JP4357788B2 - Butt butt welding method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部が実質的に閉じられた閉鎖容器を突合せ溶接する方法に係り、特にアルミニウム系材料からなる閉鎖容器の製造に向けて好適な突合せ溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に構造体を突合せ溶接する場合は、熱変形による位置ずれを防止するため、該構造体を構成する接合要素の突合せ部の複数箇所を事前に仮付け溶接した後、突合せ部の全体を本溶接するようにしている。この場合、仮付け溶接そのものにより熱変形が生じてしまったのでは、本来的な意味をなさないことになり、そこで、小入熱で必要最低限の溶接強度が得られる条件で仮付け溶接を行うようにしている。しかし、このような条件で仮付け溶接を行うと、溶込みが浅くなる分、溶着金属の余盛りが大きくなり、特に構造体がアルミニウム系材料からなる場合は、その熱伝導率の大きさにより前記余盛りが過大に現われるようになる。
【0003】
図6は、アルミニウム系材料からなる構造体を構成する接合要素AとBとの突合せ部Cに対して仮付け溶接(アーク溶接)を実施した後の接合部の状態を示したもので、溶着金属Dの溶込み深さd1が浅くなっている一方で、余盛り高さd2が過大に現われ、この仮付け部においては実質的に板厚がかなり増大している。したがって、その後、前記仮付け部を含めた突合せ部Cの全体を本溶接すると、図7に示すように仮付け部において溶接ビードEが裏面側まで到達しない現象、すなわち裏波が形成されない現象が起こり、未溶着部Fが残って所望の溶接品質を確保することが困難になる。そこで従来は、本溶接する側とは反対側で仮付け溶接を行い、仮付け溶接で生じる余盛りの影響を受けないように配慮していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、構造体が、例えば圧力容器のように内部が実質的に閉じられた閉鎖容器である場合は、内部に溶接トーチを入れることができないため、表面側(本溶接と同じ側)で仮付け溶接をせざるを得ず、上記した仮付け部における溶込み不足を解消することは極めて困難である、という問題があった。
なお、本溶接の溶接入熱を増加させることで、上記溶込み不足を解消することができるが、アルミニウム系材料の場合は、融点が低いため溶落ちを生じ易いという制約があり、実質、その対策は断念せざるを得ない状況にあった。
【0005】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、本溶接する側と同じ側で仮付け溶接を行っても余盛りを十分に低く抑えることができ、もって本溶接においても十分なる裏波が得られて溶接品質の向上に寄与する閉鎖容器の突合せ溶接方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、アルミニウム系材料からなる閉鎖容器を構成する接合要素の突合せ部に、必要最低限の溶接強度が得られる仮付け溶接をした後、前記仮付け部を含めた突合せ部の全体を表面側から本溶接する閉鎖容器の突合せ溶接方法において、接合要素の突合せ部の表面側に、裏側面まで貫通しない凹穴を、該凹穴の底の部分の板厚が前記仮付け溶接で得られる溶込み深さよりも小さくなるよう形成しておき、アーク溶接により、前記凹穴内で裏面側まで溶込みを到達させながら仮付け溶接をし、しかる後、前記仮付け部を含めた突合せ部の全体を裏波が形成されるように本溶接することを特徴とする。
このように行う閉鎖容器の突合せ溶接方法においては、突合せ部の表面側に形成した凹穴内で仮付け溶接を行うので、余盛りの発生が抑えられ、結果として、仮付け部の板厚増大も抑えられるので、本溶接に際して溶込み不足が生じることはなくなる。また、凹穴の底の部分の板厚が仮付け溶接で得られる溶込み深さよりも小さくなるよう形成するので、仮付け溶接における溶込みも裏面側まで到達し、確実に裏波が得られるようになる。
【0007】
本発明において、上記凹穴の幅は、本溶接によるビード幅より小さく設定するのが望ましく、これにより表面に凹穴の痕跡が残ることもない。
本発明は、上記凹穴の形状を問うものではないが、溶着金属が断面円錐形状に形成されることから、これに倣って錐形状(円錐形状、角錐形状)とするのが望ましい。また、この凹穴を形成する方法も任意であり、例えば、閉鎖容器の接合要素を突合せた状態として座ぐり穴加工により形成しても、あるいは各接合要素の突合せ端面の縁部に、予め相互に突合せた状態で凹穴を合成する切欠を型押し加工により形成するようにしてもよい。
本発明はさらに、接合対象とする閉鎖容器の種類を、アルミニウム系材料からなる圧力容器とし、この場合は、溶接品質の保証も十分となるので、圧力容器としての適用範囲が拡大する。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【0009】
図1は、本発明に係る突合せ溶接方法により製造されるアルミニウム合金製の圧力容器を示したもので、圧力容器1は、円筒形シェル(接合要素)2とこの円筒形シェル2の両端に本発明の方法により突合せ溶接された半球形シェル(接合要素)3、4とからなっている。この種の圧力容器1は、その一方の半球形シェル3に給排口5が設けられるとはいえ、全体として閉鎖容器となっており、したがって、円筒形シェル2とこれに、少なくとも後付けされる半球形シェル3または4との突合せ部6または7に対しては、前記したように内側から仮付け溶接を行うことはできず、本溶接と同じく外側からの仮付け溶接となる。
【0010】
