JP2021154298A - ガスシールドアーク溶接方法及びガスシールドアーク溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接ワイヤの材料コストの増加を抑えて溶接部の引張強さを維持しつつ、溶接時間を短縮したガスシールドアーク溶接方法を提供する。【解決手段】第１鋼材と第２鋼材とにより形成されたレ形開先を、溶接ワイヤを用いてガスシールドアーク溶接により溶接するガスシールドアーク溶接方法Ｓであって、レ形開先の開先角度が３０°以下になるように第１鋼材と第２鋼材とを配置する配置工程Ｓ１と、レ形開先を溶接する際の少なくとも一部の工程において、パス間温度が管理値以下になるように溶接する溶接工程Ｓ６と、を行い、管理値は３５０℃超である。【選択図】図３

Description

本発明は、ガスシールドアーク溶接方法及びガスシールドアーク溶接装置に関する。

従来、鉄骨工事にはガスシールドアーク溶接方法が行われている（例えば、特許文献１参照）。一般的なガスシールドアーク溶接方法では、パス間温度が高くなるほど、一対の鋼材が溶接金属を介して溶接された部分である溶接部の強度（引張強さ）は低くなることが知られている。溶接金属の品質を確保するために、パス間温度の管理値が規定されている。従来の、パス間温度の管理値は、例えば３５０℃以下である。特許文献１では、鋼材のガスシールドアーク溶接に、レ形開先が用いられている。
多層盛溶接のガスシールドアーク溶接方法では、パス間温度を管理するための管理点の温度が管理値を超えた場合に、管理点の温度が管理値以下に低下するまで、後続するパス（層）の溶接を控えることが必要である。溶接する鋼材の板厚が厚くなるほど、温度低下待ちの時間は増加する傾向にある。溶接作業が長時間化することで、鉄骨工事における作業効率及び生産性が低下する。

一方で、パス間温度の管理値を緩和した場合でも、合金添加量の多い溶接ワイヤを使用することで溶接金属の品質を確保することが可能であることが開示されている（例えば、非特許文献１参照）。合金添加量の規定には、例えば炭素当量が用いられる。

特許第４０４１８２７号公報

「鉄骨工事技術指針・工場製作編」、日本建築学会編集

しかし、非特許文献１のガスシールドアーク溶接方法では、炭素当量の下限値を満足するために、合金添加量の多い高強度の溶接ワイヤを使用するか、従来使用されている溶接ワイヤの中から規定を満足するワイヤを選別して使用する必要がある。このため、溶接ワイヤの材料コストが増加するという課題がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、溶接ワイヤの材料コストの増加を抑えて溶接部の引張強さを維持しつつ、溶接時間を短縮したガスシールドアーク溶接方法及びガスシールドアーク溶接装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のガスシールドアーク溶接方法は、第１鋼材と第２鋼材とにより形成されたレ形開先を、溶接ワイヤを用いてガスシールドアーク溶接により溶接するガスシールドアーク溶接方法であって、前記レ形開先の開先角度が３０°以下になるように前記第１鋼材と前記第２鋼材とを配置する配置工程と、前記レ形開先を溶接する際の少なくとも一部の工程において、パス間温度が管理値以下になるように溶接する溶接工程と、を行い、前記管理値は３５０℃超であることを特徴としている。
また、本発明のガスシールドアーク溶接装置は、第１鋼材と第２鋼材とにより形成されたレ形開先を、溶接ワイヤを用いてガスシールドアーク溶接により溶接するガスシールドアーク溶接装置であって、前記レ形開先を前記ガスシールドアーク溶接により溶接する溶接作業部と、前記レ形開先に形成される層の温度を測定する測定部と、前記測定部による測定結果に基づいて、前記溶接作業部を制御する制御部と、を備え、前記レ形開先の開先角度が３０°以下であり、前記制御部は、前記測定部による測定結果に基づいて求められるパス間温度が、前記溶接する際の少なくとも一部の工程において管理値以下になるように、前記溶接作業部を制御し、前記管理値は３５０℃超であることを特徴としている。

