JP5407629B2 - 嵌込み溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は厚板に円板、或は円柱体を嵌込み溶接する場合の嵌込み溶接方法に関するものである。

厚板に円板、円柱体を溶接する方法の１つに、被溶接体である厚板に円孔を穿設し、該円孔に溶接物を嵌込み、溶接物の全周を多層溶接する嵌込み溶接方法がある。

図４に於いて、従来の嵌込み溶接方法について説明する。

図４（Ａ）中、１は被溶接体、２は溶接物を示し、図示では前記被溶接体１は厚板材、前記溶接物２は円柱体を示している。

図４（Ｂ）に示される様に、前記被溶接体１には前記溶接物２の嵌込み用の円孔３が穿設されている。該円孔３の内周面４が下端部（ルート部）を残して切削され、又前記内周面４の下端には凸段差部５が中心に向って突出形成されている。

前記溶接物２の外周面６が下端部（ルート部）を残して切削され、又該外周面６の下端には該外周面６より後退する様形成された凹段差部７が形成されている。

前記溶接物２を前記被溶接体１に嵌込んだ状態では、前記溶接物２との間には開先８が形成され、前記凸段差部５と前記凹段差部７の嵌合により、前記溶接物２が前記凸段差部５に載置された状態となり、前記溶接物２の上下方向の位置が決定される。

又、前記溶接物２を前記円孔３に嵌込む為に、前記内周面４の内径Ｄ1 は前記溶接物２の外径Ｄ2 より大きくなっており、図４（Ｂ）に示される様に、ルートギャップＧが発生する。

ルートギャップＧが存在する状態で全周溶接した場合、溶接部位の移動により、溶接済みの溶融金属が凝固し、凝固時の熱収縮により、前記溶接物２が径方向に引寄せられ、反対側の未溶接部のルートギャップＧが更に拡大する。或は、前記溶接物２が傾き、前記開先８の底面に段差が生じてしまう。ルートギャップＧが大きくなりすぎると、開先断面積が全周で一定でなくなる。或は開先底面に段差が生じると、ルート割れの要因となる等溶接品質に悪影響を及す。

更に、前記溶接物２が軸等の長尺物であり、前記凸段差部５の内周面と前記凹段差部７外周面が突当った状態で、溶接部の熱収縮が起ると、前記溶接物２の軸心が傾斜するという問題がある。

この為、前記被溶接体１と前記溶接物２間をクランプ治具により拘束し、前記溶接物２の移動を機械的に拘束する。或は、複数箇所を、仮溶接して変位の発生を抑止し、或は全周を複数に分割して溶接の熱収縮を相殺する様に溶接を行う等方法が用いられている。

然し乍ら、前者では、大掛りなクランプ治具を必要とし、クランプ治具を設置する空間を必要とする等、作業性が悪い、又実施するには制限があるという問題があった。

更に、後者では、溶接を複数回に分けて実施する必要があり、特に多層溶接を行う場合には作業性に問題があった。

特開昭６３−２６２６６号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、クランプ治具を用いることなく、又全周溶接による多層溶接を可能とした嵌込み溶接方法を提供し、作業性を向上すると共に溶接品質の向上を図るものである。

本発明は、被溶接体に孔を穿設し、該孔に溶接物を嵌入して全周溶接する嵌込み溶接方法に於いて、前記被溶接体と前記溶接物間に開先が形成され、前記溶接物は前記開先のルート部が締り嵌め状態となる様に前記孔に嵌入され、前記溶接物が前記孔に拘束された状態で前記開先を多層溶接する嵌込み溶接方法に係るものである。

又本発明は、前記溶接物側のルート部の外周面には凸部が形成され、前記被溶接体側のルート部の内周面には凹部が形成され、前記凸部と前記凹部が嵌合して前記溶接物の軸心方向の変位を拘束する嵌込み溶接方法に係るものである。

又本発明は、前記凸部は、前記溶接物側のルート部の外周面に形成された大径部であり、前記凹部は前記被溶接体側のルート部の内周面に形成され、前記大径部が嵌合する溝であり、又前記凸部は、前記溶接物側のルート部の外周面が下方に向って大径となるテーパであり、前記凹部は内周面が下方に向って大径となるテーパであり、前記外周面と前記内周面が契合する嵌込み溶接方法に係るものである。

又本発明は、前記溶接物側のルート部下端には凹段差部が形成され、前記被溶接体側のルート部には凸段差部が形成され、前記溶接物は前記凸段差部に載置され、両ルート部間には間隙が形成される嵌込み溶接方法に係るものである。

