JP6016450B2

JP6016450B2 - 溶接方法および溶接装置

Info

Publication number: JP6016450B2
Application number: JP2012111289A
Authority: JP
Inventors: 崇介福岡
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2032-05-15
Also published as: JP2013237067A

Description

この発明は、２つのワークを突き合わせて溶接する溶接方法および溶接装置に関するものである。

従来、ステンレス製配管同士を裏波溶接により突合せ溶接を行う際、配管内に設置したシールドガス供給箱体の吹出口を突合せ溶接部に配置し、この吹出口から突合せ溶接部の内面側に直接シールドガスを吹き付けるようにしていた（例えば、特許文献１参照）。これにより、突合せ溶接部周辺の酸素や水分などの濃度を低下させて溶接焼けの原因となる酸化を防止すると共に、溶接時に発生したヒュームの付着を防止する。

特開平１０−２６３８１２号公報

ヒュームは、ワーク中の沸点が低い金属（例えば、ステンレス製配管に含まれるマンガンなど）が溶接時に金属蒸気となって空中に舞い、その後に冷却固化したものである。上記特許文献１では突合せ溶接部の内面側に直接シールドガスを吹き付けるようにしているため、吹き付け部周辺で金属蒸気の温度が下がり、配管状のワーク内面にヒュームとして付着する課題があった。ヒュームは一般的にはウェースで除去することになるが、ウェースではヒュームを一部しか除去できず、また配管内の作業になるため除去しにくく、品質管理の面で問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、シールドガスを供給して溶接焼けを防止しつつ、ヒューム付着も防止する溶接方法および溶接装置を提供することを目的とする。

この発明に係る溶接方法は、２つの筒状の金属のワークの端部同士を突き合わせた内部に耐熱性の管体を挿通し、当該突合せ部分の内側に管体が存在する状態にし、管体と両ワークとの隙間にシールドガスを導入するガス導入ステップと、隙間にシールドガスを導入しながら、突合せ部分を溶接する溶接ステップとを備え、ガス導入ステップでは、一方のワークの突合せ部分とは反対側の端部を塞ぐと共に、他方のワークの突合せ部分とは反対側の端部から一方のワーク内まで管体を挿通し、管体の端部から両ワークの内部にシールドガスを導入するものである。

この発明に係る溶接装置は、２つの筒状の金属のワークの端部同士を突き合わせた内部に挿通され、端部から当該両ワークの内部にシールドガスを導入する管体を備え、一方のワークの突合せ部分とは反対側の端部が塞がれると共に、他方のワークの突合せ部分とは反対側の端部から一方のワーク内まで管体が挿通され、管体が両ワークの突合せ部分の内側に存在する状態で、当該突合せ部分の溶接を行うものである。

この発明に係る溶接装置は、２つの筒状の金属のワークの端部同士を突き合わせた内部に貫通され、冷却材を流通する管体と、管体と両ワークとの隙間にシールドガスを導入するガス導入管体とを備え、管体が両ワークの突合せ部分の内側に存在する状態で、当該突合せ部分の溶接を行うものである。

この発明によれば、２つの筒状の金属のワークの突合せ部分の内側に管体を配置した状態でワーク内部にシールドガスを導入して突合せ溶接を行うようにしたので、ワーク内面の溶接焼けを防止しつつ、ヒュームを管体外面に付着させることによってワーク内面への付着を防止することのできる溶接方法および溶接装置を提供することができる。

この発明の実施の形態１に係る溶接装置の構成を示す断面図である。実施の形態１に係る溶接装置の溶接方法を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態２に係る溶接装置の構成を示す断面図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る溶接装置の構成を示す断面図である。この溶接装置は、円筒形状のワーク１と、同じ径の円筒形状のワーク２の端面同士を突き合わせた状態で、その突き合わせた部分（以下、突合せ部）３を突合せ溶接するための装置である。図１に示すように、溶接装置は、２個のクランプ４，５、溶接ヘッド６、ガス流通管体７、ガス導入管体８、圧力調整器９、圧力計１０、キャップ１１、ガス供給ノズル１２、アタッチメント１５から構成されている。

本実施の形態１では、金属の一例として、ステンレス製のワーク１，２を使用する。上述したように、ステンレスなどに主に含まれる、ニッケルなどと比べて沸点の低いマンガンなどの金属が溶接時に熱せられると、ヒュームの原因である金属蒸気となる。