一般的に、パス間温度の管理値が高いほど溶接部の引張強さは低下する。このため、溶接する際の少なくとも一部の工程において、３５０℃超である管理値以下にパス間温度がなるように溶接すると、管理値を３５０℃とした場合に比べ溶接部の引張強さは低下する。ここで言う溶接部は、複数の層（パス）を有する溶接金属、及び溶接熱影響部（ＨＡＺ：Heat Affected Zone）を含む。
一方で、発明者等は鋭意研究の結果、レ形開先の開先角度を３０°以下にすると、合金添加量等が従来と同等の溶接ワイヤを用いても、溶接金属の体積が小さくなって溶接部への入熱量が抑えられることで、溶接金属の引張強さが上昇することを発見した。開先角度を３０°以下にすることにより、パス間温度の管理値緩和による溶接部の引張強さの低下量程度、溶接部の引張強さが増加することが分かった。なお、合金添加量等が従来と同等の溶接ワイヤを用いると、溶接ワイヤの材料コストの増加を抑えることができる。また、第１，２鋼材の配置精度に影響されるレ形開先のルートギャップに比べて、レ形開先の開先角度は、第１，２鋼材を配置する前の作り込みが容易にできる。
一方で、溶接する際の少なくとも一部の工程において、３５０℃超である管理値以下にパス間温度がなるように溶接すると、管理値を３５０℃とした場合に比べ、所定の層を溶接した後での温度低下待ちの時間は減少する。従って、溶接ワイヤの材料コストの増加を抑えて溶接部の引張強さを維持しつつ、溶接時間を短縮することができる。

また、前記ガスシールドアーク溶接方法において、前記ガスシールドアーク溶接を溶接ロボットが行ってもよい。ここで言う溶接ロボットとは、溶接作業者に代わって溶接トーチ（溶接作業部）を移動させる可動部分と動作を制御する制御装置から構成され、レ形開先に対して溶接する位置を自動的に移動させることのできる装置のことを意味する。
この発明によれば、所定の層を溶接した後での温度低下待ちの時間が減少するため、溶接作業を連続的に行いやすくなる。一般的に、溶接ロボットは作業者よりも連続的な溶接作業に向いているため、より連続的に行われる溶接作業を溶接ロボットにより効率的に行うことができる。

また、前記ガスシールドアーク溶接方法において、前記第１鋼材及び前記第２鋼材に、引張強さが４９０Ｎ／ｍｍ^２級の鋼材をそれぞれ用い、前記溶接ワイヤに引張強さが５５０Ｎ／ｍｍ^２級の溶接ワイヤ（例えばＪＩＳ Ｚ ３３１２：２００９に規定されたＹＧＷ１８）を用いてもよい。
この発明によれば、例えば建築物の梁で主に用いられる引張強さが４９０Ｎ／ｍｍ^２級の鋼材、及びその鋼材の溶接に用いられる引張強さが５５０Ｎ／ｍｍ^２級の溶接ワイヤを用いて、梁等を好ましく施工することができる。

また、前記ガスシールドアーク溶接方法において、溶接長が２００ｍｍ以上であり、前記第１鋼材及び前記第２鋼材の厚さがそれぞれ５０ｍｍ以下であってもよい。
この発明によれば、例えば建築物の梁に好ましく対応することができる。

また、前記ガスシールドアーク溶接方法において、前記レ形開先のルートギャップが、４ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよい。
この発明によれば、例えば梁を施工するとき等に生じる、標準的なレ形開先のルートギャップに対応することができる。

本発明のガスシールドアーク溶接方法及びガスシールドアーク溶接装置によれば、溶接ワイヤの材料コストの増加を抑えて溶接部の引張強さを維持しつつ、溶接時間を短縮することができる。

本発明の一実施形態のガスシールドアーク溶接装置の斜視図である。 図１中の切断線Ａ１−Ａ１の断面図である。 本発明の一実施形態におけるガスシールドアーク溶接方法を示すフローチャートである。 同ガスシールドアーク溶接方法を説明するレ形開先の断面図である。 測定部により測定された温度の、時間による変化の一例を表す図である。 継手試験体を製作する手順を説明するための平面図である。 同継手試験体を製作する手順を説明するための側面図である。 同継手試験体の溶接継手部の断面における試験片の採取位置を表す図である。 パス間温度の上限と溶接部の引張強さとの関係を表す図である。 開先角度と溶接部の引張強さとの関係を表す図である。 パス間温度等の溶接条件が溶接時間に与える影響を表す図である。 溶接工程におけるパス間温度の変化を表す図である。

以下、本発明に係るガスシールドアーク溶接装置（以下では、単に溶接装置と言う。）の一実施形態を、図１から図１２を参照しながら説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態の溶接装置１は、レ形開先１１０を、溶接ワイヤ１１５を用いてガスシールドアーク溶接により溶接する装置である。

