JP5825997B2 - エレクトロスラグ溶接の補修溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、エレクトロスラグ溶接を行った後の溶接欠陥部を補修する補修溶接方法に関するものである。

エレクトロスラグ溶接は、立向姿勢の高能率溶接法として、厚板の突合せ溶接などに使われている。
図３（ａ）は２枚の厚板の母材をエレクトロスラグ溶接で接合している状況の概要を示している。垂直な姿勢で保持された２枚の母材１、２の突き合わせ端間には上下方向に延びる開先３が確保されており、その開先３に沿って、スタートタブＴａが配置された下端からエンドタブＴｂが配置された上端に至るまで、矢印Ｙで示すようにエレクトロスラグ溶接を実施することで、２枚の母材１、２を接合している。符号４で示すのは溶接ビードである。

ここで、エレクトロスラグ溶接とは、図３（ｂ）に示すように、溶接ビードで接合される立向溶接継手Ａを鋼当て金または水冷銅当て金Ｂで囲み、溶接の開始時にあらかじめ散布された溶接フラックス中で、ワイヤＷと母材１，２間にアークを発生させて溶融スラグＳを形成する。溶融スラグＳを形成した後は、アークが消滅し、主に溶融スラグＳ中を流れる電気抵抗熱を利用して溶接ワイヤＷおよび母材１，２を溶かして溶接金属を盛り上げて行なう溶接法である。
なお、図３（ｂ）において、Ｐは溶接電源、Ｗｇはワイヤガイド、Ｃは冷却水通路をそれぞれ示す。

ところで、このようにエレクトロスラグ溶接を実施している際に、途中〔例えば、図３（ａ）のＰで示す箇所〕で一旦溶接を中断すると、その箇所に図３（ｃ）に示すような大きな溶融池跡（クレータ）５ができ、そこから再度溶接を開始した際に、図３（ｄ）に示すように再スタートした箇所７の近傍に大きな融合不良欠陥部６が発生することが知られている。

このような融合不良箇所は、一般に、エアーアークガウジングなどではつり取った後に、被覆アーク溶接や他のアーク溶接法で補修している。しかし、炭素を約０．３％以上含有する中高炭素鋼などを溶接した場合には、予熱・後熱処理を十分に行っても、補修溶接時やその後に割れが生じやすくなり、補修が容易でないという問題がある。

特許文献１には、消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接法で２５〜５０ｍｍの厚板材を突き合わせ溶接する方法が提案されているが、立向姿勢で溶接するものであり、補修溶接の難点を解決するものではない。

特開平７−１７８５７５号公報

上記のように、従来の補修溶接の方法は、予熱・後熱処理を十分に行っても、補修が容易でない上に割れが生じやすくなる等の問題があり、改善が望まれていた。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、容易に補修溶接を行うことができると共に、補修溶接部分の品質向上を図ることのできるエレクトロスラグ溶接の補修溶接方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明は、母材間の上下方向に延びる開先に沿って立向姿勢でエレクトロスラグ溶接する本溶接工程を実施した後、本溶接工程の途中で発生した溶接欠陥部を補修溶接するエレクトロスラグ溶接の補修溶接方法において、本溶接工程後に溶接欠陥部の存在する箇所に母材の厚み方向の貫通孔を開けることによって溶接欠陥部の存在する部分をくり抜く欠陥部くり抜き工程と、欠陥部くり抜き工程の実施前あるいは実施後に立向姿勢の母材を横に寝かせて本溶接工程による溶接ビードの延在する方向が水平方向となり貫通孔の貫通方向が上下方向となるよう母材の姿勢を変換する母材姿勢変換工程と、欠陥部くり抜き工程及び母材姿勢変換工程を実施して母材を横に寝かせることで上下方向を向いた貫通孔に対して立向姿勢でエレクトロスラグ溶接する補修溶接工程と、を備えることを特徴とする。
これにより、補修溶接をアーク溶接等を採用する場合と違って容易に行うことができる。また、補修部も本溶接部と同じ機械的強度・性能にすることができる。例えば、母材が中高炭素鋼の場合、溶接欠陥部の補修溶接を、被覆アーク溶接、炭酸ガスアーク溶接、サブマージアーク溶接などのアーク溶接法で行った際に、予熱と直後熱処理が必須となるが、エレクトロスラグ溶接で補修を行った場合、予熱と後熱処理が不要となり、かつ、中高炭素鋼の溶接で特有の溶接割れが発生しない利点が得られる。

