高圧の電圧を印加してアークを発生させて被溶接部１０７を溶接する。オシレーション装置１０１は、溶加材が被溶接部１０７に十分に充填されるように、トーチ１０６を運動させる。電源装置１０３は、アークを発生させるための高圧の電圧を生成する。
【０００４】
図１８は、被溶接部１０７を詳細に示している。被溶接部１０７は、母材１０５である２つの板１０５−１、１０５−２の端面が突き合わされている領域に形成される。被溶接部１０７には、母材１０５の溶接面１１５にＶ形開先１１０が形成されている。Ｖ形開先１１０は、日本工業規格ＪＩＳにより定義される開先の形状であり、母材１０５の溶接面１１５と隣り合う２つの平面部分１１１−１、１１１−２と開先の奥に位置しているルート部分１１２とから形成されている。ルート部分１１２のルート半径は、概ね６ｍｍである。平面部分１１１−１、１１１−２のなす角である開先角度θは、概ね１５°である。
【０００５】
トーチ１０６は、ワイヤ１０４を遥動させながら開先面とワイヤ１０４の先端との間にアーク１１４を発生させて、母材１０５とワイヤ１０４とを溶解させて溶融金属を生成する。特開昭５１−３７８４９号公報には、開先面に対するワイヤの先端の運動が開示されている。その運動によれば、集中的な加熱が防止され、アークが母材に直接当たるために完全な融合が得られ、アンダーカット、ビード外観不良等がなく、極めて良好な溶接を行うことができる。
【０００６】
図１９は、溶接中の被溶接部１０７の状態を示している。アルミ合金の表面には、一般的に、金属酸化物から形成される酸化膜が形成され、母材１０５の平面部分１１１−１、１１１−２とルート部分１１２とには、酸化膜１２３が形成されている。トーチ１０６は、シールドガス１２１を噴射しながら、ワイヤ１０４の先端と開先面との間にアーク１１４を生成する。アーク１１４は、母材１０５とワイヤ１０４とを溶解して溶融金属１２４を生成する。その溶融金属１２４は、凝固してＶ形開先１１０の内部にビード１２０を形成することにより２つの母材１０５−１、１０５−２を溶接する。アーク１１４は、さらに、酸化膜１２３をエッチングして、酸化膜１２３を由来とする金属酸化物が溶融金属１２４の中に混合することを防止するクリーニング作用を奏する。
【０００７】
シールドガス１２１は、アーク１１４を大気から遮蔽し、溶融金属１２４を大気から遮蔽して溶融金属１２４の酸化を防止する。Ｖ形開先の内部の空気１２２は、ビード１２０により加熱されて密度が周囲の空気より小さくなるために上昇する、いわゆる、煙突効果が発生する。このような空気１２２の流れは、シールドガス１２１が溶融金属１２４を大気から遮蔽することを妨害し、このとき、ビード１２０に融合不良および気泡が凝固後に閉じ込められて生じるブローホールを形成することがある。
【０００８】
このような溶接は、複数回が繰り返して実行される。その溶接部は、図２０に示されているように、ビード１２０が複数の層を形成して、強固に板１０５−１、１０５−２を接合する。母材５は、さらに、溶接面１１５の反対側の溶接裏面１１６にＶ形開先を形成されて、そのＶ形開先をアーク溶接される。このような溶接方法によれば、板厚が４２ｍｍであり、Ｖ形開先の開先深さが２５ｍｍであり、開先角度θが１７°であるときに、ビード１２０の積層回数が６回で板１０５−１、１０５−２を突き合わせ溶接することができる。このとき、複数のビード１２０の各々は、溶接速度が１５〜２４ｃｍ／ｍｉｎ．でＶ形開先１１０に形成され、母材１０５の奥側のビード１２０は、手前側のビード１２０よりその溶接速度が遅い。このとき、継ぎ手溶接の所用時間は、１ｍ当たりおよそ３１．２分である。より速く溶接するアルミ合金溶接方法が望まれている。さらに、母材をより強固に接合することが望まれ、ビード１２０は欠陥が少ないことが望まれている。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５１−３７８４９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、より速く溶接するアルミ合金溶接方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、母材をより強固に接合するアルミ合金溶接方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、溶接金属中に発生するブローホールを低減するアルミ合金溶接方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、開先面に残存する酸化膜を低減するアルミ合金溶接方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、溶接による変形を低減するアルミ合金溶接方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１２】