この例では、レ形開先１１０は、第１梁１００の上フランジ（第１鋼材）１０１と第２梁１０５の上フランジ（第２鋼材）１０６とにより形成されている。
図２に示すように、上フランジ１０１の長手方向の端面１０１ａは、この長手方向に直交するように形成されている。
上フランジ１０６の長手方向の端面１０６ａは、第２梁１０５のウェブ１０７から離間するに従い漸次、この長手方向の中央部に向かうように傾斜している。
例えば、第１梁１００及び第２梁１０５は、それぞれ水平面に沿うように配置されている。上フランジ１０１と上フランジ１０６とは、端面１０１ａ，１０６ａを突き合わせた状態に配置されている。端面１０１ａ，１０６ａは、上方に向かうに従い、互いの距離が離間するように配置されている。
上フランジ１０１，１０６の下方には、裏当て金１２０が配置されてもよい。裏当て金１２０は、上フランジ１０１，１０６の下面に上フランジ１０１，１０６の下方から接触している。

第１梁１００（上フランジ１０１）及び第２梁１０５（上フランジ１０６）は、引張強さ（引張強度）が４９０Ｎ／ｍｍ^２級の鋼材でそれぞれ形成されていることが好ましい。
上フランジ１０１の厚さ及び上フランジ１０６の厚さは、それぞれ５０ｍｍ以下であることが好ましい。上フランジ１０１の厚さ及び上フランジ１０６の厚さは、それぞれ４０ｍｍ以下であることがより好ましい。
この例では、レ形開先１１０の開先角度θは、３０°以下（例えば３０°）である。開先角度θは、２５°以上であることが好ましい。レ形開先１１０のルートギャップＲＧは、４ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。

図１及び図２に示すように、本実施形態の溶接装置１は、溶接トーチ（溶接作業部）１０と、測定部２０と、制御部３０と、を備えている。なお、溶接トーチ１０及び制御部３０を備えて、溶接ロボット４０が構成される。ここで言う溶接ロボット４０とは、溶接作業者に代わって溶接トーチ１０を移動させる可動部分と動作を制御する制御部３０から構成され、レ形開先１１０に対して溶接する位置を自動的に移動させることのできる装置のことを意味する。
溶接トーチ１０は、レ形開先１１０をガスシールドアーク溶接により溶接する。
溶接トーチ１０には、公知の構成を用いることができる。例えば、溶接トーチ１０は、ガスノズル１１と、図示しない搬送部と、ワイヤ供給部と、ガス供給部と、電力供給部と、を備えている。
ガスノズル１１は、円筒状に形成されている。溶接ワイヤ１１５の長手方向の中間部は、ガスノズル１１内に配置されている。溶接ワイヤ１１５の長手方向の先端部は、ガスノズル１１から先端側に突出している。溶接ワイヤ１１５には、引張強さが５５０Ｎ／ｍｍ^２級の溶接ワイヤを用いることが好ましい。引張強さが５５０Ｎ／ｍｍ^２級の溶接ワイヤとして、例えばＪＩＳ Ｚ ３３１２：２００９に規定されたＹＧＷ１８（以下、単にＹＧＷ１８と言う）を用いることができる。ガスノズル１１による入熱量は、１５ｋＪ／ｃｍ（キロジュール・パー・センチメートル）以上５０ｋＪ／ｃｍ以下であることが好ましい。
図１に示すように、ガスノズル１１は、溶接装置１の本体１２により支持されている。例えば、本体１２は第２梁１０５の上フランジ１０６に着脱可能に固定されている。

搬送部は、ガスノズル１１をレ形開先１１０の長手方向に沿って移動させる。
ワイヤ供給部は、ガスノズル１１内に溶接ワイヤ１１５を供給する。ガス供給部は、二酸化炭素等のシールドガスをガスノズル１１内に供給する。
電力供給部は、第１端子、第２端子、及び電源を備えている。第１端子は溶接ワイヤ１１５に電気的に接続され、第２端子は上フランジ１０１及び上フランジ１０６に電気的に接続されている。電源は、第１端子と第２端子との間に電力を供給する。
例えば、測定部２０は、レ形開先１１０に形成される層（パス）による鋼材（フランジ１０１，１０６）の温度上昇を測定する。測定部２０は、接触式又は非接触式の温度センサである。溶接技能者又は溶接ロボットオペレーターが、測定部２０の測定結果より溶接部１２６（図４参照）の温度を確認する。本実施形態では、測定部２０は、レ形開先１１０近傍の上フランジ１０６の上面に配置されている。測定部２０は、上フランジ１０６におけるレ形開先１１０の長手方向の中心に配置されている。
なお、測定部として、温度により色等が変わるチョーク（温度チョーク）等を用いてもよい。この場合、測定部は、チョークの色を識別する撮像部を備えることが好ましい。撮像部は、チョークの色に基づいて層の温度を測定する。

