JP4908476B2

JP4908476B2 - Ｔ型継手の溶接方法

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Publication number: JP4908476B2
Application number: JP2008227408A
Authority: JP
Inventors: 徹中嶋; 光山本
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2028-09-04
Also published as: WO2009048017A1; JP2009107016A; US20100176108A1; EP2199003A4; CN101687267B; KR20100057080A; CN101687267A; EP2199003A1; US8283599B2

Description

本発明は、Ｔ字型に配置した下板と立板とを溶接するのに好適に用いられるＴ型継手の溶接方法に関する。

油圧ショベルの作業装置を構成するブーム、アーム等に用いられる中空な構造体は、例えば２個のＴ型継手を組合わせて溶接することにより、四角形の断面形状を有する強固な箱型の構造体として形成される。

この場合、Ｔ型継手は、通常、下板の上面側に立板をＴ字型に配置した状態で、立板の先端側に形成した開先と下板の上面との間にすみ肉溶接を施すことにより形成されるものである。

ここで、上述の如くＴ型継手を形成するに際して、立板の板厚方向の一方側（表面側）からすみ肉溶接を行った場合には、立板の表面側と下板との間は十分に溶着することができる。しかし、立板の表面側からすみ肉溶接を行った場合には、立板の裏面側と下板との間に未溶着部分が残ることがあり、Ｔ型継手の強度が低下してしまうという不具合がある。

これに対し、予め下板の上面にビード（裏波ビード）を形成し、表面側に開先を形成した立板の裏面をこの裏波ビードに当接させた状態、またはビードの近傍に立板を配置した状態で、開先の表面側から下板と立板との間にアーク溶接等を行う溶接方法が提案されている。

特開平４−２３８６７０号公報特開平６−２３５４４号公報

しかし、従来技術による溶接方法は、下板の上面側に、溶接すべき立板を配置する作業の前段階で、下板の上面に裏波ビードを予め形成しておく必要がある。従って、従来技術による溶接方法では、下板の上面に裏波ビードを形成する溶接作業（第１の溶接工程）の後に、この裏波ビードに沿って下板の上面側に立板を配置する作業（板材組付け工程）を行う。さらに、板材組付け工程の後に、下板に形成された裏波ビードと立板に設けた開先の裏面側とを溶融させて溶接ビードを形成する溶接作業（第２の溶接工程）を行うことになる。

この場合、第１の溶接工程と、板材組付け工程および第２の溶接工程とは、互いに異なる作業場所で実施されるのが一般的である。このため、従来技術のように第１の溶接工程と、板材組付け工程および第２の溶接工程とを実施する場合には、異なる作業場所を何度も往復する必要があり、Ｔ型継手を形成するときの作業性が低下してしまうという問題がある。

また、従来技術による溶接方法では、第２の溶接工程で形成される溶接ビードの形状は、下板に予め形成されたビードに対する立板の位置に応じて決定される。このため、板材組付け工程において、下板に予め形成されている裏波ビードに対する立板の位置決めを厳密に行う必要があり、この位置決め作業の作業性が低下してしまうという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、立板に設けられた開先の裏面側に良好な裏波ビードを形成することができ、かつ、下板と立板とをＴ字型に配置して溶接するときの作業性を高めることができるようにしたＴ型継手の溶接方法を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するため本発明は、Ｔ字型に配置した下板と立板とを溶接してなるＴ型継手の溶接方法に適用される。

そして、請求項１の発明による溶接方法は、前記立板の下端部と前記下板の上面との間にギャップを形成した状態で前記下板上に前記立板をＴ字型に組付ける板材組付け工程と、前記板材組付け工程で前記下板と前記立板とをＴ字型に組付けた状態で、前記立板の表面側に配置した溶接電極からアークを発生させ、前記ギャップを通じて前記立板の裏面と前記下板との間に裏波ビードを形成するにあたり、前記立板と裏波ビードとの間にギャップを残しつつ前記下板に裏波ビードを形成する第１の溶接工程と、前記第１の溶接工程の後に、前記立板の表面側に配置した前記溶接電極からアークを発生させ、前記下板と前記立板の下端部と前記裏波ビードとを溶融させて溶接ビードを形成し、前記下板と前記立板の下端部とを接合する第２の溶接工程とからなる。

請求項２の発明による溶接方法は、前記立板の下端部と前記下板の上面との間にギャップを形成した状態で前記下板上に前記立板をＴ字型に組付ける板材組付け工程と、前記板材組付け工程で前記下板と前記立板とをＴ字型に組付けた状態で、前記立板の表面側に配置した溶接電極からアークを発生させ、前記ギャップを通じて前記立板の裏面と前記下板との間に裏波ビードを形成するにあたり、前記立板と裏波ビードとの間にギャップを残しつつ前記下板に裏波ビードを形成する第１の溶接工程と、前記第１の溶接工程の後に、前記立板の表面側に配置した前記溶接電極からアークを発生させ、前記下板と前記立板の下端部と前記裏波ビードとを溶融させて１層目の溶接ビードを形成し、前記下板と前記立板の下端部とを接合する第２の溶接工程と、前記第２の溶接工程の後に、前記１層目の溶接ビードに加えて２層目の溶接ビードを形成する第３の溶接工程とからなる。