本発明によるアルミ合金溶接方法は、アルミを主成分とするアルミ合金から形成される母材（５）が有している。溶接面（１５）にＵ形開先を形成するステップと、Ｕ形開先の内部に溶加材（４）を付加してアーク溶接するステップとを備えている。Ｕ形開先が延びる溶接線方向（２４）は、鉛直方向（２３）の成分を有している。Ｕ形開先は、開先面（１１−１、１１−２、１２）から形成され、開先面（１１−１、１１−２、１２）は、平坦である平坦部分（１１−１、１１−２）を含んでいる。平坦部分（１１−１、１１−２）は、第１平坦部分（１１−１）と第２平坦部分（１１−２）とを含んでいる。第１平坦部分（１１−１）と第２平坦部分（１１−２）とは、それぞれ溶接面（１５）に隣り合っている。第１平坦部分（１１−１）と第２平坦部分（１１−２）とは、概ね対向し、すなわち、第１平坦部分（１１−１）と第２平坦部分（１１−２）とのなす角（θ）は、６度以下を示している。
【００１３】
本発明によるアルミ合金溶接方法によれば、溶接後のＵ型開先に形成される溝がＶ形開先を溶接したときより浅い、または、その溝が形成されない。このため、溝を空気が上昇する煙突効果が低減され、溶融金属のシールドの不良が低減され、母材（５）表面の酸化膜がより確実にエッチングされる。この結果、開先面に酸化膜が残存することが低減され、溶接金属中に発生するブローホールおよび融合不良欠陥が低減し、母材（５）がより強固に接合される。本発明によるアルミ合金溶接方法は、さらに、Ｖ型開先を溶接するより溶着する金属量が小さいので、その分高速で溶接することができる。
【００１４】
アーク溶接するステップは、トーチ（１）により実行される。トーチ（１）は、溶加材（４）であるワイヤ（４）をＵ型開先に供給し、ワイヤ（４）と母材（５）表面との間にアークを発生させる。トーチ（１）は、オシレーション装置により運動し、ワイヤ（４）を移動させ、アークが発生する領域を移動させる。アーク溶接するステップでは、ワイヤ（４）が第１平坦部分（１１−１）の近傍の第１位置（４１−１）と第２平坦部分（１１−２）の近傍の第２位置（４１−２）とを中央位置（４１−３）を経由して往復しながら溶接線方向（２４）を鉛直下側から鉛直上側に向かって進行する。その中央位置（４１−３）は、第１位置（４１−１）および第２位置（４１−２）より鉛直上側に位置することが好ましい。
【００１５】
ワイヤ（４）は、中央位置（４１−３）の付近での速さが第１位置（４１−１）または第２位置（４１−２）の付近での速さより遅いことが好ましい。ワイヤ（４）は、中央位置（４１−３）で停止することがさらに好ましい。このような運動によれば、アークはＵ型開先の開先面（１１−１、１１−２、１２）に沿いながら発生するため、Ｕ型開先の開先面（１１−１、１１−２、１２）の金属酸化物を十分にクリーニングしながら溶解させることができる。更に、ワイヤ（４）の先端はＵ型開先の奥（１２）まで到達して、アークはＵ型開先のルート部分を溶解することができ、溶け込みの不良を防止することができる。
【００１６】
ワイヤ（４）が延長される方向と溶接面（１５）の法線の方向とのなす角である後退角度（φ）は、溶接面（１５）が鉛直下側を向いているときより、溶接面（１５）が鉛直上側を向いているときに小さい。このような後退角度（φ）は、溶接による溶融金属が垂れ落ちることを防止する。
【００１７】
本発明によるアルミ合金溶接方法は、溶接面（１５）の反対側の溶接裏面（１６）に他のＵ形開先を形成するステップと、他のＵ形開先に溶加材（４）を付加して溶接するステップとを更に備えている。すなわち、母材（５）の両面を溶接することが好ましい。
【００１８】