例えば、制御部３０は本体１２内に配置されている。図示はしないが、制御部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を有する制御回路と、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有するメモリと、を備えている。
制御回路は、溶接トーチ１０の搬送部、ワイヤ供給部、及び電力供給部、に接続されている。制御回路は、予め定められた溶接条件と溶接トーチ１０による開先寸法の測定結果に基づいて、溶接トーチ１０の搬送部等を制御する。制御回路による詳細な制御内容については、後述するガスシールドアーク溶接方法（以下では、単に溶接方法と言う）で説明する。
メモリには、制御回路を制御するための制御プログラム、予め定められた管理値等が記憶されている。管理値は、後述するパス間温度と比較される値である。例えば、本実施形態では管理値Ｔ_０は４００℃である（図５参照）。
なお、管理値Ｔ_０は、３５０℃超であれば（３５０℃を超える温度であれば）特に限定されない。

次に、本実施形態の溶接方法について説明する。図３は、本発明の一実施形態における溶接方法Ｓを示すフローチャートである。
まず、配置工程（図３におけるステップＳ１）において、開先角度θが３０°以下になるように上フランジ１０１と上フランジ１０６とを配置する。必要に応じて、レ形開先１１０に裏当て金１２０を配置する。
配置工程Ｓ１が終了すると、ステップＳ６に移行する。

次に、溶接工程（ステップＳ６）において、制御部３０はレ形開先１１０を多層盛溶接により溶接する。すなわち、溶接工程Ｓ６において、制御部３０はレ形開先１１０に複数の層を形成する。
溶接工程Ｓ６では、まず積層工程Ｓ７を行う。積層工程Ｓ７では、レ形開先１１０に１つの層を形成する。この１回目の積層工程Ｓ７を、積層工程Ｓ７_１とも言う。以下では、ｉ（ｉは１以上の自然数）回目の積層工程Ｓ７を、積層工程Ｓ７_ｉとも言う。

積層工程Ｓ７_１では、具体的には、制御部３０は、ガス供給部によりシールドガスを供給させつつ、ワイヤ供給部により溶接ワイヤ１１５を供給する。
電力供給部により電力を供給すると、レ形開先１１０と溶接ワイヤ１１５との間でアークが発生する。このアークにより、上フランジ１０１，１０６及び溶接ワイヤ１１５が溶融して、図４に示すようにレ形開先１１０の下部に溶融池１２５Ａが形成される。制御回路は、搬送部によりガスノズル１１をレ形開先１１０の長手方向の全長にわたって移動させ、１回目の溶接を行う。この溶融池１２５Ａが冷却されて固化すると、初層１２５_１となる。
このように、溶接ロボット４０がガスシールドアーク溶接を行う。

ここで、図５に、測定部２０により測定された温度（以下、単に測定温度と言う）の時間による変化を示す。図５において、横軸は溶接工程Ｓ６を開始してからの時間を表し、縦軸は測定温度を表す。図５中に、測定温度を実線による線Ｌ６で示す。溶接を開始した当初では、測定温度は管理値Ｔ_０よりも低い。
積層工程Ｓ７_１では、溶接トーチ１０は、レ形開先１１０の長手方向の第１端部から、第１端部とは反対の第２端部に向かって溶接する。アークによりレ形開先１１０の長手方向の第１端部が加熱されることで測定温度は上がる。積層工程Ｓ７_１中の所定の時刻ｔ_１において、測定温度は積層工程Ｓ７_１中の最高温度となる温度Ｔ_１になる。時刻ｔ_１を過ぎると、測定温度が低下する。積層工程Ｓ７_１の終了時の時刻ｔ_２において、溶接トーチ１０がレ形開先１１０の長手方向の第２端部を溶接し、測定温度が例えば３７０℃である温度Ｔ_２になったとする。
積層工程Ｓ７_１が終了すると、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ８では、制御回路は、ステップＳ８の直前に行われた積層工程Ｓ７_１での溶接は、最終パスの溶接か否かを判断する。この溶接が最終パスの溶接である場合（Ｙｅｓ）には、溶接方法Ｓの全ての工程を終了する。一方で、この溶接が最終パスの溶接でない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ９に移行する。この例では、積層工程Ｓ７_１での溶接は初層１２５_１の溶接である。このため、ステップＳ８ではＮｏと判断され、ステップＳ９に移行する。