請求項３の発明は、前記溶接電極として消耗電極を用い、前記ギャップは該消耗電極の外径寸法よりも大きく設定したことにある。

請求項４の発明は、前記立板の下端部には開先を設け、前記第１の溶接工程において、前記溶接電極は、前記開先の先端部から垂下する仮想線と前記下板との交点の位置の近傍にアークを発生させる構成としたことにある。

請求項５の発明は、前記立板の下端部は平坦な底面を有する平坦面とし、前記第１の溶接工程において、前記溶接電極は、前記平坦面を前記下板と対面させた状態で前記立板の裏面から垂下する仮想線と前記下板との交点の位置の近傍にアークを発生させる構成としたことにある。

請求項６の発明は、前記第２の溶接工程において、前記溶接電極は、前記第１の溶接工程によるアークの発生方向と同じ方向にアークを発生させる構成としたことにある。

請求項７の発明は、前記アークを覆うシールドガスとしてアルゴンガスを含む混合ガスを用いる構成としたことにある。

請求項１の発明によれば、板材組付け工程において下板上に立板を配置するときに、立板の下端部と下板との間にギャップを形成する。これにより、第１の溶接工程において、立板の表面側に配置した溶接電極からアークを発生させると、このアークが立板の下端部と下板との間のギャップを通じて立板の裏面側へと導出される。このため、立板の裏面側で下板の上面側に裏波ビードを形成することができる。そして、第２の溶接工程において、下板と立板の下端部と裏波ビードとを溶融させて溶接ビードを形成することにより、下板と立板の下端部とを接合することができる。

この場合、第１の溶接工程において下板に形成された裏波ビードと立板の下端部との間にはギャップが残っている。このため、第２の溶接工程において溶接電極から発生したアークは、裏波ビードと立板の下端部との間のギャップを通じて確実に立板の裏側へと導出される。これにより、裏波ビードと立板の下端部とを充分に溶融させ、立板の裏面側と下板との間に脚長の大きな溶接ビードを形成することができるので、下板と立板の下端部とを強固に接合することができる。

しかも、板材組付け工程を実施した後、第１の溶接工程と第２の溶接工程とを連続して実施することができる。従って、板材組付け工程、第１，第２の溶接工程を１つの作業場所で効率良く実施することができる。これにより、従来技術のように、第１の溶接工程と、板材組付け工程および第２の溶接工程とを、それぞれ異なる作業場所で実施する場合に比較して、下板と立板とを溶接するときの作業性を高めることができる。

また、第１の溶接工程において下板に形成される裏波ビードは、下板と該下板上に配置された立板の下端部との間のギャップに沿って形成される。このため、例えば下板に裏波ビードを形成した後に、この裏波ビードに対して立板を位置決めする作業を不要にでき、下板と立板とを溶接するときの作業性を一層高めることができる。

請求項２の発明によれば、第２の溶接工程において、立板の裏面側と下板との間に脚長の大きな１層目の溶接ビードを形成した後、第３の溶接工程において、立板の表面側と下板との間に脚長の大きな２層目の溶接ビードを形成することができる。従って、立板の裏面側と下板との間、立板の表面側と下板との間にそれぞれ脚長の大きな溶接ビードを形成することができ、Ｔ字型に配置した下板と立板とを一層強固に接合することができる。

請求項３の発明によれば、消耗電極から発生するアークは、消耗電極の先端から徐々に径方向に拡径しながら、立板の下端部と下板との間のギャップを通じて立板の裏面側へと導出される。このとき、ギャップは消耗電極の外径寸法より大きいので、第１の溶接工程において立板の下端部がアークによって溶融するのを抑え、立板の裏面側に位置する下板に対して良好な裏波ビードを形成することができる。

請求項４の発明によれば、第１の溶接工程において、溶接電極は、立板の下端部に設けた開先の先端部から垂下する仮想線と下板との交点の位置の近傍にアークを発生させる。このため、開先の表面側でアークが発生することがなく、このアークによって開先の裏面側に良好な裏波ビードを形成することができる。

請求項５の発明によれば、第１の溶接工程において、下端部が平坦面となった立板の裏面から垂下する仮想線と下板との交点の位置の近傍に、溶接電極からアークを発生させることができる。これにより、立板の表面側でアークが発生することがなく、このアークによって立板の裏面側に良好な裏波ビードを形成することができる。

しかも、立板の下端部を平坦面とすることにより、立板に開先を形成する工程を省略することができ、この分、Ｔ型継手の製造コストを低減することができる。

請求項６の発明によれば、第２の溶接工程において、溶接電極は第１の溶接工程によるアークの発生方向と同じ方向、即ち、立板の表面側からギャップを通じて立板の裏面側にアークを発生させることができる。従って、このアークによって裏波ビードと下板と立板の下端部とを確実に溶融させることができる。

請求項７の発明によれば、シールドガスとしてアルゴンガスを含む混合ガスを用いることにより、第１の溶接工程において、立板の裏面と下板との間にビード止端の形状が滑らかな裏波ビードを形成することができる。これにより、裏波ビードのビード止端に応力が集中するのを抑え、下板と立板との接合強度を高めることができる。

以下、本発明に係るＴ型継手の溶接方法の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず、図１ないし図５は本発明の第１の実施の形態を示し、本実施の形態は、立板の下端部に開先を設けた場合を例示している。

図において、１はＴ型継手を構成する下板で、該下板１は、例えば鋼板材等を用いて平板状に形成されている。そして、下板１は定盤（図示せず）上に載置され、該下板１の上面１Ａ側には、後述の立板２が組付けられるようになっている。

