JP3474081B2 - 溶接用裏当て材及び溶接方法 - Google Patents
溶接用裏当て材及び溶接方法Info
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- JP3474081B2 JP3474081B2 JP14898697A JP14898697A JP3474081B2 JP 3474081 B2 JP3474081 B2 JP 3474081B2 JP 14898697 A JP14898697 A JP 14898697A JP 14898697 A JP14898697 A JP 14898697A JP 3474081 B2 JP3474081 B2 JP 3474081B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、石油生産施設、荷
役施設、貯蔵施設、洋上空港、海上備蓄基地、橋梁、沈
埋トンネル、波力・潮流・温度差発電施設、海洋牧場等
の海洋構造物の洋上接合、水中補修・メンテナンス等に
用いる湿式水中溶接用裏当て材、ならびに陸上での船
舶、橋梁など鋼構造物の溶接に用いる裏当て材であっ
て、湿度の高い場所での使用や、雨の中での施工が必要
な場合の裏当て材に関する。
役施設、貯蔵施設、洋上空港、海上備蓄基地、橋梁、沈
埋トンネル、波力・潮流・温度差発電施設、海洋牧場等
の海洋構造物の洋上接合、水中補修・メンテナンス等に
用いる湿式水中溶接用裏当て材、ならびに陸上での船
舶、橋梁など鋼構造物の溶接に用いる裏当て材であっ
て、湿度の高い場所での使用や、雨の中での施工が必要
な場合の裏当て材に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、湿式水中溶接では裏当て材は、被
溶接部材と同じ材料（共金）を用いており、被溶接部材
と一緒に溶接される。取り外し可能な湿式水中溶接用裏
当て材としては、これまで銅製の裏当て金を用いる方法
が研究されているのみである。
溶接部材と同じ材料（共金）を用いており、被溶接部材
と一緒に溶接される。取り外し可能な湿式水中溶接用裏
当て材としては、これまで銅製の裏当て金を用いる方法
が研究されているのみである。
【０００３】一方、陸上溶接用裏当て材としては例えば
セラミック製のものがある。これは、通常は短尺もの
で、溶接線に沿って複数配列して使用する。この裏当て
材は、通常、炉中で乾燥させた後に使用し、湿度の高い
場所や雨中では使用できない。
セラミック製のものがある。これは、通常は短尺もの
で、溶接線に沿って複数配列して使用する。この裏当て
材は、通常、炉中で乾燥させた後に使用し、湿度の高い
場所や雨中では使用できない。
【０００４】
（I）湿式水中溶接用裏当て材として使用する場合
湿式水中溶接用裏当て材として共金裏当てを用いた場
合は、 （ａ）溶接後に裏当て材が残るため、この裏当て材と重
なる被溶接部材の面の塗装などができず、特に海中構造
物などの場合は、被溶接部材と裏当て材との隙間で生じ
る隙間腐食が問題となり、その対策として犠牲陽極など
の施工が必要となる。すなわち犠牲陽極を裏当て材近傍
に設けてそこで腐食を促進させることにより、隙間腐食
の防止を図る。
合は、 （ａ）溶接後に裏当て材が残るため、この裏当て材と重
なる被溶接部材の面の塗装などができず、特に海中構造
物などの場合は、被溶接部材と裏当て材との隙間で生じ
る隙間腐食が問題となり、その対策として犠牲陽極など
の施工が必要となる。すなわち犠牲陽極を裏当て材近傍
に設けてそこで腐食を促進させることにより、隙間腐食
の防止を図る。
【０００５】（ｂ）共金裏当て材付き溶接継ぎ手は、セ
ラミック裏当て材などの溶接後取りはずし可能な裏当て
材による完全溶け込み裏波溶接継ぎ手に比べ８０％程度
の疲労強度であるため、疲労の心配される部材の板厚を
厚くする必要があり、材料費、製作コスト共に高価にな
る問題があった。
ラミック裏当て材などの溶接後取りはずし可能な裏当て
材による完全溶け込み裏波溶接継ぎ手に比べ８０％程度
の疲労強度であるため、疲労の心配される部材の板厚を
厚くする必要があり、材料費、製作コスト共に高価にな
る問題があった。
【０００６】銅製の裏当て材を用いた場合、
（ａ）溶接後取りはずし可能な銅製の裏当て材を用いて
水中溶接を行うことは可能であるが、形成される裏ビー
ト表面はやや荒れた形状となるため、溶接部の疲労強度
が低下するという問題がある。
水中溶接を行うことは可能であるが、形成される裏ビー
ト表面はやや荒れた形状となるため、溶接部の疲労強度
が低下するという問題がある。
【０００７】（ｂ）銅製の裏当て材は、通常は長尺でフ
レキシビリティーがないため、突き合わせ溶接される被
溶接部材同士の目違いや変形に対応できず、裏当て材と
被溶接部材との間の隙間に溶接金属が流れて裏ビート形
状が不良になりやすい。従って、被溶接部材同士の合わ
せ精度が厳しく、施工準備に時間とコストがかかる。な
お、銅製の裏当て材は、内部に冷却水流路を設けるため
に、短尺のものをつなぎあわせると構造が複雑になり、
扱い難くなる。
レキシビリティーがないため、突き合わせ溶接される被
溶接部材同士の目違いや変形に対応できず、裏当て材と
被溶接部材との間の隙間に溶接金属が流れて裏ビート形
状が不良になりやすい。従って、被溶接部材同士の合わ
せ精度が厳しく、施工準備に時間とコストがかかる。な
お、銅製の裏当て材は、内部に冷却水流路を設けるため
に、短尺のものをつなぎあわせると構造が複雑になり、
扱い難くなる。
【０００８】市販の陸上溶接用裏当て材を用いた場