また、請求項２に係る発明では、母材姿勢変換工程において、本溶接工程後の母材を略９０°回転させる（９０°を含む）ことで横に寝かせることを特徴とする。これにより、垂直な姿勢の貫通孔に対して安定したエレクトロスラグ溶接を実施することができる。

また、請求項３に係る発明では、補修溶接工程において、本溶接工程による溶接ビードと補修溶接工程による溶接ビードとが均質となるようにエレクトロスラグ溶接を実施することを特徴とする。これにより、本溶接部と補修部の品質を揃えることができ、同等の機械的強度・性能を発揮できるようにすることが可能となる。

また、請求項４に係る発明では、貫通孔として円筒孔を開けることを特徴とする。これにより、貫通孔をドリル等を用いて簡単に開けることができるようになる。

また、請求項５に係る発明では、貫通孔の大きさを、本溶接工程による溶接ビードの幅よりも大きく設定することを特徴とする。これにより、溶接欠陥部を１つの貫通孔を開けるだけでくり抜くことができる。

また、請求項６に係る発明では、欠陥部くり抜き工程において、貫通孔を複数開けることによって溶接欠陥部の存在する部分をくり抜くことを特徴とする。これにより、１個の貫通孔ではくり抜くことができない場合でも、確実に溶接欠陥部をくり抜くことができるようになる。

また、請求項７に係る発明では、補修溶接工程において、貫通孔の下方の母材の下面に該貫通孔に連通する縦孔を有したスタートタブを配置すると共に、貫通孔の上方の母材の上面に貫通孔に連通する縦孔を有したエンドタブを配置した上で、スタートタブの縦孔から貫通孔を経てエンドタブの縦孔まで連続してエレクトロスラグ溶接し、その後、スタートタブおよびエンドタブを切除することを特徴とする。これにより、エレクトロスラグ溶接の始まりと終わりの部分を母材の補修部に残すことがなくなり、本溶接部と補修部の均質化を図ることができる。

また、請求項８に係る発明では、前記欠陥部くり抜き工程において、前記母材姿勢変換工程の後に、前記母材の下側にスタートタブを配置すると共に前記母材の上側にエンドタブを配置し、それらスタートタブ及びエンドタブと一体的に、前記母材における前記溶接欠陥部の存在する部分をくり抜き、その後の前記補修溶接工程で、前記スタートタブの縦孔から前記母材の貫通孔を経て前記エンドタブの縦孔まで連続してエレクトロスラグ溶接することを特徴とする。これにより、スタートタブやエンドタブの縦孔と母材の貫通孔とがずれるといった状況を回避することができ、その後のエレクトロスラグ溶接の作業を容易になる。

また、請求項９に係る発明では、スタートタブとエンドタブを母材と同一の材料で構成したことを特徴とする。これにより、本溶接部と補修部の均質化を図ることができる。

請求項１に係る発明によれば、補修溶接をアーク溶接等と違って容易に行うことができると共に、補修部も本溶接部と同じ機械的強度・性能にすることができる。

請求項２に係る発明によれば、垂直な姿勢の貫通孔に対して安定したエレクトロスラグ溶接を実施することができる。

請求項３に係る発明によれば、本溶接部と補修部の品質を揃えることができ、同等の機械的強度・性能を発揮できるようなる。

請求項４に係る発明によれば、貫通孔をドリル等を用いて簡単に開けることができる。

請求項５に係る発明によれば、溶接欠陥部を１つの貫通孔を開けるだけでくり抜くことができ、エレクトロスラグ溶接により補修溶接することができる。

請求項６に係る発明によれば、１個の貫通孔ではくり抜くことができない溶接欠陥部がある場合でも、確実に溶接欠陥部をくり抜くことができ、エレクトロスラグ溶接により補修溶接することができる。