２は下板１と共にＴ型継手を構成する立板で、該立板２は、例えば鋼板材等を用いて平板状に形成されている。そして、立板２は、下板１に対してほぼ直交した状態で、当該下板１の上面１Ａ側にＴ字型に組付けられるものである。また、立板２の下端部（下板１の表面側）には、レ形に傾斜したレ形開先３（以下、開先３という）が形成され、この開先３と下板１とが溶接されるようになっている。

そして、図１に示すように、立板２は、下板１の上面１Ａ上に薄板状のスペーサ４を介してＴ字型に組付けられている。そして、図２に示すように、立板２に設けられた開先３の先端部３Ａと下板１の上面１Ａとの間には、上，下方向のギャップ５が形成されている。また、開先３の表面３Ｂ側には、後述の溶接ワイヤ７が配置されるようになっている。

ここで、開先３の先端部３Ａと下板１の上面１Ａとの間に形成されたギャップ５は、溶接ワイヤ７の直径ｄよりも大きく設定されている。これにより、溶接ワイヤ７の先端からアークが発生したときに、このアークがギャップ５を通じて開先３の裏面３Ｃ側に導出されるようになっている。

６はアーク溶接用の溶接トーチで、該溶接トーチ６は、立板２の開先３と下板１との溶接部に向けて溶接ワイヤ７を連続的に供給するものである。また、溶接トーチ６は、溶接ワイヤ７に対し、アーク溶接用の電源装置（図示せず）からの溶接電流を供給するものである。そして、溶接トーチ６は、立板２の開先３と下板１との溶接部に向けて溶接ワイヤ７を連続的に供給しつつ、立板２の長手方向（図１中の矢示Ａ方向）に移動する構成となっている。

７は開先３の表面３Ｂ側に配置された溶接電極としての溶接ワイヤを示している。この溶接ワイヤ７は、溶接トーチ６により、立板２の開先３と下板１との溶接部に向けて連続的に供給されるものである。ここで、溶接ワイヤ７は、アーク溶接用の電源装置（図示せず）から溶接電流が供給されることにより、図２に示すように、下板１の上面１Ａに向けてアークを発生させる。そして、このアークによる発熱によって溶接ワイヤ７等が溶融することにより、後述の裏波ビード８を形成することができるようになっている。

また、溶接トーチ６は、立板２の開先３と下板１との溶接部に向けて、例えばアルゴンガスを８０％含むアルゴン−二酸化炭素混合ガスからなるシールドガスを供給する。そして、このシールドガスは、溶接ワイヤ７から発生するアーク、及び開先３と下板１との溶接部等を覆って大気から遮断する。これにより、溶接欠陥の原因となる酸化物、窒化物が生成されるのを抑えることができる。

次に、下板１と立板２の開先３とを溶接してＴ型継手を形成する方法について説明する。

まず、板材組付け工程について説明する。この板材組付け工程では、図１及び図２に示すように、下板１の上面１Ａ側に、スペーサ４を介して立板２をＴ字型に組付ける。これにより、立板２は、開先３の先端部３Ａと下板１の上面１Ａとの間にギャップ５を形成した状態で、当該下板１上にＴ字型に配置される。この場合、立板２は、組立治具等（図示せず）を用いてこの位置に保持される。

次に、第１の溶接工程について説明する。この第１の溶接工程では、立板２に設けた開先３の表面３Ｂ側に、溶接トーチ６及び該溶接トーチ６によって供給される溶接ワイヤ７を配置する。ここで、図２に示すように、開先３の先端部３Ａと下板１の上面１Ａとの間に形成された上，下方向のギャップ５は、溶接ワイヤ７の直径ｄよりも大きく設定されている。

また、開先３の先端部３Ａから下板１に向けて垂下する仮想線をＬ１―Ｌ１とし、この仮想線Ｌ１―Ｌ１と下板１の上面１Ａとの交点をＰ１とすると、溶接ワイヤ７は、その中心線Ｏ-Ｏが交点Ｐ１の位置の近傍で下板１の上面１Ａと交わる位置に配置されている。これにより、溶接ワイヤ７は、開先３の先端部３Ａから垂下する仮想線Ｌ１―Ｌ１と下板１の上面１Ａとの交点Ｐ１よりも開先３の裏面３Ｃ側にアークを発生させるようになっている。

この状態において、溶接トーチ６を立板２の長手方向（図１中の矢示Ａ方向）に移動させつつ、溶接ワイヤ７に対し、アーク溶接用の電源装置（図示せず）から溶接電流を供給する。また、溶接トーチ６から立板２の開先３と下板１との溶接部に向けて、例えばアルゴンガスを含む混合ガスからなるシールドガスを供給する。

これにより、溶接ワイヤ７の先端からアークが発生する。そして、このアークは、立板２に設けた開先３の先端部３Ａと下板１との間のギャップ５を通じて、下板１の上面１Ａのうち開先３の裏面３Ｃ側へと導出される。このようにして、開先３の表面３Ｂ側に配置された溶接ワイヤ７から、下板１のうち開先３の裏面３Ｃ側に向けてアークが発生する。そして、このアークによる発熱によって溶接ワイヤ７と下板１の上面１Ａ側が溶融することにより、図３に示すように、開先３の裏面３Ｃ側に裏波ビード８が形成される。この裏波ビード８は、開先３（立板２）との間にギャップ５を残した状態で、立板２の長手方向に沿って直線状に連続して形成される。

