JP2006130510A

JP2006130510A - 厚板金属の突合せ溶接方法

Info

Publication number: JP2006130510A
Application number: JP2004318923A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Imaizumi; 啓今泉; Toshio Kato; 敏夫加藤; Hideaki Nakajima; 秀秋中島
Original assignee: AIKO ENGINEERING KK
Current assignee: AIKO ENGINEERING KK
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】厚板金属の突合せ溶接において、開先加工、カーボンアークガウジング加工、グラインダー作業をなくし、大幅なコストダウンと施工時間の短縮を行うこと。
【解決手段】厚板金属の突合せ溶接を行うに当たり、２枚の厚板金属の端部を開先加工せず、２枚の厚板金属の突合せ部に矩形断面、又は円形断面をもつ同一金属を挟むこと。さらに、前記突合せ溶接方法に使用する溶接装置が偏芯電極回転ナローギャップTIG溶接装置であること。
【選択図】図５

Description

本発明は厚板金属の突合せ溶接方法に関する。

従来、１０ｍｍ以上の厚板金属の突合せ溶接を行う場合、開先加工を両側金属に行い、適正な位置に配置し、片側又は両側から多層盛溶接を行うことが一般的であった。
開先加工の形状は、図１〜図３に示される通りであるが、開先加工はガス切断、プラズマ切断、レーザー切断又は機械加工等によって行われている。

厚板金属の板厚がさらに厚くなった場合は、図２，図３に示すように突合せ溶接する厚板金属の端部に開先加工を行う溶接を行っている。

厚板金属の溶接を両側から施行する場合、片側の溶接を完了した後、裏側から図４に示すようにカーボンアークガウジング加工を行う必要がある。カーボンアークガウジング加工を行うとガウジング表面にカーボンが混入、付着するためさらにグラインダー加工してこれを除去する必要がある。

厚板金属の突合せ溶接方法においては１層１パス溶接を維持しつつ必要な溶接開先幅を確保することが出来るような狭開先形状の技術があり（たとえば、特許文献１参照。）、又開先形状をＹ型とし、Ｙ型開先のストレート部は上向きのレーザー溶接によって溶接し、その後２電極以上のガスシールドアーク溶接によってＹ型開先のＶ形部を下向きで溶接する技術等、種々の改良技術がある（これらの技術は開先加工を必要としている。）（たとえば、特許文献２参照。）。

特開２００１−２８７０７８（［０００５］、［０００６］）特開平６−１１４５８７（［０００５］）

前記したように従来技術における開先加工、カーボンアークガウジング加工、グラインダー作業は溶接コスト及び施工時間等が大きな割合を占めている。

そこで、本発明は、厚板金属の突合せ溶接において、開先加工、カーボンアークガウジング加工、グラインダー作業をなくし、大幅なコストダウンと施工時間の短縮を行うことを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の突合せ溶接方法は、
厚板金属の突合せ溶接を行うに当たり、２枚の厚板金属の端部を開先加工せず、２枚の厚板金属の突合せ部に矩形断面、又は円形断面をもつ同一金属を挟むことからなる。

又、前記突合せ溶接方法に使用する溶接装置が偏芯電極回転ナローギャップTIG溶接装置を用いて行うものである。

又、前記２枚の厚板金属の突合せ部に矩形断面、又は円形断面をもつ同一金属を挟む場所が２枚の厚板金属の底部、又は中央部、又は１／３の場所であることが好適である。

又、前記矩形断面、又は円形断面をもつ同一金属の矩形断面の寸法が４〜６ｍｍ×４〜８ｍｍ、円形断面の直径が４〜１０ｍｍであることが好適である。

又、前記突合せ溶接方法において、片方の厚板金属に矩形断面の同一金属を仮止め溶接する溶接機が、抵抗スポット、又はシームスポット溶接機であることが好適である。

本発明は以上の構成を有するので、厚板金属の突合せ溶接において、開先加工を必要とせず、さらにカーボンアークガウジング加工、グラインダー作業も必要とせず、したがって大幅なコストダウンと施工時間の短縮をすることが出来るものである。

以下、本発明の実施の形態の例を図面に基づいて説明する。

図１〜図３は従来行われている厚板金属１，１’の突合せ溶接を行う場合の開先加工形状を示す図である。
図２，図３は厚板金属１，１’の厚さが、さらに厚い場合の開先加工形状を示すものである。