請求項７に係る発明によれば、補修溶接工程におけるエレクトロスラグ溶接の始まりと終わりの部分を母材の補修部に残すことがなくなり、本溶接部と補修部の均質化を図ることができる。

請求項８に係る発明によれば、スタートタブやエンドタブの縦孔と母材の貫通孔とがずれるといった状況を回避することができ、その後のエレクトロスラグ溶接の作業を容易にすることができる。

請求項９に係る発明によれば、本溶接部と補修部の均質化を図ることができる。

本発明の実施形態の説明図で、（ａ）はエレクトロスラグ溶接による本溶接工程の実施状況を示す斜視図、（ｂ）は本溶接工程の途中で溶接を中断し溶接を再開した際に発生する融合不良（溶接欠陥）を貫通孔を開けてくり抜く工程の説明図、（ｃ）は母材を寝かせた上で上下方向を向いた貫通孔に補修溶接工程でエレクトロスラグ溶接を実施している状況の説明図である。 補修溶接工程において、母材の下面と上面にスタートタブとエンドタブを配置した上でエレクトロスラグ溶接を実施している状況の説明図である。 従来のエレクトロスラグ溶接の問題点の説明図で、（ａ）はエレクトロスラグ溶接を実施している状況を示す斜視図、（ｂ）はエレクトロスラグ溶接を実施している状況の詳細を示す斜視図、（ｃ）はエレクトロスラグ溶接を実施している途中で溶接を中断した際に溶接ビード部分にクレータが発生することを示す拡大図、（ｄ）は溶接の中断後に溶接を再開した部分に融合不良（溶接欠陥）が発生することを示す拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は実施形態の補修方法の説明図で、（ａ）はエレクトロスラグ溶接による本溶接工程の実施状況を示す斜視図、（ｂ）は本溶接工程の途中で溶接を中断し溶接を再開した際に発生する融合不良（溶接欠陥）を貫通孔を開けてくり抜く工程の説明図、（ｃ）は母材を寝かせた上で上下方向を向いた貫通孔に補修溶接工程でエレクトロスラグ溶接を実施している状況の説明図である。

この補修溶接方法は、図１（ａ）に示すように、垂直に立った姿勢の母材１、２間の、スタートタブＴａが配置された下端からエンドタブＴｂが配置された上端に至るまで、矢印Ｙで示すようにエレクトロスラグ溶接を実施することで、２枚の母上下方向に延びる開先３に沿って、矢印Ｙ方向に立向姿勢でエレクトロスラグ溶接する本溶接工程を実施した後に、（ｂ）に示すように、本溶接工程の途中で発生した溶接欠陥部（融合不良欠陥部）６を補修溶接する方法であり、まず、本溶接工程終了後の母材１、２を９０°回転させて横に寝かせる。そして、（ｃ）に示すように、本溶接工程による溶接ビード４の延在する方向が水平方向となるように母材１、２の姿勢を変換する（母材姿勢変換工程）。

次に、（ｂ）に示すように、本溶接工程の途中〔例えば、図３（ａ）のＰの位置〕で発生した溶接欠陥部６の存在する箇所に、母材１、２の厚み方向の貫通孔１０を開けることによって、溶接欠陥部６の存在する部分をくり抜く（欠陥部くり抜き工程）。貫通孔１０は、ドリル等により円筒孔として形成する。貫通孔１０の大きさは、本溶接工程による溶接ビード４の幅よりも大きく設定する。溶接ビード４の幅が大きい場合は、貫通孔１０を複数開けることによって溶接欠陥部６の存在する部分をくり抜く。貫通孔１０の断面形状は円形以外であっても構わない。なお、このくり抜き工程は、母材姿勢変換工程の前に実施することもできる。