本発明によれば、被溶接体に孔を穿設し、該孔に溶接物を嵌入して全周溶接する嵌込み溶接方法に於いて、前記被溶接体と前記溶接物間に開先が形成され、前記溶接物は前記開先のルート部が締り嵌め状態となる様に前記孔に嵌入され、前記溶接物が前記孔に拘束された状態で前記開先を多層溶接するので、クランプ等の治具を用いることなく溶接部の熱収縮による溶接物の偏りをなくすことができ、効率よく全周溶接を行うことができる。

又本発明によれば、前記溶接物側のルート部の外周面には凸部が形成され、前記被溶接体側のルート部の内周面には凹部が形成され、前記凸部と前記凹部が嵌合して前記溶接物の軸心方向の変位を拘束するので、溶接物の傾き、浮き上がりが防止でき、高品質の溶接を可能とする。

又本発明によれば、前記凸部は、前記溶接物側のルート部の外周面に形成された大径部であり、前記凹部は前記被溶接体側のルート部の内周面に形成され、前記大径部が嵌合する溝であるので、又前記凸部は、前記溶接物側のルート部の外周面が下方に向って大径となるテーパであり、前記凹部は内周面が下方に向って大径となるテーパであり、前記外周面と前記内周面が契合するので、簡単な形状で低コストで、溶接物の上下方向の変位が抑制でき、溶接物の傾き、浮き上がりが防止でき、高品質の溶接を可能とする。

又本発明によれば、前記溶接物側のルート部下端には凹段差部が形成され、前記被溶接体側のルート部には凸段差部が形成され、前記溶接物は前記凸段差部に載置され、両ルート部間には間隙が形成されるので、溶接物の被溶接体への設置が容易になると共に前記凸段差部と前記凹段差部間に間隙が形成されることで、溶接物の傾き、浮き上がりが防止でき、高品質の溶接を可能とする等の優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例を示し、図１（Ａ）は本発明が実施される嵌込み溶接の概略説明図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ部詳細図であり、開先部を示す断面図である。 本発明の第２の実施例に係り、開先部を示す断面図である。 本発明の第３の実施例に係り、開先部を示す断面図である。 従来例を示し、図４（Ａ）は嵌込み溶接の概略説明図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ部詳細図であり、開先部を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１に於いて、本発明の第１の実施例を説明する。尚、図１中、図４中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

被溶接体１に円孔３が穿設され、該円孔３の内周面４は下端部（ルート部）が残置される様切削され、更に前記内周面４の下端に凸段差部５が突出形成される。

前記溶接物２の外周面６が下端部（ルート部）を残して切削され、又該外周面６の下端には該外周面６より後退する様形成された凹段差部７が形成される。

前記外周面６の外径Ｄ2 は前記円孔３の内径Ｄ1 より所定量大きく製作され、前記溶接物２を前記円孔３に嵌込む場合は、前記溶接物２を冷却するか、前記被溶接体１を加熱するか、或は該被溶接体１を加熱しつつ、前記溶接物２を冷却する。

該溶接物２の熱収縮、或は前記被溶接体１の熱膨張により、前記溶接物２の前記円孔３への挿入が可能となる。尚、（外径Ｄ2 −内径Ｄ1 ）＝ｐの値は０．２５ｍｍ程度が好ましい。

前記溶接物２を前記円孔３に嵌入し、前記溶接物２を前記凸段差部５に突当てた状態とする。嵌入後、前記被溶接体１、前記溶接物２が常温に復帰することで、ルート部が圧着する。即ち、前記内周面４と前記外周面６とは歪みを残置した状態で圧接し、前記溶接物２と前記円孔３とは締り嵌め（焼嵌め又は冷嵌め）となる。図１（Ｂ）中のＤは、自由状態の外周面６と締り嵌め状態の外周面６との差、即ち圧縮変形量を示している。又、この状態で、前記凸段差部５の内周面と前記凹段差部７の外周面との間には所要の間隙Ｃが形成される様にする。

次に、開先８の底面に対してアークを発生させ、前記被溶接体１、前記溶接物２を溶融すると共に溶融池に溶接金属を供給して溶接し、又前記溶接物２の全周に亘って連続溶接を行う。更に、前記開先８が完全に溶接金属で充填され所要の盛上がりが得られる様、多層溶接が行われる。

溶接が実行される際、前記溶接物２と前記円孔３との間には間隙がなく、前記溶接物２の径方向は前記円孔３に拘束されており、前記溶接物２の上下方向は、締り嵌めの嵌合力で拘束されている。従って、前記溶接物２は前記被溶接体１によって姿勢が保持されており、溶接部に熱収縮が生じた場合も、径方向に変位することはなく、溶接部の収縮により、溶接部の反対側が浮上がることもない。