図４は従来の両側溶接を行う場合のカーボンアークガウジング加工を示す図である。
厚板金属１，１’の両側溶接を行う場合、溶接部の完全な溶け込みを得るために、そのルート部を片側の溶接終了後のカーボンアークガウジング加工を行うのであるが、そのカーボンアークガウジング加工を示している。

従来技術におけるカーボンアークガウジング加工を行うと、ガウジング表面にカーボンが混入、付着するため、さらにグラインダー加工して除去する必要がある。

そこで、本発明は、厚板金属の突合せ溶接において、開先加工、カーボンアークガウジング加工、グラインダー加工をなくし、加工工数を大幅に低減しようとするものである。

図５は本発明の厚板金属の片側裏波溶接を示す図であり、図６は本発明の厚板金属の両側の溶接を示す図である。
本発明において、図５に示すように片側からの裏波溶接を行う場合及び両側からの溶接を行う場合、両方ともに偏芯電極回転狭開先（ナローギャップ）TIG溶接装置を使用するものである。

偏芯電極回転ナローギャップTIG溶接装置とは特開平２００４−２３７３２６に示されている、電極が円錐形状の電極でなく偏芯形状の電極であり、当該偏芯形状の電極を狭開先の内で回転させワイヤを溶融させる溶接装置のことである。

本発明は、この偏芯電極回転ナローギャップTIG溶接装置を使用することにより、両側の厚板金属１，１’を開先加工せずにその間に４〜６ｍｍ×４〜８ｍｍの矩形断面をもつ、厚板金属１，１’と同一の金属板２，又は４〜１０ｍｍの円形断面ワイヤー２を夾み、片側から裏溶接（図５参照）又は両側からの溶接（図６）を簡単に行うことが出来るものである。即ち、図５，図６に示すように偏芯電極３が回転往復することで、矩形断面の金属板２，又は円形断面ワイヤー２を両側の厚板金属１，１’の接合面に溶融することが出来、溶込みも十分満足させることが出来るものである。

又、図５は直流溶接機４から流れる電流によりモーター５が回転し、モーター５に設けられている偏芯タングステン電極３が矢印方向に回転しながら矩形断面の金属板２、又は円形断面ワイヤー２を両側の厚板金属１，１’に溶かしていくことを示している。

又、図６は厚板金属１，１’を両側から溶接するので、厚板金属１，１’の上の部分に直流溶接機４、モーター５、偏芯タングステン電極３が設置され、さらに、その下の部分に同様に直流溶接機４、モーター５、偏芯タングステン電極３が設定されているのを示している。

又、図７は本発明による溶接部の溶接断面マクロ組織（斜線部は溶接前である。）を示す図であり、溶接継手形状を図８に示す。この場合において、矩形断面の金属板２の矩形断面は４．６ｍｍ×８ｍｍであり、両側のギャップは８ｍｍである。さらに、図７は厚板金属１，１’の両側をそれぞれ２パス溶接が終了した状態を示している。溶接条件は下記の表１に示すとおりである。

図７，図８は厚板金属１，１’の中央に矩形断面の金属板２を夾んだ例であるが、これを底部又は底部から１／３の場所に挟んでも良い。

図９は厚板金属１，１’の縦の状態及び横の状態における仮付溶接を示している。溶接施工上、矩形断面の金属板２、又は円形断面ワイヤー２を底部か、底部から１／３ないし中央部に保持するため、厚板金属の突合せ溶接をする厚板金属１，１’のいずれか一方に仮付溶接を行うことが望ましい。そのために、さらに、抵抗溶接方法を利用し、１０ｍｍから２０ｍｍピッチで仮付溶接を行うことが望ましい。

図１０は自走式片面ロールシームスポット溶接装置を示す図である。
大型構造物の場合、片面ロールシームスポット溶接が有効であり、自走式が望ましい。そこで自走式片面ロールシームスポット溶接装置を利用するのが好適であるが、この溶接装置は矩形断面、又は円形断面ワイヤーの金属コイル２を送給しながら自動的に厚板金属１，１’の仮付溶接を能率よく施工することが出来るものである。