合、 （ａ）市販のセラミック製裏当て材は、正方形の板に近
い短尺ものを複数配列して使用するので、裏当て全体に
はフレキシビリティーがあり、また溶融金属とのなじみ
がよく、裏ビードの形状も良好であり陸上では多用され
る。しかし、この種の裏当て材は多孔質であるため、水
中で使用すると吸湿し、内部の吸湿水分が溶接アーク熱
により分解して多量の水素ガスを発生し、アークが乱れ
溶接ができない。
合、 （ａ）市販のセラミック製裏当て材は、正方形の板に近
い短尺ものを複数配列して使用するので、裏当て全体に
はフレキシビリティーがあり、また溶融金属とのなじみ
がよく、裏ビードの形状も良好であり陸上では多用され
る。しかし、この種の裏当て材は多孔質であるため、水
中で使用すると吸湿し、内部の吸湿水分が溶接アーク熱
により分解して多量の水素ガスを発生し、アークが乱れ
溶接ができない。
【０００９】（ｂ）吸湿を防ぐために、現状の裏当て材
組成で緻密質のものを作る必要があるが、この場合は非
常に高温で焼成する必要があり、製造設備が高価にな
る。
組成で緻密質のものを作る必要があるが、この場合は非
常に高温で焼成する必要があり、製造設備が高価にな
る。
【００１０】（II）陸上用裏当て材として使用する場合
陸上用裏当て材として使用されているセラミック裏当て
材は、吸湿したり水に濡れて水分を含むと、上記水中の
場合と同様に溶接時に多量の水素ガスが発生し、ブロー
ホールや割れ等の溶接欠陥の原因となるため、通常は湿
度の高い場所や雨に濡れた場所では使用できない。ま
た、工場内溶接においても乾燥炉中で乾燥させて使用す
る必要があり、吸湿防止のための管理に余分の費用がか
かる。
材は、吸湿したり水に濡れて水分を含むと、上記水中の
場合と同様に溶接時に多量の水素ガスが発生し、ブロー
ホールや割れ等の溶接欠陥の原因となるため、通常は湿
度の高い場所や雨に濡れた場所では使用できない。ま
た、工場内溶接においても乾燥炉中で乾燥させて使用す
る必要があり、吸湿防止のための管理に余分の費用がか
かる。
【００１１】特開昭４８−４９号公報に示された「片面
溶接における裏当て用フラックス及びその製造方法は、
溶接金属とフラックスとの密着性を良くすることを目的
として、フラックス成分中にコールタールを０．５〜８
％添加するものである。これは、貯蔵中の吸湿防止の効
果はあったが、雨天時や水の飛散する場所では、撥水性
の程度が低いため、水に濡れると吸湿し、乾燥処理を行
わなければ、溶接することができない。
溶接における裏当て用フラックス及びその製造方法は、
溶接金属とフラックスとの密着性を良くすることを目的
として、フラックス成分中にコールタールを０．５〜８
％添加するものである。これは、貯蔵中の吸湿防止の効
果はあったが、雨天時や水の飛散する場所では、撥水性
の程度が低いため、水に濡れると吸湿し、乾燥処理を行
わなければ、溶接することができない。
【００１２】本発明の目的は、吸湿性がなく、良好な裏
ビートを形成できる溶接用裏当て材を提供することにあ
る。
ビートを形成できる溶接用裏当て材を提供することにあ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】水中用裏当て材及び吸湿
しない陸上用裏当て材としては、溶接線に合わせて短尺
物を並べるためにフレキシビリティーがあり、良好な裏
ビートが形成できる従来のセラミック裏当て材に防水処
理を行って使用するのが最も効果的で、この観点から以
下を開発した。
しない陸上用裏当て材としては、溶接線に合わせて短尺
物を並べるためにフレキシビリティーがあり、良好な裏
ビートが形成できる従来のセラミック裏当て材に防水処
理を行って使用するのが最も効果的で、この観点から以
下を開発した。
【００１４】本発明による溶接用裏当て材は、無機質材
料のセラミック粉体を固化成形してなる基材の表面を疎
水化処理して、水との接触角が９０度以上の撥水性を有
するものである。水との接触角が９０度以上であれば、
基材表面に付着した水は基材内に形成された気孔に侵入
することなく、表面に留まる。
料のセラミック粉体を固化成形してなる基材の表面を疎
水化処理して、水との接触角が９０度以上の撥水性を有
するものである。水との接触角が９０度以上であれば、
基材表面に付着した水は基材内に形成された気孔に侵入
することなく、表面に留まる。
【００１５】疎水化処理方法としては、例えば、疎水性
の無機質酸化物粒子及び／または疎水性の有機物質であ
るポリテトラフルオロエチレン粒子と樹脂とを溶媒に混
合・分散したスラリ状の疎水化処理剤を、セラミック粉
末を成形した基材表面にコーティングする方法を用い
る、あるいは、該基材表面を、疎水性基を有するアルコ
キシシラン、クロロシラン、シラザンのいわゆるシラン
化合物や、ジメチルポリシロキサン、疎水基を有するチ
タネートカップリング剤、アルミニウム系カップリング
剤の液で処理して、基材表面に疎水基を結合させる方法
を用いる。
の無機質酸化物粒子及び／または疎水性の有機物質であ
るポリテトラフルオロエチレン粒子と樹脂とを溶媒に混
合・分散したスラリ状の疎水化処理剤を、セラミック粉
末を成形した基材表面にコーティングする方法を用い
る、あるいは、該基材表面を、疎水性基を有するアルコ
キシシラン、クロロシラン、シラザンのいわゆるシラン
化合物や、ジメチルポリシロキサン、疎水基を有するチ
タネートカップリング剤、アルミニウム系カップリング
剤の液で処理して、基材表面に疎水基を結合させる方法
を用いる。
【００１６】上記のコーティングに用いる疎水性無機質