他のＵ形開先の開先深さ（ｄ′、ｄ″）は、溶接面（１５）をアーク溶接したときの母材（５）の変形量に基づく。このような溶接は、溶接による変形を低減することができる。
【００１９】
アーク溶接するステップによりＵ形開先に付加された溶加材（４）の溶着金属の表面は、溶接面（１５）より凹んでいる。このとき、母材（５）は、溶着金属の表面の上から再度溶接される。このような溶接は、Ｖ形開先を溶接することより速く溶接することができる点で好ましい。アーク溶接するステップによりＵ形開先に付加された溶加材（４）の溶着金属の表面は、溶接面（１５）から盛り上がっていることがさらに速く溶接することができる点で好ましい。
【００２０】
本発明による球形タンクは、本発明によるアルミ合金溶接方法を用いて製造されることが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明によるアルミ合金溶接方法を実行する溶接装置の実施の形態を説明する。その溶接装置は、図１に示されているように、トーチ１を備えている。トーチ１は、給電チップ２と溶接ノズル３とを備えている。給電チップ２は、ワイヤ４を一定の速度で母材５の被溶接部６に供給し、母材５とワイヤ４との間に高圧の電圧を印加する。溶接ノズル３は、シールドガスを被溶接部６に噴射して供給する。そのシールドガスとしては、アルゴンＡｒまたはヘリウムＨｅが例示される。
【００２２】
その溶接装置は、さらに、図示されていないオシレーション装置とワイヤ送給器とを備えている。そのオシレーション装置は、トーチ１を運動させ、ワイヤ４が延びる方向と母材５の表面との角度を変化させる。そのワイヤ送給器は、ワイヤ４をトーチ１に供給する。
【００２３】
本発明によるアルミ合金溶接方法は、母材５にＵ形開先を形成するステップと、高電圧によりそのＵ形開先とワイヤ４との間にアークを発生させてアーク溶接するステップとを備えている。図２は、被溶接部６を詳細に示している。母材５は、板厚ｔが４２ｍｍである２つの板５−１、５−２から形成されている。板厚ｔは、４０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であることが好ましい。被溶接部６は、２つの板５−１、５−２の端面が突き合わされた部分に形成されている。被溶接部６には、Ｕ形開先１１が形成されている。板５−１、５−２は、溶接面１５と溶接裏面１６とを有している。Ｕ形開先１１は、板５−１、５−２の溶接面１５の側に形成されている。Ｕ形開先１１は、開先面から形成されている。その開先面は、平面部分１１−１、１１−２とルート部分１２とから形成されている。平面部分１１−１、１１−２は、それぞれ板５−１、５−２の端面に形成され、溶接面１５に隣り合い、概ね平面を形成している。ルート部分１２は、溶接面１５から内部側のＵ形開先１１の奥に配置され、円柱の側面を形成し、その円柱の底面の半径であるルート半径ｒは３ｍｍである。ルート半径ｒは、２ｍｍ以上４ｍｍ以下であることが好ましい。平面部分１１−１、１１−２とルート部分１２とは、滑らかにつながっている。
【００２４】
溶接面１５からルート部分１２までの距離である開先深さｄは、２５ｍｍである。開先深さｄは、板５−１、５−２の板厚ｔにより決定し、たとえば、次式：ｄ≒２／３×ｔ
により表現される。Ｕ形開先１１は、日本工業規格ＪＩＳにより定義される開先の形状であり、本実施例では、平面部分１１−１、１１−２のなす角である開先角度θは、概ね６°である。開先角度θは、６°以下であることが好ましい。
【００２５】
図３は、母材５とトーチ１との位置関係を示している。トーチ１がワイヤ４を延長するトーチ方向２２と母材５の溶接面１５の法線２１となす角は、後退角度φを形成している。母材５の溶接面１５と鉛直方向２３となす角は、角度δを形成している。このとき、Ｕ形開先は、鉛直方向２３に平行である直線を溶接面１５に正射影された直線に平行である溶接線方向２４に延長するように形成されている。
【００２６】
後退角度φは、トーチ１を運動させるオシレーション装置により変更される。図４のグラフは、後退角度φの条件を示している。図４のグラフは、後退角度φと角度δとが取り得る値の範囲を示す領域３１を示している。後退角度φは、そのオシレーション装置により領域３１に属するように設定される。すなわち、角θは、角度δが０°であるときに、１５°以上２０°以下に設定される。角θは、角度δが６５°であるときに、０°以上１０°以下に設定される。角θは、角度δが−６５°であるときに、２５°以上３５°以下に設定される。