この場合、溶接ワイヤ７は、開先３の先端部３Ａから垂下する仮想線Ｌ１―Ｌ１と下板１との交点Ｐ１の近傍にアークを発生させる。このため、開先３の表面３Ｂ側でアークが発生することがなく、開先３の裏面３Ｃ側となる下板１の上面１Ａでアークを発生させることができ、このアークによって確実に裏波ビード８を形成することができる。

しかも、開先３の先端部３Ａと下板１との間のギャップ５は、溶接ワイヤ７の直径ｄよりも大きく設定されている。この場合、溶接ワイヤ７から発生するアークは、溶接ワイヤ７の先端から徐々に径方向に拡径しながら開先３と下板１との間のギャップ５を通じて開先３の裏面３Ｃ側へと導出される。しかし、ギャップ５を溶接ワイヤ７の直径ｄよりも大きく設定することにより、開先３の先端側がアークによって溶融するのを抑え、開先３の裏面３Ｃ側に位置する下板１上に良好な裏波ビード８を形成することができる。

また、アークを覆うシールドガスとしてアルゴンガスを含む混合ガスを用いている。これにより、図３に示すように、溶接トーチ６を下板１に対して斜めに傾けた状態で溶接ワイヤ７からアークを発生させて裏波ビード８を形成した場合でも、この裏波ビード８のビード止端を滑らかな形状とすることができる。従って、例えばシールドガスとして炭酸ガスを用いることにより裏波ビードのビード止端に応力が集中するのを防止することができる。

次に、第２の溶接工程について説明する。この第２の溶接工程では、下板１の上面１Ａ側に立板２の長手方向に沿って裏波ビード８を形成した後に、再び溶接トーチ６を立板２の長手方向に移動させつつ、溶接ワイヤ７に溶接電流を供給する。これにより、溶接ワイヤ７の先端から裏波ビード８に向けてアークを発生させ、溶接ワイヤ７、下板１、立板２の開先３、裏波ビード８を溶融させる。このため、図４に示すように、下板１と開先３と裏波ビード８との間に１層目の溶接ビード９が形成され、該１層目の溶接ビード９は、立板２の長手方向に沿って直線状に連続して形成される。

この場合、図３に示すように、第１の溶接工程において下板１に形成された裏波ビード８と開先３の先端部３Ａとの間にはギャップ５が残存している。このため、第２の溶接工程において、溶接ワイヤ７は、第１の溶接工程によるアークの発生方向と同じ方向、即ち、開先３の表面３Ｂ側からギャップ５を通じて開先３の裏面３Ｃ側にアークを発生させる。これにより、溶接ワイヤ７から発生したアークを、ギャップ５を通じて確実に開先３の裏面３Ｃ側へと導出することができる。従って、このアークによって、裏波ビード８と下板１と立板２の開先３とを確実に溶融させることができる。

また、第２の溶接工程における溶接トーチ６の移動速度は、第１の溶接工程における溶接トーチ６の移動速度よりも小さく設定されている。これにより、裏波ビード８、開先３の先端側、下板１を充分に溶融させ、図４に示すように、これら裏波ビード８と開先３と下板１との間に、開先３の裏面３Ｃ側に大きな脚長を有する１層目の溶接ビード９を形成することができる。これにより、下板１と立板２の開先３とを強固に接合することができる。

さらに、第２の溶接工程の後に行われる第３の溶接工程について説明する。この第３の溶接工程では、裏波ビード８と開先３と下板１との間に１層目の溶接ビード９を形成した後に、再び溶接トーチ６を立板２の長手方向に移動させつつ、溶接ワイヤ７の先端から１層目の溶接ビード９に向けてアークを発生させる。そして、このアークによる発熱によって溶接ワイヤ７、１層目の溶接ビード９、立板２の開先３、下板１が溶融することにより、図５に示すように、１層目の溶接ビード９と開先３と下板１との間に２層目の溶接ビード１０が形成される。この場合、２層目の溶接ビード１０は、立板２の長手方向に沿って直線状に連続して形成される。

このように、上述した第２の溶接工程において、裏波ビード８と開先３と下板１との間に、開先３の裏面３Ｃ側に大きな脚長を有する１層目の溶接ビード９が形成される。また、第３の溶接工程において、１層目の溶接ビード９と開先３と下板１との間に、開先３の表面３Ｂ側に大きな脚長を有する２層目の溶接ビード１０が形成される。

この結果、立板２に設けた開先３の表面３Ｂ側から片面溶接を行う場合でも、開先３の裏面３Ｃ側に大きな脚長を有する１層目の溶接ビード９と、開先３の表面３Ｂ側に大きな脚長を有する２層目の溶接ビード１０とを形成することができる。これにより、Ｔ字型に配置した下板１と立板２とを強固に接合することができる。

かくして、第１の実施の形態によれば、板材組付け工程において、立板２に設けた開先３の先端部３Ａと下板１との間にギャップ５を形成する。次に、第１の溶接工程において、開先３の表面３Ｂ側に配置した溶接ワイヤ７からギャップ５を通じて開先３の裏面３Ｃ側にアークを発生させることにより、開先３の裏面３Ｃ側に裏波ビード８を形成する。さらに、第１の溶接工程に続く第２の溶接工程において、下板１と立板２の開先３と裏波ビード８とを溶融させて１層目の溶接ビード９を形成している。