すなわち、ワイヤースプール（リール）７に巻かれている矩形または円形断面ワイヤー２をほどきながら、それをガイドロール８で施工９％Ｎｉ鋼板端面の中央部に導き、駆動及び通電シームスポット用銅合金ロール９で押さえながら溶接電流７，０００Ａ〜１５，０００Ａを数サイクル（１〜５サイクル）通電することで仮付溶接を行う。

本発明の実用例としては、液化天然ガス貯蔵タンク、造船ブロック構造の立、横継手溶接や厚板による圧力容器長手、及び円周溶接等広範囲に及ぶものである。

下記の表２，又は表３はＬＮＧ所蔵タンク（９％Ｎｉ鋼）における比較例を示す。

ＬＮＧ所蔵タンク（９％Ｎｉ鋼）の大部分が図１１に示すように立向き及び横向き溶接である。従来、立向き溶接は、ＴＩＧ溶接法（ホットワイヤー）で表２に示すように開先加工をするが、３０ｍｍ板厚では８パス溶接を必要とし、アークタイムは１６４分／Ｍ必要であり、この溶接に必要な材料を１００％として、本発明の施工方法と比較した場合、本発明では４３分／Ｍ、必要溶接材料は５０％で済むものである。

さらに、横向き継手で比較すると、従来は一般的にＳＡＷ溶接法（サブマージアーク溶接法）、又はＴＩＧ溶接方法（ホトワイヤー）により、開先加工が行われ、溶接施工が行われている。同様に本発明の施工方法と比較した場合、従来の前記溶接方法ではアークタイムは４０分／Ｍ（ＳＡＷ溶接法）及び１１４分／（ＴＩＧ溶接方法）かかり、必要溶接材料はそれぞれ１００％（ＳＡＷ溶接法）、９０％（ＴＩＧ溶接方法）に対して、本発明では３８分／Ｍと６０％に押さえることが出来ると同時に、裏面のカーボンアークガウジング加工、グラインダー作業が不要となる。

９％Ｎｉ鋼に使用されるような溶接材料は非常に高価なＮｉ合金であり、必要溶接材料を半減できることは生産性が２倍になることに合わせて大幅なコスト低減を図る事が可能である。

従来の厚板金属の突合せ溶接を行う場合の開先加工形状を示す図である。従来の厚板金属の突合せ溶接を行う場合の開先加工形状を示す図である。従来の厚板金属の突合せ溶接を行う場合の開先加工形状を示す図である。従来の両側溶接を行う場合のカーボンアークガウジング加工を示す図である。本発明の厚板金属の片側裏波溶接を示す図である。本発明の厚板金属の両側の溶接を示す図である。本発明による溶接部の溶接断面マクロ組織を示す図である。溶接継手形状を示す図である。厚板金属の縦の状態及び横の状態における仮付溶接を示す図である。自走式片面ロールスポット溶接装置を示す図である。ＬＮＧ所蔵タンク（９％Ｎｉ鋼）を示す図である。

符号の説明

１，１’ 厚板金属
２矩形断面の金属板、円形断面ワイヤー
３偏芯電極
４直流溶接機
５モーター
６ワイヤースプール
７ガイドロール
８駆動及び通電シームスポット用銅合金ロール

Claims

厚板金属の突合せ溶接を行うに当たり、２枚の厚板金属の端部を開先加工せず、２枚の厚板金属の突合せ部に矩形断面、又は円形断面をもつ同一金属を挟むことを特徴とする厚板金属の突合せ溶接方法。
前記突合せ溶接方法に使用する溶接装置が偏芯電極回転ナローギャップTIG溶接装置であることを特徴とする請求項１記載の厚板金属の突合せ溶接方法。
前記２枚の厚板金属の突合せ部に矩形断面、又は円形断面をもつ同一金属を挟む場所が２枚の厚板金属の底部、又は中央部、又は１／３の場所であることを特徴とする請求項１記載の厚板金属の突合せ溶接方法。
前記矩形断面、又は円形断面をもつ同一金属の矩形断面の寸法が４〜６ｍｍ×４〜８ｍｍ、円形断面の直径が４〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の厚板金属の突合せ溶接方法。
前記突合せ溶接方法において、片方の厚板金属に矩形断面の同一金属を仮止め溶接する溶接機が、抵抗スポット、又はシームスポット溶接機であることを特徴とする請求項１記載の厚板金属の突合せ溶接方法。