クランプ４，５は、ワーク１，２の端面同士を突き合わせた状態で固定できる形状であれば、どのようなものであってもよい。例えばクランプ４に、ワーク１の外径と略同一の穴を形成し、この穴に挿入したワーク１の外周面を圧接することにより保持する。クランプ５も同様にしてワーク２を保持する。

溶接ヘッド６は、クランプ４，５により固定されたワーク１，２の突合せ部３に相対する電極６ａを有する。図示しないモータにより溶接ヘッド６がワーク１，２の径方向に回転移動しながら、電極６ａが突合せ部３を全周に渡って溶接する。

ワーク１，２の外周面側、かつ、溶接ヘッド６の近傍には、ガス供給ノズル１２が設置されている。突合せ溶接の際、流量調整器１３により一定流量に調整されたシールドガスを、ガス供給ノズル１２の吹出口から突合せ部３の外周面へ向かって吹き付ける。この溶接ヘッド６の近傍は半閉鎖空間であり、ガス供給ノズル１２から吹出したシールドガスは外部へ排出される。

ワーク１の、突合せ部３とは反対側の端面にはキャップ１１が取り付けられて、塞がれる。他方、ワーク２の、突合せ部３とは反対側の端面にはガス流通管体７が外挿されて、塞がれる。このガス流通管体７には排出流路７ａが分岐形成されており、この排出流路７ａには、圧力を測定するための圧力計１０と、圧力を調整するための圧力調整器９とが接続されている。

また、ガス流通管体７にはガス導入管体８が貫通され、ガス流通管体７の内部においてガス導入管体８の一方端部がワーク２に挿入され、突合せ部３を越えてワーク１まで挿通される。このガス導入管体８は、ステンレスなどの耐熱性部材で構成される。突合せ溶接の際、流量調整器１４により一定流量に調整されたシールドガスを、ガス導入管体８の一方端部からワーク１，２の内部へ導入する。このガス導入管体８の一方端部は、シールドガスが外部へ漏れないよう、アタッチメント１５で塞がれる。

なお、図１で明らかなように、ワーク１，２の内周面とガス導入管体８の外周面との間には隙間８ａを設け、この隙間８ａをシールドガスの流路にする。ワーク１の端部はキャップ１１で塞がれているので、ワーク１，２の内部に導入されたシールドガスは、ワーク２とガス導入管体８の隙間８ａを流れでて、ガス流通管体７へ入り、排出流路７ａから排出される。このとき、排出流路７ａに設置した圧力調整器９により、ワーク１，２の内部の圧力が一定になるよう調整する。また、隙間８ａを均等にして、シールドガスがワーク１，２内をスムーズに流れるようにすることが好ましい。さらに、隙間８ａを大きくすることで圧力損失を低減可能となる。

図２は、図１に示す溶接装置を用いた溶接方法を説明するフローチャートである。先ず、ワーク１，２を図１に示す状態に配置する（ステップＳＴ１）。続いて、ガス供給ノズル１２からシールドガスを供給して、突合せ部３の外周面側の空気をシールドガスで置換すると共に、ガス導入管体８からシールドガスを供給して、ワーク１，２の内部空気をシールドガスで置換する（ステップＳＴ２；ガス導入ステップ）。これにより、溶接焼けの原因となる酸化を防止することができる。また、排出流路７ａに設置した圧力調整器９により、ワーク１，２の内部圧力を一定に維持しながら（ステップＳＴ３；溶接ステップ）、溶接ヘッド６が突合せ部３を全周に渡って溶接する（ステップＳＴ４；溶接ステップ）。

突合せ溶接の際、突合せ部３が高温になると金属蒸気が発生するが、突合せ部３に比べてガス導入管体８の温度が低いので、ガス導入管体８の外周面で金属蒸気が冷却固化してヒュームＡとして付着する。ヒュームＡをガス導入管体８へ積極的に付着させることにより、ワーク１，２の内面へのヒューム付着を防止することができる。そのため、ワーク１，２内のヒューム除去作業および品質管理が不要となる。

また、突合せ部３の内面側に向かって直接シールドガスを吹き付けるのではなく、ガス導入管体８からワーク１，２の内部にシールドガスを導入して充満させることにより、突合せ部３の内部圧力を一定に維持しやすくなる。よって、内部圧力の変動を小さくすることができ、ビードの形状を安定させることができる。