酸化物粒子としては、シリカ、アルミナ、酸化チタン、
酸化鉄などの粒子を用い、該粒子に疎水基を有する表面
処理剤で処理した粒子の少なくとも１種を使用する。
酸化物粒子としては、シリカ、アルミナ、酸化チタン、
酸化鉄などの粒子を用い、該粒子に疎水基を有する表面
処理剤で処理した粒子の少なくとも１種を使用する。
【００１７】無機質酸化物粒子の大きさは０．００１〜
１００μｍがよい。粒子の大きさが０．００１μｍ未満
では、疎水化処理剤を作る際に取扱い難くなり、１００
μｍを超えるとセラミック粉体の成形体である基材内に
含む気孔への含浸が不十分となる。
１００μｍがよい。粒子の大きさが０．００１μｍ未満
では、疎水化処理剤を作る際に取扱い難くなり、１００
μｍを超えるとセラミック粉体の成形体である基材内に
含む気孔への含浸が不十分となる。
【００１８】疎水基を有する表面処理剤は、アルキル基
やフッ素置換疎水性基を有するシラン、クロロシラン、
シラザンのいわゆるシラン化合物や、ジメチルポリシロ
キサン、アルキル基を有するチタネートカップリング
剤、アルミニウム系カップリング剤を使用する。
やフッ素置換疎水性基を有するシラン、クロロシラン、
シラザンのいわゆるシラン化合物や、ジメチルポリシロ
キサン、アルキル基を有するチタネートカップリング
剤、アルミニウム系カップリング剤を使用する。
【００１９】但し、無機酸化物粒子を疎水化処理できる
方法であれば、前記の方法に限定されるわけではない。
方法であれば、前記の方法に限定されるわけではない。
【００２０】アルキル基を有するシラン化合物として、
メチル基を有するもので、例えばメチルメトキシシラン
ＣＨ3Ｓｉ(ＯＣＨ3)3、ジメチルジメトキシシラン(ＣＨ
3)2Ｓｉ(ＯＣＨ3)2、トリメチルメトキシシラン(ＣＨ3)
3Ｓｉ(ＯＣＨ3)、メチルトリエトキシシランＣＨ3Ｓｉ
（ＯＣ2Ｈ5)3、ジメチルジエトキシシラン(ＣＨ3)2Ｓｉ
(ＯＣ2Ｈ5)2、トリメチルエトキシシラン(ＣＨ3)3Ｓｉ
(ＯＣ2Ｈ5)、ヘキサメチルジシラザンなどがあり、エチ
ル基を有するものでは、エチルトリメトキシシランＣ2
Ｈ5Ｓｉ(ＯＣＨ3)3、ジエチルジメトキシシラン(Ｃ
2Ｈ5)2Ｓｉ(ＯＣＨ3)2、トリエチルメトキシシラン(Ｃ2
Ｈ5)3Ｓｉ(ＯＣＨ3)、エチルトリエトキシシランＣ2Ｈ5
Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)3、ジメチルジエトキシシラン(Ｃ2Ｈ5)2
Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)2、トリエチルエトキシシラン(Ｃ2Ｈ5)3
Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)などがあり、プロピル基を有するもの
で、プロピルトリメトキシシランＣ3Ｈ7Ｓｉ(ＯＣ
Ｈ3)3、ジプロピルジメトキシシラン(Ｃ3Ｈ7)2Ｓｉ(Ｏ
ＣＨ3)2、トリプロピルメトキシシラン(Ｃ3Ｈ7)3Ｓｉ
(ＯＣＨ3)、プロピルトリエトキシシランＣ3Ｈ7Ｓｉ(Ｏ
Ｃ2Ｈ5)3、ジプロピルジエトキシシラン（Ｃ3Ｈ7)2Ｓｉ
（ＯＣ2Ｈ5)2、トリプロピルエトキシシラン（Ｃ3Ｈ7)3
Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)などがあり、長鎖アルキルシランとして
ｎ−オクタデシルトリメトキシシラン、ｎ−ドデシルト
リエトキシシラン等がある。
メチル基を有するもので、例えばメチルメトキシシラン
ＣＨ3Ｓｉ(ＯＣＨ3)3、ジメチルジメトキシシラン(ＣＨ
3)2Ｓｉ(ＯＣＨ3)2、トリメチルメトキシシラン(ＣＨ3)
3Ｓｉ(ＯＣＨ3)、メチルトリエトキシシランＣＨ3Ｓｉ
（ＯＣ2Ｈ5)3、ジメチルジエトキシシラン(ＣＨ3)2Ｓｉ
(ＯＣ2Ｈ5)2、トリメチルエトキシシラン(ＣＨ3)3Ｓｉ
(ＯＣ2Ｈ5)、ヘキサメチルジシラザンなどがあり、エチ
ル基を有するものでは、エチルトリメトキシシランＣ2
Ｈ5Ｓｉ(ＯＣＨ3)3、ジエチルジメトキシシラン(Ｃ
2Ｈ5)2Ｓｉ(ＯＣＨ3)2、トリエチルメトキシシラン(Ｃ2
Ｈ5)3Ｓｉ(ＯＣＨ3)、エチルトリエトキシシランＣ2Ｈ5
Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)3、ジメチルジエトキシシラン(Ｃ2Ｈ5)2
Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)2、トリエチルエトキシシラン(Ｃ2Ｈ5)3
Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)などがあり、プロピル基を有するもの
で、プロピルトリメトキシシランＣ3Ｈ7Ｓｉ(ＯＣ
Ｈ3)3、ジプロピルジメトキシシラン(Ｃ3Ｈ7)2Ｓｉ(Ｏ
ＣＨ3)2、トリプロピルメトキシシラン(Ｃ3Ｈ7)3Ｓｉ
(ＯＣＨ3)、プロピルトリエトキシシランＣ3Ｈ7Ｓｉ(Ｏ
Ｃ2Ｈ5)3、ジプロピルジエトキシシラン（Ｃ3Ｈ7)2Ｓｉ
（ＯＣ2Ｈ5)2、トリプロピルエトキシシラン（Ｃ3Ｈ7)3
Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)などがあり、長鎖アルキルシランとして
ｎ−オクタデシルトリメトキシシラン、ｎ−ドデシルト
リエトキシシラン等がある。
【００２１】上記のような炭素数１〜２０のアルキル基
を１〜３個有するアルコキシシランに、クロルシラン又
はシラザンの単独又は複数種を混合して使用することが
できる。但し、本発明の金属アルコキシドは以上の例示