このため、板材組付け工程を実施した後、第１の溶接工程と第２の溶接工程とを連続して実施することができる。従って、板材組付け工程、第１，第２の溶接工程を１つの作業場所で効率良く実施することができる。このため、従来技術のように、第１の溶接工程と、板材組付け工程および第２の溶接工程とを、それぞれ異なる作業場所で実施することにより、第１の溶接工程を実施する作業場所と、板材組付け工程および第２の溶接工程を実施する作業場所との間を何度も往復する場合に比較して、下板１と立板２とを溶接するときの作業性を高めることができる。

また、第１の溶接工程において下板１に形成される裏波ビード８は、下板１と該下板１上に配置された立板２の開先３との間のギャップ５に沿って形成される。このため、従来技術のように、下板１に裏波ビード８を形成した後に、この裏波ビード８に対して立板２を位置決めする作業を不要にでき、下板１と立板２とを溶接するときの作業性を一層高めることができる。

また、第１の実施の形態によれば、第２の溶接工程において裏波ビード８と開先３と下板１との間に１層目の溶接ビード９を形成した後、第３の溶接工程において、１層目の溶接ビード９と開先３と下板１との間に２層目の溶接ビード１０を形成している。

この結果、立板２に設けた開先３の表面３Ｂ側から片面溶接を行う場合でも、開先３の裏面３Ｃ側に大きな脚長を有する１層目の溶接ビード９と、開先３の表面３Ｂ側に大きな脚長を有する２層目の溶接ビード１０とを形成することができる。このため、２層の溶接ビード９，１０によって、Ｔ字型に配置した下板１と立板２とを一層強固に接合することができる。

また、立板２の開先３と下板１との間のギャップ５を、溶接ワイヤ７の直径ｄよりも大きく設定している。これにより、例えば第１の溶接工程において溶接ワイヤ７から発生するアークが、溶接ワイヤ７の先端から徐々に径方向に拡径しながら開先３と下板１との間のギャップ５を通じて開先３の裏面３Ｃ側へと導出された場合でも、開先３の先端側がアークによって溶融するのを抑えることができる。この結果、開先３の裏面３Ｃ側に良好な裏波ビード８を形成することができる。

また、溶接ワイヤ７は、開先３の先端部３Ａから垂下する仮想線Ｌ１―Ｌ１と下板１との交点Ｐ１の位置の近傍にアークを発生させる。このため、開先３の表面３Ｂ側でアークが発生することがなく、開先３の裏面３Ｃ側となる下板１の上面１Ａでアークを発生させることができ、このアークによって確実に開先３の裏面３Ｃ側に裏波ビード８を形成することができる。

さらに、第２の溶接工程において、溶接ワイヤ７は、第１の溶接工程によるアークの発生方向と同じ方向、即ち、開先３の表面３Ｂ側からギャップ５を通じて開先３の裏面３Ｃ側にアークを発生させる。このため、アークによって裏波ビード８、下板１、立板２の開先３を確実に溶融させることができ、下板１と立板２との接合強度を高めることができる。

次に、図６ないし図１０は本発明に係るＴ型継手の溶接方法の第２の実施の形態を示している。

ここで、本実施の形態の特徴は、立板の下端部を平坦な底面を有する平坦面としたことにある。なお、第２の実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

図において、１１は下板１と共にＴ型継手を構成する立板で、該立板１１は、第１の実施の形態に用いた立板２に代えて本実施の形態に用いたものである。ここで、立板１１は、第１の実施の形態による立板２とほぼ同様に、例えば鋼板材等を用いて平板状に形成されている。しかし、その下端部（下板１の上面側）が後述の平坦面１１Ｃとなっている点で、第１の実施の形態による立板２とは異なるものである。

ここで、立板１１の下端部に設けられた平坦面１１Ｃは、例えば鋼板材を切断したときの切断面となり、開先加工等が施されていない平坦な底面を有する平坦面となっている。そして、立板１１は、図６に示すように、下板１の上面１Ａ上に薄板状のスペーサ１２を介してＴ字型に組付けられる。これにより、立板１１の平坦面１１Ｃと下板１の上面１Ａとの間には、上，下方向のギャップ１３が形成されている。

ここで、立板１１の平坦面１１Ｃと下板１の上面１Ａとの間のギャップ１３は、立板１１の表面１１Ａ側に配置された溶接トーチ６から供給される溶接ワイヤ７の直径ｄよりも大きく設定されている。このため、溶接ワイヤ７は、下板１の上面１Ａと立板１１の平坦面１１Ｃとに接触することなく、溶接トーチ６の先端側から立板１１の裏面１１Ｂ側へと延びている（図７参照）。

これにより、溶接ワイヤ７の先端からアークが発生したときに、このアークがギャップ１３を通じて立板１１の裏面１１Ｂ側に導出されるようになっている。また、立板１１の裏面１１Ｂから下板１に向けて垂下する仮想線をＬ２―Ｌ２とし、この仮想線Ｌ２―Ｌ２と下板１の上面１Ａとの交点をＰ２とすると、溶接ワイヤ７は、その中心線Ｏ-Ｏが交点Ｐ２の位置の近傍で下板１の上面１Ａと交わる位置に配置されている。これにより、溶接ワイヤ７は、仮想線Ｌ２―Ｌ２と下板１の上面１Ａとの交点Ｐ２よりも立板１１の裏面１１Ｂ側にアークを発生させるようになっている。

