JP6617597B2 - アーク溶接方法 - Google Patents

Description

本発明はアーク溶接方に関し、特に、パイプ部材とフランジ部材とを溶接用冶具に固定しシールドガスを吹き付けながらアーク溶接するアーク溶接方法に関する。

アルゴンガス単独あるいはアルゴンガスと二酸化炭素との混合ガスのようなシールドガスを吹き付けながらアーク溶接することが行われる。例えば、パイプ部材の端部にフランジ部材をアーク溶接する場合に、それが、エンジンのＥＧＲパイプ等の場合には、酸化による耐腐食性が低下するのを防止のために、アルゴンガスで溶接部をシールドしながら、アーク溶接することが行われる。そのような溶接方法の一例が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の方法では、接合部を上方から溶接するように溶接トーチを位置させるとともに、パイプ部材の中心軸線を中心に、溶接治具にセットしたパイプ部材およびフランジ部材を回転させ、パイプ部材の全周にわたってアルゴンと二酸化炭素との混合ガスをシールドガスとして吹き付けながらアーク溶接を行うようにしている。

特開２００８−１４２７６８号公報

特許文献１に記載のアーク溶接方法は、パイプ部材とフランジ部材とを溶接治具にセットした状態で回転させながらシールドガスを吹き付けてアーク溶接をするようにしており、必要とする溶接部を一度の溶接工程で形成できる利点がある。しかし、溶接部におけるパイプ部材の内周面については特に配慮がなく、その部分の酸素残留により、酸化による耐腐食性が低下する恐れがある。パイプ部材の内部にシールドガスを流下させた状態でアーク溶接することで、溶接部の内周面側での残留酸素をなくすことが考えられるが、特許文献１に記載の溶接治具では、溶接冶具にパイプ部材とフランジ部材を配置したときに、パイプ部材の端面は溶接冶具によって閉塞された状態となっており、パイプ部材の内部にシールドガスを流下させることはできない。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、パイプ部材とフランジ部材とを溶接用冶具に固定しシールドガスを吹き付けながらアーク溶接するアーク溶接方法において、溶接部におけるパイプ部材の内側面にも、シールドガスを円滑に流下させることを可能とし、それにより、溶接部におけるパイプ部材の内側面においても、酸素が残存しないようにすることのできる、アーク溶接方法を提供することを課題とする。

本発明によるアーク溶接方法は、パイプ部材とフランジ部材とを溶接用冶具に固定しシールドガスを吹き付けながらアーク溶接するアーク溶接方法であって、前記溶接用冶具として、パイプ部材の軸方向でパイプ部材の内周面に接する接触部とパイプ部材の内周面には接していない周側面とを有する１本または１本以上のピン本体を備えた位置決めピンを用い、前記位置決めピンを用いて前記溶接用冶具にパイプ部材とフランジ部材とを固定し、その状態で、パイプ部材の内部にもシールドガスを供給し、該シールドガスをパイプ部材の内周面と前記ピン本体の周側面とで形成される空間部を通過させながらアーク溶接を行うことを特徴とする。

本発明によれば、パイプ部材の内部に供給されるシールドガスは、パイプ部材の内周面と位置決めピンを構成するピン本体の周側面とで形成される空間部を、パイプ部材の内周面に接触した状態で流下する。これにより、アーク溶接時に、溶接部におけるパイプ部材の内周面も確実にシールドガスによってシールドされることとなり、アーク溶接部の耐腐食性が低下するのを一層確実に防止することができる。また、前記ピン本体はパイプ部材の軸方向でパイプ部材の内周面に接する接触部を備えており、該接触部がパイプ部材の内周面に接することでパイプ部材の位置決めがなされるので、アーク溶接時に、パイプ部材の位置が不安定になることはない。

溶接品の一例としてのＥＧＲパイプを示す図。 溶接用冶具に溶接品であるＥＧＲパイプをセットした状態を示す一部断面による正面図。 図２の上面図。 位置決めピンを説明するための斜視図。 位置決めピンの他の例を示す斜視図。 位置決めピンのさらに他の例を示す斜視図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明によるアーク溶接方法で溶接しようとする溶接品の一例であるＥＧＲパイプを示しており、（ａ）は上面から見た図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は正面図である。ＥＧＲパイプ１は、その主要部として、パイプ部材２と、該パイプ部材２の一端部に溶着されたフランジ部材３とを備える。フランジ部材３は、パイプ部材２の最下位に位置する円筒状パイプ部材２ａの下端部に溶着される。フランジ部材３には適数（図示のものでは２個）の取り付け孔４、４が形成されている。

図２は、前記パイプ部材２にフランジ部材３を溶着するのに用いる溶接用冶具１０の一例を示す。溶接用冶具１０は基板１１を有し、該基板１１は図示しない駆動機構により、中心軸Ｌを回転中心として回動する。基板１１には基準ピン１２ａ、１２ｂが立設している。また、基板１１の中心軸Ｌと中心軸を同じにして、基板１１には支柱１３が立設しており、該支柱１３の先端には、やはり中心軸Ｌと中心軸を同じにして、位置決めピン１４が固定されている。