化合物に限定されない（以下同様）。
を１〜３個有するアルコキシシランに、クロルシラン又
はシラザンの単独又は複数種を混合して使用することが
できる。但し、本発明の金属アルコキシドは以上の例示
化合物に限定されない（以下同様）。
【００２２】フッ素置換疎水性基を有するシラン化合物
は、例えばパーフルオロオクチルエチルトリエトキシシ
ランＣＦ3(ＣＦ2)7(ＣＨ2)2Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)3、パーフル
オロイソプロピルエチルトリエトキシシラン(ＣＦ3)2Ｃ
Ｆ(ＣＨ2)2Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)3などのほかに、パーフルオ
ロメチルエチルトリメトキシシラン、パーフルオロブチ
ルエチルトリメトキシシラン、パーフルオロオクチルエ
チルトリメトキシシラン、パーフルオロオクチルエチル
メチルジメトキシシランなどの炭素数１〜２０の、好ま
しくは１〜１０のパーフルオロアルキル基を有するアル
コキシシランなどが挙げられる。
は、例えばパーフルオロオクチルエチルトリエトキシシ
ランＣＦ3(ＣＦ2)7(ＣＨ2)2Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)3、パーフル
オロイソプロピルエチルトリエトキシシラン(ＣＦ3)2Ｃ
Ｆ(ＣＨ2)2Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)3などのほかに、パーフルオ
ロメチルエチルトリメトキシシラン、パーフルオロブチ
ルエチルトリメトキシシラン、パーフルオロオクチルエ
チルトリメトキシシラン、パーフルオロオクチルエチル
メチルジメトキシシランなどの炭素数１〜２０の、好ま
しくは１〜１０のパーフルオロアルキル基を有するアル
コキシシランなどが挙げられる。
【００２３】チタネートカップリング剤としては、イソ
プロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピ
ルトリス(ジオクチルパイロホスフェート)チタネート、
テトライソプロピルビス(ジオクチルホスファイト)チタ
ネート、テトラオクチルビス(ジトリデシルホスファイ
ト)チタネートなどが挙げられる。
プロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピ
ルトリス(ジオクチルパイロホスフェート)チタネート、
テトライソプロピルビス(ジオクチルホスファイト)チタ
ネート、テトラオクチルビス(ジトリデシルホスファイ
ト)チタネートなどが挙げられる。
【００２４】アルミニウム系カップリング剤としてはア
セトアルコキシアルミニウムジイソプロピレートを挙げ
られる。
セトアルコキシアルミニウムジイソプロピレートを挙げ
られる。
【００２５】疎水性粒子としてはテトラフルオロエチレ
ン粒子も適している。上記の疎水性無機酸化粒子やテト
ラフルオロエチレン粒子は、単独でも混合しても利用す
ることができる。
ン粒子も適している。上記の疎水性無機酸化粒子やテト
ラフルオロエチレン粒子は、単独でも混合しても利用す
ることができる。
【００２６】疎水性粒子、樹脂、溶媒の混合したスラリ
状疎水化処理剤を、セラミック粉末の固化成形体である
基材表面にコーティングする方法としては、吹き付け、
刷毛塗り、ディッピング等通常の方法が利用できる。
状疎水化処理剤を、セラミック粉末の固化成形体である
基材表面にコーティングする方法としては、吹き付け、
刷毛塗り、ディッピング等通常の方法が利用できる。
【００２７】疎水性粒子と樹脂との混合比は、重量比で
１００：０〜１０：９０が適するが、疎水化処理後の裏
当て材の接触角が９０°以上であれば良く、必ずしもこ
の範囲に限定されない。
１００：０〜１０：９０が適するが、疎水化処理後の裏
当て材の接触角が９０°以上であれば良く、必ずしもこ
の範囲に限定されない。
【００２８】上記処理をしたセラミック裏当て材は、水
にまったくあるいは殆ど濡れない性質となる。水中に没
した場合は、表面に薄い空気の膜を生じる性質となる。
この空気の膜は、光を当てると、銀色に反射することで
確認できる。また、セラミック内部も撥水処理がなされ
ているため、水中に没しても内部への水の浸入もなく完
全に水にぬれることがないため、この裏当て材を当てた
開先部の溶接において、溶接ノズル直下の局部空洞中で
はシールドガスにより完全に水が排除され水のない状態
で溶接可能となり安定な溶接と良好な裏波ビードを得る
ことができる。
にまったくあるいは殆ど濡れない性質となる。水中に没
した場合は、表面に薄い空気の膜を生じる性質となる。
この空気の膜は、光を当てると、銀色に反射することで
確認できる。また、セラミック内部も撥水処理がなされ
ているため、水中に没しても内部への水の浸入もなく完
全に水にぬれることがないため、この裏当て材を当てた
開先部の溶接において、溶接ノズル直下の局部空洞中で
はシールドガスにより完全に水が排除され水のない状態
で溶接可能となり安定な溶接と良好な裏波ビードを得る
ことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】まず、本発明の水中溶接用裏当て
材を用いる水中溶接方法、すなわち水カーテン式湿式水
中溶接法を図１により説明しておきたい。水カーテン式
湿式水中溶接法は、ガスメタルアーク溶接方法を用いて
行うもので、原理的には、被溶接部材１、１間に形成さ