この状態で、貫通孔１０は上下方向を向いており、次に、その貫通孔に対して立向姿勢で矢印Ｙ方向にエレクトロスラグ溶接を実施する（補修溶接工程）。この補修工程では、本溶接工程による溶接ビード４と補修溶接工程による溶接ビードとが均質となるようにエレクトロスラグ溶接を行う。

この修溶接工程を実施する際には、図２に示すように、貫通孔１０の下方の母材１、２の下面に貫通孔１０に連通する縦孔１６を有したスタートタブ１５を配置すると共に、貫通孔１０の上方の母材１、２の上面に貫通孔１０に連通する縦孔１９を有したエンドタブ１８を配置した上で、スタートタブの縦孔１６から貫通孔１０を経てエンドタブ１８の縦孔１９まで連続して矢印Ｙ方向にエレクトロスラグ溶接し、その後、スタートタブ１５およびエンドタブ１８を切除する。なお、スタートタブ１５の縦孔１６の下端は底板１７で塞ぐ。

また、スタートタブ１５とエンドタブ１８は、母材１、２と同一の材料で構成するのが望ましい。例えば、母材１、２が、炭素量０．３％以上の中高炭素鋼である場合は、スタートタブ１５とエンドタブ１８も炭素量０．３％以上の中高炭素鋼で構成する。それ以外には、水冷銅ブロックや耐火性セラミックブロックなどを用いてもよい。

なお、スタートタブ１５とエンドタブ１８を母材１，２の上側及び下側にそれぞれ配置する際に、予め母材に貫通孔１０に形成することなくしかもスタートタブ１５とエンドタブ１８にも縦孔１６、１９を形成することなく、それらスタートタブ１５及びエンドタブ１８を母材１，２に重ね合わせた状態で、それら重ね合わせたスタートタブ１５及びエンドタブ１８と一体的に母材１，２における溶接欠陥部の存在する部分をくり抜いて、貫通孔１０および縦孔１６、１９を形成してもよい。

このように補修することにより、補修溶接をアーク溶接等と違って容易に行うことができると共に、補修部も本溶接部と同じ機械的強度・性能にすることができる。例えば、母材が中高炭素鋼の場合、溶接欠陥部の補修溶接を、被覆アーク溶接、炭酸ガスアーク溶接、サブマージアーク溶接などのアーク溶接法で行った際に、予熱と直後熱処理が必須となるが、エレクトロスラグ溶接で補修を行った場合、予熱と後熱処理が不要となり、かつ、中高炭素鋼の溶接で特有の溶接割れが発生しない利点が得られる。

また、本溶接工程後の母材１、２を略９０°回転させる（９０°を含む）ことで横に寝かせるので、垂直な姿勢の貫通孔１０に対して安定したエレクトロスラグ溶接を実施することができる。

また、補修溶接工程において、本溶接工程による溶接ビード４と補修溶接工程による溶接ビードとが均質となるようにエレクトロスラグ溶接を実施することにより、本溶接部と補修部の品質を揃えることができ、同等の機械的強度・性能を発揮できるようにすることが可能となる。

また、貫通孔１０を円筒孔にすることにより、貫通孔１０をドリル等を用いて簡単に開けることができる。

また、貫通孔１０の大きさを、本溶接工程による溶接ビード４の幅よりも大きく設定することにより、溶接欠陥部６を１つの貫通孔１０を開けるだけでくり抜くことができる。

また、貫通孔１０を複数開けることによって溶接欠陥部６の存在する部分をくり抜くことにより、１個の貫通孔１０ではくり抜くことができない場合でも、確実に溶接欠陥部６をくり抜くことができるようになる。