【００２７】
トーチ１は、オシレーション装置により、Ｕ形開先の内側でワイヤ４が左右に往復運動するように平行に運動しながら、溶接線方向に移動する。図５は、ワイヤ４の先端の運動を詳細に示している。ワイヤ４の先端は、Ｕ形開先のうちの水平方向に外側である右側位置４１−１から反対側の左側位置４１−２に軌跡４２を通って移動する。左側位置４１−２は、右側位置４１−１から距離Ｗだけ離れている。距離Ｗは、３ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。その軌跡４２は、鉛直上側に凸である円弧を描いている。すなわち、右側位置４１−１と左側位置４１−２との水平方向に中央の中央位置４１−２は、右側位置４１−１と左側位置４１−２とより距離ｄだけ鉛直上方に位置している。距離ｄは、３ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
ワイヤ４の先端は、さらに、右側位置４１−１から左側位置４１−２に移動した後に、再度、左側位置４１−２から右側位置４１−１に鉛直上側に凸である円弧を描いて移動する。このとき、左側位置４１−２から戻ってきたときの右側位置４１−１は、左側位置４１−２から戻ってきたときの右側位置４１−１より少し溶接線方向２４に移動している。このとき、トーチ１より溶接線方向２４の後方には、母材５とワイヤ４とが溶融して凝固した金属であるビード４３が蓄積する。ワイヤ４の先端が溶接線方向２４に移動する平均速度は、ビード４３が溶接線方向２４に蓄積する溶接速度と一致している。その溶接速度は、１４ｃｍ／ｍｉｎ．以上１６ｃｍ／ｍｉｎ．以下であることが好ましい。
【００２９】
ワイヤ４の先端は、さらに、図６に示されているように、Ｕ形開先の深さ方向にも移動している。ワイヤ４は、右側位置４１−１から中央位置４１−３に到達したときに、ワイヤ４が送り出されて、先端がルート部分１２にアークが十分に近づいてルート部分１２の近傍にアークが発生するまで停止した後に、左側位置４１−２に移動し始める。中央位置４１−３で停止している時間は、０．２秒以上０．４秒以下であることが好ましい。ワイヤ４は、左側位置４１−２から中央位置４１−３に到達したときに、先端がルート部分１２に十分に近づくまで停止した後に、右側位置４１−１に移動し始める。このような往復運動は、１分当たり３５回以上４０回以下だけ実行されることが好ましい。このような運動によれば、Ｕ形開先のルート部分１２も十分に溶解して、被溶接部６により強固な溶接部を形成することができる。
【００３０】
なお、ワイヤ４は、先端と開先面との距離が概ね一定になるように移動することもできる。このとき、ワイヤ４は、右側位置４１−１または左側位置４１−２の付近で速く移動し、中央部分４１−３の付近で先端がルート部分１２にアークが十分に近づいてルート部分１２の近傍にアークが発生するようにゆっくり移動する。
【００３１】
図７は、被溶接部６の状態を示している。被溶接部６には、ワイヤ４と母材５とが溶融した溶融金属４５と、溶融金属４５が凝固したビード４３が配置されている。トーチ１は、ワイヤ４を延長するトーチ方向が溶接面の法線から後退角度φだけ傾斜している。このとき、開先面のルート部分１２の近傍に配置されているワイヤ４の先端は、後退角度φが０°であるときより、鉛直下側に配置される。このため、ビード４３と溶融金属４５との界面は、溶接面１５の近傍よりルート部分１２の近傍が鉛直下側に配置されている。この結果、溶融金属４５がルート部分１２の近傍に溜まり、溶融金属が溶接面１５を垂れ落ちることを防止する。
【００３２】
ビード４３は、Ｕ型開先を溶接面１５まで完全に埋めている。被溶接部６の鉛直下側に溝が形成されていないために、その溝を空気が上昇する煙突効果が低減される。このため、トーチ１から噴射されるシールドガスは、母材５とワイヤ４との間に発生するアークを大気から十分に遮蔽し、そのアークにより生成する溶着金属を大気から遮蔽して酸化を防止する。さらに、開先面に存在する酸化膜は、平面部分１１−１、１１−２に沿って移動するアークによってエッチングされ、クリーニング作用を十分に発揮することができる。この結果、ビード４３には、気泡が凝固後に閉じ込められて生じるブローホールおよび融合不良欠陥が低減され、２つの母材がより強固に溶接されることができる。