図２は、本発明の第２の実施例を示している。図２中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

第２の実施例では、溶接部の熱収縮による、溶接部反対側の浮上がりを更に効果的に抑制する様にしたものである。

外周面６の外径Ｄ2 は円孔３の内径Ｄ1 より所定量大きく製作される。溶接物２の外周面６の下部に大径部６ａを形成し、前記外周面６を段付き形状とする。又、内周面４の下部に溝４ａを形成し、該溝４ａを前記大径部６ａと同幅とし、又凹み量を前記大径部６ａの突出量に等しく、或は略等しくし、前記大径部６ａが前記溝４ａに嵌合する様にする。

前記溶接物２を冷却するか、前記被溶接体１を加熱するか、或は該被溶接体１を加熱しつつ、前記溶接物２を冷却し、該溶接物２を前記円孔３に嵌入する。

凹段差部７の下面を凸段差部５の上面に突当て、常温に復帰させると、前記溶接物２と前記円孔３とは締り嵌めとなり、径方向の変位が拘束される。更に、前記大径部６ａが前記溝４ａに嵌合し、前記溶接物２は前記円孔３に対して軸心方向の変位が機械的に拘束される。而して、前記溶接物２は径方向、軸心方向共に変位が拘束される。

開先８を溶接金属で充填する様、全周連続溶接を実施した場合も、前記溶接物２は前記被溶接体１に対して径方向、軸心方向の変位が拘束されているので、溶接部の熱収縮による溶接物２の偏り、浮上がり、傾きは発生しない。

尚、第２の実施例に於いても（外径Ｄ2 −内径Ｄ1 ）＝ｐの値は０．２５ｍｍ程度が好ましい。

図３は、本発明の第３の実施例を示している。図３中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

第３の実施例では、前記内周面４を下方に向って径が拡大する凹テーパ面４ｂ（凹部）、前記外周面６を下方に向って径が拡大する凸テーパ面６ｂ（凸部）とし、溶接物２を円孔３に焼嵌め又は冷嵌めすることで、前記凹テーパ面４ｂと前記凸テーパ面６ｂが契合する構成とする。

前記溶接物２は凸段差部５に突当てられ、更に前記凹テーパ面４ｂと前記凸テーパ面６ｂとの契合により、前記溶接物２の上方（抜け方向）及び下方への変位が拘束される。即ち、前記溶接物２は前記被溶接体１に対して径方向、軸心方向の変位が拘束される。

尚、前記溝４ｂと前記大径部６ｂとの嵌合長をＨとするとテーパ角度α＝ｔａｎ^-1［（Ｄ3 −Ｄ1 ）／２Ｈ］は５．５度〜６度が好ましい。

従って、第３の実施例に於いても、前記溶接物２の偏り、浮上がり、傾きを発生させることなく、全周連続溶接が可能となる。

尚、第２、第３の実施例に於いて、前記被溶接体１、前記溶接物２が定盤等に載置されて溶接が行われ、前記定盤により、前記被溶接体１、前記溶接物２の上下位置関係が決定される場合は、前記凸段差部５、前記凹段差部７を形成することを省略してもよい。

１ 被溶接体
２ 溶接物
３ 円孔
４ 内周面
４ａ 溝
４ｂ 凹テーパ面
５ 凸段差部
６ 外周面
６ａ 大径部
６ｂ 凸テーパ面
７ 凹段差部
８ 開先

Claims (4)

1. 被溶接体に孔を穿設し、該孔に溶接物を嵌入して全周溶接する嵌込み溶接方法に於いて、前記被溶接体と前記溶接物間に開先が形成され、該開先の前記溶接物側のルート部の外周面には凹段差部が下端に形成され、該凹段差部の上方にルート部上端より大径の凸部が形成され、前記被溶接体側のルート部の内周面には前記溶接物を載置可能な凸段差部が下端に形成され、該凸段差部の上方に前記凸部が嵌合する凹部が形成され、前記溶接物は前記開先のルート部が締り嵌め状態となる様に前記孔に嵌入され、前記溶接物の軸心方向の変位が前記凸部と前記凹部の嵌合により拘束された状態で前記開先を多層溶接することを特徴とする嵌込み溶接方法。
2. 前記凸部は、前記溶接物側のルート部の外周面に形成された大径部であり、前記凹部は前記被溶接体側のルート部の内周面に形成され、前記大径部が嵌合する溝である請求項１の嵌込み溶接方法。
3. 前記凸部は、前記溶接物側のルート部の外周面が下方に向って大径となるテーパであり、前記凹部は内周面が下方に向って大径となるテーパであり、前記外周面と前記内周面が契合する請求項１の嵌込み溶接方法。
4. 前記凹段差部と前記凸段差部との間には間隙が形成される請求項１〜請求項３のいずれかの嵌込み溶接方法。

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