また、突合せ溶接の際、突合せ部３におけるワーク１，２の隙間が徐々に溶接されて塞がれていくため、隙間が塞がれていくにつれ突合せ部３の内部圧力が高まる傾向があるが、ワーク１，２の内部にシールドガスを充満させて圧力調整を行うことにより、内部圧力を一定に維持しやすくなる。

以上より、実施の形態１によれば、溶接装置は、２つの筒状の金属のワーク１，２の端部同士を突き合わせた内部に挿通され、これらワーク１，２の内部にシールドガスを導入するガス導入管体８を備え、ガス導入管体８がワーク１，２の突合せ部３の内側に存在する状態で、ワーク１，２とガス導入管体８の隙間にシールドガスを導入しながら突合せ部３の溶接を行うように構成した。これにより、突合せ部３の内部にシールドガスを供給して溶接焼けを防止しつつ、ガス導入管体８の外面にヒュームＡを付着させることによって突合せ部３の内面へのヒューム付着を防止することができる。

また、実施の形態１によれば、溶接装置は、ワーク１の端部を塞ぐキャップ１１と、ワーク２の端部に挿入されて突合せ部３の内部にシールドガスを導入するガス導入管体８と、ワーク２のガス導入管体８が挿入された端部を被覆して、ワーク２とガス導入管体８の隙間８ａから流れ出るシールドガスの排出流路７ａを形成するガス流通管体７と、排出流路７ａに設置され、突合せ部３の内部圧力を略一定に維持する圧力調整器９とを備えるように構成した。これにより、シールドガスを供給して溶接焼けを防止しつつ、内部圧力の変動を小さくしてビードの形状を安定させることができる。

なお、上記実施の形態１では、筒状のワーク１，２を用いたため、いずれか一方のワーク（図１ではワーク１）の端部をキャップ１１で塞ぐ必要があったが、端部が最初から塞がれている有底筒状のワークを用いる場合にはキャップ１１は不要である。

また、上記実施の形態１では、圧力調整器９を用いて突合せ部３の内部圧力を略一定に維持するようにしたが、これはビードの形状を安定させる目的であって、ヒュームの付着防止のためではない。ヒューム付着を防止する目的の場合には、圧力調整器９を省略して突合せ部３の内部圧力を成り行きにしても構わない。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る溶接装置の構成を示す断面図である。なお、図３において図１と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
本実施の形態２に係る溶接装置は、図３に示すように、２個のクランプ４，５、溶接ヘッド６、ガス供給ノズル１２に加えて、新たに、ガス導入管体２０、冷却材流通管体２１を備えている。

ワーク２の、突合せ部３とは反対側の端部にはガス導入管体２０が外挿されて、塞がれる。このガス導入管体２０には供給流路２０ａが分岐形成されており、突合せ溶接の際、流量調整器２２により一定流量に調整されたシールドガスを、供給流路２０ａからガス導入管体２０、さらにはワーク１，２の内部へ供給する。

また、ガス導入管体２０には冷却材流通管体２１が貫通され、ガス導入管体２０の内部において冷却材流通管体２１の一方端部がワーク２とワーク１を挿通して外部へ貫通される。この冷却材流通管体２１は、ステンレスなどの耐熱性部材で構成される。突合せ溶接の際、図２においてステップＳＴ４の突合せ溶接を開始するより前に、冷却材流通管体２１への冷却材（例えば、水）の流通を開始し（冷却ステップ）、溶接中に冷却材流通管体２１の温度を低く保つ。
これにより、突合せ部３に比べて冷却材流通管体２１の温度が十分に低くなり、ヒュームＡをより積極的に冷却材流通管体２１の外周面に付着させることができる。そのため、ワーク１，２の内面へのヒューム付着の防止効果を高めることができる。

また、図３で明らかなように、ワーク１，２の内周面と冷却材流通管体２１の外周面との間には隙間２１ａを設け、この隙間２１ａをシールドガスの流路にする。突合せ溶接の際、流量調整器２２により一定流量に調整されたシールドガスを、供給流路２０ａからガス導入管体２０の内部へ導入する。ガス導入管体２０の内部へ導入されたシールドガスは、ワーク２と冷却材流通管体２１の隙間２１ａからワーク１，２の内部へ入り、ワーク１の端部から排出される。
これにより、突合せ部３の内部にシールドガスを供給して溶接焼けを防止することができる。