次に、下板１と立板１１の平坦面１１Ｃとを溶接してＴ型継手を形成する方法について説明する。

まず、図６に示す板材組付け工程では、下板１の上面１Ａ側に、スペーサ１２を介して立板１１をＴ字型に組付ける。これにより、立板１１は、平坦面１１Ｃと下板１の上面１Ａとの間にギャップ１３を形成した状態で、当該下板１上にＴ字型に配置される。そして、立板１１は、組立治具等（図示せず）を用いてこの位置に保持される。

次に、図７および図８に示す第１の溶接工程では、立板１１の表面１１Ａ側に、溶接トーチ６および溶接ワイヤ７を配置する。この場合、図７に示すように、立板１１の裏面１１Ｂから下板１に向けて垂下する仮想線Ｌ２―Ｌ２と下板１の上面１Ａとの交点をＰ２とすると、溶接ワイヤ７は、その中心線Ｏ-Ｏが交点Ｐ２の位置の近傍で下板１の上面１Ａと交わる位置に配置されている。

この状態において、溶接トーチ６を立板１１の長手方向（図６中の矢示Ａ方向）に移動させつつ、溶接ワイヤ７からアークを発生させる。また、溶接トーチ６から立板１１の平坦面１１Ｃと下板１との溶接部に向けて、例えばアルゴンガスを含む混合ガスからなるシールドガスを供給する。

これにより、溶接ワイヤ７から発生したアークは、立板１１の平坦面１１Ｃと下板１との間のギャップ１３を通じて、立板１１の表面１１Ａ側から裏面１１Ｂ側へと導出される。そして、このアークによって溶接ワイヤ７と下板１の上面１Ａ側が溶融することにより、図８に示すように、立板１１の裏面１１Ｂ側に裏波ビード１４が形成される。この裏波ビード１４は、平坦面１１Ｃとの間にギャップ１３を残した状態で、立板１１の長手方向に沿って直線状に連続して形成される。

この場合、溶接ワイヤ７は、立板１１の裏面１１Ｂから垂下する仮想線Ｌ２―Ｌ２と下板１との交点Ｐ２の近傍にアークを発生させる。このため、立板１１の表面１１Ａ側、あるいは立板１１と下板１との間のギャップ１３内でアークが発生することがない。これにより、立板１１の裏面１１Ｂ側でアークを発生させることができ、確実に裏波ビード１４を形成することができる。

次に、図９に示す第２の溶接工程では、立板１１の裏面１１Ｂ側に裏波ビード１４を形成した後に、再び溶接トーチ６を立板１１の長手方向に移動させる。そして、溶接ワイヤ７の先端から裏波ビード１４に向けてアークを発生させ、溶接ワイヤ７、下板１、立板１１の平坦面１１Ｃ、裏波ビード１４を溶融させる。これにより、下板１と立板１１と裏波ビード１４との間に、立板１１の長手方向に沿って直線状に連続した１層目の溶接ビード１５を形成することができる。

この場合、溶接ワイヤ７は、第１の溶接工程によるアークの発生方向と同じ方向、即ち、立板１１の表面１１Ａ側から立板１１の裏面１１Ｂ側にアークを発生させる。このとき、下板１の上面１Ａのうち立板１１の裏面１１Ｂ側に形成された裏波ビード１４が、アークの防波堤としての役目を果たす。これにより、開先が形成されていない立板１１の平坦面１１Ｃ、下板１、裏波ビード１４を十分に溶融させることができる。この結果、１層目の溶接ビード１５によって、下板１と立板１１の平坦面１１Ｃとの間のギャップ１３を塞ぐことができる。

次に、図１０に示す第３の溶接工程では、下板１と立板１１の平坦面１１Ｃと裏波ビード１４との間に１層目の溶接ビード１５を形成した後に、再び溶接トーチ６を立板１１の長手方向に移動させる。そして、溶接ワイヤ７の先端から１層目の溶接ビード１５に向けてアークを発生させる。

これにより、１層目の溶接ビード１５、立板１１の平坦面１１Ｃ、下板１が溶融し、１層目の溶接ビード１５と平坦面１１Ｃと下板１との間に、立板１１の長手方向に沿って直線状に連続した２層目の溶接ビード１６を形成することができる。

このように、下端部が開先加工を施さない平坦面１１Ｃとなった立板１１の表面１１Ａ側から片面溶接を行う場合でも、立板１１の裏面１１Ｂ側に大きな脚長を有する１層目の溶接ビード１５を形成することができる。また、立板１１の表面１１Ａ側に大きな脚長を有する２層目の溶接ビード１６を形成することができる。この結果、Ｔ字型に配置した下板１と立板１１とを強固に接合することができる。

しかも、本実施の形態によれば、立板１１の下端部を開先加工を施さない平坦面１１Ｃとすることにより、立板１１に開先を形成する工程を省略することができる。この結果、Ｔ型継手の製造コストを低減することができる。

次に、本発明に係るＴ型継手の溶接方法の応用例として、下板としての上，下のフランジ板と、立板としての左，右のウェブ板とによって中空構造体を形成する場合について、図１１ないし図１５を参照しつつ説明する。

まず、２１は本発明に係るＴ型継手の溶接方法を用いて形成された中空構造体を示している。この中空構造体２１は、例えば油圧ショベルのブーム、アーム等として用いられるものである。ここで、中空構造体２１は、図１１に示すように、上，下方向で対面する上，下のフランジ板２２，２３と、左，右方向で対面しつつ上，下のフランジ板２２，２３間に配置された左，右のウェブ板２４，２５とにより、閉断面構造をなす角筒体として形成されている。