ステップＳ９では、溶接技能者、溶接ロボットオペレーター、又は、制御回路が、測定温度が管理値Ｔ_０以下であるか否かを判断する。測定温度が管理値Ｔ_０以下である場合（Ｙｅｓ）には、積層工程Ｓ７に移行する。一方で、測定温度が管理値Ｔ_０を超える場合（Ｎｏ）には、ステップＳ９に移行する。なお、ステップＳ９では、測定温度が管理値Ｔ_０であるか否かを判断してもよい。
この例では、３７０℃である測定温度は４００℃である管理値Ｔ_０以下であるため、ステップＳ９でＹｅｓと判断され、２回目の積層工程Ｓ７、言い換えれば積層工程Ｓ７_２（図３参照）に移行する。すなわち、図５に示すように、１層溶接工程Ｓ７_１の後で、測定温度が低下するのを待つことなく積層工程Ｓ７_２を行う。この場合、積層工程Ｓ７_１の終了後、積層工程Ｓ７_２が始まる前のレ形開先１１０の層の温度であるパス間温度は、管理値Ｔ_０以下の３７０℃となる。パス間温度は、測定部２０による測定結果に基づいて求められる。
なお、パス間温度は５００℃以下になるように制御されることが好ましい。

図５に示すように、積層工程Ｓ７_２を開始すると、アークによりレ形開先１１０が加熱されることで測定温度は上がる。例えば、積層工程Ｓ７_２では、溶接トーチ１０は、レ形開先１１０の長手方向の第２端部から第１端部に向かって溶接する。積層工程Ｓ７_２では、積層工程Ｓ７_１と同様の工程が行われ、レ形開先１１０に図４に示す第２層１２５_２が形成される。なお、初層１２５_１、第２層１２５_２等を区別しないで言うときには、層１２５と言う。
以下、ステップＳ８から積層工程Ｓ７までを組にして繰り返し、最終パス１２５_Ｎに対応する積層工程Ｓ７_Ｎを行う。ここで、Ｎは２よりも大きい自然数である。
初層１２５_１から最終パス１２５_Ｎにより、図４に示す溶接金属１２５Ｂが形成される。溶接金属１２５Ｂ、及び上フランジ１０１，１０６の溶接熱影響部（ＨＡＺ：Heat Affected Zone）１０１ｂ，１０６ｂにより、溶接部１２６が構成される。

溶接技能者、溶接ロボットオペレーター、又は、制御回路（制御部３０）は、溶接工程Ｓ６の少なくとも一部の工程において（溶接する際の少なくとも一部の工程において）、パス間温度が管理値Ｔ_０（図５参照）以下になるように、溶接トーチ１０を制御する。
溶接作業時間を短縮するには、積層工程Ｓ７が終了した後で、待つ時間を比較的短くして（又は待つ時間を無くして）次の積層工程Ｓ７を行うことが好ましい。この場合、待つ時間が短くなることで測定温度が低下し難くなり、溶接工程Ｓ６の少なくとも一部の工程において、パス間温度が３５０℃を超えることがある。
積層工程Ｓ７_Ｎの後でステップＳ８に移行すると、積層工程Ｓ７_Ｎでの溶接が最終パス１２５_Ｎの溶接である（Ｙｅｓ）と判断される。そして、溶接方法Ｓの全ての工程を終了する。
なお、溶接工程Ｓ６では、溶接スラグの除去や、ガスノズル１１の清掃を適宜行うことが好ましい。

ここで、従来の溶接方法について説明する。従来の溶接方法では、例えばパス間温度の管理値が３５０℃であった。図５中に、従来の測定温度を、点線による線Ｌ７で示す。このため、図５に示すように、積層工程Ｓ７_１Ａの後で、測定温度が３５０℃まで低下する時刻ｔ_３まで測定温度が低下するのを待つ必要がある。そして、時刻ｔ_３から積層工程Ｓ７_２Ａを行う。

（実験結果）
以下では、パス間温度、レ形開先の開先角度等が溶接部の引張強さに与える影響、溶接時間、及びパス間温度の履歴について調べた結果について説明する。
（実験１）
実験１では、パス間温度が溶接部の引張強さに与える影響について調べた。
図６及び図７に示すように、第１，２鋼材として、厚さ２８ｍｍ又は４０ｍｍの、引張強さが４９０Ｎ／ｍｍ^２級の第１鋼板１３１及び第２鋼板１３２を用いた。拘束板１４１上で、第１，２鋼板１３１，１３２を用いて、開先角度が３５°、ルートギャップが７ｍｍのレ形開先１３４を形成した。ＹＧＷ１８である溶接ワイヤＡから溶接ワイヤＤのいずれかを用いて第１，２鋼板１３１，１３２を突合せ溶接し、図８に示す溶接継手部１３５を製作した。なお、溶接ワイヤＡから溶接ワイヤＤは、いずれもＹＧＷ１８であるが、成分が互いに異なる。
図６に示すように、測定部２０は、第２鋼板１３２の幅方向の中心であって、第２鋼板１３２のレ形開先の開先肩から１０ｍｍの位置に配置される。
図８に示すように、溶接継手部１３５において、第１，２鋼板１３１，１３２のうち厚さが薄い方（例えば第２鋼板１３２）の上面から１０ｍｍの位置を軸とする位置の溶接部１３６から、試験片１３７を採取した。
試験片１３７は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５の規定に基づいて採取した。