また、補修溶接工程において、スタートタブ１５とエンドタブ１８を用いることにより、エレクトロスラグ溶接の始まりと終わりの部分を母材１、２の補修部に残すことがなくなり、本溶接部と補修部の均質化を図ることができる。

また、スタートタブ１５とエンドタブ１８を母材１、２と同一の材料で構成することにより、本溶接部と補修部の均質化を図ることができる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。

１，２ 母材
３ 開先
４ 溶接ビード
６ 溶接欠陥部
１０ 貫通孔
１５ スタートタブ
１６ 縦孔
１８ エンドタブ
１９ 縦孔

Claims (9)

1. 母材間の上下方向に延びる開先に沿って立向姿勢でエレクトロスラグ溶接する本溶接工程を実施した後、該本溶接工程の途中で発生した溶接欠陥部を補修溶接するエレクトロスラグ溶接の補修溶接方法において、
   前記本溶接工程後に前記溶接欠陥部の存在する箇所に前記母材の厚み方向の貫通孔を開けることによって該溶接欠陥部の存在する部分をくり抜く欠陥部くり抜き工程と、
   該欠陥部くり抜き工程の実施前あるいは実施後に立向姿勢の前記母材を横に寝かせて前記本溶接工程による溶接ビードの延在する方向が水平方向となり前記貫通孔の貫通方向が上下方向となるよう前記母材の姿勢を変換する母材姿勢変換工程と、
   前記欠陥部くり抜き工程及び前記母材姿勢変換工程を実施して前記母材を横に寝かせることで上下方向を向いた前記貫通孔に対して立向姿勢でエレクトロスラグ溶接する補修溶接工程と、
   を備えることを特徴とするエレクトロスラグ溶接の補修溶接方法。
2. 前記母材姿勢変換工程では、前記本溶接工程後の前記母材を略９０°回転させることで横に寝かせることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロスラグ溶接の補修溶接方法。
3. 前記補修溶接工程では、前記本溶接工程による溶接ビードと前記補修溶接工程による溶接ビードとが均質となるようにエレクトロスラグ溶接を実施することを特徴とする請求項１または２に記載のエレクトロスラグ溶接の補修溶接方法。
4. 前記貫通孔として円筒孔を開けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエレクトロスラグ溶接の補修溶接方法。
5. 前記貫通孔の大きさを、前記本溶接工程による溶接ビードの幅よりも大きく設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエレクトロスラグ溶接の補修溶接方法。
6. 前記欠陥部くり抜き工程では、前記貫通孔を複数開けることによって前記溶接欠陥部の存在する部分をくり抜くことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエレクトロスラグ溶接の補修溶接方法。
7. 前記補修溶接工程では、前記貫通孔の下方の前記母材の下面に該貫通孔に連通する縦孔を有したスタートタブを配置すると共に、前記貫通孔の上方の前記母材の上面に該貫通孔に連通する縦孔を有したエンドタブを配置した上で、前記スタートタブの縦孔から前記貫通孔を経て前記エンドタブの縦孔まで連続してエレクトロスラグ溶接し、その後、スタートタブおよびエンドタブを切除することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のエレクトロスラグ溶接の補修溶接方法。
8. 前記欠陥部くり抜き工程では、前記母材姿勢変換工程の後に、前記母材の下側にスタートタブを配置すると共に前記母材の上側にエンドタブを配置し、それらスタートタブ及びエンドタブと一体的に、前記母材における前記溶接欠陥部の存在する部分をくり抜き、 その後の前記補修溶接工程で、前記スタートタブの縦孔から前記母材の貫通孔を経て前記エンドタブの縦孔まで連続してエレクトロスラグ溶接することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のエレクトロスラグ溶接の補修溶接方法。
9. 前記スタートタブとエンドタブを前記母材と同一の材料で構成したことを特徴とする請求項７または８に記載のエレクトロスラグ溶接の補修溶接方法。

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