以上より、実施の形態２によれば、溶接装置は、２つの筒状の金属のワーク１，２の端部同士を突き合わせた内部に貫通され、冷却材を流通する冷却材流通管体２１と、冷却材流通管体２１とワーク１，２との隙間にシールドガスを導入するガス導入管体２０とを備え、冷却材流通管体２１がワーク１，２の突合せ部分の内側に存在する状態で、ワーク１，２と冷却材流通管体２１の隙間にシールドガスを導入しながら突合せ部３の溶接を行うように構成した。これにより、突合せ部３の内部にシールドガスを供給して溶接焼けを防止しつつ、冷却材流通管体２１の外面にヒュームＡを付着させることによって突合せ部３の内面へのヒューム付着を防止することができる。

なお、上記実施の形態２では、冷却材流通管体２１に冷却材を流通させるようにしたが、単に外気を連通させるだけでもよい。また、筒状の冷却材流通管体２１に代えて、棒（円柱）部材を使用してもよい。いずれの場合でも、ワーク１，２と冷却材流通管体２１とは別体であり、冷却材で冷却せずともワーク１，２に比べて温度が低く、ヒュームＡが付着しやすいためである。

また、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、上述した実施の形態の構成に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても本発明に含まれることは言うまでもない。

１，２ワーク
３突合せ部
４，５クランプ
６溶接ヘッド
６ａ電極
７ガス流通管体
７ａ排出流路
８ガス導入管体（管体）
８ａ，２１ａ隙間
９圧力調整器
１０圧力計
１１キャップ
１２ガス供給ノズル
１３，１４，２２流量調整器
１５アタッチメント
２０ガス導入管体
２０ａ供給流路
２１冷却材流通管体（管体）
Ａヒューム

Claims

２つの筒状の金属のワークの端部同士を突き合わせた内部に耐熱性の管体を挿通し、当該突合せ部分の内側に前記管体が存在する状態にし、前記管体と前記両ワークとの隙間にシールドガスを導入するガス導入ステップと、
前記隙間に前記シールドガスを導入しながら、前記突合せ部分を溶接する溶接ステップとを備え、
前記ガス導入ステップでは、一方の前記ワークの前記突合せ部分とは反対側の端部を塞ぐと共に、他方の前記ワークの前記突合せ部分とは反対側の端部から前記一方のワーク内まで前記管体を挿通し、前記管体の端部から前記両ワークの内部に前記シールドガスを導入することを特徴とする溶接方法。
前記溶接ステップでは、前記ガス導入ステップで導入を開始した前記シールドガスの、前記他方のワークと前記管体の隙間から流れ出る排出流路に設置された圧力調整器により、前記両ワークの内部圧力を略一定に維持しながら突合せ溶接を行うことを特徴とする請求項１記載の溶接方法。
２つの筒状の金属のワークの端部同士を突き合わせた内部に耐熱性の管体を挿通し、当該突合せ部分の内側に前記管体が存在する状態にし、前記管体と前記両ワークとの隙間にシールドガスを導入するガス導入ステップと、
前記隙間に前記シールドガスを導入しながら、前記突合せ部分を溶接する溶接ステップとを備え、
前記管体を前記両ワークの内部を貫通させた状態にして、当該管体の内部に冷却材を流通させる冷却ステップを備え、
前記溶接ステップでは、前記ガス導入ステップにより前記シールドガスを前記管体と前記両ワークとの隙間に導入しつつ、前記冷却ステップにより前記管体内部に前記冷却材を流通させながら突合せ溶接を行うことを特徴とする溶接方法。
２つの筒状の金属のワークの端部同士を突き合わせた内部に挿通され、端部から当該両ワークの内部にシールドガスを導入する管体を備え、
一方の前記ワークの前記突合せ部分とは反対側の端部が塞がれると共に、他方の前記ワークの前記突合せ部分とは反対側の端部から前記一方のワーク内まで前記管体が挿通され、前記管体が前記両ワークの突合せ部分の内側に存在する状態で、当該突合せ部分の溶接を行うことを特徴とする溶接装置。
２つの筒状の金属のワークの端部同士を突き合わせた内部に貫通され、冷却材を流通する管体と、
前記管体と前記両ワークとの隙間にシールドガスを導入するガス導入管体とを備え、
前記管体が前記両ワークの突合せ部分の内側に存在する状態で、当該突合せ部分の溶接を行うことを特徴とする溶接装置。