れた溶接開先２に対向し該開先２の長手方向に移動させ
る溶接用ノズル３先端部を二重筒構造とし、内外両筒３
ａ、３ｂの間隙から溶接開先２を含む被溶接部材１上に
水を噴射させてラッパ状の水カーテン４を作り、内筒３
ａからシールドガス５をながして水カーテン４内部に空
洞６を形成することにより、内筒３ａの軸中心に配置さ
れたコンタクトチップ３ｃを通じて供給される溶接ワイ
ヤ７と被溶接部材との間に発生するアーク８、及びこの
アーク８により溶接開先２中に形成される溶融池を、周
辺の水から保護して溶接する方法である。通常、図１に
示すような突合せ開先２には裏当て材９を取り付ける。
この方法によれば、被溶接部材が水にぬれていても、水
カーテン及びシールドガスにより被溶接部材上から水を
排除して、シールドガスに満たされた局部的空洞を形成
することができ、溶接すべき箇所を乾燥した状態にする
事ができるので、安定した溶接が行える。また陸上用裏
当て材として用いる場合、溶接法は通常のガスメタルア
ーク溶接法である。
材を用いる水中溶接方法、すなわち水カーテン式湿式水
中溶接法を図１により説明しておきたい。水カーテン式
湿式水中溶接法は、ガスメタルアーク溶接方法を用いて
行うもので、原理的には、被溶接部材１、１間に形成さ
れた溶接開先２に対向し該開先２の長手方向に移動させ
る溶接用ノズル３先端部を二重筒構造とし、内外両筒３
ａ、３ｂの間隙から溶接開先２を含む被溶接部材１上に
水を噴射させてラッパ状の水カーテン４を作り、内筒３
ａからシールドガス５をながして水カーテン４内部に空
洞６を形成することにより、内筒３ａの軸中心に配置さ
れたコンタクトチップ３ｃを通じて供給される溶接ワイ
ヤ７と被溶接部材との間に発生するアーク８、及びこの
アーク８により溶接開先２中に形成される溶融池を、周
辺の水から保護して溶接する方法である。通常、図１に
示すような突合せ開先２には裏当て材９を取り付ける。
この方法によれば、被溶接部材が水にぬれていても、水
カーテン及びシールドガスにより被溶接部材上から水を
排除して、シールドガスに満たされた局部的空洞を形成
することができ、溶接すべき箇所を乾燥した状態にする
事ができるので、安定した溶接が行える。また陸上用裏
当て材として用いる場合、溶接法は通常のガスメタルア
ーク溶接法である。
【００３０】以下、本発明の溶接用裏当て材について具
体的に説明する。 （実施の形態１）本発明の実施の形態１となる水中溶接
用裏当て材及び吸湿しない陸上用裏当て材を説明する。
本実施の形態の裏当て材は、次のような基材、疎水化処
理剤及び塗布方法を用いて製作した。 ＊基材；陸上溶接用で、サイズが３２ｍｍ長×２８ｍｍ
幅×９ｍｍ厚で、表面には長手方向に浅い略円弧状の溝
を有する溶接用裏当て材ＦＢＢ−３Ｔ（神戸製鋼製） ＊疎水化処理剤；疎水性粒子としてトリメチルメトキシ
シランで表面を疎水化処理したシリカ粒子（ＳｉＯ2：
９９％、粒径２μｍ）５０重量部と、樹脂として（室温
硬化型シリコーンレジン、固形分２０％）５０重量部
と、溶媒としてイソプロピルアルコール２００重量部を
混合したスラリ、 ＊塗布方法；疎水化処理剤中に基材を約１分浸漬した
後、室温で乾燥した。なお、基材のＦＢＢ−３Ｔはあら
かじめアセトン溶液で表面中央のインク線（ＦＢＢ−３
Ｔを被溶接部材に取り付けるための基準線）を除去し、
乾燥させたものを用いた。 本実施の形態の裏当て材の表面の水の接触角は、１６０
度であった。また水中に入れると表面に空気の膜を形成
した。
体的に説明する。 （実施の形態１）本発明の実施の形態１となる水中溶接
用裏当て材及び吸湿しない陸上用裏当て材を説明する。
本実施の形態の裏当て材は、次のような基材、疎水化処
理剤及び塗布方法を用いて製作した。 ＊基材；陸上溶接用で、サイズが３２ｍｍ長×２８ｍｍ
幅×９ｍｍ厚で、表面には長手方向に浅い略円弧状の溝
を有する溶接用裏当て材ＦＢＢ−３Ｔ（神戸製鋼製） ＊疎水化処理剤；疎水性粒子としてトリメチルメトキシ
シランで表面を疎水化処理したシリカ粒子（ＳｉＯ2：
９９％、粒径２μｍ）５０重量部と、樹脂として（室温
硬化型シリコーンレジン、固形分２０％）５０重量部
と、溶媒としてイソプロピルアルコール２００重量部を
混合したスラリ、 ＊塗布方法；疎水化処理剤中に基材を約１分浸漬した
後、室温で乾燥した。なお、基材のＦＢＢ−３Ｔはあら
かじめアセトン溶液で表面中央のインク線（ＦＢＢ−３
Ｔを被溶接部材に取り付けるための基準線）を除去し、
乾燥させたものを用いた。 本実施の形態の裏当て材の表面の水の接触角は、１６０
度であった。また水中に入れると表面に空気の膜を形成
した。
【００３１】次に、図２に示すように、実施の形態１の
撥水性裏当て材１０を用い、水中溶接を実施した。ここ
で用いた水中溶接法は、基本的には、図１で説明した水
カーテン式湿式水中自動溶接法と同じであるので、溶接
装置の構成要素等には図１で用いた符号と同じ符号を付
している。ただし裏当て材１０は、３２ｍｍ長×２８ｍ
ｍ幅×９ｍｍ厚の小片裏当て材１０ａを複数長手方向に
並べて用いている。溶接施工要領は次のとおりである。 ＊水中溶接；水槽中、水深３０ｃｍ、 ＊溶接機；ＣＯ2アーク自動溶接機、 ＊シールドガス；ＣＯ2、流量 １２０〜１４０ Ｌ／ｍ
ｉｎ ＊溶接ワイヤ；１．２φソリッドワイヤ（神戸製鋼製の
ＭＧ−５０） ＊溶接条件；溶接電流 ２００〜３００(Ａ)、アーク電
圧 ２８〜３２(Ｖ)、溶接速度 １２〜１５（ｃｍ／ｍｉ
ｎ） ＊被溶接試験材；板厚１３ｍｍの軟鋼板(２枚)で、開先
形状は４５°Ｖ開先、ルートギャップを５〜１０ｍｍ、
目違い量を０〜２ｍｍに設定したもの。
