JP6077889B2 - 溶接用インサート材 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク同士を溶接する際に使用される溶接用インサート材に関する。

従来から、例えば配管同士を突合せ溶接する際には、配管の内側の裏ビードを容易に形成するために、リング状の溶接用インサート材が使用されている。この溶接用インサート材は、例えば開先加工が施されたワークのルート部間に配置され、当該インサート材に向かってタングステン電極からアークが生成されることによって溶融し、ワークのルート部と融合する。

溶接用インサート材としては、フラットな座金状のものあるし、断面形状が略Ｔ字状のものもある（例えば、特許文献１参照）。Ｔ字型の溶接用インサート材は、ワーク同士の間に挟まれるプレート部と、双方のワークの裏面（ワークが配管の場合は内周面）に宛がわれる半円状の裏当部を有している。

特開平８−１９８３１号公報

溶接用インサート材を用いた配管同士の突合せ溶接は、通常は配管同士を横並びにして（すなわち、溶接方向が縦向きで）行われる。しかし、建設現場などでは、配管同士を縦並びにして（すなわち、溶接方向が横向きで）突合せ溶接しなければならない場合もある。本発明の発明者らが実験を行った結果、上下に離間するワーク同士の間にＴ字型の溶接用インサート材を配置して溶接すると、多くの場合は完全溶け込み溶接が実現できず、溶接欠陥が生じることが分かった。

そこで、本発明は、縦並びのワーク同士を溶接するときの溶接欠陥を抑制することができる溶接用インサート材を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の発明者は、鋭意研究の結果、Ｔ字型の溶接用インサート材を用いたときに溶接欠陥が生じるのは、Ｔ字型の溶接用インサート材の断面形状が（上下）対称であることに起因することを突き止めた。それ故に、Ｔ字型の溶接用インサート材を上下に離間するワーク同士の間に配置した場合には、裏当部における上側突出部に溶け残り生じることが分かった。一方、上側突出部を完全になくした場合には、アンダーカットの欠陥が新たに生じることも確認された。本発明は、このような観点からなされたものである。

すなわち、本発明の溶接用インサート材は、上下に離間するワーク同士の間に配置される溶接用インサート材であって、前記ワーク間に挟まれるプレート部と、前記プレート部から上下に張り出す、上側突出部および下側突出部を有する裏当部と、を備え、前記上側突出部の前記プレート部からの突出高さは、前記下側突出部の前記プレート部からの突出高さよりも小さいことを特徴とする。

上記の構成によれば、裏当部に上側突出部を残すことにより、アンダーカットを防ぐことができる。また、上側突出部の突出高さを下側突出部の突出高さよりも小さくすることにより、上側突出部の溶け残りを抑制することができる。

前記上側突出部の突出高さは、前記下側突出部の突出高さの０．５〜０．８倍であることが望ましい。この構成によれば、上側突出部を上方に位置するワークの位置決めに利用可能としつつ、上側突出部の溶け残りを効果的に抑制することができる。

前記裏当部の前記プレート部と反対側の表面は、前記プレート部を厚さ方向に二等分する平面上に、前記プレート部と反対側に最も突出する頂点を有する滑らかな凸面であってもよい。この構成によれば、裏当部における最も入熱量の大きな箇所の厚さを最大とすることができ、熱を上側突出部および下側突出部へ効率的に分配することができる。

前記上側突出部は、前記プレート部の上面から垂直に立ち上がる上側垂直面を有し、前記下側突出部は、前記プレート部の下面から垂直に垂れ下がる下側垂直面を有し、前記凸面は、前記上側垂直面の上端から前記下側垂直面の下端まで連続していてもよい。この構成によれば、全幅に亘って均一な形状の裏ビードを形成することができる。

例えば、前記溶接用インサート材は、リング状をなしていてもよい。

本発明によれば、縦並びのワーク同士を溶接するときの溶接欠陥を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る溶接用インサート材を用いて溶接される縦並びのワークの一例を示す正面図である。 図１のII−II線に沿った断面図である。 図２の要部拡大図である。 本発明の一実施形態に係る溶接用インサート材の断面形状を示す図である。 変形例の溶接用インサート材の断面形状を示す図である。

図１に、本発明の一実施形態に係る溶接用インサート材３（図２参照）を用いて溶接される縦並びのワーク１，２の一例を示す。溶接用インサート材（以下、単に「インサート材」という。）３は、図２に示すように、上下に離間するワーク１，２同士の間に配置される。