位置決めピン１４は、１本のピン本体１５とパイプ受け部１６とで構成される。図４に示すように、この例で、前記ピン本体１５は正三角柱であり、該正三角柱の垂直方向の３本の稜線に内周面を接した状態で、かつピン本体１５の上方側を露出させた状態で、円筒状の前記パイプ受け部１６が、ピン本体１５に一体に固定されている。また、図２、図３に示すように、前記正三角柱であるピン本体１５に外接する円の直径は、溶接しようとするＥＧＲパイプ２における前記円筒状パイプ部材２ａの内周面の直径に等しく、また、前記パイプ受け部１６の厚みは円筒状パイプ部材２ａの厚みと等しくされている。

前記基準ピン１２ａ、１２ｂは、溶接時に、フランジ部材３に形成した取り付け孔４、４に対向することとなる位置において、前記基板１１上に立設固定されている。そして、基準ピン１２ａ、１２ｂの先端部が前記取り付け孔４、４内に入り込むことで、フランジ部材３の基板１１に対する位置決めがなされる。なお、基準ピン１２ａ、１２ｂの高さは、基準ピン１２ａ、１２ｂにフランジ部材３を位置決め固定したときに、前記位置決めピン１４のパイプ受け部１６の上方部位が、フランジ部材３の厚み方向に一部入り込むことができる高さとされる。さらに、前記位置決めピン１４の高さは、そのピン本体１５の天面が、円筒状パイプ部材２ａとフランジ部材３の溶接部にほぼ一致する高さとされる。

アーク溶接に当たって、最初に、溶接用冶具１０の前記基準ピン１２ａ、１２ｂに対してフランジ部材３を位置決め固定する。次に、パイプ部材２を、その円筒状パイプ部材２ａ側を上方からピン本体１５に向けて落とし込む。それにより、円筒状パイプ部材２ａの下端側が、ピン本体１５の前記露出した部分に外嵌合した状態となるとともに、下端縁がパイプ受け部１６の上端縁に乗った状態で、位置決めされる。その状態が、図２に示される。

前記したように、正三角柱であるピン本体１５に外接する円の直径は、前記円筒状パイプ部材２ａの内周面の直径に等しくされており、位置決めされた状態で、位置決めピン１４におけるピン本体１５の３本の稜線１７は、その軸方向で、円筒状パイプ部材２ａの内周面と接した状態となる。すなわち、ピン本体１５の３本の稜線１７は、本発明でいう「パイプ部材の軸方向でパイプ部材の内周面に接する接触部」を構成する。そして、位置決めされた状態で、図３、図４によく示すように、円筒状パイプ部材２ａの内周面とピン本体１５における前記円筒状パイプ部材２ａの内周面に接していない周側面１８との間に、３個の空間部２０が形成される。

図２に示すように、アーク溶接は、円筒状パイプ部材２ａとフランジ部材３との接合面の外側上方に溶接トーチ３０を配置し、該溶接トーチ３０から前記接合面に向けてアークを照射することで行われ、溶接部３１が形成される。この例では、溶接トーチ３０を固定し、溶接用冶具１０全体を前記中心軸Ｌを中心に回転させながら、アーク溶接を行うことで、円筒状パイプ部材２ａとフランジ部材３との接合部が３６０度にわたって連続的に溶接される。

溶接の過程で、図示しない噴射ノズルから、例えばアルゴンガスであるシールドガスを溶接部３１に向けて吹き付ける。それと同時に、パイプ部材２の内部にも、図２で上方から下方に向けてシールドガスを吹き付ける。パイプ部材２の内部に吹き付けられたシールドガスは、円筒状パイプ部材２ａ内を流下し、さらに、円筒状パイプ部材２ａの内周面とピン本体１５の周側面１８とで形成される前記空間部２０内を軸方向に流下して、位置決めピン１４の下端から外部に流出する。前記空間部２０を流下するシールドガスによって、溶接部３１に対向する円筒状パイプ部材２ａの内周面側も確実にシールドされる。それにより、アーク溶接部全体において耐腐食性が低下するのを確実に防止することができるようになる。

なお、上記では、位置決めピン１４を構成するピン本体１５を１本の正三角柱として説明したが、これは例示であり、ピン本体１５の形状は、パイプ部材２（円筒状パイプ部材２ａ）の軸方向でパイプ部材２（円筒状パイプ部材２ａ）の内周面に接することのできる接触部と、該接触部が内周面に接した状態で、パイプ部材の内周面には接していない周側面を備えた形状のものであれば、すべて適用可能である。