なお、パス間温度を緩和すると、溶接熱影響部よりも溶接金属において硬さが低下することが分かっている。そして、この硬さと引張強さとの間には、正の相関があることが知られている。このため、以下の実験は、溶接部１３６の溶接金属から試験片１３７を採取した。

パス間温度の管理値を変えて試験片１３７の引張強さを実験した結果を、表１及び図９に示す。

表１には、溶接ワイヤＡから溶接ワイヤＤごとの溶接部１３６（試験片１３７）の引張強さ（Ｎ／ｍｍ^２）を示す。引張強さは、ケース１であるパス間温度の上限を３５０℃として制御した場合、及びケース２であるパス間温度の上限を５００℃として制御した場合に対してそれぞれ測定した。どちらのケースにおいても、積層工程Ｓ７が終了した後に次の積層工程Ｓ７を行うまでの時間を最小限としている。これにより、少なくとも一部の積層工程において、パス間温度はそれぞれの上限値に概ね達している。パス間温度がそれぞれの上限値に達するまではパス間温度（測定温度）の低下待ちの時間を設けずに溶接している。表１中には、パス間温度の条件がケース１からケース２に変わる際の、引張強さの低下量（Ｎ／ｍｍ^２）も示す。
図９は、表１におけるパス間温度の上限と溶接部１３６の引張強さとの関係を、グラフ化したものである。図９において、横軸はパス間温度の上限（℃）を表し、縦軸は溶接部１３６の引張強さ（Ｎ／ｍｍ^２）を表す。パス間温度の上限は、ケース１の場合は３５０℃であり、ケース２の場合は５００℃である。
溶接ワイヤＡの結果を、○印で表す。同様に、溶接ワイヤＢの結果を△印で表し、溶接ワイヤＣの結果を□印で表し、溶接ワイヤＤの結果を◇印で表す。
表１における引張強さの低下量の平均が２１．３Ｎ／ｍｍ^２であることから、パス間温度の上限を３５０℃から５００℃に緩和することで、溶接部１３６の引張強さが約２０Ｎ／ｍｍ^２低下することが確認できる。

（実験２）
実験２では、レ形開先の開先角度及びルートギャップが溶接部の引張強さに与える影響について調べた。
第１，２鋼材として、厚さ４０ｍｍの、引張強さが４９０Ｎ／ｍｍ^２級の第１鋼板及び第２鋼板を用いた。第１，２鋼板を用いてレ形開先を形成し、パス間温度の上限を５００℃として制御した。
溶接ワイヤＢから溶接ワイヤＤのいずれかを用いて第１，２鋼板を突合せ溶接し、継手試験体を製作した。継手試験体の溶接部から試験片を採取し、引張強さを測定した。開先角度及びルートギャップを変えて試験片の引張強さを測定した結果を、表２及び図１０に示す。

表２には、溶接ワイヤＢから溶接ワイヤＤごとの溶接部（試験片）の引張強さ（Ｎ／ｍｍ^２）を示す。
ケース３は、開先角度が２５°で、ルートギャップＲＧが４ｍｍの場合である。ケース４は、開先角度が２８°で、ルートギャップＲＧが５ｍｍの場合である。ケース５は、開先角度が３０°で、ルートギャップＲＧが７ｍｍの場合である。ケース６は、開先角度が３５°で、ルートギャップＲＧが７ｍｍ又は１０ｍｍの場合である。
ケース６では、溶接ワイヤＢを用いたときにルートギャップＲＧが１０ｍｍであり、溶接ワイヤＣ及びＤを用いたときにルートギャップＲＧが７ｍｍであった。
表２中には、ケース５とケース６との引張強さの差も示す。
従来は、ケース６の開先角度が３５°のレ形開先が主に用いられている。

図１０は、表２における開先角度と溶接部の引張強さとの関係を、グラフ化したものである。図１０において、横軸は開先角度（°）を表し、縦軸は溶接部の引張強さ（Ｎ／ｍｍ^２）を表す。
表２においてケース５とケース６との差の平均が２２．９Ｎ／ｍｍ^２であることから、開先角度を３５°から３０°の狭開先とすることで、溶接部の引張強さが約２０Ｎ／ｍｍ^２上昇することが確認できる。また、ケース５からケース３及び４とした場合については、溶接部の引張強さがより上昇することが確認できる。
なお、狭開先化すると、レ形開先を溶接する際の作業性の低下が懸念される。しかし、開先角度が２５°以上、ルートギャップＲＧが４ｍｍ以上であれば、作業性に問題がないことが確認された。