本実施の形態において、上記2つの半球形シェル3、4のうち、給排口5を設けた側の半球形シェル3は、円筒形シェル2に対して後付けされるようになっており、したがって、ここでは、この後付けされる半球形シェル3と円筒形シェル2との突合せ部6に対する仮付け溶接は、本溶接と同じく外側からの施工となる。
このため、本実施の形態においては、上記円筒形シェル2とこれに後付けされる半球形シェル3との突合せ部6の表面側に、図2にも示すように、予め円錐形状の凹穴10を形成する。凹穴10は、ここでは円筒形シェル2と半球形シェル3とを突合せた状態として、両者の突合せ部6に座ぐり穴加工を施すことにより形成されたもので、円周方向に等配して複数個(一例として、3〜4個)形成されている。
【0011】
上記凹穴10は、図2に示すように、通常の仮付け溶接で得られる溶込み深さd1(図6)を各シェル2および3の板厚(ここでは、4〜5mm)tから減じた値と同等かそれよりわずか大きくなるようにその深さhが設定(h≧t−d1)されている。換言すれば、この凹穴10の底の実質的な板厚t1は、通常の仮付け溶接で得られる溶込み深さd1よりも小さく(t1<d1)なっている。凹穴10はまた、後述の本溶接による溶接ビード15の幅W(図4)よりも小さくなるようにその最大径(幅)wが設定されている。
【0012】
圧力容器1の製造に際しては、先ず、円筒形シェル2の他端と他方の半球形シェル4とを突合せ、両者の突合せ部7を溶接する。この場合、円筒形シェル2の一端は開放されているので、両者の突合わせ部7の複数箇所(3〜4箇所)を内側から仮付け溶接(アーク溶接)し、その後、表面側から該突合せ部7の全周をアーク溶接(MIG等)する。したがって、この溶接に際しては、突合わせ部7の裏面側にも十分に溶込みが到達し、いわゆる裏波が確実に形成されて、溶接品質も十分となる。
【0013】
上記円筒形シェル2に対する他方の半球形シェル4の接合が完了したら、次に、円筒形シェル2と一方の半球形シェル3とを突合せ溶接する。この突合せ溶接に際しては、先ず、円筒形シェル2と半球形シェル3とを突合せ、両者の突合せ部6に座ぐり穴加工を施して、円周方向の必要箇所に上記凹穴10を形成し、続いて、この凹穴10内で仮付け溶接(アーク溶接)を行う。すると、凹穴10の底の板厚t1(図2)が、通常の仮付け溶接で得られる溶込み深さd1(図6)よりも小さくなっていることから、図3に示すように、母材の溶込みが裏面側まで到達し、これにより溶着金属12は両シェル2、3の一般面からほとんど盛上がることなく形成される。すなわち、余盛りがほとんど形成されない状態となり、したがって、その後に、円筒形シェル2と半球形シェル3との突合せ部6の全周をアーク溶接(MIG等)すると、図4に示すように、仮付け溶接部においても裏面側まで溶込みが到達し、いわゆる裏波が確実に形成され、この結果、溶接品質も十分となる。また、この本溶接による溶接ビード11は、同じく図4に示すように、両シェル2、3の一般面から十分に盛上がるので、前記凹穴10もこの溶接ビード11により完全に被覆され、表面に凹穴10の痕跡(アンダーカット)が残ることもなくなって、強度面および意匠面での不安も一掃される。
【0014】
ここで、上記実施の形態においては、凹穴10を座ぐり穴加工により形成するようにしたが、この凹穴10を形成する方法は任意であり、例えば、図5に示すように、円筒形シェル2および半球形シェル3の各突合せ端面の縁部に、相互に突合せた状態で凹穴を合成する角形の切欠13を、予め型押し加工により形成するようにしてもよい。この場合は、円筒形シェル2と半球形シェル3とを突合せた状態で、両者の突合せ部6に角錐形状の凹穴が形成されるため、上記座ぐり穴加工により凹穴10を形成する場合のように、円筒形シェル2と半球形シェル3とを現物合せしてから座ぐり穴加工をする面倒な作業が不要になる。
【0015】
なお、上記円筒形シェル2と半球形シェル3との突合せ部6に形成する凹穴10の形状は、上記した錘形状とすることなく、単純な円形穴、角穴としてもよいことはもちろんである。
また、本発明で行う溶接の種類は任意であり、上記したMIG以外にも、TIG、レーザ溶接等を採用することができる。
さらに、本発明の適用対象は任意であり、上記したアルミニウム系材料からなる圧力容器1以外にも、内部が実質的に閉じられた種々の閉鎖容器の溶接に適用でき、また、その適用材種も、上記したアルミニウム系以外の種々の材料に適用できる。
【0016】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る閉鎖容器の突合せ溶接方法によれば、本溶接する側と同じ側で仮付け溶接を行っても余盛りを十分に低く抑えることができるので、仮付け部においても裏波を形成する十分な溶込みが得られ、良好な溶接品質を確保することができ、特にアルミニウム系のように熱伝導性の良好な材料からなる閉鎖容器の製造に向けて好適となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る突合せ溶接方法により製造されるアルミニウム系材料製の圧力容器の構造を示す模式図である。
【図2】本突合せ溶接方法の実施に際して突合せ部に形成する凹穴の形状を示す断面図である。
【図3】本突合せ溶接方法による仮付け溶接後の接合部の状態を示す断面図である。
【図4】本突合せ溶接方法による本溶接後の接合部の状態を示す断面図である。
【図5】本突合せ溶接方法で採用する凹穴形成の他の実施形態を示す斜視図である。
【図6】従来の突合せ溶接方法による仮付け溶接後の接合部の状態を示す断面図である。
【図7】従来の突合せ溶接方法による本溶接後の接合部の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 圧力容器(閉鎖容器)
2 円筒形シェル(接合要素)
3 半球形シェル(接合要素)
6 突合せ部
10 凹穴
11 溶接ビード
12 仮付け溶接の溶着金属