そして、この中空構造体２１を形成する場合には、まず、図１２に示すように、一方のフランジ板２２を用意する。次に、フランジ板２２上に一方のウェブ板２４をＴ字型に組付ける。この場合、ウェブ板２４の上端側と下端側には、それぞれレ形に傾斜したレ形開先２４Ａ（以下、開先２４Ａという）が形成されている。

そして、フランジ板２２のうち左，右方向の一側に片寄せた位置に、薄板状のスペーサ２６を介してウェブ板２４をＴ字型に組付ける。これにより、フランジ板２２とウェブ板２４の開先２４Ａとの間に、その全長に亘ってギャップ２７を形成する。

この状態で、ウェブ板２４の表面２４Ｂ側に溶接トーチ６及び溶接ワイヤ７を配置し、溶接トーチ６をウェブ板２４の長手方向に移動させつつ溶接ワイヤ７の先端からアークを発生させる。これにより、上述した第１の実施の形態と同様に、フランジ板２２とウェブ板２４との間に、裏波ビード、１層目の溶接ビード、２層目の溶接ビードからなる溶接ビード２８を形成することができる。

これにより、一方のウェブ板２４の表面２４Ｂ側から片面溶接を行うだけで、ウェブ板２４の開先２４Ａとフランジ板２２との間に山形状の溶接ビード２８を形成し、フランジ板２２にウェブ板２４を強固に接合することができる。

そして、フランジ板２２に一方のウェブ板２４を接合した後には、例えば図１３に示すように、フランジ板２２を水平方向に１８０度回転させる。そして、フランジ板２２の上面側に他方のウェブ板２５をＴ字型に組付ける。この場合、他方のウェブ板２５は、一方のウェブ板２４と同様に、その上端側と下端側とにレ形開先２５Ａ（以下、開先２５Ａという）が形成されている。

次に、フランジ板２２のうち左，右方向の他側に片寄せた位置に、スペーサ２６を介して他方のウェブ板２５をＴ字型に組付ける。これにより、フランジ板２２とウェブ板２５の開先２５Ａとの間に、その全長に亘ってギャップ２７を形成する。この状態で、溶接トーチ６を用いてウェブ板２５の表面２５Ｂ側から片面溶接を行い、ウェブ板２５とフランジ板２２との間に山形状の溶接ビード２９を形成することができる。

次に、一方のフランジ板２２に左，右のウェブ板２４，２５を接合した後には、図１４に示すように、他方のフランジ板２３を用意する。そして、フランジ板２２に接合された左，右のウェブ板２４，２５の開先２４Ａ，２５Ａを、それぞれスペーサ２６を介して他方のフランジ板２３上に組付け、フランジ板２３とウェブ板２４の開先２４Ａとの間、フランジ板２３とウェブ板２５の開先２５Ａとの間に、それぞれ全長に亘ってギャップ２７を形成する。

この状態で、一方のウェブ板２４の表面２４Ｂ側から溶接トーチ６を用いて片面溶接を行う。これにより、図１１に示すように、ウェブ板２４とフランジ板２３との間に、ウェブ板２４の表面２４Ｂ側から裏面側に亘って山形状の溶接ビード３０を形成することができる。

次に、図１５に示すように、他方のウェブ板２５の表面２５Ｂ側から溶接トーチ６を用いて片面溶接を行う。これにより、図１１に示すように、ウェブ板２５とフランジ板２３との間に、ウェブ板２５の表面２５Ｂ側から裏面側に亘って山形状の溶接ビード３１を形成することができる。

かくして、本発明に係るＴ型継手の溶接方法によれば、図１４に示すように、一方のフランジ板２２に接合されたウェブ板２４，２５を、他方のフランジ板２３上に四角形の枠状に組付けた状態で、ウェブ板２４の表面２４Ｂ側から片面溶接を行うことにより、フランジ板２３とウェブ板２４との間に滑らかな山形状をなす溶接ビード３０を形成することができる（図１１参照）。また、図１５に示すように、他方のフランジ板２３上に組付けたウェブ板２５の表面２５Ｂ側から片面溶接を行うことにより、フランジ板２３とウェブ板２５との間に滑らかな山形状をなす溶接ビード３１を形成することができる（図１１参照）。

このように、本発明に係るＴ型継手の溶接方法によれば、上，下のフランジ板２２，２３と左，右のウェブ板２４，２５とによって閉断面構造をなす中空構造体２１を形成する場合に、当該中空構造体２１の内側からの溶接作業を行う必要がない。即ち、中空構造体２１の外側（ウェブ板２４，２５の表面２４Ｂ，２５Ｂ側）から片面溶接を行うだけで、フランジ板２２，２３とウェブ板２４，２５との接合部に滑らかな山形状をなす溶接ビード２８，２９，３０，３１を形成することができる。

この結果、中空構造体２１を形成するために、上，下のフランジ板２２，２３と左，右のウェブ板２４，２５とを互いに溶接するときの作業性を高めることができる。従って、中空構造体２１の製造コストの低減にも寄与することができる。

しかも、例えばフランジ板２２とウェブ板２４とを溶接するために中空構造体２１の内側からすみ肉溶接を施す必要がない。従って、フランジ板２２等に溶接作業用の作業孔を設ける必要もなくなる。この結果、作業孔を設けることによる中空構造体２１の強度低下を抑えることができ、中空構造体２１の信頼性を高めることができる。