例えば、１本のピン本体を用いる場合に、水平断面が２等辺三角形をなす三角柱でもよく、適宜の多角柱であってもよい。図５は、ピン本体１５ａが正四角柱である場合の位置決めピン１４ａを示しており、正四角柱のピン本体１５ａの４本の垂直方向の陵線１７ａに外接するようにして円筒状のパイプ受け部１６が一体に固定されている。ここでも、ピン本体１５ａの４つの垂直な周側面１８ａと円筒状のパイプ受け部１６の内周面との間に、４つの空間部２０ａが形成されている。なお、前記周側面は平坦面であってもよく、水平断面が弧状をなすような周側面であってもよい。

図６は、位置決めピン１４のさらに他の例を示している。この位置決めピン１４ｂは、ピン本体１５が、１本ではなく、３本のピン本体１５−１，１５−２，１５−３で構成されている。３本のピン本体１５−１，１５−２，１５−３は、その周面における軸線方向の一部が、前記中心軸Ｌに平行な姿勢で、円筒状のパイプ受け部１６の内周面に溶着されている。各ピン本体１５−１，１５−２，１５−３の上端側は円筒状のパイプ受け部１６の上端縁よりさらに上方に延出しており、下端側は円筒状のパイプ受け部１６の下方縁近傍に達している。そして、ピン本体１５−１，１５−２，１５−３の下端は、横架材１９によって、前記支柱１３に連接されている。

この態様の位置決めピン１４ｂを用いる場合には、上記した位置決めピン１４および１４ａと比較して、円筒状のパイプ受け部１６内により大きな「空間部２０」を確保できる利点がある。

なお、位置決めピン１４ｂにおいて、ピン本体１５の本数は、前記円筒状パイプ部材２ａを安定した姿勢で保持できることを条件に任意であり制限はない。好ましくは３本以上である。各ピン本体同士の周方向での開き角度はすべて等しいことが好ましいが、異なっていてもよい。さらに、位置決めピン１４ｂにおいて、各ピン本体は軸方向に直交する断面は円形であってもよく、楕円形や多角形であってもよい。異なる断面形状のピン本体を一部に含んでいてもよい。

上記では、溶接対象物として、ＥＧＲパイプを例として示したが、パイプ部材とフランジ部材とを溶接用冶具に固定しシールドガスを吹き付けながらアーク溶接する部材であれば、すべての部材に本発明の方法を適用することができる。

１…ＥＧＲパイプ、
２…パイプ部材、
２ａ…円筒状パイプ部材２ａ、
３…フランジ部材、
４…取り付け孔、
１０…溶接用冶具、
１１…基板、
１２ａ、１２ｂ…基準ピン、
１３…支柱、
１４，１４ａ，１４ｂ…位置決めピン、
１５，１５ａ，１５−１，１５−２，１５−３…ピン本体、
１６…円筒状のパイプ受け部、
１７，１７ａ…ピン本体の稜線、
１８…ピン本体の周側面、
２０，２０ａ…円筒状パイプ部材の内周面とピン本体の周側面との間に形成される空間部、
３０…溶接トーチ、
３１…溶接部。

Claims (1)

1. パイプ部材と、一対の取り付け孔が形成されたフランジ部材と、を溶接用冶具に固定しシールドガスを吹き付けながらアーク溶接するアーク溶接方法であって、
   前記溶接用冶具は、
   基板と、
   前記基板に立設固定され、前記各取り付け孔に入り込む基準ピンと、
   前記基板に固定され、前記パイプ部材の内周面に嵌合する１本のピン本体と、前記ピン本体に固定され、前記パイプ部材を受けるパイプ受け部と、を備えた位置決めピンと、
   を備え、
   前記基準ピンの高さは、前記基準ピンが前記各取り付け孔に入り込むように、前記基準ピンに前記フランジ部材を上方から位置決め固定したときに、前記位置決めピンの前記パイプ受け部の上方部位が、前記フランジ部材の厚み方向に沿って貫通した貫通孔の一部に入り込むことができる高さであり、
   前記ピン本体は、前記パイプ部材の軸方向で前記パイプ部材の前記内周面に接する接触部と、前記パイプ部材の前記内周面には接していない周側面と、を有し、
   前記基準ピンと前記位置決めピンとを用いて、前記溶接用冶具で前記パイプ部材と前記フランジ部材とを固定する際には、前記基準ピンを前記各取り付け孔に入り込ませることにより、前記パイプ受け部の前記上方部位が前記貫通孔の一部に入り込むとともに前記基準ピンに対して前記フランジ部材が位置決め固定された後、前記パイプ部材を上方から前記ピン本体に向けて落とし込むことにより、前記パイプ部材を前記ピン本体に嵌合するとともに、前記パイプ部材の下方部位を前記貫通孔の一部に入り込ませて前記パイプ受け部の前記上方部位で前記パイプ部材を受け、
   その状態で、前記パイプ部材の内部にも前記シールドガスを供給し、前記シールドガスを、前記パイプ部材の前記内周面と前記ピン本体の前記周側面とで形成される空間部に通過させながら、前記パイプ部材の外周面と前記フランジ部材とのアーク溶接を行うことを特徴とするアーク溶接方法。

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