【００３３】
Ｕ型開先を溶接することは、Ｖ型開先を溶接することより必要である溶融金属の量が少ない。このため、溶接後のビード４３−１は、図８に示されているように、１回の溶接によりＵ型開先を完全に埋めることができる。ビード４３−１の表面５１は、溶接面１５より盛り上がらせることができる。このような溶接は、Ｖ形開先を複数回溶接するより、速く完了させることができる。
【００３４】
本発明によるアルミ合金溶接方法は、さらに、溶接面１５の反対側の溶接裏面１６にＵ形開先を形成するステップと、そのＵ形開先をアーク溶接するステップとを備えている。溶接後の母材５は、溶接時に入熱し変形する。図９は、溶接後の母材の溶接変形量を示している。すなわち、溶接裏面１６は、板５−１が有する第１溶接裏面１６−１と板５−２が有する第２溶接裏面１６−２とから形成されている。その溶接変形量ｇは、第１溶接裏面１６−１と第２溶接裏面１６−２とのなす角により定義される。
【００３５】
図１０は、溶接面１５の反対側の溶接裏面１６に形成されるＵ形開先を示している。そのＵ形開先の開先深さｄ′は、溶接変形量ｇに基づいて導出される。母材５−１、５−２は、開先深さｄ′が大きいほど入熱し、溶接後の変形量が大きくなる。すなわち、母材５−１、５−２には、溶接変形量ｇが大きい部位に開先深さｄ′が大きいＵ形開先を形成し、溶接変形量ｇが小さい部位に開先深さｄ′が小さいＵ形開先を形成する。
【００３６】
溶接裏面１６に形成されるＵ形開先は、溶接面１５に形成されるＵ形開先と同様にして溶接される。このようなＵ形開先を溶接することにより、母材５−１、５−２は、溶接面１５の溶接による変形を打ち消すように変形し、最終的な溶接による変形を低減することができる。さらに、溶接裏面１６に形成されるＵ形開先の溶接後のビード４３−２は、図１１に示されているように、１回の溶接によりＵ型開先を完全に埋めることができる。ビード４３−２の表面５２は、溶接裏面１６より盛り上がらせることができる。
【００３７】
本発明によるアルミ合金溶接方法は、ビードの積層回数が２回で板５−１、５−２を突き合わせ溶接することができる。ビード４３−１、４３−２は、それぞれ溶接速度が１４〜１６ｃｍ／ｍｉｎ．で形成され、このとき、このような突き合わせ溶接の所用時間は、１ｍ当たりおよそ１３．２分であり、Ｖ形開先を複数回溶接するより、速く完了させることができる。
【００３８】
本発明によるアルミ合金溶接方法は、複数回の溶接によりＵ型開先を埋めることもできる。このときに実行される溶接は、既述の実施の形態における溶接と同様にして実行される。溶接面１５に最初に形成されるビード４３−１は、図１２に示されているように、表面５３が溶接面１５より凹むように形成される。
【００３９】
次いで、母材５−１、５−２は、図１３に示されているように、部位毎に溶接変形量ｇに対応する開先深さｄ″のＵ形開先を形成される。溶接裏面１６に形成されるＵ形開先は、溶接面１５に形成されるＵ形開先と同様にして溶接され、ビード４３−２が形成される。ビード４３−２は、図１４に示されているように、表面５４が溶接裏面１６より凹むように形成される。
【００４０】
さらに、公知のＶ形開先の溶接と同様にして、図１５に示されているように、ビード４３−３を形成し、図１６に示されているように、ビード４３−４を形成する。このような溶接は、Ｖ形開先を溶接するときと同様にきれいに仕上げることができる。本発明によるアルミ合金溶接方法は、ビードの積層回数が４回で板５−１、５−２を突き合わせ溶接することができる。ビード４３−１〜４３−４は、それぞれ溶接速度が１７〜２１ｃｍ／ｍｉｎ．で形成され、このとき、このような突き合わせ溶接の所用時間は、１ｍ当たりおよそ２１．４分であり、Ｖ形開先を複数回溶接するより速く完了させることができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によるアルミ合金溶接方法は、より速く溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるアルミ合金溶接方法を実行する溶接装置の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図２は、Ｕ形開先の形状を示す断面図である。
