JP2013158792A

JP2013158792A - 肉盛溶接方法

Info

Publication number: JP2013158792A
Application number: JP2012021800A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Yamashita; 正和山下; Hirotaka Namikawa; 裕隆南川
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2012-02-03
Publication date: 2013-08-19

Abstract

【課題】優れた外観と正確な厚みの肉盛層を実現できるＴＩＧ溶接を使用して、しかも高速に肉盛層を形成する。
【解決手段】ＴＩＧ溶接によって管体Ｐを肉盛溶接するに際し、管体Ｐの長手方向における溶接進行方向を＋側として管体周面に直交する垂線からの溶接トーチ１の傾き角である第１トーチ角αを０〜３０°、管体Ｐの周方向における溶接進行方向を＋側として管体周面に直交する垂線からの溶接トーチ１の傾き角である第２トーチ角βを０〜３０°、管体Ｐの周方向における溶接進行方向からの溶接トーチ１の軸周りの一方向を＋側とした溶接ワイヤ４の回転角位置である第３トーチ角γを０〜１８０°の間に設定し、かつ溶接温度を２０〜１００℃の間に保つ。
【選択図】図２

Description

本発明は肉盛溶接方法に関し、特に適正な厚みの優れた外観の肉盛層を、ＴＩＧ溶接を使用して高速に形成することが可能な肉盛溶接方法に関する。

腐食を防止するためにボイラーの管壁等に肉盛溶接する方法としては例えば特許文献１に示されたものがあり、これはいわゆるＭＩＧ溶接における溶接条件を規定したものである。

特開昭５５−２７４１７号

ところで、ＭＩＧ溶接は、溶接速度を速くできるものの、肉盛厚の制御が困難であり、また肉盛層の外観も、酸化物の付着や表面の凹凸が大きい等によって、劣ったものになるという問題があった。一方、ＴＩＧ溶接にはこのような問題は無いが、溶接速度を速くすることが困難であるという問題があった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、優れた外観と適正な厚みの肉盛層を実現できるＴＩＧ溶接を使用して、しかも高速に肉盛層を形成することが可能な肉盛溶接方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、ＴＩＧ溶接によって管体（Ｐ）を肉盛溶接するに際し、管体（Ｐ）の長手方向における溶接進行方向を＋側として管体周面に直交する垂線からの溶接トーチ（１）の傾き角である第１トーチ角αを０〜３０°、管体（Ｐ）の周方向における溶接進行方向を＋側として管体周面に直交する垂線からの溶接トーチ（１）の傾き角である第２トーチ角βを０〜３０°、管体（Ｐ）の周方向における溶接進行方向からの溶接トーチ（１）の軸周りの一方向を＋側とした溶接ワイヤ（４）の回転角位置である第３トーチ角γを０〜１８０°の間に設定し、かつ管体（Ｐ）内に流通させる冷却水の温度を２０〜１００℃の間に保ったことを特徴とする。

本発明によれば、第１トーチ角〜第３トーチ角を上記範囲に設定し、かつ溶接温度を上記範囲に保つことによって、ＴＩＧ溶接によって、優れた外観と適正な厚みの溶接肉盛層を高速で形成することができる。

以上のように本発明によれば、優れた外観と適正な厚みの肉盛層を、ＴＩＧ溶接によって高速に形成することができる。

本発明方法に使用する溶接トーチの縦断面図である。溶接トーチの姿勢を示す側面図である。溶接トーチの姿勢を示す部分断面正面図である。溶接トーチの姿勢を示す平面図である。溶接部の概念的断面図である。

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

図１には本発明方法に使用する溶接トーチ１の構造の一例を示す。図１において、円筒状のトーチ本体１１の中心には電極ホルダ２が配設されて、その一端から棒状の電極３が突出している。トーチ本体１１の外周部にはワイヤガイド４１が配置されており、当該ワイヤガイド４１の先端は円筒ノズル５の切欠き部５１を経て内方の電極３に向けて湾曲している。

ワイヤガイド４１内には溶接ワイヤ４が挿通されており、その先端部は電極３と一定角度θをなしている。溶接時には、公知の構造で電極３の周囲に供給される不活性ガスの下で、電極３先端と母材との間でアーク放電を生じ、所定の速度で電極３先端の近傍下方へ送給される溶接ワイヤ４と電極３直下の母材表面がアーク熱で溶融させられて肉盛層が形成される。なお、本実施形態では母材は炭素鋼製の管体であり、溶接ワイヤ４としてはオーステナイトステンレス鋼材ないしＮｉ基合金材を使用する。

本実施形態においては、管体を軸周りに所定速度で回転させつつ、同時に溶接トーチ１を管体の長手方向へ移動させて、管体の外周面全面に肉盛層を形成する。この時の管体に対する溶接トーチ１の姿勢、および管体に対する溶接位置を種々変更して、形成される溶接肉盛層の状態を確認した。