図１および図２に示す例では、下方に位置する第１ワーク１が水平方向に延びる大きな直径の配管であり、上方に位置する第２ワーク２が、第１ワーク１の側面に接合される、鉛直方向に延びる小さな直径の配管である。そして、インサート材３は、第２ワークの断面形状と相似なリング状をなしている。

第１ワーク１には、内周面１ｂと外周面１ａをつなぐように、上向きに開口する円形の貫通穴１５が形成されている。貫通穴１５の直径は、第２ワーク２の内径とほぼ等しい。

第１ワーク１ａの外周面１ａには、貫通穴１５から少し離れた位置に環状の溝１２が形成されている。これにより、外周面１ａには、貫通穴１５を縁取る薄肉の周壁１１が形成されている。周壁１１の上端面は、水平方向にフラットに加工されている。

一方、第２ワーク２の下端部２１は、外周面２ａに開先加工によって傾斜面２２が形成されることにより、薄肉となっている。なお、開先形状がＪ形開先などの場合は、傾斜面２２は曲面となる。換言すれば、下端部２１は開先のルート部である。下端部２１のルートフェイス厚は、第１ワーク１の周壁１１の肉厚とほぼ等しい。ただし、第２ワーク２の肉厚が薄いときは、外周面２ａへの開先加工は不要である。すなわち、外周面２ａは、第２ワーク２の全長に亘って内周面２ｂと平行であってもよい。

なお、溝１２と傾斜面２２とで囲まれる空間は、インサート材３を用いてＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接が行われた後に、図２に二点鎖線で示すように、ＭＩＧ（Metal Inert Gas）溶接またはＭＡＧ（Metal Active Gas）溶接などにより溶接材で埋められる。

インサート材３は、図３に示すように、略Ｔ字状の断面形状を有している。具体的に、インサート材３は、第１ワーク１の周壁１１と第２ワーク２の下端部２１との間に挟まれるプレート部３１と、プレート部３１から上下に張り出す裏当部３２とを含む。裏当部３２は、第１ワーク１の貫通穴１５の内面（周壁１１の内周面）に宛がわれる下側突出部３４と、第２ワーク２の内周面２ｂに宛がわれる上側突出部３３を有している。

インサート材３は、当該インサート材３に向かってＴＩＧトーチ５のタングステン電極５１からアークが生成されることによって溶融し、第１ワーク１１の周壁１１および第２ワーク２の下端部２１と融合する。

インサート材３の径方向におけるプレート部３１の幅は、第１ワーク１の周壁１１および第２ワーク２の下端部２１の厚さと等しくてもよいが、表ビードを良好に形成するために、それらの厚さよりも若干大きいことが望ましい。

次に、図４を参照して、インサート材３の形状をより詳しく説明する。

プレート部３１は、水平方向にフラットな上面３１ａおよび下面３１ｂ、ならびに先端面３１ｃを有している。先端面３１ｃの断面形状は、裏当部３２と反対側に凸となる円弧状であってもよいし、直線であってもよい。

上側突出部３３は、プレート部３１の上面３１ａから略垂直に立ち上がる上側垂直面３３ａを有し、下側突出部３４は、プレート部３３の下面３１ｂから略垂直に垂れ下がる下側垂直面３４ａを有している。

プレート部３１の上面３１ａから略垂直に立ち上がる上側垂直面３３ａは、テーパ加工等の傾斜加工が施されている場合は、傾斜面であってもよい。プレート部３３の下面３１ｂから略垂直に垂れ下がる下側垂直面３４ａについても同様である。

上側突出部３３のプレート部３１からの突出高さ（上側垂直面３３ａの高さ）Ｈ１は、下側突出部３４のプレート部３１からの突出高さ（下側垂直面３４ａの高さ）Ｈ２よりも小さい。上側突出部３３の突出高さＨ１は、下側突出部３４の突出高さＨ２の０．５〜０．８倍であることが望ましい。Ｈ１＜０．５Ｈ２であれば、周壁１１にセットされたインサート材３上に第２ワーク２を載置するときに上側突出部３３を利用して第２ワーク２を位置決めすることが難しくなり、Ｈ１＞０．８Ｈ２であれば、上側突出部３３の溶け残りが起き易くなるからである。すなわち、上側突出部３３の突出高さＨ１を０．５Ｈ２以上０．８Ｈ２以下とすることにより、上側突出部３３を第２ワーク２の位置決めに利用可能としつつ、上側突出部３３の溶け残りを効果的に抑制することができる。

裏当部３２のプレート部３１と反対側の表面３２ａは、プレート部３１を厚さ方向に二等分する平面４上に、プレート部３１と反対側に最も突出する頂点３５を有する滑らかな凸面である。この凸面は、上側垂直面３４ａの上端から下側垂直面３４ｂの下端まで連続している。