撥水性裏当て材１０を用い、水中溶接を実施した。ここ
で用いた水中溶接法は、基本的には、図１で説明した水
カーテン式湿式水中自動溶接法と同じであるので、溶接
装置の構成要素等には図１で用いた符号と同じ符号を付
している。ただし裏当て材１０は、３２ｍｍ長×２８ｍ
ｍ幅×９ｍｍ厚の小片裏当て材１０ａを複数長手方向に
並べて用いている。溶接施工要領は次のとおりである。 ＊水中溶接；水槽中、水深３０ｃｍ、 ＊溶接機；ＣＯ2アーク自動溶接機、 ＊シールドガス；ＣＯ2、流量 １２０〜１４０ Ｌ／ｍ
ｉｎ ＊溶接ワイヤ；１．２φソリッドワイヤ（神戸製鋼製の
ＭＧ−５０） ＊溶接条件；溶接電流 ２００〜３００(Ａ)、アーク電
圧 ２８〜３２(Ｖ)、溶接速度 １２〜１５（ｃｍ／ｍｉ
ｎ） ＊被溶接試験材；板厚１３ｍｍの軟鋼板(２枚)で、開先
形状は４５°Ｖ開先、ルートギャップを５〜１０ｍｍ、
目違い量を０〜２ｍｍに設定したもの。
【００３２】＊裏当て材の取付け；被溶接試験材の裏面
に可撓性のあるゴムを介して鉄板で押さえて固定。
に可撓性のあるゴムを介して鉄板で押さえて固定。
【００３３】上記のように実施の形態１の裏当て材を用
い、ＣＯ2アーク自動溶接による水中溶接の結果は、溶
接ビードの表側及び裏側の外観は共に良好であり、裏ビ
ードと母材の境界部も滑らかであった。またエックス線
による非破壊検査の結果でも内部欠陥は認められず、疎
水化処理による悪影響はなかった。また図３にこの水中
溶接において測定した溶接電流Ｉとアーク電圧Ｖそれぞ
れの波形を示す。これらの波形は、陸上溶接における波
形と同等であり、安定した溶接であることを示してい
る。
い、ＣＯ2アーク自動溶接による水中溶接の結果は、溶
接ビードの表側及び裏側の外観は共に良好であり、裏ビ
ードと母材の境界部も滑らかであった。またエックス線
による非破壊検査の結果でも内部欠陥は認められず、疎
水化処理による悪影響はなかった。また図３にこの水中
溶接において測定した溶接電流Ｉとアーク電圧Ｖそれぞ
れの波形を示す。これらの波形は、陸上溶接における波
形と同等であり、安定した溶接であることを示してい
る。
【００３４】また、ＣＯ2アーク溶接機の代わりに、Ｍ
ＡＧパルスアーク溶接機を用い、フラックスワイヤ（神
戸製鋼製ＤＷ−１００）及びシールドガスとして８０％
Ａｒ＋２０％ＣＯ2の混合ガスを用いて、上記同様の溶
接施工条件で溶接した。ＭＡＧパルスアーク溶接の結果
は、ＣＯ2アーク溶接と同様に良好であった。
ＡＧパルスアーク溶接機を用い、フラックスワイヤ（神
戸製鋼製ＤＷ−１００）及びシールドガスとして８０％
Ａｒ＋２０％ＣＯ2の混合ガスを用いて、上記同様の溶
接施工条件で溶接した。ＭＡＧパルスアーク溶接の結果
は、ＣＯ2アーク溶接と同様に良好であった。
【００３５】比較のため、陸上用裏当て材ＦＢＢ−３Ｔ
を用いた水中溶接における溶接電流Ｉ及びアーク電圧Ｖ
の波形を図４に示す。図示のように、溶接電流電流Ｉ及
びアーク電圧はそれぞれ極めて不安定で、かつ溶接アー
クが断続していることを示している。実際、溶接ビード
は非常に荒れたビードになっていた。これは裏当て材が
吸湿し、この内部の水分が溶接アークを乱すためであ
る。
を用いた水中溶接における溶接電流Ｉ及びアーク電圧Ｖ
の波形を図４に示す。図示のように、溶接電流電流Ｉ及
びアーク電圧はそれぞれ極めて不安定で、かつ溶接アー
クが断続していることを示している。実際、溶接ビード
は非常に荒れたビードになっていた。これは裏当て材が
吸湿し、この内部の水分が溶接アークを乱すためであ
る。
【００３６】（実施の形態２）本発明の実施の形態２の
水中溶接用裏当て材及び吸湿しない陸上用裏当て材につ
いて説明する。 ＊基材；重量でＳｉＯ2 ８０％、Ａｌ2Ｏ3 ２０％でな
るセラミック粉末成形体で、サイズが３２ｍｍ長×２８
ｍｍ幅×９ｍｍ厚、 ＊疎水化処理剤及び処理方法；セラミック焼結体である
基材を、ｎ−オクタデシルトリメトキシシラン ２０重
量部とｎ−ヘキサン ８０重量部との混合溶液中に１分
間浸漬後、乾燥機中で５０℃×２４時間保持して疎水化
処理剤を硬化させて、疎水化処理を行った。このように
疎水化処理した裏当て材に対する水の表面接触角は１４
０度であった。
水中溶接用裏当て材及び吸湿しない陸上用裏当て材につ
いて説明する。 ＊基材；重量でＳｉＯ2 ８０％、Ａｌ2Ｏ3 ２０％でな
るセラミック粉末成形体で、サイズが３２ｍｍ長×２８
ｍｍ幅×９ｍｍ厚、 ＊疎水化処理剤及び処理方法；セラミック焼結体である
基材を、ｎ−オクタデシルトリメトキシシラン ２０重
量部とｎ−ヘキサン ８０重量部との混合溶液中に１分
間浸漬後、乾燥機中で５０℃×２４時間保持して疎水化
処理剤を硬化させて、疎水化処理を行った。このように
疎水化処理した裏当て材に対する水の表面接触角は１４
０度であった。
【００３７】次に、上記のように製作した実施の形態２
の撥水性裏当て材を用いて、実施の形態１と同様の施工
要領で、ＣＯ2アーク溶接法及びＭＡＧパルスアーク溶
接法それぞれにより水中溶接を実施した。その結果、い
ずれの溶接法でも溶接アークは安定し、溶接ビードの表
及び裏の外観は共に良好であり、エックス線による非破
壊検査でも内部欠陥は認められなかった。
の撥水性裏当て材を用いて、実施の形態１と同様の施工
要領で、ＣＯ2アーク溶接法及びＭＡＧパルスアーク溶
接法それぞれにより水中溶接を実施した。その結果、い
ずれの溶接法でも溶接アークは安定し、溶接ビードの表
及び裏の外観は共に良好であり、エックス線による非破
壊検査でも内部欠陥は認められなかった。
【００３８】（実施の形態３）本発明の実施の形態３と
