JP2011177769A

JP2011177769A - Ｔｉｇ溶接方法

Info

Publication number: JP2011177769A
Application number: JP2010046195A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Inoue; 裕之井上; Hiroshi Imaizumi; 啓今泉; Yoshihiro Hirasawa; 芳弘平沢; Takeshi Yamaguchi; 山口　　剛
Original assignee: Aichi Sangyo Co Ltd
Current assignee: Aichi Sangyo Co Ltd
Priority date: 2010-03-03
Filing date: 2010-03-03
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2030-03-03
Also published as: JP5582602B2

Abstract

【課題】厚い板厚の、特に炭素鋼、低合金鋼及びステンレスパイプなどの鋼管パイプを固定して周囲をTIG溶接するにあたり、開先加工せず、鋼管パイプの両端面を直角に切断して突合わせ、そのギャップを０にして１パスにて、かつ鋼管パイプ内面ビード及び外面ビードも適正な余盛高さに仕上げた溶接方法を提供すること。
【解決手段】板厚３mm以上の板厚の溶接対象を固定して周囲を溶接する全姿勢溶接において、開先を取らず突合わせ状態で溶接対象の両端を突合わせ、溶接前に突合わせ外周部にTIG溶接用深溶け込み活性剤を塗布し、溶接時に溶接ワイヤを供給し、ワイヤの進入角度を４５°〜６５°で溶融金属に挿入してTIG溶接すること。
【選択図】図１

Description

本発明は全姿勢を要するTIG溶接法に関する。特には炭素鋼、低合金鋼及びステンレスパイプなどの鋼管パイプの全姿勢を要するTIG溶接法に関する。

TIG（Tungsten Inert Gas)溶接法は、非消耗のタングステンを電極として用い、溶接部をアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスで溶融部をシールドし、必要に応じて溶接棒又はワイヤを加えることにより溶接する方法である。
不活性ガスで溶融部をシールドするため、不純物が溶融金属に混入しにくく、品質の優れた溶接が可能となるため、鋼管パイプ等を固定して全姿勢（下向姿勢、横向姿勢、立向姿勢、上向姿勢）で周囲を溶接する場合、TIG溶接法が使用されることが多い。

しかし、その溶け込み能力の限界から、３mmを越す板厚では開先加工（図２参照）を行うこととなる。そして、溶接パスを何層にも重ねて行う方法を行なっているのが現状である（例えば、特許文献１参照。）。
その結果、溶接施工に長時間を要し、開先加工コストもかかり、鋼管パイプ内面溶接ビードを整えるため、大変高い技量が要求され、ごくわずかな溶接士しか品質を満足させることが出来ない。また、自動TIG溶接機を使って施工する場合でも同じ方法を採用しており、同様の問題点が存在する。
また、溶接鋼管パイプ内面ビード及び外面ビードも適正な余盛高さに仕上げる必要があるが、鋼管パイプを固定して全姿勢溶接した際は、溶融金属が重力によりたれ下がってしまい、適切に仕上げることができないという問題点があった。

特開２００５−９５９５３号公報

そこで、本発明の目的は、厚い板厚の、特に炭素鋼、低合金鋼及びステンレスパイプなどの鋼管パイプを固定して周囲をTIG溶接するにあたり、開先加工せず、鋼管パイプの両端面を直角に切断して突合わせ、そのギャップを０にして１パスにて、かつ鋼管パイプ内面ビード及び外面ビードも適正な余盛高さに仕上げた溶接方法を提供することを目的とする。

この課題は、具体的には以下の通り、同時に解決すべき２つの課題として把握されることができる。
第１の課題は３mm〜８mm、もしくはそれ以上の板厚を溶融する能力についての課題であり、
第２の課題は溶融している金属重量の重力に逆らって、たれ落ちないように支えて冷却させ、鋼管パイプ内外面溶接ビードを適正な余盛幅・高さに整えることが求められる。

上記課題を解決するため、本発明の溶接方法は、
板厚３mm以上の板厚の溶接対象、特に鋼管パイプを固定して周囲を溶接する全姿勢溶接において、開先を取らず突合わせ状態で鋼管パイプ両端を突合わせ、溶接前に突合わせ外周部にTIG溶接用深溶け込み活性剤を塗布し、溶接時に溶接ワイヤを供給し、ワイヤの進入角度を４５°〜６５°で溶融金属に挿入して溶接することからなる。