パス間温度の上限の緩和による引張強さの低下量と、開先角度を３０°の狭開先とすることによる引張強さの上昇量は同程度である。従って、パス間温度を緩和した場合においても、開先角度を３０°の狭開先とすることにより、従来の溶接条件と同等の溶接部の引張強さを期待することができる。そのため、溶接ワイヤについては従来の溶接ワイヤ（例えばＹＧＷ１８）を使用することが可能であり、材料コストの増加を伴わずに溶接時間の短縮を図ることが可能となる。

（実験３）
実験３では、パス間温度の管理値等が溶接時間に与える影響について調べた。
溶接長２５０ｍｍ、厚さ４０ｍｍの第１，２鋼板を、後述する溶接条件１及び２において突合せ溶接して、継手試験体を製作した。
溶接条件１は、開先角度を３５°、パス間温度の上限を３５０℃として制御にすることである。溶接条件２は、開先角度を３０°、パス間温度の上限を５００℃以下にすることである。どちらの溶接条件においても、積層工程S７が終了した後に次の積層工程Ｓ７を行うまでの時間を最小限としている。そして、パス間温度がそれぞれの上限値に達するまでは、パス間温度（測定温度）の低下待ちの時間を設けずに溶接している。

そして、溶接条件１及び２における溶接時間を、図１１に示す。図１１において、横軸は溶接条件の種類を表し、縦軸は溶接時間（ｓｅｃ）を表す。溶接時間は、アークタイムと、インターバルとの和となる。図１１中に、アークタイムを白抜きの四角で示し、インターバルをハッチングを付した四角で示す。
アークタイムは、アークを発生させながら第１，２鋼板を溶接している時間のことを意味する。インターバルは、パス間温度（測定温度）の低下待ちの時間だけでなく、スラグ除去、ノズル清掃等の溶接作業時間のうちアークが発生していない全ての時間を意味する。
パス間温度の上限を緩和することにより、インターバルが短縮し、溶接時間を大幅に短縮することが可能となる。なお、溶接条件１に比べ溶接条件２は狭開先化することでアークタイムが少し短縮している。しかし、溶接時間全体における短縮の効果は、非常に小さい。

（実験４）
実験４では、パス間温度の履歴について調べた。
厚さ４０ｍｍの第１，２鋼板を、後述する溶接条件６及び７において突合せ溶接して、継手試験体を製作した。溶接条件６は、溶接長が２００ｍｍの場合であり、溶接条件７は、溶接長が２５０ｍｍの場合である。
継手試験体を製作する際に、各溶接パス間のスラグ除去やノズル清掃の作業を最小限とし、溶接部の温度低下を極力減らして溶接を行った。
溶接条件６及び７におけるパス間温度の履歴を、図１２に示す。図１２において、横軸はパス数を表し、縦軸はパス間温度（℃）を表す。溶接条件６の場合の結果を○印で表し、溶接条件７の場合の結果を△印で表す。

レ形開先を連続的に溶接した場合においても、パス間温度は５００℃に達することはなく、パス間温度の低下待ちは生じていない。一般的に、溶接長が長くなると、パス間温度が低下する。このことから、溶接長２００ｍｍ以上、第１，２鋼板の厚さが４０ｍｍ以下の場合においては、いずれの場合もパス間温度が５００℃以下となり、パス間温度の管理が不要となることが明らかである。

以上説明したように、本実施形態の溶接方法Ｓ及び溶接装置１によれば、一般的に、溶接する際の少なくとも一部の工程において、３５０℃超である管理値Ｔ_０以下にパス間温度がなるように溶接すると、管理値を３５０℃とした場合に比べ溶接部の引張強さは低下する。
一方で、発明者等は鋭意研究の結果、レ形開先１１０の開先角度を３０°以下にすると、合金添加量等が従来と同等の溶接ワイヤ１１５を用いても、溶接金属１２５Ｂの体積が小さくなって溶接部１２６への入熱量が抑えられることで、溶接金属の引張強さが上昇することを発見した。開先角度θを３０°以下にすることにより、パス間温度の管理上限の緩和による溶接部１２６の引張強さの低下量程度、溶接部１２６の引張強さが増加することが分かった。なお、合金添加量等が従来と同等の溶接ワイヤ１１５を用いると、溶接ワイヤ１１５の材料コストの増加を抑えることができる。また、レ形開先１１０のルートギャップＲＧに比べて、レ形開先１１０の開先角度θは、上フランジ１０１，１０６を配置する前の作り込みが容易にできる。
一方で、溶接する際の少なくとも一部の工程において、３５０℃超である管理値Ｔ_０以下にパス間温度がなるように溶接すると、管理値を３５０℃とした場合に比べ、所定の層１２５を溶接した後での温度低下待ちの時間は減少する。従って、溶接ワイヤ１１５の材料コストの増加を抑えて溶接部１２６の引張強さを維持しつつ、溶接時間を短縮することができる。