なる水中溶接用裏当て材及び吸湿しない陸上用裏当て材
について説明する。 ＊基材；実施の形態１と同じく、セラミック裏当て材Ｆ
ＢＢ−３Ｔ（３２ｍｍ長×２８ｍｍ幅×９ｍｍ厚）、 ＊疎水化処理剤；疎水性粒子としてテトラフルオロエチ
レン微粒子（粒径５μｍ）６０重量部と、樹脂としてビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂（スリーボンド社）４０
重量部と、溶剤としてトルエン２００重量部を混合した
スラリ、 ＊塗布方法；疎水化処理剤中に基材を約１分浸漬した
後、乾燥する。なお、基材のＦＢＢ−３Ｔはあらかじめ
アセトン溶液で表面中央のインク線（取り付けのため基
準線）を除去し、乾燥させたものを用いた。 本実施の形態の裏当て材の表面の水の接触角は、１６０
度であった。
なる水中溶接用裏当て材及び吸湿しない陸上用裏当て材
について説明する。 ＊基材；実施の形態１と同じく、セラミック裏当て材Ｆ
ＢＢ−３Ｔ（３２ｍｍ長×２８ｍｍ幅×９ｍｍ厚）、 ＊疎水化処理剤；疎水性粒子としてテトラフルオロエチ
レン微粒子（粒径５μｍ）６０重量部と、樹脂としてビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂（スリーボンド社）４０
重量部と、溶剤としてトルエン２００重量部を混合した
スラリ、 ＊塗布方法；疎水化処理剤中に基材を約１分浸漬した
後、乾燥する。なお、基材のＦＢＢ−３Ｔはあらかじめ
アセトン溶液で表面中央のインク線（取り付けのため基
準線）を除去し、乾燥させたものを用いた。 本実施の形態の裏当て材の表面の水の接触角は、１６０
度であった。
【００３９】次に、上記のように製作した実施の形態３
の撥水性裏当て材を用いて、実施の形態１と同様の施工
要領で、ＣＯ2アーク溶接法及びＭＡＧパルスアーク溶
接法それぞれにより水中溶接を実施した。その結果、い
ずれの溶接法でも溶接アークは安定し、溶接ビードの表
及び裏の外観は共に良好であり、エックス線による非破
壊検査でも内部欠陥は認められなかった。
の撥水性裏当て材を用いて、実施の形態１と同様の施工
要領で、ＣＯ2アーク溶接法及びＭＡＧパルスアーク溶
接法それぞれにより水中溶接を実施した。その結果、い
ずれの溶接法でも溶接アークは安定し、溶接ビードの表
及び裏の外観は共に良好であり、エックス線による非破
壊検査でも内部欠陥は認められなかった。
【００４０】さらに、屋外での溶接作業中に雨が降って
裏当て材が濡れた場合を想定し、本発明の裏当て材を取
り付けた後に、開先部を水で濡らしその後圧縮空気を吹
きつけて水分を除去して、大気中で通常のＣＯ2溶接法
で溶接した。その結果、圧縮空気の吹きつけだけで裏当
て材上の水分は完全に除去され、安定な溶接が行え、溶
接部はエックス線検査の結果も欠陥が認められず、健全
な溶接が行えた。従って、本溶接用裏当て材は、耐吸湿
性があるので、水中だけでなく、陸上でも使用すること
ができる。
裏当て材が濡れた場合を想定し、本発明の裏当て材を取
り付けた後に、開先部を水で濡らしその後圧縮空気を吹
きつけて水分を除去して、大気中で通常のＣＯ2溶接法
で溶接した。その結果、圧縮空気の吹きつけだけで裏当
て材上の水分は完全に除去され、安定な溶接が行え、溶
接部はエックス線検査の結果も欠陥が認められず、健全
な溶接が行えた。従って、本溶接用裏当て材は、耐吸湿
性があるので、水中だけでなく、陸上でも使用すること
ができる。
【００４１】陸上の溶接においても、裏当て材の吸湿
は、ブローホール、水素割れなど溶接欠陥の原因になる
ため、裏当て材の管理は厳しく、一般的には乾燥炉の中
で管理される。特に高張力鋼など高級材料の溶接の場合
は、裏当て材に対して厳重な管理が要求される。したが
って、本発明のような撥水性の裏当て材を用いれば、管
理が簡単で特に湿度の高い場所での溶接（例えば、船の
バラストタンクの中や、海上での溶接施工など）でも使
用可能である。
は、ブローホール、水素割れなど溶接欠陥の原因になる
ため、裏当て材の管理は厳しく、一般的には乾燥炉の中
で管理される。特に高張力鋼など高級材料の溶接の場合
は、裏当て材に対して厳重な管理が要求される。したが
って、本発明のような撥水性の裏当て材を用いれば、管
理が簡単で特に湿度の高い場所での溶接（例えば、船の
バラストタンクの中や、海上での溶接施工など）でも使
用可能である。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、水中溶接用裏当て材
は、疎水化処理を施して水との接触角が９０度以上の撥
水性をもたせたものとしたので、水中でも吸湿せず、水
カーテン式湿式水中溶接法による水中溶接では良好なビ
ードを得ることができる。陸上でも、湿度の高い場所で
の使用や雨で濡れた場合にでも健全な溶接部を得ること
ができる。
は、疎水化処理を施して水との接触角が９０度以上の撥
水性をもたせたものとしたので、水中でも吸湿せず、水
カーテン式湿式水中溶接法による水中溶接では良好なビ
ードを得ることができる。陸上でも、湿度の高い場所で
の使用や雨で濡れた場合にでも健全な溶接部を得ること
ができる。
【００４３】また、本発明の水中溶接用裏当て材は、市
販の陸上溶接用裏当て材に疎水性粒子及び樹脂を溶媒に
混合・分散したスラリをコーティングする、あるいは陸
上溶接用裏当て材を疎水基を有する表面処理剤で処理し
て表面に疎水基を結合させるというような簡単な処理に
より、入手することができる利点がある。
販の陸上溶接用裏当て材に疎水性粒子及び樹脂を溶媒に