溶接トーチ１の姿勢は第１トーチ角α、第２トーチ角β、第３トーチ角γの三種で規定した。第１トーチ角αは図２に示すように、管体Ｐの長手方向における溶接進行方向（図中の矢印）を＋側として管体周面に直交する垂線からの溶接トーチ１の傾き角である。また第２トーチ角βは図３に示すように、管体Ｐの周方向における溶接進行方向（図中の矢印）を＋側として管体周面に直交する垂線からの溶接トーチ１の傾き角である。さらに第３トーチ角γは図４に示すように、管体Ｐの周方向における溶接進行方向（図中の矢印）からの溶接トーチ１の軸周りの一方向を＋側とした溶接ワイヤ４の回転角位置である。管体Ｐに対する溶接位置である母材角度δは図３に示すように、管体Ｐの頂点からの周方向の一方向を＋側とした角度位置である。

肉盛層の肉盛厚Ｄ、溶込みｄ、余盛ｅ、肉盛層凹凸ｆの関係を図５に示す。また、希釈率（％）は以下の式（１）で算出される。
希釈率＝ｄ／Ｄ×１００…（１）

各トーチ角α，β，γおよび母材角度δの溶接条件を変更して溶接を行い、それぞれ判定された溶接肉盛層の状態を表１に示す。なお、母材はSTB340（JISG3461）の管体とし、溶接ワイヤ４はφ１．２ｍｍのSUS310S（JISG4316）ものを使用した。また、管体Ｐ内には約５０℃に維持した温度調節用の冷却水を流通させた。

表１の実施例１〜１３から明らかなように、第１トーチ角αを０°〜３０°、第２トーチ角βを０°〜３０°、第３トーチ角γを０°〜１８０°母材角度δを０°〜９０°の範囲に設定すると、溶接速度をＭＩＧ溶接並みの１４０００ｍｍ2／minと速くしても、肉盛厚が十分薄い１ｍｍ程度に正確に制御されて凹凸が０．５ｍｍ以下の外観良好な肉盛層が形成される。特に、第１トーチ角αを１５°〜３０°、第２トーチ角βを１５°〜３０°、第３トーチ角γを１５０°〜１８０°の範囲に設定すると、肉盛層の凹凸が０．３ｍｍ以下で外観がさらに良好な肉盛層が形成される（実施例６〜１１，１３）。

なお、余盛Ｘ（ｍｍ）は以下の式（２）で算出されるから、溶接ワイヤ４の送給体積速度Ｖ（ｍｍ3／min）を上げると厚い余盛が形成される。例えば実施例１１では、ワイヤの送給速度を７２００ｍｍ／minに設定して十分厚い３．２４ｍｍの平均余盛を実現している。
Ｘ＝Ｖ／ｖ1×ｖ2×ｔ…（２）
ここで、ｖ1は管長手方向の溶接トーチの速度、ｖ2は管周方向の溶接トーチの速度（実際には管体の回転速度）、ｔは管体を一周溶接するのに要する時間であり、式（２）の分母ｖ1×ｖ2×ｔが溶接速度（ｍｍ2／min）となる。

これに対して、表１の比較例１〜４に示すように、第１トーチ角α、第２トーチ角β、第３トーチ角γの設定を上記範囲外にすると、アンダカットや融合不良を生じて外観が損なわれ（比較例１〜３）、あるいは溶接トーチが干渉して溶接不可能になる（比較例４）。

発明者の実験では溶接温度の管理も重要である。これを表２に示す。なお、表２の条件として各トーチ角α，β，γをそれぞれ３０°，３０°，１５０°とし、母材角度δを９０°とした。実施例１〜７に示すように、管体Ｐ内に２０℃〜１００℃の範囲で一定に保った冷却水を流通させると、肉盛層の凹凸は０．３ｍｍ以下となって良好な外観が得られる。特に冷却水温度を５０℃〜７０℃の範囲に設定すると、より良好な外観が得られる。冷却水温度が上記範囲を外れると、温度が低い場合（比較例１）にはアンダーカットや融合不良が生じ、凹凸が大きくなる。温度が高い場合（比較例２）には表面酸化を生じて外観不良となる。なお、比較例２では冷却媒体として油を使用した。

１…溶接トーチ、３…電極、４…溶接ワイヤ、Ｐ…管体。

Claims

ＴＩＧ溶接によって管体を肉盛溶接するに際し、前記管体の長手方向における溶接進行方向を＋側として管体周面に直交する垂線からの溶接トーチの傾き角である第１トーチ角を０〜３０°、前記管体の周方向における溶接進行方向を＋側として管体周面に直交する垂線からの溶接トーチの傾き角である第２トーチ角を０〜３０°、前記管体の周方向における溶接進行方向からの溶接トーチの軸周りの一方向を＋側とした溶接ワイヤの回転角位置である第３トーチ角を０〜１８０°の間に設定し、かつ前記管体内に流通させる冷却水の温度を２０〜１００℃の間に保ったことを特徴とする肉盛溶接方法。