本発明においては、前述の第１の課題を解決するため、深溶け込み活性剤を使用することとした。この深溶け込みに関しては、本発明で使用する深溶け込み活性フラックスは、近年市販されている深溶け込み活性剤のうち品質が高く深い溶け込みを得られるものであればよい。現在でも8mm程度の溶け込み溶接が可能な深溶け込み活性剤が販売されているが、特開2010-00569号公報に記載の深溶け込み活性剤（PATIG-SA）を採用することが特に好適であり、表１に示すとおり、最大板厚１２mmまで下向き姿勢で、１パス溶接能力を確保することで解決する事が出来たものである。

次に、本発明で使用する深溶け込み活性剤は、市販の深溶け込み活性剤のうち品質が高く深い溶け込みを得られるものであればよい。現在でも8mm程度の溶け込み溶接が可能な深溶け込み活性剤が販売されているが、特に愛知産業株式会社とデルジャーブネペドプリエームストヴォナウコーヴォ−テフニーチニーツエントル “ペルスペクテイブニイテフノロギー” インスティトウトウイェレクトゥロズバリュバンニャイーエム．イエー．オー．パトナエヌアーエヌとで共同出願した特開2010-00569号公報に記載の深溶け込み活性剤を利用すると最大１２mmまで溶け込み溶接が可能になった。なお、この深溶け込み活性剤は商品名ＰＡＴＩＧ−ＳＡ（登録商標）として現在市販されている。その組成は以下のようなものである。

二酸化ケイ素(SiO₂)と、メタケイ酸鉄(Fe₂SiO₄)、オルトチタン酸鉄(Fe₂TiO₄)、メタチタン酸鉄(FeTiO₃)、ディチタン酸鉄(FeTi₂O₅)を含み、各組成比が以下(単位は重量%)であることを特徴とする、鋼用タングステンイナートガスアーク溶接用活性深溶け込み活性剤であって、
・二酸化ケイ素 SiO₂ 2,0
・メタケイ酸鉄Fe₂SiO₄
オルトチタン酸鉄Fe₂TiO₄
メタチタン酸鉄FeTiO₃
ディチタン酸鉄FeTi₂O₅ 98,0
からなるものである。

このような深溶け込み活性剤の利用により、本願発明が達成されたものである。
しかしながらこれだけでは十分ではなく、前述の第２の課題を同時に解決する必要がある。すなわち、全姿勢で固定された厚い板厚の溶接対象（特に鋼管パイプ）の周囲をワンパス溶接するとなると、横向姿勢・立向姿勢・上向姿勢の溶接姿勢の間、特に溶接部で重力の影響を最も受ける４時〜８時の間（鉛直線上方向を０度（１２時）として１２０度〜２４０度にあたる位置）は、重力により溶融した金属が垂れ下がり、鋼管パイプ内面が下がりアンダーカット状になってしまう。そこで、溶融した金属を重力に逆らって支える必要があった。
また、下向姿勢の間も、下の余盛が必要以上に垂れ下がらないよう、たれ下がる前に整形する必要がった。

そこで、本発明者は、TIG溶接時のワイヤ供給に着目し、ワイヤ供給の目的として、溶接ビード寸法の溶融金属を速やかに冷却すること、及びワイヤ進入による溶融金属の押し出すことを着想した。しかしながら、現在市販されている鋼管パイプ自動溶接機のヘッドに取り付けられているワイヤ送給ノズルでは、上記課題を解決することができなかった。これは、従来のワイヤ供給の目的が、開先断面を埋めていくことを目的としているため、全てその角度が３５°以下となっている（図３参照。）ことによるものであった。

そこで、本発明者等はさらなる鋭意研究の結果、板厚3mm〜8mm、もしくはそれ以上の溶接部に対してワイヤが鋼管パイプ内面に抜ける角度、すなわち４５°〜６５°のワイヤ進入角度を確保することにより、上記課題を解決できることを発見し、本発明を完成させたものである。なお、ワイヤ進入角度において、０度線は平板同士を水平に置いて、開先及びギャップなしで突き合わせた場合における水平線であり、鋼板パイプであれば溶接部分の接線となる（図１参照）。同様に、９０度線は平板同士を水平に置いて、開先及びギャップなしで突き合わせた場合においては鉛直線上方に向かう線を意味する。通常はTIG溶接のタングステン電極は９０度線に沿って配置される。

本発明は手溶接でも自動溶接でも適用可能であるが、ワイヤ進入角度を４５°〜６５°とした溶接ヘッドとして自動TIG溶接機に搭載することで、安全性その他自動溶接のメリットを最大限活用することができる。