本実施形態では、凸面である表面３２ａの断面形状は、頂点３５から下側垂直面３４ａの下端までは円弧状であり、頂点３５から上側垂直面３３ａの上端までは曲線状である。

裏当部３２の上側突出部３３が完全にない場合は、ＴＩＧ溶接後に、第２ワーク２の内周面２ｂの下部にアンダーカットが発生する。これは、第２ワーク２の下端部２１の溶融した表面が同じく溶融したインサート材３の自重によって引っ張られるためであると推測される。これに対し、本実施形態のインサート材３では、裏当部３２に上側突出部３３を残すことにより、そのようなアンダーカットを防ぐことができる。また、上側突出部３３の突出高さＨ１を下側突出部３４の突出高さＨ２よりも小さくすることにより、上側突出部３３の溶け残りを抑制することができる。

さらに、本実施形態では、裏当部３２の表面３２ａの頂点３５がプレート部３１を厚さ方向に二等分する平面４上に位置しているので、裏当部３２における最も入熱量の大きな箇所の厚さを最大とすることができ、熱を上側突出部３３および下側突出部３４へ効率的に分配することができる。

また、本実施形態では、凸面である表面３２が上側垂直面３３ａの上端から下側垂直面３４ａの下端まで連続している、換言すればそれらを滑らかに結んでいるので、全幅に亘って均一な形状の裏ビードを形成することができる。

（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、第１ワーク１が第２ワーク２と同サイズの鉛直方向に延びる配管であり、第１ワーク１と第２ワーク２が溶接用インサート材３を介して突合せ溶接されてもよい。また、双方のワーク１，２が鉛直方向に延びる板であり、それらの板同士が直線状の溶接用インサート材を介して突合せ溶接されてもよい。

ただし、前記実施形態のように、第１ワーク１が第２ワーク２よりも横方向に大きなものであれば、図３に示すようにＴＩＧトーチ５を水平方向から上向きに傾いた状態としなければならないため、インサート材３の上側突出部３３を小さくしたことによる効果を顕著に得ることができる。

また、インサート材３の裏当部３２の凸面である表面３２ａは、必ずしも上側垂直面３３ａの上端から下側垂直面３４ａの下端まで連続している必要はない。例えば、図５に示す変形例のインサート材３’のように、上側突出部３３が水平方向にフラットな上面３３ｂを有していて、凸面である表面３２ａは、上側突出部３３の上面３３ｂの内側端部から連続していてもよい。この場合、表面３２ａの断面形状は、全域に亘って同一半径の円弧であってもよい。

本発明の溶接用インサート材は、縦並びのワーク同士を溶接する際に特に有用である。

１，２ ワーク
３ 溶接インサート材
３１ プレート部
３１ａ 上面
３１ｂ 下面
３２ 裏当部
３２ａ 表面
３３ 上側突出部
３３ａ 上側垂直面
３４ 下側突出部
３４ａ 下側垂直面
３５ 頂点
４ 平面

Claims (6)

1. 上下に離間するワーク同士の間に配置される溶接用インサート材であって、
   前記ワーク間に挟まれるプレート部と、
   前記プレート部から上下に張り出す、上側突出部および下側突出部を有する裏当部と、を備え、
   前記上側突出部の前記プレート部からの突出高さは、前記下側突出部の前記プレート部からの突出高さよりも小さい、溶接用インサート材。
2. 前記上側突出部の突出高さは、前記下側突出部の突出高さの０．５〜０．８倍である、請求項１に記載の溶接用インサート材。
3. 前記裏当部の前記プレート部と反対側の表面は、前記プレート部を厚さ方向に二等分する平面上に、前記プレート部と反対側に最も突出する頂点を有する滑らかな凸面である、請求項１または２に記載の溶接用インサート材。
4. 前記上側突出部は、前記プレート部の上面から略垂直に立ち上がる上側垂直面を有し、
   前記下側突出部は、前記プレート部の下面から略垂直に垂れ下がる下側垂直面を有し、
   前記凸面は、前記上側垂直面の上端から前記下側垂直面の下端まで連続している、請求項３に記載の溶接用インサート材。
5. 前記凸面の断面形状は、前記頂点から前記下側垂直面の下端までは円弧状であり、前記頂点から前記上側垂直面の上端までは曲線状である、請求項４に記載の溶接用インサート材。
6. 前記溶接用インサート材は、リング状をなしている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の溶接用インサート材。

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