混合・分散したスラリをコーティングする、あるいは陸
上溶接用裏当て材を疎水基を有する表面処理剤で処理し
て表面に疎水基を結合させるというような簡単な処理に
より、入手することができる利点がある。
【図１】水カーテン式湿式水中溶接法を原理的に説明す
る図である。
る図である。
【図２】本発明の溶接用裏当て材を用いる水カーテン式
湿式水中溶接方法を示す図である。
湿式水中溶接方法を示す図である。
【図３】本発明の溶接用裏当て材を用いた水中溶接で実
測した溶接電流波形及びアーク電圧波形を示す図であ
る。
測した溶接電流波形及びアーク電圧波形を示す図であ
る。
【図４】比較のため陸上溶接用の溶接用裏当て材を用い
た水中溶接で実測した溶接電流波形及びアーク電圧波形
を示す図である。
た水中溶接で実測した溶接電流波形及びアーク電圧波形
を示す図である。
１ 被溶接部材
２ 溶接開先
３ 溶接用ノズル
３ａ ノズル内筒
３ｂ ノズル外筒
３ｃ コンタクトチップ
４ 水カーテン
５ シールドガス
６ 空洞
７ 溶接ワイヤ
８ アーク
９ 裏当て材
１０ 撥水性裏当て材
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 37/06
Claims (6)
- 【請求項１】 被溶接部材間に形成される溶接開先の裏
側に取り付けられる溶接用裏当て材において、セラミッ
ク粉体の固化成形体である基材の表面部に、疎水性粒子
と樹脂とを含む撥水性の被膜が形成されてなることを特
徴とする溶接用裏当て材。 - 【請求項２】 前記疎水性粒子は、無機酸化物の粒子表
面に疎水基が結合されてなる請求項１に記載の溶接用裏
当て材。 - 【請求項３】 前記疎水性粒子は、前記無機酸化物がシ
リカであり、該シリカの粒子表面に疎水基を有するシラ
ン化合物が結合されてなる請求項２に記載の溶接用裏当
て材。 - 【請求項４】 前記疎水性粒子は、有機材料のポリテト
ラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる請求項１に記
載の溶接用裏当て材。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載の溶接
用裏当て材を用いて、溶接を水中で行なう溶接方法。 - 【請求項６】 請求項１乃至４のいずれかに記載の溶接
用裏当て材を用いて、溶接を雨中または水のかかる場所
で行なう溶接方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14898697A JP3474081B2 (ja) | 1997-06-06 | 1997-06-06 | 溶接用裏当て材及び溶接方法 |
| US09/044,848 US6153847A (en) | 1997-06-06 | 1998-03-20 | Welding member and welding method |
| EP98105238A EP0882543B1 (en) | 1997-06-06 | 1998-03-23 | Welding member and welding method |
| DE69819963T DE69819963T2 (de) | 1997-06-06 | 1998-03-23 | Schweissgegenstand und Schweissverfahren |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14898697A JP3474081B2 (ja) | 1997-06-06 | 1997-06-06 | 溶接用裏当て材及び溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10328890A JPH10328890A (ja) | 1998-12-15 |
| JP3474081B2 true JP3474081B2 (ja) | 2003-12-08 |
Family
ID=15465150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14898697A Expired - Fee Related JP3474081B2 (ja) | 1997-06-06 | 1997-06-06 | 溶接用裏当て材及び溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3474081B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000012430A (ko) * | 1999-12-03 | 2000-03-06 | 이수환 | 용접용 세라믹 뒷받임재의 제법 |
-
1997
- 1997-06-06 JP JP14898697A patent/JP3474081B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10328890A (ja) | 1998-12-15 |
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| FI64903C (fi) | FOERFARANDE FOER GENOMFOERANDE AV BAOGSVETSNING. SIIRRETTY PAEIVAEMAEAERAE-FOERSKJUTET DATUM PL 14 ç 28.06.78. |
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