【図３】図３は、母材とトーチとの位置関係を示す側面図である。
【図４】図４は、後退角度φの条件を示すグラフである。
【図５】図５は、ワイヤの先端の運動を示す正面図である。
【図６】図６は、ワイヤの先端の運動を示す断面図である。
【図７】図７は、被溶接部の状態を示す断面図である。
【図８】図８は、溶接部の状態を示す断面図である。
【図９】図９は、溶接変形量を示す断面図である。
【図１０】図１０は、溶接裏面に形成されるＵ形開先の形状を示す断面図である。
【図１１】図１１は、溶接部の他の状態を示す断面図である。
【図１２】図１２は、溶接部のさらに他の状態を示す断面図である。
【図１３】図１３は、溶接裏面に形成されるＵ形開先の形状を示す断面図である。
【図１４】図１４は、溶接部のさらに他の状態を示す断面図である。
【図１５】図１５は、溶接部のさらに他の状態を示す断面図である。
【図１６】図１６は、溶接部のさらに他の状態を示す断面図である。
【図１７】図１７は、公知の溶接装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図１８】図１８は、被溶接部の状態を示す断面図である。
【図１９】図１９は、被溶接部の状態を示す断面図である。
【図２０】図２０は、溶接部の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ：トーチ
２ ：給電チップ
３ ：溶接ノズル
４ ：ワイヤ
５ ：母材
６ ：被溶接部
１１−１、１１−２：平面部分
１２：ルート部分
１５：溶接面
１６：溶接裏面
２１：法線
２２：トーチ方向
２３：鉛直方向
２４：溶接線方向
Claims (10)
- アルミ合金から形成される母材が有する溶接面にＵ形開先を形成するステップと、
前記Ｕ形開先の内部に溶加材を付加してアーク溶接するステップとを具備し、
前記Ｕ形開先が延びる溶接線方向は、鉛直方向の成分を有し、
前記Ｕ形開先は、開先面から形成され、
前記開先面は、平坦である平坦部分を含み、
前記平坦部分は、第１平坦部分と第２平坦部分とを含み、
前記第１平坦部分と前記第２平坦部分とは、前記溶接面に隣り合い、概ね対向する
アルミ合金溶接方法。 - 請求項１において、
前記アーク溶接するステップでは、前記溶加材であるワイヤが前記第１平坦部分の近傍の第１位置と前記第２平坦部分の近傍の第２位置とを中央位置を経由して往復しながら前記溶接線方向を鉛直下側から鉛直上側に向かって進行し、
前記中央位置は、前記第１位置および前記第２位置より鉛直上側に位置する
ことを特徴とするアルミ合金溶接方法。 - 請求項２において、
前記ワイヤは、前記中央位置の付近での速さが前記第１位置または前記第２位置の付近での速さより遅い
ことを特徴とするアルミ合金溶接方法。 - 請求項３において、
前記ワイヤは、前記中央部分で停止する
ことを特徴とするアルミ合金溶接方法。 - 請求項４において、
前記ワイヤが延長される方向と前記溶接面の法線の方向とのなす角である後退角度は、前記溶接面が鉛直下側を向いているときより、前記溶接面が鉛直上側を向いているときに小さい
ことを特徴とするアルミ合金溶接方法。 - 請求項５において、
前記溶接面の反対側の溶接裏面に他のＵ形開先を形成するステップと、
前記他のＵ形開先に溶加材を付加して溶接するステップ
とを更に具備することを特徴とするアルミ合金溶接方法。 - 請求項６において、
前記他のＵ形開先の開先深さは、前記溶接面をアーク溶接したときの前記母材の変形量に基づく
ことを特徴とするアルミ合金溶接方法。 - 請求項７において、
前記アーク溶接するステップにより前記Ｕ形開先に付加された溶加材の溶着金属の表面は、前記溶接面より凹んでいる
ことを特徴とするアルミ合金溶接方法。 - 請求項７において、
前記アーク溶接するステップにより前記Ｕ形開先に付加された溶加材の溶着金属の表面は、前記溶接面から盛り上がっている
ことを特徴とするアルミ合金溶接方法。 - 請求項１〜請求項９のいずれかに記載されているアルミ合金溶接方法を用いて製造される
球形タンク。
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