13 凹穴形成用切欠[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for butt welding a closed container whose inside is substantially closed, and particularly to a butt welding method suitable for manufacturing a closed container made of an aluminum-based material.
[0002]
[Prior art]
In general, when butt-welding a structure, in order to prevent displacement due to thermal deformation, a plurality of butt portions of the joining elements constituting the structure are preliminarily welded in advance, and then the entire butt portion is fully welded. Like to do. In this case, if the thermal deformation has occurred due to the tack welding itself, it does not make a natural meaning. Therefore, the tack welding is performed under the condition that the minimum welding strength can be obtained with a small heat input. Like to do. However, when tack welding is performed under such conditions, the extra depth of the deposited metal increases as the penetration becomes shallower, especially when the structure is made of an aluminum-based material, depending on the thermal conductivity. The surplus appears excessively.
[0003]
FIG. 6 shows the state of the joint part after performing tack welding (arc welding) on the butt part C of the joining elements A and B constituting the structure made of the aluminum-based material. While the penetration depth d1 of the metal D is shallow, the surplus height d2 appears excessively, and the plate thickness is substantially increased at this tacking portion. Therefore, after that, when the entire butt portion C including the tacking portion is fully welded, as shown in FIG. 7, the phenomenon that the weld bead E does not reach the back surface side in the tacking portion, that is, the phenomenon that the back wave is not formed. Occurred and the unwelded portion F remains, making it difficult to ensure the desired welding quality. Therefore, conventionally, tack welding has been performed on the side opposite to the main welding side, and consideration has been given so as not to be affected by the surplus generated by tack welding.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the structure is a closed container, such as a pressure vessel, whose interior is substantially closed, a welding torch cannot be placed inside, so that it is temporarily attached on the surface side (the same side as the main welding). There was a problem that welding was unavoidable and it was extremely difficult to eliminate the lack of penetration in the above-described tacking portion.