なお、上述した実施の形態では、下板１と立板２の開先３との溶接部に向けてアークを発生する溶接電極（消耗電極）として、溶接ワイヤ７を用いた場合を例示している。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば棒状の溶加材を溶接電極として用いてもよい。

本発明の第１の実施の形態によるＴ型継手の溶接方法に用いられる下板、立板、溶接ワイヤ等を示す斜視図である。板材組付け工程を図１中の矢示II−II方向からみた断面図である。第１の溶接工程を示す図２と同様位置の断面図である。第２の溶接工程を示す図２と同様位置の断面図である。第３の溶接工程を示す図２と同様位置の断面図である。第２の実施の形態によるＴ型継手の溶接方法に用いられる下板、立板、溶接ワイヤ等を示す斜視図である。板材組付け工程を図６中の矢示VII−VII方向からみた断面図である。第１の溶接工程を示す図７と同様位置の断面図である。第２の溶接工程を示す図７と同様位置の断面図である。第３の溶接工程を示す図７と同様位置の断面図である。本発明に係るＴ型継手の溶接方法を用いて形成した中空構造体を示す断面図である。一方のフランジ板に一方のウェブ板を溶接する状態を示す斜視図である。一方のフランジ板に他方のウェブ板を溶接する状態を示す斜視図である。他方のフランジ板に一方のウェブ板を溶接する状態を示す斜視図である。他方のフランジ板に他方のウェブ板を溶接する状態を示す斜視図である。

符号の説明

１下板
１Ａ上面
２，１１立板
３開先
３Ａ先端部
３Ｂ，１１Ａ表面
３Ｃ，１１Ｂ裏面
５，１３，２７ギャップ
６溶接トーチ
７溶接ワイヤ（溶接電極、消耗電極）
８，１４裏波ビード
９，１５１層目の溶接ビード
１０，１６２層目の溶接ビード
１１Ｃ平坦面
２２，２３フランジ板（下板）
２４，２５ウェブ板（立板）
２８，２９，３０，３１溶接ビード

Claims

Ｔ字型に配置した下板と立板とを溶接してなるＴ型継手の溶接方法において、
前記立板の下端部と前記下板の上面との間にギャップを形成した状態で前記下板上に前記立板をＴ字型に組付ける板材組付け工程と、
前記板材組付け工程で前記下板と前記立板とをＴ字型に組付けた状態で、前記立板の表面側に配置した溶接電極からアークを発生させ、前記ギャップを通じて前記立板の裏面と前記下板との間に裏波ビードを形成するにあたり、前記立板と裏波ビードとの間にギャップを残しつつ前記下板に裏波ビードを形成する第１の溶接工程と、
前記第１の溶接工程の後に、前記立板の表面側に配置した前記溶接電極からアークを発生させ、前記下板と前記立板の下端部と前記裏波ビードとを溶融させて溶接ビードを形成し、前記下板と前記立板の下端部とを接合する第２の溶接工程とからなるＴ型継手の溶接方法。
Ｔ字型に配置した下板と立板とを溶接してなるＴ型継手の溶接方法において、
前記立板の下端部と前記下板の上面との間にギャップを形成した状態で前記下板上に前記立板をＴ字型に組付ける板材組付け工程と、
前記板材組付け工程で前記下板と前記立板とをＴ字型に組付けた状態で、前記立板の表面側に配置した溶接電極からアークを発生させ、前記ギャップを通じて前記立板の裏面と前記下板との間に裏波ビードを形成するにあたり、前記立板と裏波ビードとの間にギャップを残しつつ前記下板に裏波ビードを形成する第１の溶接工程と、
前記第１の溶接工程の後に、前記立板の表面側に配置した前記溶接電極からアークを発生させ、前記下板と前記立板の下端部と前記裏波ビードとを溶融させて１層目の溶接ビードを形成し、前記下板と前記立板の下端部とを接合する第２の溶接工程と、
前記第２の溶接工程の後に、前記１層目の溶接ビードに加えて２層目の溶接ビードを形成する第３の溶接工程とからなるＴ型継手の溶接方法。
前記溶接電極として消耗電極を用い、前記ギャップは該消耗電極の外径寸法よりも大きく設定してなる請求項１または２に記載のＴ型継手の溶接方法。
前記立板の下端部には開先を設け、前記第１の溶接工程において、前記溶接電極は、前記開先の先端部から垂下する仮想線と前記下板との交点の位置の近傍にアークを発生させる構成としてなる請求項１，２または３に記載のＴ型継手の溶接方法。
前記立板の下端部は平坦な底面を有する平坦面とし、前記第１の溶接工程において、前記溶接電極は、前記平坦面を前記下板と対面させた状態で前記立板の裏面から垂下する仮想線と前記下板との交点の位置の近傍にアークを発生させる構成としてなる請求項１，２または３に記載のＴ型継手の溶接方法。
前記第２の溶接工程において、前記溶接電極は、前記第１の溶接工程によるアークの発生方向と同じ方向にアークを発生させる構成としてなる請求項１，２，３，４または５に記載のＴ型継手の溶接方法。
前記アークを覆うシールドガスとしてアルゴンガスを含む混合ガスを用いる構成としてなる請求項１，２，３，４，５または６に記載のＴ型継手の溶接方法。