本発明の以上の構成により、本発明の目的は、厚い板厚、特に厚い板厚の炭素鋼、低合金鋼及びステンレスパイプなどの鋼管パイプを固定して周囲を全姿勢で溶接する際、TIG自動溶接にて開先加工せず、鋼管パイプの両端面を直角に切断して突合わせ、そのギャップを０にして１パスにて、かつ鋼管パイプ内面ビード及び外面ビードも適正な余盛高さに仕上げた溶接方法を提供することが可能となったものである。

本発明の実施例を示す図である。従来の開先を必要とした溶接を示す図である。従来の開先を必要とした溶接を示す図である。本発明により行われたTIG溶接の溶接状況を示す図である。

本発明の実施の形態の一例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例（自動溶接）を示す図である。
鋼管パイプ１は、3mm〜8mmの鋼管パイプ板厚断面２を有している。自動TIG溶接装置はTIG溶接電源９と、タングステン電極５を有するTIGトーチ６、ワイヤ３及びワイヤ供給ノズル８を有し、溶接部７（開先なし、突き合わせ溶接）を溶接する。アーク長４は溶接状況にあわせて適宜設定される。突き合わせた鋼管パイプの表面には、深溶け込み活性剤（図示せず）が塗布される。
そして、溶接部７の溶接に際し、９０度線１２及び０度線１３に対して４５度〜６５度の角度で、ワイヤ３が供給されることとなる。またワイヤ３がワイヤ供給ノズル８から直線的に供給されることを想定しているが、ワイヤ３自体が溶接部に対し４５度〜６５度の角度で挿入されれば良い。そして、この状態及び角度を維持し、自動TIG溶接機が固定された鋼管パイプの周囲を回転し溶接を行うものである。冷却を促進し、または供給圧力により余盛を増やしたければワイヤ供給速度を上げればよい。逆に余盛を少なくしたければ供給速度を下げて対応する。通常、適切な余盛の高さは2mm以下であり、およそ1mmが好適である。溶接された溶接部の表面と内面は一定の表面ビード幅１０及び内面（裏波）ビード幅１１を有することとなる。

図２及び図３は、従来の開先を必要とした溶接を示す図である。図に示すように、溶接部にはＶ字開先が設けられ、数回のパスにより溶接される。この際、供給されるワイヤ３の進入角度は、３０度以下である。

溶接電流・電圧・速度・ビード寸法など具体的な溶接条件は、被溶接物の素材・板厚等により適宜設定すればよい。具体的な例を表１に示す。
表１

また、具体的な溶接試験結果の例（板厚5.5mm：ワイヤ進入角度５５度：深溶け込み活性剤として上述のPATIG-SAを使用）を、下記表２に示す。なお、下記試験においてはパイプ断面に対し鉛直線上方向を０度として時計回りにパイプ周囲を溶接したもので、溶接施行条件の見方としては0〜180度、180〜270度、270〜360度、360〜7度位置の４段階において、溶接電流等の設定を変えていることが示しているものである。
表２

また、上記試験にて行った溶接状況を図４に示す。この図（写真）にて示されるように、鋼管パイプの溶接につき、TIG自動溶接にて開先加工せず、鋼管パイプの両端面を直角に切断して突合わせ、そのギャップを０にして１パスにて、かつ鋼管パイプ内面ビード及び外面ビードも適正な余盛高さ(約1mm）に仕上げることが出来た。

１．鋼管パイプ
２．鋼管パイプ板厚断面
３．ワイヤ
４．アーク長
５．タングステン電極
６．TIGトーチ
７．溶接部
８．ワイヤ供給ノズル
９．TIG溶接電源
１０．表面ビード幅
１１．内面（裏波）ビード幅
１２．９０度線
１３．０度線

Claims

板厚３mm以上の板厚の溶接対象を固定して周囲を溶接する全姿勢溶接において、開先を取らず突合わせ状態で溶接対象の両端を突合わせ、溶接前に突合わせ外周部にTIG溶接用深溶け込み活性剤を塗布し、溶接時に溶接ワイヤを供給し、ワイヤの進入角度を４５°〜６５°で溶融金属に挿入して溶接することを特徴とするTIG溶接方法。
溶接部へのワイヤ進入角度を４５°〜６５°としたワイヤ供給ノズルを有する自動TIG溶接機を使用して溶接すること特徴とする請求項１に記載のTIG溶接方法。
溶接対象が鋼管パイプであることを特徴とする請求項１又は２に記載のTIG溶接方法。