In addition, by increasing the welding heat input of the main welding, the lack of penetration can be resolved, but in the case of an aluminum-based material, there is a restriction that melting is likely to occur due to a low melting point, The countermeasures had to be given up.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and the problem is that even if tack welding is performed on the same side as the main welding side, the surplus can be kept sufficiently low. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a closed container butt welding method that can provide a sufficient back wave even in the main welding and contribute to improvement in welding quality.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention includes a tacking portion after performing tack welding that obtains a minimum required welding strength at a butt portion of a joining element constituting a closed container made of an aluminum-based material. In the butt welding method for a closed container in which the entire butt portion is main-welded from the surface side, a concave hole that does not penetrate to the back side surface is formed on the surface side of the butt portion of the joining element, and the thickness of the bottom portion of the concave hole is It is formed so as to be smaller than the penetration depth obtained by the tack welding, and by arc welding, tack welding is performed while reaching the back side in the concave hole, and then the tacking portion. This is characterized in that the entire abutting portion including the main welding is performed so that a back wave is formed.
In the butt welding method of the closed container performed in this way, since the tack welding is performed in the recessed hole formed on the surface side of the butt portion, the occurrence of surging is suppressed, and as a result, the plate thickness of the tacking portion is also increased. Therefore, there will be no lack of penetration during the main welding. Further, since the thickness of the bottom portion of the concave hole is formed so as to be smaller than the penetration depth obtained by tack welding, the penetration in tack welding also reaches the back surface side, and a back wave is reliably obtained. It becomes like this.
[0007]
In the present invention, it is desirable to set the width of the concave hole smaller than the bead width by the main welding, so that no trace of the concave hole remains on the surface.
In the present invention, the shape of the concave hole is not questioned, but since the weld metal is formed in a conical shape in cross section, it is desirable to follow the conical shape (conical shape, pyramid shape). Also, the method of forming the concave hole is arbitrary. For example, it may be formed by counterbore processing in a state where the joint elements of the closed container are butted together, or in advance at the edge of the butted end surface of each joint element. A notch for synthesizing the recessed hole in the state of butting may be formed by embossing.
In the present invention, the type of the closed container to be joined is a pressure container made of an aluminum-based material, and in this case, the welding quality is sufficiently guaranteed, so that the application range as a pressure container is expanded.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0009]
FIG. 1 shows an aluminum alloy pressure vessel manufactured by a butt welding method according to the present invention. A
[0010]
In the present embodiment, of the two
For this reason, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the conical
[0011]
As shown in FIG. 2, the
[0012]
In manufacturing the
[0013]
When the joining of the other hemispherical shell 4 to the
[0014]
Here, in the above-described embodiment, the
[0015]
Of course, the shape of the
Moreover, the kind of welding performed by this invention is arbitrary, TIG, laser welding, etc. are employable besides above-mentioned MIG.
Furthermore, the application object of the present invention is arbitrary, and can be applied to welding of various closed containers whose insides are substantially closed in addition to the
[0016]
【The invention's effect】
As described above, according to the butt welding method for a closed container according to the present invention, even if tack welding is performed on the same side as the main welding side, the surplus can be suppressed sufficiently low. Even in the part, sufficient penetration to form a back wave can be obtained, and good welding quality can be ensured, especially suitable for the production of closed containers made of materials with good thermal conductivity such as aluminum. It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing the structure of a pressure vessel made of an aluminum-based material manufactured by a butt welding method according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a shape of a concave hole formed in a butt portion when the butt welding method is performed.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state of a joint portion after tack welding by the butt welding method.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state of a joint portion after the main welding by the main butt welding method.
FIG. 5 is a perspective view showing another embodiment of forming a concave hole employed in the butt welding method.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state of a joint after tack welding by a conventional butt welding method.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state of a joint after main welding by a conventional butt welding method.
[Explanation of symbols]
1 Pressure vessel (closed vessel)
2 Cylindrical shell (joint element)
3 Hemispherical shell (joint element)
6
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