ガスシールドアーク溶接を溶接ロボット４０が行う。本実施形態では、所定の層１２５を溶接した後での温度低下待ちの時間が減少するため、溶接作業を連続的に行いやすくなる。一般的に、溶接ロボットは作業者よりも連続的な溶接作業に向いているため、より連続的に行われる溶接作業を溶接ロボット４０により効率的に行うことができる。
上フランジ１０１，１０６に引張強さが４９０Ｎ／ｍｍ^２級の鋼材をそれぞれ用い、溶接ワイヤ１１５に引張強さが５５０Ｎ／ｍｍ^２級の溶接ワイヤを用いる。例えば建築物の梁で主に用いられる引張強さが４９０Ｎ／ｍｍ^２級の鋼材、及びその鋼材の溶接に用いられる引張強さが５５０Ｎ／ｍｍ^２級の溶接ワイヤ１１５を用いて、梁等を好ましく施工することができる。

溶接長が２００ｍｍ以上であり、上フランジ１０１，１０６の厚さがそれぞれ５０ｍｍ以下である。従って、例えば建築物の梁に好ましく対応することができる。
レ形開先１１０のルートギャップＲＧが、４ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。これにより、例えば梁を施工するとき等に生じる、標準的なレ形開先のルートギャップに対応することができる。

以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。
例えば、前記実施形態の溶接方法では、ガスシールドアーク溶接を溶接ロボット４０でなく、作業者が行ってもよい。
第１，２鋼材は、梁１００，１０５の上フランジ１０１，１０６に限定されず、梁１００，１０５のウェブ等でもよいし、他のプレート等でもよい。

１ 溶接装置（ガスシールドアーク溶接装置）
１０ 溶接トーチ（溶接作業部）
２０ 測定部
３０ 制御部
４０ 溶接ロボット
１０１ 上フランジ（第１鋼材）
１０６ 上フランジ（第２鋼材）
１１０ レ形開先
１１５ 溶接ワイヤ
１２５ 層
ＲＧ ルートギャップ
Ｓ 溶接方法（ガスシールドアーク溶接方法）
Ｓ１ 配置工程
Ｓ６ 溶接工程
Ｔ_０ 管理値
θ 開先角度

Claims (6)

1. 第１鋼材と第２鋼材とにより形成されたレ形開先を、溶接ワイヤを用いてガスシールドアーク溶接により溶接するガスシールドアーク溶接方法であって、
   前記レ形開先の開先角度が３０°以下になるように前記第１鋼材と前記第２鋼材とを配置する配置工程と、
   前記レ形開先を溶接する際の少なくとも一部の工程において、パス間温度が管理値以下になるように溶接する溶接工程と、
   を行い、
   前記管理値は３５０℃超であるガスシールドアーク溶接方法。
2. 前記ガスシールドアーク溶接を溶接ロボットが行う請求項１に記載のガスシールドアーク溶接方法。
3. 前記第１鋼材及び前記第２鋼材に、引張強さが４９０Ｎ／ｍｍ^２級の鋼材をそれぞれ用い、
   前記溶接ワイヤに、引張強さが５５０Ｎ／ｍｍ^２級の溶接ワイヤを用いる請求項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接方法。
4. 溶接長が２００ｍｍ以上であり、
   前記第１鋼材及び前記第２鋼材の厚さがそれぞれ５０ｍｍ以下である請求項１から３のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接方法。
5. 前記レ形開先のルートギャップが、４ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１から４のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接方法。
6. 第１鋼材と第２鋼材とにより形成されたレ形開先を、溶接ワイヤを用いてガスシールドアーク溶接により溶接するガスシールドアーク溶接装置であって、
   前記レ形開先を前記ガスシールドアーク溶接により溶接する溶接作業部と、
   前記レ形開先に形成される層の温度を測定する測定部と、
   前記測定部による測定結果に基づいて、前記溶接作業部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記レ形開先の開先角度が３０°以下であり、
   前記制御部は、前記測定部による測定結果に基づいて求められるパス間温度が、前記溶接する際の少なくとも一部の工程において管理値以下になるように、前記溶接作業部を制御し、
   前記管理値は３５０℃超であるガスシールドアーク溶接装置。

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